한국나노기술원이 26일로 창립 10주년을 맞았다. 한국나노기술원은 2003년 12월 설립된 국내 첫 나노기술 연구지원 기관이다. 설립목적은 나노소자 및 화합물반도체 분야 연구개발 및 지원체제 구축을 통한 나노기술 분야 국가경쟁력 제고와 관련 산업 발전에 기여하는 것. 이미 기대 이상의 성과를 거두고 있다는 평가다. 대전 나노종합기술원과 더불어 한국을 대표하는 양대 나노기술 거점으로 자리매김한 한국나노기술의 10년 발자취를 되짚어 본다.
◇국내 유일의 화합물반도체 인프라
한국나노기술원은 2003년 12월 26일 재단법인 나노소자특화팹센터(KANC:Korea Advanced Nano Fab Center)로 출발했다. 수원 광교테크노밸리에 건평 5만394㎡ 규모로 들어선 한국나노기술원은 다양한 나노팹장비를 갖추고 관련업체에 서비스한다.
주요장비로는 나노패턴 형성용 장비와 범용 포토 장비를 비롯한 나노리소패턴 지원라인 및 에피공정과 8인치 공정 수요군에 대응할 수 있는 유연성 기반 장비를 꼽을 수 있다.
나노소자와 화합물반도체 소자 등의 산업화 지원을 위한 6인치 웨이퍼 전용 지원라인도 구축했다. 8인치 웨이퍼 기반 SI & MEMS 공정장비와 후공정 장비, 신뢰성 측정장비, 표면 및 구조분석과 광특성·전기적 특성 측정장비 등도 갖추고 있다.
이들 팹장비 활용건수는 2007년 5485건에서 2012년 1만1700건으로 두배 이상 늘었다. 장비 가동률도 2007년 23%에서 2012년에는 59.5%로 꾸준한 상승곡선을 그리고 있다.
◇국내 최고 수준 화합물반도체 태양전지 효율 구현
화합물반도체 태양전지 분야에서 주목할 만한 기술개발 성과도 연이어 달성했다. 2007년 말 서울대와 공동으로 세계 최소속인 15㎚급 차세대 화합물 반도체를 개발했다. 2008년에는 갈륨비소(GaAs)계열 III-V 화합물반도체 수광소자인 태양전지 개발에 나선 결과 2009년에 이중접합으로는 국내 최고 효율인 28.6%의 광전변환 효율을 달성했다. 올해는 삼중접합 태양전지 변환효율을 국내 최고 수준인 33.48%로 끌어올리는데 성공했다.
2009년에는 미국 실리콘반도체 전문기관인 세마텍(SEMATECH)과 중집광형 태양전지 공동개발에 나섰다. 대구경 실리콘반도체 위에 화합물반도체를 적용하는 방식으로 저가의 고효율 화합물반도체 태양전지를 제조하는 연구다. 현재 15.1% 효율의 태양전지 소자를 개발했고, 내년까지 8인치 실리콘 기판에 25% 이상 효율의 태양전지 소자를 개발할 계획이다.
2011년에는 식물공장에 필요한 질화갈륨(GaN) 기반의 고효율 청색 LED 칩 기술을 중소기업에 이전했다. 설립이래 처음으로 기술료를 받고 중소기업에 기술을 이전한 사례다. 최근에는 갈륨비소(GaAs) 기반의 고출력 적색 LED 광원 개발도 마쳤다.
이어 지난해 7월에는 KIST 나노양자정보연구센터를 유치, 협력연구과제로 화합물반도체 기반 APD(Advanced photodiode) 에피 성장 및 소자공정 개발을 시작했다.
◇ 나노분야 인력양성 전문기관으로 자리매김
한국나노기술원은 보유 장비와 전문가를 활용해 나노전문인력을 양성하는 교육기관으로서의 역할도 훌륭하게 소화하고 있다. 올해 특성화고 학생들을 대상으로 실시한 나노융합인력양성 프로그램을 이수한 학생들의 취업률이 무려 87.5%에 달했다. 상반기 과정을 수료한 학생 40명 가운데 35명이 취업했다. 나머지 5명도 대학에 진학할 예정이라 실제 취업률은 100%라도 해도 과언이 아니다. 내년 1월에 끝나는 하반기 과정 참여 학생들의 취업률도 매우 높을 것으로 기대된다. 참여 학생 37명 가운데 19명이 이미 취업을 확정했다.
