韓, 차세대 고집적 반도체 핵심 소재 기술 개발 성공
학보서
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2022.06.02 05:51
기사내용 요약두께 조절할 수 있는 단결정형태 질화붕소 합성 기술 최초 개발"기존 고집적 반도체 물리적 한계 해결 실마리 찾아"
▲신현석(우측하단), 펑딩(좌측하단) 교수 연구팀 [서울=뉴시스] 이진영 기자 = 과학기술정보통신부는 울산과학기술원(UNIST) 신현석 교수 연구팀이 세계 최초로 육방정계 질화붕소(hBN) 단결정을 여러층으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 과기부 미래기술연구실, 리더연구, 기초연구실사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지인 네이처에 6월 2일 게재됐다. 육방정계 질화붕소는 차세대 고집적 반도체에서 발생할 수 있는 전하 트랩, 전하 산란 같은 기능 저하를 막을 수 있는 유일한 2차원 절연체 소재로 알려져 있다. 차세대 고집적 반도체는 실리콘을 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS2) 등으로 바꿔 전류누설, 발열 등의 문제를 해결하고 칩의 집적도를 높이는 기술이다. 하지만 이 고집적 반도체는 이황화몰리브덴이 웨이퍼에 직접 닿게 되면 전하가 갇히는 전하 트랩 현상이 발생하기 때문에 웨이퍼와 이황화몰리브덴을 물리적으로 분리할 절연체가 꼭 필요하다.또한 전하 산란을 막기 위해서는 절연체 소재 또한 이황화몰리브덴과 동일한 2차원 소재로 써야한다. 2차원 소재는 구성 원자끼리 2차원 평면 형태로 연결되어 있어, 실리콘과 같이 3차원 구조 소재에서 문제가 될 수 있는 전하 산란이 발생하지 않는다.
▲합성된 육방정계 질화붕소가 코팅된 웨이퍼 그동안 2차원 절연체 소재를 반도체 소자에 쓸 수 있을 만큼 적절한 두께를 갖는 단결정 형태로 합성하는 기술 개발이 난제였다. 연구팀은 합성에 필요한 재료의 농도를 조절하는 새로운 합성 방식을 통해 두께 조절이 가능한 육방정계 질화붕소 단결정을 합성할 수 있었다.상용화가 가능한 큰 크기의 육방정계 질화붕소를 합성한 사례가 그 간 네이처나 사이언스에 발표된 바 있지만, 단결정을 다층 박막 형태로 합성한 것은 이번이 세계 최초이다. 신현석 교수는 "이번 연구로 무어의 법칙으로 대표되는 기존 고집적 반도체의 물리적 한계를 해결할 수 있는 소재 합성 기술을 개발했다"면서 "“육방정계 질화붕소를 반도체 뿐만 아니라 수소연료전지 전해질막, 차세대 이차전지 전극소재, 양자 광원 등으로 쓸 수 있다는 사실이 속속 보고되고 있는 만큼, 소재생산 원천기술 확보를 위한 적극적인 추가연구가 필요하다"고 말했다．
▲신현석(우측하단), 펑딩(좌측하단) 교수 연구팀 [서울=뉴시스] 이진영 기자 = 과학기술정보통신부는 울산과학기술원(UNIST) 신현석 교수 연구팀이 세계 최초로 육방정계 질화붕소(hBN) 단결정을 여러층으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 과기부 미래기술연구실, 리더연구, 기초연구실사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지인 네이처에 6월 2일 게재됐다. 육방정계 질화붕소는 차세대 고집적 반도체에서 발생할 수 있는 전하 트랩, 전하 산란 같은 기능 저하를 막을 수 있는 유일한 2차원 절연체 소재로 알려져 있다. 차세대 고집적 반도체는 실리콘을 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS2) 등으로 바꿔 전류누설, 발열 등의 문제를 해결하고 칩의 집적도를 높이는 기술이다. 하지만 이 고집적 반도체는 이황화몰리브덴이 웨이퍼에 직접 닿게 되면 전하가 갇히는 전하 트랩 현상이 발생하기 때문에 웨이퍼와 이황화몰리브덴을 물리적으로 분리할 절연체가 꼭 필요하다.또한 전하 산란을 막기 위해서는 절연체 소재 또한 이황화몰리브덴과 동일한 2차원 소재로 써야한다. 2차원 소재는 구성 원자끼리 2차원 평면 형태로 연결되어 있어, 실리콘과 같이 3차원 구조 소재에서 문제가 될 수 있는 전하 산란이 발생하지 않는다.
