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2024-11-24 (일)

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[신소재 신기술(66)] 혁신적인 '빛 수확 시스템', 태양 전지 효율 38% 개선

독일 과학자들이 태양 전지의 효율성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 혁신적인 광 수확 시스템을 개발했다. 율리우스 막시밀리안 대학교(JMU) 연구팀은 전체 가시광선 스펙트럼을 흡수하여 태양 에너지를 보다 효율적으로 활용할 수 있는 새로운 시스템을 설계했다고 인터레스팅엔지니어링과 인티펜던트 등 다수 외신이 27일(현지시간) 보도했다. 연구 환경에서 실험 결과, 이 시스템은 입사광의 38%를 형광으로 변환하여, 기존 시스템 대비 비약적인 발전을 이루었다. 현재 상용화된 태양 전지에 사용되는 광 수집 시스템은 효율성이 낮다. 실리콘 등 무기 반도체 재료로 제작되어 가시광선 전체 스펙트럼을 흡수할 수 있지만, 흡광도가 매우 낮아 더 많은 빛을 흡수하기 위해 두꺼운 실리콘 층이 필요하며, 이는 태양 전지의 무게 증가로 이어진다. 연구팀은 광합성을 통해 넓은 스펙트럼의 빛을 활용하는 식물과 박테리아 등 자연 시스템에서 영감을 얻어, 네 가지 메로시아닌 염료를 사용하여 빛 수확 안테나를 설계했다. 이 염료들은 정교하게 접히고 쌓여 초고속으로 에너지를 효율적으로 전달할 수 있다. 이 혁신적인 빛 수확 시스템 프로토타입은 네 가지 염료 성분이 흡수하는 파장(자외선 U, 적색 R, 보라색 P, 청색 B)을 따서 URPB라고 명명됐다. 보도자료에 따르면 연구팀은 광 수확 시스템 성능을 검증하기 위해 형광 양자 수율(시스템이 형광 형태로 방출하는 에너지의 양)을 측정했다. 네 가지 염료를 개별적으로 사용할 경우, 빛 에너지의 약 1~3%만 수집할 수 있다. 하지만 새로운 시스템에서는 이들을 통합적으로 활용하여 빛의 38%를 유용한 에너지로 변환하는 데 성공했다. JMU의 프랑크 뷔르트너 박사는 "이 시스템이 무기 반도체와 유사한 구조를 가지고 있어 '가시광선 범위 전체에 걸쳐' 빛을 흡수할 수 있다"고 설명했다. 또한 유기 염료의 높은 흡수율을 기반으로 자연광 수확 시스템처럼 얇은 층을 사용하여 상당한 양의 빛 에너지를 수집할 수 있다고 강조했다. 이변 연구 결과는 '헤테로메릭 염료 폴더머를 위한 초분자 엑시톤 밴드 엔지니어링에 의한 범색광 수확 안테나'라는 제목으로 '화학 저널(Chem)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-06-28
삼키는 알약 로봇 필봇, 집에서 내시경 시행하고 원격 진단까지

원격의료 분야 스타트업 엔디엑스(Endiatx)가 개발한 삼키는 알약 로봇 필봇(PillBot)이 임상 시험에 들어가 상용화에 성큼 다가섰다. 필봇은 사람이 알약을 먹듯이 삼켜 위장 상태를 점검하는 작은 로봇으로, 내시경과 같은 침습적 의료 시술을 피함은 물론 원격 제어의 길도 열어 줄 것으로 기대되고 있다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 필봇은 ‘위장 속에서 움직이는 눈’과 같은 역할을 한다. 로봇 내부에는 펌프젯 추진기가 장착돼 있으며, 필봇은 그 동력으로 멀티콥터 드론처럼 움직인다. 물론 로봇 경로는 외부에서 제어할 수 있다. 엔디엑스는 카메라와 센서가 부착된 알약 크기의 필봇을 사람이 복용하면 카메라가 찍은 영상을 전문의가 보고 위장 상태를 진단할 수 있다고 밝혔다. 특히 무선 통신도 가능하기 때문에 집에서 전문의와 원격 상담도 가능하다는 설명이다. 엔디엑스의 토레이 스미스 CEO는 “현재 알약 로봇인 필봇의 임상 시험을 진행하고 있다”고 말하고 3분기 중 미국의 주요 의료 기관에서 본격적인 시험을 시작할 예정이라고 덧붙였다. 위암 조기 진단 기대 위암은 치료하기에는 이미 늦은 상태에서 진단되는 경우도 많다. 위암은 매년 미국에서 1만1000건, 전 세계적으로 80만 건의 진단이 기록된다. 필봇은 이런 위암의 조기 진단에도 큰 효과를 보일 것으로 기대된다. 실리콘밸리에서 2019년 설립된 엔디엑스는 설립 이후 진단 및 치료 응용 분야에서 인체 속에서 움직이며 관찰하는 소형 로봇을 개발해 왔다. 필봇은 이 회사의 첫 번째 작품으로, 섭취 가능한 로봇 캡슐이다. 카메라, 센서 및 무선 통신 기술을 갖춘 필봇을 사용하면 의사는 높은 정밀도와 제어로 위장관을 검사할 수 있다. 필봇은 특히 별도의 의료 시설이 필요하지 않아 추가 투자 부담이 적다. 나아가 병원 접근이 제한된 계층을 위한 원격 의료도 활성화시킬 수 있다. 의료 사각지대의 위암 검사를 활성화하는 동시에 저소득층에 대한 의료 서비스 개선을 꾀할 수 있다. 엔디엑스 측은 필봇을 통해 원격 의료가 크게 발전할 것이며, 위암의 조기 진단으로 많은 사람의 생명을 구할 수 있을 것이라고 주장했다. 혁신적인 원격 진단 필봇은 상복부 내시경(EGD)을 대신한다. 위장 내부를 빠르게 관찰할 수 있다. 필봇을 삼키기 위해 사용자가 준비할 일은 식사를 건너뛰고 물을 많이 마시는 것 외에는 없다. 필봇의 크기는 13mm x 30mm로, 임상 시험에 들어간 프로토타입은 현재까지 인상적인 기능을 보여주고 있다고 한다. 고해상도 동영상을 초당 2.3메가픽셀로 전송하고 있는데, 회사는 곧 동영상 품질을 4배로 높인다는 계획이다. 원격으로 떨어져 있는 의사는 스마트폰 앱을 사용해 환자의 뱃속에서 움직이는 로봇을 조종한다. 필봇은 6~24시간 후 작동을 멈추고 자연적으로 몸 밖으로 배출된다. 회사 연구진은 현재 인공지능(AI)을 사용해 예비 진단을 수행하고, 의사가 치료 과정을 수립하는 작업을 진행하고 있다. 필봇은 현재 위장에서의 움직임과 카메라 작동을 수동으로 제어해야 하는데, 이를 AI 기술로 자동화한다는 것이다. 즉 위장에서의 자율주행 기능을 추가한다는 것. 연구팀은 나아가 필봇 기술을 위장은 물론, 대장, 혈관계, 심장, 간, 뇌 및 기타 신체 부위 검사까지 확장할 계획이다. 궁극적으로 병원은 이 기술을 이용해 보다 긴급한 진료와 수술에 집중할 수 있을 것이라는 기대다. 한편 진행 중인 임상 시험을 통해 엔디엑스는 미국 식품의약국(FDA) 승인을 받고 2026년 초 미국에서 상업적으로 출시하는 것을 목표로 하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-26
[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다

'기적의 소재'로 불리는 페로브스카이트 실리콘 소재로 태양광 패널의 효율을 30% 이상 높이는 신기록을 수립했다. 세계 최대 태양광 패널 제조업체인 중국 롱기(Longi)그린에너지기술(주)의 연구원들은 직렬형 페로브스카이트-실리콘 태양전지를 사용하여 34.6%의 전력 변환 효율을 달성했다고 인디펜던트가 보도했다. 이 새로운 기록은 또한 대부분의 상용 태양광 패널에서 볼 수 있는 표준 실리콘 태양전지의 기록보다 7% 이상 더 효율적이다. 페로브스카이트는 배터리부터 통신, 재생에너지에 이르기까지 모든 분야를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력으로 인해 차세대 태양광 소재로 주목받고 있다. 현재의 실리콘 태양전지 패널이 물리적 한계에 도달함에 따라 연구자들은 이제 태양 에너지를 더 잘 활용할 수 있는 차세대 직렬 전지를 찾고 있는 것. 페로브스카이트 실리콘 전지의 이론적 효율 한계는 43%로 표준 실리콘 전지의 한계인 29%를 훨씬 초과한다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 공정을 통해 저온에서 제조 가능해 생산 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 짧은 시간 내에 실리콘 태양전지에 근접하는 효율성을 달성했으며, 이론적으로는 더 높은 효율을 달성할 수 있는 잠재력이 있다. 또한 유연하고 가벼운 특성으로 건물 외벽이나 창문, 휴대용 기기 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 최신 페로브스카이트-실리콘 태양전지 기록은 지난 3년 동안 태양전지 효율성 부문에서 세계 기록을 16번이나 깬 롱기(Longi)의 일련의 혁신에 이은 것이다. 회사 측은 중국 상하이에서 열린 제17회 국제 태양광 발전 및 스마트 에너지 컨퍼런스(SNEC)에서 사우디 에너지 기업인 ACWA 파워(Power)와 협력해 글로벌 에너지를 변화시키기 위한 새로운 '랜드마크' 계약과 함께 이번 신기록을 발표했다. 인디펜던트는 롱기는 현재 이 기술을 상용화하는 과정에 있는 여러 회사 중 하나이지만 신기술에 대해 더 자세한 내용은 공개되지 않았다고 전했다. 롱기는 성명에서 "전자 수송층의 박막 증착 공정 최적화, 고효율 결함 패시베이션 재료 개발 및 사용, 고품질 계면 패시베이션 구조 설계를 통해 신기록을 달성했다"고 밝혔다. 페로브스카이트에 대한 또 다른 업체로 영국의 옥스포드 PV는 독일에 생산 시설을 설립해, 올해 페로브스카이트 기반 태양전지 제품을 첫 고객에게 전달할 수 있기를 기대하고 있다. 한편, 페로브스카이트는 수분과 열, 빛 등 외부 환경에 취약해 장기적인 안정성 확보가 필요하다는 단점이 있다. 또한 대부분의 페로브스카이트 태양전지는 납을 함유하고 있어 환경과 건강 문제를 야기할 수 있다. 게다가 대면적화 기술 개발 및 상용화가 아직 미흡한 단계에 있다. 과학자들은 페로브스카이트의 이러한 문제를 해결하기 위해 관련 연구를 활발히 진행하고 있다.
- 포커스온
2024-06-21
[신소재 신기술(59)] 질화갈륨-마그네슘 초격자, 새로운 합성법으로 탄생

