인공 전자피부 등 개발에 ‘칼코겐 화합물’ 주목…한국·삼성전자, 다출원 1위

[아시아경제(대전) 정일웅 기자] 차세대 유연 전자소자로 주목받는 ‘전이금속 칼코겐 화합물(이하 칼코겐)’의 연구개발이 국내에서 활기를 띄고 있다.

이 화합물은 4차 산업시대를 이끌어 갈 웨어러블 디바이스(입을 수 있는 기계들), 인공 전자피부(각종 센서를 포함한 전자회로를 피부처럼 얇게 만든 것), 유연 디스플레이(접거나 둥글게 말 수 있는 장치) 등의 개발에 적합소재로 기대를 모은다.

우리나라(국가별 현황)와 삼성전자(출원 주체별 현황)는 각각 최근 5년간 이 분야의 기술 특허출원에서 국내외 다출원 주체 1위를 고수해 왔다.

20일 특허청에 따르면 2012년~2016년 칼코겐을 중심으로 출원된 특허는 총 214건으로 2007년~2011년 55건보다 4배 가까이 증가했다.

최근 5년 이 분야 특허출원은 내국인 187건(87.4%)과 외국인 27건(12.6%) 등의 분포를 보인다. 외국인의 국적별 출원 분포에선 미국 10건, 유럽 9건, 대만 5건, 일본 3건 등의 순으로 조사된다.

또 내국인 부문의 출원인별 분포에선 삼성전자가 23건(10.7%)으로 가장 많은 건수를 기록했고 경희대 21건(9.8%), 연세대 18건(8.4%), SK하이닉스 16건(7.5%), 성균관대 11건(5.1%) 등이 뒤를 이었다.

이처럼 국내에서 칼코겐에 관한 특허출원이 활기를 띄는 배경으로는 반도체 강국으로 손꼽히는 우리나라가 칼코겐을 이용한 포토센서, 쏠라셀 등 광소자 분야 연구개발에 적극 나선 까닭으로 분석된다.

앞서 이 분야에선 전류 및 열전도성이 높고 기계적 강도가 높은 동시에 신축성이 좋은 장점으로 그래핀(탄소원자로 만들어진 원자크기의 벌집 형태 구조를 가진 소재이 미래 기술로 관심을 받았다.

하지만 그래핀에 밴드갭(전자가 존재할 수 없는 영역·밴드갭이 없으면 도체, 작으면 반도체, 크면 부도체의 특성)을 형성하는 것이 제한적이고 밴드갭이 형성되더라도 전하 이동도가 급격히 감소하는 문제를 겪어야 했다.

이 와중에 칼코겐은 그래핀과 유사한 구조를 지닌 나노재료로 분류되는 동시에 전기적으로 1~2 eV대 밴드갭이 존재, 논리회로 제작이 어려운 그래핀의 단점을 완벽하게 보완함으로써 연구진의 관심을 모은 것으로 확인된다.

특히 칼코겐이 그래핀과 같은 구조를 갖고 있어 그래핀을 합성하는 방법이 주로 사용되는 특징도 엿보인다. 이중 고품질·대면적 합성을 위한 화학기상 증착법은 대표적인 활용법(전체의 39.7% 이용)으로 꼽힌다.

이는 기계적 박립버에 비해 비용이 저렴하고 제어가 가능해 대량생산이 가능한 이유에서인 것으로 풀이된다.

실제 최근에는 그래핀이 가진 우수한 성질을 칼코겐에 결합하는 기술 등 장호 장점을 융합해 새로운 미래 소자를 개발하려는 시도가 늘고 있는 것으로 특허청은 파악하고 있다.

반용병 정밀화학심사과장은 “원자층 단위의 두께를 지닌 반도체 소재 칼코겐은 기존 전자소자 뿐 아니라 우수한 투명성, 기계적 유연성을 지니고 있다”며 “이는 웨어러블 디바이스, 유연 디스플레이, 인공 전자 피부 등 차세대 전자소자 부문에서의 높은 활용성을 예측 가능케 한다”고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr