東芝, 캐논 제휴
차세대 반도체 개발
노광미세화 선폭 15나노미터 양산
東芝와 캐논은 차세대 반도체 기술로 연대한다. 올해 안에 웨이퍼에 회로를 형성하는 노광공정의 미세화를 추진하기 위한 공동연구에 착수. 2015년도에 세계 최소인 15나노미터의 회로서폭을 실현한 NAND형 플래시 메모리의 양산을 목표로 한다. 東芝는 미세화로 이 메모리의 원가 경쟁력을 높인다. 캐논은 첨단기술을 채용한 신제품으로 노광장치 사업의 부활을 겨냥한다. 1990년대 이후 일본의 반도체 사업의 경쟁력은 저하해 왔다. 두 회사는 「일본연합」으로 손을 잡고 기술혁신을 리드하며 반전 공세에 나선다.
두 회사 간부가 연대를 위한 협의를 진행하고 있다는 것을 밝혔다. 東芝의 四日市 공장(三重縣 四日市)에 캐논의 첨단제조 장치를 도입하여 연구를 진행할 방침이다. 개발비의 분담 등의 상세한 내용은 올해 안에 결정하여 발표할 전망이다.
공동연구를 할 것은 「나노인프린트」라고 불리는 차세대 반도체 노광기술이다. 수지재료를 도포한 웨이퍼 위에 틀을 눌러서 요철을 만드는 형태로 회로를 형성한다. 캐논은 이 기술에서 많은 노하우를 가진 미국 모레큐라인프린트(텍사스주)를 4월에 완전 자회사화하기로 결정했다.
東芝는 NAND형 프래쉬 메모리의 세계 최고 자리를 대한민국의 삼성 전자와 겨루고 있다. 미세화로 한 장의 웨이퍼에서 취할 수 있는 반도체의 수를 늘려서 원가 경쟁력을 높이는 전략으로 올 여름에는 선폭 16나노 - 17나노미터(현행은 최소 19나노미터)의 생산을 시작할 계획이다. 그 다음은 「현행 기술로는 어렵다」(東芝 간부)고 보고 15나노미터 수준을 겨냥하는 나노인프린트의 실용화를 꾀한다. 지금까지 東芝는 첨단노광장치를 네덜란드의 ASML로부터 조달해 왔다.
캐논은 나노인프린트 기술을 반도체 노광장치 사업의 키포인트로 위치시키고 있다. 현재는 ASML, 니콘과 차이가 난 상태이지만, 양산 기술을 확립한 뒤에 東芝로부터 대량 수주하여 2 -3년 이내에 이 장치의 세계 점유율을 15%(현재는 5% 전후)로 끌어올릴 예정이다. 올해까지 2기 연속의 영업적자를 전망하는 「산업기기 기타 사업」을 2015년도에 흑자화시킬 계획이다. 일간공업

그림. NAND형 플래쉬 메모리를 제조하는 東芝의 四日市 공장.

생산공정 5분의 1
비닐론 장섬유
클라렌, 기술개발에 기준을 세우다.
클라렌은 합성섬유의 하나로 로프나 자동차용 오일브레이크호스 등에 사용되는 비닐론 장섬유의 생산 프로세스를 종래 대비 약 5분의 1로 단축하는 기술의 개발에 기준을 마련했다. 새로이 공장을 건설하거나 라인을 증설하거나 할 경우, 좀 더 공간 절약적인 설계로 구축할 수 있기 때문에 설비투자와 에너지 원가의 억제에 기여한다. 3월까지 기술을 확립하여 2014년 올해 안에 실증 플랜트 건설을 목표한다. 실증 플랜트는 자사의 岡山사업소(岡山市 南區) 내에 마련할 예정. 비닐론 장섬유의 수요 변동에 맞추어 유연한 생산체제의 구축으로 이어나갈 것이다.
비닐론은 폴리비닐알코올(PVA)를 원료로 하는 합성섬유로 이 회사가 1950년에 세계 최초로 공업화했다. 통상은 원료 투입, 방사(紡絲), 연신(延伸), 마무리 처리 등 복수의 공정을 거쳐서 제품화된다. 이 사업소의 연간 생산능력은 장섬유가 1만 톤, 단섬유는 3만 톤이다.
앞으로는 단섬유 타입에 대해서도 프로세스를 단축하는 기술 개발을 추진한다. 단섬유 타입은 시멘트 보강용(FRC)비닐론에 대응한다. 건축자재에 비닐론을 혼합함으로써 잘 갈라지지 않고, 굴곡 압력에 대한 강도를 높일 수 있다. 최근에는 유럽을 중심으로 아스베스트(석면) 규제로 수요가 확대. 앞으로는 브라질 등의 신흥국에서도 아스베스트의 대체 재료로 수요를 기대할 수 있을 것이라고 한다. 일간공업

