[Weekly 신기술 및 정책소식] 나노반도체 국가산단 '수요조사 뚝…결국 예타 철회'

◇ 나노반도체 국가산단 '수요조사 뚝…결국 예타 철회'

대전시는 나노·반도체 국가산단 조성 사업의 예비타당성 조사를 철회한다고 13일 밝혔다.

앞서 시는 오는 2030년까지 유성 지역에 반도체, 나노소재, 항공우주 등 관련 기업을 유치하는 나노·반도체 국가산단을 조성한다는 계획을 세워 기획재정부에 예비타당성조사를 신청했다.

하지만 당시 420％에 달했던 기업들의 입주수요가 예비타당성조사 기관인 한국개발연구원(KDI)의 설문조사에서는 10％로 급감한 것으로 나타났다.

시는 산단이 당초 529만㎡ 규모에 6조2천억원의 생산유발효과가 나타날 것이라고 발표했지만, 예타 과정에서 390만㎡ 규모에 9천700억원으로 규모가 축소되는 것으로 예측됐다.

◇ KAIST, 전력 없이 작동하는 광센서 개발…"민감도 20배"

한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 이가영 교수 연구팀이 외부 전원 없이 작동하는 무전력 광센서를 개발했다고 14일 밝혔다. 

기존 전원 공급 센서보다 응답도가 20배 높아 동급 기술 가운데 최고 성능을 자랑한다고 연구팀은 설명했다. 

연구팀은 '반데르발스 전극'과 '부분 게이트' 구조를 도입, 도핑(반도체에 불순물을 넣어 전기적 특성을 바꾸는 작업) 없이도 2차원 반도체에 전기적으로 PN 접합 구조(정공이 많은 P형과 전자가 많은 N형 재료를 접합한 반도체 구조)를 구현할 수 있는 기술을 개발했다.

부분 게이트 구조는 2차원 반도체의 일부 영역에만 전기 신호를 걸어 한쪽은 P형, 다른 쪽은 N형처럼 작동하게 제어하는 구조로, 도핑 없이도 전기적으로 PN 접합처럼 작동하게 만들 수 있다. 

이를 통해 도핑 없이 고성능 PN 접합 구조를 구현, 외부 전원 없이도 빛을 받기만 하면 스스로 전기 신호를 만들어낼 수 있는 광센서를 개발했다.

◇ 성균관대, '세계 최초' 유기 반도체 성질 자유롭게 바꾸는 기술 개발

성균관대는 성균나노과학기술원 강보석 교수 연구팀이 포항공대(POSTECH) 조길원 교수 연구팀과 함께 유기 반도체의 성질을 자유롭게 바꿀 수 있는 원리를 세계 최초로 밝혀냈다고 14일 밝혔다. 

연구팀은 '불순물(도펀트)' 투입량에 따라 유기 반도체 안에서 전기가 흐르는 방식이 완전히 달라질 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 

최근 잘 휘어지고 가벼운 '유기 반도체'가 주목받고 있다. 하지만 유기 반도체는 대부분 한쪽 방향(p형)으로만 전기가 잘 흐르고, 반대 방향(n형)으로는 성능이 떨어져 상용화에 어려움이 있었다.

이에 강 교수 연구팀은 도펀트를 넣는 양을 조절해 이 한계를 극복할 수 있다는 것을 밝혀냈다.

◇ 한양대, '유기 나노와이어 기반 광 스냅스 반도체 소자' 개발

한양대 융합전자공학부 유호천 교수 연구팀이 'DPP-DTT(디케토피롤로피롤-디티에닐티에노[3,2-b]티오펜, diketopyrrolo-pyrrole-dithienylthieno[3,2-b]thiophene) 나노와이어 기반 광 시냅스 트랜지스터'를 개발했다고 14일 밝혔다.

기존의 일반 시냅스 소자는 빛을 이용한 학습 기능을 구현하더라도 광 반응도가 낮았으며 장기 구동이 불안정했다. 이에 실제 뉴로모픽 센서나 헬스케어 기기에 적용하기 어려웠다.

이에 연구팀은 유기 반도체 DPP-DTT를 나노와이어(nanowire) 구조로 형성해 채널-절연체 계면에서의 면적 대비 광 반응성을 극대화하고 소자의 장기 안정성을 개선했다.

◇ UNIST, 급속 가열로 하이니켈 양극재 수명 향상 성공

한국연구재단은 울산과학기술원(UNIST) 이현욱 교수 연구팀이 IBS 로드니 루오프(RodneyRuoff) 교수, 성원경 박사, 강원대학교 진성환 교수, 미국 UCLA의 위장 리(Yuzhang Li) 교수와 공동으로, 급속 줄 가열(rapid Joule heating) 기술을 기반으로 한 새로운 소결 공정을 제안해 하이니켈 양극재의 미세구조 결함을 제어하고 수명과 율속 특성을 크게 향상시키는 데 성공했다고 전했다.

급속 줄 가열 기술이란 전기를 흘려 재료 자체를 순식간에 고온으로 가열함으로써, 배터리 소재를 빠르게 조밀하게 만들면서도 입자 성장을 억제할 수 있는 기술이다.

연구팀은 입자들이 뭉쳐 하나의 큰 덩어리로 성장(coalescence)하는 것이 아니라, 작은 입자들이 치밀하게 응집(densification)되도록 유도함으로써 비정상적인 입자 성장과 기공 잔존 현상을 억제했다. 그 결과, 전지의 수명과 기계적 안정성 모두를 획기적으로 향상시킬 수 있었다.

◇ 착용만으로 망막 질환, 기능 저하 확인...KAIST, 검사용 OLED 콘택트렌즈 최초 구현

한국과학기술원(KAIST)은 유승협 전기 및 전자공학부 교수팀이 우세준 서울대분당병원 교수, 한세광 포스텍 교수, PHI 바이오메드, 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동연구로 이같은 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

이 기술은 큰 특수 광원 설치 없이 렌즈 착용만으로도 망막전위도(ERG) 검사를 수행할 수 있다. ERG는 유전성 망막질환 진단이나 망막 기능 저하 여부 등 검사에 폭넓게 활용되는데, 고정형 장비를 이용한다. 어두운 방 안에서 환자가 눈을 뜨고 정지 상태로 검사를 받아야만 했다. 공간적 제약이 크고 환자 협조가 필요해 피로 문제가 수반됐다.

연구팀은 초박막(약 12.5㎛) 유연 OLED를 ERG용 콘택트렌즈 전극에 집적하고, 무선 전력 수신 안테나와 제어 칩을 탑재해 독립 구동 시스템을 완성했다.

◇ 부산대 연구팀, 차세대 그린수소 생산 전극 개발

부산대학교는 나노에너지공학과 박유세 교수 연구팀이 가격이 저렴한 비귀금속 소재를 활용해 그린수소를 생산할 수 있는 전극 개발에 성공했다고 14일 밝혔다.

박 교수 연구팀이 개발한 기술은 물을 수소와 산소로 전기분해 하는 설비인 '음이온 교환막(AEM) 수전해 스택'의 원가를 낮춰 AEM 수전해 기술의 상용화 가능성을 높여 준다. 

연구팀은 AEM 수전해 시스템에서 전기화학 공정과 표면 치환 반응을 통해 맞춤형 고성능 산소 기체 확산 전극을 개발해 기존 기술의 한계를 극복하고 AEM 수전해 기술의 실용화를 앞당겼다는 평가를 받는다.

◇ 중앙대 연구팀, 리튬이온 배터리 확산경로 규명…수명 개선 가능성

중앙대는 첨단소재공학과의 유영재 교수(지능형에너지산업융합학과 겸임) 연구팀이 리튬이온 배터리용 후막전극 내 도전재의 구조 차이에 따라 이온 확산 경로가 어떻게 달라지는지를 정량적으로 규명했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 구형(0D) Super P, 선형(1D) 다중벽탄소나노튜브(MWCNT), 판상(2D) 그라파이트나노플레이트(GNP)를 도전재를 각각 적용한 250μm 두께의 리튬인산철(LiFePO4) 전극을 제작했다. 이후 도전재 구조에 따른 리튬이온 확산경로를 제어하고 전기화학 성능을 비교·분석했다. 

그 결과 선형 형태의 MWCNT를 적용한 전극은 높은 기공률(51%)과 낮은 리튬이온 확산경로를 보였다. 반면 판상형 GNP나 구형 Super P 기반 전극은 상대적으로 높은 리튬이온 확산경로 및 낮은 배터리 성능을 보여 도전재 구조가 후막 전극 성능에 영향을 미치다는 점을 입증했다. 건식공정을 적용한 후막전극 내에서 도전재 선택이 리튬이온 확산 최적화의 핵심 변수인 것이다.

◇ UNIST 연구팀, AI 모델 실행 시간 절반 이하로 단축하는 기술 개발

울산과학기술원(UNIST) 컴퓨터공학과 이슬기 교수팀은 오토튜닝 과정을 최대 2.5배 빠르게 할 수 있는 기법을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 딥러닝 모델 안에 반복되는 계산 구조가 많다는 점에 주목해 유사한 연산자끼리 정보를 공유하는 방식으로 탐색 범위를 줄였다. 코드 조합을 일일이 새로 찾는 대신 기존 결과를 재활용해 오토튜닝 속도를 높인 것이다.

실제 이 방식을 기존 오토튜닝 프레임워크(Ansor)에 적용한 결과, 동일한 성능의 실행 코드를 생성하는 데 걸리는 시간이 CPU 기준 평균 2.5배, GPU 기준 평균 2배 단축됐다.

이 교수는 “컴파일 시간을 줄이면서도 GPU나 CPU를 직접 실험에 쓰는 횟수가 줄어 제한된 연산 자원을 효율적으로 쓸 수 있을 뿐만 아니라 전력 소모도 줄일 수 있다”고 말했다.