◇ 차세대 반도체 소자 개발 막았던 난제 해결했다

정희석 한국기초과학지원연구원(KBSI) 소재분석연구부 책임연구원과 정연웅 미국 센트럴플로리다대 공동연구팀은 2차원 전이금속 디칼코젠(TMD) 반도체 물질 간의 상변화로 이상적인 수평 금속-반도체 접촉을 형성하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.

TMD는 전이금속 ‘M’과 칼코젠 원소 ‘X’가 ‘MX2′ 구조식을 지닌 물질로, 그래핀과 유사한 층상구조를 가진 2차원 화합물을 말한다. TMD는 우수한 물리·화학·전기적 특성으로 실리콘 소자의 한계를 극복하는 차세대 반도체 물질로 주목받고 있다. 하지만 2차원 반도체 물질과 3차원 금속전극 사이에 높은 접촉저항이 발생해 실제 반도체 소자로 상용화하는 데 한계가 있다.

연구팀은 2차원 TMD 물질인 백금에 각각 셀레늄과 텔루륨을 합쳐 상변화를 통한 화학기상증착법을 이용해 ‘금속-반도체-금속’ 구조의 2차원 반도체 소자 제작에 성공했다. 화학기상증착법은 화학물질을 포함하는 가스에 열이나 빛으로 에너지를 가하고 고주파로 플라스마화를 한 뒤 원료물질을 기판 위에 흡착하는 상변화를 이용한 방식이다.

◇ KAIST, 인공지능 적용 신소재 혁신 방향 제시 '눈길'

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 생명화학공학과 리 섕 교수, 전기및전자공학부 권경하 교수, 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇 및 기계전자공학과 김봉훈 교수와 4차 산업혁명의 핵심 분야인 사물인터넷(IoT)을 크게 혁신할 수 있는 핵심 신소재를 소개하는 초청 논문을 발표했다고 22일 밝혔다.

김상욱 교수 연구팀은 그간 초미세 반도체회로 구현을 위한 블록공중합체 자기조립 제어 연구 분야를 세계 처음으로 개척했고, 이를 실제 반도체 리소그라피 공정과 융합하는 데 성공해 국제 반도체 로드맵에 등록시켰다. 

또 최근까지 이 나노소재 기술을 반도체뿐만 아니라 보안소자, 센서, 유저 인터페이스 등에 다양하게 적용하는 연구 방향을 제시해 세계의 주목을 받고 있다.

김 교수는 세계적인 학술지 `네이처 리뷰 일렉트리칼 엔지니어링'에 퍼스펙티브 논문을 등재했다.

◇ 반도체 이어 이차전지도 초격차 확보한다

특허청은 국가첨단전략산업 경쟁력 강화의 일환으로 이차전지 분야 전문임기제 특허심사관 38명을 추가 채용한다고 21일 밝혔다. 이에 앞서 특허청은 지난해 반도체 심사관 67명을 전문임기제로 채용했다.

이차전지는 반도체와 함께 우리나라의 양대 안보·전략자산으로 우리 기업의 핵심 기술보호를 위한 특허출원이 급증하고 있는 반면 특허심사관 부족으로 심사 처리가 지연되고 있다. 이에 특허청은 지난해 하반기부터 이차전지 분야 심사관 증원을 위한 관계부처 협의에 착수해 같은해 11월 행안부와 38명 증원을, 올해 2월에 기재부와 예산협의까지 완료, 이번 채용을 진행하게 됐다.

이차전지 분야 기술전문성과 현장 경험이 풍부한 민간의 고경력자를 특허심사관으로 채용함으로써 우리 기업에 신속·정확한 특허심사 결과를 제공하는 한편 최근 늘고 있는 핵심기술 해외유출을 사전에 예방하는 효과도 함께 꾀한다는 복안이다.

◇ 곤충처럼 사물 움직임 감지하는 반도체 개발

KAIST는 김경민 신소재공학과 교수 연구팀이 다양한 멤리스터 소자를 융합해 곤충 시신경의 시각 지능을 모사하는 지능형 동작인식 소자를 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

이미지를 인식하고 객체를 탐지하는 기존 비전 시스템은 이미지 센서에서 수신된 신호를 복잡한 알고리즘을 이용해 물체와 그 동작을 인식한다. 이러한 방식은 데이터 트래픽 양이 상당하고 전력이 많이 소모돼 모바일 또는 사물인터넷 장치에 적용되기 어렵다.

곤충은 ‘기본 동작 감지기’라는 시신경 회로를 통해 시각 정보를 효과적으로 처리해 물체를 탐지하고 그 동작을 인식하는 데 탁월한 능력을 가졌다. 앞서 이러한 곤충의 능력을 실제 소자에 적용하기 위한 시도가 이뤄졌지만 기존 실리콘 집적회로(CMOS) 기술은 복잡한 회로가 요구되기 때문에 한계가 있었다.

연구팀은 다양한 기능의 멤리스터 소자들을 집적해 고효율‧초고속 동작 인식이 가능한 지능형 동작인식 소자를 개발했다. 동작인식 소자는 자체 개발한 두 종류의 멤리스터 소자와 저항만으로 구성된 단순한 구조를 갖고 있다.

◇ 부경대 연구팀, 금속 유기 골격체 기반 고성능 복합막 개발

국립부경대학교는 공업화학전공 조계용 교수 연구팀이 금속 유기 골격체(MOF) 기반 고성능 복합막을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 금속 유기 골격체 중 하나인 UiO-66 나노입자에 의도적으로 결함을 유도하고, 이 결함이 복합막 제조와 성능에 미치는 영향을 분석해 고성능 복합막을 개발하는 데 성공했다. 금속 유기 골격체 소재는 금속과 유기물이 합성돼 만들어진 다공성, 결정성 입자를 말한다.

