[헬로티] 국내 연구진이 반도체 선폭 미세화의 장애물인 파티클 이슈를 해결할 수 있는 내플라즈마성 나노구조 복합세라믹 제조 기술을 국내 최초로 개발하는 데 성공했다. 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 엔지니어링세라믹연구실 박영조 박사 연구팀은 ㈜미코세라믹스(대표 여문원)와 공동연구를 통해 반도체 제조장비 내부의 오염입자 저감이 기대되는 내플라즈마성 세라믹 신소재를 국내 최초로 개발했다. 반도체 제조 시 일반적으로 플라즈마를 이용한 식각 공정을 실시한다. 이때 실리콘 웨이퍼는 물론 장비 내부의 구성 부품도 플라즈마 조사에 노출되어 오염입자를 발생시킴으로써 칩 불량의 주요한 원인이 되고 있다. 반도체 선폭이 미세화될수록 고출력의 플라즈마 식각이 요구되기 때문에 오염입자 발생을 최소화하기 위한 내플라즈마성 신소재 개발이 절실히 요구되는 추세이다. 소재의 식각을 위해 플라즈마를 조사할 때 오염입자를 방지하기 위한 두 가지 변수는 ‘낮은 식각율’과 ‘작은 표면조도’의 유지이다. 연구팀은 이미 확보된 투명 세라믹 개발 과정에 사용된 무기공 이론밀도 치밀화 소결기술을 이트리아·마그네시아(Y2O3·MgO) 복합세라믹에 적용해
[헬로티] 국내 연구진이 수소차에 쓰이는 연료전지인 양성자 교환막 연료전지의 전해질막 소재를 개발했다. UNIST 화학과 나명수·백승빈·김영삼 교수 공동연구팀은 수소 이온 전도성이 뛰어난 연료전지용 전해질막 소재를 개발했다. 이 소재는 일반 고분자 전해질 소재와 달리 금속과 유기물이 혼합된 금속-유기 골격체(MOF : Metal–organic framework)로 이뤄졌다. 연구팀은 전해질의 수소 이온 전도도를 높이는 원리까지 밝혀내 향후 고성능 다공성 고체 전해질을 설계하는 데 도움이 될 전망이다. 수소연료전지는 수소와 공기 중 산소를 이용해 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 장치로, 부산물로 물만 나오는 친환경 발전장치다. 두 개의 전극과 양 전극 사이에서 수소 이온을 통과(수소 이온 전도)시키는 전해질막으로 이뤄졌다. 이 전해질막의 수소 이온 전도도는 화학반응 속도에 영향을 줘 연료전지 효율을 결정한다. 연구팀은 금속과 유기물이 결합해 다공성 골격구조체를 이루는 MOF로 60℃에서 10-2 S(지멘스)/cm 이상의 수소 이온 전도도를 지닌 전해질 소재를 개발해냈다. MOF의 한 종류인 MOF-808에 아미노술폰산이온을 첨가(손님분자)해 만들었다. MOF
[헬로티] 삼성전자가 고무줄처럼 자유자재로 변형이 가능하면서도 소자의 성능은 유지되는 '스트레처블(Stretchable) 디스플레이' 기술을 개발하는 데 성공했다. 삼성전자 종합기술원은 사람의 피부에 부착해 몸의 움직임에 따라 늘고 줄면서도 성능이 저하되지 않는 '스트레처블 센서와 OLED 디스플레이 개발 연구' 결과를 지난 4일(미국 현지시간) 세계적인 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 발표했다고 6일 밝혔다. 이 연구는 연신(길이를 늘임)에 따른 기기의 성능 안정성을 구현한 것이 특징이다. 연구진은 스트레처블 OLED 디스플레이와 광혈류 측정(Photoplethysmography, PPG) 센서를 하나의 기기에 통합해 '스트레처블 전자 피부' 폼 팩터로 구성했다. 광혈류 측정이란 혈관에 LED 등의 빛을 투사해 혈액이 통과할 때 혈관의 팽창과 수축에 따라 빛의 반사율이 달라지는 원리로 맥파를 측정하는 방법이다. 연구진은 이를 통해 향후 스트레처블 기기의 응용처 확대 가능성을 입증했다. 가장 큰 성과는 탄성력과 복원력이 우수한 고분자 화합물 '엘라스토머'의 조성과 구조를 바꿔 이를 업계 최초로 기존 반도체 공정을 통해 스트레처
