국내 연구진이 최첨단 반도체 개발의 키를 쥐고 있는 패키징(Packaging) 분야의 핵심원천 신소재 기술개발에 성공, 반도체강국의 신화를 계속 써 나가는데 청신호가 켜졌다. 향후 본 기술은 자율주행, 데이터센터 등 고성능이 필요한 AI반도체 제조의 핵심 소재기술로 사용될 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 자체 보유한 나노 소재기술을 이용해 세계최초로 반도체 공정에 꼭 필요한 신소재를 개발해 냈다. 특히 본 기술은 기존 일본이 보유한 기술 대비 95% 전력 절감이 가능한 획기적인 반도체 칩렛 패키징 기술이다. 공정단계도 기존 9단계를 3단계로 대폭 줄였다. 연구진이 개발한 기술은 자체 보유한 나노소재 설계기술과 나노신소재를 활용해 20여년 핵심원천기술 연구 끝에 독자 개발해 냈다. 개발한 공정은 첨단 반도체 웨이퍼 기판에 개발한 나노 신소재를 적용한 후 다양한 웨이퍼에서 제작된 칩렛으로 타일을 만들어 1초 정도의 면 레이저를 쏘아서 접합 공정을 완성하고 후경화 공정으로 완료된다. 연구진이 개발에 성공한 핵심 신소재는 고분자 필름으로 만들었다.

학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환/ 이하 재료연) 에너지전자재료연구실 김용훈 박사 연구팀이 리튬 이온 박막을 투명 유연 기판에 적용해 고집적, 고유연성을 가지는 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 세계 최초로 구현하는 데 성공했다. 본 기술은 유연 기판인 컬러리스 폴리이미드(Colorless Polyimide) 위에 리튬이온을 초박막화해 플라즈마 화학 기상 증착법으로 저온에서 합성한 2차원 나노소재와 접목한 것으로, 고집적 및 고유연성을 가진 차세대 인공지능 반도체 소자를 개발하는 기술이다. 10~30밀리미터(㎜)의 곡률 반경과 700번 굽혔다 폈다를 반복하는 유연 시험에도 뚜렷한 성능저하 없이 95% 수준의 높은 손글씨 패턴 인식률을 나타내는 것을 확인했다. 기존 인공지능 반도체 소자 연구는 대부분 단단한 실리콘 기판을 기반으로 소자를 구현해, 웨어러블 형태의 기계적으로 유연하면서도 고신뢰성을 가지는 시냅스 반도체 소자를 구현하기에 어려운 점이 있었다. 본 연구팀은 선행연구로 진행된 리튬이온 초박막화 공정과 300℃ 이하의 저온에서 2차원 나노 소재를 합성하는 기술을 접목해, 고유연 기판 위에 반도체 공정기술을 이용하여 고집적, 고유연 인공지능 반도체 소자를 개발할 수 있었다.

한국생산기술연구원(원장 이낙규, 이하 생기원) 디지털전환연구부문 남경태 박사 연구팀이 산학연 융합연구를 통해 동시에 16장의 웨이퍼 검사가 가능한 ‘고속 멀티 프로빙 웨이퍼 검사 시스템’을 개발했다. 연구팀은 한 번에 한 장의 웨이퍼만 검사할 수 있었던 기존 싱글 프로 빙 장비의 한계를 뛰어넘어, 동시에 16장의 웨이퍼를 검사할 수 있는 시스템을 개발해 단위 시간 당 16배 많은 처리량을 구현할 수 있게 됐다. 우리나라는 반도체 웨이퍼 검사 장비의 75% 이상을 해외 제품에 의존 하고 있어 장비 국산화에도 청신호를 켠 성과로 평가 받고 있다. 웨이퍼 검사는 프로버(Prober) 장비의 척(Chuck) 위에 웨이퍼를 위치시 키고, 프로브 카드(Probe Card)와 접촉시켜 불량품을 선별해 내는 방식으로 진행된다.

