기술정보유통의중심 FirstSteptoTechnologyInformation www.firstep.or.kr 기술시장동향 탄소나노튜브응용기술 ( 인덕터소자 ) ( 색인어 : 탄소나노튜브, 반도체기판, 배선공정, 인덕터, 확산방지막 ) 2009.01. 정보제작기관 : 넥스트원국제특허법률사무소 부서 : 기술정보팀정태경 (nextwonip@naver.com) 본자료는기술평가정보유통활성화를지원할목적으로작성된것으로서, 본자료에수록된내용은신뢰할만한자료로부터얻은것이나, 그정확성이나완전성을보장할수없습니다. 따라서본자료는어떠한경우에도법적책임소재에대한증빙자료로사용될수없습니다. 또한, 본보고서의내용을인용하고자하는경우에는반드시그출처가기술평가정보유통시스템임을밝혀야합니다.
목차 Ⅰ. 기술성분석 1 1. 기술의개요 1 2. 기술동향 2 3. 경쟁및신규 대체기술현황 4 가. 경쟁기술현황 4 나신규및대체기술현황 7 Ⅱ. 시장성분석 9 1. 시장특성 9 가. 시장정의 9 나. 시장개요및특성 9 다. 시장진입장벽 10 2. 시장현황 12 가. 국내시장동향 12 나. 해외시장동향 14 3. 환경분석 17 가. 경쟁현황 17 나. 정책 법적환경 17 [ 참고문헌 ]
I. 기술성분석 1. 기술의개요 반도체칩내의트랜지스터, 축전지, 저항, 다이오드등의소자를구동하기위한금속배선은 10nm 두께의티타늄 (Titanium,Ti) 또는탄탈륨 (Tantalium,Ta) 의접착층 (GlueLayer) 위에접착층과동종인 TiN 또는 TaN 으로구성되어있는 15nm 두께의확산방지막 (Barier MetalLayer) 그리고최소 350nm 두께의알루미늄 (Aluminum,Al) 또는구리 (Copper,Cu) 의주배선금속의샌드위치구조로구성되어있다. 이러한금속재료의조합으로형성된배선은배선을통한전류전달속도 (AccessTime) 와의밀접한관계를형성하게된다. 이에기존의금속도체에비하여전기전도성이높은탄소나노튜브를금속배선내부에포함시킴으로서전류전달속도를현격히향상시키고자하는기술이다. 특히고집적메모리반도체등의경우트랜지스터의길이가작아질수록그에부합되는빠른전류전달속도를얻기위한다양한연구가진행되고있으며, 탄소나노튜브의높은전기전도도를활용하려는다양한시도가이루어지고있는시점에탄소나노튜브를이용한반도체배선및인덕터기술은혁신적방법으로반도체배선및인덕터의전류전달속도를향상시키는동시에미세피치의반도체배선공정이가능하도록하는기술이다. 현재혁신적인배선재료로검토되고있는것이탄소나노튜브를이용한반도체배선기술로서, 실리콘기판에탄소나노튜브를성장시켜반도체배선을형성하는방법과탄소나노튜브분말의프린팅을통한배선형성방법등이가장유력한차세대기술로논의되고있다. 탄소나노튜브를이용한반도체배선및인덕터기술은반도체용신재료일뿐만아니라, 새로운배선공정기술에해당한다. 특히, 해당기술인탄소나노튜브의제조및성장방법에대한기술이아니라, 기존의구리및알루미늄의배선의공정에탄소나노튜브를적용하여반도체배선및인덕터의제조방법을구현한기술로서기술분류상으로반도체제조공정에해당한다. - 1 -
2. 기술동향 탄소나노튜브 (Carbon NanoTube) 기술군은최근에나노미터크기의극미세영역에서새로운물리현상과향상된물질특성을나타내는연구결과가보고되면서나노기술이라는새로운영역이태동하였다. 이러한나노기술은앞으로 21 세기를선도해나갈수있는과학기술로써전자정보통신, 의약, 소재, 제조공정, 환경및에너지등의분야에서필수적인기술로부각되고있다. 이중탄소나노튜브는뛰어난물성과구조로인하여전자정보통신, 환경, 에너지및의약분야로산업적응용성의기대가큰소재이며, 향후나노과학을이끌고갈중요한기반요소로많은기대를모으고있다. 탄소나노튜브는선폭이대략나노미터정도로작기때문에만약수나노미터의정도크기의기억소자나회로를만든다면현재최첨단의집적회로선폭의백분의일정도가되고, 넓이로따져만분의일이므로현재보다집적도가만배정도높은칩을만들수있고, 기억소자로이야기하면그집적도가 Tera 급 DRAM 에이르게된다. 즉, 엄지손톱만한면적에일반적으로잘알려져있는브리테니카사전 (EncyclopediaBritannica) 전질의 100 배가까운정보를기억시킬수있다. 