나노기술 및 정책 정보

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반도체산업은 2008년 미국 제2의 최대 수출품목이었을 정도로, 오늘날 경제의 주된 동력인 동시에, 1990년대 이래 글로벌 경제를 특징짓는 생산성 소득의 막대한 부분을 차지해 왔다. 컴퓨터 기술의 비약적 성능개선을 예측해낸 무어의 법칙(마이크로 칩의 저장 용량이 2년마다 배로 증가한다는 Intel 사의 G. Moore가 제창한 법칙)에 힘을 얻어, 지난 40년 간 반도체 분야의 성장은 더욱 두드러졌는데, 이는 반도체 프로세서와 메모리 장치의 축소지향을 위한 끊임없는 노력 덕분이었다. 이들 기기의 물리적인 길이척도(length scale)는 이제 원자크기의 수준까지 이르렀지만, 장치가 지닌 기초물리학적 한계로 인해 향후 추가적인 진보는 어려울 것이라고 여겨져 왔다. 장치 축소는 처리속도 향상, 장치 전환에너지 절감, 시스템 기능향상, 비트당 제조비용 절감 등에 있어 대단히 중요하지만, 핵심부분의 크기가 작아질수록, 터널링과 양자효과가 떨어지면서 궁극적으로는 장치 성능을 저해할 수 있기 때문이다. 이를 극복하기 위해, 나노과학, 공학, 기술에 기반을 둔 획기적 접근법이 시도되고 있으며, 이는 전자기기의 본질뿐 만 아니라 제조방법의 핵심까지도 바꾸어 버릴 것으로 예상된다. 이들 분야의 성공적인 국내 R&D를 적극적으로 지원함으로써 미국에 21세기 전자 상거래를 선도할 국내 제조업의 기초를 마련할 수 있다.

다부처간 R&D 이니셔티브의 목적은 새로운 나노급 제작공정과 나노전자소자 부문을 진일보시킬 대변혁을 가져올 제품, 장치, 시스템, 구조물을 생산하는 혁신적 개념을 발견하고 이를 이용하는 것이다. 5가지 추진분야를 제시한다.

1. 컴퓨팅을 위한 새롭거나 또는 대체적인 “상태변수(state variables),” 구조물 발굴

내용: 기존 트랜지스터에서 사용되는 전하이동(charge transfer) 외의 “상태변수(state variables)”는 이제까지 구상단계로만 존재했으나, 이를 실현하여 전자스핀, 자기, 양자연결기술, 등. 향후 “녹색” 전자기기 제조공정의 발전이 가능함.

예상결과: CMOS 기술 이상을 미국회사가 만드는 마이크로전자 제품에 통합시킬 수 있는 새로운 측량법 시연, 에너지효율성 높은 트랜지스터 및 메모리를 가능하게 하는 혁신적 측량법 개발 외.

2. 광자제어기술와 나노전자소자의 통합

내용: 광통신 및 컴퓨터 분야 이상의 광범위한 활용성을 지닌 기술. 마이크로 전자산업에서 비용대비 높은 효과를 지닌 광연결기술에 대한 수요 증가. 연계부문인 플라즈몬 응용기술이 오늘날 급성장. 이 둘의 장점만을 이용하여 전혀 새로운 빛 자원, 탐지기, 센서, 주파수변환기 등을 개발.

예상결과: 광연결기술에서 플라즈몬의 역할에 대한 이해, 통합된 광학 인터커넥트를 통한 광학 성능장치 개선.

3. 탄소기반 나노전자소자 발굴

내용: 탄소 나노물질, 탄소 나노튜브, 그라핀(graphene). 그라핀 기술을 반도체의 속도를 혁신적으로 높일 수 있다. 전자소자 제조분야에서 미국을 5년 이상 선도하게 만들고, 초저전력 메모리제조 분야 미국의 주도권을 지키고, 21세기 미래 직업군 창출을 목적.

예상결과: 탄소기반 전자제품을 표준 CMOS 프로세스와 통합하여 탄소기반 반도체 산업 육성.

4. 양자정보시스템을 위한 나노급 공정 및 현상 발굴

내용: 나노급 장치에서 양자의 물리적 효과를 이해하고 통제함으로써 정보기술의 기초를 바꿀 수 있음. 전자상거래, 은행 등에 사용되는 정보보안을 바꿀 수 있는 Shor의 알고리즘에 응용.

예상결과: 다이아몬드 소재 및 양자정보시스템을 위한 나노구조의 역할에 대한 이해 증진, 나노공동(nanocavity)안의 양자점(quantum dots)으로 구성된 광결정(photonic crystals)안의 양자 네트워크 생성

5. 국가 나노전자소자연구 및 제조인프라 네트워크: 대학교기반 인프라

내용: 현재 미국의 나노소자연구관련 학계 시설은 다른 선진국의 대규모 투자와 비교해 뒤쳐져있는 상황. 이를 해결하기 위해 대학연구센터의 기금과 NNI의 일부인 정부연구소와의 협력을 바탕으로, NNI에 참여 기구들은 대학기반 네트워크 수립을 계획. 나노소재설비에 대한 전문운영자를 고용하고 또한 이들을 제공하기 위한 재정지원 필요. 대학연구소는 나노소자부문에 있어서 미국의 리더십 지속에 노력을 기울일 필요가 있음.