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현진 태
8 years ago
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1 중점과학기술 동향 1. 기술의 정의 (개요) 나노기술 (NT; Nano Technology) - 원자, 분자 수준에서 물질을 규명 제어하는 기술로서 일반적으로 적어도 한 차원 에서 그 크기가 1 ~ 100 nm인 물질을 개발하고 이것을 재료, 기기, 시스템에 적용 하여 그 특성을 향상시키고자 하는 모든 기술을 포함함. - 나노 기술의 적용 분야는 물리, 화학, 전자, 의료, 바이오, 에너지 등 매우 다양함 나노센서 기술 - 감지대상으로부터 자극에 응답해서 필요한 정보를 전기신호로 변화하는 소자 또 는 장치를 센서라 정의함 - 현재 개발도중이며 향후 10년 이내에 상품화되어 큰 시장을 형성할 것으로 예측 되는 센서를 차세대 센서라 정의함 - 차세대 센서는 MEMS 기술을 바탕으로 한 저소비전력, 고집적 및 지능형 센서로 개발되고 있는 추세임 MEMS는 Micro Electro Mechanical System 의 약자고, 말 그대로 전자기계 소자를 육안으로는 보이지 않을 정도로 작은 수 mm에서 수 um의 크기로 제작하는 기술 High k - 지금까지 실리콘 기반의 트랜지스터에서 고집적화는 게이트 절연막인 실리콘 산 화막 (SiO 2 ) 또는 실리콘 질화막 (Si 3 N 4 )의 두께를 줄이는 방법을 통해 이루어져 왔음 년대에 진입하면서 게이트 절연막의 두께가 급격히 감소함에 따라 터널링의 의한 누설전류 증가가 큰 문제로 대두되었으며 유전율이 낮은 SiO 2 로 충분한 전 하를 얻을 수 없게 되었음. - 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 유전율을 뛰어넘는 고유전율 (High k) 산화막 으로 게이트 절연막을 대체하고자 활발한 연구 개발 진행 - 최근 실리콘 산화막을 HfO 2 로 대체하여 트랜지스터의 성능을 향상시키는 기술이 상용화됨 2. 기술의 범위

바탕으로 한 저소비전력, 고집적 및 지능형 센서로 개발되고 있는 추세임 MEMS는 Micro Electro Mechanical System 의 약자고, 말 그대로 전자기계 소자를 육안으로는 보이지 않을 정도로 작은 수 mm에서 수 um의 크기로 제작하는 기술 High k - 지금까지 실리콘 기반의 트랜지스터에서 고집적화는 게이트 절연막인 실리콘 산 화막

2 대표적인 IT-NT 융합기술인 나노소자 기술은 나노공정 기술, 나노소재 기술, 나노 측정 기술을 포함함 1) MEMS 기반의 나노센서 기술 - 인간이나 생물의 감각기관을 대체하고 그 기능 확대를 목적으로 하는 정보소자 - MEMS 기술로 만들어진 기계는 뇌와 신경에 해당하는 논리회로, 시각 또는 청각 등을 담당할 각종 센서, 팔과 다리 역학을 할 기계 장치, 그리고 이들을 유기적으 로 움직이게 할 수 있는 구동기(actuator)까지 완벽하게 갖추어야 하며, 느끼고 생 각하면서 운동할 수 있는 하나의 통합 시스템임 - 대상에 관한 정보를 취득하는 시스템의 최초 요소로서 시스템의 최선단에 위치한 첨단 기술 - 현재의 시장규모가 지속적으로 성장할 것으로 예측될 뿐만 아니라 기술적으로 중 요한 센서 - 센서는 다종다양 할 뿐만 아니라 그 응용분야도 매우 광범위하기 때문에 센서의 기본원리에 따라 물리센서, 화학센서, 바이오 센서로 분류할 수 있음 - 물리센서는 측정대상물로부터 물리량을 검출하고, 검출된 물리량을 전기적인 신호 로 변환해 주는 센서로 압력센서, 가속도 센서, 유량 센서, 자기 센서, 온도 센서, 광섬유 변위 센서, 이미지 센서 등이 있음. - 화학센서는 외계의 화학물질 또는 화학량을 선택적으로 감지하여 전기신호로 변 환하는 센서로 자동차용 산소센서, 이산화탄소 센서, 일산화탄소 센서, 질소산화 물 센서, 수소 센서, VOC 센서 등이 있음 - 바이오센서는 분자인식기능을 가진 생체재료와 인식한 결과를 전기적 신호로 변 환하는 각종 물리적 트랜스듀서를 결합하여 DNA, 단백질, 혈당 등 특정한 바이 오물질을 선택적으로 검출하는 센서로 전기화학식 바이오 센서, 광학식 바이오센 서, 의료용 바이오센서, 환경용 바이오센서, 산업용 바이오센서 등이 있음 2) High k - High k 절연막에 요구되는 특성은 열적 안정성, 결정상태, 비유전율, 전자구조, 박 막상의 결함임. - 반도체 산업에서의 집적화 향상과 성능의 향상은 소자의 scale down을 통해 이루 어져 왔으나 MOS 소자의 경우 크기가 작아지면 문턱전압 감소, sub-threshold switching 상승, Punch through 발생 등 MOS 소자의 특성을 저하시키는 문제가 발생

센서는 다종다양 할 뿐만 아니라 그 응용분야도 매우 광범위하기 때문에 센서의 기본원리에 따라 물리센서, 화학센서, 바이오 센서로 분류할 수 있음 - 물리센서는 측정대상물로부터 물리량을 검출하고, 검출된 물리량을 전기적인 신호 로 변환해 주는 센서로 압력센서, 가속도 센서, 유량 센서, 자기 센서, 온도 센서, 광섬유 변위 센서, 이미지 센서 등이 있음.

