세라믹비즈니스 124 제26회 도자기술심포지엄 Solar Technology Brief 126 태양광 해외기술정보 Technology Brief 128 세라믹스 해외기술정보 전시회 133 국내 최초 첨단신소재 전문 전시회 코리아 컴포짓 쇼 전자정보통신산

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1 C.O.V.E.R News in brief 050 Ceramic & Advanced Material News Interview 057 산화물반도체 석학 히데오 호소노(일본 도쿄공업대학 교수) Special_생태계 창조형 첨단 반도성세라믹 소재 기술개발(2) 062 반도성 세라믹 원료기술 개발 정재경_인하대학교 신소재공학과 교수 외 2인 074 반도성 세라믹 공정장비기술 윤명구_성균관대학교 신소재공학과 박사과정 외 2인 085 반도성 세라믹 박막 트랜지스터 공정 기술 박진성_한양대학교 신소재공학부 부교수 외 3인 Focus 한국세라믹기술원 국가인력자원개발 컨소시엄 코리아세라믹 신성장포럼 2차 모임 정책동향 104 미래부, 국가연구개발 성과평가 의 새로운 패러다임 제시 독자기고 106 일본 도쿄국제세라믹종합전 참관기_정봉용 한국세라믹기술원 선임연구원 기업 112 포세라(주) 준공식 생활과학 년도 과학기술인 명예의 전당 헌정대상자 선정 세라미스트광장 118 한국세라믹학회 추계총회 및 연구발표회 120 한국결정성장학회 추계학술대회 세라믹라이프 122 세라믹스 아트숍 1 ceramic korea

2 세라믹비즈니스 124 제26회 도자기술심포지엄 Solar Technology Brief 126 태양광 해외기술정보 Technology Brief 128 세라믹스 해외기술정보 전시회 133 국내 최초 첨단신소재 전문 전시회 코리아 컴포짓 쇼 전자정보통신산업대전 개최 과학터치 138 원하는 모양으로 변형되는 광반응 구조체 문화 141 이달의 신간소개 단신 동정 142 단신 및 동정_취재부 Patent Information 144 세라믹스 원적외선 특허 공개목록, 내용 세라믹스 자료실 150 신설법인 캘린더 151 이달의 국내외 주요 행사 세라믹스 자료실 152 통 계 도자기류 수출실적(2013년 8월) 시멘트 수요 공급 현황(2013년 8월) 위생도기 업체별 생산 출하 현황(2013년 8월) 위생도기 품목별 생산 출하 현황(2013년 8월) 내장타일 생산업체별 생산 출하현황(2013년 8월) 바닥타일 생산업체별 생산 출하현황(2013년 8월) 유리품목별 생산 출하현황(2013년 8월) 내화벽돌 생산 출하현황(2013년 8월)

3 표지1 _ EXCO 표지2 _ 한국산업단지공단 표지3 _ 화신기계 표지4 _ 룩스커뮤니케이션 가리온 강원테크노파크 경동세라텍 대기리소스 대청세라믹 대한히타 대화프레스 동진기연 디엔텍 맥테크 미래세라텍 백상기계 복합재료전시회 삼양세라텍 삼조실업 삼화제도 세라빌인터네셔널 세린하이텍 신명 신성열연 아세아연마 아전가열 열전사 영월비철소재 RIS사업단 유로산업 진산아이티 코페코 크레퓨 태영전열 포세라 한국세라믹기술원 한국파인협회 한국화인썸 해륭물산 홍경산업 AMC KOBE SLEEL MDT SBB 발행인 겸 편집인 Publisher 황호연 Hwang Ho-Yun 상무이사 CFO Executive Director 서승종 Seo Seung-Jong 편집국 Editorial Dept. 편집국장 Editor in Chief 서승종 Seo Seung-Jong 취재차장 Senior Editor 김성희 Kim Sung-Hee 기자 Editor 양대규 Yang Dae-Gyu, 오은지 Oh Eun-Ji, 백진 Baek Jin (수습기자) 디자이너 Designer 박수야 Park Soo-Ya, 심미연 Shim Mi-Yeon 박자경 Park Ja-Kyung 광고사업부 AD & Event Dept. 부장 Advertising Manager 박중규 Park Joong-Kyu 대리 Assist. Manager 이광호 Lee Kwang-Ho 사원 Staff 박세은 Park Se-Eun 총무부 Managing Dept. 과장 Manager 정우석 Jung Woo-Suk 사원 Staff 백찬희 Back Chan-Hee 통신원 Correspondent. 김상호 Kim Sang-Ho (대구TP 나노융합실용화센터 미래전략기획실 책임연구원) 김왕현 Kim Wang-Hyun (강원TP 세라믹신소재산업클러스터사업단 기획조정팀 책임연구원) 박윤현 Park Yoon-Hyun (한국세라믹기술원 선임연구원) 방일환 Bang Il-Hwan (전남TP 세라믹산업종합지원센터 기업육성팀장) 백승우 Baik Seung-Woo (맥테크 부설기술연구소 소장) 이범재 Lee Beom-Jae (대전TP 바이오나노 융합산업본부 기획운영팀장) 출력 및 인쇄 (주)케이피알 인쇄인 김정운 발행처 (주)월간세라믹스 서울특별시 서초구 서초대로40길 42(서초동, 대호B/D 4층) (우) TEL : ~6 FAX : http : // ceramagazine@korea.com 구독료 권당 12,000원 6개월분 65,000원(일시불) 1년 정기구독료 120,000원(일시불) 매월 자동납부 10,000원 구독기간 신청방법 전화 또는 인터넷 홈페이지에서 신청하여 주십시오. 납입방법 아래 온라인 계좌로 송금 온라인번호 예금주_ (주)월간세라믹스 제일은행 : 우 체 국 : 우리은행 : 신한은행 : 기업은행 : 국민은행 : 농 협 : 카드결제 _ 우리회사 홈페이지에서 결제 자동납부_ 온라인 계좌를 선택하여 독자님 거래은행에서 자동이체 신청 과월호 구입 <월간세라믹스, 월간원적외선&찜질방> 독자 여러분의 요청에 따라 품절되지 않은 과월호를 할인판매하고 있사오니 많은 이용 바랍니다. (문의 : 본사 판매과) 해외구독 120,000(정기구독료) + 46,000(항공료) = 166,000 / 일본, 대만, 홍콩, 마카오, 중국 120,000(정기구독료) + 55,000(항공료) = 175,000 / 동남아시아 120,000(정기구독료) + 73,000(항공료) = 193,000 / 북미와 유럽 120,000(정기구독료) + 110,000(항공료) = 230,000 / 남미와 아프리카 TEL. (02) ~3 FAX. (02) 서점 전국 유명서점 총판 명문사 (02) ~6 화목서적 (051) 학원사 (054) 영남서적 (053) 월간도예 권당 10,000원 / 1년 108,000원 2003년 한국세라믹스연감 4 6배판 / 양장제본 / 890쪽 / 정가 100,000원 도예가를 위한 가마짓기와 번조기법 정동훈 지음 / 280쪽 / 정가 25,000원 이 책에 실린 어떤내용도 무단으로 복제해서 사용할 수 없습니다. 또한 인터넷 홈페이지에 무단활용을 금합니다. 복제나 활용이 필요시 저작권자와 협의 바랍니다.

4 Ceramic & Advanced Material News ETRI, 부품소재분야 히든챔피언 육성 한국전자통신연구원(ETRI 원장 김흥남)은 지난달 23일 원내 국제회의장에서 부품소재 분야 16개 중소 중견기업과 2년간 R&D 등 을 집중 지원하기로 하는 내용의 1실 1기업 맞춤형 기술지원 인정서 수여식을 개최했다. 주요 기술지원 분야는 디스플레이 나노 광전소재부품 광 RF부품 신소자 소 재 분야 등이다. 상용화 등에 어려움을 겪고 있는 애로기술을 해결하기 위해 현장에 연구 원을 파견한다. 특허 출원 문제도 맞춤형으로 지원한다. ETRI는 올해 부품소재분야부터 이 사업을 시 범 적용한 뒤 내년에는 전 연구원 차원으로 확대 추진할 계획이다. 올해 히든챔피언 은 1~2개 정도를 만들 계획이다. ETRI는 이외에도 연구진이 직접 기술이전한 회사에 파견해 기업의 애로를 청취해 상용화 를 도와주는 상용화 현장지원제도 를 5년째 시행 중이다. 10월 현재 538개 업체에 1273 명의 연구원을 파견했다. 현재 ETRI 부품소재연구부문에는 차세대디 스플레이, 나노광전집적, 광무선융합부품, IT 부품산업기술 등을 연구하고 있다. 남은수 ETRI부품소재연구부문 소장은 우리 나라 부품소재 산업분야 기술수준을 제고하 고, 나아가 글로벌 히든챔피언 을 육성하는 데 크게 기여할 것 으로 기대했다. 이날 인정서를 받은 이남호 기가레인 대표는 정부출연연구기관이 발 벗고 나서는 기업지 원 계획을 접하고 희망을 봤다 며 중소기업 이 강해야 나라가 강해진다는 말처럼 공동연 구는 물론이고 실효성 있는 상생 모델이 됐으 면 한다 고 덧붙였다. 창성, 철원에 나노소재 연구소 설립 강원도와 협약 소재 전문기업 창성(대표 배창환)이 강원도 철원에 나노소재연구소를 설립한다. 지난달 21일 강원도와 철원군에 따르면 창성 은 철원플라즈마산업기술연구원(원장 김성 인)에 나노소재 기술 상용화를 위한 나노소재 연구소를 설립하기로 하고 지난달 22일 강원 도청에서 도와 협약식을 맺었다. 이날 협약식에는 최문순 강원지사와 정호조 철원군수, 김성인 철원플라즈마산업기술연구 원장, 김인교 강원테크노파크 원장 등 도 측 인사와 배창환 창성 대표, 정인범 창성 부사 장 등이 참석했다. 창성은 철원 연구소 성과를 기반으로 나노소 재 기술을 활용한 방열 소재와 전자파 흡수체 상용화 등에 나설 예정이다. 도와 철원군은 대량 생산용 나노소재 파일럿 플랜트 구축 등 상용화를 위한 인프라 조성을 적극 지원한다. 1980년 설립된 창성은 금속분말, 자성코어, 도전성 페이스트, 클래드 메탈, 전자파 흡수 체, 방열소재 등을 전문으로 하는 소재기업으 로 지난해 2557억원의 매출을 올렸다. 창성 연구소가 들어서는 철원플라즈마산업기 술연구원은 나노분말 소재의 플라즈마 공정 에 특화된 곳으로 그동안 해외에 의존하던 나 노분말 소재를 생산 기능화 분산하는 플라 즈마 양산 공정을 국내 처음으로 개발해 주목 받았다. 최근에는 그래핀 분말을 나노 메탈과 합성하 는 신기술을 개발하기도 했다. 김성인 철원플라즈마산업기술연구원장은 이 번 협약으로 창성이 올해 말까지 연구 인력이 상주하는 기업연구소를 철원군에 설립한다 면서 기술이전이 원활히 이뤄지고 사업화에 성공하면 창성이 철원군에 생산 공장도 설립 할 예정 이라고 밝혔다. 서울대 차국헌 교수팀 등 친환경 양자점 LED 개발 서울대는 차국헌 화학생물공학부 이창희 전 기정보공학부 이성훈 화학부 교수 공동 연 구팀이 고휘도 고효율 친환경 양자점 LED 를 구현했다 며 차세대 총천연색 디스플레 이, 고효율 조명, 레이저 등 실제 생활에 사용 할 수 있는 LED 소자를 상용화 할 수 있을 것 이라고 지난달 17일 밝혔다. 지금까지 양자점 LED 연구는 주로 카드뮴 화 합물을 이용해 이뤄졌다. 환경과 인체에 유독 한 카드뮴은 세계적으로 사용이 엄격히 제한 돼 양자점 LED를 상용화하는데 걸림돌이 됐 다. 대체 소재인 인화인듐(InP)도 양자점을 합성한 사례가 드물고 발광소자에 적용하더 라도 효율이 매우 낮았다. 서울대 공동연구팀이 개발한 양자점 LED는 핵심 소재인 콜로이드 양자점 내부에 전자와 홀을 직접 주입했다. 전자와 홀이 결합해 빛 을 만들어내는 방식이다. OLED에 비해 우수 한 색순도와 효율을 지닌 총천연색 디스플레 이를 제작할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 인화인듐 기반 친환경 양자점을 합 50 ceramic korea