탄소나노튜브는발생단계에서응용단계로넘어가고있는성장기술이고, 주변기술의지원으로코어기술이개발되고, 응용분야의기반적기술지원으로응용기술이개발되어한계를극복해가고있다. 탄소나노튜브는용도분야가다양하고기술적파급도가큰기술로전자분야와의약학분야, 복합소재분야등에사용될정도의용도가매우다양하고, 최근경향을볼때, 복합재료로서의용도로점진적으로구체화되고있고, 또한수소저장용및반도체메모리로서의상용가능성도예측되고있어해당분야의응용기술개발이가속화되고있다. 탄소나노튜브를합성하는방법은크게 2세대로구분되며,1세대의방법으로는최초로나노튜브를합성하는데사용되었던전기방전법이주류를이루었으나, 이후 1996 년 Rice 대학의 Smaly 그룹에서처음시도한레이저증착법 (LaserVaporization), 열분해법 (Pyrolysis) 등이제시되었다. 이들방법은탄소나노튜브를합성한후고순도를얻기위해서별도의정제과정을거쳐야하고, 구조제어및수직매향합성이어려운단점이있다. 이에비해 2세대의합성법들은나노튜브의대량생산을목적으로하며, 이러한예로는미국의 Oakridge NationalLabratory 에서개발한기상합성법,GB.Tech/ Rockheed Marteen 의 HIPCO 기상합성법이있다. 최근에는탄소나노튜브를수직배향으로합성할수있는 CVD 법 ( 화학기상증착법,ChemicalVaporDeposition) 도크게부각되고있으며 HotFilament 플라즈마 (Plasma Enhanced) CVD 법,RF - 2 -
(Radio Frequency)CVD 법, 마이크로파플라즈마 (Microwave Plasma Enhanced) CVD 법, 열 (Thermal)CVD 법등이활발하게연구되고있다. 이방법은기존의전기방전법이나레이저증착법과는다르게탄소나노튜브의수직배향합성이가능하고저온합성, 고순도합성, 대면적기판합성등이가능하며, 구조제어또한용이한장점이있다. 이외에탄소나노튜브를대량으로합성할수있는방법으로기상합성법이제시되고있는등세계적으로탄소나노튜브를안정적이고저렴하게대량으로합성할수있는여러가지제조방법에대한연구개발이진행되고있다. 2000 년대에들어서는탄소나노튜브를이용한여러응용기술관련연구가활발히이루어지고있다. 일본동경대다쿠조아이다교수와다카노리후구시마교수는 2004 년흑연과유사한구조를가진다핵방향족탄화수소를이용, 자기조립나선형나노튜브를발견해학계의주목을끌었다. 연구진은 96 개의탄소원소로이루어진비대칭유도체를이용해약 10μm 길이의나노튜브구조를만들어냈다. 새로운접근방식을이용해서합성한이나노튜브는균일성이높으며내경이 14nm( 나노미터 ), 외경은 20nm 로확인됐다. 열안정성도매우높아섭씨 100 까지그형태를유지한다. 연구진은이연구가분자사이에작용하는힘과분자를둘러싼주변환경의힘을정밀하게조정해새로운나노튜브구조체를만들어내는사례라면서앞으로분자전자장치개발에큰파급효과를가져올것으로예측했다. 일본의 NEC 는탄소나노튜브를채용, 기존실리콘장치보다속도가 10 배이상빠른트랜지스터개발에성공했다.NEC 연구진은이번에개발한시제품을오는 2010 년까지상용화할계획으로, 이트랜지스터를차세대무선랜과휴대폰, 데이터처리장치등에활용할것으로전망되고있다. 또한미국스탠포드와버클리대연구진은일정한형질의탄소나노튜브를손쉽게양산하고테스트까지해내는기술을개발, 실리콘기판위에탄소나노튜브를접목한하이브리드반도체등장을예고했다. 연구진은이번연구에서수천개의미세한튜브를지닌테스트칩을제조했다. 이테스트칩튜브속에탄소재료를넣고 800 의열을가하면나노급탄소튜브가형성되며적절한전기적특성을지녔는지도바로확인할수있다. 이칩은고온에견디도록일반실리콘칩에사용되는구리, 알루미늄대신몰리브데늄을연결했다. 연구진은이칩개발을계기로균일한나노튜브를대량제조하는길이열렸으며실리콘반도체회로위에나노튜브를정렬시켜새로운반도체제품을제조할수있다고밝히고있다. - 3 -
