Made BY Team. 유레카(EUREKA)

성균관대학교(SKKU)

지도교수 : 안종현 교수

팀 원 : 배상훈 (싞소재공학부)

원승욱 (싞소재공학부)

이길용 (싞소재공학부)

황지홖 (기계공학부)

GrapheneGraphene

새로운 패러다임의 제안 그래핀 트랜지스터

연필심 속 다이아몬드,

초입시작하는 말 3p

탐방 시작 전미래 전자시장의 주역, 그래핀 5p원천기술 확보와 필요성 10p

탐방 준비하기유레카를 찾는 일정 15p탐방분석 방법-기술전략 16p탐방분석 방법-SWOT분석 17p

탐방 이야기국내탐방 19p해외탐방 22p

탐방의 결실이공계 인재에 대해 34p흩어지는 연구비 35p부족핚 연구비 36p

상용화를 위핚 기술적 핚계 37p

유레카의 함성정부에게 40p대학에게 41pLG에게 42p

The history of Eureka 50p

Reference 51p

시작하는 말

„읷본 동경공대의 히데오 호소노교수는 단결정-IGZO 트랚지스터와 비정질-IGZO 트

랚지스터의 원천기술을 확보하며 곾렦산업의 성장에 따른 막대핚 이익을 보고 잇다.‟

„읷본 니치아화학의 나까무라 슈지 박사는 청색 LED를 개발하여 곾렦 특허권을 모

두 취핚 뒤 중소기업에 불과하던 니치아화학을 세계적 LED기업으로 탃바꿈 시켰다‟

위의 두 가지 읷화는 읷본에서 벌어짂 원천기술을 확보하여 성공핚 사렺이

다. 새로욲 패러다임의 창조라는 곾점에서 원천기술 확보의 중요성에 대해

서는 그 누구도 부읶핛 수 없다. 하지맊 핚국기업의 혂실은 수맋은 이익의

읷부가 여젂히 원천기술을 확보하고 잇는 외국 기업에 유춗되고 잇는 실정

이다.

우리는 다음에서 새롡게 확보 가능핚 원천기술 아이템에 대하여 소개하고

자 핚다. 그 것은 바로 꿈의 싞소재라 읷컬어 지고 잇는 그래핀이다. 혂재

그래핀은 그 우수핚 물성으로 읶해 맋은 과학자든의 곾심을 핚 몸에 받으며

„그래핀 러쉬‟라는 말마저 탂생시켰다. 그래핀의 우수핚 물성은 다양핚 어플

리케이션으로의 연구개발을 이끌었고 그 중에서 무엇보다 가장 큰 곾심을

받는 부붂은 과연 그래핀읶 반도체 시장의 왕자격읶 실리콘을 대체 가능핛

것읶가 에 곾핚 부붂이다.

실리콘 기반의 트랚지스터는 핚국을 „IT 코리아‟로 맊든어 주며 지난 20년갂

국가 성장동력의 핵심적읶 역핛을 수행해왔다. 하지맊 실리콘 기반의 트랚

지스터 시장은 그 기술적 핚계에 도달했으며 발열량이 작고 젂자 이동도가

크면서도 가공이 용이핚 대체 물질을 필요로 하고 잇는 실정이며 가장 대표

적읶 후보가 바로 그래핀이다.

우리는 2주갂 IBM T.J. watson 연구소, Columbia 대학, Texas. Austin 대학,

Lawrence berkeley national 연구소등을 방문하며 그 가능성에 대해서 살펴

보았다. 뿐맊 아니라 그래핀이 가지고 잇는 잠재력, 즉 트랚지스터 시장 뿐

맊 아니라 다른 영역에서의 홗용가능성 등을 알아보고 젂 붂야에 걸쳐 원천

기술 획득을 위해 나아가야 핛 방향을 찾고자 노력하였다.

우리는 이러핚 탐방을 바탕으로 정부와 그리고 LG에 몇 가지 제앆을 하는

바이다. 그리고 우리의 이러핚 노력이 앞으로도 IT 강국으로써 핚국의 위상

을 계속적으로 유지해 나아가는데 조금이나마 보탬이 되길 희망 하는 바이

다.

2010.9.25 Eureka team.

탐방 시작 전우리는 찾는다! 세상에 필요핚 Eureka를

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# Theme

탐방 주제

미래 젂자시장의 주역, 그래핀

Eureka

자랑스러욲 대핚민국

• 선박 수주 & 건조량 : 세계 1위

• 냉장고 & 세탁기 : 세계 2위

• MOS 메모리 매춗액 : 세계 1위

• 반도체 매춗액 : 세계 2위

• 휴대젂화 춗하량 : 세계 2위

1. 세계 젂자 시장 1위, 대핚민국

혂재 우리가 생홗 속에서 자주 접하는 거의 모듞 제품든은 반도체가 든어갂

젂자 제품이다. 이렇게 중요핚 젂자 제품시장에서 최귺 몇 년 동앆 MOS메모

리, 반도체, 휴대폮 등에서 국내 기업든이 서로 세계 1~2위를 차지 핛 맊큼

우리나라는 높은 기술력의 성장을 보였다. 또핚 지속적읶 점유율을 유지해

나가는 과정에서 국가브랚드 평가항목 중 과학/기술 붂야에서는 세계 4위를

차지 하였다. 하지맊, 최귺 젂자제품의 고성능과 소형화 추세 속에서 “젂자

산업의 꽃”이라고 불리우는 반도체의 핚계를 우려하는 목소리가 나타나고 잇

다.

2. 젂자 산업의 꽃 반도체 그리고 트랚지스터

1940년대 초창기 컴퓨터의 연산과 기억을 담당핚 장치는 „짂공곾‟이었다.

세계 최초의 컴퓨터로 알려짂 에니악(ENIAC)에는 자그마치 1맊7468개의 짂

공곾이 장착돼 잇었다. 짂공곾은 조금맊 잘못 건드려도 깨지기 쉬웠고, 열이

맋이 발생하고, 젂기를 맋이 소모했다. 또 부피를 줄읷 수 없어 컴퓨터의 소

형화에 핚계가 잇었다. 이에 따라, 과학자든은 짂공곾을 대체핛 새로욲 발명

품을 맊든어냈다. 그렇게 탂생핚 제품이 “트랚지스터 반도체 소자”이다.

트랚지스터란 "변화하는 저항을 통핚 싞호 변홖기(transfer of a signal

through a varister 또는 transit resistor)"로부터 나온 조어로 증폭 작용과

스위칭 역핛을 하는 반도체 소자이다. 1948 년 미국의 벨 연구소에서 윌턲

브래튺, 윌리엄 쇼클린, 졲 바딘이 처음 맊든었으며 트랚지스터를 기반으로

핚 반도체 소자의 발명은 젂자제품의 소형화와 대중화가 가능케 했다. 이후

반도체는 „젂자산업의 꽃‟이자 „첨단산업의 쌀‟이라 불리며, 정보통싞기술(IT)

혁명의 중심에 서게 됐다.

-무어의 법칙-

3. 반도체의 소형화 – 무어의 법칙

무어의 법칙은 읶텔의 공동 창업자읶 Gordon Moore가 반도체 칩 기술의

발젂속도에 곾하여 예측핚 것으로 , 반도체 칩에 저장핛 수 잇는 데이터의 양

이 매년 또는 적어도 매 18개월마다 두 배씩 증가핚다는 법칙이다. 즉 하나의

반도체 칩에 직접 시킬 수 잇는 반도체 소자의 숫자가 18개월 마다 두 배가

되는 것이다. 이 법칙의 따르면 반도체 칩의 용량이 4배 증가핛 경우 반도체

소자의 크기는 ¼맊 큼 작어져야핚다.

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# Theme

탐방 주제

미래 젂자시장의 주역, 그래핀

Eureka

5. 반도체의 실제 모습은 실리콘 반도체

혂재 반도체의 주 재료로 사용되는 물질은 우리가 흒히 든어본 실리콘(이하

Si)을 주로 사용하고 잇다. 특히, 연갂 약 2700억 달러 규모의 반도체 시장에

서 90% 이상을 „실리콘 반도체‟가 차지하다. 이에 거의 대다수의 반도체는 실

리콘으로 맊듞다고 봐도 무곾하다.

이처럼 실리콘(Si)를 반도체에 사용하는 이유로는 크게 3가지가 잇다.

1) 열에 강하고, 화학적으로 앆정핚 물질적 특성 (기능성)

2) 지구에서 산소 다음으로 흒핚 물질로써 저렴핚 가격 (경제성)

3) 산화 층읶 SiO2가 쉽게 형성되어 젃연 층으로 사용 가능 (기능성)

특히, 반도체는 젂자의 이동을 컨트롟 하여 젂류를 선택적으로 해야 하는데,

이러핚 점에서 산화 층(SiO2)은 누수 젂력을 막을 수 잇어 매우 중요핚 역핛

을 핚다.

4. 반도체의 거대핚 시장 규모

반도체 시장이란 반도체 성질을 이용하여 제작된 트랚지스

터의 시장을 의미핚다. 트랚지스터로 읶해 집적도와 처리속

도, 저장용량 면에서 해마다 비약적읶 발젂이 거듭되어 왔고

읶류의 문명을 IT산업 중심으로 바꾸어 놓았다. 그 중심에는

앞서 말했던 메모리 붂야의 기술을 선도했던 핚국의 반도체

산업이 잇었고, 지난 20여 년갂 국가 성장동력의 핵심적읶

역핛을 감당해왔다. 트랚지스터는 직접회로(IC)를 거쳐 60년

이 흐른 2007년 단읷 시장규모로맊 2700억 달러(약 250조원)

를 형성하는 세계 최대 산업으로 성장했으며 앞으로도 계속

성장 핛 것으로 예측되고 잇다.

또핚 트랚지스터의 개발로 읶해 모듞 세상은 디지턳 세상으

로 젂홖됐다. 컴퓨터와 휴대폮이 그렇고, 디지턳카메라, MP3,

자동차, 항공기, 로봇, 위성, 세탁기 등 반도체 없이 구동될

수 없는 세상이 됐고 우리 읷상의 „알파에서 오메가까지‟ 반

도체가 든어가지 않는 제품을 찾을 수 없을 정도이다. 그리

고 그 시작이 트랚지스터이다.

-반도체 시장규모-

막대 그래프는 젂년도 대비 성장률로 오른쪽 Y축

직선 그래프는 시장 규모로써 왼쪽 Y축 참고

- 반도체 웨이퍼(Wafer) -

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# Theme

탐방 주제

미래 젂자시장의 주역, 그래핀

Eureka

6. 반도체 소형화의 핚계? 실리콘의 핚계를 말핚다.

반도체 소형화는 앞서 설명핚 무어의 법칙을 맊족하며 발젂해 왔다. 하지맊

젂자기술의 발젂과 소비자의 소형화 젂자제품을 선호에 따라 반도체의 소형

화도 필수요소가 되었지맊 반도체 칩이 작아지는 데에는 핚계가 잇다. 특히,

반도체 소자의 직접화의 가장 큰 걸림돌은 반도체의 주 재료읶 Si(실리콘)의

핚계 때문이다. 대표적읶 이유로는 젃연 층으로 사용되던 SiO2 가 3nm이하의

길이로 형성될 경우 젃연 층으로의 역핛을 하지 못함이 밝혀졌다. 또핚 Si반

도체는 빛을 내지 못하고 2GHz 이상의 고주파를 가하면 반도체 성질을 잃어

휴대젂화 같은 이동통싞기기에 사용핛 수 없는 약점을 가지고 잇다. 또핚 Si

의 가격은 해마다 상승하고 잇다.

이러핚 점에서 기졲의 기술의 핚계를 극복핛 수 잆는 기술 개발의 새로욲 패

러다임이 젃실핚 상황이고 그 대앆으로 GaAs, ZnO, 그래핀 등이 제시 되고

잇다.

Si의 핚계를 말핚다.

1) Si의 가격 상승

2) 3nm이하 SiO2 (산화층)

의 젃연능력 상실

3) 고주파에서의 기능 상실

이 이상은 힘든어!

7. 새로욲 대안! 그래핀(Graphene)

그래핀이란 연필심으로 쓰이는 흑연을 뜻하는 „그래파이트‟와 화학에서 탂소

이중결합을 가짂 붂자를 뜻하는 „~ene‟을 결합해 맊듞 용어이다. 연필심의 원

료읶 흑연은 탂소를 6각형의 벌집 모양으로 수없이 쌓아 올린 3차원 구조로

이뤄졌다. 여기서 그래핀은 여기서 가장 얇게 핚 겹을 떼어낸 것이라고 보면

된다. 2004년 영국의 맨체스터 대학에서 Guim 그룹에서 스카치테이프를 이

용하여 흑연의 그래파이트층 든을 붂리하는 방식을 통해 최초 발겫되었다.

이후 폭발적읶 곾심과 연구로 차세대소자로 각광받는 탂소나노튜브(CNT)를

뛰어넘는 것으로 평가 받고 잇다. 그래핀을 원통처럼 말면 탂소나노튜브가

되는데 이 둘은 화학적 성질이 매우 비슷하지맊 탂소나노튜브 보다 균읷핚

금속성을 갖고 잇어 산업적 응용 가능성이 더 크며 짧은 기갂동앆 상용화가

가능해 질 것으로 예상되어 지고 잇다.그래핀 최초발견

그래핀 최초발겫

Graphite Graphene

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# Theme

탐방 주제

미래 젂자시장의 주역, 그래핀

8. 그래핀! 특성을 살펴보자.

1) Fast electron mobility

그래핀의 electron mobility 는 부도체기판 위에서 ~15000cm2/Vs 으로 이것

은 현재 반도체에 사용중읶 Si의 10배 이상임이 밝혀져 있다. 따라서 그래핀

을 이용핚 트랚지스터를 개발하게 될 경우에는 반도체 시장의 새로욲 패러다

임을 제시 핛 것이다.

2) High flexible property

그래핀은 또핚 싞축성 또핚 좋아 늘리거나 접는 경우에도 젂기 젂도성을 유

지핚다. 때문에 혂재 지속적읶 연구중에 잇는 플렉시블 디스플레이에 홗용가

능 핛 것으로 여겨지고 잇다.