5 Ceramic & Advanced Material New 성하고 최적화된 LED 구조를 고안했다. 1.1 나노미터 크기 인화인듐 핵에 아연 셀레늄 황 합금 껍질을 만들어 높은 효율을 지닌 양자점을 만들었다. 전자와 홀 주입이 최적화된 다층소자구조에 친환경 양자점을 적용한 결과 높은 최대발광 효율과 최대밝기를 지닌 친환경 양자점 LED 를 유연성 기판에 구현하는데도 성공했다. 연 구결과는 해외에서도 주목받아 지난달 미국 화학회지 ACSNano 지에 게재됐다. 서울대 공동 연구팀은 지난해 이미 양자점을 발광체 로 한 고효율 적 녹 청색 고효율 LED를 개 발한 바 있다. 연구성과는 미래창조과학부가 지원하는 창의 적 연구지원사업, 세계수준의 연구중심대학 육성사업, 기후변화대응기술개발사업, 산업 통상자원부가 지원하는 고성능 황 화합물계 반도체 백플레인 및 카드뮴이 없는 고효율 유 무기 하이브리드 EL소재 소자 원천 기술개 발사업의 지원을 받았다. 상보, 업계 첫 CNT 투명전극 TSP 상용화 상보(대표 김상근)는 경기도 김포 CNT TSP 양산공장 준공과 더불어 TSP 카보렉스 를 출 시했다고 지난달 20일 밝혔다. 상보가 개발한 CNT TSP는 투과율이 85%, 면저항은 270옴(Ω)이다. 회로 선폭은 20μm 까지 구현할 수 있다. 패터닝 방식은 플라스 틱커버 일체형(P1F)으로, 하이브리드형 커버 유리일체형(G1F) 방식에서 유리를 플라스틱 소재로 바꿨다. 일본 닛토덴코가 공급하는 기 존 보급형 ITO 필름 시장을 대체할 수 있을 것 으로 예상된다. CNT는 ITO를 대체할 투명전극소재로 주목 받았다. ITO필름은 TSP 핵심 소재지만 일본 업체가 독점 공급하고 있어 수급난이 있었다. 희소금속인 인듐을 사용해 가격이 비싸다는 단점도 있다. CNT는 탄소를 이용하기 때문에 가격이 저렴하고 원료 조달이 편하지만 그동 안 양산에 이른 사례는 없었다. 상보는 TSP 전극 패터닝 기술까지 직접 개발했고, 터치센 서 칩 업체와 고객사 승인 절차를 밟고 있다. 김포 공장은 부지 4500평, 공장 2400평 규 모로 월 TSP 40만장을 양산할 수 있다. 향후 월 300만장 규모로 증축될 예정이다. CNT 분산액 제조부터 코팅 패터닝 등 TSP 일관 공정을 갖췄다. CNT 분산액은 하루 50kg까 지 생산이 가능하다. 정인상 신소재사업부문장은 지금은 중저가 형 ITO필름을 대체용으로 개발했지만 향후 고투과율 저저항성을 가진 CNT TSP를 출 시할 계획 이라고 말했다. 차세대 소재, 표준화 인증 제도 보완 시급 차량용 경량화 소재, 고성능 전기전도 소재 등 차세대 소재 기술 개발이 활발하게 이뤄지 고 있지만 한국이 표준화나 인증 분야에서는 선진국에 비해 크게 뒤쳐진다는 지적이다. 첨 단 탄소섬유와 특수 에폭시 소재 등에서 앞서 가고 있는 독일 일본 등 소재 선진국을 따라 잡기 위해서는 원재료 공정 기술 개발 외에 관련 기술 기준을 확립하는 게 시급하다는 목 소리다. 지난달 17일 경기 고양 킨텍스에서 열린 한 국첨단소재기술협회(SAMPE) 코리아 심포지 엄 2013 에서 박종수 국도화학 박종수 부회 장은 미국 보잉 등 항공사에 부분품용 에폭 시 레진을 공급하고는 있지만 국내 인증 제도 가 미흡해 대형 소재에는 진출하기 어렵다 고 말했다. 첨단 소재가 가장 먼저 도입 되는 항 공 산업은 까다로운 검증을 요구하는데 국내 에는 검증 방법이 없어 애로가 적지 않다는 설 명이다. 국도화학은 200만톤 규모의 전 세계 에폭시 시장에서 4분의 1을 점유하고 있다. 앞으로 연평균 10% 이상 고성장이 예상되는 탄소섬유 시장 역시 마찬가지다. 업계가 치열 한 시장 경쟁을 벌이는 사이 표준화 인증 등 제도가 뒷받침되지 못하는 것이다. GS칼텍 스, OCI, 효성 등이 탄소섬유 전구체 양산을 시작했고 탄소섬유를 제조하기 위한 방사 공 정 개발, 복합재료 성형 기술 개발 역시 활발 하게 이뤄지고 있지만 관련 제도는 미비하다. 박영빈 울산과학기술대 기계 및 신소재공학 부 교수는 탄소섬유는 민간에서 개발 투자 가 활발하게 이뤄지고 있는 것과 달리 제도적 여건은 걸음마 단계 라며 시장 발전을 위해 서라도 앞으로 관심을 가지는 게 필요하다 고 말했다. SAMPE코리아 심포지엄은 첨단 소재 산업 발전을 위해 산 학 연 관계자가 모이는 장 이다. 올해는 플로리안 고즈니 독일 SGL 박 사가 탄소섬유 제품의 새로운 지평 을 주제 로 기조 강연을 하는 등 탄소섬유 기술 개발 전반에 관한 주제 발표가 이어졌다. 삼성디스플레이 7년 후 코닝 최대 주주로, 삼성코닝정밀소재는 코닝이 지분 전량 인수 삼성디스플레이가 160년 역사의 세계 최대 무기화학 소재기업 코닝 의 최대주주가 된 다. 얼마 전 삼성이 독일 OLED 소재업체인 노발레드를 인수한 데 이어 소재사업 경쟁력 강화를 위한 두 번째 글로벌 빅딜이다. 지난달 23일 삼성디스플레이(대표 김기남)는 November

6 Ceramic & Advanced Material New 코닝 지분 7.4%(전환우선주)를 취득하고, 코 닝은 삼성디스플레이의 삼성코닝정밀소재 지 분 42.6%를 인수하는 계약을 체결했다고 밝 혔다. 이와 함께 코닝은 개인이 소유한 삼성 코닝정밀소재 지분 8%도 인수해 100% 지분 을 확보할 예정이다. 두 회사는 내년 1분기까 지 본계약을 마무리할 방침이다. 삼성디스플레이가 인수한 코닝의 7.4% 주식 은 신규 발행한 전환우선주로 7년 후에는 보 통주로 바뀔 수 있다. 현재 코닝의 최대주주 는 약 6900만주(6.07%)를 보유한 뱅가드그 룹이다. 이 지분율대로라면 7년 후 삼성디스 플레이가 최대주주가 된다. 지난 1851년 설립된 코닝은 특수유리와 세라 믹소재 기술에서 세계적인 기업이다. 이번 지 분 인수로 삼성은 유기화학 소재뿐만 아니라 무기화학 소재사업으로도 기반을 넓힐 수 있 게 됐다. 웬델 P 웍스 코닝 회장은 향후 4년간 누적 잉 여현금흐름 증액이 20억달러에 달하고 연간 늘어나는 매출도 약 20억달러(약 2조1130억 원)에 달할 것 이라며 이 계약은 코닝과 삼 성 모두에 재정적, 전략적 효과가 있다 고 내 다봤다. 김기남 사장은 삼성은 코닝의 선도적 유리 기술과 결합해 소비자가전을 비롯한 여러 산 업에서 새로운 시장 개척에 나설 것 이라고 말했다. 유해물질 취급기업 환경피해보험 의무화된다 2016년부터 환경오염 피해를 유발할 수 있 는 유해물질 취급 기업 보상보험 가입이 의무 화될 전망이다. 보험 미가입 시 시설 가동 금 지 및 3개월 영업정지 처분을 받고 사업장 인 허가도 받을 수 없다. 환경부 산하 한국환경 산업기술원은 환경오염 피해를 구제하는 기 업 대상 의무 보험상품을 마련 중이라고 28 일 밝혔다. 환경오염 피해 보험은 최근 불산누출 등 환경 사고가 빈번히 발생하고 있는 것과 관련해 피 해자 보상을 신속히 처리하는 게 목적이다. 이를 위해 환경오염 피해 구제에 관한 법률 안 을 마련하고 연내 국회통과를 추진하고 있 다. 이 법률안은 이완영 의원(새누리당)이 대 표 발의한 상태다. 법률안이 통과되면 시행 시기는 2016년이 될 전망이다. 법률안은 보험상품으로 환경피해 보상 기금 을 마련해 피해자에게는 신속한 보상을, 기업 에는 도산 위험을 방지하는 게 핵심이다. 그 동안 환경오염이 발생하면 피해자는 피해입 증 부담과 소송 장기화 등으로 즉각 보상을 받기 힘들었다. 피해자 보상에 피해복구 특별 법이 제정되고 세금이 투입되는 것이 관례였 다. 구미 불산사고에 세금 554억원이 피해보 상에 투입되기도 했다. 보험 가입 대상은 각종 오염물질 배출시설, 폐기물 처리시설 등 유해화학물질 영업자 및 위해관리계획 제출대상이다. 앞서 기술원은 기업 CEO, 산업계, 시민단체, 각종 협의회 등 과 총 11차례에 걸쳐 설명회를 갖는 등 공감 대 형성 작업을 펼쳐왔다. 법이 시행되면 환경오염 사고로 생기는 중소 기업 도산 문제도 줄어들 전망이다. 기업이 단독적으로 감내하기 힘든 수준의 대형 재난 이 발생할 때는 국가 재보험 도입 체계를 구 축할 예정이다. 중소기업에는 중소기업기본 법에 따라 보험료 일부가 보조된다. 기술원은 올해 보험제도 설계와 보험상품 개 발용역을 시작하고 내년 피해보상 기준을 마 련한다는 계획이다. 피해조사와 연구, 기금 운영 및 관리는 별도 조직을 설치해 전담토록 할 예정이다. 환경산업기술원 관계자는 지금 까지 대형 환경오염 피해는 보상시스템이 제 대로 갖춰져 있지 않아 빠른 보상이 어려웠 다 며 이번 보험 관련 법률안으로 우선 보상 체계를 갖추고 기업 보상 부담도 경감시킬 계 획 이라고 말했다. 크루셜엠스, 유리섬유 복합소재 적용한 강화케이스 양산 성공 스마트폰 케이스 제조업체 크루셜엠스가 유 리섬유 복합 소재 국산화에 성공했다. 기존 금속 복합소재 케이스보다 얇게 만들 수 있고, 가벼워 차세대 스마트폰에 적용될 것으 로 기대된다. 첨단 소재 기술 확보로 크루셜 엠스가 사업 구조를 고부가가치 중심으로 재 편할 수 있을지 주목된다. 크루셜엠스(대표 안건준)는 유리섬유 가공기 술 FPM(Fiber Polished Module)을 활용한 유리섬유 강화 케이스 양산에 성공했다고 지 난달 3일 밝혔다. 현재 프리미엄 스마트폰에는 마그네슘을 첨 가한 플라스틱 케이스가 주로 쓰인다. 얇고 가벼운 디자인을 구현하기 위해서다. 그러나 마그네슘 복합 케이스는 특수 레진을 써야 해 비용이 크게 늘어나는 문제가 있다. 크루셜엠스가 생산하는 유리섬유 강화 케이 스는 마그네슘 대신 유리섬유를 사용해 동일 한 강도를 구현했다. 양산성도 뛰어나 마그네 슘 복합소재 대비 30% 이상 제조 비용을 줄 52 ceramic korea

7 Ceramic & Advanced Material New 일 수 있을 것으로 기대된다. 그동안 유리섬유 복합소재는 뛰어난 성능에 도 불구하고 생산성이 떨어진다는 평가를 받 았다. 후가공 중 불량이 잦아 대량 생산하기 어려운 탓이다. 크루셜엠스는 FPM 가공 기술 을 개발해 유리섬유 복합소재 불량률을 획기 적으로 줄였다. 크루셜엠스 관계자는 독자 개발한 유리섬유 복합소재는 대량 생산이 가능해 프리미엄 스 마트폰뿐 아니라 중저가 제품에도 적용할 수 있다 며 연내 여러 스마트폰 업체와 샘플 테 스트를 진행할 것 이라고 말했다. FPM은 크루셜엠스와 모기업 크루셜텍이 공 동 개발한 기술이다. 크루셜텍은 향후 스마트 TV용 리머컨, 바이오트랙패드(BTP) 제조에 도 유리섬유 복합소재를 적용할 계획이다. 크 루셜텍과 크루셜엠스는 유리섬유 복합소재처 럼 공동 프로젝트를 활발하게 진행해 경쟁력 을 배가할 계획이다. 크루셜엠스는 올 하반기부터 고부가 사업 구 조 개편에 박차를 가하고 있다. 대구와 중국 톈진 제2 공장에 전공정 클린룸 스마트폰 케 이스 공정을 구축했다. 올 상반기 사상 최대 매출인 1464억원을 기록했는데, 하반기는 이를 뛰어넘는 호실적을 기록할 것으로 예상 된다. 업계 관계자는 보다 저렴한 비용으로 스마 트폰을 경량화할 수 있는 기술이 요구되고 있 다 며 유리섬유 복합소재 기술을 확보함에 따라 기존 케이스 업체보다 월등한 기술력을 갖췄다 고 말했다. 한 독 소재부품 산업의 연결고리 만들자 지난달 10일 서울 삼정호텔에서 한국생산기 술연구원과 독일 NRW(Nortdrhein-Westfalen)연방주 경제개발공사 주최로 한 독 첨단 소재부품 생산기술 세미나 가 열렸다. 완 제품 조립 생산능력이 세계적으로 평준화되 면서 소재부품이 제품 성능과 가격을 결정하 는 핵심 요인으로 부상했다. 이번 세미나는 이번 세미나는 한국과 독일의 첨단 소재부품 생산 기술 동향을 파악하고, 미래 메가트렌드 를 공유하기 위해 마련됐다. 한국생산기술연구원 나경환 원장은 NRW연 방주는 각종 제조업과 첨단소재 산업회사가 몰려있는 곳 이라며 이번 세미나를 통해 한 국과 독일 산업의 긴밀한 국제적 협력관계를 높일 수 있는 자리가 됐으면 한다 고 말했다. NRW연방주는 독일 전체 민간소비 중 4분의 1을 차지하는 큰 규모의 지역으로, 제조 및 부 품 기업들이 다양하게 포진해 있다. 실제로 LG, 두산, 포스코 등 우리나라 기업들과 후 지, 3M, 포드, 에보닉, 바이엘 등 글로벌 기업 들의 유럽 본사가 집중해 있는 곳이다. 세미나 발표자인 아스트리드베커 아시아총괄 국장은 진입이 까다로운 유럽시장의 관문으 로 상품가치 제고에도 유리하다 며 유럽시장 진출을 통해 우리 기업의 주요 수출국인 미국 과 일본, 중국에서 탈피해 시장을 다변화 할 수 있다는 점을 강조했다. 에보닉 전은석 이 사는 자사의 제품과 전자소재에 대해 이야기 했고, 바이엘 김수완 상무는 전자산업에서 볼 륨 광학홀로그래피의 활용방안을 주제로 세 미나를 이어갔다. 한편 한국생산기술연구원 이상목 인천지역본 부장은 R&D성공률은 높지만, 실제 산업현 장에서 활용되는 비율이 같이 높아지기 위한 노력이 필요하다 고 지적했다. 실용화 과정 중에 발생하는 연구자-생산자-소비자 간의 사고체계가 다르다는 것이다. 본질적으로 소 비자의 욕구를 파악하고 접근하지 않으면 그 어떤 유용한 첨단기술도 사장되고 만다. 이상 목 본부장은 앞으로의 제조업은 다품종 대량 생산의 방향으로 나아갈 것이며, 정부와 기업 들이 미래 제조산업 정책에 있어 통섭과 강건 설계를 기반으로 한 지속적 발전방안을 마련 해야 한다 고 말했다. 과기정출연법 개정 공청회 지난 달 2일 국회 의원회관 2층 소회의실에 서 과기정출연법(과학기술분야 정부출연연 구기관등의 설립 운영 및 육성에 과한 법률) 개정 공청회가 열렸다. 이는 지난 7월 민병주 국회의원 외 9인이 기초기술연구회와 산업기 술연구회를 과학기술연구회로 통합해 정부출 연연구기관들의 융합, 지원, 관리 기능 내실 화를 위해 발의된 개정법률안을 살펴보는 자 리였다. 행사를 주최한 민병주 국회의원은 변화된 정 부조직에 발맞춰 융 복합 활성화를 위해 다 양한 정책적 지원방안을 모색하고 있다 며 이번 공청회에서 과학기술계의 목소리가 반 영될 수 있도록 다양하고 실효성 있는 제안들 을 나눌 수 있었으면 한다 고 전했다. November