한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연) 정준호 전략조정본부장과 KAIST(총장 이광형)는 기계공학과 박인규 교수 공동연구팀이 `차세대 3차원 나노구조체 인쇄 기술'을 개발했다고 4일 밝혔다. 연구팀은 나노 스케일까지 안정적으로 2차원 구조체를 인쇄할 수 있는 나노전사 인쇄 기술과, 신축 기판에 가해진 압축력에 의해 좌굴된 최종 형상을 예측할 수 있는 설계 기법을 개발해 차세대 3차원 나노구조체 인쇄 기술을 구현했다. 공유 결합 기반의 나노 전사 인쇄 기술은 탄성중합체 기판 위에 50 나노미터(nm) 선폭을 갖는 금속/세라믹 물질의 안정적인 전사를 가능하게 했다. 또한, 전사될 신축 기판의 마이크로 패터닝을 통해 인쇄될 물질의 선택적인 접착과 좌굴을 쉽게 하고 접합부의 형상을 제어해 기판의 국부적인 신장률을 설계할 수 있음을 보였다. 연구를 지도한 기계연 정준호 박사, KAIST 박인규 교수는 "개발된 차세대 3차원 나노구조체 인쇄 기술은 나노구조체 제작 공정의 본질적인 문제인 낮은 범용성 및 디자인 다양성과 대량 생산의 어려움을 해결할 수 있을 것으로 기대되고, 추후 반도체 소자를 포함한 다양한 나노 전자 소자 제작에 활용될 수 있을 것이다ˮ라며 "이는 나노구조체 제작 기술의 압도적 선도 국가가 되기 위한 발판이 될 것이다ˮ고 연구의 의의를 설명했다.

국내 연구진이 금속(도체)에서 절연체(또는 반도체)로 상전이를 일으키는 물질의 전기저항 변화를 이용해 다진법을 구현할 수 있는 소자 기술을 개발했다. 한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI)은 연구장비개발부 홍웅기 박사 연구팀이 한국화학연구원(원장 이미혜, 이하 화학연) 화학소재솔루션센터 장훈수 박사와 공동으로 뇌신경의 신호 체계를 모방한 병렬 구조의 나노소자를 제작해 상전이 특성을 이용한 다중저항 스위칭 메모리 소자를 개발했다고 28일(화) 밝혔다

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환/ 이하 재료연) 나노표면재료연구본부 김용훈, 권정대 박사연구팀이 리튬이온 배터리 핵심 소재인 리튬이온을 박막화해 고집적, 고신뢰성을 가진 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 세계 최초로 구현하는 데 성공했다. 본 기술은 최근 주목받고 있는 리튬이온 배터리의 핵심 소재인 리튬이온을 초박막화해 이를 2차원 나노소재와 접목함으로써, 고집적이 가능하면서도 고신뢰성을 가진 차세대 인공지능 반도체 핵심 소자 제조 기술이다.

한국생산기술연구원이 칼슘실리케이트의 수분 흡착층을 활용해 나노시트를 제조하고, 이를 기반으로 반도체식 가스센서 실용화의 최대 걸림돌이었던 습기 문제를 해결한‘나노시트 반도체 센서기술’을 개발했다. 기능성소재부품연구그룹 정영규박사 연구팀은 먼저 거미줄 구조를 갖는 기존의 주석산화물 나노와이어 사이에 2차원 형태의 칼슘실리케이트를 성장시켰고, 감도와 수분 저항성을 동시에 높인 이 성과를 기반으로 미세먼지 전구체 물질인 이산화질소를 20ppb까지 감지할 수 있는 나노시트 반도체 센서기술을 개발했다. 개발된 나노시트 반도체 센서기술은 별도의 습기 제거장치가 필요 없어 부피와 제작단가를 줄일 수 있기 때문에 반도체식 가스센서 실용화에 청신호를 켠 것으로 평가받고 있다.