과학자들이 질화갈륨(GaN)과 금속 마그네슘(Mg)을 가열해서 초격자가 형성되는 것을 발견했다. 일본 나고야 대학 연구팀은 질화갈륨과 마그네숨 간의 열 반응을 통해 톡특한 조격자 구조가 형성되는 것을 실험 과정 중에 우연히 발견했다고 PHYS가 보도했다. 이는 벌크 반도체에 2차원 금속층이 삽입되는 현상이 최초로 확인된 사례이다. 초격자는 인공적으로 만들어진 주기적인 구조를 가진 물질로, 고성능 트랜지스터, 레이저 다이오드, 광검출기 등 다양한 분야에 활용된다. 연구팀은 최첨단 분석 기술을 통해 물질을 정밀하게 관찰해 반도체 도핑 및 탄성 변형 공학에 대한 새로운 통찰력을 얻었으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 질화갈륨(GaN)은 높은 전력 밀도와 빠른 작동 주파수를 요구하는 분야에서 기존 실리콘 반도체를 대체할 것으로 기대되는 광대역 갭 반도체 물질이다. GaN의 이러한 특징은 LED레이저 다이오드, 전력 전자 장치(전기 자동차 및 고속 충전기의 핵심 부품 포함) 등 다양한 분야에서 활용 가치가 높다. GaN 기반 장치의 성능 향상은 에너지 절약 사회 실현과 탄소 중립 미래를 실현하는 데 기여할 수 있다. 반도체에는 p형 및 n형이라는 두 가지 필수적이고 상호 보완적인 전기 전도 유형이 존재한다. p형 반도체는 주로 양전하를 운반하는 자유 캐리어인 정공을 특징으로 하며, n형 반도체는 자유 전자를 통해 전기를 전도한다. 반도체는 도핑이라는 과정을 통해 p형 또는 n형 전도성을 획득한다. 도핑은 순수 반도체 물질에 특정 불순물(도펀트)을 의도적으로 도입하여 전기적 및 광학적 특성을 크게 변화시키는 것을 의미한다. GaN 반도체 분야에서 p형 전도성을 생성하는 것으로 알려진 유일한 원소는 Mg이다. 그러나 Mg 도핑의 성공 이후 35년이나 지났음에도 불구하고, GaN에서 Mg 도핑의 전체 메커니즘, 특히 Mg의 용해도 한계 및 분리 거동은 여전히 명확하지 않다. 이러한 불확실성은 광전자 및 전자 분야에서의 최적화를 제한한다. 이 연구의 제1 저자인 지아 왕과 그의 동료들은 p형 GaN의 전도도를 개선하기 위해 GaN 웨이퍼에 증착된 금속 Mg 박막을 패턴화하고 고온에서 가열하는 어닐링이라는 기존 공정을 수행하는 실험을 진행했다. '어닐링(Annealing)'은 금속이나 유리 등의 재료를 가열한 후 천천히 식혀 내부 응집력을 제거하고 재료의 성질을 변화시키는 열처리 과정을 말한다. 금속을 가열하고 천천히 식히면 재료의 결정 구조를 변화시켜 강도, 경도, 내식성 등의 특징을 개선할 수 있다. 왕 연구원은 "GaN은 이온 결합과 공유 결합이 혼합된 광대역 갭 반도체이고 Mg는 금속 결합을 특징으로 하는 금속이지만, 이 두 이질적인 물질은 동일한 결정 구조를 가지고 있으며 육각형 GaN과 육각형 Mg의 격자 차이가 무시할 정도로 적다는 것은 놀랍도록 자연스러운 우연"이라고 말했다. 이어 "우리는 GaN과 Mg사이의 완벽한 격자 일치가 구조를 만드는 데 필요한 에너지를 크게 줄여 이러한 초격자의 자발적인 형성에 중요한 역할을 한다고 생각한다"라고 설명했다. 연구팀은 최첨단 전자 현미경 이미징을 사용해 GaN 및 Mg 층이 번갈아 나타나는 초격자의 자발적인 형성을 관찰했다. GaN과 Mg는 물리적 특성이 크게 다른 물질이므로 이처럼 초격자가 자발적으로 형성된 것은 매우 특이한 현상이다. 연구팀은 이 독특한 삽입 거동을 '틈새 삽입(interstitial intercalation)'이라고 명명하고, 이것이 모재에 압축 변형을 유발한다는 것을 밝혀냈다. 특히 Mg 층이 삽입된 GaN은 20GPa 이상의 높은 응력을 견뎌냈다. 이는 대기압의 20만배에 해당하며, 박막 물질에서 기록된 가장 높은 압축 변형이다. 이는 실리콘 필름에서 일반적으로 발견되는 압축 응력(0.1~2GPa)보다 훨씬 크다. 전자 박막은 이러한 변형으로 인해 전자 및 자기 특성에 상당한 변화를 겪을 수 있다. 연구팀은 변형된 방향을 따라 정공 수송을 통한 GaN의 전기 전도도가 크게 향상되었음을 발견했다. 한편, 이 연구는 'GaN 기술의 요람'으로 알려진 나고야 대학에서 이루어졌다는 데 의미가 있다. 이번 연구의 교신 저자인 아마노 히로시와 나고야 대학의 아카사키 이사무는 1980년대 후반에 Mg가 도핑된 GaN을 사용해 최초의 청색 LED를 개발했다. 이들의 공헌은 2014년 노벨 물리학상 수상으로 이어졌다. 이번 연구에서는 2차원 Mg 도핑의 새로운 메커니즘을 밝혀냄으로써 III-질화물 반도체 연구 분야의 잠재적으로 새로운 길을 열 것으로 기대된다. 왕 연구원은 "마그네슘이 삽입된 GaN 초격자 구조의 발견과 2D-Mg 도핑의 새로운 메커니즘 규명은 질화 3족 반도체 연구 분야의 선구적인 업적을 기릴 수 있는 어렵게 얻은 기회"라고 말했다. 노벨상 수상 후 10년 만에 Mg 도핑의 기술을 발전시킨 왕 연구원은 "이 시기적절한 발견이 이 분야의 새로운 길을 열고 더 많은 기초 연구에 영감을 줄 수 있는 '자연의 진정한 선물'"이라고 밝혔다. 이 연구에는 나고야 대학에서 지아 왕, 카이 웬타오, 순 루, 에미 카노, 비랩 사르카, 와타나베 히로타카, 이카라시 노부유키, 혼다 요시오, 아마노 히로시 등이 참여했다. 외에도 메이지 대학교의 연구진과 오사카 대학교의 나카지마 마코토 교수가 이끄는 광학 그룹이 이 연구의 다른 공저자로 참여했다.
- 포커스온
2024-06-14
삼성전자, AI칩 '원스톱' 솔루션 제공…2027년 첨단 파운드리 기술 도입

삼성전자가 2027년 첨단 파운드리(반도체 위탁생산) 기술을 도입해 인공지능(AI) 칩 개발에서부터 위탁생산, 조립에 이르기까지 AI 칩 생산을 위한 원스톱 서비스를 강화한다고 12일(현지시간) 발표했다. 삼성전자는 이날 미국 실리콘밸리에서 '삼성 파운드리 포럼 2024'를 개최, AI 시대를 주도할 반도체 부문의 기술 전략을 공개했다. 종합 반도체 기업으로서의 장점을 극대화해 AI 열풍에 따른 AI 칩 수요에 적극적으로 대응하고, 세계 최대 파운드리 업체인 대만의 TSMC를 추격할 계획이다. 삼성전자는 현재 파운드리와 메모리, 어드밴스드 패키지(첨단 조립)를 '원팀'으로 제공하고 있는 AI 칩 생산을 위한 원스톱 턴키(일괄) 서비스를 2027년 더욱 강화할 계획이라고 밝혔다. 삼성전자는 현재 파운드리의 시스템 반도체와 메모리의 고대역폭(HBM), 이를 패키징하는 통합 'AI 솔루션'을 통해 고성능 저전력 AI 칩 제품을 출시 해오고 있다. 이를 통해 기존 공정 대비 칩 개발에서부터 생산에 걸리는 시간을 약 20% 단축하고 있다고 삼성전자는 설명했다. 2027년에는 새로운 파운드리 기술을 도입해 이를 더욱 강화한다는 방침이다. 먼저 2027년까지 2나노(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 공정에 '후면전력공급(BSPDN)' 기술을 도입(SF2Z)하기로 했다. 삼성전자는 이미 내년부터 2나노 공정을 시작한다고 밝혔다. 여기에 '후면전력공급' 기술을 탑재한다는 것이다. '후면전력공급'은 전력선을 웨이퍼 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 고난도 기술로, 전세계적으로 아직 상용화 사례가 없다. 그동안 반도체 전력선은 웨이퍼 앞면에 회로를 그렸지만, 후면전력공급에 의해 후면에도 회로를 그리게 되면 초미세화 공정을 구현할 수 있는 '게임 체인저'로 평가됐다. 대만 TSMC는 2026년 말 2나노 이하 1.6공정에 '후면전력공급' 기술을 도입하겠다고 밝힌 바 있다. 삼성전자는 후면전력공급 기술을 통해 기존 2나노 공정 대비 소비전력·성능·면적의 개선 효과와 함께 전류의 흐름을 불안정하게 만드는 전압 강하 현상을 대폭 줄여 고성능 컴퓨팅 설계 성능을 향상할 것으로 기대하고 있다. 또한 삼성전자는 2027년에는 AI 솔루션에 적은 전력 소비로도 고속 데이터 처리가 가능한, 빛을 이용한 광학 소자 기술까지 통합할 계획이다. 게다가 2025년에는 기존 4나노 공정에 칩을 더 작게 만들면서 성능을 높이는 '광학적 축소' 기술을 도입(SF4U)해 양산할 예정이라고 말했다. 지난 4월 TSMC가 2026년부터 1.6나노 공정 양산 계획을 발표하자, 업계에서는 삼성전자도 1.4나노 양산 시점을 앞당길 수 있을 것이라고 전망했다. 삼성전자는 그러나 이날 2027년 1.4나노 공정 양산 계획을 재확인하며 "목표한 성능과 수율을 확보하고 있다"고 밝혔다. 수율은 웨이퍼 1장에 설계된 최대 칩 개수 대비 실제로 생산된 정상 칩의 개수를 백분율로 나타낸 수치이다. 수율이 높을 수록 생산성이 좋아지고, 수율이 낮으면 불량품이 많아져 손실이 커지고, 생산 비용도 증가하게 된다. 삼성전자 파운드리 사업부 최시영 사장은 이날 기조연설에서 "AI 시대 가장 중요한 건 AI 구현을 가능케 하는 고성능·저전력 반도체"라며 "AI 반도체에 최적화된 게이트올어라운드(GAA) 공정 기술과 광학 소자 기술 등을 통해 AI 시대 고객들이 필요로 하는 원스톱 AI 솔루션을 제공할 것"이라고 말했다. 이날 행사에는 영국 반도체 설계 기업인 암(Arm) 르네 하스 최고경영자(CEO)와 캐나다 AI 반도체 기업 그로크의 조나단 로스 CEO 등이 각각 협력사가 참여했다. 이들은 고객사 자격으로 무대에 올라 'AI 시대에 가속화되는 컴퓨트 플랫폼'과 '생성형 AI를 위한 그로크의 전환'을 주제로 연설했다. 한편, 올해 1분기 파운드리(반도체 위탁생산) 세계 1위 업체인 대만 TSMC와 삼성전자의 시장 점유율 격차가 더 커진 것으로 나타났다. 12일 대만 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 글로벌 10대 파운드리 업체의 올해 1분기 합산 매출은 291억7200만달러로, 전 분기 대비 4.3% 감소했다. TSMC의 1분기 매출은 188억4700만달러로 전 분기 대비 4.1% 감소했다. AI 관련 고성능컴퓨터(HPC) 수요 강세에도 스마트폰 등 소비재 재고 비수기에 따른 것으로 해석된다. 다만 다른 경쟁사들의 부진으로 TSMC의 시장 점유율은 61.7%로 전 분기(61.2%)보다 0.5%포인트 증가했다. 업계 2위인 삼성전자의 1분기 매출은 33억5700만달러로, 7.2% 감소했다. 시장 점유율은 11.0%로 전 분기(11.3%)보다 0.3%포인트 감소했다. 이에 따라 TSMC와 삼성전자 간 점유율 격차는 2023년 4분기 49.9%포인트에서 2024년 1분기에 50.7%포인트로 확대됐다.
- IT/바이오
2024-06-13
[파이낸셜 워치(12)] 엔비디아 CEO "대만, AI 시대 절호의 기회"...경제부장 "AI로 50년 먹고 살 것"