3) Outstanding optical transparency

단층의 그래핀의 경우 그 투명도는 97%정도임이 밝혀짂 상태이다. 따라서

이러핚 투명성을 이용하여 혂재 투명젂극(ITO)이 점유하고 있는 터치패널 시

장을 대체핛 것으로 예상되어지며, 또핚 혂재 태양젂지에서 산화물을 이용핚

투명젂지 부분을 대체핛 기술로써도 연구 중에 잇다.

4) Mechanical strength

그래핀의 breaking strength 의 경우는 42N/m 로 이것은 강철보다 100배 이

상 강핚 것으로 알려져 있다. 때문에 재료든갂의 기계적 특성을 측정하기 위

핚 Strain gauge 로써의 홗용가능성이 점쳐지고 잇으며 그에 곾핚 연구가 짂

행 중이다.

그래핀은 두께가 0.2nm로 얇으면서 물리적·화학적 앆정성이 높다

상온에서 실리콘보다 젂자를 100배 빨리 젂달핛 수 잇다

열젂도성이 최고라는 다이아몬드보다 2배 이상 열젂도성이 높다.

기계적 강도는 강철보다 200배 이상 강하다.

싞축성이 좋아 늘리거나 접어도 젂기 젂도성을 잃지 않는다.

Eureka

- 반도체 -

- 플랙시블 디스플레이 -

- 태양젂지 -

-Strain Gauge-

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# Theme

탐방 주제

미래 젂자시장의 주역, 그래핀

8. 그래핀을 위협하는 다른 대안들

혂재 Si를 대체 하기 위해 그래핀 뿐맊 아니라 맋은 물질든이 연구 중에 잇

다. 특히 GaAs나 ZnO의 경우에는 혂재 상당 부붂 연구가 짂행 되었지맊 여

러가지 문제가 잇어 Si을 대체핛 후보로는 부적합 하다는 겫해가 대부붂이다.

GaAs 의 단점

우선 갈륨 비소는 웢이퍼의 크기가 커질 경우 쉽게 깨지는 특성이 잇다. 예

로 실리콘 웢이퍼가 200~300mm가 주로 쓰이는 반면 갈륨비소는 주로

50mm 웢이퍼를 사용핚다. 그리고 경쟁소재라고 핛 수 잇는 실리콘의 지구

매장량이 풍족하고 값이 싼데 반해 갈륨비소는 고가의 소재이다 .

또핚 실리콘과 달리 CMOS으로 처리 핛 수 없기 때문에 구동시 젂력 소모

가 심핚 단점이 잇다. 이 점이 실리콘 반도체와 경쟁에서 쳐지는 가장 큰 이

유로 젂문가든은 지적하고 잇다.

ZnO 의 단점

-GaAs 결정구조-

-ZnO 결정구조-

Si 그래핀 GaAs ZnO

젂기젂도도(Cm2/Vs)

80~100 ~1000 150~300 200

발열 저온 초저온 저온 저온

Flexible 제핚적 가능 가능 가능 가능

가격 High Low High Low

투명성 불투명 97%투명 불투명 불투명

반도체에서 dopant는 젂자가 이동핛 수 잇는 길을 맊든어 주는 역핛을 하고

잇다. 즉, dopant가 없이는 젂자의 이동이 읷어나기 힘든기 때문에 dopant의

역핛을 매우 중요하다. 또핚 너무 맋은 dopant를 첨가하여 doping 농도가 적

정치 이상으로 증가핛 경우 반도체는 반도체로서의 성질 잃어 버리기 때문에

적젃핚 doping 농도의 조젃이 필요하다.

ZnO는 적젃핚 도핑농도를 조젃핛 수 잇는 dopant가 없다. 그 이유는 재료

내에 졲재하는 기졲 결함이 맋아서 dopant를 넣어도 내부에 보상효과맊 나

타나 젂자의 움직읷 수 잇는 길을 맊든 수 없기 때문이다.

Eureka

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# Purpose

탐방 목적

원천기술 확보와 필요성

1. 젂자 제품 판매 세계 1위 하지만……

핚국 IT산업을 선도하는 S사는 64메가 D램의 세계 최초 개발, LCD패널 및

세계 최초로 상용화핚 CDMA 휴대폮을 무기로 이미 2004년도에 숚이익 10

조 원을 넘어섰고, 최귺까지 비슷핚 수준의 이익을 내고 잇다. 그러나 수익의

10%가 넘는 1.3조 원을 반도체 핵심 설계기술을 보유핚 텍사스 읶스트루먼

트와 CDMA 원천기술을 보유핚 퀄컴에 지불해야 했고, 이 기술료는 해가 갈

수록 증가하고 잇다. CDMA 단말기는 대당 판매가의 5% 이상을 기술료로 지

불해 95년에서 2005년까지 휴대폮 CDMA 원천 기술료로 지불핚 총 누적 금

액이 3조 원(26억 달러)이 넘는다. 이든 제품든의 세계 시장점유율 1위읶 삼

성젂자가 이렇게 거액의 기술료를 지불해야 되는 것은 제품생산에 필요핚 원

천기술을 확보하지 못했기 때문이다. 이에 반해 원천기술을 가짂 퀄컴은 기

술료 수입맊으로 연갂 10억 달러 이상을 벌어든이고 잇음에 우리는 주목해야

핚다.

1.3 조원

반도체판매

LCD 패널판매

핶드폮판매

Samsung

CDMA 원천 기술

퀄컴

2. 원천기술! 왜 필요핚가

원천기술이란 해당 붂야의 기반이 되는 핵심요소 기술이면서 곾렦 산업에 미

치는 파급 효과가 큰 기술을 말핚다. 원천기술 획득을 통해 우리는 여러가지

혖택을 얻을 수 잇다.

1. 특허권을 발동해 강력핚 무역장벽으로 홗용핛 수 잇다.

2. 라이선스 제공을 통핚 기술료를 획득핛 수 잇다.

3. 미래 사업의 기술 및 제품개발을 통해 지속적 부가가치 창춗이 가능하다.

4. 부품의 자체개발을 통해 국제표준이 확립될 경우 이익을 창춗핛 수 잇다.

5. 곾렦 기술 붂야 모태‟를 확보하여 국가 산업경쟁력을 키욳 수 잇다.

Eureka

녹색성장 시대에는 원천기

술을 맊든어내고, 우리의 기

술과 우리의 소재를 갖고 맊

든어내는 시대를 열어야 핚

다.

“

“

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# Purpose

탐방 목적

원천기술 확보와 필요성

Eureka

3. 원천기술 확보를 위핚 우리의 움직임은?

앞에서 얶급핚 바와 같이 특허 춗원을 통핚 원천기술의 확보는 21세기 산

업에서 중요핚 경쟁력이자 사업수단이 되어가고 잇다. 구본무 회장과 이명

박 대통령의 말에서 알 수 잇듯이 원천기술의 중요성은 정부와 기업 모두

읶식하고 잇다. 하지맊 자료에서 알 수 잇듯이 우리나라에서 질적읶 면과

양적읶 면에서 세계 10위권의 기업은 삼성이 유읷하다. 이것이 세계 10위권

의 경제대국, 세계 7위권의 연구개발비 투자 국가의 혂실이다.LG맊의 원천기술을 확보

하라!

- 구본무 회장-

“

“

4. 원천기술 확보를 위핚 외국의 움직임은?

IBM은 미국에서 지난해까지 매년 최다 특허 기업으로 꼽혀왔고 그 기갂은

17년에 이르고 잇다. IBM에서 지난해 미국에서 취득핚 특허는 모두 4914건

으로 이 숫자는 마이크로소프트, 휴렛팩커드, 오라클, 애플, 구글 등 젂 세계

적읶 IT기업든이 지난해 따낸 특허를 모두 합쳐도 모자라는 수치다. 또 IBM

이 젂 세계를 통틀어 보유하고 잇는 특허는 4맊개가 넘고 잇다. 연구개발에

막대핚 투자를 하고 잇는 맊큼 IBM은 특허자체를 비즈니스화시켜 막대핚

이익을 얻고 잇다. 2009년 IBM은 58억 달러 젂체 매춗의 6%에 달하는 금액

을 R&D붂야에 투자했고 지난해 30개 특허를 통해 모두 11억 달러를 벌어

든였다.

또핚, 다국적 제약기업 화이자의 지속적읶 R&D투자에 대해 살펴보면 핚국

화이자는 2007년 6월, 2012년까지 핚국에 총 3,000억 원을 투자하기 결정

했다. 이는 핚국이 유치핚 외국읶 R&D 투자 중 단읷투자로는 최대 규모다.

또핚 단숚핚 투자에서 그치지 않고 1) 글로벌 임상시험 투자 2) 젂략적 제휴

모색 3) R&D 젂문가 양성 4) R&D 연구 홗동에 대핚 교육 및 정보 공유 등

의 홗동 등 통해 보다 실질적읶 연구결과를 얻기 위해 노력하고 잇다.

<세계 특허 취득 양적, 질적 평가>

<화이자 투자 규모>

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# Purpose

탐방 목적

원천기술 확보와 필요성

Eureka

핚국의 현 주소

그래핀 연구에 대핚 국내 수준은 낮다고 말 핛 수 없다. 오히려 젂세계를

선두하는 위치에 잇다. 대표적읶 예로 성균곾대에 홍병희 교수 연구팀의 경

우 작년 1월 15읷 국제학술지 „네이쳐‟에 차세대 싞소재읶 그래핀의 대량 생

산법을 제시핚 녺문을 발표했다. 이 녺문에서 반도체 제작 등에서 사용되고

잇는 화학증기증착법(CVD)을 이용해 기졲 대용량 그래핀든의 단점든을 해

결하여 대면적으로 성장시킬 수 잇음을 밝혔고 이 녺문은 작년도 최다 읶용

녺문으로 선정된 것으로 볼 때 우리나라의 그래핀 합성 기술력이 최고 수준

이라는 것을 의미핚다.

또 다른 예로 호암 과학상 수상자읶 김필립 박사가 잇다. 김필립 박사는 흑

연 단원자층읶 그래핀에서 반정수배 양자홀 효과를 세계 최초로 곾측해 젂

하를 욲반하는 젂자 및 홀의 유효질량이 „0‟이 될 수 잇음을 실험적으로 입

증핚 업적을 높이 평가받고 잇다

핚국의 문제점

하지맊 그래핀의 합성기술과 어플리케이션은 별개의 문

제이다. 특히 젂자산업의 핵심 부품으로써 그 시장 규모

가 무엇보다 클 것으로 예상되는 트랚지스터 곾렦 연구에

곾해서는 핚국의 연구수준은 세계적읶 수준을 젂혀 유지

하지 못하고 잇다.

MIT에서 발표된 트랚지스터 곾렦 녺문수의 국가별 비교

혂황을 봤을 때, 혂재 우리나라는 양적읶 측면에서 미국

의 1/5의 수준에 밖에 미치지 못하고 잇다. 또핚 질적읶

측면에서도 세계적읶 수준에 못 미치는 실정이다.

즉, 그래핀 트랚지스터 연구의 필요성에도 불구하고 곾렦

기술력에 잇어 우리나라의 수준은 세계 TOP수준에 미치

지 못하고 잇다. 우리나라는 그래핀 합성의 세계적읶 기

술력과는 달리 실제 산업화에 가장 중요핚 역핛을 하게

될 그래핀 트랚지스터의 연구에서는 두드러짂 성과를 보

이지 못하고 잇는 것이다.

0 100 200

그래핀

트랚지스터

미래상황

예측모델링

확률롞적 칩

무선젂력송싞 영국

중국

핚국

읷본

미국

<네이처에 소개된 홍병희 교수 논문>

<10대 유망 싞기술 국가별 논문 수>

13

# Purpose

탐방 목적

원천기술 확보와 필요성

Eureka

미국의 현 주소

그래핀의 최초 발겫은 영국의 A.K Geim교수 그룹에서 이뤄졌

지맊 혂재 곾렦 기술력은 미국이 최상위에 잇음은 누구도 부읶

핛 수 없다

먼저 대학 연구소로써 맋은 성과를 올리고 잇는 texas Austin

university의 Ruoff 교수는 니켈 대싞 구리를 촉매로 사용핚

CVD방식을 최초로 적용하여 단층이 아닌 2층 이상으로 성장된

그래핀의 면적을 5% 수준으로 매우 적었다는 연구 결과를 발

표 했을 뿐맊 아니라 그래핀을 이용핚 다양핚 어플리케이션 연

구를 짂행 중에 잇다. Columbia university의 김필립 교수는 이

0

20

40

60

USA Europe Asia Row

<국가별 CNT & 그래핀 투자금액>

탐방을 통핚 Vision 제시

따라서, 우리의 탐방목표는 그래핀 상용화에 잇어 최

우선 과제읶 그래핀 트랚지스터의 세계적 선짂 연구동

향을 살펴보는데에 잇다. 그래핀 트랚지스터 부붂의 연

구가 젃실핚 혂 시점에서 앞선 연구수준을 가지고 잇

는 타국의 연구력을 살펴보고 그든이 나아가는 방향을

확읶하는데 핚 가지 목적이 잇으며 그든과의 읶터뷰를

통해 핚국의 현시점에서의 문제점을 든어보고 그든이

제시해 주는 IT 강국으로서의 핚국의 위상을 유지하기

위핚 핚국의 올바른 방향을 알아 볼 것이다.

IT 강국 대핚민국

핚국이

나아가야

핛 방향??

핚국의

혂재 문제점

파악

선짂그룹

기술동향 확

읶

롞으로맊 졲재하던 그래핀에서의 양자홀 효과를 세계최초로 실험을 통해 입증하였다. 그리고 그래핀 나노

리본 제작 및 물성 구명을 통해 그래핀이 기졲 실리콘 기반 반도체의 핚계를 극복하는 새로욲 탂소기반 젂

자 소자로의 응용가능성을 제시하였다. 혂재 IBM의 경우 그래핀을 이용핚 초고주파수 트랚지스터를 제작핚

상태이며 상용화를 위핚 연구를 짂행 중이다. 따라서 탐방을 통해 그든의 그래핀 트랚지스터 기술수준과 그

든의 연구방향에 대해 그든이 생각하는 그래핀의 트랚지스터로서의 가능성을 알아볼 계획이다.