8 Ceramic & Advanced Material New 이번 법안 발의는 정부조직개편에 따라 기초 기술 및 산업기술분야 출연기관의 감독관청 이 교육과학기술부와 지식경제부에서 미래부 로 일원화 됐음에도 지금까지 분리 운영되어, 연구기관 간 상호 협력과 융합연구가 활성화 되지 않고 있다는 점에서 출발했다. 또한 성 과가 탁월한 연구기관의 원장이 연임할 수 있 는 재선임 제도 내용도 포함돼 있다. 이는 자 율경영 및 책임경영체제를 확립하는데 도움 을 줄 수 있다고는 하나, 원장 임명 시 공정성 논란을 피해 갈 수 없을 것으로 보인다. 공청회 패널로 참석한 관계부처 책임자들과 교수, 시민단체들은 대체로 실질적 융합 위해 선 열린 조직으로서 내부 혁신이 있어야 진정 한 통합이 가능할 것이라는 의견이 대부분이 었다. 체제변화가 각 연구기관들에 영향을 주 기보다는 물리적인 변화에서 그칠 것이라는 지적도 있었다. 한 방청객은 현장에서는 전 혀 요구하지 않음에도 정권이 바뀔 때마다 합 치고 나누는 일이 반복되고 있어 혼란을 가중 시키고 있다 며 각 연구기관 스스로가 필요 에 의해 시스템의 갭을 줄여 나가는 방향으로 통합되어야 한다 고 말했다. 이건웅 한중탁 전기연 박사팀, 탄소나노 소재 고농도 분산기술 세계 첫 개발 탄소나노튜브 그래핀을 분산제 없이 고농도 로 분산할 수 있는 기술을 국내 연구진이 처 음 개발했다. 탄소나노소재 실용화에 걸림돌이던 분산 문 제 해결로 인쇄전자, 전도성 섬유, 전자파 차 폐, 고성능 나노복합체 등 고전도성 나노 페 이스트(Nano Paste)를 요구하는 다양한 분 야에서 탄소나노소재를 쉽게 응용할 수 있게 됐다. 한국전기연구원(KERI) 이건웅 한중탁 박사 팀은 최근 인쇄전자뿐 아니라 기존 나노복합 체 연구에 쉽게 응용할 수 있는 고전도성 탄 소나노소재 페이스트(paste) 기술을 세계 최 초로 개발했다. 이 연구개발은 KERI 자체 출연사업과 미래부 글로벌프론티어 나노기반소프트일렉트로닉 스 사업 참여로 이뤄졌다. 연구 결과는 지난 달 7일 네이처 자매지 네이처 커뮤니케이션 즈 온라인 판에 게재됐다. 탄소나노튜브, 그래핀 등 탄소나노소재는 전 도성이 매우 우수해 기존 금속 및 세라믹 도 전체를 대체할 수 있는 재료로 여겨져 왔다. 하지만 탄소나노소재를 고농도로 분산하려면 절연재료인 계면활성제를 사용하거나 표면에 기능기를 다수 도입해야 했다. 이럴 경우 탄 소나노소재 자체의 높은 전도성이 손상돼 실 용화에 걸림돌이 돼왔다. 연구팀은 생체 물질인 단백질이나 DNA나선 구조에서 쉽게 찾아볼 수 있는 다중수소결합 구조를 모방해 새로운 방법을 찾아냈다. 연구팀은 탄소나노소재의 손상을 최소화하고 4개의 수소결합이 동시에 이루어질 수 있는 기능기를 도입, 탄소나노소재 간 반데르발스 힘(분자 내 강한 인력) 을 극복하는 방법으로 고농도의 전도성 페이스트 제조에 성공했다. 탄소나노소재와 생체물질의 초분자구조가 만 나 기존 응용 한계를 뛰어넘은 신개념 원천기 술이 된 사례라고 할 수 있다. 한중탁 박사는 이번에 개발한 고전도성 페이 스트 제조기술은 제2 탄소나노소재 붐을 일 으킬 수 있는 획기적인 기술 이라고 말했다. 연구팀은 현재 원천특허와 응용특허를 국내 외에 출원하고 기술이전을 준비하고 있다. KERI는 올해 안으로 관련 기업체를 대상으로 기술설명회를 개최해 기술이전 및 사업화 방 안에 대한 협의를 진행할 예정이다. 일본계 중소 중견 소재 업체 한국에 지사 설립 지난달 14일 업계에 따르면 최근 3년 내 한 국후루야메탈, 한국나믹스, 후지쿠라컴퍼지 트코리아 등 국내에 새로 지사를 설립한 일본 소재업체가 대폭 늘었다. 나믹스는 반도체 후공정의 패키지 본딩에 쓰이는 보호소재 전문업체로 솔더볼 플 립칩 등을 기판에 실장할 때 쓰는 언더필 (Underfill) 세계 시장 1위 업체다. 한국에서 는 대리점을 통해 영업하다가 지난 2011년 지사를 설립하고 최근 영업을 강화하고 있다. 후루야메탈은 플라티나(Pt) 계열 금속소재 전 문업체로 터치스크린패널(TSP) 등에 쓰이는 타깃, 발광다이오드(LED) 원료 제작에 쓰이 는 도가니 소재 등을 만든다. 지난 2011년 한 국에 지사를 세우고 전자 시장 진입을 노리고 있다. 후지쿠라는 차량용 경량화 소재나 전자제품 에 쓰이는 특수고무, 반도체장비용 부품 등이 전문 분야다. 지난해 지사를 열고 한국 영업 에 주력하고 있다. 그동안 일본 대기업이 제조를 위해 한국에 진 출한 뒤 연구개발(R&D)센터를 설립하는 사 례는 있었지만 전문 분야 강소 중견 중소기 업이 우리나라에 적극 뛰어든 사례는 많지 않 았다. 이들이 한국 시장에 공을 들이는 이유 는 세계적인 불황에도 불구하고 전자 자동 차 등 주요 제조업 분야에서 산업 경쟁력이 탁월해 보다 빠른 대응이 필요하다는 판단에 서다. 지리적으로 가깝지만 좀 더 거리를 좁 히겠다는 것이다. 한국나믹스 관계자는 지금까지는 고객사가 찾아와서 제품을 파는 방식이었다면 이제는 고객사를 발굴하고 먼저 제안하는 쪽으로 전 략이 바뀌었다 고 설명했다. 54 ceramic korea

9 Ceramic & Advanced Material New 근래 들어 국내에서도 소재산업 투자가 활발 해지면서 한국 시장 내 경쟁이 치열해진 까닭 도 있다. 편광판, 인듐주석산화물(ITO) 필름, 반도체 감광재(포토레지스터), 타깃, 특수 레 진 등은 일본이 장악한 시장이었지만 최근 몇 년간 국산화가 상당 부분 이뤄졌다. 한 일본 계 지사장은 소재마저 한국에 빼앗기는 게 아니냐는 우려가 나오고 있는 게 사실 이라고 토로하기도 했다. 업계 관계자는 갈수록 일본 첨단소재 업계와 국내 업체 간 합작사 설립 등 다양한 방식으 로 협력이 늘어날 것 이라고 예상했다. 소재부품 산업, 10분기 연속 200억달러 흑자 우리나라 소재부품 산업이 지난 상반기에 이 어 3분기에도 누적 기준으로 사상 최대 규 모 무역흑자를 달성했다. 분기별 흑자 규모는 10분기 연속 200억달러를 상회했다. 지난달 15일 산업통상자원부는 1~9월 소재 부품 수출과 수입은 전년 동기 대비 3.7%, 1.4% 늘어난 1955억달러와 1277억달러를 기록했다고 밝혔다. 무역흑자는 728억달러 로 7.8% 증가했다. 9월 수출 실적은 추석 연 휴에 따른 조업일수 감소로 인해 전년 대비 소폭 감소했지만 일평균 수출은 10억8000만 달러로 사상 최고치를 기록했다. 소재부품산업은 9월까지 우리나라 전 산업 수출 증가율 1.3%를 웃돌며 총 수출의 47%, 전체 무역흑자의 2.3배를 실현했다. 고질 적 문제점으로 지적된 대 일본 수입의존도는 21.0%로 9월 누적 기준 사상 최저치를 기록 했다. 조선 자동차 등 수요산업의 수입물량 둔화와 엔저에 따른 수입단가 하락 등이 영향 을 미친 것으로 풀이됐다. 업종별로는 비금속광물(27.5%) 전기기 계부품(15.0%) 전자부품(11.2%) 등이 높 은 수출 증가율을 보였다. 무역수지는 전자부 품 수송기계부품 전기기계 등은 흑자, 정 밀기기부품 비금속광물은 적자였다. 산업부 는 미국 출구전략과 연방정부 일시폐쇄, 중 국 경기회복 지연 등 경기 불안요인이 있지만 주요 수출 시장의 성장세 회복 시 2년 연속 무 역흑자 900억달러 돌파가 기대된다 고 예상 했다. 산업부는 소재부품 산업 경쟁력 강화를 뒷받침하기 위해 연내에 제3차 소재부품발전 기본계획 을 마련해 시행할 계획이다. 연도별 투자계획 (단위: 억원) 산업부, 노후산단 혁신 후속조치 및 산업 기술장비 활용도 제고 로 지역경제 활성화 촉진 산업부는 지난달 1일 김재홍 제1차관 주재로 17개 시 도 부단체장이 참석한 가운데 제2 차 지역실물경제정책협의회 를 개최하였다. 이날 협의회에서 산업부는 제3차 무투회의 (9.25 개최)에서 발표한 노후산업단지 혁신 방안에 따른 후속조치 계획을 설명하였다. 후속조치를 위해 산업부는 관계부처 합동으 로 구조고도화 사업 추진 노후산단 중 13년 말까지 2개 단지를 리모델링 단지로 선정할 계획으로, 융복합 집적지 사업을 통한 혁신가 능성, 산단 구성원의 자발적 개선 노력, 사업 타당성 진단 등이 대상단지 선정의 주요 판단 기준임을 밝혔다. 또한 이날 협의회에서 산업부는 장비의 공동 활용을 위한 산업기술개발장비 포털 시스템 을 발표했다. 이는 그간 공동활용을 목적으 로 구축한 12,051개(3천만원 이상 기준)의 장비를 외부 기업들이 손쉽게 검색, 장비사양 확인, 예약까지 가능한 산업기술개발장비 통 합관리플랫폼 이다. 산업부가 지난 2,000년 부터 약 3조원을 투자하여 중소기업들이 공 동 활용할 수 있도록 연구소, 테크노파크, 대 학 등에 공동활용장비를 구축해 놓았으나 통 합적인 정보제공과 활용절차 없이 다양한 장 비 보유기관이 제각각 장비정보를 제공 운 영하고 있어, 외부 사용자가 장비를 파악하고 활용하는 데에 불편하고 장비 활용율이 저조 하였다. 이번 플랫폼 구축으로 공동장비를 활용할 기 업들은 장비포털( 접속 하여, 원하는 장비를 통합 검색하여 장비 보 유기관, 위치와 장비 세부사양과 이미지를 확 인하고, 온라인에서 사용 예약까지 가능하게 된다. 이 시스템의 활용으로 장비 사용자가 손쉽게 장비를 탐색 활용하게 되어 공동장비 의 활용률이 크게 높아지고, 기업의 기술개발 경쟁력도 높이게 될 것으로 기대된다. < 장비포털 이용방법 > 1. 포털 메인화면에서, 로그인 후 사용할 장비명 입력 2. 장비 같이써요 화면에서, 해당 장비 선택 3. 해당 장비의 기본정보, 이용정보, 설치기관, 담당자 등 확인 후 예약하기 4. 예약화면에서, 예약기간 및 시간 선택 후 예약하기 5. 장비 담당자로부터 SNS로 이용승인 메시지 확인 6. (장비 이용후) 해당 장비 정보화면에서, 사용후기 댓글 입력 November

10 Special Contents Special 1_ Ceramic Korea 2013년 9월호(PP.74~97) 생태계 창조형 첨단 반도성세라믹 소재 기술개발(1) 첨단 반도성 세라믹 소재 개발 개요 및 필요성 조형균_성균관대학교 신소재공학부 교수 외 3인 첨단 반도성 세라믹 기술 및 시장 동향 조영훈_(주)더비엔아이 사업전략본부 본부장 외 1인 Interview_ Ceramic Korea 2013년 11월호(PP.57~61) 산화물반도체 석학 히데오 호소노(일본 도쿄공업대학 교수) Special 2_ Ceramic Korea 2013년 11월호(PP.62~95) 생태계 창조형 첨단 반도성세라믹 소재 기술개발(2) 반도성 세라믹 원료기술 개발 정재경_인하대학교 신소재공학과 교수 외 2인 반도성 세라믹 공정장비기술 윤명구_성균관대학교 신소재공학과 박사과정 외 2인 반도성 세라믹 박막 트랜지스터 공정 기술 박진성_한양대학교 신소재공학부 부교수 외 3인 Special 3_ 2014년 3월호(예정) 생태계 창조형 첨단 반도성세라믹 소재 기술개발(3) 차세대 메모리 분야 정두석 박사 (KIST) 외 발광다이오드 분야 장원근 박사 (광기술원) 외 오감센서 분야 김창열 박사 (KICET) 외 반도성세라믹 트랜지스터 평가 황치선 박사 (ETRI) 외 56 ceramic korea