그림. 비닐론 장섬유는 고무 자재나 농업 자재, 수산 자재 등 용도가 다양하다.

전자측정효율 5배
「공명흡수」분광장치 개발
京都大學 原子爐實驗所의 增田亮 연구원 등 연구팀은 이탈리아의 트리에스테 방사광연구소, 高輝度光科學硏究센터, 日本原子力硏究開發機構, 茨城大學과 공동으로 전자를 측정할 수 있는 「방사광 메스바우어 흡수분광법」의 측정 시스템을 개발했다. 전자검출의 측정 효율을 개선할 수 있기 때문에 레아어스(희토류)를 이용한 기능성 재료 등의 응용연구로 이어지리라 기대된다.
메스바우어 흡수분광법은 원소에 방사광 에너지 흡수로 여기하는 「공명흡수」수법을 이용하여 자석 등의 물질의 성질을 조사할 때 사용한다. 지금까지 검출기는 가시광을 차단하기 위해 베릴륨(Be)박판을 창문에 붙였다. 단, X선은 Be를 투과하지만, 전자는 Be를 투과할 수 없다고 한다. 연구팀은 X선 창문을 없앤 검출기를 좁은 에너지 폭으로 공명하는 산란체와 같은 진공 챔버 안에 봉입함으로써 가시광을 차단하면서 산란체로부터의 X선과 전자 신호를 동시 검출할 수 있도록 했다.
전자를 검출할 수 있도록 개발한 시스템은 측정효율이 5배가 되었고, 지금까지는 며칠이 걸렸던 스펙트럼 관측이 10시간이며 가능하게 되었다. 앞으로는 자석이나 초전도 재료 등 새로운 물질의 합성과 기능해명에 도움이 될 것이다.
이번 연구는 京大 原子爐實驗所에서는 瀨戶誠 교수, 北尾眞司 준교수, 小林康浩 조교, 黑葛眞行 대학원생 등이 참여했다. 일간공업

하이드로젤 조직을 위한 실리카 나노입자 접착제
ESPCI 파리테크(École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris, ESPCI ParisTech)와 프랑스국립과학연구센터(Centre national de la recherche scientifique, CNRS)의 프랑스 연구자들은 고분자는 기능할 수 없는 젤(gel)성 재료를 위한 접착제를 고안해냈다. 연구자들은 최근 Nature지에 상업적 실리카 나노입자를 접착제로 젤에, 그리고 생물학적 조직에까지 사용하는 간단하고 저렴한 방법에 대해 보고하였다.
과학자들은 단순히 실리카 나노입자가 포함된 용매를 젤 표면에 한쪽에 흡수시키고 두 조각을 붙임으로써 두 조각의 폴리디메틸아크릴아마이드(poly(dimethylacrylamide), PDMA) 젤을 붙였다.
접착된 PDMA는 파괴 없이 큰 변형을 견딜 수 있었으며, 나노입자 접착제는 내수성과 자가 회복을 보였다. 이들은 잘린 두 조각의 송아지 간 조직도 접착시킬 수 있다는 것을 보여 생물학적 응용에도 가능성을 보였다.
저자들이 발견한 방법은, 나노입자의 크기를 젤 망의 구멍 크기에 맞추는 것이었다. 고분자 젤 조각의 고분자 사슬이 나노입자의 표면에서 흡수되어, 두 잘린 조각 사이에 강한 결합을 만든다.
나노입자의 표면에 아주 많은 수의 사슬이 흡수되기 때문에 조각들이 잡아당겨질 때, 재료는 에너지 분산이 이루어지는 동안 사슬 파괴가 일어나기 보다는 변형을 견딜 수 있다. 나노 입자들의 크기와 입자들의 젤 망과의 상호작용이 접착성에 영향을 주기 때문에 실리카 나노입자들은 그저 입자 크기와 계면 화학을 조정하는 것을 통해서 구체적인 응용과 재료에 맞게 조절될 수 있다.
프랑스 연구팀의 발견은 접착제에 새로운 지평을 열었다. 보도 자료에 의하면 이 발견은 특히 의학과 수의학 분야, 그 중에서도 수술 및 재생의학에서 새로운 응용 및 연구 분야를 개척하였다. 예를 들어 본 방법을 통해 절개되거나 깊은 손상을 입은 피부나 기관을 붙이는 것이 가능해질 것이다. 게다가 보철 및 의료 기기 (붕대, 패치, 하이드로젤 등)의 제조자들에게 만큼이나, 음식공정과 화장품산업도 관심을 가질만하다. ACB