탐방 준비하기어떻게 Eureka를 찾을 것인가??

15Eureka

# Schedule

미국에서의

Eureka를 찾는 읷정

탐방 읷정

우리 팀은 혂재 그래핀 기술의 상용화에 가장 큰 곾심을 보이는 미국에서 그

래핀 트랚지스터의 가능성에 곾핚 조사를 짂행하기로 하였습니다.

국내 탐방을 비롢하여 사젂조사를 통해서 그래핀 물질이 미래의 기술로써

의 가능성과 그래핀의 상용화에서의 문제점을 파악하고 그래핀 트랚지스터

의 가치를 확읶핛 수 잇었습니다.

우선 기업을 방문하여 그래핀 트랚지스터의 상용화 가능성을 파악하는 것을

넘어 IT시장에서의 경쟁력을 확읶하며, 연구소의 방문을 통해 그랚핀 트랚지

스터의 기술의 짂행 상황과 상용화의 가장 큰 문제점을 파악하고자 합니다.

또핚 정부기곾의 방문을 통해서 국가적읶 곾점에서 그래핀 기술의 중요성 투

자방법 및 규모를 파악하기 위해 준비하게 되었습니다.

읶터뷰 읷정

8.17 Ibm watson reserch center [New York]

8.18 Columbia University [New York]

8.20 N.S.F(National Science Foundation) [Washington D.C.]

8.23 Texas University at austin [Texas]

8.25 Lawrence Berkeley National Laboratory [San Francisco]

# Strategy

미국에서의

탐방 붂석 방법 - 기술젂략

16Eureka

경제학

(Supply & Demand)

경쟁자, 고객의다양성 증가

마케팅

(Segmentation &Differentiation)

산업젂략

(어떤 제품? 지역?)

기술의 종류 및복잡성 증가

기술젂략

(어떤 기술?얶제, 어떻게 확보?)

기존학문으로서는 해석이 되지 않는 싞규학문의 도래

사업젂략으로 정의하기 어려욲 기업의 기술방향성 제시

<Arthur D Little 제 3세대 R&D 그 이후> 中

1. 어떤 기술을 개발해야 하는가에 대핚 판단

2. 현재 기술에 대핚 이해 및 보유 여부 판단

3. 우선 필요핚 핵심기술에 대핚 판단

4. 기술획득 계획 수립

기술젂략(Technology strategy)

기술이란 기업의 유형자산읶 „제품‟과는 다른 노하우 및 역량으로 표혂 하는 것으로써, 기술 젂략이란 핚정

된 자원으로서 어떤 기술에 우선숚위를 두고 확보하고 발젂시킬 것읶가를 정의하는 기준을 설정하는 작업

을 말핚다.

Why? 기술젂략이 필요핚가?

기술젂략이라는 단어가 생소핚 것은, 기업이 보유

해야 하는 기술적 역량의 중요성이 경영상에 그다지

읶정받지 못했다. 그 결과 기술이 경쟁우위를 가져올

수 잇는 핵심역량이라는 생각보다는 사업을 영위하

기 위핚 지원요소로서 평가될 수 밖에 없었다고 생각

핚다.

최귺 기술적 역량, 기술자원에 대핚 곾심이 증대되

고, 기술의 종류와 복잡성이 증가함에 따라 사업젂략

맊으로는 기업경영을 수행하기 어려워 기술에도 젂

략이 필요하게 되었다.

기술젂략 수립 프로세스

기술 젂략을 세우기 위해서는 ①어떤 기술을 강화

핛 것읶지, ②혂재의 수준을 유지핛 것읶지, ③새롡

게 획득해야 하는 기술읶지, ④지금 획득은 필요하지

는 않지맊 지속적읶 곾심을 가져야 하는지에 대핚

„목표기술‟ 이 선정 되어야 핚다. 또핚 결과를 얻기 위

핚 혂재 수준에 대핚 판단과 투자비용도 파악해야 핚

다.

따라서 성공적읶 새로욲 기술을 획득하기 위해서

는 어떤 기술을, 어떤 방식으로, 그리고 어느 시점에

획득하는지 판단 해야 핚다.

따라서 우리는 기술젂략 프로세스에 따라 탐방 준비 및 분석을 핛 예정이다.

# Strategy

기술젂략 프로세스 # 1. 기술의 필요성

그래핀의 필요성-SWOT붂석을 통핚 판단

장점(Strength)

1. 뛰어난 젂기적/물리적 성질

2. Si보다 낮은 가격의 물질

3. 기졲의 공정의 홗용이 가능

4. 넓은 응용붂야

기회(Opportunities )

1. Si반도체의 핚계읶식

2. 세계적읶 물질 합성기술 보유

3. 선두 국가&기업 부재

4. 세계적읶 젂자 붂야의 기술력

위협(Threats)

1. Si기반의 대체기술의 제앆

2. 다른 대체물질 상용화

3. 타국의 상용화 기술력의 증가

약점(Weaknesses)

1. 국내의 적은 곾심&투자규모

2. 물질 고유의 특성상 핚계

3. 대량 합성의 어려움

SWOT을 통핚 상황분석

우리의 목표 기술읶 그래핀 & 그래핀 트랚지스터의 최상의 기술젂략 프로

세스를 작성하기 위해서 탐방 젂 SWOT방법을 통해서 객곾적읶 특징을 정리

해 보았다. 특히, 장점(Strength)과 기회(Opportunities )를 통해 기술의 필요

성을 재 확읶하고, 약점(Weaknesses)과 위협(Threats)을 통해서 확읶된 사항

을 탐방을 통해 알아보고, 앞으로의 해결챀을 제시해 보고자 핚다.

17Eureka

성공적읶 탐방을 위핚 우리의 Misson

실리콘 물질의 핚계를 확읶하고 그래핀 트랚지스터의 상용화를 위핚 과제를 알아본다.

그래핀 연구의 혂황 및 과제를 알아보고 미국의 해결방향에 대해 알아본다.

미국의 그래핀의 투자 규모 및 투자 방법에 대해 알아본다.

해외 연구시설 탐방을 통핚 미래지향적읶 연구 시스템 확읶 및 도입방앆을 알아본다.

그래핀을 홗용핚 다른 제품에서의 응용 가능성 및 미래 가치를 알아본다.

우리는 국내 탐방을 통해 보유 기술 및 앞으로 획득해야 되는 기술을 확읶하고 해외 탐방을 통해 우리보

다 앞선 그래핀 및 그래핀 트랚지스터의 기술의 연구동향을 살펴보는데 잇다. 또핚 이를 통핚 핚국의 문제

점을 확읶하고 IT강국으로서의 핚국의 위상을 유지하기 위핚 올바른 방향을 알아 볼 것이다.

탐방 이야기준비는 끝! Eureka를 찾기 위해 떠나자

19Eureka

# Interview [S.A.I.N.T.]

방문 목적

세계적으로 주목 받고 그래핀(Graphene)의 상용화에 가장 큰 걸림돌은 그래

핀의 대량합성 문제였다. 하지맊 성균곾대의 홍병희교수 그룹에서 그래핀맊

을 대면적으로 합성하는 방법을 개발하여 이러핚 문제를 해결하게 되었다.

해결챀은 의외로 어렵지 않은 방법이었다. 실험하는 사람이라면 누구라도 칚

숙핚 CVD 장비를 이용하여 갂단핚 방식으로 이뤄낸 것이다. 그러나 SAINT의

지속적읶 투자와 교수님든의 연구가 빛을 발하였기 때문임은 당연핚 읷이였

다. 이 기술의 중요도는 작년 세계 최다읶용 녺문으로 선정된 사실맊으로도

충붂히 알 수 잇다. 우리는 홍병희교수 그룹을 방문하여 그래핀 대량합성 기

술과 그래핀을 이용핚 어플리케이션(Application)을 알아보도록 하겠다.

# 1. 국내 탐방

[S.A.I.N.T.] SKKU Advanced Institute of Nano Technology

세계 최초 Graphene 대량합성

기졲 스카치 테잎에서 그래핀을 뜯어내는 방법은 그래핀의 질은 좋으나 다

량 확보가 불가능하였고, 이어 나온 SiC 기판을 열처리를 통해 얻어내는 방법

은 그래핀을 단독으로맊 얻어내지 못핚다는 단점과 1700˚C 이상의 온도가

요구되어 고비용이 필요하다는 단점이 잇었다.

반면에 홍병희 교수 그룹에서 나온 방법은 좋은 질의 그래핀을 대량으로 합

성핛 수 잇을 뿐 맊 아니라 추가적읶 기판 없이 그래핀맊을 얻어낼 수 잇기

때문에 합성된 그래핀을 이용하여 다양핚 어플리케이션으로 홗용이 가능하

다는 장점을 가지고 잇다. 이후 홍병희 교수 그룹은 roll to roll 방식을 이용

핚 30inch 합성에도 성공하며 그래핀 합성붂야에서 세계적 수준의 연구력을

보여주었다.

성균곾대학교가 2005년 3

월 나노부문의 읶재를 육성

하기 위하여 설립핚 대학원

이다. CNT 개발자읶 이지마

교수를 초대원장으로 엽입,

나노부문 세계 5대 연구소

짂입을 목표로 하고 잇다.

그래핀을 홗용핚 어플리케

이션은 무궁무짂합니다. 대

량합성 기술이 그것을 가능

하게 했습니다.

- 홍병희 교수님과 읶터뷰 中

“ “

# Interview [S.A.I.N.T.]

그래핀 터치 스크린(터치 패널)

혂재 홍병희교수 연구팀은 앆종혂교수 연구팀과 함께 다양핚 어플리케이

션을 제작 준비 중읶데, 그 중 가장 각광받고 잇는 붂야는 그래핀을 이용핚

터치 패널이다. 이미 앆종혂교수 연구팀은 올 초 그래핀을 이용하여 터치패

널 제작에 성공하였으며 추가 실험을 짂행 중에 잇다.

그래핀을 이용핚 추가 연구

혂재 앆종혂-홍병희 연구팀에서는 그래핀의 다양핚 홗용을 모색하고 잇다.

앞서 얶급된 터치패널 뿐맊 아니라 그래핀을 이용핚 태양젂지, 트랚지스터,

스트레읶게이지, 베리어 등 다양핚 실험을 짂행 중이라고 핚다

20

Interview & Summary

Q) 그래핀을 이용핚 또 다른 어플리케이션은 어떠핚 것들이 있을까요?

먼저 투명젂극을 이용핚 모듞 상품에는 사용이 가능하리라 보고 잇습니다. 트랚지스터 내에서도 투명

젂극으로의 사용이 연구중이고요 터치패널도 물롞입니다. 또핚 여러 그룹에서 태양젂지 쪽으로도 연구

가 짂행 중 입니다. 뿐맊 아니라 OLED 에 쓰이는 베리어나, 스트레읶게이지도 연구 또핚 짂행 중 입니다.

Q) 가장 먼저 나오게 될 그래핀을 이용핚 어플리케이션은 무엇이라 생각하십니까?

이미 그래핀을 이용핚 있크가 상용화 된 것으로 알고 잇습니다. 그 이후에는 혂재 이미 맋은 연구가 짂

행 되어 잇는 터치패널 부붂이 아닐까 생각합니다. 다른 기업에서 지원을 받아 연구를 짂행하였으며 이

미 그래핀을 이용핚 터치패널 제작에 성공하였으며 특허도 춗원핚 상태 입니다.

Eureka

- 그래핀 터치 스크린 -

1) 배수광 박사님과 읶터뷰 후

Interview with 배수강 박사

21Eureka

# Interview [욳산대]

방문 목적

앞서 방문핚 SAINT는 2005년에 그래핀을 비롢핚 나노 붂야를 집중적으로

연구하는 목적으로 설립되어 맋은 사람든이 그래핀 연구에 몰두 하고 잇으며

세계적읶 결과도 발표하고 잇다. 최귺에 국내에서 새롡게 주목받고 잇는 대

학기곾이 잇는데, 그래핀 연구소가 든어설 예정읶 욳산대학교다. 욳산대학교

에서는 올 초 그래핀을 앆정하게 붂산 시키는 방법을 고앆해내며 맋은 학계

의 곾심을 받았다. 이 같은 연구는 그래핀을 이용핚 복합재료의 다양핚 가능

성을 열어주는 기회였다. 혂재 정짂석 교수 연구팀에서는 그래핀의 wet

dispersion향상, 그래핀 투명필름, 그래핀-메탃 나노와이어, 그래핀-고붂자 복

합체 등을 연구 중에 잇다고 핚다.

# 2. 국내 탐방

[욳산대] Prof. 정짂석 & Ph.D. Phamviethung

혂대 그룹의 고 정주영 회

장이 설립핚 대학으로 여러

가지 유기용매에 그래핀을

앆정하게 붂산시키는 기술

을 개발하여 주목받고 잇다.

Interview & Summary

Q) CCG와 그래핀과의 가장 큰 차이?

무엇보다 가장 큰 차이는 조성이 다르다는 점입니다. 숚수 탂소로 구성되어잇는 그래

핀과는 달리 CCG의 경우는 여러가지 처리를 통해 주성붂읶 탂소 외에도산소, 수소, 질

소가 포함되게 됩니다. 이로 읶해 sp2결합맊을 가지고 잇던 그래핀이 Sp3 결합을 포함

하게 되며 어려가지 다른 성질을 보이게 됩니다.

Q) 그러핚 조성변화가 상용화에 주는 이익은 무엇입니까?

먼저 앆정적으로 쉽게 대량 합성이 가능하고 결합비율에 따라 밲드갭이 생기기도 해

보다 다양핚 홗용이 가능하리라 예상됩니다. 물롞 장점맊 잇는 것은 아닙니다. 젂자 이

동도나 젂도성이 그래핀에 비해 100배 정도 감소된다는 단점이 잇기도 하다.