11 Interview 히데오 호소노(일본 도쿄공업대학 교수) 반도성세라믹 원천소재 기술 및 융합기술 개발에 주력해야 <대담 및 정리> 유 상 임_ 서울대학교 재료공학부 교수 김 창 열_ 한국세라믹기술원 나노융합지능소재팀 팀장 2013년 10월 18일 제주 국제컨벤션센터에서 개최된 한국세 구에 보다 많은 관심을 가져야 한다고 강조하였다. 새로운 소 라믹학회 추계연구발표회에서 일본 동경공업대학의 세계적인 재를 찾는 자신의 전략은 초전도체 연구를 출발점으로 하고 석학 호소노 교수의 기조강연이 있었다. 강연 후에 학술대회 있다고 한다. 조직위원장인 서울대학교 유상임 교수와 한국세라믹기술원 호소노 교수는 이미 철계 세라믹 초전도체를 세계 최초 나노융합지능소재팀장 김창열 박사가 세라믹 소재에 대한 그 로 개발한 바 있다. 일본의 아주 우수한 대학원생들은 새로 의 소견을 듣는 시간을 가졌다. 이에 세라믹코리아는 반도성 운 초전도체 연구를 가장 선호한다며, 본인의 경우 새로운 초 세라믹 특집과 관련하여 한국세라믹기술원의 자료를 협조받 전도체 발견하려는 과정에서 신소재가 합성되면 초전도체에 아 대담내용을 게재하고자 한다. 만 집착하지 않고 이 소재에 대해 여러 다른 분야의 적용 가 호소노교수는 IGZO 투명 산화물반도체를 개발한 계기에 능성을 살펴봄으로서 보다 더 창의적인 연구결과를 얻는 동 대한 설명에서 통상의 비정질 광학 소재에서 산화물 비정질 력이 되고 있다고 한다. 둘째, 향 후 연구자가 어느 한 분야의 전자소재로 연구테마를 바꾸어 연구하던 중에 이 비정질 투 전문성으로 갖는 한계를 넘어 서로 다른 분야의 연구자와 융 명 산화물 반도체를 세계 최초로 개발할 수 있었다고 한다. 합함으로서 새로운 창의적인 연구결과를 얻을 수 있으므로 이러한 원천기술 개발 결과를 일본 기업에서는 전혀 관심을 독립연구보다 다양한 분야의 그룹연구를 통해 소재 발전이 두지 않았지만 디스플레이 소자로 발 빠르게 적용한 것이 놀 이루어 질 것으로 예측하고 있다. 셋째, 한국은 디스플레이 랍게도 한국의 대기업이라고 밝혔다. 국적을 떠나 본인의 연 및 반도체 분야에서 이미 세계적인 기업이 있기 때문에 이를 구결과가 실용화되는 것에 크게 만족하다고 소감을 밝혔다. 뒷받침할 수 있는 소재개발에 보다 더 많은 투자 및 지원이 본인의 소신은 소재의 응용과 제품화는 당연히 기업 주도 있어야 한다며, 이를 위해서 보다 많은 우수한 연구자들이 도 의 몫이고, 전문 연구자는 보다 원천적으로 새로운 소재의 개 전적이고 창의적인 연구를 통해 원천소재개발에 주력해야 한 발에 관심을 두어 도전함으로써 창의적인 연구결과를 얻을 다고 강조했다. 수 있다는 것이다. 실용화 연구는 여러 공학적 요소가 결합되 어야 하므로 기업이 잘할 수 있고 전문연구자는 이런 연구 주 Q : 얼마만의 한국방문이신가요? 그동안 한국의 연구자들과의 제에 대해 경쟁력이 떨어지므로 당연히 원천소재 개발에 초 교류에 대해 말씀해 주시겠습니까? 점을 맞추어야 하며, 더구나 실용화 연구보다도 훨씬 파급효 과가 크다는 것이다. 세라믹소재 발전을 위해서는 첫째, 기초 원천 창의소재 연 올 해 세 번째 방문으로 삼성, LG와 자주 교류하고 있다. 삼 성은 특히 자주 만나고 있으며, 삼성을 통하여서 좋은 협력관 November

12 계를 맺고 있다. 내 포닥으로 있던 한국인 박사가 교수가 되 목했다. 그래서 산화물 반도체를 연구하게 된 계기가 되었 었는데, 그를 통하여 한국 연구자가 매우 우수하다는 것을 다. 보통 유리상 (비정질상, 결정질이 아닌 고체상태)을 만드 알 수 있었으며, 이미 5년 전부터 SKKU(성균관대)의 초빙교 는 사람들이 반도체에서는 필요 없다고 버리는데, 소재 디자 수로 있다. 인 개념에 대해 이미지를 만들어 봤다. 산화물반도체가 결정 산화물 반도체인 IGZO (In2O3-Ga2O3-ZnO)에 대한 연구 질과 유사한 정도로 전자 이동도 (전자가 일정전압을 인가하 는 JST를 통하여 연구비를 지원받았으며, 일본 업체들이 이 였을 때 빨리 움직이는 정도)를 보인다. 실리콘반도체는 SP오 소재를 양산화하는 데에는 흥미 있어 하지 않았고, 삼성디스 비탈에서 결정질이 돼서 빨리 움직이는데, 산화물 반도체의 플레이가 이를 양산화하는데 관심을 가졌다. 삼성일렉트로 경우 비정질이면서도 전자가 그런 구조 때문에 잘 움직인다 닉스가 IGZO TFT를 이용한 LCD에 관한 연구결과를 발표하 는 걸 알게 됐다. 이러한 산화물반도체 트랜지스터를 이용하 였으며, 기존의 비정질 실리콘으로 디스플레이를 구현하는데 여 플렉시블 일렉트로닉스에 응용하는데에 사람들은 관심을 충분하다고 생각하고 있었다. 이후 삼성의 발표를 통하여 다 갖게 되었다. 플렉시블 일렉트로닉스에 유기반도체 (organic 른 업체들도 여기에 참여하기 시작했다. semiconductor)를 사용하는데, 투명전극 위에 유기반도체 를 형성하기 위해서 원자수준으로 편평한 투명전극 ITO 소 Q : IDW삿포로(디스플레이 워크숍)때에 보니 일본 업체들도 옥 재를 코팅하는 연구를 진행하였다. 또한, 보통 인듐갈륨옥 사이드 TFT를 열심히 하고 있던데요? 사이드에서 전자의 이동도가 10cm2/VS의 속도를 갖는 것 을 실현하였는데, 이는 비정질 실리콘에 비하여 전자이동도 이유는 잘 모르겠지만 삼성도 아마 새로운 제품을 준비하고 가 100배 빠른 걸 의미한다. 유기 TFT는 전자의 이동도가 있을 거라고 알고 있다. 샤프는 이미 iphone용으로 양산을 0.1cm2/Vs로 매우 느린데, 한국 회사들이 신소재를 찾다가 시작한 것으로 알려졌다. 그것은 기업비밀이라 자세한 사항 IGZO TFT에 관심을 가지게 되었으며 지금은 산화물반도체 은 잘 모르겠다. TFT에 대한 수요가 생겨 많은 관심을 받고 있다. 비정질 광학소재에서 비정질 반도체 소재로 현재 중점연구분야는 p형 반도성세라믹소재, 연구분야를 전환 전력용 반도성소재와 초전도체 Q : 산화물반도체 분야에서 세계적 명성을 얻고 계신데, 이 분야 Q : 앞으로 산화물반도체 중에서 특히 중점적으로 연구개발이 집 를 연구하시게 된 계기 및 산화물반도체의 중요성에 대해 설명해 중되어야 할 분야는 어떤 분야로 보시는지요? 주세요. 우리 연구실이 지금 집중하고 있는 연구분야의 하나가 P 타 나의 박사과정에서 광학유리를 전공했다. 석사 때 지도교수 입 반도성 세라믹소재이다. CMOS가 가능하기 때문에 우리 인 카즈노부 타다나가 (ETL 일렉트로테크니컬 연구실) 비정 는 P타입 TFT의 선구자가 될 수 있다. P형 반도성 세라믹소 질반도체 전문가이다. 그는 비정질반도체의 선구자이다. 그의 재의 경우 전자이동도가 낮은 것이 가장 큰 문제이고, 다음 컨셉은 새로운 세션을 만드는 것이었으며 포토닉의 구조를 은 안정성이라고 할 수 있다. P타입 반도성 세라믹소재는 n형 바꾸는 게 목표였다. 그 당시 일본의 컨셉은 비정질반도체를 반도성소재에 비하면 그 종류가 매우 한정되어 있다. 산업에 적용하는 것에 중점을 두고 있었다. 박사를 마치고 연 미래에는 파워 일렉트로닉스도 아주 중요하다. 일본은 원 구소 생활 20년 후, 나고야에서 도쿄로 왔을 때 그 간의 연구 자력발전소 문제로 석유가 중요하다. 에너지 절약을 위해 파 분야를 모두 접고 새로운 분야인 전자소재에 대해 흥미를 갖 워 소모량이 중요하다. 산화물은 큰 밴드갭을 가져 전력용 반 고 연구하기 시작했다. 도체소재로서 매우 유용한 물질이라고 할 수 있다. 갈륨산화 비정질 실리콘을 대체할 수 있는 소재의 개발 필요성에 주 58 ceramic korea 물 Ga2O3 단결정으로 만드는 게 쉽다. SiC, GaN 단결정 보

13 다 월등히 쉽다. 갈륨산화물 같이 밴드갭이 큰 소재를 사용 Q : 산화물반도체 이외에 현재 연구하시는 분야는 어떤 것이 있는 하는 연구가 이루어지고 있다. SiC와 GaN의 경우 단결정으 지요? 로 만드는 게 어렵다는 것이 단점이고, 또한 이로 말미암아 소재제조 비용이 크다는 것이 문제이다. 하지만 산화갈륨의 초전도체에 대한 연구를 하고 있다. 우리는 철(Fe)계에 대한 경우 제조가 그에 비해 어렵지 않은 반면, 반도성 산화물 소 초전도체 소재조성에 대한 원천기술을 보유하고 있다. 초전도 재에서는 SiC, GaN와 같은 높은 전자이동도를 구현하는 것 체에 비하면, 반도체 소재에 대한 연구는 상대적으로 쉽다고 이 난제이다. IGZO 경우에는 전자이동도가 비정질 실리콘에 생각한다. 초전도체 소재에 대해서는 많은 한계를 돌파해야 비해서 높은 것을 구현하는 것이 가능했기 때문에 빨리 바 하는 어려운 연구분야이고 또한 경쟁도 심하지만 도전할만한 꿀 수 있었다. 우리는 실리콘 반도체와 비교했을 때 플렉시블 분야라고 생각된다. 이런 분야에서 스마트한 연구자들과 경쟁 전자시대에는 산화물반도체가 보다 더 유용하게 적용될 것 하는 것이 좋고 또한 새로운 아이디어를 내는 것이 나는 즐겁 으로 생각된다. 또한, 상온에서 열을 받았을 때 견딜 수 있는 다고 생각한다. 구리 베이스가 아니라 철 (Fe) 베이스로 처음 유일한 소재라는 장점도 갖고 있다. 발명한 다음, 이 소재에 대해 6000여편의 연구논문이 쏟아져 나오고 있다. 일본에서는 학생들 가운데 스마트한 학생의 경 Q : 2차원 전자화물 (Electride)에 관한 연구결과를 최근 한국 우 도전적인 주제인 초전도체에 대해서 연구하고자 한다. 한 연구팀과 함께 내놨다. 어떤 의미가 있고 응용분야는? 국에는 초전도체를 연구하고 있는 사람들이 많지 않다. 미국, 일본, 독일과 중국 연구자들이 많은 흥미를 갖고 연구하고 있 일렉트라이드는 신소재이며, 뉴프론티어라고 본다. 기초 과학 으며, 대규모 연구비가 지원되고 있다. 내가 신소재를 연구하 과 애플리케이션의 중간단계라고 본다. 일렉트론-일렉트라이 는 전략 중의 하나가 초전도체를 하면서 얻은 새로운 아이디 드는 산소-산화물의 관계와 같은 것이다. 이의 용도론는 2차 어를 반도체 분야에 적용하는 것이다. 한 분야에서 연구하다 원 전자화물에 촉매를 담지하여, 질소와 수소를 반응시켜 암 가 얻은 아이디어가 다른 분야에서 새롭게 적용될 수 있는 모니아를 생성하는 데에 적용이 가능하다. 것이다. 예를 들어서 초전도체를 연구하다가 IGZO라는 산화 물 반도체 조성을 새롭게 개발할 수 있었다. 너무 한 분야만 반도성세라믹소재-초전도체 소재 연구분야의 상호적용을 연구하면 새로운 소재를 찾을 포텐셜이 낮다고 할 수 있다. 통한 신소재 개발 기초원천소재 개발이 더 중요 November

14 연구비의 경우 일본 JST에서만 지원을 받았다. 삼성 리서치는 펀딩과 상관 없이 결과를 요구하지 않는다. 삼성이 내놓은 아 주 훌륭한 디스플레이를 만드는 데 같이 협력을 했는데 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 한국 학생들은 매우 훌륭하다. 한국 학생들은 항상 유행하는 토픽을 캐치하려고 하는데 기초 연 구가 훨씬 중요하다고 본다. 학생 때는 특히 그렇다. 애플리케 이션 리서치는 언제든지 할 수 있다. 미래 애플리케이션을 위 해서는 기초연구가 보다 더 중요하다고 할 수 있다. 히데오 호소노 교수가 지난달 18일 제주컨벤션센터에 열린 한국세라믹학회 추계연구발표회에서 기조강연을 하고 있다. 일본소재개발의 원천은 금속제련과 세라믹, 기초소재개발에 대한 정부지원 Q : 산화물 방식 디스플레이 등은 벌써 상용화 됐고 고부가가치 를 창출하고 있다. 산화물반도체의 미래를 어떻게 보는지? Q : 일본의 소재산업, 특히 세라믹 산업이 매우 강한데, 그 힘은 어디에 기인한다고 생각하시는지요? 일본 사람들은 보다 더 정교 내가 관심을 갖는 분야는 기초과학, 원천기술분야로 신소재 하고 작은 부분에 관심이 많기 때문에 소재기술이 강하다고 생각 를 발굴하는 것이다. 기본적으로 대학과 연구소는 원천소재 하는지? 기술을 개발하는 데에 많은 노력을 기울여야 하는 것으로 생 각한다. 기술을 상용화 하는 것은 기업과 산업계가 해야 할 일본의 소재의 근원은 금속제련에서 시작한다고 볼 수 있다. 일이라고 생각한다. IGZO는 이미 내 손을 떠났고, 이를 응용 광물로부터 금속성분을 제련한는 것으로부터 일본 소재가 한 상품화는 기업이 잘 수행할 것이라고 생각한다. 우리는 기 발전할 수 있었다고 생각한다. 도호쿠대학의 혼다 교수의 철 초분야에 관심이 있다. 이 분야에 집중적으로 연구개발 지원 강 제조가 소재개발의 시작이다. 1980부터 세라믹 열기가 일 하는 것이 매우 중요하다. 본에 불었다. 세라믹 엔진을 만들자고 했다. 그 프로젝트는 실패했다. 그래서 세라믹 리서치가 점점 줄어들게 됐다. 일본 Q : 정부지원은? 전자산업이 강하니까 전자소재분야가 강하다고 할 수 있다. 세라믹업계에서는 교세라와 무라타, NGK 등이 세계적인 기 20년간 정부 지원을 받아왔다. JST는 원천기술 연구에 대해 업들이 소재산업을 키워왔다고 생각한다. 서 재정을 지원하는 단체이다. 반면, 산업부는 기초연구에는 한국이 이제는 전자산업 분야에서 강국이 됐으니 소재에 지원을 하지 않는다. 오로지 상용화에 너무 관심을 갖고 열 대한 관심이 클 것으로 생각되고 이를 뒷받침할 수 있는 소 을 올리면 새로운 결과를 얻기 어렵다. 가장 중요한 것은 연 재산업이 발전해야 된다고 생각한다. 특히, 한국은 반도체산 구 결과물이라고 생각한다. 너무 상용화에 치우치면 신소재 업이 강하기 때문에 이에 대한 연구는 계속 진행해야 한다고 와 같은 새로운 연구결과물이 나올 수 없게 된다. 유행을 따 생각한다. 라가면 모두가 유사한 연구를 하게 된다. 그러면, 독창적인 연 개인적으로는 이런 소재분야의 기초적이면서 원천기술에 구를 하거나 선구자가 될 수 없다. 나는 많은 연구자가 선호 대한 투자가 이루어져야 한다고 생각한다. 또한, 기존의 것을 하는 인기있는 연구보다는 신소재를 찾는데 주력해 왔다고 카피하거나 잘 만드는 한계에서 벗어나 새로운 개념의 소재 할 수 있다. 들이 도입하여야 할 시기가 도래한 것으로 볼 수 있다. 이것 은 한국의 정부에서 추진하고 있는 창조경제와도 연계되어 Q : 향후 한국과 공동연구를 해보실 생각이 있으신지, 있다면 어 떠한 연구분야인지 궁금합니다. 60 ceramic korea 있다고 생각한다.

