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표준연, 세계 최고 수준 감도 지닌 유해가스 센서 개발이산화질소를 세계 최고 감도로 모니터링할 신소재 센서가 개발됐다. 기존 가스센서의 한계를 극복한 이번 기술은 정부 규제 대응을 위한 수준을 뛰어넘어 국내 대기환경 모니터링을 더 정밀한 수준으로 끌어올릴 것으로 전망된다. 한국표준과학연구원(KRISS)이 세계 최고 수준의 감도를 지닌 유해가스 센서를 개발했다고 밝혔다. 대기 중 유해가스인 이산화질소를 상온에서 저전력·초고감도로 정밀 모니터링할 수 있으며 반도체 공정 잔류가스 감지, 수전해 촉매 등에도 활용이 기대된다. 화석연료를 고온에서 연소할 때 발생하는 이산화질소(NO2)는 주로 자동차 배기가스, 공장 매연 등으로 배출되며 대기오염으로 인한 사망률 증가의 원인 중 하나다. 국내에서는 대통령령으로 대기 중 연평균 이산화질소 농도를 30 ppb(10억분의 1) 이하로 규제하고 있다. 이처럼 극히 낮은 농도의 가스를 정확하게 감지하기 위해서는 감도가 매우 우수한 센서가 필요하다. 특히 반도체 등 첨단산업의 발전으로 인체에 치명적인 유해가스 사용도 늘고 있어 실험실이나 공장 등에서는 안전사고 방지를 위해 반도체식 센서가 사용되고 있다. 문제는 이 센서의 반응감도가 사람의 코로 인식할 수 있는 수준의 유해가스도 감지하지 못할 만큼 낮다는 점이다. 여러 가스가 혼재된 환경에서 특정 가스를 정확히 선택해 감지하는 능력도 떨어지고 민감도를 높이려면 고온에서 동작시켜야 해 에너지 소모가 크다. 이번에 개발한 센서는 신소재 기반의 차세대 반도체식 유해가스 센서로 성능과 실용성이 기존 센서보다 대폭 향상됐다. 화학반응감도와 선택적 감지능력이 모두 뛰어나 기존에 보고된 반도체식 센서보다 이산화질소를 60배 이상 높은 감도로 감지할 수 있다. 상온에서 동작 가능해 전력 소모가 적고, 최적의 반도체 제조공정으로 저온에서 대면적 합성이 가능해 제작단가도 낮다. 기술의 핵심은 KRISS가 자체개발한 이황화몰리브덴(MoS2) 나노브랜치(nanobranch) 소재다. 통상 2차원의 평면 구조로 사용되는 MoS2 소재를 나뭇가지 형태의 3차원 구조로 합성해 민감도를 높였다. 대면적으로 균일한 소재 합성이 가능할 뿐 아니라, 추가적인 공정 없이 원료 물질에 포함된 탄소 비율을 조절하는 것만으로 3차원 구조를 만들어낼 수 있다는 것이 특징이다. KRISS 반도체측정장비팀은 개발한 가스센서로 대기 중 이산화질소를 5 ppb 농도까지 감지할 수 있음을 실험을 통해 증명했다. 이를 바탕으로 계산된 센서의 감지 한계는 1.58 ppt(10조분의 1)로 세계 최고 수준이다. 이번 성과를 활용하면 대기 중 이산화질소를 낮은 소비전력으로 정밀 모니터링할 수 있다. 시간과 비용 측면의 경제성이 뛰어나고 우수한 분해능을 갖추고 있어 연평균 이산화질소 농도뿐 아니라 실시간 변화를 감지해 대기환경 개선 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 기술의 또 다른 특징은 소재 합성 단계에서 원료 물질에 포함된 탄소 함량을 조절해 소재의 전기화학적 특성을 변화시킬 수 있다는 점이다. 이를 이용하면 반도체 공정의 잔류가스 등 이산화질소 외의 다른 가스를 감지하는 센서도 개발 가능하다. 소재의 우수한 화학반응성을 응용하면 수소 생산을 위한 수전해 촉매의 성능도 향상시킬 수 있다. 문지훈 KRISS 반도체측정장비팀 선임연구원은 “기존 가스센서의 한계를 극복한 이번 기술은 정부 규제 대응을 위한 수준을 뛰어넘어 국내 대기환경 모니터링을 더 정밀한 수준으로 끌어올릴 것”이라며 “대기 중 이산화질소 모니터링 외에도 다양한 유해가스 센서 및 촉매 개발에 활용할 수 있도록 후속연구를 이어가겠다”고 밝혔다. KRISS 기본사업과 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업으로 수행한 이번 연구의 성과는 재료과학 분야 저명 학술지 ‘스몰스트럭처스(Small Structures, IF: 15.9)’ 8월호에 게재됐다.