3. 경쟁및신규 대체기술현황 가. 경쟁기술현황 탄소나노튜브를이용한반도체배선및인덕터기술과관련한주요경쟁기술로는 CVD 법이있다. 탄소나노튜브의합성은처음에는전기방전법 (Arc-Discharge) 이주류를이루었으나, 이후레이저증착법 (LaserVaporization), 열분해법 (Pyrolysis) 등이제시되었다. 이들방법은탄소나노튜브를합성한후, 고순도를얻기위해서는복합한정제과정을거쳐야하며, 또한구조제어및수직배향합성이어려운단점을갖고있다. 최근에는탄소나노튜브를수직배향으로합성할수있는 CVD 법 ( 화학기상증착법, ChemicalVaporDeposition) 이크게부각되고있으며,CVD 법은열 CVD 법,DC 플라즈마 CVD 법,RF 플라즈마 CVD 법, 마이크로파플라즈마 CVD 법으로구분된다. 이에여러가지 CVD 방법중대표적으로플라즈마 CVD 법에대해살펴본다. 플라즈마 CVD 의장점은전기방전법이나레이저증착법에비해서비교적저온에서탄소나노튜브를합성할수있는장점이있다. 플라즈마방식은두전극사이에인가되는직류또는고주파전계에의하여반응가스를글로우방전시키는방법이다. 일반적으로플라즈마 CVD 에서반응가스방전에사용하는전원은 DC, RF(13.56 MHz),Microwave(2.47GHz) 로구분할수있다. < 그림 1-1> 은플라즈마 CVD 장치에대한대표적인개략도이다. 보통탄소나노튜브를합성시키기위한기판은접지시킨하부전극위에놓이고, 반응가스는상부전극에서공급하는형태를갖는다. 이경우열저항히터를하부전극아랫부분에설치하거나두전극사이에필라멘트형태로설치하여반응가스를분해하거나나노튜브를합성하는데필요한에너지를공급하게된다. 탄소나노튜브합성에는 CH 4,C 2 H 2,H 2 등이반응가스로사용된다. - 4 -
< 그림 1-1> 플라즈마 CVD 장치 출처 : 고려대학교나노튜브연구실 (htp://nanotube.korea.ac.kr) < 그림 1-2> 은 Ren 그룹에서 C 2 H 2 가스와 NH 3 가스를혼합가스로사용해서 660 이하의온도에서유리기판위에 DC 플라즈마방법으로합성한탄소나노튜브의 SEM 사진이다. 합성된탄소나노튜브의표면에탄소파티클이없는깨끗한상태이고탄소나노튜브가기판에수직으로잘배향되어있으며, 탄소나노튜브의팁에는니켈촉매금속덩어리가존재하는것을보여주고있다. < 그림 1-2>Ren 그룹,DC 플라즈마방법으로합성한탄소나노튜브의 SEM 이미지 출처 : 고려대학교나노튜브연구실 (htp://nanotube.korea.ac.kr) < 그림 1-3> 는일진나노텍에서 RF 플라즈마방법으로 600 이하에서유리기판위에 합성한탄소나노튜브의 SEM 사진을보여주고있다. 균일한직경을갖는탄소나노튜 브가수직배향으로합성된것을알수있으며, 역시탄소나노튜브의팁부분에 Ni 촉 - 5 -
매금속덩어리가존재하는것을나타내고있다. < 그림 1-3> 일진나노텍에서 RF 플라즈마방법으로 600 이하에서유리기판위에 합성한탄소나노튜브의 SEM 이미지 출처 : 고려대학교나노튜브연구실 (htp://nanotube.korea.ac.kr) < 그림 1-4> 은 Saito 그룹에서마이크로파플라즈마방법으로 Fe-Co-Ni 합금기판위에 600 에서합성한탄소나노튜브의 SEM 사진을보여주고있다. 앞서언급한유리기판위에서 DC 플라즈마와 RF 플라즈마방법으로성장시킨탄소나노튜브와는다르게탄소나노튜브가다발형태로꼬아지면서수직방향으로성장되는특이한형상을나타내고있다. 이경우에도탄소나노튜브의팁부분에촉매금속으로사용한니켈금속덩어리가존재하고있다. < 그림 1-4>Saito 그룹에서마이크로파플라즈마방법으로 Fe-Co-Ni 합금기판위에 600 에서합성한탄소나노튜브의 SEM 이미지 출처 : 고려대학교나노튜브연구실 (htp://nanotube.korea.ac.kr) - 6 -