3 - 수십 nm로 짧은 게이트 length를 가지는 트랜지스터 특성을 개선시키려는 많은 노력중에서도 게이트 절연막을 두께를 얇게 하는 것이 가장 효과적임. - 게이트 절연막을 두께를 얇게 할수록 트랜지스터의 드레인 전류를 증가시켜 소자 의 동작 속도가 빨라지고, short channel effect를 효과적으로 제어할 수 있음 3. 세부기술 세부기술명 MEMS 기반의 나노센서 세부기술의 정의 및 범위 MEMS 기술로 만들어진 기계는 뇌와 신경에 해당하는 논리회로, 시각 또는 청각 등을 담당할 각종 센서, 팔과 다리 역학을 할 기계 장치, 그리고 이들 을 유기적으로 움직이게 할 수 있는 구동기(actuator)까지 완벽하게 갖추어 야 하며, 느끼고 생각하면서 운동할 수 있는 하나의 통합 시스템임 High k - 반도체 산업에서의 집적화 향상과 성능의 향상은 소자의 scale down을 통 해 이루어져 왔으나 MOS 소자의 경우 크기가 작아지면 문턱전압 감소, sub-threshold switching 상승, Punch through 발생 등 MOS 소자의 특성 을 저하시키는 문제가 발생 - 고유전율 (High k)의 게이트 절연막의 대체 필요 기술트리

세부기술 세부기술명 MEMS 기반의 나노센서 세부기술의 정의 및 범위 MEMS 기술로 만들어진 기계는 뇌와 신경에 해당하는 논리회로, 시각 또는 청각 등을 담당할 각종 센서, 팔과 다리 역학을 할 기계 장치, 그리고 이들 을 유기적으로 움직이게 할 수 있는

4 4. 환경변화 및 향후 발전 전망 나노 기술은 전자, 통신 화학, 에너지, 생명공학 등의 다양한 분야들과의 접목을 통해 새로운 기술 또는 물질을 생성해 냄으로써 거대한 신 시장을 창출할 것을 예 측됨. 현재의 연구 및 상용화 동향을 볼 때 단기적으로는 초고집적 대용향 병렬통신, 정 보저장 시스템 등에 이용 가능한 초고속 고효율 전자, 광학, 자기소자 개발이 타 분야에 비해 빠르게 진행될 것으로 예상됨. 프랑스 시장조사 컨설턴트 회사인 Yole Development에 의한 세계 시장은 2005년 시점에서 459억불에 달한 것으로 발표함. MEMS 시장의 코어가 되는 MEMS 디바이스의 시장은 05년 53억불이고 2010년에 까지는 99억불에 달할 것으로 보고 있음. 복합 연간성장률(CAGR)로 13%로 증가롤 가전제품 등의 민생제품 등의 시장에서 의 신장에 의한 것이 큼. 특히 MEMS 디바이스의 대표적인 가속도 센서는 종래부터의 차재시장에 더해서 민생용도로서의 수요가 비상히 확대하고 있어 디바이스 회사에서도 증산체제의 확 립의 서두르고 있음. 또한 수정 제품을 담당하였던 발진기, 진동자라는 분야도 MEMS로 대체가능함. 재료수요를 견인하는 것은 기판, Packaging 재료, CMP의 수요확대임. 종래에는 MEMS 디바이스의 제조에는 중고장치 또는 6인치 라인 등을 전용하는 경우가 많았으나 근년에는 양산규모의 확대에 의하여 200mm 제조라인을 사용하 는 메이커도 있음. 앞으로 상승이 기대되는 시장으로서는 에너지 관련분야, 의료복지, 항공우주관련 등을 들 수 있음. 이 시장에서는 일본은 우위성을 확보하기 위해 일본이 기술력을

MEMS 시장의 코어가 되는 MEMS 디바이스의 시장은 05년 53억불이고 2010년에 까지는 99억불에 달할 것으로 보고 있음. 복합 연간성장률(CAGR)로 13%로 증가롤 가전제품 등의 민생제품 등의 시장에서 의 신장에 의한 것이 큼.

5 살려서 고부가치의 제품을 투입하는 것임. 미래 사회는 IT, BT, NT 등이 결합한 MEMS 기술로 이루어지는 정보통신기기, 센 서, 의료기기, 엔터테인먼트 기기, 개인용 휴대폰과 같은 초소형 장비의 시대가 될 것임. High k - 노트북, 핸드폰과 같은 모바일 제품이 필수품화된 현대 사회에서 저전력 소모 소 자의 필요성은 점점 더 중요해지고 있음. - 기존의 SiO 2 를 게이트 절연막으로 이용한 소자의 경우 이미 저전력 소자에서 그 한계를 보이고 있으며 고성능 소자에서도 누설전류에 의한 큰 발열량이 점점 더 문제가 되고 있음. - High k 게이트 절연막을 이용한 소자의 개발은 전 세계 모든 반도체 업체에서 연 구를 진행하고 있으며, SiO 2 를 대체한 HfO 2 보다 높은 유전율을 가지는 산화막을 균일한 두께로 대면적 증착이 가능한 기술을 확보하고자 치열한 경쟁이 이루어지 고 있음. 5. 기술의 전략적 중요성 나노기술은 원자, 분자 수준의 계측, 제어, 가공기술의 발전을 통해 재료 분야의 혁신을 가속화시키고, 소자 및 시스템 분야의 고기능성을 뒷받침하는 방향으로 발 전하여 모든 산업에서 기존 기술의 한계를 극복하는데 크게 기여할 것임. IT 관련 나노 기술의 개발은 새로운 전자소자의 제조 방법을 제공하기 때문에, 원 천기술과 신소재를 기반으로 신개념 소자기술 선점을 통한 IT 분야 경쟁력 강화에 중요한 의의를 지님. 회로의 고집적화, 소형화, 저소비전력 경향으로 대표되는 정보통신 분야 기술 발전 추세를 따라 집중 투자하는 것이 단기적으로 중요하다는 의미를 지님. MEMS 기술은 2010년대 기업 및 국가의 경쟁력에 큰 파급 효과를 미칠 것으로 예 상되며 다양한 상품을 통해 주력산업으로 부상할 가능성이 크기 때문에 향후 시장 규모는 급속히 커질 전망임.