인공지능(AI) 칩 선두 업체 엔비디아의 젠슨 황(중국명 황런쉰) 최고경영자(CEO)가 대만을 방문해 AI 시대 대만의 핵심적인 역할을 강조하며, 대만의 AI 기술력과 잠재력에 대한 극찬을 아끼지 않았다. 31일(현지시간) 중국시보 등 대만 언론에 따르면 황 CEO는 전날 타이베이에서 류양웨이 폭스콘 회장, 퉁쯔셴 페가트론 회장 등 대만 IT 업계를 이끄는 14명의 CEO와 비공개 만찬을 가졌다. 이 자리에서 황 CEO는 "AI 기술의 발전은 IT 산업을 새로운 시대로 이끌었고, 대만은 이 변화의 중심에서 절호의 기회를 맞이했다"라며 대만의 AI 산업 성장 가능성을 높이 평가했다. 그는 또한, "이번 만남을 통해 차세대 글로벌 과학기술 산업 구축을 위한 심도 있는 논의를 나눴다"고 밝혀, 대만과의 협력 강화 의지를 드러냈다. 이날 만찬에서 오는 6월 4일 타이베이에서 개막하는 정보기술 박람회인 컴퓨텍스 행사와 관련한 환담도 이뤄졌다고 대만 언론은 언급했다. 젠슨 황 CEO는 1963년 대만 타이닌에서 태어났지만 9살때 가족들과 함께 미국으로 이민했다. 미국 오리건주립대학교에서 전기공학 학사 학위를 취득했고, 스탠퍼드 대학교에서 전기 공학 석사 학위를 받았다. 1993년 실리콘밸리에서 엔비디아를 공동 설립했고, 현재까지도 CEO로 재직하고 있다. 한편, 대만 정부 역시 AI 산업 육성에 대한 강한 의지를 표명했다. 궈즈후이 신임 경제부장은 "대만은 AI 칩과 서버를 기반으로 향후 50년간 지속적인 성장을 이룰 수 있다"고 선언하며, 대만 반도체 산업의 핵심 경쟁력을 강조했다. 특히, 세계 최대 파운드리(반도체 수탁생산) 기업 TSMC에 대한 집중 투자로 인해 제기되는 '네덜란드병' 우려에 대해서는 "반도체 산업은 지난 50년간 대만 경제 성장의 원동력이었다"라며 일축했다. '네덜란드병'(Dutch Disease)은 지난 1950년대 말 네덜란드가 북해에서 대규모 천연가스 유전 발견한 덕에 막대한 수입을 올렸으나 이후 자국 통화가치가 급등하면서 제조업이 경쟁력을 잃어 경제침체에 빠진 현상을 말한다. 궈 부장은 (천연자원과) 반도체 산업 가치는 다르다면서 반도체 산업이 지난 50년 동안 대만의 경제를 일구었다고 강조했다. 현재 대만은 전 세계 고급형 서버의 80~90%를 생산하고 있으며, AI 칩과 서버 산업은 대만의 미래 먹거리를 책임질 핵심 분야로 꼽힌다. 류징칭 국가발전위원회 주임위원은 대만의 서버, 저장 설비, 파운드리, IC 패키징·테스트 분야의 압도적인 세계 시장 점유율을 언급하며, "관련 산업 점유율을 30%까지 확대해 대만을 '경제의 해가 지지 않는 나라'로 만들겠다"는 야심찬 목표를 제시했다. 이는 대만이 글로벌 공급망에서 핵심적인 역할을 수행하며, 세계 경제에 미치는 영향력을 더욱 확대하겠다는 의지를 드러낸 것으로 해석된다. 그러나, 대만의 AI 굴기에 대한 미국의 견제 움직임도 포착되고 있다. 야후 파이낸스는 미국이 중동 지역 AI 개발에 대한 국가 안보 검토를 이유로 엔비디아와 AMD의 대규모 AI 가속기 중동 수출 라이선스 발급을 지연시키고 있다고 보도했다. 이는 미국이 자국의 기술 우위를 유지하고, 첨단 기술의 해외 유출을 막기 위한 조치로 해석된다. 엔비디아가 개척한 AI 가속기는 데이터센터가 인공지능 챗봇 및 기타 도구를 개발하는 데 필요한 엄청난 정보를 처리하는 데 도움을 준다. 이는 AI 인프라를 구축하려는 기업과 정부에 필수적인 장비다. 지난해 10월 미 상무부는 중국과 몇몇 다른 해외 적대국에 초점을 맞춘 칩 수출 제한에 중동 지역을 추가했다. 엔비디아와 AMD 외에도 인텔과 스타트업인 세레브라스 시스템즈도 AI 가속기 칩을 생산하고 있다.
- 경제
2024-06-01
[신소재 신기술(52)] 공기 중 물 추출 기술, 글로벌 물 부족 해결할까?

공기에서 물을 추출하는 영화 같은 기술이 개발됐다. 습도가 거의 없는 지역에서도 공기에서 깨끗한 물을 추출할 수 있는 시스템이 개발됐다고 과학 기술 전문매체 인터레스팅엔지니얼링이 보도했다. 기후 변화로 인해 강수 패턴이 변화하고, 가뭄과 같은 극단적인 날씨 현상이 빈번해지면서 물 자원이 불 안정해지고 있다. 강수량의 변동성이 커져 물 부족 문제가 악화되고 있는 것. 유엔식량농업기구(FAO)에 따르면 전 세계 인구의 절반이 적어도 한 달에 한 번은 물 부족에 직면하고 있다. 2025년에는 전 세계 18억 명의 사람들이 절대적인 물 부족 상황에 직면할 것으로 예상되고 있다. 기후 변화로 인한 극심한 홍수도 이용 가능한 수자원을 오염시킬 수가 있다. 영화 '스타워즈'에서 영감 받은 공기 중에서 물을 생성하는 혁신적인 기술은 기후 변화로 초래되는 여러 불확실한 상황에서 깨끗하고 안전한 물을 공급하는 데 도움이 될 수 있다. 공기에서 물 생성 원리는? 공기로부터 믈을 생성하는 원리는 간단해 냉각방식과 가열 방식 두 가지가 있다. 공기 중의 습도는 수증기의 결과이며, 이를 추출하면 깨끗한 물을 얻을 수 있다. 냉각 방식에서는 습한 공기가 이슬점까지 냉각되어 수증기가 액체로 응축된다. 가열 방식은 흡습성 물질을 사용해 공기 중의 습기를 흡수한 후 가열해 수분을 방출하는 방식이다. 두 가지 기술 모두 확장이 쉽고, 재생 가능한 에너지로 전력을 공급받을 수 있으므로 고립된 섬이나 외딴 지역에 물을 공급하기가 용이하다. 2016년 가뭄에 직면한 케냐의 학생 베스 코이기(Beth Koigi)는 인근 강에서 깨끗한 물을 공급받을 수 있는 정수 솔루션을 찾기 시작했다. 그러던 중 냉각식 공기-물 발전기를 개발했다. 그녀는 지역사회가 깨끗한 물을 이용할 수 있도록 돕기 위해 마지크워터(Majik Water)를 설립했다. 마지크 워터는 비정부기구(NGO)와 협력하여 가정, 병원, 지역사회를 위한 확장 가능한 솔루션을 제공하고 있다. 가장 큰 설비는 24시간 동안 500리터의 물을 생산할 수 있다. 그러나 비용을 고려할 때 장기적인 해결책은 아니다. 고비용 문제 해결이 관건 아라비아해 남부 케랄라 주의 학생이었던 스왑닐 슈리바스타브(Swapnil Shrivastav)도 비슷한 경우다. 2016년 코지코데 시의 가뭄으로 하루에 물 공급량이 2통으로 줄어든 뒤, 그는 3년 후인 2019년 인도의 실리콘밸리인 벵갈루루에 '우라부 랩스(Uravu Labs)'를 설립했다. 물 생성을 위해 가열 방법을 사용하는 우라부 랩스는 단 12시간 만에 2000리터의 물을 공급할 수 있다,. 그러나 생산한 물을 지역 사회에 전달하는 비용이 지나치게 높았다. 게다가 인도에서 NGO 지원을 찾을 수 없었다. 그로 인해 우라브 랩스는 현재 호텔 산업에 물을 공급하고 있다. 이 회사는 자사의 장치를 배포해 깨끗한 물을 만들고 데이터 센터의 물 소비량을 95% 줄이려고 한다. 그러나 공기로부터 물을 얻는 시스템은 비용 절감 뿐만 아니라 글로벌 물 부족 문제를 해결하기 위해 열 교환기, 흡습성 재료, 응축기 등의 구성 요소에서 혁신을 이루어야 한다. 이에 전문가들은 이 시스템의 채택을 늘리기 위해 정부 지원과 환경 규제도 도움이 될 수 있다고 지적했다. 수질 정화 기술도 개발해야 한편으로는 공기 중에 존재하는 다양한 오염 물질을 효과적으로 제거하고, 추출된 물을 안전하게 식수로 공급하는 기술 개발이 필요하다. 공기에서 물을 추출하는 기술은 상당한 에너지를 필요로 한다. 이는 기술의 실용성과 지속 가능성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 특히 태양 에너지나 풍력과 같은 재생 에너지를 사용하지 않고 기존 전력망에 의존해 물을 추출한다면 에너지 생산 과정에서 발생하는 온실 가스 배출량의 문제가 발생한다. 또한 물 사용 방식에 대한 근본적인 변화를 요구하기 때문에 물 자원 소유권과 관리, 기술 개발 등 사회적 논쟁을 불러 일으킬 수 있다.
- IT/바이오
2024-05-31
"엔비디아, 대만에 추가 R&D센터 건설"

인공지능(AI) 칩 전문기업 엔비디아가 대만 남부 가오슝에 AI 연구개발(R&D)센터를 추가로 건설할 예정이라고 공상시보 등 대만언론이 29일 보도했다. 한 소식통은 엔비디아가 남부 가오슝 아완 지역 소프트웨어 산업단지 내에 초고성능 컴퓨터(HPC) 시스템을 구축할 것이라면서 이같이 밝혔다. 대만은 반도체 설계 및 제조 분야에서 세계적인 명성을 앋고 있으며, 이는 엔비디아와 같은 AI및 컴퓨팅 기술 기업에게 매우 중요한 자산이기 때문으로 풀이된다. 게다가 대문 정부는 AI 및 첨단 기술 산업의 성장을 적극적으로 지원하고 있다. 대만정부는 2020년부터 AI, 차세대전력반도체, 새로운 5G 구조 등 가지 분야 관련 A+ 산업혁신 R&D 프로그램을 시작했다. 자격이 부합하는 기업은 투자 금액의 최대 50%에 해당하는 보조금을 받을 수 있다. 한 정부 관계자는 엔비디아가 지난 2021년 이 프로그램에 따른 대만 투자 계획을 승인받았다. 이 소식통은 엔비디아가 가오슝 소프트웨어 산업단지 내 훙하이 빌딩에 대만 최대 규모인 엔비디아의 HPC '타이베이 1'(Taipei-1)의 기계실 설치에 나섰다고 설명했다. 이어 해당 지역에 향후 대만 내 2번째 엔비디아 AI 연구개발(R&D)센터기 들어설 것이라고 전했다. 다만 엔비디아와 대만 폭스콘(훙하이정밀공업) 양측의 협력 방식은 아직 알 수 없다고 말했다. 또다른 소식통은 엔비디아가 대만 경제부의 'A+ 산업혁신 R&D 프로그램'을 통해 북부 타이베이 네이후 지역에 자사 최초의 AI 연구개발(R&D) 센터의 정식 건설에 나서 일부 R&D 시설이 운영되고 있다면서, 엔비디아가 폭스콘과 협력을 통해 지난해 말 가오슝 아완 지역에 HPC의 설치를 마쳤다고 전했다. 이와 관련해 대만 경제부 관계자는 지난달 중순 엔비디아와 함께 '타이베이 1' 사용 신청 설명회를 가졌다고 밝혔다. 이어 엔비디아 측이 해당 HPC 연산 능력을 대만의 생성형 AI, 생성형 AI 제품을 구동하는 거대언어모델(LLM), 디지털 복제 등 미래 비전을 위한 기술의 연구 개발에 제공하겠다고 말했다고 설명했다. 그러면서 대만에는 엔비디아가 2021년 아시아 최초로 대만에 건설을 신청한 'AI 혁신 R&D 센터'뿐이라면서 2번째 R&D 센터 건설 여부에 대해서는 잘 모른다고 했다. 해당 관계자는 또 가오슝의 '타이베이 1'은 R&D 센터가 아니라고 밝혔다. 대만언론은 대만 경제부가 국내외 테크 기업의 대만 투자를 유도하는 'A+ 산업혁신 R&D 프로그램'을 통해 마이크론, 엔비디아에 각각 47억2200만 대만달러(약 1995억원)와 67억 대만달러(약 2832억원)의 보조금을 지원했다고 전했다. 한편, 대만언론은 소식통을 인용해 젠슨 황(중국명 황런쉰) 엔비디아 최고경영자(CEO)가 라이칭더 신임 총통을 만나 엔비디아의 대만 투자, 공급망 및 산업 발전 등의 의제에 대해 논의할 예정이라고 보도했다. 그러나 총통부의 한 관계자는 아직 황 CEO의 총통부 방문 또는 라이 총통의 엔비디아 대만 지사 방문 등의 계획은 없다고 상반된 의견을 밝혔다. 현지 언론은 또 황 CEO가 30일 세계 최대 파운드리(반도체 수탁생산) 업체인 대만 TSMC의 장중머우 창업자와 만날 예정이라고도 전했다. 대만언론에 따르면 류징칭 국가발전위원회(NDC) 주임위원(장관급)은 전날 입법원(국회)에서 가진 첫 언론인터뷰에서 "AI 산업이 반도체 산업에 이어 '나라를 지키는 신성한 산(聖山)'이 될 것"이라고 밝혔다. 류 주임위원은 "AI 산업이 5년 이내에 놀랄만한 발전을 이룩할 것"이라고 강조했다. 앞서 라이 총통은 지난 20일 취임 연설에서 "지금의 대만은 반도체 선진 제조 기술을 장악해 AI 혁명의 중심에 서있다"면서 "글로벌 AI화 도전에 직면해 우리는 반도체 칩 실리콘 섬의 기초 위에 서서 전력으로 대만이 'AI 섬'이 되도록 할 것"이라고 했다. 그러면서 "AI 산업화와 AI 혁신을 가속화하고, 산업의 AI화와 AI 컴퓨팅 파워를 이용해 국력과 군사력, 인적 역량, 경제력을 높일 것"이라고 강조했다. 한편, 엔비디아(NVDA) 주식은 28일(현지시간) 사상 처음으로 1100달러 이상으로 거래됐다. 이날 장중 한때 약 8% 오른 1149.39달러를 돌파해 최고가를 경신한 뒤 약 1140달러에 마감됐다. 야후 파이낸스는 이는 일론 머스크가 지난 26일 자사의 인공 지능 스타트업 xAI가 시리즈 B 자금 조달 라운드에서 60억 달러를 조달했다고 발표한 뒤 일어났으며 엔비디아 주가는 다음 거래일에 8%나 상승했다고 전했다. 마스크는 xAI 챗봇 그록(Grok)을 가동하는 데 사용될 새로운 슈퍼 컴퓨터에 엔비디아 칩을 사용할 계획이다. 28일 뉴욕 증시에서 엔비디아 주가는 전 거래일보다 6.98% 오른 1139.01달러(약 153만원)에 거래를 마쳤다. 엔비디아는 실적 발표 다음날인 지난 23일 처음으로 1000달러를 돌파한데 이어 2거래일만에 다시 1100달러를 넘어선 뒤 3거래일 연속 증가하면서 최고치를 경신했다. 이에 엔비디아 시가총액도 2조8010억 달러로 늘어 3조 달러에 근접했다. 시총 2위 애플(2조9130억 달러)과는 1120억 달러, 약 4% 차이에 불과하다.
- IT/바이오
2024-05-29
중국, 반도체산업 강화 위해 사상 최대 64조원 펀드 조성