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오는 2024년 프랑스 파리올림픽을 찾는 관람객은 샤를 드골 공항에서 내린 뒤 도심으로 이동할 때 택시나 버스 대신 도심항공교통(UAM)을 이용해 하늘을 날아갈 수 있게 된다. 프랑스는 파리올림픽과 패럴림픽에 맞춰 UAM 서비스를 시작할 계획이다. 지난달에는 영국 코번트리시에 드론 및 플라잉카 전용 공항인 ‘에어원(Air One)’이 문을 열었다.바야흐로 ‘하늘을 나는 대중교통’의 시간이 성큼 다가오고 있다. 각국 정부와 기업들은 발 빠르게 ‘UAM 시대’를 준비하고 있다. 한국의 UAM 산업은 어디까지 왔을까. 언제쯤 도심 하늘을 날 수 있을까.UAM은 수직 이착륙이 가능한 소형 비행체를 이용해 이동하는 대표적인 미래 모빌리티 산업이다. 비행체 개발뿐만 아니라 이착륙시설, 운항·관제, 연계 플랫폼 등의 관련 산업이 다양해 전·후방 파급효과가 크다. 1일 모건스탠리에 따르면 2020년 70억 달러(약 8조9000억원)였던 세계 UAM 시장 규모는 2040년 1조4740억 달러(약 1879조원)까지 확장할 것으로 추산된다.
UAM 산업의 확장성은 여러 업종의 기업을 설레게 한다. IT·통신 기업들은 네트워크 플랫폼의 확대, 통신 서비스의 확장을 겨냥한다. UAM을 안전하게 운행하려면, 기존 교통관리(ATM) 인력 중심의 관제시스템이 아닌 첨단 무인기반 교통관리 체계가 필요하기 때문이다. KT는 UAM 통신인프라, 데이터 플랫폼 개발, UATM(UAM용 교통관리) 시스템 개발·실증 협력 등을 추진 중이다. LG유플러스도 드론 솔루션·서비스 전문 기업인 파블로항공과 함께 교통 관리 시스템을 공동 개발하기로 했다.자동차 업체는 ‘모빌리티’에 주목한다. 현대차그룹은 지난해 UAM 독립 법인 ‘슈퍼널’을 출범했다. 향후 UAM, 무인항공시스템, 항공용 수소연료전지 시스템 개발을 연결해 기술 경쟁력을 강화할 계획이다. 현대차는 도심 운영에 최적화된 완전 전동화 UAM 모델을 2028년에 내놓을 예정이다.건설·중공업 기업들은 기체 및 UAM 이착륙장에 관심을 보인다. 현대건설은 UAM 수직 이착륙장인 ‘버티포트’의 구조와 제반시설 설계·시공 기술을 개발하고, 육상교통과 연계된 모빌리티 허브를 연구 중이다. 정유사인 GS칼텍스는 주유소 네트워크를 활용해 버티포트 구축에 나선다. 유통업계도 버티포트와의 시너지를 노린다. 롯데는 지상 교통, 관광, 쇼핑 인프라와 항공 교통을 연결하는 밑그림을 그리는 중이다. 인천에서 UAM을 타고 잠실 버티포트에서 내린 승객이 롯데정보통신의 자율주행 셔틀로 환승해 호텔이나 쇼핑몰로 이동하는 식이다. 롯데가 보유한 백화점, 대형마트, 호텔 등의 지상 인프라는 UAM 버티포트로 활용할 수도 있다.UAM이 가시화하자 기업들은 업종의 벽을 넘고 있다. SK텔레콤, 한국공항공사, 한화시스템, 한국교통연구원 등은 지난해 1월에 가장 먼저 컨소시엄을 구축했다. 지난해 11월 한국 최초로 UAM 상용화 운용 모델의 실증에 성공하기도 했다.
