[Weekly 신기술 및 정책소식] 아주대·삼성종합기술원 연구팀, '반도체 고집적화' 핵심 신기술 개발

◇ 교통안전공단, 사용후 전기차 배터리 안전관리체계 연구 착수

한국교통안전공단은 사용후 전기차 배터리 자원 산업을 활성화하기 위한 국가연구개발사업에 착수했다고 17일 밝혔다.

공단은 이번 사업을 통해 3단계로 이뤄진 사용후 배터리 성능평가·안전 검사 체계를 마련해 2027년까지 통합 안전관리 체계를 구축한다는 계획이다.

1단계에서는 배터리 성능을 평가해 재제조, 재사용, 재활용으로 용도를 나누고 2단계와 3단계에서는 재제조 배터리를 탑재한 차량에 대해 사전·사후 검사를 실시하는 구조다.

◇ 뇌처럼 생각하고 반응하는 반도체 소자

KAIST는 김경민 신소재공학과 교수 연구팀이 시간에 따라 변화하는 정보를 효과적으로 처리할 수 있는 액체 상태 기계(Liquid State Machine, LSM)의 하드웨어 구현을 가능케 하는 뉴랜지스터 소자 개발에 성공했다고 17일 밝혔다. 

뉴랜지스터는 ‘뉴런(Neuron)'과 '트랜지스터(Transistor)’의 합성어로 뇌 속 신경세포인 뉴런 특성을 구현하는 트랜지스터라는 의미의 용어다. 뉴런의 흥분과 억제 반응을 모방해 시간에 따라 달라지는 정보를 스스로 처리하고 학습할 수 있는 차세대 인공지능 하드웨어의 핵심 반도체 소자다. 

기존 컴퓨터는 동영상과 같이 시간 흐름에 따라 변하는 데이터인 시계열 데이터를 분석하는 데 복잡한 알고리즘을 사용한다. 컴퓨터로 데이터 분석을 할 때 매우 많은 시간과 전력 소모가 되는 이유다. 

KAIST 연구팀은 이 같은 난제를 해결하며 뇌 속 뉴런처럼 흥분하거나 억제되는 반응을 전기 신호만으로 동시에 구현해 시계열 데이터의 정보 처리에 특화된 단일 반도체 소자를 새롭게 설계했다. 

◇ 아주대·삼성종합기술원 연구팀, '반도체 고집적화' 핵심 신기술 개발

16일 아주대학교는 오일권 교수(지능형반도체공학과·전자공학과)와 삼성종합기술원(SAIT) 공동 연구팀이 반도체 박막 증착의 정밀도를 높일 수 있는 선택적 원자층 증착 기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

반도체 공정에서의 선택적 원자층 증착(Area-Selective Atomic Layer Deposition, AS-ALD)이란, 반도체 기판의 특정 표면에서만 증착이 이뤄지도록 조절하는 기술이다. 이 기술을 활용하면 반도체 기판의 원하는 위치에, 필요한 물질만을 입힐 수 있다.

아주대 공동 연구팀은 기존에 DRAM 공정에서 오랜 기간 주로 사용해 온 커패시터(Capacitor) 막의 소재 조합인 ZAZ(ZrO2/Al2O3/ZrO2) 구조의 한계를 극복하기 위해, 이 조합에 활용돼온 산화알루미늄(Al2O3)을 누설전류의 경로인 그레인 경계(grain boundary)에만 선택적으로 증착했다. 이를 통해 불필요한 산화알루미늄(Al2O3) 증착을 최소화하고 소자의 성능과 신뢰성을 효과적으로 개선할 수 있는 방법을 연구했다.

◇ "빠른 충전, 긴 수명" 차세대 배터리 음극 소재 개발

포스텍(포항공과대학교)은 한국에너지기술연구원과 공동 연구를 통해 차세대 배터리 음극 소재를 개발했다고 16일 밝혔다.

공동 연구팀은 이번 연구를 통해 전기차에서부터 대규모 에너지저장장치(ESS)까지 빠른 충전과 높은 에너지 효율을 동시에 만족시키는 배터리 기술에 대한 해답을 찾았다.

리튬이온전지에서 흔히 사용되는 흑연 음극은 내구성은 뛰어나지만, 낮은 이론 용량과 느린 충·방전 속도가 한계였다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 '하드카본'과 '주석'을 결합한 새로운 전극 설계 전략을 제안했다.

연구팀은 이번 연구에서 솔-젤(sol–gel) 공정과 열 환원 과정을 도입해 수 나노미터 크기의 주석 입자를 하드카본 내부에 균일하게 분산시키는 데 성공했다.

◇ KAIST, 아부다비 자율비행 드론 대회서 세계 3위

한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 심현철 교수 연구팀이 지난 12일 아랍에미리트(UAE) 아부다비에서 열린 '자율 레이싱 대회 드론 챔피언십 리그'(A2RL DCL)에서 세계 3위를 차지했다고 18일 밝혔다. 