중국정부는 반도체산업 강화의 일환으로 3440억위안(475억 달러, 약 64조6720억원) 규모의 사상 최대 반도체 투자기금을 조성했다. 27일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 중국 정부가 운영하는 신용정보 기관인 국가기업신용정보공개시스템은 이같은 규모의 ‘국가 집성 전로 산업 투자 기금' 3호 펀드가 5월 24일 공식적으로 설립돼 베이징(北京)시 시장감독관리국에 등록됐다고 밝혔다. '빅펀드'라고도 불리는 국가 집성 전로 산업 투자 기금은 2014년 처음 조성됐는데 이번이 3호이며 규모가 가장 크다. 1호 펀드는 1387억 위안, 2호 펀드는 규모가 2040억 위안이었다. 중국 기업 정보 사이트인 톈옌차에 따르면 중국 재무부는 지분 17%, 납입자본금 600억 위안을 보유한 최대주주다. 중국개발은행캐피탈은 지분 10.5%를 보유한 2대 주주다. 중국의 5대 주요 은행인 중국공상은행, 중국건설은행, 농업은행, 중국은행, 교통은행 등 17개 기관이 투자자로 등록되어 있으며 각각 총 자본금의 약 6%를 출자하고 있다. 빅펀드는 그간 중국 최대 칩 파운드리 업체인 중신궈지(SMIC)와 화홍 반도체뿐만 아니라 플래시 메모리 제조업체인 양쯔 메모리 테크놀로지스(YMTC)와 여러 소규모 기업 및 펀드에 자금을 제공했다. 로이터 통신은 지난해 9월에 3호 펀드가 집중할 주요 분야가 칩 제조용 장비라고 보도했다. 하지만 현재로서는 투자 대상은 명확히 밝혀지지 않았다. 닛케이(日本經濟新聞)신문에 따르면 미국의 대중국 수출 제한으로 반도체 제품과 제조 장비 수입이 어려워진 인공지능(AI) 제품에 집중할 것이라는 시각이 확산되고 있다. 해외 수입 제한 대상인 제조장비 개발과 더불어 중국 반도체 거대 기업들이 해외 거대 기업에서 국내 조달로 전환을 서두르고 있는 실리콘 웨이퍼, 화학, 산업용 가스 등 소재의 중국 제조업체 육성에 주력할 것으로도 예상된다. 블룸버그통신은 미국이 한국과 네덜란드, 독일, 일본을 포함한 동맹국들에 중국의 반도체 접근 제한을 더욱 강화하도록 촉구하자 반도체 자체 공급망을 구축하려는 중국 정부가 이에 맞서 3차 펀드를 조성했다고 보도했다. 펀드 조성 소식이 전해지자 중국 주요 반도체 업체들의 주가가 급등했다. 중국 최대 반도체 제조사인 SMIC는 27일 홍콩 증시에서 5.4% 상승했고 화홍반도체도 6% 이상 올랐다.
- 포커스온
2024-05-27
[퓨처 Eyes(37)] 양자 컴퓨팅, 초순수 실리콘 개발로 큰 도약

과학자들이 실리콘 동위원소 제거를 통해 정제된 초순수 실리콘을 만들어 양자 컴퓨팅 구현에 한 발 더 다가섰다. 최근 영국과 호주의 과학자들이 고성능 큐비트 장치를 구성할 수 있는 초순수 실리콘을 생산해 양자 컴퓨팅 발전에 새로운 가능성을 열었다고 어스닷컴과 인디펜던스 등 다수의 외신이 보도했다. 이번 연구는 호주 멜버른 대학교와 영국 맨체스터 대학교의 첨단 전자 재료 그룹이 주도했다. 실리콘은 전자 제품과 컴퓨팅에서 매우 중요한 소재로, 반도체 기술의 동의어처럼 사용된다. '실리콘 밸리'라는 지명도 실리콘의 중요성을 반영한다. 실리콘은 다양한 조건에서 전기를 전도하도록 만들 수 있으며, 지각에서 두 번째로 풍부한 원소로 쉽게 구할 수 있는 장점이 있다. 지난 수십 년 동안 실리콘은 컴퓨터의 엄청난 확장을 촉진했지만, 실리콘의 순도 문제는 슈퍼컴퓨터 등 고급 시스템에서 제한 요소로 작용했다. 실리콘은 자연 상태에서 실리콘-28(Si-28), 실리콘-29(Si-29), 실리콘-30(Si-30) 등 세 가지 안정적인 동위원소로 존재한다. Si-28은 전체 실리콘의 약 92.23%를 차지하며, Si-29는 약 4.67%, 희귀한 Si-30은 약 3.10%를 차지한다. 이번 연구의 공동 감독자인 데이비드 제이미슨 교수는 "자연적으로 발생하는 실리콘은 대부분 Si-28이지만, 약 4.5% 존재하는 동위원소 Si-29가 문제를 일으킨다"고 지적했다. 그는 "실리콘-29는 각 원자의 핵에 여분의 중성자가 있어 작은 불량 자석처럼 작용해 양자 일관성을 파괴하고 컴퓨팅 오류를 일으킨다"고 설명했다. 연구팀은 이온 주입기를 사용해 컴퓨터 칩에 Si-28 빔을 발사해 Si-29의 불순물을 제거했다. 그 결과 Si-29 함량이 4.5%에서 0.0002%로 감소했다. 제이미슨 교수는 "이온 주입기를 조정해 실리콘을 이 수준으로 순수하게 정제할 수 있다"고 밝혔다. 이번 연구를 주도한 리처드 커리 교수는 "이 획기적인 발전으로 양자 컴퓨팅을 구축하는 작업이 상당히 가속화될 것"이라고 말했다. 커리 교수는 "우리는 실리콘 기반 양자 컴퓨터를 구성하는 데 필요한 중요한 ‘벽돌’을 효과적으로 만들었다"라고 비유하면서, "이 기술은 인류를 변화시킬 잠재력을 가진 기술(양자 컴퓨팅)을 실현 가능하게 만드는 중요한 단계"라고 덧붙였다. 이번 발견은 과학 학술지 커뮤니케이션 머티리얼스-네이처에 게재됐다. 양자 컴퓨터는 큐비트 수가 많을수록 더 강력하지만, 오류에 더 취약하다. 양자 컴퓨팅의 구성 요소인 큐비트는 매우 민감하여 안정적인 환경이 필요하기 때문이다. 온도 변화 등 환경의 아주 미세한 변화도 컴퓨터 오류를 일으킬 수 있다. 다시 말하면, 양자 컴퓨터는 양자 물리학의 무한한 영역을 활용해 일반 컴퓨터가 할 수 없는 일을 수행할 수 있다. 그러나 정보를 처리하고 저장하는 양자 비트(큐비트)는 미세한 온도 변동이나 실리콘 불순물과 같은 사소한 간섭으로 인해 '일관성'을 잃을 수 있다. 그로 인해 오늘날 과학자들이 사용하는 양자 컴퓨터는 절대 온도(-273도)에 가까운 냉장고에 넣어 두는 경우에만 오류 없이 작동할 수 있다. 큐비트는 중첩과 얽힘 같은 고유한 특성을 가지며, 이를 통해 많은 계산을 병렬로 수행할 수 있다. 하지만 큐비트는 환경에 매우 민감하여 쉽게 양자 상태를 잃을 수 있다. 이를 디코히어런스라고 한다. 이러한 취약성 때문에 양자 오류 수정 기술이 필요하다. 실리콘은 기존 컴퓨팅의 기반이 되는 물질로, 연구자들은 실리콘이 확장 가능한 양자 컴퓨터의 해답이 될 것으로 기대하고 있다. 천연 실리콘의 동위원소 문제를 해결한 멜버른 대학교의 과학자들은 Si-29와 Si-30의 원자를 제거하여 양자 컴퓨터에 적합한 고품질의 초순수 실리콘을 만들어냈다. 슈퍼 컴퓨터를 능가하는 양자 컴퓨터는 단 30개의 큐비트로 작동된다. 이 프로젝트에서 실험을 수행한 라비 아차리아 박사는 "고품질 실리콘 큐비트를 생성하는 능력은 지금까지 사용된 실리콘의 순도에 의해 제한되었다. 우리가 보여준 획기적인 순도는 이 문제를 해결한다"고 설명했다. 제이미슨 교수는 "우리의 기술은 인공지능, 보안 데이터, 통신, 백신 및 의약품 설계, 에너지 사용, 물류 및 제조 등 사회 전반에 걸쳐 획기적인 변화를 약속하는 안정적인 양자 컴퓨터로 가는 길을 열어준다"고 밝혔다. 그는 "이제 우리는 매우 순수한 실리콘-28을 생산할 수 있게 됐다. 다음 단계는 많은 큐비트에 대해 동시에 양자 일관성을 유지할 수 있음을 입증하는 것이다. 큐비트가 30개에 불과한 양자 컴퓨터는 일부 응용 분야에서 오늘날의 슈퍼컴퓨터 성능을 능가할 것"이라고 덧붙였다. 새로운 의약품 설계나 정확한 일기 예보는 오늘날의 슈퍼 컴퓨터로는 계산이 너무 어려운 영역이다. 커리 교수는 "대규모 데이터를 처리할 수 있는 능력을 재고할 수 있는 기술을 통해 우리는 기후 변화의 영향을 해결하고, 보안 통신과 백신 설계 등 의료 문제를 해결하는 등 복잡한 현실 문제에 대한 솔루션을 찾을 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 1917년 어니스트 러더퍼드의 '원자 쪼개기' 발견, 1948년 '더 베이비'의 전자 저장 프로그램 컴퓨팅 최초 시연 등 맨체스터 대학교의 과학 혁신 역사와 맞물려 중요한 이정표가 될 것으로 보인다. 연구팀은 이번에 발견한 초순수 실리콘이 큐비트가 많은 양자 컴퓨터가 더 오랫동안 안정적으로 작동하는 데 도움이 될 것이며, 다음 단계는 이를 테스트하는 것이라고 말했다.
- 포커스온
2024-05-23
HBM 전체 D램 매출 비중 내년 30% 이상 전망

