◇ 반도체·디스플레이 성능·평가분야도…특허청 "우선심사"

특허청은 1일부터 반도체 디스플레이 분야 우선심사 대상을 반도체·디스플레이 소재·부품·장비 제조 또는 설계분야에서 성능검사·평가분야까지 확대해 운영한다.

특허청은 지난 2022년부터 기술발전 속도가 빠르고 국민경제 및 국가경쟁력과 직결되는 첨단기술과 관련된 출원을 우선심사하고 있다. 현재 반도체, 디스플레이, 이차전지 분야에 대한 우선심사 신청이 가능하다.

우선심사제도 시행 이후 반도체·디스플레이 분야의 특허출원 심사가 평균 1.6개월로 대폭 단축됐다. 현재 반도체·디스플레이 전체 분야의 일반 심사처리기간 15.9개월과 비교하면 14개월 이상 단축된 기록이다.

우선심사 대상으로 새롭게 추가되는 반도체·디스플레이의 성능검사·평가분야는 국내 중소·중견기업의 특허출원이 두드러지는 분야다. 특허청은 1일부터 내년 10월31일까지 한시적 시행 뒤 연장여부를 재검토할 예정이다.

◇ UNIST, 발열 걱정 없는 저전력 M램 반도체 기술 개발

유정우 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 교수 연구진은 저전력으로 메모리에 데이터를 저장할 수 있는 M램 소자 구조를 제안하고 이를 실험적으로 입증했다고 28일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 9일 게재됐다.

M램은 메모리에 데이터를 쓰고 지울 때 전류를 사용한다. 메모리 소자를 구성하는 두 개 자성층의 자화 방향이 서로 평행일 때는 저항값이 작고 반평행 상태일 때는 저항값이 높아지는데, 각각의 평행 또는 반평행 상태에 따라 0과 1로 이뤄진 데이터를 저장하는 방식이다. 다만 자성층 자화 방향을 바꾸기 위해 일정 이상의 전류를 가하면 전력 소모와 발열이 커 문제였다.

연구진은 전압 펄스만으로 메모리에 정보를 쓸 수 있는 메모리 소자를 개발했다. 이 소자는 그래핀이 자성절연체인 이트륨 철 가넷(YIG)과 강유전체인 고분자 ‘PVDF-TrFE’ 사이에 끼어 있는 구조로, 전압 펄스를 가하면 그래핀에 흐르는 전류 방향이 바뀐다. 이 방향에 따라 0과 1을 저장한다. 강유전체는 외부 전기장 없이도 전하가 한쪽으로 쏠린 분극 상태를 유지하는 물질을 말한다.

◇ 한국공학대, 세계 최초 다이아몬드 트랜지스터 개발 성공

한국공학대학교 나노반도체융합센터 남옥현 교수 연구팀이 세계 최초로 이종성장 단결정 다이아몬드 웨이퍼 위에 E-모드(Enhancement mode) 및 D-모드(Depletion mode) 동작을 구현하는 모노리식 다이아몬드 트랜지스터 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.

남 교수 연구팀은 반도체 모드를 각각의 단일 소자로 구현하는 기존 기술과 달리 반도체 E-모드와 D-모드를 웨이퍼 상에 하나의 모노리식으로 동시 구현하는 기술을 제시했다.

이 기술은 개별 소자의 복잡한 공정 과정을 단순화하고, 소자의 효율성을 높여 이전 기술보다 전력 소모를 줄이며, 회로의 성능을 극대화한 기술로 전력·전자기기 성능과 효율 높일 수 있어 차세대 전력·전자기기로 나아가는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모은다.

◇ 2차전지·전기차 소재·부품 수출통관 상품코드 신설

정부가 공급망 안정화를 위해 2차전지·전기차 관련 소재·부품 등의 수출통관 상품코드를 신설한다.

기획재정부는 수출입 통관 때 기업이 신고서에 기재해야 하는 상품분류 코드를 규정한 관세통계통합품목분류표(HSK)를 일부 개정했다고 1일 밝혔다.

이번 개정으로 2차전지·전기차 관련 소재·부품, 신성장 에너지 분야의 수소연료·수전해 설비 등의 코드가 신설됐다. 공급망 안정화를 도모하고 산업 경쟁력을 뒷받침하기 위한 취지다.

◇ 구미, 배터리 재사용 시대를 열다…BaaS 실증센터 착공

경북 구미시가 1일 구미1산업단지에서 'BaaS 시험 실증 센터' 기공식을 열고, 배터리 재사용 산업의 새로운 시대를 열었다.

이 센터는 전기차 확대로 사용 후 배터리의 재사용 수요가 급증하는 상황에서, 배터리의 성능과 안전성을 검증하는 핵심 거점으로 자리할 예정이다. BaaS(Battery as a Service)란 배터리의 수리, 충전, 렌탈, 재사용 등 배터리 생애 전반의 서비스를 제공하는 산업을 뜻한다.

이번에 구미에 들어서는 BaaS 시험 실증 센터는 총 6개동 규모로 구축되며, 사용 후 배터리의 안전성 평가와 표준 규격 수립, 재사용 배터리를 활용한 응용 서비스를 실증할 계획이다.