- High k 게이트 절연막을 이용한 소자의 개발은 전 세계 모든 반도체 업체에서 연 구를 진행하고 있으며, SiO 2 를 대체한 HfO 2 보다 높은 유전율을 가지는 산화막을 균일한 두께로 대면적 증착이 가능한 기술을 확보하고자 치열한 경쟁이 이루어지 고 있음. 5.

6 MEMS 는 산업적 잠재력을 갖고 있을 뿐만 아니라 여러 분야의 기본 기술로서 발 전하면서 전자, 기계, 생물, 화학, 의료 등 다양한 분야에서 시너지 효과를 높일 것 으로 기대되고 있음. 메가 컨버전스 시장을 선점하는 국가와 기업이 미래 시장의 주도권을 선점할 것이 라는 기대감을 갖고, 이미 많은 선진국의 IT 기업들은 바이오 칩, 헬스케어 등의 분야에 적극적인 투자를 하고 있음. High k - 반도체 산업은 선발주자가 거의 대부분의 이익을 독식하는 시장이다. 따라서 High k 게이트 절연막 연구 및 양산화는 앞으로 반도체 산업에서 기선을 잡을 수 있는 중요한 계기가 될 것임. - 고유전율 박막의 연구는 system LSI 뿐 아니라 메모리 소자의 캐패시터에도 적용 이 가능함. - 반도체 산업은 반도체를 제조할 수 있는 반도체 장비 산업과 밀접한 연관이 있음. - 고유전율 박막을 증착하는 많은 ALD와 CVD 장비 회사가 매우 주목하고 있음. 6. 주요선진국의 산업 및 기술개발 동향 산업동향 - 나노의 세계 시장 규모는 크게는 나노소자, 나노 소재, 나노 시스템, 나노 공정 등 으로 나누어 세계 시장 규모가 2005년 300억불 정도로 추산되는데 이후, 2010년 에는 약 5000억불 정도로 예상되어 연평균 52%의 급속한 성장이 예상 - 모바일 초소형 MEMS 디스플레이는 2008년 초기시장이 형성될 것으로 예측되며, 휴대폰 내장 DMB TV 등에 활용되기 시작하여 휴대 및 착용형 컴퓨터 등 모바일 기기의 프로젝션 모니터 용도로 발전될 것이며, 2010년 20억분 수준의 세계시장 규모가 예측됨 - 기존의 마이크로 소자를 이용한 프로젝션 디스플레이로 DLP(Digital Light Processing), GEMS(Grating Electro Mechanical System), GLV(Grating Light Valve) 등 나노 구동 광변조 (Spartial Light Modulator) 응용 디스플레이 장치틑 프로젝터, TV 등 관련 산업시장이 형성되어 있으나, 광학계 크기 문제, 광원 효 율 문제, 소비전력상의 문제 등으로 인해 Mobile Embedded 프로젝션 디스플레

따라서 High k 게이트 절연막 연구 및 양산화는 앞으로 반도체 산업에서 기선을 잡을 수 있는 중요한 계기가 될 것임. - 고유전율 박막의 연구는 system LSI 뿐 아니라 메모리 소자의 캐패시터에도 적용 이 가능함. - 반도체 산업은 반도체를 제조할 수 있는 반도체 장비 산업과 밀접한 연관이 있음.

7 이 시장에 적용된 개발 제품은 아직 없는 상황임. - 마이크로 프로젝터의 시장 예측은 현재는 프로젝터 시장을 비추어 예측할 수 밖 에 없음. 프로젝터 시장은 꾸준히 성장하여 매년 약 205의 성장률이 예상됨. - 마이크로 프로젝터가 하나의 상품으로 성장하면 전체 프로젝터시장의 약 105를 초기년도 예상 수량으로 추측 할 수 있음. 그 경우 2007년 경우 Mini Projector의 예상 수는 60만대 규모이며 2010년에는 약 400만대까지 시장 성장을 예측할 수 있음 - 국내에서도 일부 기업들이 스마트폰에 장착 가능한 모바일 초소형 LPD 개발에 착수하였으며, 최근 DMB 서비스 개시 및 휴대/착용형 PC의 중요성이 인식됨에 따라 모바일 초소형 LPD 기술에 대한 기대가 급격히 높아지고 있는 상황임. - 국내의 경우 2011년 5억불 수준의 시장 규모가 예측됨. 기술개발 동향 1) 미국 년 4억 2천만 달러를 투입, 주요 연구 동향으로는 차세대 정보처리 기술 확보 를 나노 관련 재료, 공정 기술, 소자 구조 개발, 나노 전자를 효과적으로 모델링하 는 소프트웨어 개발, 나노 크기의 반도체 및 기타 전자 소재, 표면에 관련한 나노 기술 개발, 나노 크기에서 동작하는 전기회로 배열 제작 기술 및 자기조립기술을 이용한 와이어링, 나노 제작 기술, 나노 전자, 나노크기의 광전자 자지저장 기술을 산학연 공동으로 개발 2) 일본 - 히타치와 NEC의 경우 각각 연구의 25%, 50%를 나노 기술에 투입하고 있으며, NTT, 후지쯔, SONY, 후지필름등도 일정부분을 나노 기술에 투자 - 이들 회사들의 주요 기술 개발 분야는 초전도체, 나노-바이오 기술, 양자 연산 및 바이오 정보학, 단전자 트랜지스터, 나노 리소그래피, CNR-FET, 양자정보기술 - 나노기술 중 강점 분야로는 나노분석 및 조작을 위한 주사탐침현미경, 단전자소자 와 같은 나노전자공학, 탄소나노튜브 나노구조체 나노분말과 같은 나노소재, 연산 나노 과학 등을 곱을 수 있으며, 나노 구조화된 제품을 생산하는 일본기업들은 이 미 상당한 시장을 확보한 상태임 3) EU - 소재, 소자를 위한 원자 및 분자의 직접 제어 로 나노 기술을 정의하고, EU 내 에서의 나노 기술 연구는 국가별 프로그램, 유럽 협력 네트워크, 대기업 등 다양