지난해 11월에는 현대자동차, KT, 대한항공, 인천국제공항공사, 현대건설도 컨소시엄을 꾸렸다. 현대자동차는 UAM 개발부터 제조, 판매, 운영, 정비, 플랫폼 등을 아우르는 사업화 모델을 개발하고 사험비행을 지원한다. 인천공항공사는 인천공항 UAM 인프라 구축·운영을, 대한항공은 UAM 운항·통제 시스템 개발 및 여객·물류 운송서비스사업 모델 연구 등을 수행한다.롯데그룹은 지난해 11월 미국 기업들과 공동으로 컨소시엄을 꾸렸다. 컨소시엄에는 롯데지주, 롯데렌탈, 민트에어, 미국 스카이웍스 에어로노틱스, 모비우스에너지, 롯데건설, 롯데정보통신이 합류해 있다. 미국 스카이웍스 에어로노틱스가 비행체를, 모비우스에너지가 배터리 모듈을 개발한다. 민트에어는 비행체를 운영한다. 이 컨소시엄은 비행체를 개발해 2024년 ‘인천공항~잠실 구간’에서 운영할 예정이다. 지난달 11일에는 LG유플러스, 카카오모빌리티, GS칼텍스, 제주항공, 파블로항공과 영국 버티컬에어로스페이스도 한국형 도심항공교통(K-UAM) 그랜드챌린지 실증 사업 참여를 위한 컨소시엄에 뛰어들었다.기업들 참여와 협업에 속도가 붙으면서 UAM이 자율주행 자동차보다 먼저 상용화할 수 있다는 관측도 나온다. 정부는 2025년 UAM 상용 서비스를 도입하고, 2030년부터 본격적으로 상용화한다는 로드맵을 만들었다.그러나 아직 UAM 관련 법이나 제도가 없다. 기체 개발 등의 항공기술 분야에서 해외 의존도도 높다. 한국은 정보통신기술(ICT), 배터리 등에서는 강점을 지닌다. 전국경제인연합회 관계자는 “다양한 전후방 연관 산업으로 UAM 시장의 성장 가능성이 매우 높다. 다만 한국은 국제 경쟁력에서 취약하고 기술 경쟁력이 낮다. 정부의 투자 지원이 중요하다”고 지적했다.
오는 2024년 프랑스 파리올림픽을 찾는 관람객은 샤를 드골 공항에서 내린 뒤 도심으로 이동할 때 택시나 버스 대신 도심항공교통(UAM)을 이용해 하늘을 날아갈 수 있게 된다. 프랑스는 파리올림픽과 패럴림픽에 맞춰 UAM 서비스를 시작할 계획이다. 지난달에는 영국 코번트리시에 드론 및 플라잉카 전용 공항인 ‘에어원(Air One)’이 문을 열었다.바야흐로 ‘하늘을 나는 대중교통’의 시간이 성큼 다가오고 있다. 각국 정부와 기업들은 발 빠르게 ‘UAM 시대’를 준비하고 있다. 한국의 UAM 산업은 어디까지 왔을까. 언제쯤 도심 하늘을 날 수 있을까.UAM은 수직 이착륙이 가능한 소형 비행체를 이용해 이동하는 대표적인 미래 모빌리티 산업이다. 비행체 개발뿐만 아니라 이착륙시설, 운항·관제, 연계 플랫폼 등의 관련 산업이 다양해 전·후방 파급효과가 크다. 1일 모건스탠리에 따르면 2020년 70억 달러(약 8조9000억원)였던 세계 UAM 시장 규모는 2040년 1조4740억 달러(약 1879조원)까지 확장할 것으로 추산된다.