특히 한국화학융합시험연구원(KTR)이 주관하는 이 사업은 2023년부터 2027년까지 총 272억 원이 투입되며, 구미1산업단지에 폐배터리 재사용 안전성 평가 장비 27대가 설치될 예정이다.

◇ 단국대 이병선 교수팀, 고용량 리튬금속전지 수명 78%↑

단국대 이병선(고분자시스템공학부) 교수팀이 고용량 리튬금속전지 수명을 기존보다 78% 향상시킨 호스트를 개발했다고 30일 밝혔다. 호스트란 리튬을 저장하는 공간이다.

고에너지밀도 전지 및 전고체전지의 음극재로는 리튬금속이 가장 많이 연구되고 있다. 하지만 리튬금속은 충·방전을 거듭할수록 리튬 표면에 나뭇가지 모양으로 리튬이 수직으로 자라나는 일명 '수지상(dendrite)성장'이 발생해 전지의 수명과 안정성을 위협해 왔다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 리튬 음극재에 3차원 은·탄소 나노섬유 호스트를 도입했다. 수지상 형성을 억제하기 위해서는 단위 면적당 전류밀도를 낮춰야 하는데 3차원 은·탄소 나노섬유 호스트를 도입해 면적을 증가시켰다. 또한 리튬과 친화도가 우수한 은나노입자로 면적 증가 효과를 높였다.

이에 더해 연구팀은 리튬 친화도가 낮은 백금 코팅층을 분리막에 도입했다. 수지상은 통상 수직적으로 전착되는데, 백금 코팅층 분리막 도입으로 은·탄소 나노섬유에 수평적이며 조밀하게 호스트가 형성되는 것을 확인했다.

◇ 차세대 디스플레이 소자 QD-LED 성능 끌어올려…가상현실 활용 기대

한국연구재단은 임재훈 성균관대 에너지과학과 교수팀이 양자점 전계발광소자의 밝기와 안정성을 개선할 수 있는 핵심 요소인 전무기 소자의 원천 소재를 개발했다고 31일 밝혔다. 

양자점은 수 나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m) 수준의 작은 입자로 에너지를 흡수하면 특정 빛을 방출해 디스플레이 등에 쓰이는 나노물질이다. 양자점은 기존 디스플레이 소자인 유기발광다이오드(OLED) 등과 비교하면 색 순도가 높아 차세대 디스플레이 구현 물질로 주목받는다.

연구팀은 결함이 제어된 산화니켈-산화마그네슘 합금(NiMgO) 나노입자를 발광소자의 홀전달층으로 도입해 소자 효율을 높이는 데 성공했다. 기존 나노입자 표면에 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 추가로 처리해 결함 생성을 억제한 것이다. 소자에 주입된 전하 대비 소자가 방출하는 광자(빛의 입자)의 비율인 외부양자효율이 향상됐다.

◇ 동국대 연구팀, 투명유연전극 안정성 향상 기술 개발

동국대는 김영관 화학과 교수와 연구팀이 천연바이오소재인 셀룰로오스 나노섬유와 키틴 나노섬유를 이용한 나노코팅막으로 투명유연전극 안전성 향상 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 김영관 교수 연구실의 코팅장비를 활용해 측상 조립법으로 나노 수준에서 정밀하게 코팅막을 제작했다고 설명했다. 

이 나노코팅막의 높은 기계적 강도, 유연성, 가스차단 특성을 통해 투명유연전극소자의 안전성을 높였고 여러 가혹조건에서도 기존보다 최대 10배 이상 성능으로 제품을 오랜 기간 보존할 수 있다는 사실을 연구에서 입증했다.

이번 연구는 천연바이오소재를 활용해 '투명전극, 투명히터, 압력센서 등 다양한 유연전자소자의 장기보존안정성'을 성공적으로 구현하고 차세대 유연전자소자 개발에 활용될 수 있는 잠재력을 보여줬다고 동국대는 설명했다.

◇ KAIST, 페로브스카이트 융합 태양전지 세계 최고 효율 달성

한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 이정용 교수 연구팀과 연세대학교 화학과 김우재 교수 공동 연구팀이 세계 최고 효율의 납 기반 페로브스카이트 하이브리드(융합) 태양전지를 개발했다고 31일 밝혔다. 

연구팀은 근적외선 영역까지 흡수할 수 있는 유기 벌크 이종접합(유기 광활성층)을 도입, 페로브스카이트와 결합해 하이브리드 태양전지를 개발했다. 

나노미터(㎚·1나노미터는 10억분의 1ｍ) 두께의 다이폴(쌍극자·계면의 전위 차이를 이용해 소자의 성능을 높이는 역할을 하는 얇은 물질) 층을 도입함으로써 페로브스카이트와 유기 벌크 이종접합 간 에너지 차이로 인해 생기는 효율 손실을 줄였다. 

연구팀이 개발한 전지의 광 변환 효율은 24%로 납 기반 하이브리드 태양전지 가운데 최고 효율(기존 최고 기록은 23%)을 달성했다.