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ETRI, 반도체 패키징분야 신소재 기술 최초개발국내 연구진이 최첨단 반도체 개발의 키를 쥐고 있는 패키징(Packaging) 분야의 핵심원천 신소재 기술개발에 성공했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 자체 보유한 나노 소재기술을 이용해 세계최초로 반도체 공정에 꼭 필요한 신소재를 개발해 냈다. 특히 본 기술은 기존 일본이 보유한 기술 대비 95% 전력 절감이 가능한 획기적인 반도체 칩렛 패키징 기술이다. 공정단계도 기존 9단계를 3단계로 대폭 줄였다. 연구진이 개발한 95% 절전 첨단 반도체 칩렛 패키징 기술은 반도체 웨이퍼에 연구원이 개발한 신소재인 비전도성 필름(NCF)을 붙인 후 타일처럼 생긴 칩렛에 면 레이저를 조사(照射)해 경화하는 총 3단계로 이뤄진다. 기존기술로는 칩렛 집적기술이 요구하는 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 칩간 연결통로라 할 수 있는 접합부의 세척 불가능, 상온에서 접합의 필요성 등이 적용하기 어렵다는 단점도 있었다. 하지만, 연구진은 독자적으로 개발해낸 나노소재 설계기술과 나노신소재를 활용해 20여년 핵심원천기술 연구 끝에 기술 확보에 성공했다. 연구진이 개발에 성공한 핵심 신소재는 고분자 필름으로 만들었다. 10~20㎛두께의 에폭시 계열 소재에 환원제 등이 첨가된 나노소재이다. 본 소재에 레이저를 쏘면 반도체 후공정(패키징)의 단계에서 세척, 건조, 도포, 경화 등에 이르는 전 단계를 해결한다. 따라서 ETRI가 개발에 성공한 본 나노 신소재는 소재가 갖는 특수성으로 인해 반도체 후공정에 필요한 접합소재 역할과 각 단계에 이르는 소재 특징을 갖고 있는 셈이다. ETRI 연구진은 첨단 칩렛 집적과 마이크로 LED 전사·접합 공정에 적용해 기술의 확장성과 응용성을 확대할 예정이다. 해당 기술은 향후 반도체 디스플레이 업체가 필요로 하는 저전력·친환경 공법에 본 기술이 해답을 제공할 수 있을 것이다. ETRI 이일민 창의원천연구본부장은 “최근 ESG 경영이 반도체 디스플레이 업계의 화두이고 산업계에 친화적인 저전력 신공법을 누가 먼저 개발하느냐가 사활이 걸린 문제로 본 기술은 파급효과가 매우 큰 기술이다”고 말했다. ETRI은 그간 일본 소재와 장비 기술에 대한 의존도가 높았던 첨단 반도체 패키징, 마이크로 LED 디스플레이 분야에서 독자 기술을 개발해냈다는 사실을 강조했다. 더불어 앞으로 기술 격차를 좁혀가며 저전력, 친환경 등 새로운 시장에서의 원천 기술 상용화를 위해 노력하겠다고 밝혔다.
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KRISS, 식품의약품안전평가원과 나노의약품 안전성 검증 위한 업무협약 확대 체결한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)과 식품의약품안전평가원(평가원, 원장 서경원)은 25일(화), KRISS 대전 본원에서 나노의약품을 포함한 식품·의약품·방사능 분야 측정표준 협력 업무협약을 체결했다. 이번 협약은 양 기관이 그동안 구축해 온 식품·의약품·방사능 분야 협력 체계에 최근 중요성이 부각되고 있는 나노의약품 분야를 추가해 시험분석 능력과 측정 신뢰성을 향상하기 위해 체결됐다. 이를 위해 관련 표준물질 및 숙련도 시험물질의 개발, 시험분석 실시, 기술시험법 표준 마련 등에 힘을 모으고, 연구시설과 장비를 공동 활용할 예정이다. 특히 최근 생산과 활용이 늘고 있는 나노의약품(Nanomedicine)의 정밀한 물성 및 안전성 검증이 협력의 중점 사안이다. 나노의약품은 약물의 구조 및 약물 전달체의 크기를 나노미터 크기로 조절하여 새로운 특성을 갖도록 하는 의약품으로, 코로나19 백신이 대표적이다. 팬데믹을 거치며 전 세계적으로 시장규모가 급격히 성장하는 추세에 있어 관련 규제 마련의 필요성이 커지고 있다. KRISS는 나노의약품의 물성 및 안전성을 정확히 측정할 수 있는 기술력을 바탕으로, 평가원에 관련 규제 및 가이드라인 마련을 위한 기술 자문을 실시하고 국내 기업체에 시험서비스와 기술 지원을 제공할 예정이다. 식품의약품안전처(식약처) 소속기관인 평가원은 식품, 의약품, 의료기기, 화장품, 위생용품 등 다양한 제품들의 인체 위해성 평가·시험분석·허가심사를 수행하고 관련 안전관리 방안을 마련하기 위해 설립됐다. 코로나19 백신, 치료제와 마스크, 진단시약 등 방역물품에 대한 심사와 검증도 담당하고 있다. KRISS는 2014년부터 과학기술정보통신부 나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 나노물질 및 나노제품의 물리화학적 특성과 안전성 측정기술 연구, 국제표준 개발 등을 주관해왔다. 2020년 안전측정연구소를 신설한 이래 나노의약품 등 나노물질 안전성 평가에 대한 기준을 확립하고 관련 측정기술 개발 및 국제활동을 활발히 수행하고 있다. KRISS 박현민 원장은 “그동안 KRISS가 쌓아 온 세계 최고 수준의 나노측정 전문성을 아낌없이 발휘해 국민 건강과 안전에 기여하겠다”고 밝혔다. 평가원 서경원 원장은 “KRISS와의 협력으로 나노의약품을 포함한 식품·의약품·방사능에 대한 검증을 강화하고 국민에게 신뢰받는 식품의약품안전평가기관으로 자리매김할 것”이라고 강조했다.