UAM 산업의 확장성은 여러 업종의 기업을 설레게 한다. IT·통신 기업들은 네트워크 플랫폼의 확대, 통신 서비스의 확장을 겨냥한다. UAM을 안전하게 운행하려면, 기존 교통관리(ATM) 인력 중심의 관제시스템이 아닌 첨단 무인기반 교통관리 체계가 필요하기 때문이다. KT는 UAM 통신인프라, 데이터 플랫폼 개발, UATM(UAM용 교통관리) 시스템 개발·실증 협력 등을 추진 중이다. LG유플러스도 드론 솔루션·서비스 전문 기업인 파블로항공과 함께 교통 관리 시스템을 공동 개발하기로 했다.자동차 업체는 ‘모빌리티’에 주목한다. 현대차그룹은 지난해 UAM 독립 법인 ‘슈퍼널’을 출범했다. 향후 UAM, 무인항공시스템, 항공용 수소연료전지 시스템 개발을 연결해 기술 경쟁력을 강화할 계획이다. 현대차는 도심 운영에 최적화된 완전 전동화 UAM 모델을 2028년에 내놓을 예정이다.건설·중공업 기업들은 기체 및 UAM 이착륙장에 관심을 보인다. 현대건설은 UAM 수직 이착륙장인 ‘버티포트’의 구조와 제반시설 설계·시공 기술을 개발하고, 육상교통과 연계된 모빌리티 허브를 연구 중이다. 정유사인 GS칼텍스는 주유소 네트워크를 활용해 버티포트 구축에 나선다. 유통업계도 버티포트와의 시너지를 노린다. 롯데는 지상 교통, 관광, 쇼핑 인프라와 항공 교통을 연결하는 밑그림을 그리는 중이다. 인천에서 UAM을 타고 잠실 버티포트에서 내린 승객이 롯데정보통신의 자율주행 셔틀로 환승해 호텔이나 쇼핑몰로 이동하는 식이다. 롯데가 보유한 백화점, 대형마트, 호텔 등의 지상 인프라는 UAM 버티포트로 활용할 수도 있다.UAM이 가시화하자 기업들은 업종의 벽을 넘고 있다. SK텔레콤, 한국공항공사, 한화시스템, 한국교통연구원 등은 지난해 1월에 가장 먼저 컨소시엄을 구축했다. 지난해 11월 한국 최초로 UAM 상용화 운용 모델의 실증에 성공하기도 했다.
지난해 11월에는 현대자동차, KT, 대한항공, 인천국제공항공사, 현대건설도 컨소시엄을 꾸렸다. 현대자동차는 UAM 개발부터 제조, 판매, 운영, 정비, 플랫폼 등을 아우르는 사업화 모델을 개발하고 사험비행을 지원한다. 인천공항공사는 인천공항 UAM 인프라 구축·운영을, 대한항공은 UAM 운항·통제 시스템 개발 및 여객·물류 운송서비스사업 모델 연구 등을 수행한다.롯데그룹은 지난해 11월 미국 기업들과 공동으로 컨소시엄을 꾸렸다. 컨소시엄에는 롯데지주, 롯데렌탈, 민트에어, 미국 스카이웍스 에어로노틱스, 모비우스에너지, 롯데건설, 롯데정보통신이 합류해 있다. 미국 스카이웍스 에어로노틱스가 비행체를, 모비우스에너지가 배터리 모듈을 개발한다. 민트에어는 비행체를 운영한다. 이 컨소시엄은 비행체를 개발해 2024년 ‘인천공항~잠실 구간’에서 운영할 예정이다. 지난달 11일에는 LG유플러스, 카카오모빌리티, GS칼텍스, 제주항공, 파블로항공과 영국 버티컬에어로스페이스도 한국형 도심항공교통(K-UAM) 그랜드챌린지 실증 사업 참여를 위한 컨소시엄에 뛰어들었다.기업들 참여와 협업에 속도가 붙으면서 UAM이 자율주행 자동차보다 먼저 상용화할 수 있다는 관측도 나온다. 정부는 2025년 UAM 상용 서비스를 도입하고, 2030년부터 본격적으로 상용화한다는 로드맵을 만들었다.그러나 아직 UAM 관련 법이나 제도가 없다. 기체 개발 등의 항공기술 분야에서 해외 의존도도 높다. 한국은 정보통신기술(ICT), 배터리 등에서는 강점을 지닌다. 전국경제인연합회 관계자는 “다양한 전후방 연관 산업으로 UAM 시장의 성장 가능성이 매우 높다. 다만 한국은 국제 경쟁력에서 취약하고 기술 경쟁력이 낮다. 정부의 투자 지원이 중요하다”고 지적했다.
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