15 디스플레이, 반도체를 뒷받침할 소재원천기술 및 융합기술 개발 중요 of CuAlO2, Nature, 389, (1997). 2. Nomura, K.; Ohta, H.; Ueda, K.; Kamiya, T.; Hirano, M.; Hosono, H., Thin-film transistor fabricated in single- Q : 한국의 세라믹소재 산업발전을 위한 제언을 해주신다면? crystalline transparent oxide semiconductor, Science 300, (2003). 한국은 디스플레이, 반도체에서 세계적인 리딩 회사를 가지 3. Hayashi, K.; Matsuishi, S.; Kamiya, T.; Hirano, 고 있다. 이제 그 다음이 중요하다고 볼 수 있다. 중국은 엄청 M.; Hosono, H., Light-induced conversion of an 난 연구비 투자와 세계에 흩어져 있는 우수한 인력으로 인해 insulating refractory oxide into a persistent electronic 과학기술의 발전속도가 엄청나게 빠르다고 할 수 있다. 예를 conductor, Nature 419, (2002). 들어서, 새로운 소재가 개발되어 연구논문이 발표되면, 일주 4. Matsuishi, S.; Toda, Y.; Miyakawa, M.; Hayashi, K.; 일 내에 중국에서도 같은 연구가 이루어져서 소재에 대한 분 Kamiya, K.; Hirano, M.; Tanaka, I.; Hosono, H., High- 석이 이루어지고 있는 것을 보고 놀란 적이 있다. 이러한 가 density electron anions in a nano-porous single 운데 디스플레이, TV, 메모리 반도체와 같은 시스템과 부품 crystal: [Ca24Al28O64]4+(4e-), Science 301, 의 제조 분야와 이를 뒷받침할 소재개발에 균형을 맞춰야 한 (2003). 다. 그리고 기초 연구 분야에 많은 투자를 하길 바란다. 소재 5. Nomura, K.; Ohta, H.; Takagi, A.; Kamiya, T.; Hirano, 개발에는 인내하고 인내하고 인내하라 고 조언하고 싶다. 소 M.; Hosono, H., Room-Temperature Fabrication of 재에 대한 연구성과를 얻으려면 수많은 인내와 중장기적인 Transparent Flexible Thin Film Transistors Using 연구투자가 필요하다. Amorphous Oxide Semiconductors, Nature 432, 488 연구개발 통계에 따르면, 신소재를 개발하는 데에는 평균 (2004). 18년이 걸리는 것으로 되어 있다. 그러나 이러한 연구기간이 6. Yoichi Kamihara, Takumi Watanabe, Masahiro 점점 짧아지고 있다. 인내하는 시간이 이제는 점점 줄어들고 Hirano, and Hideo Hosono: Iron-Based Layered 있으며, 경쟁관계가 보다 더 치열해지고 있다. 데이터마이닝 Superconductor La[O1-xFx]FeAs (x = ) with 과 빅데이터 기술이 새로운 소재를 연구하는데 많은 도움을 Tc ~ 26 K; J. Am. Chem. Soc., 130, 3296 (2008). 주고 연구기간을 더 짧게 할 것으로 생각한다. 하지만 가장 7. Hiroki Takahashi, Kazumi Igawa, Kazunobu Arii, 중요한 건 연구자이다. 이제는 잘 하는 기술분야, 소재를 어떻 Yoichi Kamihara, Masahiro Hirano, Hideo Hosono: 게 융합할 수 있는가가 더 중요하다. Superconductivity at 43 K in an iron-based layered 한국은 디스플레이에서는 자이언트가 됐다. 중국이 매우 compound LaO1-xFxFeAs; Nature, 453, 376, (2008). 빨리 추격하고 있고, 미국, 유럽으로부터 많은 우수한 연구자 들이 중국으로 와서 반도체와 디스플레이를 개발하고 있다. 이제 새로운 기술의 독점은 3개월이면 끝난다. 차이니즈 아 메리칸이 매우 많고 중국인은 어디에나 있다. 이제 세라믹은 전통분야만 바라보아서는 안되며, 또한 세라믹 한 분야에만 머물러서도 안된다고 생각한다. 많은 유기소재와 세라믹 소 재는 융합화 될 것으로 보인다. 호소노 교수의 최근 주요 논문 1. Kawazoe, H.; Yasukawa, M.; Yanagi, H.; Hosono, H., P-type electrical conduction in transparent thin films Hideo Hosono Tokyo Institute of Technology Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering 4259 Nagatsuta-cho, Midori-ku, Yokohama, , JAPAN 연구실 홈페이지 TopPage-e.html 현재 연구 분야 Oxide semiconductor, Nanostructured oxide crystal, Catalysis, Structure analysis by pulsed EPR, Thin film transistor, Light-emitting diode, Electron emitter November

16 Special 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) 반도성 세라믹 원료기술 개발 정 재 경_ 인하대학교 신소재공학과 교수 김 효 진_ 인하대학교 신소재공학과 석사과정 권 장 연_ 연세대학교 글로벌융합공학부 교수 1. 서론 랜지스터, Thin Film Transistor)로서 응용성에 대 한 연구는 일본 동경대의 호소노 교수팀이 2004년 일반적으로 전이금속 산화물 박막은 양이온의 조합 Nature에 In-Ga-Zn-O 산화물을 상온에서 증착하 에 따라서 강유전체 (BaTiO3, PbZrO3 etc), 반도체 여 전계이동도 10 cm2/vs 이상의 트랜지스터 소자 (ZnO, InGaZnO etc) 및 전도체 (Sn-doped ITO, 를 발표한 이후부터 전세계적으로 집중되었다 [1]. Al-doped ZnO etc)등의 다양한 물성을 나타낸다. 한편, 정보 디스플레이 산업의 눈부신 성장에 발맞 최근 정보디스플레이 산업의 백플레인 구동소자 추어 초고화질, 초고선명 및 대형화 등을 포함하는 로 각광을 산화물 반도체소자는 ZnO 혹은 In2O3 최신 기술의 디스플레이 구동을 위해서는 4,000 x 와 같이 양이온을 기반으로 한다. 가장 대표적인 반 2,000 이상의 픽셀과 240 Hz 이상의 frame rate 및 도성 세라믹스로써 ZnO 물질은 결정 구조적 이방 70인치 이상의 화면 크기가 필요하다. 이러한 기술 성, 비화학양론적 결함구조, 넓은 밴드갭, 높은 굴절 적 요구사항을 만족하기 위해서는 각 픽셀에 영상 률 및 광전 비선형 광학계수를 갖는 재료이다. ZnO 정보를 기입하는 충전시간을 그림1에서와 같이 급 박막은 압전소자, 발광다이오드, 투명 전도막, 음향 격히 감소시켜야한다. 그러나 현재 대부분의 TFT- 파 소자, UV 센서 및 박막트랜지스터 등 그 이용범 LCD 디스플레이에 적용되고 있는 비정질 실리콘 위가 매우 다양하다. 특히 디스플레이 TFT (박막트 TFT는 전계이동도가 0.5cm2/Vs에 불과하여 상기 그림 1. 해상도 및 frame rate 증가에 따른 charging 시간 감소 62 ceramic korea

17 특성을 만족하는 것이 한계에 이르고 있다. 따라 의 이성분계 산화물 반도체를 이용한 투명 전극은 서 상기의 최신 기술의 디스플레이 소자에 적합한 높은 캐리어 농도 (1018~1021 cm-3)와 약 10 cm2/vs TFT 소자 특성을 구현하기 위해서 고이동도를 갖 이상의 전자 이동도를 나타낼 수 있다. 이러한 투명 는 신물질의 개발은 필수이다. 산화물 반도체 물질 전극의 뛰어난 전기적 특성은 Si 또는 GaAs와 같은 은 상대적으로 높은 전자 이동도 (3~50 cm /Vs) 공유결합성 반도체와 다른 전자 배치에 기인한다. 를 갖기 때문에 타 물질에 비해 많은 집중과 관심 산화물 반도체는 주양자수 (=n)가 5 이상인 (n-1) 을 가지고 있다 [1-2]. 뿐만 아니라, 대부분의 산화물 d10ns0 형태의 전자배치를 가지는 중금속 양이온을 반도체 물질은 비정질 상을 유지하기 때문에 균일 적어도 하나 이상 포함하고 있으며, 전도대가 금속 한 특성을 나타낼 수 있고 8세대 (기판크기 2,200 이온의 ns 궤도에서 형성되어 가전도대가 산소 음 2,500 mm) 이상 대형 기판에 증착기술이 확립 이온의 2p 궤도에서 형성된다. 특히 큰 반경의 금속 된 스퍼터링법에 의해 성막될 수 있기 때문에 대형 양이온은 인접한 양이온과 s-궤도의 중첩이 발생하 디스플레이 적용에 매우 적합한 장점을 가지고 있 게 되며 이러한 중첩으로 인해 비정질임에도 불구 다. 이러한 이유 때문에 산화물 반도체 특성을 보이 하고 전자의 이동이 중첩된 s-궤도를 따라 보다 쉽 는 물질 조성에 대한 연구가 매우 활발하게 진행되 게 이웃한 양이온으로 이동할 수 있다. 앞서 언급한 었으며 현재까지 ZnO, InZnO, ZnSnO, InGaO, In In2O3와 ZnO 및 SnO2 등의 이성분계 산화물 반도 ZnGaO, InZnSnO, ZnGaSnO와 같이 이성분계부 체의 광학적 밴드갭과 대표적인 광학적 투과도 그 터 사성분계까지 다양한 양이온 조합 및 조성을 갖 림을 아래 그림 2에 나타내었으며, 그림에 나타난 는 산화물 반도체를 채널로 갖는 TFT 소자가 개발 ZnO 박막의 경우, 가시광선 영역에서 약 80% 이상 되었다. 실제 산화물 트랜지스터 소자의 이동도, 문 의 광학적 투과도를 나타내는 투명한 물질임을 알 턱전압, 게이트 스윙 및 Ion/off 점멸비와 같은 파라 수 있다. 2 미터와 전기적, 광학적 신뢰성은 산화물 반도체 조 성에 매우 밀접하게 의존하는 것으로 알려져 있다. 본 기고에서는 산화물 반도체를 이성분계, 삼성분계 및 사성분계로 구분하여 양이온 component와 조 성의 변화에 따른 TFT 소자의 성능에 대한 연구결 과를 살펴보기로 한다. 2. 이성분계 산화물 반도체의 물성 그림 2. 대표적인 이성분계 산화물 반도체의 광학적 특성 산화물 반도체 물질 중에 이성분계로 구성되는 현재 이성분계 산화물 반도체의 경우 대부분 n형 In2O3와 ZnO 및 SnO2 등은 3 ev 이상의 넓은 밴드 특성을 보이고 있기 때문에 p형 특성을 가지는 산 갭 에너지를 가지기 때문에 가시광선 영역의 빛을 화물 반도체 물질이 개발될 경우, CMOS 형태의 소 모두 투과 시킬 수 있는 특성을 가지고 있다. 또 자 제작이 가능하고, OLED 구동에도 유리한 측면 한 산소 공공 등에 의한 자연적인 결함 때문에 비 이 많기 때문에 공정 중 도핑 조건의 변화 또는 앞 교적 높은 전자 전도도 (10-2~103/Ω cm)를 가지기 서 언급되지 않는 신물질의 개발 등을 통해 p형 산 때문에 투명 소자에 적합한 전극으로 각광을 받고 화물 반도체 연구도 활발히 진행 중에 있다 [4]. [3] 있다. 이러한 특성 때문에 In2O3와 ZnO 및 SnO2 등 November

18 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) 2.1 ZnO 박막 특성 크게 산소 공공과 금속 공공, 두 가지로 분류할 수 있다. 일반적으로 ZnO에서 결함은 산소 공공 또는 기본적으로 ZnO는 Hexagonal wurtzite 구조 침입형 금속에 의해서 형성되며 이러한 결함은 모 를 가지며 격자 상수는 a= Å, c= 두 박막 내 캐리어를 공급하는 역할을 한다. Å이다. Wurtzite는 구조는 두 개의 겹치는 HCP 이러한 ZnO 박막은 낮은 온도에서 손쉽게 형성 (Hexagonal Close Packed) 구조로 구성되어 있으 하여 높은 전자 이동도를 얻을 수 있는 장점 때문에 며 하나의 HCP 구조에 다른 HCP 구조가 c-축 방 많은 관심을 받고 있다. 향으로 이동되어 이루어 지는 구조이다. 이러한 구 특히 ZnO 박막은 형성 조건에 따라 박막 내 산 조의 특징은 하나의 원자가 다른 원자들에 의해 사 소 함량이 변하면서 이에 따라 비저항 특성이 폭넓 면체 구조를 이루고 둘러싸여 있는 것이다. 결과적 게 변화한다. 이러한 특성 변화 이용하여 사용자는 으로 Zn 층은 산소층에 비하여 상대적으로 큰 표면 원하는 물성을 가지는 박막을 손쉽게 얻을 수 있다. 에너지를가지며, 빠른 성장 속도와 높은 내부식성/ 하지만, 불순물이 첨가되지 않은 순수한 ZnO의 경 내마모성을 갖게 된다. 기존 연구에 따르면 ZnO가 우, 외부 노출에 따른 산소의 영향으로 Zn과 O의 n형 반도체 특성을 나타내는 이유는 박막이 성장하 정량비가 변함에 따라 전기적 특성이 변화하는 문 면서 화학양론적인 조성비가 이상적인 경우와 달라 제를 가지고 있다. 그림 3과 4에서 볼 수 있듯이, 외 지기 때문이다. 따라서 ZnO 내부에서 형성되는 결 부 노출에 의한 영향 이외에도 소자 동작이 지속되 함의 특성과 ZnO 박막의 전기적 특성은 서로 밀접 면서 발생할 수 있는 전압 스트레스에 의해서도 특 한 관계가 있다. ZnO에서 비화학양론적인 결합은 성이 변하는 문제가 발생한다 [5]. 따라서 이러한 문 제 해결을 위해 Al과 Ga 및 In 등을 첨가하여 외부 노출에도 안정적인 소자를 만들 뿐만 아니라 순수 한 ZnO보다 더 높은 전기적 특성을 갖는 물질 개 발이 활발히 진행 중에 있다. ZnO는 앞서 언급한 뛰어난 광학적 특성은 투명 전극으로서의 활용이 가능하다. 투명 전극은 차세 대 투명 디스플레이에 반드시 필요한 소재 중의 하 나로, 내부 전자 소자를 외부 영향으로부터 보호하 고, 전자 소자로 전기적 신호를 잘 전달하면서도 발 그림 3. 전압 스트레스에 따른 소자의 전기적 특성 변화 64 ceramic korea 그림 4. ZnO TFT 소자의 스트레스 시간에 따른 문턱전압 (Vth) 이동