높아지고 있는 상황임. - 국내의 경우 2011년 5억불 수준의 시장 규모가 예측됨.

8 한 방법으로 진행하면서 2000년 전체 유럽정부가 나노 기술에 투자한 규모는 1억 8,400만 달러, EU 단독으로는 2,900만 달러를 지원 - 독일은 네어지, 환경, 정보 및 건강 4대 분야에 연구개발 초점을 맞추고, 특히 나 노 기술을 이용한 instrumentation에 주력하고 있는데 나노 기술을 생물특성을 가 진 공정과 무생물 특성을 공정으로 구별하여 생물 특성을 가진 자기구성 조직체, 성장하는 기능 단위 등을 이해하여 그 지식을 행명과학 연구 또는 새로운 소재 개발에 적용 무생물 특성을 가진 공정은 작은 구조체 혹은 새로운 소재의 기초 요소를 계속해서 가공하여 나노미터 크기가 되도록 하는 것, 전자공학, 광전자 공 학, 센서 기술에 기여 할 수 있을 것으로 보고 개발하고 있음 - 프랑스의 CNRS (Cetre National de Recherche Scientifique)는 약 40개의 물리연 구소, 20개의 화학연구소에 나노 입자 및 나노 구조화 소재에 관한 연구 프로그 램 진행, 나노 기술의 집중분야로는 분자전자공학, 밴드갭이 큰 반도체 및 나노자 성, 촉매, 나노필터, 처방문제, 농화학, 인성이 큰 나노 콘크리트 등 High k - 일본의 NEC는 130nm급 design rule을 사용하는 embedded DRAM 소자에 CVD-TiN 전극에 ALD-HfO 2 를 유전체로 사용하여 캐패시턴스를 SiO 2 두께로 환 산한 등가 산화막 두께를 1.2 nm정도 낮출 수 있음을 보고함. - 미국의 Micron은 NEC와 마찬가지로 embedded DRAM 소자의 캐패시터로 전극 재료로는 CVD-TiN과 유전체재료로는 ALD-Al 2 O 3 를 사용함 - 독일의 infineon의 경우, 새로운 유전체재료나 전극재료를 적용하지 않고 기존의 실리콘 전극에 ALD-Al 2 O 3 를 사용하고도 110nm급에서 36fF/cell 이상의 높은 셀 캐패시턴스를 얻음. 이는 DRAM 소자를 트랜치 구조로 제작하기 때문. - 후지쯔는 High K 물질을 이용한 가장 게이트 길이가 작은 CMOS를 보고하였음. - 55nm의 트랜지스터를 보고하면서 ALD-HfO 2 를 사용하였으며 scale down이 50nm 미만까지 가능하다고 보고 있음. - TI는 HfO2에 Si와 N을 첨가하여 결정화 온도를 높이고 B-penetration을 방지하는 HfSiON을 보고하였음. - IBM은 strained Si channel을 이용한 트랜지스터에 HfO 2 게이트 절연막을 복합하 여 thermal oxide에 비해 전하의 이동도가 더 좋은 트랜지스터를 보고하였으나 CMOS를 제작하지 못하고 NMOS만의 특성을 보고하였고 현재 short chnnel 특성 은 보고되지 않고 있음. - Motorola는 일반적으로 보고되는 poly-si 게이트가 아니 TiN과 TaSiN등의 금속 게이트틀 보고하였다 이 두 물질들은 가각 HfO 2 와의 계면에서 만들어 지는 일함

CNRS (Cetre National de Recherche Scientifique)는 약 40개의 물리연 구소, 20개의 화학연구소에 나노 입자 및 나노 구조화 소재에 관한 연구 프로그 램 진행, 나노 기술의 집중분야로는 분자전자공학, 밴드갭이 큰 반도체 및 나노자 성, 촉매, 나노필터, 처방문제, 농화학, 인성이 큰 나노 콘크리트 등 High k -

9 수가 PMOS와 NMOS 트랜지스터에 적합한 것으로 보고 있음. - Ti와 IBM, Sematech, Infineon 등의 회사가 연대해서 연구를 진행 중인 IMEC에 서는 ZrAlO와 HfAlO와 같은 aluminate 물질을 발표하였음. ZrO 2 와 HfO 2 에 Al이 첨가됨에 따라 flat band shift를 최소로 조절할 수 있고 결정화 온도를 올릴 수 있으며 ZrAlO의 poly- Si gate 사용이 가능하다고 보고 있음. 세계 최고기술 보유국 기관 및 주요 연구 내용 세부기술명 국가명 기관명 기관분류 연구자명 주요 연구 활동 보유기술의 spec DMD 디바이스 시스템 미국 TI 산 MEMS 기반 DMD, DLP 시스템 개발, 프 Feature 로젝터 제조업테에 12um 픽셀 DLP 서브 시스템에 공급 size Mini Projector 일본 Canon 산 해상도 SVGA급 미니 사이즈 개발 모바일폰용 mini projector Siemens 산 Cyan monochrome type, UV LD와 Phosphor screen을 적용, 사용환경의 문 제점 Mini projector engine Microvisio n 산 HMD, HUD 상용화 GLV TV 일본 SONY 산 레이저 광을 광원으 로 사용 높은 재현 율, 3000:1의 높은 색대조비 Mini projector 일본 Epson 산 투과형 LCD pannel 과 소형 고휘도 LED 사용 Mini projector 일본 Mitsubishi 산 SVGA급 DMD Panel 과 Lumileds LED를 사용