[헬로티] 한국광기술원은 AI에너지연구센터 손명우 박사팀이 저온 합성공정 기술을 이용, 반도체 전극의 물리적 손상을 방지하는 고성능 그래핀-구리 적층 배선 제작 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다. 그래핀 저온 대면적 합성 기술을 기반으로 한 이 기술은 반도체와 디스플레이 분야에 폭넓게 적용이 가능하다. 그래핀은 전기·화학적 특성이 우수해 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불리는 물질이다. 지금까지 그래핀-구리 배선은 800℃ 이상의 고온에서 저압 화학 기상 증착법을 활용, 구리 호일 위에 그래핀을 합성하고 구리 배선에 전사해 제작하지만, 고온으로 인해 배선 기판이나 반도체에 물리적 손상이 발생하는 문제를 안고 있다. 저온의 화학기상증착법에 플라즈마를 적용해 그래핀을 구리 배선에 직접 합성하는 방식을 사용하지만 플라즈마의 높은 에너지로 그래핀의 물리적인 손상은 여전히 해결되지 않고 있다. 손 박사팀은 이러한 문제 해결을 위해 벤젠이나 피리딘 등의 액상 탄소소스를 그래핀 공정에 사용, 400℃ 이하의 저온 상압 화학기상증착법으로 기판이나 반도체의 물리적 손상 없이 그래핀-구리 배선 제작에 성공했다. 또 아르곤 가스를 주입하는 정화공정을 새롭게 개발해 저온
[헬로티] 라이다(LIDAR) 센서에 활용 가능한 콜로이드 양자점의 모양과 센서 성능과의 상관관계가 밝혀졌다. 한국세라믹기술원(원장 유광수) 지상수 박사와 프랑스 국립과학연구센터(CNRS, Centre National de la Recherche Scientifique) Emmanuel Lhuillier(엠마뉴엘 륄리에) 박사는 최근 공동연구를 통해 이같은 사실을 규명했다. ‘자율주행 자동차의 눈’으로 불리는 라이다 센서는 실시간으로 거리와 이미지를 측정하는 기능을 가지고 있어 자율주행 자동차 개발에 필수적인 핵심 부품이다. 일반적으로 상용화된 라이다 센서의 소재는 근적외선 파장대를 감지하는 실리콘이 주로 사용되지만 광효율이 낮고 근적외선 빛이 우리의 눈에 해를 끼치는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하고자 단파 적외선을 감지할 수 있는 인듐갈륨비소(InGaAs) 화합물 반도체 소재 기반 라이다 센서가 개발되었으나 제조비용이 높은 단점이 있어 최근에는 보다 공정비용이 저렴한 콜로이드 양자점 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재까지 콜로이드 양자점은 모양에 따라 전자구조가 변화하여 센서 성능이 달라질 수 있음에도 불구하고 그 상관관계가 명확하지 않았다. 이에 연
[헬로티] 최근 현저한 계산과학과 정보기술의 발달로 여러 종류의 대량 데이터를 쉽게 취득, 축적, 처리, 이용할 수 있게 됐으며, 또한 사물, 정보, 데이터 등이 네트워크를 통해 직접 연결되어 주고받을 수 있는 이른바 IoT(Internet of Things) 시대를 맞이하고 있다. 한편 취급해야 할 시스템들이 점점 더 대규모, 복잡화됨에 따라 시스템의 목적은 점점 더 다양화되고, 또한 상황에 따라 변화하고 있다. 이러한 배경 하에 여러 가지 문제에 유연하게 대처할 수 있는 새로운 시스템 접근의 구축이 시급해지고 있다. 시스템 공학·과학, 시스템 접근 등의 저류를 이루는 개념을 과감하게 요약하면, 시스템을 시스템으로 파악해 문제 해결을 도모하는 것이 된다. 즉, 어떠한 시점 혹은 관점에서 시스템을 파악해 문제 해결을 도모할지이다. 이때, 최근의 시스템을 둘러싼 상황이나 과제를 취급할 수 있는 시스템 접근을 구축하기 위해서는 경계와 관계성의 관점이 중요하다고 지적, SICE의 시스템․정보 부문에 ‘경계와 관계성을 관점으로 하는 시스템 접근 조사연구회’가 2019년에 설치되어 활동을 시작했다. 이 글에서는 경계와 관계성을 관점으로 시스템을 생각한다는 것은 어떠한