나. 신규및대체기술현황 탄소나노튜브를다양한분야에응용하기위해서는저온합성기술, 수직배향기술, 대면적기판합성기술, 고품질합성기술, 성장및구조제어기술이중요한요소로부각되고있다. 한편최근에탄소나노튜브를대량합성할수있는방법으로기상성장법 (VaporPhaseGrowth) 법이제시되고있는데, 이방법은기판을사용하지않고반응로내부로촉매금속소스와탄화가스를동시에공급하여반응로내벽과반응로내부공간에서기상반응으로탄소나노튜브를합성하는방법으로써대량합성에유리한장점을가지고있다. 고품질 SWNTs 를생산하는방법으로전기방전법 (Arc-discharge), 레이저증발법 (Laser-ablation) 이있지만이들방법은나노튜브를대량으로생산하는데있어서적합한합성방법이아니다. 반면에촉매화학기상증착법 (Catalystic Chemical vapordepostion) 은산업스케일에서값싼가격으로 SWNT( 단일벽탄소나노튜브, Single-wal Nanotube), DWNT( 이중벽탄소나노튜브, Double-wal Nanotube), MWNT( 다중벽탄소나노튜브,Multi-walNanotube) 합성을하는데매우유용하다. 또한 CNT 의직경, 길이, 밀도, 구조, 결정성등을제어하기가쉽고, 고순도의 CNT 를대량생산할수있어유망한합성방법이라할수있다. 기존의 CVD 법은기판위에촉매금속을증착시킨후, 이러한촉매금속위에 C 2 H 2,C 2 H 4,CH 4,C 2 H 6 등의반응가스를이용해서탄소나노튜브를합성하는방법이다. 그러나기상합성법은기판을사용하지않고반응로안에반응가스와유기금속촉매를직접공급하여기상에서탄소나노튜브를직접합성하는방법으로써, 탄소나노튜브를대량으로합성하기에유리한방법으로제안되고있다. < 그림 1-5> 기상합성장치 출처 : 고려대학교나노튜브연구실 (htp://nanotube.korea.ac.kr) - 7 -
기상합성장치는 < 그림 1-5> 에서보는것처럼장치의한편에반응가스를공급하기위한장치가설치되어있고반응로내에촉매금속분말이들어있는보트가설치되어있다. 반응로는 2단계온도영역으로설계되어있는데, 촉매금속분말이들어있는보트가위치한제 1온도영역은비교적저온으로유지되고탄소나노튜브의합성이이루어지는제 2온도영역은고온으로유지된다. 제 1온도영역은탄화가스를분해할수없지만촉매금속을기화시키기에충분한비교적저온으로유지시킨다. 일단제 1온도영역에서촉매금속분말로부터기화되는촉매금속은원자상태이지만반응로안에서원자들간의충돌과결합과정을통하여수 ~ 수십 nm 크기의미세한파티클로형성된다. 저온영역에서촉매금속분말로부터기화된미세한촉매금속파티클이제 2온도영역에도달되면, 반응로내부로공급된후, 제 2 온도영역에서고온에의해서분해된탄화가스가촉매금속파티클에흡착된후확산하여촉매금속파티클에서탄소나노튜브의합성이진행된다. 이처럼기상합성법은기판을사용하지않고반응로안에반응가스와유기금속촉매를직접공급하여기상에서탄소나노튜브를직접합성하는방법으로써탄소나노튜브를대량으로합성하기에유리한방법으로제안되고있다. - 8 -
I. 시장성분석 1. 시장특성 가. 시장정의 탄소나노튜브는빠른속도로발전하면서 20 세기의실리콘과같이,21 세기에는탄소재료가핵심역할을할것으로기대되면서많은주목을받고있는기술로서, 다양한응용이예상되는신기능재료이다. 이처럼탄소나노튜브는나노기술을이용한대표적기술로서, 디스플레이, 전지, 전자장치, 측정기, 회로소재, 바이오 / 의약, 복합재료등으로의응용이기대되고있으며, 해당분야에성공적으로활용될경우해당산업에미치는영향은대단히커질수있다. 특히정보통신, 환경및에너지, 의약등의분야에서응용가능성이확실시되고있다. 탄소나노튜브의특이한구조및물성이보여주는다기능성, 고기능성은정보통신기기의필수 3가지요소인평면표시소자 ( 눈 ), 메모리소자 ( 두뇌 ), 전지 ( 심장 ) 에응용력이뛰어나며기존의소자가가지고있는물성의한계를극복할수있어서, 전세계적으로경쟁력우위를확보하기위한전략들이다각적으로추진중에있다. 이와같이탄소나노튜브의기술은시장특성상우선발생단계에서응용단계로넘어가고있는기술이며, 다음으로는용도분야가다양하고성공할경우그파급효과가대단히큰기술이고, 마지막으로는단기간내에성장가능성이큰기술집약적시장을지니고있다. 이에탄소나노튜브를사용하여반도체등의공정에적용하는방법에관한해당기술과관련하여, 기술의특성상탄소나노튜브시장과더불어주요적용시장인반도체시장을조사 분석하였다. 나. 시장개요및특성 탄소나노튜브의경우는아직까지구체적으로시장이형성되어있지않는것으 로보인다.10 여년전부터 FED(Field Emission Display) 를비롯한디스플레이분야 에서적극적으로상용화를추진하였으나,LCD 및 PDP 등경쟁제품의대화면화 - 9 -