세계 최고기술 보유국 기관 및 주요 연구 내용 세부기술명 국가명 기관명 기관분류 연구자명 주요 연구 활동 보유기술의 spec DMD 디바이스 시스템 미국 TI 산 MEMS 기반 DMD, DLP 시스템 개발, 프 Feature 로젝터 제조업테에 12um 픽셀 DLP 서브 시스템에 공급 size Mini Projector 일본 Canon 산 해상도

10 주요국의 해당기술 관련 정책 프로그램(연구비 포함) 1) 미국 - 미국은 2000년 수립된 국가나노기술전략(NNI: National Nanotechnology initiative) 에 의해 많은 투자가 나노기술 전반에 걸쳐 이루어지고 있음 - 나노전자 소자기술 분야에서는 정부가 부처간 공동으로 나노제조그룹을 운영하고 있으며, 과학재단(NSF), 기술표준원(NIST), 국방부(DOD)등에 의행 적극적인 연구 개발투자가 이루어지고 있음 - 미국은 NNI에 다라 부처별로 우수한 나노기술연구센터의 설립과 공동연구시설의 네트워크 구축을 지원하고 잇으며, 나노기술연구센터는 과학재단(NSF), 국방부, 항공우주국(NASA)이 각각 지원 및 운영을 하고 있음 - 미국 과학재단은 2001년 미국 대학 내에 6개의 나노과학기술센터를 설치하였음 2) 일본 - 일본은 그동안의 강점 분야인 나노소재, 나노전자 기술에서 연구개발 전략과 산업 화 전략을 수립하여 추진해 오고 있음 - 나노기술 개발정책의 추진은 문부과학성과 경제산업성이 주도하고 있음 - 문부과학성은 실용화, 산업화를 위한 첨단적, 혁신적 연구개발, 독립행정법인이나 대학의 독창적, 첨단 연구개발 지원, 특정기관과 분야를 넘는 종합적 지원 부문에 주력하고 있으며, 나노기술 및 재료를 중심으로 한 융합 신흥분야 연구개발 및 광 광양자 융합 과학기술분야를 지원하고 있음 - 경제산업성은 신에너지 산업기술종합개발기구와 산업기술총합연구소의 나노기술 연구개발을 지원하고 있음. - 현재 경제산업성의 나노기술 지원사업에서는 나노재료 공정기술, 나노계측 기반기 술 개발, 나노기술 실용화 재료개발, 나노바이오기술개발, 고도정보통신기기 디바 이스 기반 프로그램 등의 분야가 중점적으로 다루어지고 있음 3) 유럽 년 유럽연합은 나노기술개발전략을 발표하였으며, 2010년 까지 유럽지역에 세 계수준의 나노기술 인프라시설의 구축고 연구개발 계획을 담고 있음 - 유럽연합은 현재 CELLPROM, NAPA, NAIMO, NANOQUANTA 등의 나노 기술 관련 프로젝트를 추진하고 있음 - NAIMO는 자기조립물질 개발에 초점을 맞추고 있으며, NANOQUANTA에서는 나노 스케일 양자구조 시뮬레이션 연구가 주를 이루고 있음

6개의 나노과학기술센터를 설치하였음 2) 일본 - 일본은 그동안의 강점 분야인 나노소재, 나노전자 기술에서 연구개발 전략과 산업 화 전략을 수립하여 추진해 오고 있음 - 나노기술 개발정책의 추진은 문부과학성과 경제산업성이 주도하고 있음 - 문부과학성은 실용화, 산업화를 위한 첨단적, 혁신적 연구개발, 독립행정법인이나 대학의 독창적, 첨단 연구개발 지원,

11 국가명 정책 프로그램명 주요 내용 미국 국가나노기술전략 - 나노기초원리, 나노소재, 나노소자와 시스템, 나노메 트롤로지 및 표준화, 나노제품화에 중점을 두고 있음 - 나노기술의 개발보다는 나노과학 육성의 성격이 강하 다고 할 수 있으며, 기술개발 측면에서도 단기적 성과 를 기대하기 어려운 bottom-up 공정 관련 연구개발 에 더 중점을 두고 있음 차세대 정보통신 시스템용 나노 디바이스, 재료, 환경 일본 나노기술 및 재료분야 보전에저니 이용 고도화 재료, 의료용 극소시스템, 재 추진전략 료, 생물 매커니즘을 활용하여 제어하는 나노바이올로 지등이며 10년이내에 실용화, 산업화를 목표로 함 유럽 나노기술개발전략 - 정보기술, 나노기술, 다기능 재료, 새로운 생산공정 기술개발이 주를 이루고 있음 최고 기술보유국의 높은 기술수준 원인 세부기술 명 DMD 최고기술 보유국명 미국 전문인력 풍부 관련 기술전문 인력 풍부 연구자금 풍부 민간 지원으로 풍부 최고기술보유국의 높은 기술수준 원인 정보 인프 라 풍부 기술적인 노하우 제도 정책 지원 풍부 산 학 연 협력 활발 국제협력 활발 민간지원 민간지원 독자적인 활동 기타 중요 원인 종합의견 TI사에서는 1D 또는 2D 미러 스캐너를 개발 진행중 7. 후발경쟁국의 산업 및 기술개발 동향 산업동향 기술개발 동향 경쟁기술 보유국 기관 및 주요 연구 내용 경쟁기술보유국의 해당기술 관련 정책 프로그램(연구비 포함)

