스마트기기 휘는 기술의 진화, 다음은 반도체…“삼성ㆍSK 플렉시블 개발중”

플렉시블 스마트기기 개발이 확대되면서 삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 기업은 반도체의 플렉시블까지 도전하고 있다. 사진은 웨어러블 최초 플렉시블을 도입한 '삼성기어핏'.

아주경제 이재영 기자 = 삼성전자와 SK하이닉스가 플렉시블 반도체를 개발 중이다.

스마트기기가 기존 ‘구부러진’에서 자유자재로 ‘구부러지는’ 쪽으로 한계를 넘어서는 데 가장 큰 난관이 반도체다. 삼성기어핏을 최초로 웨어러블(입는) 기기까지 진출한 플렉시블 기술이 완벽한 웨어러블을 구사하기 위해 최종 단계로 진화해 가고 있다.

◆ 플렉시블 반도체 지름길 찾는다

업계에 정통한 한 관계자는 9일 “삼성전자와 SK하이닉스 모두 플렉시블 반도체를 연구하고 있다”며 “아직은 연구소 단계에서 경제성 있는 공정 기술을 개발 중”이라고 전했다.

삼성전자의 경우 기존 실리콘 반도체를 중심으로 양산 기술을 연구 중인 것으로 전해졌다. 그래핀 등 유기물 소재가 유연하게 굽혔다 펴지는 성질이 뛰어나지만, 상대적으로 실리콘은 가공이 쉽고 가격이 낮아 양산화에 유리한 면이 있다.

관련 연구계의 한 전문가는 “삼성전자가 실리콘 반도체에서 플렉시블 관련 기술 특허를 보유하고 있는 것으로 알고 있다”며 “유기물 기반 플렉시블 반도체도 연구했었지만 아직은 작은 데이터를 다루는 시장이라 대량 마켓을 겨냥하는 삼성이 컨트롤할 시장이 아니라고 판단한 듯하다. 연구결과가 활기를 띠지 않는다”고 말했다.

플렉시블 스마트 기기 개발에 가장 앞서가고 있는 삼성전자가 플렉시블 반도체에서도 양산화 지름길을 찾고 있는 것으로 보인다.

◆ 앞서가는 삼성, 웨어러블 최초 플렉시블

삼성전자가 웨어러블 최초 플렉시블 디스플레이를 적용한 삼성기어핏을 개발하면서 국내외 플렉시블 기술 개발도 가속화될 전망이다. 스마트폰과 TV 등 플렉시블 적용이 활발하지만 근본적으로 플렉시블 기술은 웨어러블 시장을 겨냥하기 때문이다.

플렉시블 기술은 디스플레이에서 나아가 배터리까지 적용되고 있다. 국내 플렉시블 배터리의 출원은 2001년부터 2009년까지 24건에 불과했으나 2010년부터 지난해까지 107건으로 크게 증가했다. 특히 LG화학 등이 케이블 배터리까지 개발해 완벽한 웨어러블 기기를 위한 최종 과제는 반도체 정도만 남은 상황이다.

이 가운데 플렉시블 반도체 기술은 최종적으로 그래핀 반도체를 향하고 있다. 그래핀이 플렉시블 분야에서 가장 앞선 소재로 꼽힌다. 삼성전자 등 국내 기업은 이러한 그래핀 관련 기술 특허에서도 앞서 나가 플렉시블 반도체를 선점할 가능성이 높다.

특허청에 따르면 국내외 그래핀 관련 특허는 지난해까지 삼성전자가 224건(7.7%), 삼성계열사가 225건(7.7%)으로 가장 많은 출원을 하고 있으며 그 뒤를 LG 계열사(180건, 6.2%), 성균관대학교(147건, 5%)가 이었다. 영국 BBC 방송은 1위 삼성전자의 그래핀 관련 특허가 407건으로 2위인 미국 IBM(134건)보다 3배가 넘는다고 보도한 바 있다.

삼성 계열사의 그래핀 분야 진출도 활발하다. 삼성벤처투자는 그래핀 원천기술을 보유한 미국 벤처기업 XG사이언스사 지분을 인수했으며 삼성테크윈은 서울대 연구진과 그래핀 필름 대량 생산 기술을 개발하기도 했다.

◆"플렉시블 반도체 상용화는 2020년 이후 가능"

국내 연구진의 플렉시블 반도체 기술 개발 동향을 보면, 최근 KAIST 백경욱 신소재공학과 교수 연구팀은 전도성폴리머 소재를 사용해 반도체를 자유롭게 휠 수 있는 저가형 플렉시블 반도체 패키징 기술을 개발했다.

이에 앞서 한국과학기술연구원(KIST) 김태욱 박사팀은 구부러지면서 전원이 차단되어도 저장능력이 사라지지 않는 64비트 저장능력의 비휘발성 메모리 반도체를 개발했다.

김태욱 박사는 이러한 플렉시블 반도체의 상용화 시기에 대해 “정부가 웨어러블 육성에 드라이브를 걸고 있는데 발맞춰 2020년 후에 가능할 것”이라고 내다봤다.

김 박사는 또 그래핀 반도체와 관련 “그래핀은 반도체적 특성을 끌어내기 어려운 부분이 있지만 이미 KIST 연구진도 관련 특허를 보유하고 있으며, 향후 플렉시블 그래핀 반도체까지 연구할 계획”이라고 전했다.

<용어설명 : 그래핀>

탄소 원자로 이루어져 있으며 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막. 2004년 영국 맨체스터대학교 연구팀이 상온에서 완벽한 2차원 구조의 그래핀을 만들어내는 데 성공했다.

구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다. 또 탄성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다.

이런 특성으로 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 ‘꿈의 나노물질’이라 불린다.

그래핀은 구부릴 수 있는 디스플레이나 전자종이, 웨어러블 컴퓨터 등을 만들 수 있는 전자정보 산업분야의 미래 신소재로 주목받고 있다.