인공지능(AI) 시장 확대로 고대역폭 메모리(HBM) 수요가 급증하는 가운데 내년에는 HBM이 전체 D램 매출의 30% 이상을 차지할 것이라는 전망이 나왔다. 7일(현지시간) 대만 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 전체 D램 비트(bit) 용량에서 HBM이 차지하는 비중은 2023년 2%에서 올해 5%로 상승하고 2025년에는 10%를 넘어설 것으로 전망된다. 트렌드포스는 HBM 비중이 시장 가치(매출) 측면에서는 2023년 전체 D램의 8%에서 올해 21%로 늘어나고, 2025년에는 30%를 넘어설 것으로 예상했다. HBM 판매 단가는 2025년 5∼10% 상승할 것으로 봤다. 트렌드포스는 "HBM의 판매 단가는 기존 D램의 몇배, DDR5의 약 5배에 달한다"며 "이러한 가격 책정은 단일 디바이스 HBM 용량을 증가시키는 AI 칩 기술과 결합해 D램 시장에서 용량과 시장 가치 모두 HBM의 점유율을 크게 높일 것"이라고 말했다. 올해 HBM 수요 성장률은 200%에 육박하며 내년에는 2배로 증가할 전망이다. 트렌드포스는 "2025년 HBM 가격 협상이 이미 올해 2분기에 시작됐다"며 "D램의 전체 생산 능력이 제한돼 있어 공급업체들은 미리 가격을 5∼10% 인상했으며 이는 HBM2E, HBM3, HBM3E에 영향을 미쳤다"고 설명했다. 이는 HBM 구매자들이 AI 수요 전망에 대해 높은 신뢰도를 유지하고 있고 지속적인 가격 인상을 받아들일 의향이 있는 데다, HBM3E의 실리콘관통전극(TSV) 수율이 현재 40∼60%에 불과해 개선의 여지가 있기 때문이라고 봤다. 모든 주요 공급업체가 HBM3E 고객 인증을 통과한 것이 아닌 만큼 구매자는 안정적이고 우수한 품질의 공급을 확보하기 위해 더 높은 가격을 수용하게 됐다고 트렌드포스는 분석했다. 트렌드포스는 "향후 Gb(기가비트)당 가격은 D램 공급업체의 신뢰성과 공급 능력에 따라 달라질 수 있으며, 이는 평균판매단가(ASP)에 불균형을 초래해 결과적으로 수익성에 영향을 미칠 수 있다"고 밝혔다. 현재 SK하이닉스와 삼성전자는 HBM 시장의 주도권을 확보하기 위해 HBM 생산능력을 늘리며 수요 증가에 대응하고 있다. 이에 앞서 곽노정 SK하이닉스 최고경영자(CEO)는 지난 2일 기자간담회에서 "HBM은 올해 이미 '솔드아웃'(완판)이고, 내년 역시 대부분 솔드아웃됐다"고 말했다. 여기에는 최근 공급을 시작한 HBM3E 8단 제품뿐 아니라 3분기 양산을 준비 중인 HBM3E 12단 제품도 포함된 것으로 알려졌다. 김재준 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장(부사장)도 지난달 30일 1분기 실적 콘퍼런스콜에서 "올해 HBM 공급 규모는 비트 기준 전년 대비 3배 이상 지속적으로 늘려가고 있고, 해당 물량은 이미 공급사와 협의를 완료했다"며 "2025년에도 올해 대비 최소 2배 이상의 공급을 계획하고 있으며 고객사와 협의를 원활하게 진행 중"이라고 밝혔다.
- 산업
2024-05-07
미국 지방은행 리퍼블릭 퍼스트 파산직전 매각⋯금융위기 불안 고조

미국 필라델피아에 본사를 둔 리퍼블릭 퍼스트 은행(리퍼블릭 은행)이 파산 직전 매각됐다. 필라델피아주 금융당국은 은행 자산을 압류해 연방예금보험공사(FDIC)를 법정관리인으로 지정하고 같은 지역 내 풀턴 파이낸셜에 매각하도록 했다. 지난해 지역은행들의 파산 사태 당시의 혼란 상황이 재현되는 것을 막기 위한 사전적 조치로 분석된다. FDIC은 27일(현지시간) 리퍼블릭 은행이 지난 26일 폐쇄됐다고 발표했다. 월스트리트저널(WSJ)과 로이터통신 등 외신들에 따르면 펜실베이니아주 당국은 이날 리퍼블릭 퍼스트 은행을 폐쇄한 뒤 FDIC 경매를 통해 매각까지 빠르게 끝냈다. FDIC는 성명을 통해 "펜실베니아주 은행증권부가 리퍼블릭 은행을 폐쇄하고, 연방예금보험공사를 법정관리인으로 지정했다"며 "예금자 보호를 위해 펜실베니아주 풀턴 파이낸셜의 자회사 풀턴 은행이 리퍼블릭 은행의 모든 예금을 인수하고 자산을 매입하는 계약을 체결했다"고 밝혔다. 성명은 "뉴저지, 펜실베이니아, 뉴욕에서 영업 중이던 32개 리퍼블릭 은행 지점이 주말인 27일과 월요일인 29일 정상 영업시간 중 풀턴 은행의 지점으로 다시 문을 열 것"이라고 전했다. FDIC에 따르면 리퍼블릭 은행은 1월말 현재 총자산 약 60억달러(약 8조2740억원), 예금 총액 약 40억달러(약 5조5160억원)를 보유하고 있다. 풀턴 은행은 성명을 통해 리퍼블릭 은행은 예금 외에도 차입금과 기타 부채가 약 13억달러(약 1조7927억원)에 달한다고 밝혔다. 풀턴 은행은 이번 리퍼블릭 인수를 통해 예금총액이 약 86억달러(약 11조8594억원)로 불어난다. 리퍼블릭 은행은 비용 증가와 수익성 개선 불능으로 인한 압박으로 지난해 초에 감원을 단행하고 대출 사업을 중단했다. WSJ는 FDIC가 투자자와의 투자 협상이 결렬된 직후인 2월 곧바로 은행을 압류하고 매각하는 작업에 들어갔다고 전했다. 지난해 지역은행들에서 나타난 '뱅크런( 대규모 예금인출사태)'과 연쇄 부도 같은 상황이 벌어지기 전 당국에서 선제적 대응을 한 것으로 보인다. FDIC는 올해 첫 미국 은행 파산이자 지난해 11월 아이오와주 색시티의 시티즌스 은행 이후 미국에서 처음 파산하는 은행이라고 말했다. 리퍼블릭 은행은 지난해 파산한 실리콘밸리은행(SVB)과 시그니처은행, 퍼스트리퍼블릭 은행 등 다른 지방은행처럼 금리 상승에 따른 채권 등 평가손실이 급증하면서 재무 상태가 악화한 것으로 알려졌다. 리퍼블릭 은행은 지난해 금융권을 뒤흔들며 파산했던 다른 지역 은행들보다는 규모가 작아 그 영향은 제한적일 것으로 예상된다. 연초 2달러를 약간 웃돌던 이 은행의 주가는 지난 26일 약 1센트 수준으로 급락해 현재 시가총액이 200만달러를 밑돌고 있다. 이 회사의 주식은 지난해 8월에 나스닥에서 상장 폐지됐으며 현재 장외거래되고 있다.
- 경제
2024-04-29
[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성

한국 기초과학연구원 연구원들이 새로운 액체 금속 합금 시스템을 사용해 상온 상압에서 다이아몬드 합성에 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 연구단장 팀이 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용해 1기압과 1025°C의 상온 상압 조건에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공했다고 25일 밝혔다. 이 연구는 기존의 다이아몬드 합성 방법을 획기적으로 발전시킬 수 있는 성과라고 사이언스얼럿과 과학기술 웹사이트 Phsy 등에서도 비중있게 다뤘다. 기존의 다이아몬드 합성은 고온 고압(HPHT) 방법을 사용하며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀 제한 크기 때문에 다이아몬드 크기도 작아서 약 1㎠로 제한된다. 일반적으로 다이아몬드는 액체 금속 촉매를 사용해 '기가파스칼 압력 범위'(일반적으로 5~6GPa, 1GPa는 약 1만 기압)와 1300~1600°C의 고온에서만 다이아몬드를 생산할 수 있다. 천연 다이아몬드는 지하 깊은 곳의 극식한 압력과 온도에서 형성되는 데 수십억년이 걸린다. 합성 다이아몬드는 최대 몃 주 동안 강력한 압착이 필요하다. IBS 연구팀이 이번에 개발한 액체 금속 혼합을 기반으로 한 새로운 방법은 기존 다이아몬드 합성 패러다임을 깨고,1025도 온도 및 1기압 압력 조건에서 처음으로 다이아몬드를 합성했다. 이는 우리가 해수면에서 느끼는 압력과 동일하며 일반적으로 요구되는 압력보다 수만 배 더 낮다. 연구팀은 빠르게 가열과 냉각이 가능한 'RSR-S'라는 냉벽 진공 장치를 자체 제작해 통상 3시간 걸리는 기존 장치들과 달리, 15분이면 끝날 수 있게 했다. RSR-S는 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 장치다. 연구팀은 메탄과 수소에서 갈륨 77.75%, 니켈 11.00%, 철 11.00%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들어 하부 표면에서 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 성장하는 것을 확인했다. 이 연구는 '네이처(Nature)' 저널 온라인에 게재됐다. 현재 다양한 산업 공정, 전자 제품, 심지어 양자 컴퓨터에 사용되는 대부분의 합성 다이아몬드를 만드는 데 사용되는 공정은 며칠이 걸리며 훨씬 더 많은 압력이 필요하다. 이 새로운 기술이 그 잠재력을 발휘한다면 다이아몬드 제작은 훨씬 더 빠르고 쉬워질 것이다. UNIST 석좌교수이기도 한 루오프 소장은 "이 선구적인 돌파구는 인간의 독창성과 끊임없는 노력, 그리고 많은 공동 연구자들의 협력이 만들어낸 결과"라고 말했다. 연구팀은 "액체 금속을 사용하는 일반적인 접근 방식은 다양한 표면에서 다이아몬드의 성장을 가속화하고 발전시킬 수 있으며 아마도 작은 다이아몬드(씨앗) 입자에서 다이아몬드의 성장을 촉진할 수 있다"라고 썼다. 루오프 소장은 "우리는 대형 챔버(내부 용적이 100리터인 RSR-A 챔버)에서 파라미터 연구를 진행했는데, 공기를 펌핑(약 3분)하고 불활성 가스로 퍼지(90분)한 다음 다시 진공 수준으로 펌프 다운(3분)하여 챔버를 1기압의 매우 순수한 수소/메탄 혼합물로 채우고(다시 90분) 실험을 시작하는 데 3시간 이상 소요되는 시간 때문에 다이아몬드 성장을 위한 파라미터 탐색이 더뎠다!"고 밝혔다. 이어 성원경 박사는 "메탄과 수소의 혼합물에 노출된 액체 금속으로 실험을 시작하고 완료하는 데 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 훨씬 더 작은 챔버를 설계하고 제작하도록 요청했다"고 말했다. 성 박사는 "우리가 새로 제작한 시스템 즉, 내부 용적이 9리터에 불과한 RSR-S은 총 15분 만에 메탄/수소 혼합물을 펌핑, 퍼지, 배출, 채우기까지 완료할 수 있다. 매개변수 연구가 크게 가속화되었고, 이를 통해 액체 금속에서 다이아몬드가 성장하는 매개변수를 발견할 수 있었다"라고 설명했다. 제1저자인 얀 공 UNIST 대학원생은 "어느 날 RSR-S 시스템으로 실험을 진행한 후 흑연 도가니를 식혀 액체 금속을 고형화한 후 고형화된 액체 금속 조각을 제거했을 때, 이 조각의 바닥면에 수 밀리미터에 걸쳐 '무지개 무늬'가 퍼진 것을 발견했다. 그 무지개 색이 다이아몬드 때문이라는 사실을 알게 되었다! 이를 통해 다이아몬드의 재현 가능한 성장에 유리한 매개변수를 파악할 수 있었다"라고 말했다. 연구팀은 또 '광 발광 분광법' 실험으로 물질에 빛을 쏘아 방출되는 파장 빛을 준석해 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조도 발견했다. 이 구조는 액체 금속 합성 구성요소 중 하나인 실리콘이 탄소로만 이루어진 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 것이다. 실리콘 공극 컬러 센터 구조는 양자 크기의 자성을 가져 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 보인다. 그로 인해 향후 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨팅 분야의 응용이 기대된다. 논문 공동 저자인 메이후이 왕 박사는 "실리콘 공극 컬러 중심을 가진 이 합성 다이아몬드는 자기 감지 및 양자 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 새로운 조건에서 다이아몬드가 핵을 형성하고 성장할 수 있는 메커니즘에 대해 심도 있게 연구했다. 시료의 단면을 고해상도 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 결과 다이아몬드와 직접 접촉한 고체 액체 금속에 약 30~40nm 두께의 비정질 표면 영역이 존재하는 것으로 나타났다. 공동 저자인 최명기 박사는 "이 비정질 영역의 상부 표면에 존재하는 원자의 약 27%가 탄소 원자였으며, 탄소 농도는 깊이에 따라 감소하는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 또한 실리콘이 다이아몬드의 새로운 성장에 중요한 역할을 한다는 사실도 발견했다. 합금의 실리콘 농도가 최적 값보다 증가함에 따라 성장한 다이아몬드의 크기는 작아지고 밀도는 높아진다. 실리콘을 첨가하지 않으면 다이아몬드를 전혀 성장시킬 수 없었으며, 이는 실리콘이 다이아몬드의 초기 핵 형성에 관여할 수 있음을 시사한다. 루오프 소장은 "이 액체 금속에서 다이아몬드의 핵 형성과 성장에 대한 우리의 발견은 매우 흥미롭고 기초 과학을 위한 많은 흥미로운 기회를 제공한다. 이제 우리는 핵 형성과 그에 따른 다이아몬드의 빠른 성장이 언제 일어나는지 탐구하고 있다. 또한 탄소와 기타 필요한 원소의 과포화를 먼저 달성한 다음 온도를 빠르게 낮춰 핵 생성을 촉발하는 '온도 강하' 실험도 유망한 연구"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-25
SK하이닉스, 청주 M15X서 차세대 D램 생산…20조 이상 투자