19 그림 5. ZnO를 이용한 (좌)투명 박막 트랜지스터 구조와 전기적 특성 및 (우) 플렉시블 소자 생하는 빛을 저항 없이 전달해야만 한다. 따라서 높 (우)). 기존과 다르게 플라스틱 등의 유연한 재료를 은 빛 투과율과 우수한 전기 전도성은 투명 전극 기판으로 사용할 수 있기 때문에 곡면에의 적용이 의 필수 조건이며, 소자 제작 공정 중에 발생할 수 가능할 뿐만 아니라 접거나 구부릴 수 있어서 광범 있는 열에 특성이 변화하지 않는 우수한 열안정성 위한 적용성을 갖는 차세대 디스플레이 소자로 각 을 가져야 한다. 지금까지 대표적으로 사용되고 있 광을 받았다. 는 투명 전극인 ITO의 경우, 광학적 특성과 전기적 특성은 매우 우수하지만, 주원료인 In 의 생산 단 2.2 이성분계 산화물 반도체의 한계 가가 매우 높고, 낮은 열안정성 때문에 특성이 쉽게 변질되는 문제점을 가지고 있다. 이에 비해 ZnO의 뛰어난 전기적 특성에도 불구하고 In2O3와 ZnO 및 경우, 높은 광학적 특성과 전기적 특성 이외에 우 SnO2 물질은 다결정 구조를 가지기 때문에 발생 수한 열안정성과 비교적 저렴한 생산 단가로 인해 하는 대면적에서 불균일한 전기적 특성으로 인해 ITO를 대체하는 투명 전극으로 관심을 받고 있다. TFT의 채널 물질로 사용되기에는 부족하다 [1, 10- 이외에도 Mg 등의 첨가에 의한 밴드갭 조절을 이용 11]. 따라서 불균일한 특성을 극복하기 위해 위에서 한 자외선 영역의 레어져 발진 소자 및 광검출 소 언급한 개별적인 이성분계 산화물 반도체의 효과적 자, 광도파관 및 센서 등으로 활용이 가능하다 인 조합을 통해 넓은 면적에서도 균일도를 확보할. [6-9] 이러한 관심에 따라 포르투칼의 Fortunato 그룹 에서는 ZnO를 이용하여 성공적인 투명 박막 트랜 수 있는 비정질 산화물 반도체 물질의 합성이 중요 한 이슈가 된다. 지스터 연구 결과를 얻었다. 가시광선 영역에서의 투과율이 약 85%로서 투명 디스플레이 응용 가능 성을 제시하였다. 이 그룹에서는 ZnO 박막을 스퍼 3. 삼성분계 산화물 반도체의 물성 터링 방법으로 형성하였으며, 이 때 증착 조건 중에 하나인 증착 파워를 조절하여 불순물 없이 순수한 3.1 IZO 특성 ZnO만으로 반도체 특성을 확보하였다. 이에 따라 약 33 cm2/vs의 높은 전자 이동도와 더불어 107 이 비정질 상을 가지는 물질을 형성하는 주요한 원칙 상의 Ion/Ioff 비를 얻었다 (그림 5 (좌)). 동경 공대 중에 하나는 서로 다른 결정 구조를 가지는 다성분 의 Hosono 그룹에서도 ZnO를 이용하여 플렉시블 계 물질들을 혼합하는 것이며, 앞서 언급한 In2O3 투명 트랜지스터를 제작하여 발표하였다 (그림 5 와 ZnO 및 SnO2 물질은 위 조건에 만족한다. 예를 November

20 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) 들어, In2O3와 ZnO는 각각 서로 다른 Bixbyite 와 를 가지는 반도체 특성을 나타낸다 [18]. 이러한 비저 Wurtzite 구조를 가지며, InO6와 ZnO4로 서로 다 항 특성 이외에도 비정질 IZO 물질은 600 C까지 매 른 수의 산소와 결합한다 [4]. 이러한 결과로 In2O3 우 우수한 열적 안정성을 보유한다 [19]. 이러한 비정 와 ZnO의 혼합은 비정질상을 가지는 IZO (In-Zn- 질 IZO의 우수한 특성으로 인해 디스플레이 응용 Oxide) 물질을 만들고 최소 500 열처리 온도에서 을 위한 반도체 채널과 투명 전극 물질로 IZO는 널 는 비정질상을 유지한다. 이러한 비정질 산화물 반 리 연구되고 있다. 하지만, IZO는 20 cm2/vs이 넘 도체의 전자 운송 특성은 ZnO 등의 이성분계 결정 는 우수한 전자 이동도 등의 뛰어난 특성에도 불구 질 산화물 반도체와 매우 유사한 것으로 알려져 있 하고, 전형적으로 고농도 캐리어 (>1017 cm-3) 때문 다 [4,12]. 대부분의 삼성분계 이상의 투명 산화물 반 에 캐리어 농도를 조절해야만 하는 큰 문제가 있다. 도체는 이온 결합 특성을 가지고 있다. 이온성 비정 고농도 캐리어로 인한 TFT 소자의 높은 off 전류는 질 산화물 반도체는 적절한 캐리어 농도 조건에서 소자 응용을 위해서 반드시 해결되어야 할 과제이 는 기존 공유결합성 반도체에서 나타나는 호핑 메 다 [11,20]. 커니즘이 아닌 밴드 전도 메커니즘으로 캐리어가 이동한다. 이러한 높은 캐리어 농도를 낮추기 위해 비정질 IZO 박막 내 Hf, Zr, Mg, Si과 Ga 등의 불순물을 첨 결과적으로 IZO 물질은 평판 디스플레이용 투명 가한 사성분계 산화물 반도체에 대한 연구가 활발 전극 뿐만 아니라 TFT의 채널층으로도 충분히 사 히 진행 중에 있다 [21-26]. 이에 발맞추어 최근에는 용될 수 있다고 여러 문헌들에서 보고되고 있다 [13- Al 함량에 따른 IZO TFT의 전기적 특성 변화가 보 16]. 특히 증착 조건과 IZO 내 In과 Zn의 조성변화 고되었고, 대표적 전기적 특성을 그림 6에 나타내었 에 따라 약 10-4부터 약 108 Ω cm에 이르는 폭넓 다 [27]. 은 비저항을 나타낸다. 따라서 IZO의 비저항을 조 절하면서 사용 용도에 적합한 물질 형성 (ex. 전 3.2 ITO 특성 극 물질 또는 채널 물질 등)이 가능한 장점이 있다. 실제로 10 wt.% ZnO를 가지는 IZO 물질 (In2O3 : 이성분계 산화물 반도체인 In2O3와 약 6~10 wt.% ZnO = 9 : 1)은 대부분의 경우에 전극 물질로 활용 의 SnO2를 혼합한 ITO는 대표적인 투명 전극 물질 이 가능하다 이다. ITO는 높은 전기전도도를 나타낼 뿐만 아니. [13,17] 반면에 In과 Zn과 약 6 : 4의 비율을 가지는 IZO 라 가시광선 투과도 역시 90%에 근접할 정도로 높 물질은 비저항이 약 10부터 약 108 Ω cm의 범위 다. 그러나, In 원소의 경우 지각에 존재하는 철의 1 ppm 정도로 매우 희소하게 존재하는 재료로 원료 수급 불안정에 따른 가격변동이 크기 때문에 이를 대체할 수 있는 물질에 대한 연구가 필요하다. 그 중에서 co-doping에 의해 획기적으로 In의 사용량을 줄일 수 있는 방법이 제안되었다. In2O3의 In3+ 자리에 Sn4+을 첨가할 경우, 여분의 전자로 인 해 자유전자가 생성되어 In2O3의 전기전도도는 증 가하게 되지만 Sn의 첨가량이 증가할 경우 생성되 는 전자를 보상하는 양이온 공공이 생성될 수 있으 며, 이로 인하여 Sn의 고용 한계는 제한되고 전기적 그림 6. Al 함량에 따른 IZO TFT의 전기적 특성 변화 66 ceramic korea 물성도 저하될 수 있다.

21 Co-doping 공정의 경우, 격자에너지를 낮추고 일함수를 조절할 수 있는 효과가 있어서 재료의 물 SnO2를 첨가한 ZTO 등의 여러 대체 가능한 물질들 의 연구가 진행 중에 있다. 성을 원하는 대로 조절할 수 있는 특징이 있다 [28]. 이러한 사실을 바탕으로 고용량에 영향을 주는 원 3.3 ZTO 특성 자가 및 이온반경을 고려하여 co-doping 공정을 IZO 이외에도 ZnO와 SnO2를 혼합하는 ZTO 물질 진행할 경우, In 절약형 n형 투명 전극을 개발할 수 도 주목을 받는 물질 중에 하나이다. IZO와 유사하 있을 것으로 예상되며, 앞서 언급한 IZO는 물론 게 ZnO와 SnO2는 서로 다른 구조 (ZnO: Wurtzite, 그림 7. HfOx/AlOx를 이용한 용액 공정법 ZTO TFT의 대표적 전기적 특성 그림 8. 측정 분위기에 따른 ZTO TFT의 전기적 특성 변화와 그에 따른 문턱 전압 변화 및 소자 구조 November

22 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) SnO2: Rutile)와 산소 수 (ZnO4 / SnO6) 때문에 쉽 었고, 도핑되지 않은 순수한 IGO 박막의 밴드갭 에 게 비정질상이 형성된다 [10]. 이러한 ZTO는 뛰어난 너지는 약 3.3~3.4 ev로 알려져 있다. 이러한 IGO 전기적 특성 뿐만 아니라 희귀금속인 In 의 부재로 물질의 응용은 주로 투명 전극 분야에 한정되어 있 인해 공정 단가를 낮출 수 있는 장점을 가지고 있으 으며 타 투명 전극에 비해 우수한 투명도 특성을 나 며, 고농도의 산 분위기에서도 안정적인 소자 특성 타낸다 [35-36]. IGO TFT는 기존 산화물 TFT와 마찬 을 나타내고 (내산 특성), 물리적 강도가 뛰어난 것 가지로 매우 높은 전자 이동도를 나타낸다. 600 으로 알려져 있다 [29]. 에서 열처리한 IGO TFT의 경우 약 27 cm2/vs의 ZTO를 이용한 TFT의 경우, 후속 열처리 온도에 이동도를 나타낸다 [37]. 따라 다양한 전기적 특성을 나타낸다. 연구에 따르 면 ZnO와 SnO2의 몰비가 1:1 또는 2:1인 타겟으로 제작한 TFT의 전기적 특성은 서로 유사하다. 이는 4. 사성분계 산화물 반도체의 물성 ZTO의 전기적 특성이 Zn와 Sn의 조성비에 따라 크게 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 4.1 ZITO 특성 ZTO의 특성은 실제 제품 양산 공정에 유리한 장점 으로 적용될 수 있다. 스퍼터링으로 증착한 ZTO 박 막의 표면은 매우 매끄럽고, 비정질 또는 약 5 nm 이하의 나노 결정 구조를 가진다 [30]. 또한 투명 전 극의 적용과 ZTO 표면의 효과적인 passivation을 위한 공정 연구가 진행되었다. 최근에는 게이트 절 연막을 고유전율을 가지는 HfO2와 Al2O3를 사용하 여 용액 공정법으로 제작한 ZTO TFT의 특성이 보 고되었다 [31]. 그림 7에 대표적인 전기적 특성을 나 타내었다. 이와 더불어 ZTO TFT의 전기적 특성 분 위기에 따른 소자 특성 변화가 보고되었고 대표적 특성을 그림 8에 나타내었다 [32]. 그림 9. DC sputtering 으로 제작된 ZITO 박막의 기판 온도에 따른 광학적 투과도 3.4 IGO 특성 IGO는 넓은 밴드갭을 갖는 n형 반도체 물질로 화 확양론적으로 In2xGa2-2xO3 (0<x<1)로 표현된다. IGO 박막을 다양한 분석 장비를 이용하여 분석하 였을 때, x < 0.43인 경우에는 β-ga2o3 격자 내로 In 치환이 일어나고, x > 0.95인 경우에는 In2O3 격 자 내로 Ga 치환이 일어난다 [33-34]. 또한 x가 이 사이의 경우에는 (0.43 < x < 0.95) β-ga2o3 상과 cubic In2O3 구조를 갖는 Ga2O3In2O3 상으로 상분리가 일어난다. IGO 박막은 비정 질 또는 β-ga2o3 결정 구조를 갖는 것으로 보고되 68 ceramic korea 그림 10. (a) cosputtering system 의 target과 substrate 구조도, (b) bottom gate 와 contact 구조를 가진 ZITO TFT 의 단면