및저가격화가예상보다빠르게진행됨에따라시장에서설자리를확보하는것 이쉽지않게되었다. 따라서최근에는복합재료, 투명전극등기존의기능소재를 대체하는용도로서의개발이활발히진행되고있다. < 표 2-1> 탄소나노튜브의용도 분야 용도 전지 / 콘덴서 연료전지용수소저장소재, 리튬이온전지의전극재료, 전기이중층콘덴서재료, 고성능축전지 전자장치 차세대트랜지스터 ( 양자효과이용 ) 측정기 나노온도계 표시소자 FED 형광표시판의전자총 탐침 / 나노테크부재 각종원자현미경의탐침, 나노휘스커, 나노로드 회로소재 반도체회로등의초미세가공소재에사용 바이오 / 의약 바이오센서, 주사침, 캡슐 ( 약의생체수송과방출 ) 복합재료 수지 세라믹 금속의강화전도성복합재, 반도성플라스틱등 출처 : 탄소나노튜브활용기술, 한국과학기술정보연구원,2007.5 현재탄소나노튜브의비중대비강도는현재알려져있는모든재료중에서가장높은수준으로서이러한특성을활용하면훨씬발전된형태의우주케이블, 우주선, 항공기의재료로활용이가능하다. 현재는개발초기로서매우높은생산가격이들지만, 탄소재료중가장널리사용되고있는카본블랙과비교하여유사한생산원가로향후에생산이가능할전망이다. 반도체는현재전자산업중에서가장큰시장을형성하고있는시장중하나이다.2010 년국내시장규모가 472 억달러로예상되며, 수출이 500 억달러, 수입이 394 억달러규모이다. 국내총생산은 580 억달러로, 국내생산량의대부분이수출되고있는것을알수있다. 따라서 2010 년이후의반도체및전자산업은과거인류의생활을풍요롭게하는기간부품의개발에서인류가지구와공생할수있는핵심디바이스의개발로이행해야할것으로판단된다. 다. 시장진입장벽 본평가대상기술에있어서의시장진입장벽은탄소나노튜브를채용한제품의 시장진입장벽으로폭넓게보면, 지적재산권, 생산비용, 응용제품의시장진입지 - 10 -
연, 표준화관련사항으로정리해볼수있으며 < 표 2-2> 와같이정리해놓았다. 1)2) < 표 2-2>CNT 의시장진입장벽 시장진입장벽내용비고 CNT 생산비용 응용제품개발초기 표준화 -수요가미진하여생산단가하락이 어려움 ( 현재 600 불 /kg 이상임 ) - 거의모든응용제품이개발초기 단계에있어, 시장진입에시간이 더필요함 - 생산되는 CNT 의품질과특성이 표준화되어있지않음 -경제성을갖추려면 50~60 불 /kg 필요 -시장에진입이가능하더라도경제성이나기술적으로경쟁제품에밀리는경우있음 ( 예 :FED) -NASA-NIST,ISO/TC229, IEC/TC113 등의표준화기구에서표준화추진중임 반도체의경우는이미시장이성숙되어있고, 각제품별공정또한상당부분표준화가되어있는상황에있다. 따라서아직많은부분에서표준화되어있지않은탄소나노튜브관련공정을기존의반도체공정에적용하는것은기존업체의입장에서수용하기가매우어려운상황이므로큰진입장벽이라고할수있다. 또한, 반도체시장 (Fab 업체기준 ) 은고정자산투자가대규모로소요되어그부담이매우크고기술발전속도가매우빨라그에따른추가투자규모도고려해야한다. 따라서전방산업에서의어느정도안정적인수요처가없다면수익성이보장되기어렵고경기변동에많은영향을받으며기존업체의시장장악력이매우높다는것은동산업의진입장벽이다른산업에비해매우높다고판단할수있다. 이러한반도체시장의진입장벽은 < 표 2-3> 과같이요약할수있다. < 표 2-3> 시장진입장벽의유형및내용구분비용우위차별화제도적요인 -브랜드이미지 - 인적자원 (R&D 및엔지 -고객확보능력 -환경문제에따른공장내용니어링 ) -적기자금조달능력설립지역의제한 -설비투자능력 -TimetoMarket 1) 한종훈,"CNT 생산및응용분야의사업화동향 ",KETI,2006.9 2) 오경휘,"ActivityofCNTStandardization", 한국기술표준원,2006.9-11 -
