[Weekly 신기술 및 정책소식] 경희대 강성준 교수 연구팀, AI 발전 촉진 광 뉴로모픽 소자 개발

◇ 삼성전자, 반도체 특별연장근로 ‘1호’

10일 고용노동부에 따르면 고용부 경기지청은 전날 삼성전자의 특별 연장 근로 신청을 인가했다. 삼성전자 본사는 연구개발직 64명이 14일부터 특례를 쓰는 안을 고용부에 제출했다. 고용부 인가에 따라 삼성전자 근로자들은 첫 3개월 동안 주 최대 64시간, 이후부터는 최대 60시간을 일할 수 있게 됐다.

특별 연장 근로는 주 52시간의 예외를 적용받아 주당 64시간까지 근무할 수 있는 제도다.

2018년부터 시행됐고, 반도체를 포함한 소재·부품·장비 연구개발을 사유로 한 특별 연장 근로는 2022년 10월부터 가능해졌다. 기존에는 이 제도를 최대 1년을 쓰기 위해 3개월씩 네 번 신청해야 했다. 반도체 업계에서 제도 개선을 건의해 지난달 14일 고용부는 행정지침을 개정해 6개월씩 두 번 허가받아 쓸 수 있게 특례를 신설했다. 

◇ 극한 온도에도 끄떡없는 슈퍼 금속 나왔다

포항공과대학교(POSTECH) 신소재공학과·철강대학원·기계공학과 김형섭 교수 연구팀이 고온에서도, 저온에서도 우수한 성능을 유지하는 혁신적인 금속 소재를 개발했다.

일상생활에서 우리가 사용하는 금속은 대부분 온도에 민감하게 반응한다. 그로 인해 기존 금속 소재들은 특정한 온도 범위에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계돼 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하는 소재는 거의 없었다. 

POSTECH 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '하이퍼어댑터(Hyperadaptor)' 개념을 제안하고, 이를 구현하기 위한 니켈(Ni) 기반의 ‘고엔트로피 합금(High entropy alloy)’을 개발했다. 

이 새로운 합금은 영하 196도(77K)부터 600도(873K)까지 넓은 온도 범위에서도 강도와 유연성을 거의 일정하게 유지한다. 

◇ 기계연 연구팀, 냉각장치 없이 빠른 수소충전 기술 개발

한국기계연구원은 김대환 책임연구원 연구팀이 비압축성 유체로 수소탱크 온도 상승을 억제해 수소 충전 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 신기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

기존 수소 충전 방식은 충전 과정에서 발생하는 탱크 온도 상승을 막기 위해 -40도로 냉각된 수소를 주입하는 방식을 사용한다. 하지만 이 방식은 충전 시간이 길고 별도의 추가 냉각 장치 구축이 필요해 운영비용이 높아지는 단점이 있다.

연구팀은 충전 전 수소탱크에 비압축성 유체를 주입한 뒤 충전이 진행됨과 동시에 유체를 회수하는 방식으로 탱크 내부에서 수소 단열 압축을 방지했다. 이를 통해 충전 중 탱크 온도 상승을 5도 이내로 억제해 빠르고 효율적인 충전이 가능하게 했다.

◇ "리튬 금속 전지 개선" KAIST·경상대, 다기능성 '전해질' 개발

한국연구재단은 한국과학기술원(KAIST) 이진우·최남순 교수 연구팀과 경상대 이태경 교수 연구팀이 공동연구를 통해 리튬 금속 전지의 수명을 늘리는 동시에 고속 충·방전 및 고전압 성능을 높일 수 있는 나노 입자 전해질을 개발했다고 11일 밝혔다.

리튬 금속 전지는 수명을 늘리기 위한 대표적인 전해질 개질법으로 불소계 첨가제(리튬 이온이 이동할 수 있게 돕는 전해질에 고함량의 불소 성분 첨가)를 사용할 수 있다. 단 이 경우에도 비싼 가격과 환경오염, 다른 핵심 성능이 저하되는 점 등이 한계로 작용했다.

이러한 한계를 해결하는 방안으로 공동연구팀은 리튬 금속 전지의 핵심 성능 간 균형을 무너뜨리지 않으면서, 성능 향상을 이끌어낼 수 있는 전해질 설계 전략을 제시했다.

비불소계 나노 질화규소를 전해질에 첨가해 리튬 이온의 용매화 구조를 정밀하게 조절하고, 무기물이 풍부한 안정적 고체 전해질 계면층을 형성하는 방식이다

◇ 경희대 강성준 교수 연구팀, AI 발전 촉진 광 뉴로모픽 소자 개발

경희대학교 신소재공학과 강성준 교수 연구팀은 인간의 시냅스(Synapse)를 모사한 광 뉴로모픽(Neuromorphic) 소자를 개발해 머신비전 기술을 한 단계 발전시켰다고 11일 밝혔다. 