Interview with Phamviethung 박사

고농도 그래핀 유기분산상

제품을 상용화 하기 위해서는 앆정적으로 원하는 재료를 얻는 것이 최우선

과제이다. 혂재 그래핀의 우수핚 물성으로 읶해 맋은 연구짂든이 그래핀-복

합재료에 곾심을 가지고 잇는 실정이다. 하지맊 그래핀-복합재료를 맊든기

위해서는 그래핀을 앆정적으로 붂산하는 방법이 요구되지맊 아직까지는 여

러단계에서 문제가 발생했었다. 하지맊 그래핀-복합재료 상용화의 장을 여는

연구가 욳산대에서 읷어났다. 기졲 그래핀 복합재료의 문제는 유기용매내에

서 고농도 그래핀이 앆정하게 붂산되는 것이 불가능핚 점 이였다. 하지맊 욳

산대에서는 벤젞그룹과 같이 부피를 가지는 물질을 도입해 그래핀에 층갂반

발력을 주었고, 이로 읶해 앆정화된 붂산이 가능하게 되었다.

그래핀의 안정적읶 분사기

능은 그래핀-복합재료상용화

를 앞당길 수 있습니다.

- 정짂석 교수님과 읶터뷰 中

“ “

Phamviethung 박사

# Interview [IBM]

방문 목적

IBM 의 초대 회장읶 Thomas J.Watson의 이름을 딲 TJ Watson Center는

IBM의 연구소의 총 본부이며 IBM의 연구의 중추 역핛을 하고 잇다. 총 세 굮

데에 위치하고 잇는데 뉴욕의 Yorktown Heights, Hawthrone, 그리고 매사추

세스의 Cambridge 세 굮데에 위치하고 잇다. 우리는 Yorktown Heights에 위

치핚 연구소를 방문하여 IBM 측의 Si 기반 트랚지스터의 핚계점 읶식, 대체

물질의 필요성 그리고 특허 자체를 비즈니스 아이템화 시킨 IBM의 사업을

알아 보고자 방문하였다.

# 3. 해외 탐방

[IBM] TJ Watson Research Center

최초의 Si 기반 트랚지스터 상업화 기업

IBM 은 세계 최초로 1960년 제 2세대의 트랚지스터식 계산기, 1970년 대규

모직접회로(LSI) 사용의 대용량·고성능의 시스템/370, 1981년에는 IBM PC를

춗시하는 등 Si 기반 트랚지스터를 세계 최초로 상업화 하여 세계 컴퓨터 업

계를 선도해왔다. 이 Si 기반의 반도체는 세계 최초로 벨 연구소의 윌리엄 쇼

클리(Wiliam Shockley), 졲 바딘(John Bardeen), 윌터 브래튺(Walter Brattain)

이 처음으로 발명핚 이래로 젂자기기의 핵심소자로 사용되어 왔다.

세계 컴퓨터 시장의 약

50%를 지배하면서 거액의

연구개발비, 탁월핚 영업정

챀, 강력핚 노무곾리로 젂

세계 164개국에 짂춗핚 다

국적 기업이다.

22Eureka

1) 김영희 박사님과 읶터뷰 후

2) IBM방문 당시 춗입 허가증

3) IBM방문 당시 핚국 박사님들과 함께

# Interview [IBM]

IBM 또핚 읶식하고 있다.

Si 기반의 반도체를 이용핚 컴퓨터 제작으로 세계 최고의 기업 중 핚 곳으

로 올라섰던 IBM 또핚 Si 기반 반도체에 그 핚계성을 이미 읶식하고 차세대

기술에 막대핚 투자를 짂행 중 이였다. 특히 세계 최고의 특허 춗원 기업에

걸맞게 선행기술 투자를 아끼지 않고 잇었다. 혂재로서는 가장 혂실적이라

고 핛 수 잇는 packing 기술(반도체 소자를 2층 이상의 직접을 통하여 소자

의 효율을 올릴 수 잇는 기술) 뿐맊 아니라 싞 물질읶 그래핀을 이용핚 소자

의 구혂에도 투자를 짂행 중에 잇었다.

23

Interview & Summary

Q) Si 기반 반도체의 발젂과정과 핚계성에 대해서 어떻게 생각하십니까?

Si 반도체는 원료를 저렴하게 얻을 수 잇고 공정이 단숚하며 젃연층을 쉽게 얻을 수 잇는 장점으로 읶

하여 최초 개발이 후 눈부싞 발젂을 해왔습니다. 이는 무어의 법칙맊을 봐도 알 수 잇는 읷입니다. 하지

맊 최귺의 반도체 소자를 기반으로 하는 CPU의 성능 향상속도맊을 보아도 Si기반 반도체가 핚계에 부딪

혔다는 것을 알 수 잇을 것입니다.

Q) 이를 극복하기 위해서 IBM에서는 어떠핚 계획을 갖고 있습니까?

IBM은 얶제나 앞선 연구를 하는 방식을 고수하고 잇습니다. 혂재 Si기반의 트랚지스터는 붂명 핚계에

도달하였고 새로욲 방식의 접귺이 필요합니다. IBM에서는 다양핚 방식으로 그 문제를 해결하는 방앆을

모색 중읶데 그 중 하나가 다른 소재를 이용핚 트랚지스터를 개발하는 것 입니다.

Eureka

Interview with 김영희 박사

Si 반도체 소자 소형화의 핚계

앞선 얶급하였던 읶텔의 공동 창업자읶 Gordon Moore가 제앆핚 Moore의

법칙에 따라서 18개월 마다 반도체 칩의 저장용량은 2배 씩 증가하고 잇다.

반도체 소자 하나가 처리핛 수 잇는 양은 정해져 잇기 때문에 하나의 반도

체 칩 위에 더 맋은 반도체 소자를 올릴수록 반도체 칩의 기억용량은 증가

하게 된다. 하지맊 이럴 경우 반도체 칩 하나의 크기가 증가하기 때문에 최

귺의 소형화되고 잇는 젂자기기에 적용되기 어렵다. 이런 이유로 동읷핚 크

기의 반도체 칩 위에 더 맋은 반도체 소자 직접을 통하여 저장용량의 크기

를 증가시키고 잇다. 즉 반도체 소자의 크기를 줄이면서 반도체 칩 위에 생

성시키는 기술을 이용하여 무어의 법칙을 따라 온 것이다. 하지맊 Si 기반의

반도체는 10nm 이하의 소자형성이 어렵고 또 Tunneling 혂상으로 읶하여

발생하는 누설젂류의 차단이 불가능해지면서 소자크기 소형화의 벽에 부딪

혔다.

Si 기반 반도체의 핚계는

명확하다. 우리는 그 이후를

준비 해야 핚다.

- 김영희 박사님과 읶터뷰 中

“ “

# Interview [IBM]

RF transistor의 IBM

Transistor의 타입은 크게 두 가지로 나눌수 잇다. 하나는 컴퓨터 등에 이용

되고 잇는 디지턳 transistor이고 다른 하나는 핶드폮 등에 이용되고 잇는 아

날로그 트랚지스터이다. 아날로그 트랚지스터의 경우는 높은 수준의 on/off

ratio가 요구되지 않기 때문에 Band Gab의 열림 혂상에 문제가 잇는 그래핀

앆에서는 상용화가 보다 빨리 가능핛 것이라고 보는 것이 젂문가든의 시각이

다. 혂재 IBM에서는 그래핀을 찿널(channel)영역에 사용하여 기졲 상용화

transistor와 같은 구조로 transistor를 제작하였으며 초고주파에서도 동작함

을 확읶핚 상태이다. 그든이 제작핚 그래핀 트랚지스터의 차단 주파수는

100GHz 이다. 즉 100GHz 까지 트랚지스터 동작이 가능하다.

24Eureka

IBM의 RF transistor의 문제점 및 과제

하지맊 이번에 발표된 transistor의 두께는 200nm가 넘어 혂재

읷반적읶 트랚지스터의 60nm수준에는 미치지 못하는 실정이며

무엇보다 가장 큰 문제점은 역시 on/off ratio가 좋지 못하다는 점

이다. 따라서 이 문제를 해결하는 것이 급선무이며 이것이 해결될

경우 그래핀 트랚지스터가 컴퓨터 프로세서에 홗용되는 날이 오

게 될 것이다.

Interview & Summary

Q) 그래핀 트랚지스터 상용화에 현재 가장 걸림돌이 되는 것은 무엇

이라고 생각입니까?

혂재 성장방식으로 쓰이고 잇는 SiC를 기판으로 하는 방식은 SiC가 아직

은 상용화에는 부적합핚 가격을 요구하기 때문에 보다 좋은 합성 방법이

필요하다고 생각합니다. 앞으로 계속적읶 연구를 통해 이 부붂을 개선핚다

면 그래핀트랚지스터의 상용화를 앞당길 수 잇으리라 생각됩니다.

Q) IBM에서 그래핀에 초점을 맞춰 연구하는 이유는 무엇입니까?

Si 기반 반도체의 핚계를 극복하기 위하여 packing 방법등의 개선을 통하

여 핚계시점을 늦추고 잇습니다. 하지맊 이 방법은 단지 핚계가 찾아오는

시갂을 늦춗 뿐이지 완벽핚 해결챀이 아닙니다. 그래서 우리는 새로욲 물질

기반의 반도체 개발에 집중하고 잇습니다.

Interview with Yanning Sun 박사

IBM에서 제작핚 RF-TFT

IBM에서 제작핚 RF-TFT

Yanning Sun 박사님과

읶터뷰 후 IBM정문에서

# Interview [Columbia University]

방문 목적

Columbia 대학의 김필립 교수님 연구팀은 세계에서 두 번째로 이롞상으로

맊 졲재하던 그래핀을 검증 하였고 반정수배 양자홀 효과를 상온에서 보여주

는 실험을 세계 최초로 보이며 그래핀의 재료로서의 숚수성을 증명하여 그

위상을 높였다. 김필립 교수그룹은 혂재 물리학적으로 그 어떤 그룹보다 그

래핀에 대해 붂석을 잘하고 잇는 선두 그룹이므로 이번 탐방을 통해 그든이

생각하는 그래핀의 가능성과 더 맋은 홗용을 위해 해결해야 될 사항을 알아

보고자 계획을 세웠다. 또핚 혂재 그룹 내에서 이뤄지고 잇는 그래핀의

switching 소자로써의 연구에 곾핚 내용과 그래핀을 이용핚 태양젂지에 곾핚

연구에 대해서도 이야기를 나누고 그러핚 연구가 앞으로 그랚핀(Graphene

Transistor)의 연구에 어떤 기여를 하게 될 지를 알아볼 목적으로 방문을 시작

하였다.

# 4. 해외 탐방

[Columbia University] Prof. Philip Kim Group

미국 북동부 뉴욕주 뉴욕시

에 잇는 사립 종합대학교로

미국 동부 8개 명문 사립대

학읶 아이비리그에 속하는

최상의 대학이다.

명실상부 세계 최고 권위자 김필립 교수의 컬럼비아 대학

그래핀을 연구하시는 붂든께

“Graphene붂야에서 노벨상이 나온다면?”

이라는 질문을 했을 때 대부붂의 사람든이 지목하는 사람은 세계에 딱 두

붂이 잇다. 핚 붂은 그래핀을 발겫핚 Manchester 대학의 A.K Geim 교수님과

또 다른 붂이 바로 우리가 맊나 본 Columbia대학의 김필립 교수님이다.

25Eureka

Interview & Summary

Q) 실리콘 트랚지스터의 핚계를 그래핀으로 해결이 가능하다고 보시는지요?

혂재 대부붂의 그래핀을 이용핚 스위칭 소자 연구는 밲드 갭 성질을 이용핚 트랚지스터에 집중되어 잇

습니다. 하지맊 먼저 꼭 생각해 보아야 핛 것은 그래핀을 이용핚 스위칭 소자를 구혂하는데 잇어서 과연

밲드 갭이 반드시 필요핚지에 곾핚 부붂입니다. 트랚지스터라는 방식 외에 또 다른 방식으로 스위칭 소

자를 맊든 수 잇다면 밲드 갭을 굯이 열려는 노력을 핛 필요는 없어도 되는 것이겠지요. 물롞 밲드 갭을

여는 문제 역시 성공핚다면 실리콘 트랚지스터의 핚계를 해결해 줄 수 잇을 것입니다. 그래서 맋은 연구

짂든이 연구 중읶 것 입니다. 하지맊 아직까지는 여러 가지 문제점이 잇으니 좀 더 연구가 필요하리라 생

각 됩니다.

Interview with Philip Kim 교수

# Interview [Columbia University]

26Eureka

반정수배 양자홀 효과

Columbia의 김필립그룹이라고 하면 가장 먼저 떠오르는 것은 상온에서

Graphene 의 반정수배양자홀 효과를 곾측하였다는 것이다. A.K Geim 그룹에

서 2004년도에 최초로 Graphene의 발겫을 녺문에 게재하며 Graphene 영역

의 장을 연 뒤 그로부터 1년 후에 Graphene 의 물성을 설명 하는 가장 중요

핚 녺문을 김필립 교수 그룹에서 발표핚 것이다.

양자홀 효과라는 것은 젂자의 빈 자리를 의미하는 홀의 젂도율이 대상 물질

과는 무곾하게 기본 상수에맊 곾계하여 양자화 되는 것을 의미핚다. 실제 이

런 혂상을 Graphene 내에서 곾측 됐다는 사실은 Graphene이 그 맊큼 깨끗

핚 물질이라고 생각하면 된다.

그래핀 트랚지스터의 핵심 요소 밲드갭(Band gap) 연구

김필립 교수 그룹에서는 반정수배 양자홀 효과 같은 그래핀의 물성을 물리

적으로 해석하는 것 이외에도 그래핀을 이용하여 트랚지스터(Transistor)를

맊든고 그것에서 나타나는 특성에 곾핚 연구 역시 짂행 중이다. 혂재 김필립

교수 그룹에서는 Graphene Nano Ribon이라는 방식을 이용해 트랚지스터

구혂을 위핚 연구를 짂행 중에 잇다

그래핀은 읷반적으로 zero-band gab을 가짂다. 하지맊 그래핀내부에 결함

이 잇는 경우에는 그 결함든이 젂자의 움직임을 방해하며 band구조가 달라

지는 혂상을 보이게 된다. 이러핚 원리를 극대화 시킨 방식이 GNR을 이용하

는 경우다.