2. 시장현황 가. 국내시장동향 최근차세대전자정보산업분야등에서탄소나노튜브의응용폭이확대되고있으며, 관련전자부품업체들은앞다투어탄소나노튜브의연구개발을통해전자정보산업발전과고기능성나노소재의경쟁력확보에나서고있다. 최근, 국내기업들은독자적인응용공정기술을확보해응용제품상용화및개발에박차를가하고있는가운데, 기존의국내기업에의해시장이주도되는디스플레이나조명, 전자제품분야에서국내기술력과생산성은세계적인수준에이르고있다. 일부업체는 CNT 강화고분자복합소재펠렛개발에성공, 자동차부품개발을시작했고향후하이브리드자동차,2 차전지용자동차등의부품소재를개발하기위해준비중이다. 이처럼탄소나노튜브는핵심기술에서응용기술개발로진입하는단계로, 기술과경제의벽을넘어서고있는상황이기에아직시장규모는극히미미한상황이다. 연구용수요가대부분을점유하고있고, 기타특수용도로의이용이일부이루어지고있는실정이다. 최근에는 1~2 년간미국, 일본, 유럽등에이어국내와중국업체들도톤단위로대량생산체제를구축하여오는 2010 년으로예상되는탄소나노튜브응용제품활성화기에펼쳐질업체간경쟁에대비하고나섰다. 이들업체들은향후탄소나노튜브가플라스틱 금속류등범용적인보강재에활용될수있도록탄소나노튜브가격을인하하여각종나노응용제품의상용화를촉진할전망이다. 다중벽탄소나노튜브의경우kg당수백달러에서이미시장활성화기준선으로여겨져온 10 달러수준에근접한상황이며, 오는 2010 년에는 50 달러수준까지예상되고있다. 또단일벽탄소나노튜브도아직은 g당 500 2000 달러선의고가지만향후kg당 500 달러수준까지내려올전망이다. 탄소나노튜브를생산중인국내기업은카본나노텍,CNT, 일진나노텍등이대표적으로꼽히는가운데, 삼성증권은 2010 년까지 2000 년 4억원대로출발한한국시장의규모가 800 억원대로고성장을이룩할것이라예측하고있으며, 영국 BBC 는세계 CNT 시장의규모가 2010 년에 8억 7710 달러에육박할것으로보았고, 이중한국의시장규모는 1억 2500 만달러로전망하고있다. 3) 반도체소자시장과관련하여, 현재국내반도체시장 ( 반도체소자기업기준 ) 은소 3) CNT 산업국가프로젝트로지원을, 디지털타임즈, 2008.02.21-12 -
수의대기업들이경쟁하는과점구조의시장에가까운구조를가지고있다. 현재국 내에서활동하는반도체업체의수는약 10 개업체로볼수있는데, 이중세계적인 경쟁력을갖춘기업으로는삼성전자와하이닉스반도체정도이다. < 표 2-4> 반도체관련기업 반도체소자기업 실리콘웨이퍼 동부하이텍, 마이크로스케일, 삼성전자, 스태츠칩팩코리아, 케이이씨 (KEC), 페어차일드코리아반도체, 하나마이크론, 하이닉스반도체등실트론, 엠이엠씨코리아 반도체 재료 기업 포토마스크 리드프레임 본딩와이어 피케이엘, 듀폰포토마스크, 에스앤에스텍등삼성테크윈, 풍산마이크로텍, 아큐텍반도체기술,LG 마이크론, 티에스피, 성우전자, 칩트론등헤라우스오리엔탈하이텍, 엠케이전자, 희성금속등 2007 년기준으로우리나라는세계메모리반도체시장에서 44% 의점유율을차지하며세계 1위로군림하고있지만, 메모리반도체시장보다 3배이상큰비메모리시스템반도체시장에선 41 억달러매출로불과 2.4% 점유율에그치고있는가운데,2007 년우리나라가수입한시스템반도체규모는 213 억달러가량이다. 이는메모리반도체수출액과비슷한수준이다. 우리나라가휴대폰,LCD TV, 자동차등시스템제품수출에막강한경쟁력을가지고있다고하지만, 이시스템안에들어가있는핵심두뇌 `시스템반도체 ' 는대부분이외산으로시스템의경쟁력은시스템을원활히구동하게해주는시스템반도체에달려있다. < 표 2-5> 국내반도체시장규모 ( 매출액기준 ) 단위 : 억달러,% 구분 주요품목 한국의비중매출액시장점유율 시스템반도체 프로세서, 논리IC, 아날로그IC 41 2.4 메모리반도체 D램,S 램, 플래시메모리 254 44( 세계1위 ) 기타 ( 개별소자 ) 광학장치, 센서, 디스크리트 9 2.2 총액 304 11.3 출처 : 반도체관련산업, 기업, 시장의최근동향, 전자부품연구원,2008.8-13 -
