중국중화권 첨단기술 모니터링 및 DB 구축사업 신소재 분야를 중심으로

전 세계 리소그래피(Lithography) 시장은 기본적으로 ASML(네덜란드), NIKON(일본), CANON(일본) 3개 회사에 의해 독점되고 있는 상황이다. 관련 제품의 판매 가격은 매우 높으며 평균 판매 가격이 4,000만 유로에 달하여 반도체 생산설비 총 투자 분야에서 거의 20%를 차지하고 있는 상황이다. 현재 중국은 과학기술 중대 전문 프로젝트인 ‘극대 규모의 집적회로 제조 장비 및 매칭 공법’(02전문 프로젝트라고 약칭함)과 22~14 나노 관련 선행 연구를 실행 하여 65-45나노 장비, 재료, 공법 매칭 능력 및 집적회로 제조 산업 체인을 형성하였다. 52연구소는 군수용 세라믹 재료 및 가공 분야에서 달성한 성과를 기반으로 하여 ‘02전문 프로젝트’와 매칭되는 부품을 연구 개발하여 관련 재료 및 부품 연구개발을 실행하였으며, 재료 및 부품 제조 공법의 획기적인 발전을 통해 군수용 세라믹 재료 기술을 국가 경제 발전에 필요한 중대 장비에 응용하였으며 고급 세라믹 제품 산업 발전 추진에 있어 중대한 기여를 하였다. 중국내 최대의 나노 웨이퍼 OEM공장으로서 중신(中芯) 국제회사(SMIC)는 2014년 1월 26일에 공식적으로 28나노 공법 시대에 들어섰다고 발표했고 중신(中芯) 국제회사의 28나노~45나노 공법생산은 현재 건설 중인 중신(中芯) 국제회사 베이징(北京) 2기 공정에서 책임질 것이며 9월에 준공 예정이고 월 생산능력이 3.5만개인 집적회로 생산라인 1개를 구축할 것이며 생산에 투입된 후 연간 13.4억 달러의 판매 수입을 실현할 수 있고 약 2.7억 달러의 연간 이익을 실현할 수 있을 것이며 그 외 선전(深圳) 공장도 현재 건설 중에 있다고 발표하였다. 중신(中芯) 국제회사의 2013년 연간보고서에 따르면 회사의 연간 순 이익은 1.73억 달러에 달했고 전년 동기 대비 60.5% 증가되어 기록을 실현했으며 중국 비즈니스의 연간 수익은 45% 증가되어 증가폭이 제일 큰 지역으로 부상하였다고 한다. 2014년 2월 퀄컴(Qualcomm) 회사는 28나노 핸드폰 칩의 일부 생산을 중신(中芯) 국제회사로 이전한다고 발표했으며 이에 대해 마숴(馬碩)는 “퀄컴은 국제 빅 바 이어로서 조만간에 국내 최대의 나노 웨이퍼 공장과 국제적인 합작을 할 것이며 합작은 또한 중신(中芯) 국제회사의 28나노 공법수준을 향상시킬 것”이라고 설명했다. 중국은 이러한 연구 성과를 바탕으로 산업화에도 속도를 내기 시작하였다. 디스플레이에 이어 중국 내 재료 산업에 대한 집중 육성 의지를 보이고 있어 성장 가능성이 주목을 받고 있다. 중국 기업들이 자국 디스플레이 소재를 채택할 확률은 글로벌 기업들의 현지 공장을 포함해 현재 40%에 이르는 것으로 파악되고 있다. 중국은 소재의 국산화율을 높이기 위해 올해 초 유리와 편광판 등 주요 소재 관세까지 인상하였다. 중국 디스플레이 업체의 소재 국산화에 대한 관심도 높아져서, 중국 최대 디스플레이 업체인 BOE의 경우 모든 역량을 해당 자회사에 집중시키고 있다. BOE의 소재 사업 중심에는 BAE가 있는데 BAE는 BOE와 아사히글라스가 합작하여 설립 후 BOE가 100% 지분을 인수한 기업이다. 또한 BOE는 자사 공장을 중심으로 한 소재 기업들과 더불어 디스플레이 분야 클러스터 구축을 시작하였다. 나노재료변형메커니즘: 중국과학자가 나노 금속의 초플라스틱 연성을 발견하였다. 나노 동 재료가 상온에서 50배 이상의 연성을 보였고 초플라스틱 연성의 원리를 발견하였다. 이는 빈틈이 없는 나노재료의 변형된 모습이 처음 발견된 것이다. 유전체 초격자 재료: 초격자의 개념을 유전체 재료로 확장하고 주기, 준주기와 2차원 구조 유전체 초격자 제조에 성공하였다. 전자파(광파, 극초단파)와 탄성파(초음파)가 유전체 초격차 중에 전파, 유발과 결합 효과에 대해서 심도 있는 연구를 진행하였고, 새로운 효과, 새로운 메커니즘에 대한 이론적 예언부터 재료 실험 제조, 실험 검증, 원형 기기 개발까지 체계적인 원천 연구를 진행하였다. 