SK하이닉스는 인공지능(AI) 반도체에 대한 수요 급증에 대응하여 고대역폭 메모리(HBM)와 같은 차세대 D램의 생산능력(캐파)을 확장하기로 했다. 24일 SK하이닉스는 이사회 결정을 통해 충북 청주시에 건설될 신규 팹(fab·반도체 생산공장)인 M15X를 D램 생산 기지로 확정하고, 팹 건설에 총 5조 3000억 원을 투자하기로 결정했다고 밝혔다. 팹 건설 공사는 이달 말부터 시작되며, 2025년 11월에 공장을 준공하고 이후 본격적인 양산에 들어갈 계획이다. 또한, SK하이닉스는 M15X에 장비 투자를 순차적으로 진행하여, 장기적으로 총 20조 원 이상을 투자해 생산 기반을 강화할 방침이다. SK하이닉스는 지난 2022년에 M15 팹의 확장 공장인 M15X의 건설 및 생산 설비 구축을 위해 향후 5년 동안 15조 원을 투자할 것이라고 발표했으나, 지난해 4월 반도체 업황 악화로 인해 일시적으로 공사를 중단한 적이 있다. 당초 업계에서는 M15X에서 낸드 메모리를 생산할 것으로 예상했었다. 그동안 SK하이닉스는 M15X 공사 재개 시점에 대해 "시황을 예의주시하겠다"고 밝혀왔지만, 최근 AI 시대의 도래와 함께 D램 수요가 급증함에 따라, M15X의 용도를 변경하고 투자 규모를 확대하기로 결정했다. 연평균 60% 이상의 성장이 예상되는 HBM은 일반 D램 제품에 비해 최소 2배 이상의 생산능력이 요구된다. 이에 따라 SK하이닉스는 2027년 상반기에 용인 반도체 클러스터에서 첫 번째 팹을 준공하기 전에 청주 M15X에서 신규 D램 생산을 시작할 계획이다. M15X는 실리콘 관통 전극(TSV) 생산 능력을 확장 중인 M15와 인접하여 HBM 생산을 최적화할 수 있는 위치에 있다. 곽노정 SK하이닉스 대표이사 사장은 "M15X는 전 세계 AI 메모리 시장에 핵심적인 역할을 하게 될 것이며, 회사의 현재와 미래를 잇는 중요한 다리 역할을 할 것"이라고 말했다. 그는 또한 "이번 투자가 단순히 회사의 성장을 넘어 국가 경제에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 확신한다"고 덧붙였다. SK하이닉스는 M15X 외에도 앞으로 증가할 메모리 수요에 대비해 추가 투자의 필요성을 검토하며 수요 상황을 면밀히 점검하고 있다. 이와 함께, 약 120조 원이 투입되는 용인 클러스터를 포함한 국내 투자 계획은 차질 없이 진행한다는 방침이다. 현재 용인 클러스터의 부지 조성 공정률은 약 26%로, 목표치보다 3% 포인트 빠른 진척을 보이고 있다. 또한, SK하이닉스가 들어설 예정인 부지에 대한 보상 절차와 문화재 조사는 이미 완료되었으며, 전력과 용수, 도로 등의 인프라 구축도 계획보다 빠르게 진행되고 있다고 회사 측은 밝혔다. SK하이닉스는 용인의 첫 팹을 2025년 3월 착공해 2027년 5월 준공할 예정이다. SK하이닉스가 진행하는 국내 투자는 SK그룹 차원의 전체 국내 투자에서도 중요한 부분을 차지하고 있다. 2012년 SK그룹에 편입된 이래, SK하이닉스는 2014년부터 총 46조원을 투자하여 이천 M14를 시작으로 총 세 개의 공장을 추가로 건설하는 '미래비전'을 중심으로 국내 투자를 이어왔다. 이 계획에 따라 2018년 청주 M15와 2021년 이천 M16을 차례로 준공하며 미래비전을 조기에 완성했다. SK하이닉스는 "M15X와 용인 클러스터에 대한 투자는 대한민국을 AI 반도체 강국으로 이끄는 데 중요한 역할을 하며 국가경제를 활성화하는 계기가 될 것"이라고 밝혔다. 회사는 이어 "AI 메모리 시장에서 글로벌 리더로서의 위치를 강화하고, 국내 생산기지에 대한 투자를 확대함으로써 국가경제에 기여할 뿐만 아니라 반도체 강국으로서 대한민국의 위상을 높이는 데 일조할 것"이라고 덧붙였다.
- IT/바이오
2024-04-24
포스코그룹, 포항에 실리콘음극재 공장 준공…연산 550t 규모

포스코그룹은 산하 포스코실리콘솔루션이 지난 19일 경상북도 포항 영일만 산업단지에서 연간 생산량 550t(톤) 규모의 실리콘 음극재 공장 준공식을 가졌다고 23일 발표했다. 실리콘 음극재는 기존 리튬이온배터리에 적용되는 흑연 음극재에 비해 에너지 밀도를 4배 높일 수 있어, 이를 통해 전기차의 주행거리를 향상시키고 충전 시간을 단축시킬 수 있는 차세대 음극재로 각광받고 있다. 실리콘 음극재는 나노 구조로 제작되어 사이클 안정성이 높고 수명이 길다. 또한 지구상에 풍부하게 존재하는 실리콘은 흑연보다 생산 비용이 저렴하다. 그러나 실리콘 음극재는 부피 변화와 낮은 전기 전도도 등의 도전과제를 안고 있다. 충전/방전 과정에서 부피 변화가 크게 발생하여 전극 파손 위험이 있다. 아울러 전기 전도도가 낮아 전지 성능 저하 가능성이 있다. 또한 전극 표면과의 접착력이 약해 분리 발생 가능성이 있다. 이에 업계에서는 다양한 나노 구조 및 코팅 기술 개발해 부피 변화 및 전기 전도도 문제 해결을 위해 노력하고 있다. 실리콘의 장점과 흑연의 장점을 동시에 활용하는 흑연과의 복합화 연구 등도 진행 중이다. 포스코실리콘솔루션이 달성한 연간 550톤의 생산능력은 약 27만5000대의 전기차를 생산할 수 있는 규모에 해당한다. 포스코실리콘솔루션은 지난해 4월에 착공해 최근에 하(下)공정 설비를 준공했으며, 오는 9월에는 상(上)공정을 포함한 전체 생산라인의 종합 준공을 목표로 하고 있다. 이 회사는 2030년까지 연간 2만5000톤의 실리콘 음극재 생산 체제를 완비할 계획이다. 음극제 시장 전망에 따르면, 현재 약 1만톤 규모인 글로벌 실리콘 음극재 시장은 2035년까지 28만5000톤으로 성장할 것으로 예상된다. 포스코그룹은 음극재 제품군을 강화하고 증가하는 시장 수요에 선제적으로 대응하기 위하여 2022년 7월에 실리콘 음극재 기술을 보유한 스타트업 테라테크노스를 인수하고, 이를 포스코실리콘솔루션으로 사명을 변경했다. 또한, 포스코그룹은 실리콘과 탄소를 혼합한 복합체 음극재의 생산도 계획 중에 있다. 이와 관련해, 그룹사 포스코퓨처엠은 이달 말 경상북도 포항 영일만 산업단지에서 실리콘 탄소 복합체 음극재 데모플랜트의 운영을 시작할 예정이며, 고객사별로 최적화된 실리콘 음극재 솔루션을 제공할 계획이다.
- 산업
2024-04-23
SK하이닉스·TSMC, 파운드리-메모리 협력으로 HBM 시장 선점

SK하이닉스가 세계적인 파운드리(반도체 수탁생산) 기업인 대만 TSMC와 협력해 차세대 고대역폭 메모리(HBM) 생산과 첨단 패키징 기술 역량을 강화할 계획이다. SK하이닉스는 19일, 최근 대만 타이베이에서 TSMC와 기술 협력을 위한 양해각서(MOU)를 체결하고 TSMC와 협업해 오는 2026년 양산 예정인 HBM4(6세대 HBM)를 개발할 계획이라고 발표했다. 특히, 인공지능(AI) 반도체 시장을 이끄는 기업인 엔비디아는 SK하이닉스로부터 AI 연산작업의 핵심인 그래픽처리장치(GPU)용 HBM을 공급받아 TSMC에 패키징 하도록 맡겨 이를 조달하고 있다. SK하이닉스는 "AI 메모리 분야의 글로벌 리더로서, 세계 최대 파운드리 업체인 TSMC와의 협력을 통해 HBM 기술의 새로운 혁신을 이끌어낼 것"이라며, "고객, 파운드리, 메모리 간의 협력을 통해 메모리 성능의 한계를 넘어설 것"이라고 강조했다. 양사는 HBM 패키지의 베이스 다이(base die) 성능 향상을 위해 노력하고 있다. HBM은 D램 여러 개를 수직으로 연결해 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고성능 메모리다. 방대한 데이터를 신속하고 끊임없이 처리해야 하는 생성형 AI를 구동하려면 HBM과 같은 고성능 메모리가 반드시 필요한 것으로 알려졌다. HBM은 베이스 다이 위에 D램 단품 칩인 코어 다이(core die)를 쌓고, 이를 실리콘관통전극(TSV) 기술로 수직 연결해 제조한다. 베이스 다이는 GPU와 연결돼 HBM을 통제 기능을 수행한다. SK하이닉스는 HBM 4세대인 HBM3 시장의 90%를 점유하고 있다. SK하이닉스는 지난 3월 18일 HBM 5세대인 HBM3E도 이달 말부터 AI 칩 선두 주자인 엔비디아에 공급한다고 밝혔다 SK하이닉스는 5세대 HBM인 HBM3E까지는 자체 D램 공정으로 베이스 다이를 만들었으나, HBM4부터는 TSMC가 보유한 로직 초미세 선단공정을 활용해 베이스 다이에 다양한 시스템 기능을 추가할 계획이다. SK하이닉스의 HBM3E는 초당 최대 1.18테라바이트(TB)의 데이터를 처리한다. 이는 풀-HD급 영화(5GB) 230편 분량이 넘는 데이터를 1초 만에 처리하는 수준이다. HBM4는 HBM3에 비해 두 배 가까운 고속과 고용량 성능을 구현해야 한다. 이를 위해 베이스 다이는 단순히 D램 칩과 GPU를 연결하는 기능을 넘어 시스템반도체에서 요구하는 다양한 기능을 수행할 필요가 있으며, 이는 기존의 일반 D램 공정으로는 제작이 어려운 것으로 알려져 있다. SK하이닉스는 이를 통해 성능, 전력 효율 등에 대한 고객들의 폭넓은 요구에 부합하는 맞춤형 HBM을 생산할 계획이다. 또한, 양사는 SK하이닉스의 HBM과 TSMC의 첨단 패키징 공정인 '칩 온 웨이퍼 온 서브스트레이트'(CoWoS) 기술을 결합하여 최적화하는 데 협력하며, HBM 관련 고객의 요청에 공동으로 대응하기로 했다. 김주선 SK하이닉스 AI 인프라 담당 사장은 "TSMC와의 협업을 통해 최고 성능의 HBM4를 개발하는 것뿐만 아니라, 글로벌 고객들과의 개방형 협업을 가속화할 것"이라며, "앞으로 맞춤형 메모리 플랫폼의 경쟁력을 높여 '토털 AI 메모리 프로바이더'로서의 위상을 확립하겠다"고 밝혔ek. 케빈 장 TSMC 수석부사장은 "TSMC와 SK하이닉스는 수년 동안 견고한 파트너십을 유지해 왔으며, 세계 최고의 AI 솔루션을 시장에 공급해 왔다"며 "HBM4에서도 긴밀한 협력을 통해 AI 기반의 혁신을 지원할 최고의 통합 제품을 제공할 것"이라고 말했다.
- IT/바이오
2024-04-19
[신소재 신기술(33)] 원자 1개 두께의 이상한 형태의 금