[헬로티] 2020년에 팬데믹이 되어 세계를 습격한 신형 코로나바이러스 감염증(COVID-19)은 효과적인 백신이나 치료약이 없는 가운데 사회적 활동의 저감이 한정된 대책의 주요 부분이 되어 경제에 막대한 영향을 미치고 있다. 팬데믹 대책 외에도 지구 규모의 환경 문제, 거대 재해, 인구 감소와 고령화, 양극화 등 일본은 여러 가지 어려움에 동시에 대응해야 한다. 한편, 정보통신 기술은 급속한 진보를 이루고 있으며, 다양한 기기가 네트워크로 결합되는 ‘사물 인터넷(Internet of Things, IoT)’이나 심층학습으로 대표되는 인공지능 기술의 활용도 기대되고 있다. COVID-19 대책으로서 실시할 수밖에 없게 된 재택근무나 온라인 수업은 묘하게도 그때까지 떠들썩했던 디지털 트랜스포메이션(DX)을 많은 사람들이 체험적으로 생각하는 계기가 됐다. 정보통신 기술의 활용을 전제로, 물질적인 과정으로서 존재하는 실제 세계와 정보적인 과정으로서 존재하는 가상 세계를 보다 긴밀하게 결합한 Cyber-Physical-System, CPS의 구성이나 개별적으로 구성된 시스템을 연계해 보다 고도의 기능을 실현하는 System of Systems(SoS)가 앞서 언급한
[헬로티] 전량 외산 수입에 의존하던 레이저 가공기용 오토 포커스(Auto-focus) 장비를 국내 연구진이 국산화하는 데 성공했다. 한국기계연구원(이하 기계연)의 노지환 책임연구원은 디스플레이 생산 시 불량 검사에 필요한 머신 비전의 성능을 향상시킬 수 있는 레이저 가공기용 오토 포커스 장비를 개발하는 데 성공했다. 오토 포커스 기능은 카메라로 사진을 찍을 때 원하는 피사체가 또렷하게 보이도록 초점을 맞추는 것처럼 관찰 대상에 초점을 맞추도록 조절하는 기능으로, 빠르고 선명하게 이미지를 확보하기 위해서는 대상물의 변화에 따라 빠르게 초점을 맞추는 오토 포커스 기술이 관건이다. 연구팀은 대면적 디스플레이의 불량을 검사할 때 쓰이는 현미경에 반달 모양 마스크를 적용하는 방식으로, 디스플레이의 이동에 따라 발생하는 단차를 빠르고 정밀하게 측정할 수 있는 레이저 반달 마스킹 변위 측정 기술을 개발했다. 레이저 빔을 조사(照射)할 때 반달 모양의 마스크를 적용하면 대상물체의 위치 변화에 따라 초점이 맞을 때는 또렷한 레이저 빔이, 맞지 않을 때는 반달 모양의 볼록한 부분이 좌우로 바뀌는 레이저 빔이 나온다. 초점이 정확히 맞는 위치로부터 대상체가 위·아래로 얼마나
이더넷-APL은 프로세스계장 분야가 기존의 아날로그 체계에서 디지털 체계로 전환됨을 의미하며, 공장의 프로세스계장 분야 종사자 또는 계측제어부, 공무부, 계전과, 계기과에 종사하는 엔지니어는 물론 프로세스계장 엔지니어링 회사의 계측제어 부서 요원들이라면 반드시 알아야 할 기술 내용이다. 지난 회에 이어, 2022년에 발표될 IEC 프로세스계장 단일 표준인 “IEC TS 60079-47” 이더넷 APL에 대해 구체적으로 설명한다. 이 백서는 ODVA에서 자료를 직접 제공받았음을 밝힌다. Ethernet-APL의 채택 이더넷은 상호운용성에 대한 강력한 요구사항이 있는 환경에서 신뢰할 수 있는 통신 기술임이 입증되었다. 이것은 산업 현장, 사무실 및 건물, 그리고 많은 개인 주택단지에도 적용된바 있다. 이더넷 기술의 고도화는 제품개발 및 프토토콜 스택에 있어서 네트워크망의 계획, 설치 후 커미셔닝 및 여러 문제를 해결할 수 있는 다양한 도구들을 사용하여 널리 수용할 수 있도록 환경을 조성하는 것을 포함하는 개념이다. 끊김 없는(seamless) 원활한 설치는 빠른 도입, 높은 참여도를 보장하므로 모든 사용자에게 장기적인 비즈니스 환경을 제공하게 된다. 따라서 여기