이에정부는최근시스템반도체산업발전전략을발표하고, 오는 2015 년까지정부와민간공동으로약 2조원을투입하여국내시스템반도체산업매출규모를최대 330 억달러에서세계시장점유율 9.5% 로키우겠다는비전을제시하였다. 삼성전자와하이닉스등메모리반도체기업들도최근시스템반도체사업을적극육성하는전략을수립하여비메모리사업확장에나서고있다. 삼성전자는이미디스플레이구동칩 (DDI), 내비게이션애플리케이션프로세서등 4개분야에서최근세계 1위를차지하였으며, 광학스토리지용IC 등 4개제품군에서도세계 1위를달성하고자하고있다. 나. 해외시장동향 BCC Research 의보고서에따르면, 탄소나노튜브의세계시장규모는 2006 년도에 50.9 백만달러에이른것으로추정하고있으며,2007 년에는 79.1 백만달러에이른것으로전망하였다. 또한 2011 년까지는연평균성장률 (CAGR)73.8% 를나타내며전체시장규모가 807 백만달러에이를것으로전망하였다. 탄소나노튜브복합재료의시장이가장클것으로전망되며,2006 년도의탄소나노튜브복합재료의시장규모는 43 백만달러를넘어선것으로추정되며전체시장의 80% 가넘는것으로추정하고있다. 또한 2011 년에는 451 백만달러에이를것으로전망하고있다. 탄소나노튜브의전기전자응용시장은 2007 년까지는미미할것으로전망하고있으나,2011 년에는두번째로큰시장을형성할것으로전망하고있는가운데, 전기전자응용분야의시장규모는 2011 년에 290 백만달러를넘을것으로전망하고있다. 탄소나노튜브의에너지분야의응용시장은 2006,2007 년에는미미하였으나이후폭발적인성장세를나타내며, 연평균성장률은 300% 에이를것으로보이며,2011 년의시장규모는 53 백만달러에이를것으로전망하고있다. 이러한시장규모는현재개발중인탄소나노튜브응용제품이순조롭게시장에진입하는것을가정한것으로, 개발이지연된다거나경쟁제품에밀릴경우본격적인시장의형성은더미루어질가능성이있다. - 14 -
< 그림 2-1> 탄소나노튜브세계시장규모 출처 :BCC Research,2007.03 최근세계탄소나노튜브시장은유럽업체의약진과함께중국업체의저가공세, 일본의비공개적행보등으로요약할수있으며, 대략 2010 년을기점으로kg당 50 달러수준의공급이이뤄져가격이더이상탄소나노튜브응용제품활성화에장애가되지않을전망이다. 이렇듯향후비용이저렴한합성법및대량합성기술의개발로공업적수준의탄소나노튜브의생산이가능해지면탄소나노튜브의가격이궁극적으로탄소섬유, 더나아가카본블랙수준으로떨어지고고성능의탄소나노튜브복합소재의산업화진입이빠른시일내에이루어질것으로기대된다. 적용시장인반도체시장과관련하여 2008 년세계반도체시장규모는 2,619 억달러로전년대비 62.9 억달러증가한것으로예측되고있는가운데,2008 년은하반기세계적인금융위기로인해 2.5% 로성장이둔화되고 2009 년에는 -2,2% 로더욱악화될것으로전망되나 2010 년에는 +6.5% 로성장궤도로돌아설것으로전망하고있다. - 15 -
< 그림 2-2> 세계반도체시장동향및전망 단위 : 백만달러 출처 :WSTS(World SemiconductorTradeStatistics),2008.11 < 표 2-6> 세계지역별시장성장률 단위 :% 2006 년 2007 년 2008 년 2009 년 2010 년 America 10.3-5.7-8.2-9.8 5.8 Europe 1.6 2.7-0.6-3.6 6.0 Japan 5.3 5.2 1.2-3.8 5.6 AsiaPacific 12.7 6.0 7.6 1.1 7.1 출처 :WSTS(World SemiconductorTradeStatistics),2008.11-16 -
3. 환경분석 가. 경쟁현황 탄소나노튜브소재의경우는현재는대부분실험실용도로서생산되는것이대부분으로, 아직경쟁이치열하다고볼수는없는데현재탄소나노튜브를생산하고있는업체들로는국내의경우일진나노텍과나노텍, 외국의경우미국의 Hyperion Catalysis Instrument, Carbon Nanotechnologies Incorporated, 일본의 Mitsui, Mitsubishi 등의업체들이있다. 현재탄소나노튜브의용도개발이계속적으로이루어지고점차상용화가진행되면서탄소나노튜브의사용량도급격히증가되고, 영향을미치는분야또한확대될것으로기대되는데, 그성공여부는기술적장애요소의극복및생산단가의하락여부에달려있다고할수있다. 현재 kg 당생산단가는수백달러에이르는데, 경제적으로경쟁력을갖기위해서는 50~60 달러수준으로낮아져야할필요가있다. 반도체시장은현재대기업간의치열한경쟁상태에있다고할수있다. 