스웨덴 과학자들은 단일 원자층으로 구성된 아주 얇은 박막의 금 소재를 개발했다. 이 새로운 물질은 '골덴'이라고 명명되었으며 반도체 특성을 지니고 있다. 과학 전문매체 사이언스 얼럿은 스웨덴 린쇼핑 대학교(Linköping University) 연구원들은 금을 더 이상 얇아질 수 없는 원자 1개 두께의 납작한 박막 시트 형태로 만들어내는 새로운 방법을 개발했다며 지난 16일(현지시간) 이같이 보도했다. 재료 과학의 명명 관습에 따라 연구팀은 이 새로운 2차원 물질에 '골덴(goldene)'이라는 이름을 붙였다. 골덴은 3차원 형태의 금에서는 볼 수 없는 몇 가지 흥미로운 특성을 가지고 있다. 스웨덴 린쇼핑 대학교의 재료 과학자 슌 카시와야는 "그래핀처럼 물질을 매우 얇게 만들면 놀라운 일이 일어난다"며 "금도 마찬가지다. 아시다시피 금은 보통 금속이지만, 단일 원자층 두께로 만들면 금이 반도체가 될 수 있다"라고 설명했다. 금은 서로 뭉치는 경향이 있기 때문에 2차원 구조로 동축하는 것은 매우 어렵다. 이전의 시도는 몇 원자 두께의 얇은 시트를 만들거나 다른 물질 사이에 또는 그 위에 단층을 끼워 분리할 수 없는 결과를 낳았다. 카시와야와 연구팀은 금을 만들려고 시작한 것이 아니라 우연히 공정의 첫 단계를 발견하게 됐다고 전했다. 린쇼핑 대학교의 나노 공학 분야의 연구를 이끌고 있는 재료 물리학자 라르스 튈트만(Lars Hultman)은 "우리는 완전히 다른 응용 분야를 염두에 두고 기본 재료를 만들었다"면서 "우리는 실리콘이 얇은 층으로 이루어진 티타늄 실리콘 카바이드라는 전기 전도성 세라믹으로 시작했다. 그런 다음 이 소재를 금으로 코팅해 접촉을 만드는 것이 아이디어였다. 하지만 부품을 고온에 노출시켰을 때 실리콘 층이 기본 재료 내부의 금으로 대체됐다"라고 설명했다. 튈트만 교수는 금속 나노구조의 합성 및 특성 연구에 선구자적인 역할을 했다. 특히, 금속 나노입자, 나노선, 나노막 등 다양한 금속 나노구조를 합성하고, 그들의 광학적, 전기적, 촉매적 특성을 연구해 다양한 응용 분야에 활용 가능한 새로운 재료를 개발하는 데 기여했다. 앞서 연구팀은 단층 금을 만들려는 시도에서 중요한 단계에서 한계에 도달해 연구 과정이 중단됐다. 몇 년 동안 연구팀이 만든 인터칼레이티드 티타늄 금 카바이드는 티타늄과 탄소 층 사이에 있는 초박막 금 층을 추출할 방법이 없어 그냥 그 상태로 남아있었다. 이에 연구팀은 무라카미 시약이라는 에칭 용액에 기반한 기술을 사용해 지난 연구의 한계를 돌파했다. 무라카미 시약은 금속 가공에 사용되는 화학 물질의 혼합물로, 탄소를 에칭하고 강철을 얼룩지게 하여 일부 일본 칼에서 볼 수 있는 무늬를 만들어낸다. 연구팀은 혼합물의 농도와 에칭 공정이 금을 둘러싼 티타늄과 탄소를 부식시키는 시간대를 다르게 시도했다. 무라카미 시약의 에칭 효과는 페로시아나이드 칼륨이라는 부산물을 생성한다. 이 화합물은 빛에 노출되면 시안화물을 방출하여 금을 녹이기 때문에 연구팀은 에칭 공정을 완전히 어둠 속에서 진행해야 했다. 게다가 얇은 금 시트는 말리거나 뭉치는 경향이 있었다. 이에 연구팀은 층이 접히거나 달라붙는 것을 방지하는 계면활성제를 추가해 금의 단일 원자층의 무결성을 유지했다. 연구팀은 이론적 시뮬레이션에서 예측한 대로 이 까다로운 단계를 거쳐 마침내 안정적인 금을 형성하는 데 성공했다. 이번 연구는 학술지 '네이처 신티시스(Nature Synthesis)'에 게재됐다. 일반적으로 금은 우수한 전기 전도성 물질이다. 원소가 2차원 시트 형태를 취할 때 원자는 두 개의 자유 결합을 가지며 도체와 절연체 사이의 전도 특성을 가진 반도체로 변모한다. 이는 전도도를 조절할 수 있기 때문에 유용하다. 다시 말하면, 전기 전도성이 우수하고 부식에 강한 금은 반도체 소자의 접점, 연결 부품, 패키징 등에 사용된다. 금은 나노 크기의 입자로 제조될 수 있으며, 이러한 금 나노 입자는 차세대 반도체 소자의 제작에 활용될 수 있다. 예를 들어, 금 나노 입자는 트랜지스터의 게이트 전극, 메모리 소자의 저장 매질, 광전자 소자의 광 감지 소자 등으로 사용될 수 있다. 게다가 금은 생체 적합성이 우수하고 전기 전도성이 높기 때문에 생체 의료 분야에서 사용되는 뇌-컴퓨터 인터페이스, 심장 박동기 리드, 인공 근육 등의 전극 소재로 활용될 수 있다. 그러나 금은 높은 비용과 가공의 어려움, 제한된 반도체 특성 등의 단점도 존재한다. 금은 반도체 특성이 제한적이기 때문에 고성능 트랜지스터 제작에는 적합하지 않다.
- 포커스온
2024-04-18
[신소재 신기술(30)] 190% 양자 효율 달성! 태양 전지 혁신 이끌 새로운 양자 물질 개발

미국 펜실베이니아주 리하이 대학교의 연구진은 태양전지 패널의 효율을 획기적으로 높일 수 있는 잠재력을 지닌 소재를 개발했다. 해당 물질을 태양 전지의 활성층으로 사용한 프로토타입은 평균 80%의 광전 흡수율, 높은 광여기 전하체 생성 속도, 최대 190%에 달하는 외부 양자 효율 (EQE)을 나타냈다고 과학 기술 전문 매체 테크익스플로어가 11일(현지시간) 전했다. 이는 실리콘 기반 물질의 이론적 쇼클리 퀴서(Shockley-Queisser) 효율 한계를 훨씬 뛰어넘는 수치이며, 태양전지용 양자 물질 분야를 새로운 차원으로 끌어올린 것이다. 쇼클리 퀴서 한계는 태양전지의 최대 효율을 결정하는 이론적 모델이다. 이 이론은 19661년에 물리학자 윌리엄 쇼클리에 의해 개발됐다. 이 한계는 단일 띠 구조를 가진 반도체 재료를 사용하는 태양전지의 최대 전력 변환효율을 설명하고 있다. 쇼클리 퀴서 한계는 이상적인 조건하에서 단일 접합 실리콘 태양전지의 최대 효율을 33%로 예측한다. 연구 논문을 저술한 치네두 에쿠마(Chinedu Ekuma) 리하이 대학교 물리학 교수는 "이 연구는 지속 가능한 에너지 솔루션에 대한 이해와 개발에서 중요한 도약을 의미하며, 가까운 미래에 태양 에너지 효율과 접근성을 재정의할 수 있는 혁신적인 접근 방식을 강조한다"라고 말했다. 에쿠마 교수와 리하이 박사과정 학생 스리하리 카스투아르가 함께 작성한 이번 연구 논문은 '사이언스 어드밴스' 저널에 발표됐다. 이 소재의 효율성은 주로 소재의 전자 구조 내에 태양 에너지 변환에 이상적인 방식으로 배치된 특정 에너지 레벨인 '중간 대역 상태'에 기인한다. 이러한 상태는 최적의 서브밴드 갭(물질이 태양광을 효율적으로 흡수하고 전하 캐리어를 생성할 수 있는 에너지 범위) 내에서 약 0.78 및 1.26전자볼트의 에너지 레벨을 갖는다. 또한 이 물질은 전자기 스펙트럼의 적외선 및 가시광선 영역에서 높은 흡수율을 보여 특히 우수한 성능을 발휘한다. 기존 태양 전지에서 최대 EQE는 100%이며, 이는 흡수된 태양광 한 개당 전자 하나를 생성 및 수집하는 것을 의미한다. 하지만 최근 몇 년 동안 개발된 일부 첨단 물질과 구성은 고에너지 광자로부터 둘 이상의 전자를 생성 및 수집할 수 있는 능력을 보여주었으며, 이는 100%를 초과하는 EQE를 나타낸다. 이러한 다중 엑시톤 생성(MEG) 물질은 아직 상용화되지 않았지만 태양 에너지 시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 리하이대학교에서 개발한 물질의 경우, 중간대 상태는 반사 및 열 생성을 포함하여 기존 태양 전지에서 손실되는 광자 에너지를 포집할 수 있다. 연구팀은 층을 이룬 2차원 물질 사이의 원자적으로 작은 틈인 '반 데르 발스 갭(van der Waals gap)'을 활용하여 새로운 물질을 개발했다. 반 데르 발스 갭은 분자나 이온을 가둘 수 있다. 재료 과학자들은 일반적으로 다른 원소를 삽입하거나 '인터칼레이트(intercalate)'하여 재료 특성을 조정하는 데 이 틈새를 사용한다. 리하이대학교 연구팀은 새로운 물질을 개발하기 위해 게르마늄 셀레나이드(GeSe)와 주석 황화물(SnS)로 구성된 2차원 물질 층 사이에 0가 구리 원자를 삽입했다. 컴퓨터 응집 물질 물리학 전문가인 에쿠마 교수는 이 시스템의 광범위한 컴퓨터 모델링을 통해 이론적 가능성을 입증한 후 개념 증명으로 프로토타입을 개발했다. 그는 "빠른 반응과 향상된 효율은 첨단 태양광 응용 분야에 사용할 수 있는 양자 물질로서 Cu-인터칼레이티드 GeSe/SnS의 잠재력을 강력하게 보여주며, 태양 에너지 변환의 효율을 개선할 수 있는 길을 제시한다"라면서 "이는 전 세계 에너지 수요를 해결하는 데 중요한 역할을 할 차세대 고효율 태양전지 개발의 유망한 후보 물질이다"라고 말했다. 새로 설계된 양자 물질을 현재의 태양 에너지 시스템에 통합하려면 더 많은 연구와 개발이 필요하지만, 과학자들은 오랜 시간 동안 원자, 이온, 분자를 물질에 정밀하게 삽입하는 방법을 터득해 왔다. 이에 에쿠마 교수는 이러한 물질을 만드는 데 사용되는 실험 기술은 이미 고도로 발전했다고 지적했다.
- 포커스온
2024-04-12
[퓨처 Eyes(31)] 드론·AI 로봇, 미국 대규모 농장에 투입⋯미래 농업의 새로운 지평