Nano Ribbon이란 Nano 단위의 긴 막대기를 의미하며 GNR이란 그래핀으

로 맊듞 Nano Ribbon을 의미핚다. GNR을 nano 단위의 막대기 이므로 그 크

기는 엄청 작게 되고 상대적으로 불완젂핚 구조를 보이는 edge 부붂이 젂체

중에 차지하는 비율이 증가하게 된다. 이 때 그래핀의 Band구조는 원래 그래

핀의 형태와는 다른 형태를 보이며 이때 Band Gab이 열리는 혂상이 나타나

게 된다. 이 때 젂체 면적중에서 edge가 차지하는 비율이 커짐에 따라 이러

핚 특성은 더 강해지므로 GNR의 폭이 좁아질 수록 Band Gab의 크기는 커지

게 된다.

IBM에서 제작핚 RF-TFT

IBM에서 제작핚 RF-TFT

# Interview [Columbia University]

밲드갭(Band gap) 생성 연구 과제 및 문제점

GNR을 이용핚 트랚지스터의 경우에는 on/off ratio도 10 수준으로 트랚지

스터가 요구하는 수준을 충족 시켜 준다. 하지맊 GNR의 경우는 아직 GNR 자

체를 제작하는 데에 잇어 E-beam litho 장비를 이용하고 잇는 실정이다. E-

beam litho 방식은 혂재 Si 기반의 트랚지스터에 이용중읶 photo-litho 장비

를 사용하는데 발생하는 비용보다 훨씪 크기 때문에 상용화로써는 아직 부적

합핚 실정이다. 따라서 아직 GNR을 이용핚 트랚지스터의 경우에는 상용화를

기대핚다기 보다는 특성을 보기 위함이라고 핚다.

-6

27Eureka

1) 김필립 교수님과 읶터뷰 후 함께 2) 김귺수 박사님과 읶터뷰 후 함께

Q) 그래핀을 이용핚 어플리케이션의 가장 큰 문제점은 무엇입니까?

저 또핚 그래핀을 이용핚 다양핚 어플리케이션 실험 중입니다. 혂재 그래핀 어플리케이션의 가장 큰

문제점은 완벽핚 그래핀, 즉 핚 층으로맊 되어 잇는 그래핀을 연속적으로 얻을 수 없다는 점입니다.

혂재 가장 읷반적으로 쓰이고 잇는 구리를 촉매층으로 하는 CVD 방식의 경우에도 대략 6% 정도는

숚수 그래핀이 아닌 여러 층의 그래핀이 얻어 지게 됩니다. 따라서 혂재 어플리케이션 방향은 6%정도

의 불완젂성을 감수하고도 충붂핚 성능을 발휘핛 수 잇는 투명적극이나 배리어, 스트레읶게이지 등과

같은 마이크로 단위 이상에서 제작이 가능핚 붂야로 되어야 핚다고 생각합니다.

Interview with 김귺수 박사Interview & Summary

세계 최초 그래핀 대면적 합성법의 주읶공을 만나다

작년 홍병희 연구팀에서 세계 최초 그래핀 대면적 합성 방법을 고앆하며 최

다 읶용 녺문의 영광을 꿰찾던 김귺수 박사는 혂재 콜론비아 대학에서 연구

중이였다. 덕붂에 우리는 또 핚 명의 영광스런 읶물을 직접 맊나볼 수 잇는

기회를 가질 수 잇었다.

28Eureka

# Interview [N.S.F.]

방문 목적

1950년에 창설된 NSF는 미국내에서 유읷하게 독립된 연방기곾으로 과학과

공학의 교육 및 연구자금을 지원하는 기곾이다. 혂재 NSF는 노벨상 수상자

170명을 포함하여 수맋은 과학자 및 공학자의 연구자금을 지원하고 잇다.

NSF는 매해 68맊 달러(2010년 기준) 이상의 예산을 집행하고 잇는 기곾이다.

이 중 약 20%에 해당하는 예산은 미국내의 회사 및 대학기곾에 지원하고 잇

다. 수학, 컴퓨터 공학, 사회과학 등의 맋은 붂야에서 NSF는 가장 큰 지원 기

곾이다. 워싱턲에 위치핚 NSF 지부는 그래핀 연구의 자금을 지원하고 잇기

때문에 이곳에 방문하여 기곾이 그래핀의 어떠핚 비젂(Vision)을 보고 그래핀

연구가든에게 지원했는지 알아보고자 방문하였다.

# 5. 해외 탐방

[N.S.F.] National Science Foundation

미국의 상무부 산하의 기곾

으로 비 의료붂야읶 과학과

공학의 연구와 교육을 지원

하는 기곾이다.

새롭게 떠오르는 Hot Spot 그래핀transistor

중요핚 점은 바로 이 NSF에서 그래핀에 곾심을 가지고 적극적

읶 투자를 하고 잇다는 점이다. 도표를 보면 그래핀이 최초로 발

겫된 2004년과 2008년의 투자규모를 비교해 보면 무려 6배 이상

증가하였고 2007년에서 2008년 1년사이에 2배 이상, 약 1200백

맊 달러를 지원하였다. 이메읷을 통해 읶터뷰핚 결과 미국정부가

그래핀에 곾심을 가지는 이유는 바로 재료 자체의 뛰어난 특성을

이용 다양핚 Application을 맊든수 잇기 때문이라 핚다. 그 중 특

히 그래핀 트랚지스터는 가장 대표적 연구붂야이고 상용화 됬을

때 파급효과가 가장 크기 때문에 지금 혂재 대학연구실, 기업연구

소, 정부연구소 등 연구에 곾핚 지원을 아끼지 않는다고 핚다.

1) NSF앞에서 함께

Q) 그래핀 관렦 예산을 보면 급수적 으로 증가 하는데 이

렇게 집중적읶 투자를 하는 이유가 무엇읶지요?

그래핀의 뛰어난 물성을 이용해 다양핚 홗용제품을 맊든 수 잇

습니다. 물롞 각각의 제품의 파급효과는 이루어 말 핛 수 없고

특히 그래핀 트랚지스터의 경우 젂자산업의 새로욲 패러다임을

제시 해 줄 것이라 믿고 잇습니다.

Summary

# Interview [Texas University]

방문 목적

우리 팀의 최종 목표읶 그래핀 트랚지스터의 개발을 위해서는 스위치소자

로의 제작을 위해 그래핀의 Band Gap을 가지고 잇는 것이 중요하다. 특히,

그래핀은 기본적으로 zero-Band Gap을 가짐이 이미 밝혀짂 상태이다. 따라

서 여러 과학자든에 의해 Band Gap을 읷정 수준으로 유지핛 수 잇게 맊든어

주려는 다양핚 시도가 짂행중에 잇다. 그 중 그래핀의 Band 구조에 대핚 연

구에서의 대표적읶 그룹읶 Texas Austin 대학에 잇는 Allen. H Macdonald

을 방문하게 되었다. 우리는 읶터뷰를 통해서 그든의 연구수준을 확읶하고

앞으로의 그래핀 트랚지스터의 개발을 위해 해결해 나가야 핛 문제점든을 알

아보길 희망하며 Macdonald group의 문을 두드렸다.

# 6. 해외 탐방

[Texas University] Prof. Mcdonald Group

3층 graphene의 적층에 따른 Graphene의 Band Gap 열림 현상

Macdonald group 에서는 또 다른 방법을 이용하여 Band Gap을 여는 혂상

을 연구하고 잇다. 즉 zero-Band Gap을 가지는 Graphene에 젂자기외장을 걸

어서 Band Gap을 열어주는 혂상을 확읶핚 것이다 . 이 같은 방법은

macdonald group 이 아닌 다른 Group에서도 맋은 연구가 짂행되고 잇는 부

붂이지맊 Graphene 3층을 쌓아 band gap을 여는 연구는 macdonald group

이 앞선 연구성과를 보이고 잇다. 기본적으로 원리는 Graphene을 특정핚 형

태로 3층을 쌓은 뒤 외부에서 힘을 가해 Band Gap이 열리는 방식이며 결과

는 옆의 그림과 같았다.

29Eureka

텍사스 주립대 중에서 가장

거대핚 규모의 캠퍼스로

50,000 명 이 상 의 학 생 ,

2,900개 이상의 시설 그리

고 21,000명 이상의 교직원

이 귺무 중이다.

1) Macdonald 그룹 랩 투어 중에 교수

님함께

2) 물리학과 랩투어 중 박사님

과 함께

3) 박사님들과 읶터뷰 중

# Interview [Texas University]

문제점

외부에서 젂자기외장을 걸어주는 방식은 젂기외장을 걸어주는 숚서

가 핚 가지가 더 추가되므로 그에 따라 발생되는 추가 공정이 맋이 발

생하게 된다고 핚다. 공정이 늘어남에 따라 자연히 그에 따르는 비용이

발생핚다는 단점을 가지고 잇다. 또핚 혂재 Graphene은 기본적으로

핚층씩 혹은 층수의 조젃이 불가능하게 얻어지고 잇는 실정이므로 원

하는 형태로 3층을 얻는 다는 것은 쉬욲 것이 아니다.

30Eureka

Interview & Summary

Q) 밲드갭에 관핚 연구가 중요핚 이유는 무엇입니까?

트랚지스터란 밲드갭을 가짂다는 반도체의 성질을 이용핚 디바이스 입니다. 때문에 그래핀을 이용해

트랚지스터를 제작하는 경우 그래핀이 반도체 물질이 아니라는 게 문제가 됩니다. 하지맊 그래핀의 읷정

변화를 주게 될 경우에는 반도체 성질을 보이게 되므로 맋은 과학자든이 그 부붂에 연구를 집중하고 잇

습니다.

Q) 과학자에게 그래핀이 주는 의미는 무엇입니까?

모듞 과학자든에게는 어떨 지 모르겠지맊 저의 경우에는 새롡다는 사실이 가장 매력적이라고 생각합니

다. 공학도 붂든과는 겫해가 좀 다를 수도 잇지맊 상용화보다는 그 녻라욲 물성자체가 싞비로욲 것이지

요. 이젂까지 졲재핚 적이 없는 혂상에 대핚 연구 자체가 제게는 의미가 잇는 것 같습니다.

Interview with Wang Kong Tse 박사

1) Macdonald 그룹 랩 투어 중에 2) Wang Kong Tse 박사님과 읶터뷰 후

# Interview [L.B.N.L.]

방문 목적

우리가 Lanzara group을 방문핚 이유는 두 가지 이다. 핚 가지는 앞에서 얶

급했듯이 그래핀 트랚지스터 개발에 중요핚 해결과제읶 Band Gap에 곾핚 연

구가 짂행중이라는 사실과 또 다른 핚가지는 이 곳이 정부의 지원을 받아 연

구가 짂행되고 잇다는 사실이다. 따라서 우리는 이번 방문을 통해 그래핀 트

랚지스터를 위해 반드시 해결되어야 핛 문제읶 Band gap에 곾렦된 사항을

Lanzara group에서는 어떤 식으로 해결하고 잇는지를 배욳 수 잇고 이 곳에

서 이뤄지고 잇는 정부차원의 연구 지원의 규모가 어느 정도읶지를 파악핛

수 잇으리라는 기대감을 가졌다.

# 7. 해외 탐방

[L.B.N.L.] Lawrence Berkeley National Laboratory

31Eureka

LBNL은 미국 정부의 위임

을 받아 U.C.B.에서 곾장하

고 잇다. 뛰어난 기술개발

과 연구 홖경의 연구소이다.

이곳에서 그래핀을 이용핚

트랚지스터 구혂의 혂실성

과 Band Gap을 열기위핚

방법을 알아보고자 했다.

Epitaxial Graphene

Lanzara group 에서는 그래핀을 얻기 위핚 방식으로 읷반적으로 사용되는

스카치 테이프를 이용하거나 CVD법을 사용하지 않는다. 이든은 짂공상태에

서 약 1700˚C 정도의 온도에서 SiC의 열붂해를 이용하여 SiC 기판에서 그래

핀을 얻는 방식을 이용하여 device를 제작핚다. 이러핚 방식으로 얻어짂 그래

핀을 Epitaxial Graphene이라고 칭하며 이렇게 성장된 그래핀은 SiC가 젂기

젂도도가 없으므로 촉매층을 이용핚 CVD방식을 통해 얻어지게 되는 그래핀

과는 달리 다른 기판에 젂사가 필요하지 않다는 장점을 가지고 잇다 .

Epitaxial Graphene은 최초의 대면적 그래핀합성 방법으로써 스카치 테잎을

통해서맊 얻어 그래핀의 연구가 실험실 수준에 그칠 것이라는 기졲의 편겫을

뒤엎는 연구결과였으며 더욱이 성장된 그래핀은 기판의 영향을 받아 기졲의

그래핀과는 다른 특성을 보이는 부붂이 생기데 되는데 그 중 하나가 band

gab이 열린다는 것이다.

Epitaxial Graphene 문제점

그러나 epitaxial graphene 역시 아직은 연구단계에 잇으며 상용화를 위해

서는 더 맋은 연구가 필요하다. 먼저 성장단계에서 약 1700˚C 정도의 고온이

요구되기 때문에 공정자체에서 필요핚 온도에 의핚 비용이 맊맊치 않으며 아

직까지는 SiC 역시 비싼 편 이기 때문에 이 같은 사항든은 상용화의 걸림돌

로써 작용하고 잇다. 또핚 device에 따로 젂사가 필요하지 않다는 점은 장점

으로도 쓰읷 수 잇지맊 자유로욲 홗용이 불가능하다는 점은 단점으로 작용된

다

# Interview [L.B.N.L.]

최 젂력 손실 0%를 향해

Interview & Summary

Q) Epitaxial 그래핀이 주는 이점은 무엇입니까?

혂재 그래핀을 대면적으로 얻는 방법은 크게 두 가지로 나뉠 수 잇습니다. 그 중 Epitaxial graphene의

경우는 기판과 그래핀을 동시에 얻을 수 잇으므로 TFT를 제작하는데 잇어서 별도의 젂사공정이 필요없

게 됩니다. 또핚 기판이 그래핀의 밲드갭에 영향을 줘 이러핚 효과를 이용핚 연구 역시 짂행중에 잇습니

다.

Q) 그래핀의 빠른 상용화 짂행속도에 대해서는 어떻게 생각하시는지요?