“실리콘반도체와 화합물반도체를 결합한 융합소자가 세계적인 추세입니다. 2~3년 전만해도 실리콘반도체가 전체 반도체의 80%를 차지했지만 지금은 50%가 화합물반도체로 바뀌었습니다. 최근 미국 반도체학회에서 발표한 내용입니다. 내년에 미래창조과학부에 `나노융합 에피소자 기술개발 사업`을 제안할 계획입니다. 반도체연구조합 및 대전 나노종합기술원을 포함해 다수의 대학·연구소와 컨소시엄을 구성할 예정입니다.”
김희중 한국나노기술원장은 실리콘 웨이퍼 위에 고성능 화합물반도체를 형성시키는 `나노융합에피소자` 기술이 향후 반도체 산업을 이끌어갈 대안이 될 것으로 내다봤다. 향후 10년을 준비하는 한국나노기술원의 청사진도 융합반도체로 모아졌다.
다음은 일문 일답.
-화합물반도체 분야에서 한국나노기술원이 차지하는 위상은 어느 정도인지.
△중상위권이다. 기업을 빼고 연구소만 놓고 본다면 글로벌 톱3 안에 든다. 벨기에 아이멕(IMEC)이 탑이고, 미국 세마텍이 2위다. 격차는 크지 않다. 화합물반도체에만 집중하는 곳은 한국나노기술원 뿐이다.
-지난 10년간 이룬 성과가 적지 않다. 하지만 향후 10년이 더 중요하다. 미래 청사진을 그려본다면.
△단기적으로는 융합반도체 소자 개발에 주력할 계획이다. 중기적으로는 반도체와 자기(Spin)현상을 융합하는 등 다른 원리를 지닌 물질과 결합하는 새로운 화합물반도체 소재 개발을 추진하고, 장기적으로는 뇌연구나 국방 분야, 스마트카 등 전여 새로운 분야에 적용하는 방안을 연구할 계획이다.
-내년부터 추진할 사업을 좀 더 구체적으로 소개하면.
△KIST팀이 세계 최초로 자기와 전자공학을 융합한 논리소자를 개발했다. `스핀코드(Spin CoDe)`다. 이 기술을 가져다 양산에 적용할 공정기술을 개발할 계획이다. 실리콘반도체처럼 화합물반도체를 3D로 만들어 집적도를 높이는 방안도 모색한다. 내년에는 우선 기존 장비를 활용해 화합물반도체 라인을 6인치에서 8인치로 늘리는 작업에 돌입할 예정이다. 세계에서도 하나뿐인 8인치 화합물반도체 라인이 될 것이다.
2003년 12월 재단법인 나노소자특화팹센터(KANC) 설립
2004년 7월 과학기술부 연구시설 지정
2006년 4월 광교 나노소자특화팹센터 준공
2006년 6월 대외 나노팹 공정 및 분석 서비스 개시
2008년 12월 팹장비 구축사업 완료
2009년 1월 지식경제부 광교(수도권) LED융합기술지원센터 지정
2010년 3월 교육과학기술부 국가나노기술전문인력양성센터 지정
2010년 4월 미국 세마텍(SEMATECH) 및 경기도와 국제공동연구센터 설립
2010년 9월 집광형 고효율 화합물반도체 태양전지 국내 최고 기록(28.6%) 달성
2011년 3월 조명용 LED칩 제조기술 도내 중소기업에 이전
2012년 5월 한국나노기술원으로 명칭 변경
2013년 3월 美 스탠퍼드대와 고성능 화합물반도체 공동연구 협약
2013년 7월 나노분야 1인창조기업 지원센터 설립
김순기기자 soonkkim@etnews.com