23 수를 가지는 In2O3, ZnO, SnO2 (In2O3: Bixbyite, ZnO: Wurtzite, SnO2:Wurtzite) 의 혼합으로, 비교 적 비정질 구조의 형성이 용이하며, 가시광선 영역 에서 80%를 상회하는 투과도를 가지는 물질이다. (그림 9) [38] 이러한 ZITO 사성분계 산화물 반도체는 그림 10(a)와 같이 ITO, ZnO, SnO2 각각의 물질의 타깃 을 이용한 co-sputtering system 으로 제작된다. 그림 10(b)는 이렇게 제작된 바텀 게이트 구조의 ZITO 채널 디바이스의 단면도 이다 [39]. 그림 11. (a) In,Zn,Sn 양이온 조성 삼각형(A-J), (b) Channel 물질의 조성에 따른 transfer curve(in:a-e) ZITO 사성분계 산화물 반도체를 이용한 박막 트 랜지스터 에서, In2O3의 비율은 Field effect mobility를 결정하는 중요한 component로서, In의 비율 이 증가 할수록, 이동도가 향상되는데, 이러한 높 은 In의 비율은, 문턱전압의 불안정성을 야기 시키 기도 한다. 그림 11에서 In, Zn, Sn 세가지 양이온의 조성과, 조성에 따른 transfer curve 를 보면, 포인 트 A(In rich)에서 포인트 E 로 조성이 변화 할수록, 문턱전압은 -23V에서 0V로 점차 양호한 값으로 이 동하는 것을 확인 할 수 있다. 또한, In의 함량에 따 그림 12 (a) Channel 물질의 조성에 따른 transfer curve(sn:f-j), (b) ZITO 의 Sn 의 함량에 따른 mobility, Vth, SS 값의 변화 라 이동도는 최대 33.6 cm2/vs에서 15.4cm2/Vs 로 변화 하는데, 이는 In 원자가 net carrier generator 로서 뿐만 아니라, 이동도 enhancer 로도 쓰이는 것을 의미한다 [40]. ZITO 산화물 반도체에서 Sn의 함량의 변화에 따 라(그림 11(a): F-J), 이동도의 변화는 크게 발생 하 지 않았으나, 문턱전압이 다소 양의 방향으로 이동 하는 경향이 나타나고, SS 값이 크게 향상 되는 것 을 확인 할 수 있다(그림 12). SS 값의 경우 채널 벌크 또는 채널과 절연체 사 이의 전체 트랩 밀도에 의해 좌우 되는데, Sn에 따 그림 13 (a) 최적화된 Zn:In:Sn 비율(40:20:40)로 제작한 ZITO 박막 트랜지스터의 transfer curve, (b) output 특성 른 SS 값의 감소되는 현상을 통해, Sn 양이온이 ZnInSnO 산화물 반도체의 gap state를 감소시키는 최근 IGZO가 양산에 적용이 되면서, 사성분계 산 역할을 하는 것을 알 수 있다. 그러나, Sn의 함량이 화물 반도체에 대한 관심도 함께 증폭되고 있는 과도하게 많은 경우(>48%), 문턱 전압은 다시 음의 데, ZITO (Zn-In-Sn-O) 가 그 대표적인 예이다. 방향으로 이동하고, SS 값 또한 0.12 V/decade에서 ZnInSnO 의 경우, IZO, ZTO 와 같은 삼성분계 산 0.24 V/decade 로 증가 하는데, 이는 Sn의 과도한 화물 반도체와 마찬가지로, 각각 다른 구조와 산소 첨가에 따른 산소의 결핍과 이로 인한 net carrier November

24 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) density 의 증가에 기인한 것으로 보고 있다. 다른 결과가 나타는 것과 같은 맥락으로, In/(In+Zn 다양한 연구를 통해 최적화된 Zn, In, Sn 의 비 +Ga)값이 감소하기 시작하면 CBM (Conduction 율로 제작한 ZITO 트랜지스터는(그림13), 이동도 Band Minimum) 근처에서더 높은 구조적 무질서 24.6 cm2/vs, Vth -0.4V, Ion/off ratio >109, SS 0.12 V/ 도가 나타나고, 이것은 trap state의 증가를 가져오 decade 로 매우 우수한 성능을 가지기 때문에, 새 로운 투명 산화물 반도체 소재로서 주목을 받고 있 고, 양이온 조성변화에 따른 bias 와 온도에 따른 신 뢰성에 대한 추가적인 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 4.2 IGZO 특성 비정질 산화물 반도체의 대표 격인 비정질 InGa ZnO에서, In2O3는 이동도를 향상시키는 역할을 하 고, ZnO 는 network 를 형성하며, Ga2O3 는 네트 워크를 안정화 시키고, 전하를 억제시키는 역할을 각각 하기 때문에, 최초 발표된 2004년 부터 현재까 지 가장 우수한 신뢰성을 갖는 산화물 반도체 재료 로 손꼽히고 있다 [20]. 당시, Hosono 교수 그룹에서 는 산화물에서 금속의 최외각 전자중 방향에 따른 비등방성이 가장 작은 s-오비탈 파동함수의 중첩이 전자의 밴드전하 수송에 기여하는 것으로 보고, 이 그림 14 (a) 플라스틱 기판 위에 a-igzo 채널로 제작된 박막 트랜지스터, (b) R=30mm로 구부린 flexible 트랜지스터 (c) 플라스틱 기판위에 제작된 TFT array, (d) 구부러진 a-igzo 박막 트랜지스터의 output 특성 것을 박막임에도 고이동도(>10cm2/Vs) 를 가질 수 있는 원인으로 보았다 [1,11]. (그림 14) 산소와의 결합이 비교적 강한 Gallium 을 IZO 에 첨가 하였을 경우, IGZO 내에 Ga의 양이 증가함에 따라, back ground 캐리어 농도가 감소하여, Von 의 양의방향으로의 이동을 촉진 시킨다(그림 15). 따라서 Ga의 첨가는 In의 비율이 높은 IZO에서는 on/off 가 분명하게 구분되는 TFT의 제작을 가능 하게 하지만, In의 비율이 상대적으로 낮은 IZO의 경우에는, Von과 Δ Von 값을 높이고, 이동도를 급 격하게 저하시키기 때문에 적용이 바람직하지 않다 는 것을 알 수 있다. IGZO 의 조성에 따른 stability 의 경우, 그림 16에서 볼 수 있듯이, Δ VT 값이 크게 나타난 2:2:2, 2:2:1 비율의 IGZO 가 가장 불안정한 소자임을 확인 할 수 있다 [45]. 이는 앞서 Ga을 첨가 하였을때 In의 비율에 따라 70 ceramic korea 그림 15 (a) 150 C에서 annealing된 산화물 반도체의 조성에 따른 transfer 특성, (b) IndiumGallium-Zinc 산화물 계에서 각각의 조성에 따른 전계 이동도 및 (c) Von의 분포

25 경에 노출될 때 문턱전압의 이동하는 이슈가 있었 기 때문에 이를 개선하기 위한 조성 탐색이 진행되 었다. 가장 대표적인 개념은 Ga과 비슷한 전기음성 도를 갖는 Zr [22] 및 Hf [22] 등을 대신하여 도핑하여 전기적 안정성을 개선하는 방법이다. 동일한 정전류 스트레스를 인가했을때 기존 InGaZnO 소자에 비 해 Zr-doped InZnO 소자가 우수한 문턱전압 안정 성을 보임을 확인할수 있다 (그림 17). 그러나 전하 억제제가 과량 첨가되면 전자농도가 감소하기 때문 그림 C에서 annealing 된 IGZO 소자에 5시간 동안 gate-bias stress를 가하였을때 문턱전압의 변화량 (VG=20V). 에 전계이동도가 감소하는 단점이 있기 때문에 최 적 조성의 실험적 결정이 중요하다. 고, 결국에는 소자의 stability를 저해하는 요인으 로 작용한다. 따라서 최적 Ga, In의 비율 조정은 소 자의 성능과 신뢰성의 확립 관점에서 결정되어야 한 6. 결 론 다. 그러나 이러한 안정성의 저하에도 불구하고, 조 성과 관계없이, stress를 가한 후 일정 시간이 지나 본 기고에서는 금속산화물 반도체를 이성분계, 삼 면, 특별한 열처리를 하지 않아도 초기의 상태로 회 성분계 및 사성분계로 구분하여 장단점을 살펴보았 복이 되는데, 이는 charge trapping mechanism 다. ZnO와 같은 이성분계 물질의 경우 박막의 결정 으로 설명이 가능한 것으로 보여진다 [41-44]. 화로 인해 결정입계 존재로 소자 특성의 불균일성 문제가 문제점으로 지적되었다. 이러한 결정화는 삼 4.2 X-IZO (X = Zr, Hf) 특성 성분계 시스템에서는 부분 해소될 수 있다. 대표적 인 삼성분계 물질은 ZnSnO 및 InZnO를 예로 들 비정질 InGaZnO 물질에서 Ga은 +3가를 띠면서 이 수 있다. ZnSnO 반도성 세라믹스의 경우 고가의 희 온반경이 작기 때문에 산소 음이온과 강한 결합을 유금속인 In, Ga을 배제할 수 있기 때문에 재료비 하고 있다. 따라서 Ga은 산소공공결함 생성을 억제 관점에서 매우 바람직하다. 반면 Sn이 함유된 채널 하는 전하 억제제 (carrier suppressor) 역할을 한 은 습식식각에 의한 패터닝시에 식각속도가 작고, 다. 기존 InGaZnO 반도체는 bias stress 및 외부 환 잔막이 제거되지 않는 공정 이슈가 있다. InZnO 반 도체는 기존에는 투명전도막 적용으로 활발히 연구 되었다가 최근에는 30 cm2/vs이상의 고이동도 반 도체 물질로의 가능성이 제시되고 있다. In의 비율 이 높을수록 산소공공 결함농도 증가로 인하여 광 바이어스 신뢰성이 저하되는 문제점은 향후 해결해 야할 과제이다. 마지막으로 사성분계 물질에서는 현 재 LG 디스플레이가 AMOLED TV 제품에 채용중 인 InGaZnO 물질이 대표적이다. InGaZnO의 경우 조성최적화 뿐만 아니라 소자 구조 및 공정의 최적 화가 가장 심도 깊게 연구되었다고 볼 수 있다. 특 그림 17. 정전류 드레인 스트레스 인가에 따른 문턱전압 이동량의 비교 히 최근에서 C-axis aligned InGaZnO 물질은 매 November

26 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) 우 우수한 누설전류 및 광바이어스 신뢰성을 갖는 8. T. Makino, Y. Segawa, M. Kawasaki, A. 것으로 발표되었고, 일본의 Sharp사에서 고해상도 Ohtomo, R. Siroki, K. Tamura, T. Yasuda, and IT 모바일 제품에 양산을 진행하고 있다. 그러나 최 H. Koinuma, Appl. Phys. Lett. 78, 1237 (2001). 적화된 InGaZnO 물질의 전계 이동도는 양산기준 9. S. Choopun, R. D. Vispute, W. Yang, R. P. 10~20 cm /Vs 수준에 머물고 있기 때문에 향후 초 Sharma, T. Venkatesan, and H. Shen, Appl. 고행상도 및 high frame rate의 고부가 제품에 적용 Phys. Lett. 80, 1529 (2002). 2 가능할지는 미지수이다. 이러한 관점에서 ZnInSnO 와 같은 새로운 사성분계 물질에 대한 연구가 관 10. K. Ellmer, J. Phys. D: Appl. Phys. 34, 3097 (2001). 심을 모으고 있다. 궁극적으로 금속산화물 반도체 11. K. Nomura, H. Ohta, K. Ueda, T. Kamiya, M. 는 현재 모바일 AMOLED에 적용중인 폴리실리콘 Hirano, and H. Hosono, Science 300, 1269 TFT에 대응가능한 수준이 되어야 모바일 제품에서 (2003). TV까지를 포함하는 차세대 디스플레이 백플레이에 12. J. F. Wager, SID 07 Digest, 1824 (2007). 폭 넓게 적용될 수 있을 것이다 따라서 현재 PMOS 13. T. Minami, T. Kakumu, and S. Takata, J. Vac. 폴리실리콘 양산수준인 전계이동도 80 cm /Vs을 2 Sci. Technol. A14, 1706 (1996). 새로운 목표로 설정할 필요가 있을 것으로 판단되 14. B. Yaglioglu, H. Y. Yeom, R. Beresford, and D. 며, 이를 달성하기 위해서는 새로운 채널 조성 및 구 C. Paine, Appl. Phys. Lett. 89, (2006). 조에 대한 산학연 연구가 국가차원에서 기획되어야 15. J.-I. Song, J.-S. Park, H. Kim, Y.-W. Heo, J.- 할 것이다. H. Lee, J.-J. Kim, G. M. Kim, and B. D. Choi, Appl. Phys. Lett. 90, (2007). Reference 1. K. Nomura, H. Ohta, A. Takagi, T. Kamiya, M. Hirano, and H. Hosono, Nature 432, 488 (2004). 2. K. Nomura, A. Takagi, T. Kamiya, H. Ohta, M. Hirano, and H. Hosono, Jan. J. Appl. Phys. 45, 4303 (2006). 3. T. Minami, Semicond. Sci. Technol. 20, S35 (2005). 4. H. Hosono, Thin Solid Films 515, 6000 (2007). 5. R. B. M. Cross and M. M. DeSouza, Appl. Phys. Lett. 89, (2006). 6. A. Ohtomo, M. Kawasaki, T. Koida, K. 16. K. K. Banger, Y. Yamashita, K. Mori, R. L. Peterson, T. Leedham, J. Rickard, and H. Sirringhaus, Nat. Mater. 10, 45 (2011). 17. B. Yaglioglu, Y.-J. Huang, H.-Y. Yeom, and D. C. Paine, Thin Solid Films 496, 89 (2006). 18. N. Itagaki et al., Phys. Stat. Sol. A 205, 1915 (2008). 19. M. P. Taylor et al., Adv. Funct. Mater. 18, 3169 (2008). 20. H. Hosono, J. Non. Cryst. Solids 352, 851 (2006). 21. C.-J. Kim et al,, Appl. Phys. Lett. 95, (2009). Masubuchi, H. Koinuma, Y. Sakurai, Y. 22. J.-S. Park, K. S. Kim, Y.-G. Park, Y.-G. Mo, H. Yoshida, T. Yasuda, and Y. Segawa, Appl. D. Kim, and J. K. Jeong, Adv. Mater. 21, 329 Phys. Lett. 72, 2466 (1998). (2009). 7. A. K. Sharma, J. Narayan, J. F. Muth, C. W. Teng, C. Jin, A. Kvit, R. M. Kolbas, and O. W. Holland, Appl. Phys. Lett. 75, 3327 (1999). 72 ceramic korea 23. G. H. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 96, (2010). 24. D. N. Kim, D. L. Kim, G. H. Kim, S. J. Kim, Y. S.