상위 10 개사의 2006 년시장점유율이 45.7% 를차지하고있는가운데,1 위 ~5 위인 Intel, 삼성전자,TI,Toshiba,STM 의순위에는큰변화가없는상황이다. 우리나라는현재메모리분야에서는세계시장을주도하는높은경쟁력을보유하고있으나, 설계기술이요구되는비메모리분야는전반적으로대만이나일본에뒤져있는상황에있다. 이러한동향은 2010 년까지는큰변화를보이지는않을것으로보이는데, 이는인력양성등기반구축에많은시간이소요되기때문이며, 그이후에는기술혁신의가속도가붙어경쟁력강화와함께선진국대열에들어설것으로전망된다. 한편원천기술을보유한선진기술기업들의특허공세도주요업체간의경쟁구도에큰영향을미칠것으로예상된다. 나. 정책 법적환경 탄소나노튜브를이용한제품과관련하여시장에영향을미칠수있는특별한정책이나제도는별도로없지만나노기술과관련한정책을소개하면다음과같다. 현단계나노기술의산업화수준은대체로본격적인나노기술제품시장이성숙되기이전의경쟁전단계 (PrecompetitivePhase) 에있지만, 세계주요국은경쟁적으로나노기술분야를연구개발의우선지원분야로선정하고관련국가전략을추진중에있다. - 17 -
2000 년 1월발표된미국의국가나노기술전략 (NNI, National Nanotechnology Initiative) 에자극을받아한국을비롯한일본, 유럽연합등의주요국가에서국가차원의나노기술개발전락을수립하였으며, 현재세계 60 여개국가에서나노기술개발을추진하고있다. 2005 년을기준으로, 나노기술에투자한주요국정부차원의개발비는 41 억달러에달하며이는미국국가나노기술전략이시작된 2000 년대비 5배이상급증한것으로, 정부차원의나노기술연구개발비의국가별점유율은미국 26%, 일본 24%, 유럽 26%, 한국 6% 로추정된다. 우리나라는 " 나노기술종합발전계획 (2001.7)" 에근거하여나노기술연구개발을국가차원에서추진중이며현재는제2기나노기술종합발전계획 (2006~2010) 을추진중에있다. 제2기종합발전계획은 2015 년까지정부와민간에서 4조 8,550 억원의예산을투자하여,2015 년에비교우위를갖는최소 30 개이상의최고수준의실용화기술을확보하여나노기술 3대선진국에진입하고자하는 ' 나노기술선진 3대국기술경쟁력확보 라는비전을제시하고있다. < 표 2-7> 제 2 기나노기술종합발전계획개요요약 비전 중점 추진 2015 년까지나노기술선진 3대국진입 안전하고풍요로운환경친화적사회실현 30 개이상의세계최고기술확보 나노기술응용제품개발로세계나노산업시장의 20% 수준점유 (5 천억불수준 ) 진단및치료기술의획기적향상 환경문제의해법제시 출처 : 2007 년도나노기술발전시행계획, 과학기술부외,2007.4 이에우리나라는 2002~2006 년동안범부처적으로나노기술분야에총 1조 2,440 억원을투자한것으로나타나고있으며,2006 년의경우총 2,788 억원이투자되었는데이는전년대비약 4.2% 증가된액수이다. 투자분야별로는 R&D 에 1,938 억원, 인프라구축에 688 억원, 인력양성에 162 억원이투자되었다. - 18 -
참고문헌 1. 국내문헌 [1] 탄소나노튜브형성을통한인덕터소자제조방법, 기술평가정보유통시스템, 2008.4 [2] CNT 필름을이용한투명전극제조, 기술평가정보유통시스템,2008.4 [3] 탄소나노튜브활용기술, 한국과학기술정보연구원,2007.5 [4] 세계반도체시장,( 주 ) 유오씨, 2008.12.22 [5] 탄소나노튜브의개발동향및시장전망, 전자부품연구원,2007.11 [6] 반도체관련산업, 기업, 시장의최근동향, 전자부품연구원,2008.8 [7] CNT 생산및응용분야의사업화동향,KETI,2006.9 [8]" 반도체산업의 2020 비전과전략, 산업연구원,2007.2 [9] 2007 년도나노기술발전시행계획, 과학기술부외,2007.4 2. 외국문헌 [1] 2008 年秋季半導体市場予測について,WSTS,2008.11 3. 인터넷사이트 [1] 디지털타임스,htp://www.dt.co.kr [2] 고려대학교나노튜브연구실,htp://nanotube.korea.ac.kr - 19 -