[헬로티] ‘알칼라인 하이드라진 액체연료전지’의 성능을 획기적으로 높인 촉매가 개발됐다. 드론, 탐사로봇, 킥보드, 카트 등 산업계에서의 액체연료전지 활용이 한 걸음 더 가까이 다가왔다. 알칼라인 하이드라진 액체연료전지(Alkaline hydrazine fuel cells)는 하이드라진과 산소의 전기화학적 반응을 이용해 전기에너지를 발생시키고, 에너지 생성 단계에서 질소 기체와 물을 배출하는 친환경 에너지 변환 장치다. 한국기초과학지원연구원(이하 KBSI) 소재분석연구부 정범균 박사 연구팀과 광주과학기술원(이하 GIST) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀은 공동연구를 통해 전극 촉매를 개발해 알칼라인 하이드라진 액체연료전지의 성능을 높은 수준으로 확보하는 데 성공했다. 친환경적인 동력 발생 장치로 각광받는 수소연료전지는 출력성능이 우수하지만, 수소를 누출 없이 고압으로 저장하고 운송하기 위한 특별한 기술과 장비가 필요하다. 액체연료전지는 이러한 기술적 문제없이 운송동력장치에 활용될 수 있는 차세대 에너지원이다. 그 중 ‘하이드라진 액체연료전지’는 수소연료전지에 비견될 수준의 출력성능을 가지고 있으며 기존 액체연료의 저장 및 수송 인프라를 활용할 수 있기 때
용이한 채택, 원활한 통합, 간단한 설치, 광폭의 범위, 귀중한 데이터로 연결한다는 의미가 담긴 이더넷-APL은 프로세스계장 분야가 기존의 아날로그 체계에서 디지털 체계로 전환됨을 의미하며, 공장의 프로세스계장 분야 종사자 또는 계측제어부, 공무부, 계전과, 계기과에 종사하는 엔지니어는 물론 프로세스계장 엔지니어링 회사의 계측제어 부서 요원들이라면 반드시 알아야 할 기술 내용이다. 이글에서는 2022년에 발표될 IEC 프로세스계장 단일 표준인 “IEC TS 60079-47” 이더넷 APL에 대해 구체적으로 설명한다. 서두에 국내 현황에 대해서는 필자의 의견도 제시했으며, 백서는 ODVA에서 자료를 직접 제공받았음을 밝힌다. 최근 산업의 세계적 추세는 클라우드와 디지털전환(Digital Transformation)이다. 프로세스계장 분야는 2차 대전 이후 아날로그 신호인 공기압식 신호와 전기식 신호로 프로세스플랜트를 최근까지 운영해 왔고, 필드버스를 추가하여 병용 사용해왔다. 그러나 이제는 프로세스플랜트의 기술 환경이 클라우드와 디지털화를 요구하고 있고 향후에도 다년간 이 기술이 전제되지 않고는 기술이 존재할 수 없는 환경으로 바뀌어 버렸다. 한때 프로세스계장
[헬로티] 누르거나 잡아당기는 자극의 세기에 따라 방출되는 빛의 밝기가 민감하게 변하는 전자피부 기술이 개발되었다. 전자피부란, 온도, 습도, 압력 등을 감지하는 능력을 가짐으로써 사람의 피부와 유사한 기능을 나타낼 수 있는 탄력있고 부드러운 전자 장치이다. 기존 압력을 감지해 빛을 내는 등의 시각적인 되먹임(피드백)을 제공하는 전자피부는 압력의 감지장치와 이에 대응하여 빛을 내는 발광장치가 개별적으로 필요하며, 이들을 연결하는 복잡한 회로가 요구되었다. 또한, 압력이 가해지는 위치를 미세하게 구분하기 위해 감지장치와 발광장치를 높은 집적도로 배치하는 기술이 요구되었다 과학기술정보통신부는 강문성 교수(서강대학교 화공생명공학과) 연구팀과 김도환 교수(한양대학교 화학공학과) 연구팀이 누르거나 당기는 등 힘의 변화를 빛의 미세변화로 응답하는‘스마트 발광형 전자피부’를 개발했다고 밝혔다. 사용자의 입력(누르거나 잡아당기는)에 반응하여 실시간으로 눈으로 보이는 되먹임(피드백)을 제공하는 스마트 촉각인터페이스 기술은 유연한 터치스크린, 버튼 없는 디스플레이 등 차세대 사용자 친화적 실감형 기술 등에 유용하게 응용될 수 있다. 하지만 기존에는 사용자의 입력을 받아들이는