미국에서 최근 농업 분야에 드론과 인공지능(AI) 로봇 등 첨단 기술 도입이 활발하다. 드론이나 레이저 제초기, 로봇 손 등은 농작물 재배와 가공 과정의 일부를 대체할 수 있으며, AI를 탑재한 시스템도 활용되고 있다. 농장주들은 비용 절감을 가져다 주는 이러한 로봇 도입을 환영하고 있지만, 농장 현장 작업자들은 로봇에게 자신의 일자리를 빼앗길까 우려하고 있다. 텍사스주 휴스턴 소재 드론 제조업체 하이리오(Hylio)는 지난 3월 하순 미국 연방항공국(FAA)로부터 단일 조종사가 무거운 드론을 여러 대 동시에 운영할 수 있는 면허를 취득해 농업 분야 혁신을 향한 중요한 발걸음을 내딛었다. FAA의 새로운 규정은 단일 조종사가 3대의 드론을 동시에 운영할 수 있도록 허용해 드론 농업의 효율성을 크게 향상시켰다. 기존 규정에서는 단일 드론 운영시 조종사 1명과 감시원 1명이 필요했다. 드론을 여러 대 운영하기 위해서는 복수의 라이선스 소지 운영자가 필요했기 때문에 비용이 많이 들었다. 또 비행 중량 제한으로 넓은 농지를 경작하는 데 많은 시간이 들었다. 하지만 1명의 조종사가 3대의 드론을 동시에 작동시키면 1시간에 150에이커(약 60만7000㎡)에 농약을 살포할 수 있다. 폭스비즈니스에 따르면 하이리오는 55파운드(약 25kg) 이상의 무게를 가진 여러 대의 드론을 동시에 비행할 수 있는 최초의 면허를 획득했다. 이는 상당한 하중을 운반할 수 있는 드론 사용에 대한 획기적인 허가이며, 드론을 기존 트랙터나 파종기에 버금가는 경쟁력 있는 농업 기계로 급부상시키는 계기가 될 것으로 보인다. 이 드론은 배터리로 작동하며 최대 400파운드(약 181kg)까지 운반할 수 있다. 3대의 드론을 동시에 작동시켜 밭에 비료와 살충제를 살포하는 작업을 수행할 수 있다. 이는 기존 농장 노동자나 농약 살포 비행기가 수행하던 작업을 대체할 수 있으며, 농업 생산의 효율성을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대된다. 아서 에릭슨 (Arthur Erickson) 하이리오의 최고경영자(CEO)는 "기존 농업 기계에 비해 초기 투자 비용과 운영 비용이 각각 4분의 1에서 3분의 1 수준으로 저렴하다"고 밝혔다. 실제로 3대의 드론 세트는 단일 트랙터보다 훨씬 저렴하며, 농약 살포 시 불필요한 물 사용을 줄이고 환경 오염을 예방할 수 있다. 또한 씨앗을 뿌리기 적당하게 갈아 놓은 토양을 딱딱하게 압축하지 않아 토양 건강을 유지한다. 현장에서 드론 배터리를 충전하기 위한 발전기 사용량이 적어 연료를 절감한다. 네브래스카 주 농업 기업인 인피니티 프리시즌 Ag(Infinity Precision Ag)의 앤디 크라이케미어는 약 6개월 전부터 주로 접근하기 어려운 곳에서 드론을 사용하기 시작했다. 그는 조종사와 감시원 외에도 드론을 재충전하는 작업 인원 1명이 더 필요하다고 말했다. 크라이케미어는 "이번 FAA의 새 면허 덕분에 이제 2인만으로 3대의 드론을 운영할 수 있다. 3대의 드론을 사용해 작업 범위를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 현장에 필요한 인원 수도 줄일 수 있다"고 말했다. 또 다른 조종사와 추적 장치를 추가하여 최대 6대의 드론을 동시에 운영한다면 농작물을 짓밟거나 토양을 뭉그러뜨리지 않고 더 넓은 지역을 작업할 수 있다. 하이리오에 따르면 드론은 기종당 약 5만 달러(약 6817만원)~8만달러(약 1억원)에 구입할 수 있다. 기존 트랙터는 30만 달러(약 4억원) 이상이며 고급 모델은 70만 달러(약 9억5000만원) 이상에 이른다. 에릭슨은 "최근 코로나바이러스 사태와 공급망 문제로 인해 새로운 트랙터는 엄청나게 비싸다"라고 말했다. 에릭슨 CEO는 "이번 드론 3대 작동 면허 취득은 선례가 되는 중요한 사건이다. 우리 고객과 다른 기업들은 이 사례를 근거로 유사한 허가를 받을 수 있다"고 말했다. 로봇 손·레이저 제초기 등 선봬 2024년 2월 캘리포니아 중앙 골짜기의 툴레에서 열린 세계 농업 엑스포에는 농작물 살포용 자율주행 로봇과 실리콘 '손'으로 부드럽게 딸기를 따는 AI 로봇 등 다양한 첨단 농업 기계들을 선보였다. 농업용 전기 미니 트랙터인 아미가(Amiga)를 개발한 팜-응(farm-ng)의 이선 루블리는 "미래에는 모든 농부들이 코더(컴퓨터 프로그래밍 언어를 사용해 소프트웨어, 웹사이트, 앱 등을 만드는 사람)가 될 것"이라고 말했다. 아미가는 AI 부품을 사용해 장비 운반, 파종, 경운 및 퇴비 퍼뜨리기 등의 작업을 수행하도록 프로그램할 수 있으며, 한 번 충전으로 몇 시간 동안 작동한다. 산호세에서 약 1시간 거리인 와트슨빌에 위치한 팜-응은 실리콘 밸리 투자자들의 주목을 받고 있으며, 지금까지 총 1600만 달러(약 218억원)의 투자를 유치했다. 폴 마이크셀 카본 로보틱스(Carbon Robotics)의 CEO는 자사의 제품인 레이저 제초기(Laser Weeder)를 공개했다. 레이저 제초기는 강력한 적외선 레이저와 고속 카메라를 사용해 잡초를 식별하고 순식간에 제거한다. 이 제초기는 1시간당 약 10만개의 잡초를 제거할 수 있다. 마이크셀은 "레이저 제초기가 나오기 전에는 사람들이 손 도구를 사용하여 농약을 뿌리며 잡초를 제거해야 했다"고 말했다. 에릭신은 드론의 활용 분야는 다양하다고 말했다. 농지 살포 및 파종 외에도 산불로 인해 타버린 지역에 나무씨앗을 뿌리는 데 사용되기도 하고, 수산업 종사자들은 드론을 이용하여 수중으로 조개를 방류하는 데에도 활용하고 있다는 설명이다. 노동력 부족 해결책? 첨단 기술 개발자들은 이러한 발명품이 수십 년 동안 미국 농업 산업을 괴롭혀온 노동력 부족 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 미국 농무부 자료에 따르면 1950년과 2000년 사이에 고용된 농장 노동자 수는 50% 이상 감소했다. 2020년대에도 농장 운영자들은 채용 문제에 어려움을 겪고 있다. 드론이나 로봇 손 등 자동화로 전환하는 것은 노동력 부족을 해결하고 농장 노동자들의 힘들고 지루하며 때로는 위험한 작업 일부를 대체할 수 있다. 하지만 농장 노동자 룰루 카르데나스(61·여성)는 농업용 AI 로봇이 자신의 일자리를 빼앗을까봐 걱정하고 있다. 카르데나스는 "뭔가 대체될 것 같은 느낌이 든다"며 "가족을 부양하는 데 어려움을 겪을 것 같다"고 우려했다. 그녀는 20년 전 멕시코에서 이민 온 이후 캘리포니아 센트럴 밸리에서 밭일을 해왔다. CBS 뉴스에서 새로운 종류의 농장 로봇에 대해 설명했을 때, 카르데나스는 인간과 식물 사이의 정신적 교감을 언급하며 실망감을 감추지 못했다. 룰루는 "차가운 기계로 인간의 열을 대체할 수는 없다"고 말했다. 36년 전 멕시코시티 남쪽에 있는 같은 마을에서 온 카르데나스의 친구 아순시온 폰세도 농장 로봇의 새로운 이미지를 보고 화를 냈다. 얼마 전 미국 시민권자가 된 폰세는 "농부들은 이 로봇의 혜택을 받지만 우리로부터 많은 일을 빼앗아가고 있다"고 말했다. 그는 과거에도 농장에서 장비가 일부 작업을 대신하는 것을 본 적이 있지만, '생각하는' 새로운 기계는 이번이 처음이었다. 폰세는 "양파, 마늘, 양상추, 브로콜리를 수확하는 기계가 많이 있다"며 "기계가 많은 인력을 대체헤 이제 겨우 세 사람이 일하고 있다"고 밝혔다. 불법 이민 노동자, 설자리 잃어 일부 대규모 농장과 옹호 단체는 농장 노동자들이 새로운 기술에 적응하고 드론 운영자나 프로그래머로서 새로운 역할을 맡을 수 있는 기술을 개발할 수 있도록 교육 프로그램을 도입했다. 현재 대규모 농장을 경영하는 멕시코 이민자이자 퇴역 군인인 아드리안 미라몬테스는 "우리는 기계를 사용하면서도 사람들을 돌볼 수 있다고 생각한다"면서 "그들은 기꺼이 배우려고 하고 자신과 가족을 위해 더 나은 일을 하려고 한다"고 말했다. 그러나 AI 로봇을 농장에 투입하는 계획은 미국에서 불법 이민자들의 실직으로 이어질 수 있다. 미국 노동부도 이 문제를 모니터링하고 있다. 대변인은 다음 달 노동부가 바이든 대통령에게 AI로 실직한 농장 노동자들을 도울 수 있는 원조 프로그램 추천 목록을 보낼 것이라고 CBS 뉴스에 말했다. CBS는 "새로운 원조 프로그램은 의회의 승인이 필요하다"면서 "이러한 지원 프로그램이 미국 농장에서 일하는 수십만 명의 서류 미비 이민자에게 도움이 될지는 불분명하다"고 전했다.
- 포커스온
2024-04-11
반도체 칩 실장하는 기판도 전기 변화에 반응…소재 연구 획기적 전기 마련

컴퓨터 칩 설계에서 크게 고려되지 않는 재료가 실제 정보 처리에서는 중요한 역할을 하며, 이는 더 빠르고 효율적인 디바이스로 이어질 수 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 기술 전문지 테크익스플로어가 전했다. 펜실베이니아 주립대 연구진이 이끈 국제 연구팀은 반도체 칩을 실장하는 기판이 기판에 꽂히는 반도체 칩과 마찬가지로 전기 변화에 반응한다는 사실을 발견했다. 연구팀이 분석에 적용한 것은 고급 이미징 기술과 반도체 재료인 이산화바나듐이었다. 이산화바나듐은 바나듐과 산소가 1대 2 배율로 결합된 산화물 반도체 재료로, 전자 스위치로서 큰 가능성을 보여주었다. 팀은 또 이산화바나듐이 기판을 구성하는 물질인 이산화티타늄과 어떻게 상호작용하는지를 분석했는데, 그 결과는 놀라운 것이었다. 반도체가 전기가 흐르지 않게 하는 절연체와 전기가 흐르게 하는 금속 사이로 전환할 때 기판이 반도체 칩과 유사한 동작을 보여, 기판 자체에도 활성층이 있을 가능성이 높다는 사실을 발견한 것. 연구 책임자 펜실베이니아 대학 벤카트라만 고팔란 교수는 "기판이 반도체 공정에서 적극적인 역할을 할 수 있다는 사실은 미래의 재료와 장치를 설계하는 데 매우 중요하다"고 말했다. 이 연구 결과는 '어드밴스트머티리얼즈'에 실렸다. 고팔란은 "무어의 법칙을 극복하기 위해서는 더 작고 빠른 디바이스에 대한 새로운 아이디어가 필요하다"며 "주목되는 아이디어는 1조분의 1초 안에 금속(디지털 신호 1의 상태)과 절연체(0의 상태) 사이를 전환할 수 있는 이산화바나듐과 같은 물질이다"라고 설명했다. 금속-절연체 트랜지스터로서의 이산화바나듐의 가능성은 이미 밝혀졌으며, 이 물질은 에너지 소비가 특히 적어 반도체 기술에 유망하다. 그러나 이산화바나듐의 특성은 아직 완전히 풀리지 않았으며, 지금까지는 실제 디바이스에서 작동하기 보다는 격리된 상태에서 관찰하는 것이 일반적이었다. 이산화바나듐은 전자 효과와 밀접한 상관관계가 있다. 전자 사이의 반발력이 디바이스를 방해하기 때문에 현재의 실리콘계 디바이스에서 발생하는 것처럼 무시할 수 없다. 이런 특성 때문에 고온 초전도 및 강화된 자기 특성과 같은 새로운 기능의 재료를 만들 수 있다. 고팔란은 "이산화바나듐의 근본적인 물리적 성질은 아직 충분히 이해되지 않았으며 디바이스의 기하학적 구조에서의 성능도 마찬가지"라고 말했다. 그는 "만약 우리가 이산화바나듐을 제대로 동작시킬 수만 있다면, 전자공학의 르네상스가 일어날 것이다. 특히 신경망 컴퓨터인 뉴로모픽 컴퓨팅은 이 디바이스를 사용함으로써 엄청난 성과를 거둘 수 있다"고 강조했다. 연구팀은 이산화바나듐을 디바이스에 전압을 가하여 절연 상태에서 전도성 상태로 전환하는 과정에서의 변화를 조사했다. 이를 위해 강력한 X선 빔을 주사할 수 있는 아르곤 국립연구소의 첨단 광자원(APS: Advanced Photon Source)를 사용했다. 절연-전도성 전환에 대한 재료의 공간적, 시간적 반응을 매핑하면서 연구팀은 기판의 구조에 대한 예상치 못한 변화가 일어난 것을 관찰했다. 이산화바나듐 필름이 금속으로 변하면서 전체 필름 채널이 부풀어 오른 것. 일반적으로는 축소되어야 했는데, 반대 현상이 일어나 필름 구조에서 뭔가 다른 일이 벌어지고 있었던 것이다. APS X선은 이산화바나듐 필름을 통과하여 전기적, 기계적으로 수동적 물질인 이산화티타늄 기판에서 박막을 성장시켰다. 기판은 전기 펄스를 받아 이산화바나듐 필름이 절연체에서 금속으로 전환될 때 매우 활동적이고 완전히 새로운 방식으로 움직이고 반응했다. 펜실베이니아 대학 수학 및 공학팀은 이에 대한 이론 정립을 위해 시뮬레이션과 함게 이론적인 프레임워크도 개발했다. 연구진은 과거 수동적으로 반도체 칩만 실장하는 용도로 사용됐던 이산화티타늄 기판에서 아직 발견되지 않은 잠재적인 현상을 포함해 이산화바나듐의 숨겨진 기능을 파악하는 데도 큰 도움이 될 것이라고 기대했다. 이 연구는 10년에 걸쳐 진행됐는데, 앞으로도 추가 연구와 분석을 진행할 계획이다.
- IT/바이오
2024-04-08