예선을 통과한 14개 팀은 '최단 비행시간 경연'(AI Grand Challenge), '4대동시 자율비행', 양쪽에서 마주 보면서 고속으로 비행하는 '드래그 레이싱', 'AI 대 인간 조정사 대결' 등 4개 부문에서 경합을 벌였다.

이 중 8개 팀이 최단 비행시간 경연 준결승에 진출했고, KAIST는 네덜란드 델프트 공대(1위)와 UAE 기술혁신연구소(2위)에 이어 3위에 올랐다.

◇ 경기대 연구팀, 새로운 나노입자 합성 전략 보고

경기대는 17일 교내 화학과 박종식 교수 연구팀이 나노입자 내부 결정 구조에 존재하는 특정 화합결합을 도로 위의 방지턱처럼 활용해 이온의 이동 경로를 선택적으로 제어, 특정 층에만 이온이 확산할 수 있도록 유도하는 새로운 나노입자 합성 전략을 보고했다.

이번 연구 결과는 경기대 조수인 연구원(석사), 한국기초과학지원연구원(KBSI) 김태경 박사, 텍사스 A&M 대학교 이치호 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

연구팀이 활용한 '양이온 치환 반응 (cation exchange reaction)' 은 나노입자의 속 재료를 바꾸는 기술이다. 겉모양은 그대로 둔 채, 속에 있는 금속 이온을 다른 걸로 갈아 끼우는 방식이다. 이를 활용하면 기존에 관찰하지 못한 새로운 구조, 조성을 가지는 나노입자를 창출할 수 있게 된다.

◇ 경북대 연구팀 "산불 예방 위한 친환경 난연 코팅제 개발"

경북대는 화학과 이규의 교수팀이 산불 예방을 위한 친환경 난연 코팅제를 개발했다고 17일 밝혔다.

이 교수팀은 기존 난연 기술이 인·금속 기반 물질을 주성분으로 사용하는 경우가 많아 기후 조건에 따라 성능 저하, 세포 독성, 환경 오염 등의 문제가 제기되는 것을 해결하기 위해 폴리페놀 성분에 주목했다.

폴리페놀은 식물에서 자연적으로 생성되는 화합물로 나무껍질(수피)나 잎, 열매 등에 존재한다. 고온에서 흑연층으로 전환돼 나무를 화재에서 보호할 수 있다. 이 교수팀은 자연의 방어체계를 모사해 인공 폴리페놀 기반의 방염 코팅 공정을 개발했다.

◇ 가천대 연구팀, 추운 날씨에도 색이 빠르게 변하는 '전기변색 소자' 개발

가천대학교는 반도체공학과 최두호 교수 연구팀이 전기 자극에 따라 색이 변하는 '전기변색 소자'의 반응 속도를 추운 날씨에도 빠르게 유지할 수 있는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 

전기변색 소자는 창문이나 디스플레이에 쓰이는 기술로, 전기를 흘리면 색이 변해 빛을 조절할 수 있다. 

스마트 윈도우처럼 햇빛의 양을 조절하거나 자동차 디스플레이의 시인성을 높이는 데 유용하지만, 온도가 낮아지면 색이 변하는 속도가 느려져 실생활에 적용하는 데 한계가 있었다. 

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 얇고 투명한 '투명히터(발열기)'를 소자 안에 함께 넣는 '통합형 전기변색 소자'를 제안했다. 유리에 눈에 보이지 않을 정도로 얇은 고성능 투명면상발열체를 깔아 유리 표면을 따뜻하게 만드는 방식이다.

◇ 경희대 전용민 교수 연구팀, 입는 OLED 개발

경희대 미래정보디스플레이학부 전용민 교수 연구팀이 신축 가능한 유기 발광 다이오드(OLED)를 직물에 통합해 생체신호 장치를 개발했다. 이어 일상생활에서 안정적이고 신뢰성 있는 건강 모니터링이 가능함을 확인했다.

기존에 스트레처블 OLED는 신축성의 한계와 외부 환경에 대한 내구성이 낮아 실제 착용 환경에서 성능 유지가 어려웠다. 특히 섬유 기판과의 결합 시 성능 저하 문제가 발생해 지금까지 실제 섬유 기반의 스트레처블 OLED 구현 사례가 없었다. 

전 교수 연구팀은 '키리가미(Kirigami)' 패턴을 스트레처블 OLED의 전극 구조로 활용했다. 키리가미는 일본의 종이 공예 기법 형태로 미리 설계한 선대로 자른 뒤 종이를 펼치면 3차원 구조물이 생기는 방식이다. 

연구팀은 이 패턴을 활용해 최대 150％의 신축성을 달성했다. 섬유 기판에 전사한 후에도 100％의 신축성을 유지해 섬유 고유의 유연성을 해치지 않는 구조적 안정성도 확보했다.