[헬로티] 한국표준과학연구원(KRISS)이 반도체·디스플레이 공정에 사용되는 플라즈마 양을 실시간으로 측정할 수 있는 센서를 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 가동 장비를 멈추지 않고도 사용할 수 있기에 반도체·디스플레이 장비 성능평가 및 제품 수율 향상에 도움이 될 것으로 기대된다. 이번 기술은 한국 원천 특허 등록을 기반으로 미국·유럽·중국·일본 등 4개국 특허 출원이 완료됐다. KRISS 연구팀은 기기에 센서가 내장된 ‘지능형 식각공정 장비’ 개발을 추진할 예정이며, 외산에 독점화된 반도체 장비 시장에서 기술혁신을 이룰 것으로 전망된다. 반도체 소자의 저전력화, 선폭 초미세화, 3차원 구조화에 따라 반도체 플라즈마 공정의 난도가 높아지고 있다. 플라즈마 공정은 반도체 회로 패턴 가운데 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 작업인 식각 공정에 사용된다. 식각 공정의 안정성은 반도체 생산성·수익성의 척도인 수율로 이어진다. 잘못된 식각 공정으로 회로 부분이 끊기거나 균일하지 않으면 생산된 반도체 칩에 오류가 생기고 원하는 동작을 수행할 수 없다. 지금까지는 공정 중 웨이퍼 영역의 플라즈마 변수를 직접 측정할 수 있는 센서가 없었다. 해외에서 독점적으
[헬로티] 흑연과 다이아몬드, 그리고 그래핀처럼 같은 원소로 이뤄진 물질이라도 차원을 달리하면 새로운 성질이 나타난다. 새로운 2차원 물질에서 전자들이 규칙적으로 배열되는 전자정렬 현상과 저항 없이 흘러 다니는 초전도 현상이 공존하는 전자 상태가 발견됐다. 포스텍 물리학과 김준성 교수, 김태환 교수, 신소재공학과 김종환 교수를 비롯한 국내 공동 연구진은 선형의 전자정렬 상태를 가지고 있는 이리듐-다이텔루라이드(IrTe2)를 수십 나노미터의 두께로 벗겨내어, 전자정렬 상태와 2차원 초전도성이 공존한다는 것을 밝혀냈다. 이번 발견을 통해 전자정렬 상태의 소멸 혹은 그로 인한 양자요동이 없어도 초전도 현상을 유도할 수 있다는 것이 확인됐다. 극저온에서 전자의 농도나 외부 압력이 바뀌면서, 원래 나타나던 전자의 정렬 상태가 사라지거나 다른 상태로 변하는 현상이 일어나는데 이를 양자 상전이 현상이라고 한다. 지금까지는 양자 상전이 현상이 일어날 때 보통의 초전도체와 다른, 비고전적인 초전도 현상이 자주 발견됐다. 이때 비고전적인 초전도 현상을 유도하는 중요한 요인 중 하나는 전자정렬 상태가 사라지면서 나타나는 양자요동이라고 여겨졌다. 하지만 아직도 전자정렬 상태와 초
[헬로티] 이차전지 개발에 긍정적인 영향을 줄 수 있는 기존 전지 음극의 불안정성을 개선한 새로운 초박막 음극이 국내 연구진에 의해 개발됐다. DGIST(총장 국양) 에너지공학전공 이용민 교수, 이홍경 교수, 한밭대학교 화학생명공학과 유명현 교수 공동 연구팀이 리튬 금속 분말에 안정화 첨가제를 첨가한 초박막 리튬 금속 음극 제조 기술을 개발했다. 이번에 개발한 음극 제조 기술은 기존 음극보다 사용수명을 늘릴 수 있어, 향후 이차전지 개발에 긍정적인 영향을 줄 것으로 보인다. 리튬 금속으로 제작된 전극은 높은 이론 용량(3860 mAh g-1), 낮은 환원 전위(-3.04 V vs Li/Li+)를 가져, 전지의 에너지 밀도를 높이는데 적합한 음극재로 관심을 받아왔다. 하지만 충·방전 과정 중 지속적인 리튬 덴드라이트(Lithium Dendrite) 형성되며 음극의 표면이 균일하지 못하게 되고, 이로 인한 성능 저하와 내부 단락에 의한 전지 발화 등이 발생하는 단점으로 사용에 한계가 있어왔다. 이에 공동 연구팀은 기존 음극에 새로운 물질을 첨가해 문제를 억제시킨 새로운 음극 제작 기술을 개발했다. 연구팀은 음극 제작을 위해 계면보호 첨가제인 ‘리튬 질산염’을 리
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