시냅스는 뇌 속에서 신경세포를 연결하며 정보를 전달하고, 기억하는 핵심 구조다. 강 교수 연구팀은 인간의 뇌 구조와 동작 방식을 모사한 광 뉴로모픽 소자를 개발했다. 이 소자는 빛(광신호)을 수집함과 동시에 저장 및 분석할 수 있어 기존 이미지 처리 기법보다 훨씬 빠르다.

광센서, 메모리 등 복잡한 구성요소를 포함한 기존의 인공지능 기반 이미지 처리 장치와 달리, 산화물 반도체를 활용해 모든 기능을 하나의 소자로 통합했다. 이로 인해 분리된 구조에서 발생하던 데이터 병목현상을 개선했다. 강 교수는 “무작위로 배열된 이미지를 대상으로 실험한 결과 기존 방식보다 효율적이고 정확하게 학습한다는 사실을 확인했다”며 “앞으로 인공지능 기반 머신비전 기술의 핵심 기술로 자리매김하리라 기대한다”고 밝혔다.

◇ 인하대-세창인터내쇼날, 폐배터리 활용 기술 이전·공동 연구 협약 체결

인하대학교는 인하대 산학협력단이 컨베이어·자동화 시스템 전문기업인 세창인터내쇼날과 폐배터리 활용 기술이전·공동 연구 협력을 위한 협약을 체결했다고 10일 밝혔다.

이 협약에 따라 인하대는 세창인터내쇼날에 폐배터리로부터 양극활물질을 제조하는 기술을 포함한 4건의 특허 기술을 이전한다. 기업에서 지원하는 고체전해질 패키징 장비를 포함하면 협약 규모는 2억 5000만 원에 이른다.

이전 기술은 ‘폐배터리에서 유용한 소재를 효율적으로 회수하고 재활용할 수 있는 방법’을 개발한 이차전지융합학과 최진섭 교수의 연구 성과가 제공된다. 이 기술은 기존 습식 및 건식 공정보다 친환경적이며 경제적인 기술로 평가받고 있으며, 배터리 재활용 산업에서 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.

◇ ETRI, 신소재 '그래핀' 이용해 빛에 따라 변하는 투명필름 개발

한국전자통신연구원(ETRI)은 반도체 신소재 '그래핀'을 이용해 빛의 세기에 따라 투명도가 변하는 광경화(光硬化) 투명 필름을 개발했다고 9일 밝혔다. 

그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원 물질이다. 전기·화학적 특성이 우수해 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불린다. 다만 서로 엉겨 붙는 성질이 있어 산업적으로 활용하기 쉽지 않았다. 화학적 분산제를 사용해 분산시키는 방법이 있지만 그래핀의 성질을 온전히 유지하기 어렵다는 한계가 있다. 

연구원은 빛을 통해 화학적으로 결합시킬 수 있는 광경화 콜로이드 조성물을 개발, 별도의 분산제 없이도 그래핀이 고분자 내에서 안정적으로 균일하게 퍼질 수 있도록 했다. 개발한 콜로이드 조성물을 이용하면 그래핀 침전 없이 1년 이상 안정적으로 보관할 수 있으며, 빛(UV)을 이용해 콜로이드 조성물을 단단한 필름으로 변환시킬 수 있다.

◇ 허근 전북대 교수팀, 반도체 층간 간섭 저감 혁신기술 개발

전북대학교는 허근 반도체화학공학부 교수팀이 그래핀으로 층간 간섭을 획기적으로 저감할 수 있는 차세대 반도체 제작의 혁신기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

모노리식 3차원(M3D·Monolithic 3D) 기술은 단일 웨이퍼에 소자를 여러 층 적층 하는 구조로, 고집적 소자 제작을 가능하게 하지만 층간 전자기 간섭 문제가 큰 걸림돌로 작용해 왔다.

허 교수팀은 저온 공정을 이용해 이중 적층 구조의 반도체 장치를 제작하고, 그래핀 차폐층을 삽입해 이 문제를 해결했다. 제1저자로 참여한 봉정우 석사과정생은 '그래핀 쉴딩 포 크로스톡 리덕션 인 모놀리식 쓰리디 디바이스(Graphene shielding for Crosstalk Reduction in Monolithic-3D Device) 주제로 한 논문을 통해 “그래핀 차폐층을 적용한 M3D 구조에서 ON 전류와 문턱전압 이하 스윙의 변화를 효과적으로 감소시켰다”며 “특히 임계 전압 변화를 기존 대비 약 75% 줄이는데 성공했다”고 설명했다.