정보기술, 나노기술, 다기능 재료, 새로운 생산공정 기술개발이 주를 이루고 있음 최고 기술보유국의 높은 기술수준 원인 세부기술 명 DMD 최고기술 보유국명 미국 전문인력 풍부 관련 기술전문 인력 풍부 연구자금 풍부 민간 지원으로 풍부 최고기술보유국의 높은 기술수준 원인 정보 인프 라 풍부 기술적인 노하우 제도 정책

12 경쟁기술보유국의 기술수준 달성원인 및 최고기술 대비 격차 발생원인 - 미국, 일본, 유럽 등의 센서 선진국들이 첨단 센서 분야의 기술을 독점하고 있으 며, 기술적 노하우의 공개 및 이전을 기피하고 있음 - 국내의 취약한 산업 구조로 다품종 소량 생산 방식에서 벗어나지 못하고 있어 기 술집약적인 센서 산업의 발전에 장애가 되고 있음 - 센서의 국내 기술수준은 중저급이기에, 향후 고정밀급의 센서 개발 및 고가의 자 체 브랜드의 개발이 한층 더 요구됨 8. 우리나라의 산업 및 기술개발 동향 산업동향 - 최근 일부 기업들이 스마트폰에 장착 가능한 모바일 초소형 LPD 개발에 착수하 였으며, 최근 DMB 서비스 개시 및 휴대/착용형 PC의 중요성이 인식됨에 따라 모바일 초소형 LPD 기술에 대한 기대가 급격히 높아지고 있는 상황임. - 국내의 경우 2010년 4억불 수준의 시장 규모가 예측됨. - 국내 센서 시장: 1999년도에 약 3000억원에서, 2005년도 약 6500억원 성장할 것으 로 예측되고 있으며, 연평균 13.7%의 고속 성장이 예상됨 - 중저급품은 대부분 자급자족하고 있으나, 고급품은 수입에 의존하고 있음 - 중국 및 대만과의 경합이 예상됨 기술개발 동향 - 삼성전자는 SVGA급 DMD paanel, 3원색 LED를 사용하였으며 2005년 말부터 양 산판매를 시작함. - LG전자는 최근 작은 사이즈에서도 밝기 구현이 가능한 prototype을 개발하였으며 DMD 사용하여 Mini projector 양산 준비 중에 있음. - 삼성전기는 MEMS 방식의 SOM 광변조 소자 개발하였으며 DLP의 DMD 소자 구 동방식과 비슷함. - 일진디스플레이는 1-LCD 방식의 프로젝션 디바이스를 개발하여 전체 시스템의 소형화를 목표로 하고 있음. High k - 국내 반도체 업계도 nano급 DRAM 소자의 캐패시터로 금속전극을 사용하는 MIM 캐패시터를 주로 연구 하고 있으며, 전극 재료로는 CVD-TiN과 TiN을 적용

우리나라의 산업 및 기술개발 동향 산업동향 - 최근 일부 기업들이 스마트폰에 장착 가능한 모바일 초소형 LPD 개발에 착수하 였으며, 최근 DMB 서비스 개시 및 휴대/착용형 PC의 중요성이 인식됨에 따라 모바일 초소형 LPD 기술에 대한 기대가 급격히 높아지고 있는 상황임. - 국내의 경우 2010년 4억불 수준의 시장 규모가 예측됨.

13 하고 있음. - 유전체 재료로는 ALD-HfO 2, PEALD-HfO 2, CVD-Ta 2 O 5 를 연구하고 있으며, ALD-HfO 2 는 상용화 되었음. - 삼성전자는 50nm의 트랜지스터를 보고하였음. HfO 2 -Al 2 O 3 laminate 박막을 이용 하여 GIDL과 같은 누설전류를 낮추는 효과를 보였지만 계면 트랩 밀도가 커서 전하의 이동도가 40-60% 정도의 값이 나타남. S는 mV/dec로 비교적 우 수한 값을 보임. 우리나라의 기술보유기관 및 주요 연구 내용 세부기술명 기관명 기관분류 연구자명 주요 연구 활동 보유기술의 spec DMD 삼성전자 산 Mini projector LG 전자 산 SOM 삼성전기 산 VGA급 DMD paanel, 3원색 LED를 사용 Mini projector 양산 준비 중 MEMS 방식의 SOM 광변조 소자 개발 DMD 사용 DLP의 DMD 소자 구동방식과 비슷함 우리나라의 해당기술 관련 정책 프로그램(연구비 포함) - 테라급나노소자개발사업은 5-10년 내에 직면할 반도체 소자의기술 및 제조의 한계 를 극복할 수 있는 초고속, 초고집적, 초저소비전력 나노소자 개발을 목표로 하고 있음 - 나노소재기술개발사업에서는 나노 전자기술과 관련하여 나노 전자기술과 관련하 여 광증폭기용 나노복합체, 화합물 반도체, 양자점을 이용한 발광체, 실리카 나노 입자의 광고분자 등 - 나노핵심기반기술개발사업에서도 일부 나노 전자 소자기술 개발이 수행되고 있음 - 차세대 신기술개발사업은 지식경제부가 추진하는 사업으로서 나노전자기술 관련 과제는 차세대 대용량 정보저장장치 기술개발, 나노기술 기반의 차세대 산업화 핵심요소기술 개발 등에서 부분적으로 찾아볼 수 있음