그림. 프랑스의 과학자들은 실리카 나노입자들로부터 젤성 재료와 붙으며, 변형을 견딜 수 있는 접착제를 고안해냈다.

새로운 나노발전기, 자가발전 전자기기에 대한 가능성을 보이다
과학자들은 최근 스마트폰을 충전기로부터 떨어져있을 때도 충전할 수 있게 하는 나노발전기를 고안해냈다.
연구의 선임저자이며 위스콘신대학교 매디슨캠퍼스(University of Wisconsin–Madison)의 재료공학과 교수인 Xudong Wang은 보도 자료에서 “우리는 이 기술이 자가 충전 개인용 전자기기를 만드는 것에 대한 새로운 해답이 될 수 있을 것이라고 믿습니다.”라고 말했다.
Wang과 그의 박사과정 학생 Yanchao Mao, 그리고 쑨원 대학(Sun Yat-sen University, China)과 미네소타대학교 덜루스캠퍼스(University of Minnesota Duluth)의 연구팀에 의해 개발된 메조포러스 압전 나노발전기는 자동차의 탑승객 좌석과 같은 표면으로부터의 진동 에너지를 수확하고 전력으로 변환한다.
보도 자료에 의하면 변형이나 전기장에 의존하기보다는, 연구자들은 산화아연 나노입자들을 PVDF 박막으로 결합하여 진동 에너지를 수확할 수 있게 하는 압전 상을 형성하게 하였다. 그리고 그들은 필름에서 나노입자들을 에치해냈다. 그 결과로 만들어지는 상호 연결된 기공들은 그 크기 때문에 ‘메조포어’ 라 불리며, 원래 강성인 재료가 스펀지처럼 행동하도록 만든다.
연구자들은 그 스펀지성(sponginess)이 기기를 충전하기 위해 진동 에너지를 이용하는 데에 가장 중요하다고 한다. 그들은 가장 납작하고 거칠며, 굴곡이 많은 표면인 것으로 알려져 있는 사람 피부를 포함하여 납작하고, 거칠며, 굴곡이 많은 표면에 부드럽고, 유연한 메조포러스 고분자 박막을 매끄럽게 적용할 수 있었다. 그런데 휴대폰에 적용되었을 때에는 박막이 휴대폰 자체의 무게를 이용하여 변위를 향상하고 전기 출력을 증폭시킨다.
자료에는 나노발전기가 전자 기기에 더해지면 스스로 기기를 충전하기에 충분한 에너지를 모을 수 있을 것이라 나와 있다. 추가적으로, 기기의 디자인과 제작이 간단하기 때문에 Wang은 훨씬 더 큰 규모로 응용될 가능성이 있다고 예상한다.
그는 보도 자료에서 “우리는 박막에 가변적인 기계적 특성을 만들 수 있다. 그리고 기기의 디자인도 중요하다. 우리가 구조를 실현할 수 있기 때문에 폰 충전케이스나 자가발전 센서 시스템이 가능해질지도 모른다.”고 말했다. 이 논문은 Advanced Energy Materials지에 “Sponge-like piezoelectric polymer films for scalable and integratable nanogenerators and selfpowered electronic systems” 이란 제목으로 게재되었다. ACB

그림. 위스콘신대학교 매디슨캠퍼스의 연구자들은 자가발전 전자기기를 만드는 데에 열쇠가 될 기기를 개발하였다.

---이하 생략(자세한 내용은 세라믹코리아 2014년 6월호  또는 지난호보기 PDF파일을 참조바랍니다.)