다양한 조합을 할 수 있고 균일한 기공크기 및 높은 조정성 등 독특한 특성으로 인해 촉매, 가스 분리 및 저장 등 다양한 분야에 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구팀은 반응 조절제(modulator) 등 반응물 농도 조절을 통해 UiO-66 입자에 의도적으로 결함을 유도하는 합성법을 개발했다.

◇ 한자연, 독일 사무소 개소…"한·독 모빌리티 협력 강화"

한국자동차연구원은 유럽 현지 기관들과의 모빌리티 연구 협력을 강화하기 위해 독일 사무소를 개소했다고 22일 밝혔다.

한자연은 국제 연구개발(R&D) 협력을 위해 북미, 인도네시아 등에 해외 거점 사무소를 운영하고 있다. 이번 독일 사무소는 산업통상자원부의 지원을 받아 문을 열게 됐다.

한자연 독일 사무소는 유럽 커넥티드카 산업의 핵심 컨소시엄인 'C2C-CC'(Car 2 Car 커뮤니케이션 컨소시엄)와 협력 네트워크를 구축하는 것으로 활동을 본격 시작했다.

한자연은 C2C-CC와 차량사물통신(V2X) 기술 표준화를 위해 협력하고, 국내 커넥티드 모빌리티 얼라이언스(산업부 주관 커넥티드 모빌리티 민관협의체) 회원사와 정기적인 교류 기회를 마련할 계획이다.

◇ 빨아 쓸 수 있는 OLED 전자섬유 나왔다

한국연구재단은 권정현 충북대 반도체공학부 교수, 전용민 가천대 의공학과 교수, 전헌수 서울대 물리천문학부 교수 공동연구팀이 가혹한 환경에서도 73% 이상 광추출 효과가 있는 섬유 기반 웨어러블 OLED를 개발했다고 20일 밝혔다. 

섬유 기반 웨어러블 OLED 기술은 디스플레이, 패션, 헬스케어 등 다양한 분야에 적용할 수 있어 활발하게 연구가 이뤄지는 분야다. 하지만 섬유 기반 웨어러블 OLED는 야외에서 사용하기에 광효율이 낮다. OLED가 발광한 빛이 외부로 추출되는 비율은 20%로 낮은 광효율을 보이고 있다.

연구팀은 고성능, 고신뢰성 섬유 기반 웨어러블 OLED를 구현하기 위해 ‘다기능성 봉지막’ 핵심 기술을 개발했다. 봉지막은 증착 단계가 끝난 패널에 무기막·유기막으로 이뤄진 여러 층의 박막 봉지 소재를 얇게 입히는 것으로 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉해 제품 수명을 연장시킨다.

◇ '인공태양' 핵융합 발전 불안정 현상 AI로 풀었다

인공태양으로 불리는 핵융합 발전의 불안정 현상을 인공지능(AI)으로 해결하는 기술이 나왔다.

서재민 중앙대 물리학과 교수와 에그먼 콜먼(Egemen Kolemen) 프린스턴대 교수 공동 연구팀은 AI를 이용해 인공태양의 불안정성을 회피하는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

인공태양은 태양에너지의 원천인 핵융합 반응을 지구상에서 구현해 에너지를 얻는 차세대 친환경에너지 기술이다. 태양의 중력 대신 강한 자기장을 이용해 수소 플라즈마를 핵융합로에 가두고 고온·고압 환경에서 지속적인 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 생산한다.

이 때 고온·고압의 플라즈마 때문에 자기장이 찢어지는 현상이 발생하는데, 이는 플라즈마의 붕괴를 일으키는 가장 큰 요인이다. 이 문제는 인공태양 상용화를 위해 반드시 풀어야 하는 난제로 꼽혔다.

연구팀은 핵융합로 내부 센서들을 이용해 플라즈마 상태를 모니터링하고, 플라즈마 불안정성을 예측하는 시스템을 개발하였다.

◇ 산업용 대용량 초저온 냉각기술로 지구 온난화 막는다

한국기계연구원은 고준석 탄소중립기계연구소 에너지저장연구실장 연구팀이 ‘지구온난화지수(Zero GWP)' 냉매를 이용한 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발하고 영하 100도에서 10킬로와트(kW) 이상의 냉각용량을 확인하는 운전시험에 성공했다고 20일 밝혔다. 터보-브레이튼 냉각시스템으로 대용량 초저온 냉각기술 개발의 실 운전을 통한 입증은 국내 최초다.

연구팀은 자체 개발한 원심압축기와 터보팽창기를 이용해 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발했다. 

터보-브레이튼 냉각기술은 분당 수만~수십만으로 고속 회전하는 터보기계를 이용한 냉각시스템이다. 초전도 케이블 냉각, 극저온 유체 과냉각, LNG 재액화 등에 사용된다. 

터보-브레이튼 냉각기술과 관련해 최근에는 탄소 중립과 냉매 규제 강화에 맞춘 고효율-지구온난화지수(GWP) 저하 냉각기술 개발이 요구되고 있다. 

이번에 개발한 터보-브레이튼 냉각시스템은 5.5~11kW 범위에서 자유롭게 용량 제어가 가능하다. 지구온난화지수가 전혀 없는 냉매를 사용해 최근 산업계의 요구 방향인 ‘초저온, 대용량, 고효율’을 모두 만족할 수 있다.