[KOSEN PICK] 반도체·디스플레이, 새로운 도약 시기 왔다
2023-08-08
관리자
최근 ‘핫(hot)’한 대화 앱 챗GPT에게 ‘반도체·디스플레이 산업의 전망’에 관해 물으니, “성장 가능성이 크다”고 답했습니다. 반도체와 디스플레이는 서로 긴밀하게 연관된 분야로 AI(인공지능), 빅데이터, IoT, 클라우딩 컴퓨팅 등의 기술발전에 따른 새로운 시장 형성에 두 산업의 성장 가능성도 커지고 있다는 것이 GPT의 설명입니다. GPT 등이 초거대 AI 실행을 전망하면서 반도체·디스플레이 산업의 장래도 밝게 하고 있습니다.
반도체 패권 경쟁은 국가 간 전쟁으로 번지고 있습니다. 미국은 정부가 직접 나서 산업 질서를 재구축하고 있으며, 일본은 반도체 패권국으로 지위를 되찾기 위해 안간힘을 쓰고 있는 상황입니다.
이에 정부도 반도체, 디스플레이, 차세대전지 등 3대 주력 기술 분야에서 미래 핵심기술 100개를 선정하고 중점 확보에 나서기로 했습니다. 2027년까지 민간에서 156조 원, 정부가 4조 5천억 원 규모 R&D 자금을 투입하고 민관 연구협의체를 출범시켜 기술 확보를 지원할 예정입니다.
자세히 살펴보면, 반도체 분야에서는 민간 전문가와 함께 수립한 반도체 미래 기술 로드맵을 바탕으로 45개 핵심기술을 선정하고 이를 집중적으로 지원하기로 했습니다. 또 디스플레이 분야에서는 유기발광다이오드(OLED) 등 우위 기술을 고도화할 수 있는 핵심기술 28개에 대한 R&D를 지원합니다.
이와 함께 정부는 연구개발 성과가 민간에서 빠르게 활용될 수 있도록 지원부처와 산학연 전문가. 단체가 참여하는 민관 연구협의체를 만들고, 민간에서 필요한 기술 분야 R&D 투자가 빠르게 이뤄질 수 있도록 법령과 제도를 활용해 지원키로 했습니다.
두 산업이 새로운 전환점에 놓인 만큼 관련 연구자들에게 새로운 도전과 연구가 될 수 있을 것으로 기대됩니다. 그간 코센 리포트에서는 어떤 관련 연구들이 발표되고 있는지 자세히 살펴보았습니다.
Micro-LED 기술 동향
성진욱 (가천대학교)
OLED 한계를 뛰어넘을 수 있는 새로운 디스플레이로 주목받고 있는 Micro-LED(Light Emitting Diode). Micro LED는 OLED보다 장수명 고휘도, 저전력 디바이스 구현, 부품 모듈화에 의한 제약 없는 확장성, 100인치 이상 대형화가 가능하다.
리포트는 Micro LED의 기술개발 수준 및 현황, 기술 도전 과제, 시장 전망 등을 설명하고 있다.
현재 Micro LED 중 기술 성장 수준이 가장 낮은 분야는 웨이퍼, 에피택시, 칩 부분이다. 웨이퍼는 무기물 재료를 성장시킬 수 있는 기판이며, 에피택시는 무기물을 성장시키기 위한 방법으로 다양한 공법이 개발 중이다. 또 칩은 에피택시 공법으로 성장시킨 단결정을 모듈화하기 위한 전 단계를 말한다.
Micro LED 개발에 있어 제조 공정 중에 LED 칩을 최종 기판에 옮기는 전사 공정은 현재 해결해야 할 가장 큰 기술 장벽에 해당한다. 여기에 신규 픽셀 구조 개발, 집적 및 조립 공정을 결합한 일원화 등은 개발 과제로 떠오르고 있다.
리포트는 Micro LED의 기술 현황, 장벽, 개발 과제, 시장 현황을 보았을 때 기술적인 부분에서 아직 불완전한 분야인 에피택시 증착, 전조 식각, 전사, 검사 분야 등에 대한 기술개발이 필요한 상황이라 전제하며, 기술 수준이 낮지만 향후 시장 전망이 밝다고 전하고 있다.
○보고서 원문 바로가기 : https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000002325
인도, 반도체 현지 생산 기반 확충 추진
정보통신기획평가원
인도가 반도체 현지 생산에 힘쓰고 있다.
인도는 코로나 19사태를 겪으며 반도체 공급망 위기를 경험, 가전제품부터 차량용에 이르기까지 산업 성장에 따라 반도체 수요가 증가했으나 위태로운 공급망으로 인해 생산이 위축되는 상황을 겪으며 자체 공급망 확보의 필요성을 절감하게 됐다.
