◇ KAIST, 차세대 2차원 반도체 다기능 전자 소자 개발

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 이가영 교수 연구팀이 양극성 반도체 특성을 가진 2차원 나노 반도체 기반의 다기능 전자 소자를 개발했다고 2일 밝혔다. 

다기능 전자 소자는 기존 트랜지스터와 달리 전압에 따라 기능을 변환할 수 있다.

이 교수팀은 채널 하부에 전극을 배치하고 금속·반도체 접합 특성을 개선해 음(N)전하를 띠는 전자와 양(P)전하를 띠는 정공 모두 선택적으로 흐르게 할 수 있는 양극성 특성을 구현하는 데 성공했다. 

이를 통해 전류의 켜짐·꺼짐 비율을 대폭 높일 뿐만 아니라 양극성 트랜지스터, N형 트랜지스터, 다이오드, 광 감지 소자로 다기능 변조가 가능한 이황화 몰리브덴(MoS2) 전자 소자를 개발했다. 

◇ 성능 10배 높아진 전력반도체 부품 개발했다

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국세라믹기술원(KICET)과 함께 국내 최초로 3킬로볼트(kV)급 산화갈륨 전력반도체 소자 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

공동연구팀은 산화갈륨을 활용해 전력반도체 소재와 소자 기술을 국산화하는 데 성공했다. 산화갈륨(Ga2O3) 전력반도체의 핵심 소재로 지금까지는 일본과 미국이 기술적 우위에 있다고 알려져 있다. 

KICET 연구팀은 단결정 기판 위에 에피 박막 여러 층을 성장시키는 공정인 '산화갈륨 에피 소재 기술'을 개발했다. 에피 박막의 두께를 10억분의 1미터인 나노미터(㎚) 크기에서 100만분의 1미터인 마이크로미터(㎛) 단위까지 자유롭게 만들 수 있다. 전자농도도 광범위하게 조절할 수 있다. 에피 박막은 소자의 성능을 좌우하는 핵심 기술이다. 

ETRI 연구팀은 에피 박막 기술을 활용해 3kV급 모스펫(MOSFET) 소자를 개발했다. 에피소재 기판 위에 미세 패턴 형성, 저손상 식각, 증착 및 열처리 공정 등을 통해 전력반도체 소자인 모스펫 소자를 제작했다.

◇ 부경대 연구팀, 이차전지 '열 폭주' 억제 분리막 개발

부경대 조계용 교수, 인천대 윤정식 교수 등이 참여한 연구팀이 리튬 이온 배터리의 열적 안정성을 향상하고 자기 소화(消火) 능력 도입을 통해 화염을 억제하는 분리막을 개발했다고 부경대가 31일 밝혔다.

연구팀은 기능화된 불소계 고분자를 상용 폴리프로필렌 분리막에 코팅하고, 사슬 모양 구조의 천연 및 합성 고분자에 새 화학 결합을 만들어 삼차원 그물 구조를 가지게 하는 '가교반응'을 이용해 분리막을 개발했다.

연구팀이 개발한 리튬 이온 이차전지용 분리막은 열적 안정성을 향상한 것은 물론 자기 소화 능력을 갖춰 이 같은 열 폭주 현상을 억제할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

◇ 미래차 초격차 기술 확보에 4천억 투입…친환경·자율주행 집중

산업통상자원부는 올해 4425억원을 투입해 미래차 초격차 기술개발을 지원한다. 전기·수소 등 친환경차와 자율주행 최첨단 기술 등 도전적 과제에 집중 투자한다.

31일 산업통상자원부에 따르면 올해 3회에 걸쳐 전기차와 수소차, 자율주행 분야의 최첨단 기술 등 미래차 시장 선도를 위한 과제를 공고한다.

전기차 분야는 △차체부품 일체화 △대형화에 대응한 6000톤급 이상 자이언트 캐스팅 차체 공정혁신 기술 △차세대 전력반도체 GaN 전력모듈 적용 98.5% 이상 효율 인버터기술 △열폭주 방지 배터리시스템 기술 등의 과제에 지원한다.

수소차 분야는 △주행거리 1000㎞ 달성을 위한 액체수소기술 △상용차 전용 대용량 단모듈(50kW×4개→100kW×2개) 등 혁신기술 개발을 집중 지원한다. 자율주행 분야는 △AUTOSAR·Linux 등 오픈소스 기반의 자율주행시스템 설계기술개발 △보안·부품 결함 대비 기술 등을 개발한다.

◇ OPD 기반 라이다, 기존 대비 전방 분석 성능 100배 높였다

포스텍(POSTECH) 화학공학과 정대성 교수 연구팀은 단파 적외선을 분석하는 유기 광소자(이하 OPD) 센서를 개발했다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 적외선 센서 제작 공정 중 하나인 도핑(doping) 을 새로 설계했다. 도핑은 다른 원자나 분자를 첨가해 광소자의 전기적 특성을 높이는 공정이다. 이 공정으로 OPD 내에 폴라론이 생성되는데, 폴라론이 박막에 묶여있는 경우(bound polaron) OPD에 영향을 거의 미치지 않지만, 자유로운 경우(free polaron) OPD 내 전기 전도도를 높여 전류가 잘 흐르도록 한다.

연구팀은 새로운 도핑 공정 기술을 적용해 두 폴라론 간 전환을 제어하는 데 성공했다. 그 결과, 단파 적외선을 분석하는 OPD를 개발했으며, 이를 기반으로 기존 대비 분석 성능이 약 100배 향상된 적외선 센서를 제작했다. 또 이 센서는 1500nm(나노미터) 이상의 적외선 감지에도 성공했다.