해당 연구성과는 주로 광전자학, 광자학 등 첨단기술 분야에 사용된다. 재료 자기조립: 중국에서 재료 자기조립의 이론과 방법론이 비교적 심도 있게 연구되었다. 조립 원소 간 weak bond의 상호작용을 통해 자발적인 비랜덤 구조가 형성되고 다양한 기능을 가진 조립체계를 구축하고 새로운 재료를 만들어낼 수 있다. 이는 재료연구에 새로운 재료 제조 방법을 제시하였고 재료연구분야에 다양하게 응용될 전망이다. 중국과학기술대학 천센후이(陳仙輝) 교수 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 ‘2차원 그래핀 전계효과(Graphene field effect) 트랜지스터’ 연구에서 혁신적인 연구개발 성과를 달성하였다. 연구팀은 푸단(福旦)대학 장위안보(張遠波), 펑둥라이(封東來) 교수 및 우화(吳骅) 교수 연구팀과 협력하여 성공적으로 몇 개 나노 두께 정도가 되는 ‘2차원 그래핀 전계효과 트랜지스터’를 연구 개발하였다. 관련 연구개발 성과는 지난 3월 2일 온라인으로 ‘네이처·나노 과학기술’ 학술지에 발표되었다. 중국과학기술대학 연구팀과 푸단(福旦)대학 연구팀이 공동으로 실행한 이번 ‘2차원 그래핀 전계효과 트랜지스터’ 연구는 중대한 성과를 달성하였으며 최초의 몇 개 나노 두께 밖에 안 되는 ‘2차원 블랙 인(Black phosphorus) 전계효과 트랜지스터’를 개발하는데 성공하였다. 이번에 달성한 연구개발 성과는 향후 계산 능력이 더욱 강하고 체적이 더욱 작고 에너지 소모가 더욱 작은 컴퓨터를 개발하는데 거대한 가치를 보유하고 있다. 이번 연구개발 성과의 달성은 국제 나노 기술 분야에서 그래핀을 발견한 후 달성한 또 하나의 중대한 성과에 속한다. 블랙 인 및 황화몰리브덴(Molybdenum disulfide)의 개발은 이런 국면을 전환시켰다. 블랙 인은 인의 한 가지 동소체(Allotrope) 변형에 속하며 단일 층의 인 원자가 겹쳐서 형성된 2차원 결정체에 속한다. 그래핀과의 제일 큰 구별은 블랙 인에는 반도체 에너지 갭이 있다는 점이다. 2년 전 중국과학기술대학의 천센후이(陳仙輝) 교수는 블랙 인을 생산할 수 있다고 했을 때 블랙 인이 매우 이상적인 반도체 재료로 될 수 있을 것이라고 예측하였다. 장위안보(張遠波) 교수는 “예상과 같이 현재 연구팀은 관련 연구를 통해 블랙 인은 나노 두께 정도 밖에 안 되는 2차원 결정체로 개발한 후 매우 이상적인 반도체 성능을 보유하고 있다는 점을 발견했으며 미래의 집적회로에 응용할 수 있다는 연구 결론을 도출하였다”고 설명했다. 관련 설명에 따르면, 미국 IBM에서 생산한 탄소 나노 재료 집적회로는 계산 속도를 대폭 향상시키고 컴퓨터 부피와 에너지 소모를 감소시킬 수 있다고 한다. 미래 지향적인 2차원 블랙 인 재료는 탄소 나노 재료를 초월하게 될 것으로 전망 된다. 연구팀의 설명에 따르면, 동 “나노의 별” 신 재료는 다섯 개의 대칭되는 금 구리 합금 나노 결정체를 보유하고 있으며 근적외선 구역에서 비교적 강한 광 흡수 및 광 열량 전환능력을 보유하고 있다고 한다. 연구팀은 유방암에 걸린 쥐의 체내에 동 재료를 주입시킨 후 종양부위에 근적외 선 레이저로 조사(照射)했으며 국부 고온을 생성시켜 암세포를 제거하였다. 동 치 료법을 사용한 후 쥐의 유방암은 4일 내에 치유되는 것으로 나타났다. 동시에 신형 나노 재료는 풍부한 모서리와 독특한 결정 표면을 보유하고 있기 때문에 촉매 산화 환원 반응에서 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는 것으로 나타났다. 일반적으로 촉매물질의 사이즈가 작을수록 촉매효과가 좋지만 특수한 구조 때문에 사이즈가 70나노인 오각별 형태 금 구리 합금 나노 결정체의 촉매 성능은 동일한 수량의 전통적인 5나노의 순금 촉매물질보다 더욱 강한 것으로 나타났다. 관련 설명에 따르면, 동 재료는 성능이 우수하고 가격이 저렴하며 제작이 간편하여 생물 진료(예를 들면 종양 치료) 및 촉매분야에 폭 넓게 응용될 것이라고 한다.