27 Rim, W. H. Jeong, and H. J. Kim, Appl. Phys. Lett. 97, (2010). 25. Y. Choi, G. H. Kim, W. H. Jeong, J. H. Bae, H. J. Kim, J.-M. Hong, and J.-W. Yu, Appl. Phys. Lett. 97, (2010) 26. E. Chong, S. H. Kim, and S. Y. Lee, Appl. Phys. Lett. 97, (2010). 27. S. M. Park et al., Microelectronic Engineering 109, 189 (2013). 28. T. Yamamoto, Thin Solid Films, , 100 (2002). 29. T. Minami, S. Takata, H. Sato, and H. Sonhana, J. Vac. Sci. Technol. A14, 1706 (1996). 30. H. Q. Chiang, R. L. Hoffman, J. Y. Jeong, J. F. Wager, and D. A. Keszler, Appl. Phys. Lett. 40. M. K. Ryu, S. H. Yang, S. H. K. Park, C. S. Hwang and J. K. Jeong, Appl. Phys. Lett. 95, (2009). 41. J. F. Wager, D. A. Keszler, R. E. Presley, Transparent Electronics, Springer, New York (2008). 42. P. Gorrn, P. Holzer, T. Riedl, W. Kowalsky, J. Wang, T. Weimann, P. Hinze, S. Kipp, Appl. Phys. Lett. 90, (2007). 43. J. K. Jeong, H. W. Yang, J. H. Jeong, Y. G. Mo, H. D. Kim, Appl. Phys. Lett. 93, (2008). 44. R. B. M. Cross, M. M. De Souza, Appl. Phys. Lett. 89, (2006). 45. E. Fortunato, P. Barquinha, and R. Martins, Adv. Mater. 24, 2945 (2012). 86, (2005). 31. Y. G. Kim, C. Avis, and J. Jang, ECS Solid State Letters 1, Q23 (2012). 32. Y. -C. Chen et al., ECS Solid State Letters 2, Q72 (2013). 33. C. Vigreux, L. Binet, D. Gourier, and B. Piriou, J. Sol. State Chem. 157, 94 (2001). 정재경 2002 서울대학교 재료공학부 박사 2004~2009 삼성 SDI 중앙연구소 책임연구원 2009~현재 인하대학교 신소재공학과 교수 34. D. D. Edwards, P. Folkins, and T. Mason, J. Amer. Cer. Soc. 80, 253 (1997). 35. T. Minami, Y. Takeda, T. Kakumu, S. Takata, 김효진 and I. Fukuda, J. Vac. Sci. Technol. A15, ~2011 SK 하이닉스 연구원 (1997). 2012~현재 인하대학교 신소재공학과 석사과정 36. R. Cava, J. Philips, J. Kwo, G. A. Thomas, R. B. van Dover, and S. A. Carter, Appl. Phys. Lett. 64, 2071 (1994). 37. H. Q. Chiang et al., J. Vac. Sci. Technol. B 24, 2702 (2006). 38. D. J. Son et al., Bull. Korean Chem. Soc. 32, 2011 (2010). 39. M. K. Ryu, S. H. Yang, S. H. K. Park, C. S. 권장연 2002 서울대학교 재료공학부 박사 2003~2010 삼성종합기술원 수석연구임연구원 2011~현재 연세대학교 글로벌융합공학부 교수 Hwang and J. K. Jeong, Appl. Phys. Lett. 95, (2009). November

28 Special 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) 반도성 세라믹 공정장비기술 윤 명 구_ 성균관대학교 신소재공학과 박사과정 안 철 현_ 성균관대학교 첨단소재 기술연구소 박사 후 연구원 조 형 균_ 성균관대학교 신소재공학부 교수 1. 박막 형성 기술의 대분류: PVD와 CVD 2. 스퍼터링 방법 박막을 기판 위에 형성하는 기술은 크게 물리적 기 스퍼터링 방법은 PVD 기술에 속하는 박막 형성법 상 성장(Physical Vapor Deposition, PVD) 기술 으로서 고속 입자를 타깃에 충돌시켜서 타깃 입자 과 화학적 기상 성장(Chemical Vapor Deposition, 를 떼어내어 박막을 형성하는데 이때 영어의 스퍼 CVD) 기술로 대별된다. PVD 기술에서는 목적하 터(sputter)라는 단어는 탁탁 튀기다, 침이나 음식 는 박막의 구성 원자로 이루어진 고체 타깃에 물리 물을 튀기다 라는 뜻으로 가속된 입자에 의해 타깃 적인 작용(증발 승화, 스퍼터링)을 가하여 기판 방 입자들이 튀어나가는 모습을 묘사한다. 향으로의 운동량을 가진 원자 분자 클러스터 상 태로 만들고, 이들이 기판 표면에 도달하여 물리적 2.1. 스퍼터링 방법의 기본 원리 [1-3] 흡착(반데르발스힘, 정전기력 등) 또는 화학적 흡착 (공유 이온 금속결합) 과정을 거쳐 박막을 형성한 그림 1에 스퍼터링 방법 중 가장 기본적인 2극 DC 다 [1, 2]. 글로우방전 스퍼터링 과정 중에 일어나는 현상들을 한편, CVD 기술에서는 목적하는 박막의 구성 원 나타내었다. 예를 들어, 10mtorr의 Ar 분위기에서 자를 포함하는 원료 가스(할로겐화물, 황화물, 수소 전극 간에 수 kv의 직류 전압을 인가하면 그에 의해 화물 등)를 기판이 놓여진 공간(챔버)에 공급하고 가속된 전자들이 Ar 기체입자와 충돌하여 Ar 원자 이에 열 빛 전자기파 등의 에너지를 가하여, 기체 를 이온화시킨다(충돌이온화). 이 과정에서 나온 전 상태에서 혹은 기판 표면에서 원료 가스분자의 화 자들 또한 다음 충돌이온화에 참여하고 결국 Ar 양 학적 반응(열분해 산화 환원 중합 또는 기상화합 이온과 전자의 수는 지수함수적으로 증가하게 되는 반응 등)이 일어나도록 만든다 데 이로써 글로우 방전이 발생하고 Ar 플라즈마가. [1, 2] 그리고 이를 통해 만들어지는 분해 중간 최종 형성된다. 생성물들이 기판 표면에서 물리화학적 흡착 추가 이 플라즈마 속의 Ar 양이온은 음극 근방의 음극 적인 화학적 반응 해리를 거치면서 박막을 형성한 전위 강하 (cathode fall potential) 및 인가한 전압 다 에 의해 가속되어 타깃 음극 표면에 충돌, 타깃 입. [1, 2] 74 ceramic korea

29 그림 1. 2극 DC 글로우방전 스퍼터링의 기본 단계 [3] 자들을 스퍼터 증발 (sputtering evaporation)시 킨다. 또한 타깃으로부터 2차 전자를 방출시켜 다 시 글로우 방전을 위한 씨앗으로 이용한다. 만일 입 그림 2. 스퍼터링 방법의 분류 [2] 사하는 Ar 양이온의 에너지가 수 100 ev 이하이면 혹은 RF, 전극의 개수에 따라 2극 혹은 3극, 자기장 스퍼터되는 입자들의 대부분은 타깃을 이루고 있 을 사용하면 마그네트론이라는 단어를 붙여 그 스 는 중성의 원자이고 이온화된 입자, 분자상 혹은 클 퍼터링 방법의 특징을 나타낸다. 이들에 대해서는 러스터상의 입자가 일부 섞여있다. 이렇게 스퍼터된 후에 자세히 설명하도록 하겠다. 입자들은 기판 방향의 운동량을 가지고 기판으로 한편, 고속 입자를 발생시키는 또 하나의 방법은, 이동하여 침착, 타깃 재료로 이루어진 박막을 형성 이온원에서 발생한 이온빔을 고진공의 스퍼터실 내 한다. 에 놓여진 타깃에 충돌시켜서 증착 입자를 발생시 키는 방법이 있는데 그에 따라 이온빔 스퍼터링이라 2.2. 스퍼터링 방법의 종류 [1-5] 고 부른다. 이온빔 스퍼터링에서 이온원으로서 보통은 열 음 스퍼터링 방법에는 많은 종류가 있으며 크게는 고 극형의 카우프만 이온원을 사용하는데 이온원으로 속 입자를 발생시키는 방법, 인가 전원의 종류, 전 전자 사이클로트론 공명형 이온원을 사용하는 경 극의 구조 등에 따라 그림 2와 같이 분류한다. 고 우에는 특별히 ECR 스퍼터링이라고 부른다. 이온빔 속 입자를 발생시키는 방법에는 크게 두 가지가 있 스퍼터링 방법은 성막속도가 느린 결점이 있지만 고 는데, 하나는 글로우 방전(플라즈마)에 의해 발생된 순도의 박막을 제어성 좋게 증착시킬 수 있기 때문 양이온이 플라즈마와 플라즈마 내 물체 사이에 자 에 연구용으로 많이 이용하고 있다. 발적으로 존재하는 음극강하영역(sheath) 및 인가 앞서 설명한 스퍼터 증착 장치의 시초라고 할 수 된 바이어스에 의해 가속되는 글로우방전 스퍼터링 있는 2극 DC 스퍼터링 장치는 작업압력이 상당히 방법이다. 높아서(5~100mtorr), 후에 설명할 RF 스퍼터링 장 플라즈마를 이용하는 이 방법은 연구 산업현장 치나 마그네트론 스퍼터링 장치만큼의 빠른 성막속 에서 보편적으로 이용되고 있는 방법이기 때문에 도 및 고품질의 박막을 얻는 데에는 근본적인 한계 보통은 글로우방전이란 말은 생략하고 그냥 스퍼터 가 있다. 따라서 작업압력을 낮추면서 동시에 전자 링 방법이라고 부르고 인가전원의 종류에 따라 DC 에 의한 충돌 이온화율을 높이려는 노력이 경주되 November

30 생태계 창조형 첨단 반도성 세라믹 소재 기술 개발(2) 어 왔는데 그 하나가 바로 보조 열 음극을 추가로 용되어 오던 전자빔 증착 장치에 비해 전극의 스텝 설치해서 이온화에 기여하는 전자를 추가적으로 발 커버리지가 우수할 뿐만 아니라 스퍼터 방전으로 생시키는 3극 스퍼터링 장치이다. 이에 더하여 자기 인한 반도체 디바이스의 손상도 실용상 문제가 없 장을 인가하여 열 음극에서 나온 전자들이 양극 및 다. 게다가 SiO2, Si3N4 등 반도체 디바이스에서 폭넓 보조양극에 도달하기까지 이동하는 유효 경로를 길 게 사용되는 절연층의 증착도 균질하고 손쉽게 할 게 만들어 기체분자와의 충돌기회를 늘려 이온화 수 있어 반도체 IC, TFT-LCD 백플레인, OLED 백 율을 높여 작업압력을 0.1~1mtorr까지 낮추기도 플레인 공정 등 최첨단 전자 디바이스 제작에 폭넓 한다. 게 이용되고 있다. 한편, DC 스퍼터링 장치에서 절연체 타깃을 사용 할 경우에는 타깃 표면으로부터의 2차전자 방출로 2.3 스퍼터링 장치의 발전 방향 및 기술 개발 동향 인해 양전하가 계속 쌓이게 되는데 이로 인해 플라 즈마와 타깃 표면 간의 전위차가 점차 줄어들게 되 모든 장치 산업이 그러하듯 스퍼터링 장치 산업 또 어 글로우 방전을 지속할 수 없게 된다. 따라서 타 한 산업계의 요구에 발맞추어 발전되어 왔다. 따라 깃은 금속이나 반도체로 국한된다. 이를 해결하기 서 앞서 설명한 스퍼터링 방법 중 RF 스퍼터링과 마 위하여 나온 장치가 바로 RF 스퍼터링 장치이다. 이 그네트론 스퍼터링 방법의 발명은 스퍼터 역사에서 장치는 직류 전원을 고주파(radio-frequency, RF, 어쩌면 당연한 흐름이었는지도 모른다 MHz)의 교류 전원으로 대체하여 절연체 타 이러한 산업계의 요구들을 구체적으로 살펴보면 깃 표면에 이온과 전자가 교대로 충돌하게 함으로 1)대량 생산, 2)비용 절감, 3)기판의 대면적화, 4)박 써 절연체 타깃 표면의 양전위로의 대전을 방지하 막의 고품질화 등이 있다. 이를 달성하기 위해서는 여 타깃 표면을 지속적으로 스퍼터할 수 있다. 개별적인 스퍼터링 장치의 발전뿐만 아니라 이들의 또한 고주파 방전에서는 방전 공간의 전자가 고주 시스템화가 중요하다고 할 수 있다. 따라서 여러 층 파 전기장에 의해 전극 간을 빠르게 왕복 진동하여 의 박막을 증착 시 진공을 깨뜨리지 않고 연속적으 전자의 충돌이온화가 직류방전에 비해 효과적으로 로 박막을 증착할 수 있도록 하는 연속 공정 시스템 일어나 1mtorr대의 낮은 작업압력 하에서도 성막 은 대량 생산 및 비용 절감 측면에서 반드시 도입해 이 가능하다. 이렇듯 고주파 글로우 방전을 이용하 야 하는 시스템이다. 는 스퍼터링 장치는 금속부터 절연체에 이르는 임 연속 공정을 위한 스퍼터링 시스템은 그림 3과 같 의의 재료를 고품질로 보다 빠르게 박막화할 수 있 이 롤투롤(roll-to-roll) 방식, 일괄처리(batch) 방 다는 장점을 바탕으로 1970년대부터 DC 스퍼터링 식, 직렬(in-line) 방식, 클러스터(cluster) 방식 등이 장치를 제치고 지금까지 스퍼터링 장치의 주류가 있는데 롤투롤 방식은 하나의 기다랗고 유연한 필 될 수 있었다. 름 형태의 기판을 롤러(roller)로 이동시키면서, 일 마지막으로 마그네트론 스퍼터링 장치는 타깃 표 괄처리 방식은 드럼에 기판을 여러 장 장착하고 드 면에서 Ar 양이온의 충돌로 발생한 2차 전자를 자 럼을 움직이면서 박막 증착을 연속적으로 진행한 기장을 이용하여 방전 공간 안에 가둬둠으로써 매 다. 그리고 직렬 방식의 경우는 여러 장의 작은 기 우 효과적으로 플라즈마를 형성할 수 있어 1mtorr 판 혹은 상당한 크기의 평판 유리 기판을 트레이 이하의 매우 낮은 작업압력 하에서도 성막이 가능 (tray)에 장착하여 직렬로 연결된 여러 개의 진공 챔 해 고품질의 박막을 재현성 있게 빠른 속도로 얻을 버 사이를 이동시키면서 넣고 닫고 증착, 열고 빼는 수 있는 장점이 있다. (load/lock/deposition/unlock/unload) 과정을 또한 이 종류의 스퍼터링 장치는 기존에 널리 사 76 ceramic korea 반복하여 박막을 연속적으로 증착하는 방식이다.