인도는 현재 전적으로 수입에 의존하고 있는 반도체의 현지 생산을 촉진하기 위해 보조금 지원 등 파격적인 보상을 제공하면서 세계적 기업들의 현지 생산 및 자국 기업의 반도체 생산 참여를 유도하고 있다.
현지 언론에 따르면 인도 정부는 미국계 글로벌 파운드리 및 한국 반도체 회사를 포함해 4개의 글로벌 칩 메이커와 현지 공장 설립을 위한 협의를 진행 중인 것으로 알려졌다.
또 인도 정부는 Mohali에 12억5000만~13억 달러를 투자하여 반도체 연구소(SCL)를 현대화 및 업그레이드하고 반도체 분야에서의 지적 재산권도 강화할 계획이다. SCL은 인도 IT 전자부 산하의 기관으로 향후 업그레이드를 통해 28나노 반도체 생산기술 확보를 목표로 하고 있다.
인도 반도체 시장(2021년 기준)은 1190억 달러 규모로 추정되고 있으며 거대 내수시장을 기반으로 탄탄한 성장세가 예상된다. 반면, 인도의 반도체 생산 여건은 우호적이지만은 않다. 현지 기반 산업이 부진하고 반도체 산업의 특성상 대규모 투자도 필요한 상태다.
리포트는 현지 투자 증가에 따라 인도의 반도체 생산설비 시장수요가 발생할 것으로 전망하며 향후 인도의 잠재시장을 고려할 때 현지 진출 생산에 대한 검토도 필요해 보인다고 밝혔다.
○보고서 원문 바로가기 : https://kosen.kr/info/trend/GTB_0000000000180097
전력 반도체 재료 질화갈륨의 결함과 표면 연구
유수현 (임페리얼칼리지런던)
질화갈륨(GaN)은 전력장치 분야에서 유망한 후보 재료 중 하나다. 기존의 실리콘 기반 장치에 비교해 높은 밴드갭, 항복 전압, 열 전도성 등 다양한 장점이 있다.
리포트는 질화갈륨의 표면과 결함에 대한 연구결과를 소개하고 있다. 리포트에 따르면 반도체 재료의 의도치 않은 결함은 전력장치의 신뢰성에 부정적인 영향을 끼치지만 명확하게 규명된 결함의 물성을 활용하면 결함은 반도체 재료의 도펀트로 사용할 수 있다. 또 질화갈륨의 다양한 결함의 물성을 정리해 활용성 증가를 도모할 수 있다.
더 나아가 질화갈륨을 활용한 장치를 만들기 위해 질화갈륨을 성장시켜 표면 구조를 만드는 다양한 기법과 다양한 기판 위에서 실제로 성장 된 질화갈륨의 예시를 소개, 재료의 물성 효율성을 높일 방법을 모색할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
○보고서 원문 바로가기 : https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000002306
전기화학발광 디스플레이 원리 및 개발 동향
이동진 (인하대학교)
최근 디스플레이·조명용 발광장치에서 기존 유기발광다이오드(OLED)의 대체 플랫폼으로 전기화학발광(ECL)이 활용되고 있다.
OLED는 공정 과정에서 고진공 설비와 상당한 청정도 관리가 필요해 제작비용 문제가 발생하기 때문이다. 하지만 ECL에 기발한 발광소자(ECLD)는 2개의 마주 보는 전극 사이에서 발광 소재와 전해질로 구성된 단일 활성층이 산화·환원을 일으키고 그를 통해 빛이 생성되는 형태로 OLED와 비교해 단순 소자 구조, 낮은 구동 전압, 저비용 용액 공정 등의 장점이 있다.
반면 상대적으로 낮은 방출 효율과 고상의 소자 제작이 어렵다는 단점도 있지만, 기존 디스플레이에서는 구현할 수 있는 고유한 특성을 실현할 수 있어 관심이 커지고 있다.
리포트는 ECL 원리를 비롯해 ECL 발광체, 액형 ECLD, 겔형 ECLD를 소개하고 최근 연구 동향까지도 설명하고 있다. 리포트에 따르면 전해질과 발광단으로 구성된 ECL 활성층은 일련의 전기화학 반응을 통해 빛을 방출한다. 액형 ECLD의 단점을 보완하기 위해 개발된 겔형 ECLD는 기계적 안정성과 내구성을 유지하면서 액형 ECLD의 기능을 제공한다.
또 ECLD는 기존 샌드위치형 구조에서 전극을 정렬한 필요가 없어 소자 제작 시 저비용 인쇄 공정을 적용하기 위한 상당한 유연성을 제공하며 확장형 폼팩터를 가진 미래형 발광소자를 제작할 수 있다. 이와 함께 신축성 및 변형 가능한 겔형 ECLD를 전자 피부와 웨어러블 에너지 소자에 집적해 신호 혹은 에너지 용량을 시각화하는 요소로 활용할 수 있다고 밝혔다.
○보고서 원문 바로가기 : https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000002103