우리나라의 기술보유기관 및 주요 연구 내용 세부기술명 기관명 기관분류 연구자명 주요 연구 활동 보유기술의 spec DMD 삼성전자 산 Mini projector LG 전자 산 SOM 삼성전기 산 VGA급 DMD paanel, 3원색 LED를 사용 Mini projector 양산 준비 중 MEMS 방식의 SOM 광변조 소자 개발 DMD 사용 DLP의 DMD

14 정책 프로그램명 테라급나노소자개발사업 나노소재기술개발사업 나노핵심기반기술개발사업 차세대 신기술개발사업 G7 초소형 정미 기계기술 개발 사업 Milli-structure 생산기술 개발 사업 지능형 마이크로시스템 개발 사업 NBIC 국가융합기술지도 주요 내용 년부터 2010년까지 10년간 총 1,700억원 (정부 1,000억원, 민간 700억원)의 예산이 투입됨. - 연구분야는 테라급 나노 CMOS 기술, Resistive-RAM 기술, 초고속 반 도테 전자 소자기술, 실리콘 비휘발성 반도체 메모리 소자 기술 및 SET 로직 소자 기술, CNT 소자 기술, 무손상 식각 및 전자빔 리소 공 정 기술 등 나노 공정 기술 개발 도입 등임 - 광 나노소재개발을 목표로 함 - 나노핵심분야, 나노기반분야, 나노기초분야로 나누어져 있는데, 각 세 부분야에 나노전자 소자기술이 부분적으로 포함되어 있음 - 차세대 대용량 정보저장장치 기술개발, 나노기술 기반의 차세대 산업 화 핵심요소기술 개발 - MEMS 소자와 마이크로머시닝 기술 개발, ( ), 800억원(정 부 400억원, 민간투자 400억원) - 차세대 생산기반 기초기술 및 milli-structure 급 단품화 기술 개발, ( ), 540억원 - 캡슐내시경 시스템 개발과 마이크로 PDA 개발, ( ), 2,550 억원 (정부지원 1,000억원 민간투자 900억원, 현물투자 650억원) 년까지 국가적으로 육성해야 할 융합기술의 추진 목표 및 거시적 방향을 담은 NBIC 국가융합기술지도를 2010년 10월 수립 년도 국가융합기술발전 시행계획에 반영하여 융합기술 정책방향 을 설정하는 한편, 2013년까지 융합기술 분야 R&D 예산을 약 5조9000 억원( 09년, 1조 5800억) 규모로 확대. - 세계 5위권 융합기술 강국으로 도약하는 동시에, 2020년경 핵심 및 기술ㆍ시 장선점의 효과를 극대화하여 선진국대비 기술 수준을 최대 90%까지 향상시키고 라이프 로봇분야 세계시장 점유율 15% 확보 및 연간 $15억의 생산규모를 달성 우리나라가 보유한 기술수준 달성원인 및 최고기술 대비 격차발생 원인 세부기술 명 세계최고 대비 기술수준 (%) 우리나라의 기술수준 달성원인 및 최고기술대비 격차발생 원인 전문인력 규모 초소형 열교환기 50 인력 부족 연구자금 규모 적극적인 지원 예상 정보 인프라 구축정도 미비 제도 정책 지원 구축정도 정부 지원 확대 산 학 연 협력 정도 산 학 연 활발 국제협력 정도 기초 연구 개발 치중 기타 중요 원인 종합의견 국내 역량

- 연구분야는 테라급 나노 CMOS 기술, Resistive-RAM 기술, 초고속 반 도테 전자 소자기술, 실리콘 비휘발성 반도체 메모리 소자 기술 및 SET 로직 소자 기술, CNT 소자 기술, 무손상 식각 및 전자빔 리소 공 정 기술 등 나노 공정 기술 개발 도입 등임 - 광 나노소재개발을 목표로 함 - 나노핵심분야, 나노기반분야, 나노기초분야로

15 세부기술명 전문인력 보유정도(%) 정보 시설 장비 인프 라 구축정도(%) 제도 정책지원 구축정도(%) 기타 DMD Mini projector SOM 프로젝션 디바이스 초소형 열교환기 국제경쟁력 세부기술명 세계최고 현황 세계최고기술 의 발전단계 DMD 디바이스 시스템 DMD (미국) 성숙기 국내 현황 VGA급 DMD paanel, 3원색 LED를 사용 국내 기술의 발전단계 기술수준(%) 성장기 80 SWOT 분석 강점 약점 -세계수준의 공정 기술 보유 -원가 경쟁력 확보 -다양한 광학 기술 관련 기반 기술 확보 -높은 모바일 기기 및 통신 기술 수준 - 기초 기술 미비 - 원천 기술 미확보 - 다양한 소자 및 관원 기반 기술 개발 필요 기회요인 - 디지털 컨버전스 수요 증가로 인한 시장 증가 - 정부 주도의 정책 확대 - 선도 기술 개발 가능 위협요인 - 지나친 반도체 공정에 대한 인식 악화 - 시장 개척의 어려움 9. 기술개발 전략 세부기술별 중요도 세부기술명 중요도 근거 중요도 비고 DMD 생산 기반 기술개발 매우 높음 초소형 열교환기 원천 특허 획득을 위한 기술 개발 높음

보유 -원가 경쟁력 확보 -다양한 광학 기술 관련 기반 기술 확보 -높은 모바일 기기 및 통신 기술 수준 - 기초 기술 미비 - 원천 기술 미확보 - 다양한 소자 및 관원 기반 기술 개발 필요 기회요인 - 디지털 컨버전스 수요 증가로 인한 시장 증가 - 정부 주도의

16 세부기술별 투자우선순위 세부기술명 투자우선순위 근거 투자우선순위 비고 DMD 시장 점유율 확보를 위한 필수요소 높음 초소형 열교환기 원천 특허 획들을 위한 필수 요소 높음 세부기술별 특성 및 확보방안 세부기술명 기술특성 기술개발 역할분담 기술개발주체 기술확보방안 DMD 생산 기술 민간 중심 산 연 자체 개발 초소형 열교환기 기초 원천기술 학 연 중심 학 연 자체 개발 기술개발 액션플랜 예상 제품/서비스 및 세부기술 기술간 연계성 기술 기술개발 실현시기 번 특성 예상기간 세부기술명 선행기술병행기술후행기술 제품/서비스 실현시기 호 1 DMD 1 2,3 2 초소형 열교환기 생산 기술 원천 기술 초소형 프로젝터 열교환기 정부/ 민간 역할 민간 주도 정부 주도 기술개발 주체 산 연 산 학 연 10. 파급효과 타 기술에의 파급효과 - MEMS 기술은 미소영역에서의 작동 원리 및 물리적 현상에 관한 심층적 이해와 미소재료의 물성에 관한 실험적 분석 및 자료 축적을 통해 마이크로미터 영역에 서의 새로운 작동원리의 발견임 - 이러한 미소 물리현상의 원리와 검등된 구현 방법의 제시는 고부가가치 복합제품 에서 필요로 함. - 21세기 첨단 산업분야에서 요구되는 정보의 검색, 기록, 저장, 표시 기술의 고도화 와 극소형, 고속, 저전력, 소모형 첨단제품 개발에 기술적인 돌파구를 제공하는데 기여할 수있을 것임

2014-2008- 2013 초소형 프로젝터 열교환기 2012- 정부/ 민간 역할 민간 주도 정부 주도 기술개발 주체 산 연 산 학 연 10.

17 - 현재 사용되는 DRAM HfO 2 게이트 절연막 보다 우수한 특성의 산화막이 개발되 어 DRAM의 집적도가 획기적으로 향상될 것임. - 양산성과 전기적 성질이 우수한 PZT MOCVD 공정을 개발하여 FRAM 소자 전체 에 구현에 일조할 것임. - 차세대 Tera Hz 트랜지스터 개발에 커다란 역할을 할 것임. - 차세대 메모리 소자의 캐패시터 및 MOSFET 신뢰성 확보에 큰 도움을 줌. 사회적 파급효과 - Optic MEMS 기술은 개인 무선 단말기 뿐만 아니라 HMD, HUD, 미니 프로젝터 등 군사용, 게임용, 의료용 및 다양한 응용이 확대될 것으로 예상됨 경제적 파급효과 - 모바일 기기 중 가장 큰 모바일 폰의 세계 시장 규모는 2005년 기준 백만대 단위 로 GSM , TDMA 14.5, CDMA 145.5, 기타 38.5로 총 백만대 규모이 고 2010년에는 총 933.2백만대 규모의 시장을 형성할 것으로 기대되며, 이는 금액 은 2005년 194억불, 2010년 289억불 규모임. - 이러한 시장 상황에서 optic MEMS가 사용된 모바일 제품의 시장 잠재력은 매우 크다고 예상 할 수 있음. 11. 정부 R&D 전략 및 정책적 지원 등 제언 해당 기술 향상 확보 추격을 위한 정부 또는 민간의 역할 및 전략 년 기준으로 전 세계 8억대 이상의 거대 시장을 형성하고 있는 모바일 기기 시장규모를 고려할 때, 차세대 모바일 디스플레이 시장에 대한 외국 선진 기업의 중기적 기술 및 시장 지배력 강화를 탈피하여 관련 분야에서 기술 및 시장의 리 더로서 국가적 위상을 확고히 해야 함. - 관련 분야의 독자덕인 핵심 원천 기술과 핵심 부품의 지적 재산권 확보가 시급한 실정임. - 원천기술에 대한 산 학 연의 공통된 인식제고와 역할분담 정부의 정책적 지원 사항 - 수입기술의 대체를 목표로 하는 단기간의 기술개발위주의 정책에서 탈피하여, 씨

사회적 파급효과 - Optic MEMS 기술은 개인 무선 단말기 뿐만 아니라 HMD, HUD, 미니 프로젝터 등 군사용, 게임용, 의료용 및 다양한 응용이 확대될 것으로 예상됨 경제적 파급효과 - 모바일 기기 중 가장 큰 모바일 폰의 세계 시장 규모는 2005년 기준 백만대 단위 로 GSM 523.20, TDMA 14.5, CDMA 145.5, 기타 38.

18 앗형 또는 창조형의 연구에 투자를 확대해야 함 - Bottom-up(상향식) 추진방식에 의한 bottom-up(미세가공) 기술 연구 강화 - 새로운 나노 구조 응용기술 개발 지원 - 원천기술 개발하기 위해 혁신적인 아이디어를 가지고 수행하는 모험적인 연구개 발에 대해서는 실패를 용인할 수 있는 사회적 분위기가 조성되어야 하며 관련 제 도도 이를 반영해야 함 기타 제언 사항

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<B8B6B1D4C7CF2DBAD0BEDFB0CBC5E4BFCF2DB1B3C1A4BFCFB7E128C0CCC8ADBFB5292DC0DBBCBAC0DAB0CBC1F5BFCF2DB8D3B8AEB8BB2DB3BBBACEB0CBC1F52E687770> 가정용 지능로봇의 기술동향 머리말 목 차 제1장 서 론 1 제2장 기술의 특징 4 제3장 가정용 로봇 산업 및 기술수요 전망 14 4장 가정용 로봇의 기술동향 27 5장 주요국의 가정용 로봇의 기술정책 분석 61 6장 국제표준화와 특허출원 동향 80 7장 결론 및 정책 제언 86 참고문헌 92 표 목차 그림 목차 제1장 서 론 1. 기술동향분석의 목적 및