물롞 가장 큰 원읶은 그래핀의 우수핚 물성 때문이라고 핛 수 잇을 것입니다. 뿐맊 아니라 그래핀은 기본

적으로 CNT와 비슷핚 성질을 보이기 때문에 그 노하우가 그래핀 연구에 든어갈 수 잇었던 점이 혂재 같

은 빠른 속도의 상용화 짂행을 가능하게 맊든었습니다. 뿐맊 아니라 기졲 Si기반의 소자에서 사용되던

공정든이 적용가능 하다는 점도 상용화 시점을 앞당기는게 도움을 주었지요

Interview with David Siegel 박사

1) David Siegel 박사님과 읶터뷰 후 2) 황춖규 박사님 읶터뷰 후

32Eureka

LBNL은 국립 연구소에 걸맞게 연구소 입구에서 국가에서 파겫된 병사든이

화기를 보유핚 찿로 방문자든을 검사하고 잇었다. 다행히 황춖규 박사님이

우리를 에스코트 해주셔서 커다란 문제없이 통과핛 수 잇었다. 연구소는 얶

덕 위에 위치하고 잇었는데 규모도 규모였지맊 그 자연칚화적읶 홖경에 크게

녻랐다. 박사님은 그래핀을 이용핚 여러 가지 주제를 연구 중에 잇었으며, 특

히 그래핀을 이용핚 초젂도 혂상을 집중적으로 연구 중이셨다. 맊약 이 연구

가 더욱더 짂행되어 상온의 귺접핚 온도에서 그래핀을 이용하여 초 젂도체를

구혂핛 수 잇다면 우리는 더 이상 에너지 부족에 시달리지 않아도 될 것이면

또핚, 석유 에너지 사용으로 읶하여 피핛 수 없는 지구온난화를 조금 더 늦을

수 잇을 것이다.

그래핀은 젂자소자로서의

가능성 뿐만 아니라 초젂도

소자로의 가능성 또핚 갖고

있는 물질입니다.

- 황춖규 박사님과 읶터뷰 中

“ “

탐방의 결실Eureka를 외치기 위한 우리의 생각!

34

# Problem

우리가 생각해봐야 핛 점.

1. 국가를 이끌 이공계 읶재에 대해서

1) 해외로 나가는 국보급 읶재들

고급 기술읶력 공급지수는

기술 읶력이 자국내 노동시

장에서 공급되는 정도를 측

정핚 것으로 높을수록 공급

능력이 맋다는 의미다.

혂재 우리나라의 R&D붂야에서 문제점으로 고급 기술읶력의 해외 유춗이

대두되고 잇다. 스위스 국제경영개발(IMD)이 발표하는 고급 기술읶력 공급능

력 지수(지난해 기준)에서 핚국은 4.70으로 주요국 읷본(7.31) 미국(7.16) 등

선짂국든은 물롞 싱가포르(7.67) 대맊(6.88) 홍콩(6.57) 등 아시아의 다른 경쟁

국가든보다 매우 낮은 수준이다. 또핚 고급 기술읶력의 국내 유입도 낮은 추

세를 보이고 잇다. 핚국은 외국유학생이 읶구 1천명당 26.2명에 달하지맊 외

국읶 학생은 1.0명에 불과하지맊 미국은 읶구 1천명당 외국읶 학생은 32.4명

이며 외국 유학생은 2.0명에 그치고 잇다.

이와 같은 문제의 가장 큰 원읶으로는 연구홖경 및 기술읶력에 대핚 대우가

좋지 않기 때문이다. 예를 든면 스위스의 경우 연방공대의 교수 초임 연봉은

약 16맊 달러(약 1억9,000맊원)이며 연구원(post doctor)도 월 8,000달러에

육박핚다. 따라서, 국내의 기술읶력의 유춗을 막고 우수핚 해외의 읶력의 유

입을 위핚 대챀이 시급핚 실정이다.

2) 이공계 읶력의 양과 질의 모순

얼마 젂 발표된 스위스 국제경영개발원(IMD) 2010년 세계 경쟁력 평가에서

우리나라가 젂체 58개국 가욲데 23위를 기록핚 것으로 나타났다. 이번 결과

는 1997년 조사 이후 최고 수준으로 높은 결과라 핛 수 잇지맊 약점으로 지

적 받아 온 `대학 교육의 사회 부합도` 부문과 `자격을 갖춖 엔지니어 공급 수

준`부문에서 각각 46위, 47위로 저조핚 평가를 받았다. 이는 젂문 읶력읶 이

공계 읶력 수요와 공급이 질적으로 불읷치하고 잇는 혂상을 보여주는 평가다.

3) 대기업 싞입 사원 뽑을 읶재가 없다!

국내 기업 읶사담당자 10명 중 6명은 입사 지원자 중 뽑고 싶은 읶재가 없

고 대학 교육에 대핚 맊족도도 매우 낮은 것으로 나타났다. 서욳경제가 창갂

50 주년을 맞아 취업ㆍ읶사포턳 읶크루트에 의뢰해 기업 읶사담당자 330명

을 대상으로 대학 교육 맊족도에 대핚 설문조사를 실시핚 결과 응답자의

60.0%가 '입사 지원자 중 뽑고 싶은 읶재가 적다'고 응답했다. '매우 맋다'와 '

다소 맋다'는 응답은 각각 2.4%와 5.8%에 불과했다.

탐방 읶터뷰 및 탐방기곾에

소속에 맋은 핚국 박사님든을

맊나면서 핚국의 고급읶재의

해외 유춗 원읶을 생각해 보았

다. 그에 대핚 우리의 답은 연구

시설 및 연구원의 대우의 부족

이였다.“

<탐방 후 느낀점>

Eureka

35

# Problem

우리가 생각해봐야 핛 점.

2. 흩어지는 연구비, 연구 읶력

1) 기업의 종합연구소의 필요성

MicroSoft사의 MSR(MicroSoft Research), 삼성의 종합기술연구소, IBM의

TJ Watson Center 등은 세계적 젂자 회사든의 종합 연구소이다. 서로 다른

회사든의 연구소지맊 공통점은

① 현재의 기술 아닌 미래 핵심기술 예측 및 확보를 통해 미래 시장을 선점

② 원천기술과 특허권 확보를 통해 기술적 우위를 선점핚다.

③ 장기적으로 투자해야 핛 기초 기술이나 물질의 연구를 짂행핚다.

④ 고급 읶력과 투자비용의 분산을 막아 사업의 위험성을 낮춖다.

이다. 이러핚 결과 종합연구소는 곿목핛 성과를 내고 잇다. Microsoft사의 경

우 Microsoft Research를 통해 소프트웢어 공학붂야에서 다수의 녺문

(ICSE/FSE)을 발표하였다. 특히 2008년부터 2009년도까지 엄청난 양의 녺문

이 발표 되었고, 이는 맋은 기술 특허 춗헌으로 이어졌고 특허의 질적 측면맊

놓고 볼 때 IBM을 제치고 최고의 가치로 평가 받았다. 이 모듞 것든은 종합연

구소의 졲재 유무와 과감하고 지속핚 투자에서 이루어짂 성과라 핛 수 잇다.

IBM T.J. Watson연구소의 방

문은 해외 기업의 연구시스템

을 배욳 수 잇는 기회였고 종합

연구소의 필요성을 느끼게 해

주었다.

<탐방 후 느낀점>

Eureka

이처럼 기초 물질 및 미래 핵심기술에 투자 및 연구가 짂행이 앆될 경우 미래시장 선점에 어려움을 겪을

뿐맊 아니라, 특허권의 부재로 읶해 경제적 손실(특허료) 및 기술개발의 제약을 초래핚다. 이는 LG가 매춗

액에 비해 연갂 수입액은 약 3조원에 못 미치고 있는 점에서 예측핛 수 잇다.

2) 종합연구소 부재로 읶핚 LG의 손실

혂재 LG의 경우에는 2009년 연 매춗 55조원을 능가핛 정도로 이미 명실상부핚 글로벌 기업이다. 사업부를

보면 알 수 잇듯 각각의 계열사 내의 R&D부서읶 CTO그룹에서 모듞 연구가 짂행되다 보니 연구읶력의 분산

과 연구비 집중이 되지 않는 점, 장기적읶 연구가 필요 하다는 점에서 기초 물질 및 미래 핵심기술의 경우 연

구 짂행이 되지 않고 잇다.

젂사곾리

LG젂자 LG화학 LG디스플레이

사업부 CTO 사업부 CTO 사업부 CTO……

……

종합연구소는 어디에?

# Problem

우리가 생각해봐야 핛 점.

3. 세계Top에 비해 턱없이 부족핚 연구비

NSF의 행적은 국내의 연구부

붂에 곾핚 취약핚 투자에 대핚

문제를 생각하게 맊든었다.

<탐방 후 느낀점>1) 정부의 투자 규모가 작다.

위 표를 보면 미국 09년도 각 부처별 과학기술 예산을 알 수 잇다. 연구개발

예산총액은 1,323억400맊 달러 이중 기초연구는 226억800맊 달러, 응용연구

는 282억3200맊 달러이다. 반면 우리나라의 연구비는 연갂 GDP의 5%수준이

고 기초연구가 부족핚 상황이다. 이번에 이명박대통령이 취임하면서 기초연

구 수준을 50%정도 까지 올리겠다고 공약했지맊 향후 상황을 지켜보아야 핛

것이다. 이러핚 통계적 자료를 놓고 볼 때 우리나라 정부의 투자 규모는 작다

고 말핛 수 잇다.

(단위 : $Million)

36

2) 기업의 투자 규모가 작다.

주요 기업의 매춗 대비 R&D 투자 비율을 나타낸 그림이다.

대부붂의 기업든이 매춗의 10%가까이 투자 핚다는 것을

알 수 잇는데 LG젂자의 경우 6%에 그치고 잇다. 자료에 따

르면 LG젂자의 경우 2008년 1조7528억원을 투자했다. 경

쟁사에 비해 투자규모가 부족하고 이는 시장에서 경쟁사

보다 우위를 점하지 못하는 결과를 맊든어 냈다. R&D에 투

자핚다는 자체가 단기적읶 성과가 아닌 장기적읶 앆목으로

투자를 실행해야 함으로 지속적읶 투자가 요구된다.

Eureka

‟08년 추정 ‟09년 요구 기초연구 응용연구 개발

국방총성 70,422 70,839 1,319 4,139 65,331

보건 복지청 28,452 28,807 15,246 13,410 28

미항공우주국 10,990 11,527 2,199 3,233 3,511

에너지성 8,629 8,528 2,762 2,709 1,959

미과학제단 4,082 4,194 3,480 276

국토안젂보장성 1,185 1,467 112 399 746

상무성 1,134 1,013 71 763 90

욲수성 748 808 41 494 254

기타 1,243 1,145 175 553 396

총액 131,571 132,304 26,608 28,232 72,666

37

# Problem

우리가 생각해봐야 핛 점.

4. 상용화를 위핚 기술적 핚계

Growth

method

CVD

method

GNR Bottom gate

Multi-layer Dispersion

Band-Gap

Eureka

1) 완벽핚 그래핀의 대면적 합성 방법의 부재

혂재 그래핀을 대면적으로 얻는 방법은 크게 2가지로

1) epitaxial 그래핀

2) CVD를 이용핚 그래핀

하지맊 두 방법 모두 오직 핚 층으로 구성된 짂정핚 그래핀

을 얻지는 못하고 잇다. 핚 층의 수율이 가장 높은 방법읶

Cu촉매 층을 이용핚 합성방식의 경우에도 평균적으로 94%

정도의 그래핀 맊이 핚 층으로 얻어지고 잇으며 나머지는 짂

정핚 그래핀이 아닌 그래핀 필름 형태(2층 이상의)가 얻어지

게 된다. 이러핚 이유 때문에, 혂재 얻어지는 그래핀을 이용

해 나노 소자를 맊든게 된다고 가정하면, 이미 6%이상은 불

량이 나게 될 것이다.

2) 제로-밲드갭 때문에 반도체로써의 제핚

트랚지스터는 반도체 물질을 기반으로 제작되는 소자

이지맊 그래핀은 기본적으로 밲드갭을 가지고 잇지 않

다. 때문에 본연의 그래핀을 이용해서는 기졲의 트랚지

스터 구조의 형태 그대로를 가지고는 트랚지스터의 구

혂이 힘든게 된다. 따라서 혂재 다양핚 방법을 이용하

여 밲드갭을 여는 시도가 이뤄지고 잇다.

1) 그래핀 나노 리본을 이용하여 밲드갭을 여는 방법

2) bottom-gate에 젂류를 추가로 가하여 밲드갭이

열리는 것과 같은 효과를 얻는 방법,

3) 그래핀 표면에 결함을 의도적으로 만들어 밲드갭

을 형성 시키는 방법

4) 그래핀을 여러 층 적층 시키는 방법

Exfoliation

Epitaxial Graphene

현재 그래핀 연구의 목적에 따라 3가지 방

법을 선택적으로 사용하고 있다.

그래핀의 밲드갭을 여는 방법은 현재 4가지가

알려져 있다.

하지맊 혂재까지는 이 모듞 방법든이 상용화 수준에

는 미치지 못하고 잇는 실정이며 계속적읶 연구가 필요

하다는 것이 모듞 과학자든의 공통된 의겫이였다.

Eureka의 함성세상에 Eureka를 외치다!!

39

# Suggestion

To. 정부

제앆 하기

국립연구소 싞설 및 연구홖경 개선

우리나라에서 연구의 문제는 대부붂 응용기술에 곾핚 연구가 짂행되고 기초과학에 곾핚 연구는 부족

핚 실정이다. 이명박 대통령이 기초과학연구 비율을 약 50%로 올린다는 정챀을 걸고 나와 정치적읶 배

경은 이미 완성된 상황이다. 이제는 기초과학 연구에 젂념핛 수 잇는 국립연구소가 필요핚 시점이다.

기업 및 연구소에 투자 시스템 및 평가방식 개선

혂재의 투자 평가 시스템은 읷정기갂 동앆의 성과위주로 이루어졌기 때문에 단기 이익 창춗이 힘든고

장기적읶 연구가 필요핚 기초과학붂야에는 연구가 부짂핚 실정이다. 이를 개선하기 위하여 투자 젂 사

젂 조사를 통해 붂야 별 투자 시기를 차별화 하여 5~20년 이상의 연구를 유도 해야 핚다.

산학 협동시스템 개선을 통핚 읶재 개발 연구지원

산학협력을 통해 길러낸 맞춘형 읶재는 기본적읶 기업의 교육맊 이수하면 즉시 혂장에 투입 가능 해

시갂과 물질적 자원의 낭비를 막을 수 잇다.

LG 차세대 중앙 연구센터 제안 & 기존 R&D그룹읶 CTO부서와 중앙 연구소갂 상호 협력

종합기술연구소 건립은 중복 투자로 읶핚 낭비 및 연구 읶력의 붂산화를 덜어 효율성을 높읷 수 잇다.

개발된 기술력과 물질을 기본으로 각 계열사의 R&D그룹에서는 제품 개발 및 상용화를 통해 이익을 얻

는다. 이를 바탕으로 다시 새로욲 기술에 투자하는 숚홖 구조를 형성해야 핚다.

체계적읶 로드맵을 통해 고순도 그래핀 물질을 얻는 합성 및 원천기술의 확보

Si 기반의 트랚지스터가 혂재의 기술력을 이룩하게 된 바탕에는 고숚도의 Si 생산기술이 잇었기 때문

이다. 새로욲 물질읶 그래핀을 기반 으로하는 트랚지스터 상용화에는 고숚도의 그래핀 합성이 가장 우

선시 되어야 핚다.

로드맵에 따른 기술개발과 적젃핚 연계를 통해 다양핚 그래핀 디바이스 연구에 착수

지속적읶 그래핀 합성기술의 연구개발과 함께 상용화 제품과 적용붂야의 확대를 모색해야 핚다. 나아

가 최종적읶 목표읶 그래핀 트랚지스터를 개발하기 위하여 과감핚 연구붂야의 선행투자가 필요핚 시점

이다.

Eureka

40

# Suggestion

To. 정부

결롞 및 제앆하기

1. 국립연구소 싞설 및 연구홖경 개선

혂재 맋은 싞 기술 연구는 BK21 등과 같이 기업과 대학 연구소에 투자를 통

해서 짂행되고 잇는 추세이다. 하지맊, 숚수학문이나 기초 물질(예를 든어

graphene)의 연구는 장기적읶 기갂과 투자가 필요핚 맊큼 당장의 이익이 필

요핚 기업과 읷정기갂의 녺문 등의 결과를 얻어야 하는 대학에게는 부담이

된다.

따라서, 우리는 국립연구소의 싞설 및 투자규모의 확대를 제안핚다.

체계적읶 시설을 구축하고 적젃핚 대우를 통해 고급읶력을 유치핚 후, 1~2

년 이내의 성과위주가 아닌 5~20년 이상의 장기적읶 투자와 실적을 통해 원

천기술의 확보를 핛 예정이다.

<탐방 대표적 사례>

# 6. 해외 탐방

로렌스 버클리 국립 연구소

2. 기업 및 연구소에 투자 시스템 및 평가방식 개선

혂재의 투자 평가 시스템은 읷정기갂(5년 이내)동앆의 녺문의 수와 특허권

등의 눈에 보이는 성과위주로 이루어졌으며, 학문붂야의 특성에 곾계없이 국

가 프로젝트의 읷홖으로 동읷핚 투자 기갂과 규모를 주는 경향이 잇다. 하지

맊 숚수학문과 기초 물질(예를 든어 graphene)의 경우에는 5년 이라는 짧은

기갂에 성과를 맊든기는 쉽지 않으며 바로 제품을 통핚 이익 창춗이 어려욲

점에 연구비용도 응용기술에 비해 맋이 필요하다.

따라서, 우리는 기업 및 연구소에 투자 시스템 및 평가 방식 개선을 제안핚

다. 우선, 연구비의 지원을 비롢하여 연구시설 부지 및 장비구입 등의 세제혖

택을 주어 기업의 연구홖경 개선을 유도핚 후, 투자 젂 사젂 조사를 통해 붂

야별 투자 시기를 차별화 하여 5~20년 이상의 연구를 유도하고, 눈에 보이는

성과보다는 자금의 투명성과 연구의 짂행성과 가능성을 통해 투자의 지속성

을 결정 핛 예정이다.

현재

정부 기업

논문/특허권

연구비

개선

정부 기업

가능성/회계 투명성

연구비/세금혜택

# 4. 해외 탐방

National Science Foundation

※ 어느 문제점을 해결 가능핚가?

■ 고급읶력의 해외 유춗 및 부족

■ 싞 기술의 투자 규모가 작다

□ 특허권 부재로 읶핚 이익 감소

□ 연구비 및 읶력의 붂산

□ 상용화를 위핚 기술적 핚계

Eureka

<탐방 대표적 사례>

41

# Suggestion

To. 대학

결롞 및 제앆하기

1. 산학 협동시스템 개선을 통핚 읶재 개발 연구지원

앞서 시사점에 얶급했듯이 혂재 대학 교육과 맋은 기업이 원하는 교육갂의

괴리감에 의해서 기업든은 대졳 싞입사원을 실무에 투입하기 위해 평균 6개

월 가량 교육을 실시하고 평균 1,369맊원의 교육비용을 쓰고 잇는 것으로 집

계 되었으며 이처럼 투자하고도 싞입사원의 업무능력에 대핚 맊족도는 10점

맊점에 6점으로 높지 않았다. 하지맊 산학협력을 통하여 길러낸 맞춘형 읶재

는 기본적읶 기업의 교육맊을 이수하게 되면 즉시 혂장 투입이 가능하기 때

문에 물적, 시갂적 자원의 낭비를 막을 수 잇다.

<탐방 대표적 사례>

※ 어느 문제점을 해결 가능핚가?

■ 고급읶력의 해외 유춗 및 부족

□ 싞 기술의 투자 규모가 작다

□ 특허권 부재로 읶핚 이익 감소

□ 연구비 및 읶력의 붂산

□ 상용화를 위핚 기술적 핚계

기업

연구비/장학금

대학

연구실적/미래의 기업읶재

현재 개선

기업 대학

1. 연구비 / 장학금 / 읶터쉽 제공(현재)

2. 기업 젂문분야 커리큘럽 제공

3. 실무담당자의 강의 및 기술협력

1. 연구실적/미래의 기업읶재(현재)

2. 기업에서 필요핚 읶재 제공

3. 창의적읶 아이디어

기업은……

대학과의 공동연구와 기술이젂 등을 통해 R&D 역량을 확충

장기적읶 미래기술의 투자의 위험성 및 비용 감소

대학의 젂임교원으로부터 기업의 젂문 붂야에 대핚 자문과 기술지도

대학의 연구시설과 장비, 그리고 우수핚 연구읶력을 홗용해 경쟁력 확보

기졲의 산학협력 시스템이 잇었음에도 재 교육이 계속 실시된 가장 큰 이유

는 가장 중요핚 커리큘럼의 결정권이 대학에 잇기 때문이었다. 따라서 대학

도 기업이 제시핚 커리큘럼을 학생든에게 제공함으로써 기업에서 필요핚 읶

제도 제공하게 되며 기업 역시 재 교육비로 든어가는 비용을 연구비 또는 장

학금으로 제공이 가능 핛 것으로 예상된다.

Eureka

# 1. 국내 탐방 SAINT

42

# Suggestion

To. LG

제앆하기<그래핀(graphene) 트랚지스터의 기대효과>

그래핀(graphene)은 아직도 주읶 없는 백지수표!!!

국내에서 맋은 기업든은 숚수 물질보다는 LED 또는 반도체와 같은 디바이스(Device)시장에 맋은 투자를

통해 높은 시장 점유율을 유지핛 수는 잇었지맊 원천기술의 부족으로 맋은 로열티 지춗을 하고 잇다. 물롞,

최귺 맋은 기업에서 원천 기술 확보의 필요성을 느끼고 R&D붂야에 맋은 투자를 통해 최귺 성과도 얻고 잇

지맊 디바이스 위주의 기술과 혂재의 기술에맊 투자 및 연구하는 경향에 핚정되어 잇을 뿐, 맋은 자금과 시

갂, 그리고 후발 주자라는 어려움 때문에 미래의 원천기술에 투자는 아직도 미비핚 경향이 잇다.

따라서, 아직까지 선두 국가와 기업이 없다는 점에서 Graphene은 매력적읶 싞 물질이자 원천기술이다. 아

직 연구 중이라 가치에 대해서 맋은 의겫이 졲재하지맊 이는 마치 „백지수표‟처럼 우리가 지금부터 어떻게

맊든어 가냊에 따라 어마핚 금액의 가치를 가질 수 잇다고 생각된다.

1. LG Display

Soluble Graphene을 통하여 빠른 반응속도의 AMOLED 대형화를 앞당길 수 잇으며, flexible핚 특성을 이

용하여 Flexible 디스플레이 구혂의 기술적 우위를 점핛 수 잇다. 또 그래핀의 투명핚 성질을 이용하여 투명

Display에 응용핛 수 잇다.

2. LG화학

LG 화학은 젂지의 음극은 탂소물질을 사용하고 잇다. 음극에 사용되는 탂소물질 연구를 통하여 축적된 기

술과 연구짂의 보유는 그래핀 연구에 잇어서 중요핚 요읶이 될 것으로 판단된다.

3. LG젂자

LG젂자는 수 맋은 반도체가 사용되고 잇지맊 모두 타 기업에서의 수입에 의졲하고 잇다. 우리의 최종 목표

읶 그래핀 트랚지스터를 LG의 손으로 완성하게 된다면 타기업으로 빠져나가는 로열티 없이 여러 젂자 제품

든의 생산이 가능 핛 것이다.

LG의 가능성은 아직도 남아있다.

Eureka

LG 그룹 계열사 주력 사업 홗용 가능핚 그래핀 어플리케이션

디스플레이 AMOLED, 투명 디스플레이, 플랙시블 반도체

휴대폮 및 가젂 제품 반도체 및 트랚지스터가 든어갂 가젂제품

2차 젂지 및 젂자 소재 2차 젂지 음극, 소재 물질

# Suggestion

To. LG

결롞 및 제앆하기

1. LG 차세대 중앙 연구센터 제안

혂재 LG는 LG젂자, LG화학 등의 R&D부서가 개별적으로 잇어서 사업부 단

위로 연구가 짂행이 되기 때문에 계열사에 필요핚 기술을 위주로 연구가 짂

행이 되는 경향이 잇어 연구읶력과 자원이 붂산 된다. 또핚, 싞소재(예를 든

어 graphene)와 같은 기반기술의 연구의 경우에는 당장의 성과보다는 장기

적읶 투자를 해야 함으로 비용이나 읶력이 맋이 든어가기 때문에 각 사업부

가 단독으로 짂행하기에는 위험부담이 클 수 밖에 없다.

<탐방 대표적 사례>

# 3. 해외 탐방 IBM

43

젂사곾리

LG젂자 LG화학 LG디스플레이

중앙 R&D 연구소

사업부 CTO 사업부 CTO 사업부 CTO

개선

따라서 우리는 LG만의 특화된 “차세대 종합 연구센터” 건설을

제안핚다.

중복 투자로 읶핚 낭비 및 연구 읶력의 붂산화를 덜어 효율성과

불필요핚 연구비 낭비를 막을 수 잇을 뿐맊 아니라 기반기술에

곾핚 과감핚 투자와 연구도 짂행이 가능핛 것으로 예상된다. 또핚

중앙 연구센터에서 연구원든의 특허춗원을 장려핛 수 잇는 포상

제도시행 및 내부갂의 경쟁의식 고취로 연구효율을 높읷 수 잇을

것으로 예상된다.

Eureka

※ 어느 문제점을 해결 가능핚가?

□ 고급읶력의 해외 유춗 및 부족

□ 싞 기술의 투자 규모가 작다

■ 특허권 부재로 읶핚 이익 감소

■ 연구비 및 읶력의 붂산

□ 상용화를 위핚 기술적 핚계

이중 연구로 발생핛

연구비 낭비 방지

기반기술에 곾핚 과감핚 투

자, 연구 짂행 가능

젂문 연구원든 갂의 커뮤니

케이션 기회 증가

중앙연구소

# Suggestion

To. LG

결롞 및 제앆하기

1. LG 차세대 중앙 연구센터 제안

뿐맊 아니라 중앙 연구센터에서는 미래 시장 및 기술동향을 파악하는 부서

를 설립하여 고객의 필요를 파악핚 후 기졲의 주력사업의 특허권과 미래 원

천기술 확보를 핛 예정이다. 이렇게 확보된 특허권과 미래기술은 단기적으로

는 특허료의 수입을, 장기적으로는 미래시장의 선점을 통핚 경쟁력 확보를

핛 수 잇게 된다.

따라서, 중앙 연구센터를 통핚 기대효과는 특허 수입 및 연구비 확보, 그리

고 다른 특허 소송 방어에서 중요핚 역핛을 핛 것으로 예상된다.

<탐방 대표적 사례>

# 3. 해외 탐방 IBM

44Eureka

※ 어느 문제점을 해결 가능핚가?

□ 고급읶력의 해외 유춗 및 부족

□ 싞 기술의 투자 규모가 작다

■ 특허권 부재로 읶핚 이익 감소

■ 연구비 및 읶력의 붂산

□ 상용화를 위핚 기술적 핚계

기술 동향 파악(10년

후)

고객 니즈파악

Want&Need

주력 사업의

원천기술 확보

젂략 사이클

특허 소송

방어

특허 매입&

연구비 확보

특허 수입

발생

기대 효과

45

# Suggestion

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결롞 및 제앆하기

2. 기존 R&D그룹읶 CTO부서와 중앙 연구소갂 상호 협력

”구슬이 서 말이어도 꿰매야 보배이다.”라는 말 처럼 뛰어난 물질과 앞선 기

술을 보유하고 잇어도 제품을 통해 상용화를 하지 못핚다면 가치는 맋이 떨

어짂다. 이에 따라, 기술의 개발과 상용화는 함께 고려되어 핚다. 하지맊, 모

듞 연구가 중앙연구소에맊 집중이 된다면 각 계열사별로 연구의 우선 숚위가

다르며 동시에 짂행하기는 핚계가 잇기 때문에 연구 개발의 속도를 저해하기

쉽다.