◇ 차세대 LED·OLED 기술 개발에 900억 지원…이달 신규과제 공고

산업통상자원부는 올해 디스플레이 분야 연구개발(R&D)에 전년보다 17.7% 증가한 903억원을 지원한다고 1일 밝혔다.

산업부는 세계 최고 수준의 유기발광다이오드(OLED) 기술 및 차세대 마이크로LED 기술 개발 등 도전적인 과제를 집중적으로 지원한다.

OLED는 압도적 기술 초격차를 더욱 공고히 할 수 있도록 초고휘도(2000nit↑) 패널 기술 개발, 초고해상도(4000ppi↑) 마이크로 OLED 기술개발과 태블릿 등 IT 기기용 OLED에 특화된 고수명 발광 구조·소재 개발 등에 약 239억원을 투자한다.

또 무기물 기반의 발광원을 사용해 밝기, 수명 등에 강점이 있는 마이크로 LED 분야에서도 현재 진행 중인 예비타당성조사 사업과는 별도로 40㎛급 LED 화소 제조 기술 등에 202억원을 지원할 예정이다.

◇ 고려대·전남대 연구팀, 차세대 아연 수계 전지 모델 개발

고려대 공과대학 화공생명공학과 유승호 교수 연구팀(제1저자: 김미현 고려대 석박사통합과정)과 전남대 공과대학 이지은 교수 연구팀(제1저자: 김효식 학사졸업생)은 육각 튜브 모양의 텔루륨 나노입자를 아연 수계 전지의 양극으로 활용해 고성능 차세대 전지 시스템을 위한 새로운 모델을 제시했다고 31일 밝혔다.

연구 성과는 국제 학술지 'Chemical Engineering Journal'에 포함됐다. 연구진은 간단하고 저렴한 합성 기법을 통해 텔루륨 나노입자를 합성했다. 이를 양극 소재로 아연 수계 전지를 제작하고 전기화학 분석을 진행했다. 이를 통해 높은 율속 특성과 장기 사이클 성능을 확인했다.

고율속·고성능 특성으로 아연 이온이 빠르게 확산한다는 계산화학 결과를 통해 뒷받침했고, SEM 및 TEM 이미지를 통해 장기 사이클 후 손상 없는 텔루륨 나노입자를 보이며 높은 구조 안정성을 밝혔다. 엑스선을 활용한 XRD 및 XPS 분석을 통해 아연 수계 전지 내의 텔루륨의 반응 기작을 밝혔다.

◇ 아주대 연구팀, 인간 생체 시각 모사 광 신경 소자 개발 성공

아주대는 서형탁 첨단신소재공학과 교수팀이 지능형 광 신경 소자를 개발했다고 1일 밝혔다.

서 교수팀은 쿠마 모히트 대학원 에너지시스템학과 교수 연구팀과 자외선 이미지 신호를 감지해 비휘발성 형태 데이터로 저장하고 판별할 수 있는 지능형 광 신경 소자를 개발했다.

실시간으로 광학 신호를 감지하고 포착해, 광 자극의 세기나 반복에 따라 광신호를 차별적으로 인식한다.

그러나 현재의 기술 수준에선 광센서·정보를 저장하는 메모리 소자가 분리돼 있으며, 광 신호의 의미를 파악하기 위한 신호처리 소자도 별도로 필요하다. 서형탁 연구팀은 기존 기술의 한계를 극복하기 위해 차세대 고전력·고신뢰성 반도체 소재로 연구되고 있는 갈륨 산화물(Ga2O3)에 주목했다. 최근 활용도가 높아지고 있는 자외선 기반 지능형 광센서를 통합 구현하기 위해서다.

◇ 포스텍 연구팀, 홍합 이용한 맞춤형 생체 접착 패치 개발

포스텍은 29일 화학공학과 융합대학원 차형준 교수와 박사과정 양장우씨, 대구경북첨단의료산업진흥재단 신화희 선임연구원, 부경대 스마트헬스케어학부 송강일 교수가 홍합에서 유래한 접착 단백질을 이용해 수중 생체 접착 패치인 CUBAP(Customized Underwater Bio-Adhesive Patches)을 개발했다고 밝혔다.

개발된 패치는 건조한 상태에서는 접착력이 없지만 몸속처럼 습도가 높은 환경에서는 강력한 접착력을 유지하는 것으로 나타났다.

또 폴리아크릴산과 폴리메타크릴산 비율을 조절해 생분해 시간과 기계적 경도 등을 자유롭게 조절할 수 있다.

◇  폐목재로 석유 대체할 탄소중립 연료 만든다

한국연구재단은 부산대 제정호 교수 연구팀이 목재 폐기물의 주요 구성 성분인 리그닌에 열분해 및 수첨탈산소 업그레이딩 연속 공정을 적용해 항공연료 및 선박유로 직접 사용이 가능한 '드롭인 연료'를 생산하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 

리그닌은 산소-탄소 결합을 통해 형성된 천연 방향족 고분자로 화학적 구조를 적절히 분해·변환하면 현재 석유계 연료로 사용 중인 방향족(톨루엔, 자일렌 등) 및 나프텐족 탄화수소(메틸시클로헥산 등)로 전환할 수 있어 탄소중립 원료로 주목받고 있다.

지금까지는 실제 리그닌 오일이 아닌 모델 분자를 사용하거나 회분식 반응기에서 단위 공정별로 1회씩 진행돼 복잡한 성분을 가진 리그닌의 특성을 반영하기 어려웠다. 

연구팀은 다른 대학·정부 출연연구원 연구진과의 협업으로, 회분식 반응기를 사용했던 기존 반연속식 연구 방식에서 벗어나 고압 트리클 베드(Trickle bed) 반응기에서 연속적으로 수첨탈산소 반응을 진행해 리그닌을 탄화수소 연료로 전환하는 공정을 개발했다.