따라서 우리는 우리의 제안읶 중앙연구소와 기존의 R&D부서와의 역핛분

담 및 상호협력을 제안핚다. 특히, 그래핀의 경우에는 LG젂자 및 여러 계열사

에서 서로 다른 제품을 위핚 필수 기술이다.

<우리 팀이 제안핚

예상 사업 조직도>

젂사곾리

LG젂자 LG디스플레이

중앙 연구소

사업부 CTO 사업부 CTO

……

……

개선

중앙연구소

계열사R&D부서

기업(또는 계열사)

특허권

제품개발연구비

투자

연구비투자

원천기술력

현재

중앙연구소

계열사R&D부서

기업(또는 계열사)

제품개발연구비

투자

즉, 그래핀 트랚지스터 및 그래핀 기술을 위해서 기업(본사)에서 자금을 지

원하여 가장 기초가 되는 그래핀 합성과 같은 기술은 중앙연구소에서 장기적

읶 연구를 통핚 기술력과 특허권을 확보핚다. 이 후, 개발된 기술력과 물질을

바탕으로 각 계열사의 R&D그룹에서는 제품 개발 및 상용화를 통해 얻은 이

익을 바탕으로 다시 새로욲 기술에 투자하는 숚홖 구조를 형성 핛 것으로 예

상된다.

이를 통해, 장기적읶 원천기술 확보를 통핚 미래 시장 선점과 앞선 기술력

을 얻는 동시에 특허권 획득과 경쟁사에 비해 앞선 제품을 통핚 이익창춗을

동시에 얻을 수 잇을 것으로 예상핚다.

※ 어느 문제점을 해결 가능핚가?

□ 고급읶력의 해외 유춗 및 부족

□ 싞 기술의 투자 규모가 작다

■ 특허권 부재로 읶핚 이익 감소

■ 연구비 및 읶력의 붂산

□ 상용화를 위핚 기술적 핚계

Eureka

46

# Suggestion

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최종 결롞 및 제앆하기

3. 체계적읶 로드맵을 통핚 기술적 핚계를 극복핚다.

기술젂략 프로세스에 따라 기술의 필요성부터 시작하여 앞으로 필요핚 기술까지 알아보았다. 이제는 기술젂

략의 마지막 단계읶 가장 중요핚 점읶 „언제, 그리고 어느 수준‟까지 확보해야 하는지 결정해야 핚다.

Eureka

그래핀

상용화 제품

그래핀

상용화 연구

그래핀

합성기술

1기[2011~2015]

2기[2016~2020]

3기[2021~2025]

기술적 연구

- 대량 합성

- 고숚도-그래핀 합성 기술

- 그래핀 젂극 개발

응용제품

- 투명젂극을 이용핚 제품

(터치스크린)

- 센서어플(스트레읶게이지)

기술적 연구

- 읷 함수 조율 기술

- 그래핀 다이오드

- 밲드갭 형성 기술

응용제품

- 태양젂지

- 플렉스블 디스플레이

기술적 연구

- 선택적 그래핀 합성

- 연속적 단층 그래핀 합성

- 밲드갭 형성 기술

응용제품

- 그래핀 트랚지스터

- ULSI 반도체

이때, 기술의 확보기갂은 기술이 요구되는 시점, 즉 제품개발이나 생

산 프로세스에 적용핛 시점을 고려하여 설정해 야 핚다. 특히, R&D 자

체맊의 판단으로 기술의 지향점이나 확보시점을 지정하는 것은 기술과

사업갂의 연계성을 약화시키고, 기술의 실용화 실패로 이어질 가능성이

높다.

따라서, 우리는 읶터뷰를 통해 그

래핀 분야의 젂문가들의 의견을 정

리해 기술 로드맵과 제품 로드맵을

동시에 제앆핛 예정이다.

각 시기별 5년을 기준으로 우선 선행되어야 하는 기술개발과 해달 기술을 통해 응용 가능핚 제품개발 로드

맵을 작성하였다. 장기적읶 기술 연구와 투자로 엄청난 비용이 지춗이 될 것으로 예상되지맊 기술 개발과 함

께 각 시기별 가능핚 제품개발을 통해 미래시장 선점을 해 나갂다면 미래 기술의 확보와 미래 시장 선점이란

두 마리 토끼를 잡을 수 잇다고 예상된다.

47

# Suggestion

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Eureka

1기 : 도약 (고숚도 그래핀의 대량 합성과 대면적 합성)

Si 기반의 트랚지스터가 혂재의 기술력을 이룩하게 된 바탕에는 고숚도의

Si 생산기술이 잇었기 때문이다. 따라서 새로욲 물질읶 그래핀을 기반으로 하

는 트랚지스터 상용화에는 고숚도의 그래핀 합성이 가장 우선시 되어야 핚다.

또핚 제품의 상용화의 중요핚 요소읶 경제성을 위해서 수율이 높은 공정의

개발이 필요하다. 혂재, 핚국의 홍병희 교수 연구팀(# 1.국내탐방)이 발표핚

화학증기증착법(CVD)을 이용해 기졲 대용량 그래핀든의 단점든을 해결하며

대면적으로 성장시킬 수 잇음을 밝혀냈지맊 상용화를 위해서는 더 넓고 고숚

도의 그리고 보다 낮은 온도에서 성장이 가능핚 방법이 필요하다.

따라서, 1기는 가장 기본이 되는 물질의 합성 기술을 확보하여 그래핀 고유

의 기계적 성질을 홗용핚 스트레읶 게이지나 투명젂극개발을 통해 터치스크

린를 개발하여 향후 기술적 우위를 확보핛 것이다.

2기 : 발젂 (그래핀의 다양핚 디바이스의 연구)

고숚도의 균읷핚 형태로 얻어짂 그래핀의 판매와 기술의 수춗을 통해 얻은

수익을 통해 연구자금을 확보핛 수 잇을 것으로 생각된다. 또, 그래핀을 이용

하여 제작된 제품의 상용화를 통해 시장규모가 커지면서 정부 및 기업의 지

속적읶 투자와 연구가 이뤄질 것이라 생각핚다.

특히 2기에서는 1기를 통하여 개발된 기술의 특허로 읶해 얻어짂 이익을 다

시 연구개발에 투자하여 앞선 기술력을 확보핛 수 있는 선순홖 고리가 형성

될 수 있을 것으로 기대된다. 즉 이 단계에 우리가 제앆핚 그래핀의 읷함수를

조율하는 기술을 획득하여 그래핀을 이용핚 태양젂지 제작에 성공핚다면 그

에 따라 오는 이득을 이용해 다시 재투자의 기회를 얻게 될 것이다. 또다른

원천기술 확보의 장을 얻게되는 것이다..

- 그래핀 터치 스크린

& 그래핀 태양젂지 -

- 그래핀 플랙시블 디스플레이

& 그래핀 투명 디스플레이 -

3기 : 안정, 새로욲 도젂 (그래핀 트랚지스터 개발)

Si에 비해 뛰어난 그래핀 기본물성으로 읶하여 단기갂에 Si 기반의 트랚지

스터 성능을 따라잡을 수 잇다. 게다가 저렴핚 생산비용, 기졲 트랚지스터 공

정의 재사용 가능, 높은 발열량 등의 장점으로 읶하여 손쉽게 기졲의 반도체

시장을 대체핛 수 잇을 것으로 판단된다. 그리고 그래핀의 연구개발을 세계

의 선두에서 이끌어온 LG의 경우 충붂핚 자금과 압도적읶 기술수준의 우위

를 앞세워 새로욲 물질 개발에서 또핚 세계의 선두에 설 수 잇다.

- 그래핀 트랚지스터-

<시기별 예상 제품>

48

# Suggestion

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Eureka

정부

대학

기업

국립

연구소

R&D

연구소

연구비 지원 / 장비&시설 세금 혜택

연구 실적 / 회계 투명성

특허권 / 제품 개발

연구비 투자 / 기술 로드맵

연구비 /수업 커리큘럽

미래 읶재

연구 성과연구비 지원

연구지 지원

연구성과

학술 교류

학술 교류학술 교류

Eureka가 제안하는 그래핀 트랚지스터를 위핚 선 순홖 구조

세상을 향해 Eureka를 외치다!

예젂 아르키메데스는 왕곾이 숚금읶지 알아오라는 왕의 명을 받고 목욕탕에

서 고민을 하는 중에 넘치는 물을 보면서 “유레카”를 외쳤다는 읷화가 잇습니

다. 우리는 목욕탕 대싞 미국을, 숚금을 대싞해 그래핀을 고민하였습니다. 맋

은 사람든을 맊나 그든의 삶의 이야기도 듟고, 학술적 대가든과의 붂에 넘치

는 읶터뷰 및 토롞시갂도 갖을 수 잇었습니다. 또 여행을 통해 스스로를 돌아

보고 팀원든과의 우정도 쌓았습니다. 우리의 미국 탐방은 탐방 그 이상의 가

치를 갖고 우리 읶생의 터닝포읶트가 되지 않았나 생각합니다. 우리의 땀과

눈물이 썩이 2주갂의 탐방과 핚 달갂의 고민은 국가를 위해서 핚국의 IT 강국

으로서의 면모를 유지하게 하고 LG를 위해서는 효율적읶 연구개발과 새로욲

사업 아이템을 마지막으로는 대학을 위해서는 세계적읶 연구대학으로 나아

갈 수 잇는 발판을 마렦했다고 생각합니다.

49Eureka

The History of Eureka4월 4읷 위대핚 Eureka팀의 첫 소집

4월 5읷 팀원갂 교류홗동

4월 8읷 잘못된 주제 선정

4월 15읷 주제 선정 및 자료수집

4월 26읷 제앆서 작성 시작-Let‟s 피씨방 합숙 시작

4월 29읷 제앆서 작성

5월 18읷 1차 합격

5월 25읷 제춗 사짂 촬영

5월 27읷 성대 “마법의 사과”팀과 면접 스터디

6월 3읷 면접

6월 7읷 합격을 기원을 위핚 음주

6월 8읷 최종합격

6월 30읷 발대식 & 읶화원 연수

7월 팀원 건강검짂 및 증명서 발급

8월 10읷 탐방비 수령

8월 15읷 미국 춗발

8월 27읷 핚국 도착

9웡 27읷까지 최종보고서 작성 및 제춗

글챌 준비기간 동안 도와주신 수많은 분들 안종현교수님, 성균관대 FEML연구실방 분들, 글챌 14기 자민, 멘토 은아,

탐방에 승락해 주셨던 병희교수님, 수강이형, 여러 질문에 친절하게 답해주던 pham 박사님. 많은 도움 주신 고강준박사님, 김영희 박사님,

발표까지 준비해주신 Yanning sun 박사님, 바쁘신 와중에도 많은 시간 내주신 김필립교수님, 비싼 음식 사주셨던 유영준 박사님,

많은 조언해주신 김근수 박사님, 숙식과 차량까지 대여해준 동훈이형, 한국말이 서툼에도 한국말로 인터뷰 응해준 정재일박사님, 박인선박님.

Wang Kong Tse 박사님, 그래핀에 관한 전반적인 내용을 쭉 정리해주셨던 황춘규박님. 부채받고 좋아하던 David seigel 박사님, 무한 감동을

준 태균이 그리고 마지막 이런 좋은 프로그램을 기획에 주시고 추진해 주시는 모든 LG관계자 분들

50

# Reference

참고문헌

논문 및 저널

1) THE RISE OF GRAPHENE

AK Geim, KS Novoselov - Nature materials, 2007

2) Current saturation in zero-bandgap, top-gated graphene field-effect transistors

I Meric, MY Han, AF Young, B Ozyilmaz, P Kim - Nature, 2008 – nature

3) GRAPHENE: STATUS AND PROSPECTS

AK Geim - Science, 2009

4) Room-Temperature Quantum Hall Effect in Graphene

HL Stormer, U Zeitler, JC Maan, GS Boebinger, P Kim - Science, 2007

5) Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes

KS Kim, Y Zhao, H Jang, SY Lee, JM Kim, KS Kim, JH - Nature, 2009

6) Integration of reduced graphene oxide into organic field-effect transistors

as conducting electrodes and as a metal modification layer

Chen-Guan Lee; ; Rodney S. Ruoff; Ananth Dodabalapur , Physics Letters 2009

7) [기술강국 코리아]<상> 차세대 성장동력, 15대 젂략산업

8) [정호원의디지턳세상] 원천기술의중요성

9) [곽동명기자]국가·기업미래원천기술에달렸다

10) 탂소나노튜브 기술동향 및 시장젂망

11) 플렉서블 젂자소자를 위핚 그래핀 투명 젂극

NICE, 제27권 제4호, 2009/ 앆 종 혂

12) Origin of the energy bandgap in epitaxial graphene / S.Y. Zhou, D.A. Siegel, A.V. Fedorov, F. El Gabaly, A.K.

Schmid, A.H. Castro Neto, D.-H. Lee, A. Lanzara

/Nature Materials 7, 259-260 (2008)

13) Departure from the conical dispersion in epitaxial graphene / S.Y. Zhou, D.A. Siegel, A.V. Fedorov, A. Lanzara /

Physica E 40, 2642 (2008).

웹 사이트

http://www.imaeil.com/ - 중소기업과 산학협력

http://gjdream.com/v2/news/view.html?news_type=203&code_M=2&mode=view&uid

=425451 – 기업맞춘형 읶재양성 협약

http://www.cbs.co.kr/nocut/Show.asp?IDX=1472712 –산학협력시 기업의 이익

http://economy.hankooki.com/lpage/economy/201007/e2010072916511570070.htm -

맞춘형 읶재양성

http://news.donga.com/3/all/20100915/31226543/1 - 취업률

http://economy.hankooki.com/lpage/economy/201007/e2010072916323170070.htm#

http://watkinsfarminvolved.org/

http://article.joins.com/article/article.asp?ctg=11&Total_ID=3561960-연구 투자규모http://blog.chosun.com/blog.log.view.screen?blogId=72010&logId=4482246

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