한국 연구진, '반도체 기능저하 막는 기술' 세계최초 개발

강경주 기자

입력2022.06.02 11:44 수정2022.06.02 11:44

2차원 절연체소재 세계 첫 합성 성공

크기는 작고 성능은 더 뛰어난 차세대 고집적(高集積) 반도체 칩을 개발하는 데 필요한 핵심 원천기술을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다.

과학기술정보통신부는 울산과학기술원(UNIST) 신현석 교수 연구팀이 차세대 고집적 반도체 핵심 소재 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 이번 연구는 과기정통부 미래기술연구실, 리더연구, 기초연구실사업 등의 지원으로 수행됐으며 국제 저명 학술지 '네이처'에 게재됐다.

과기정통부에 따르면 신현석 교수팀은 육방정계 질화붕소(hexagonal boron nitride, hBN) 단결정(單結晶·single crystal)을 여러 층으로 합성할 수 있는 기술을 처음 개발했다. 육방정계 질화붕소는 차세대 고집적 반도체에서 발생할 수 있는 전하 트랩, 전하 산란 등의 기능 저하를 막을 수 있는 유일한 2차원 절연체 소재로 알려졌다.

반도체 기술이 발전하면서 칩의 집적도는 수십년간 빠른 속도로 계속 증가해왔다. 최근 손톱만 한 반도체칩 안에는 수십억 개의 미세소자(트랜지스터)가 들어있다. 집적도와 성능을 높이려면 미세소자를 더 작고 얇게 만들어야 하는데, 미세소자 재료인 실리콘을 나노공정으로 계속 얇게 깎다 보면 단채널 효과(누설전류 및 발열 문제로 인한 트랜지스터 채널 손상)나 전하 산란 등의 문제점이 발생한다.

차세대 고집적 반도체는 실리콘을 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS2) 등으로 바꿔 전류누설, 발열 등의 문제를 해결하고 칩의 집적도를 높이는 기술이지만 기능 저하 문제를 해결할 수 있는 2차원 절연체 소재 기술 개발이 난제였다. 이번에 신 교수팀이 개발한 절연체 소재가 이 문제를 해결해줄 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 성과에 대해 신 교수는 "'무어의 법칙'으로 대표되는 기존 고집적 반도체의 물리적 한계를 해결할 수 있는 소재 합성 기술을 개발했다"고 의의를 설명했다.

이어 "육방정계 질화붕소를 반도체뿐만 아니라 수소연료전지 전해질막, 차세대 이차전지 전극소재, 양자 광원 등으로 쓸 수 있다는 사실이 속속 보고되고 있는 만큼 소재생산 원천기술 확보를 위한 적극적 추가연구가 필요하다"고 강조했다.

강경주 한경닷컴 기자 qurasoha@hankyung.com

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LX인터내셔널은 지난 3월 한국 판유리 시장점유율 2위 업체인 한국유리공업을 약 6000억원에 인수했다. 관계사인 LX하우시스의 인테리어 사업과 연계하면 시너지 효과를 낼 수 있다는 판단이 있었기 때문이다.LX인터내셔널의 다음 목표는 니켈 광산이다. 니켈은 전기차 2차전지에 사용되는 핵심 원료다. 현재 LX인터내셔널은 인도네시아 광산 2~3개를 놓고 검토 중이고 올해 안에 광산 인수 절차를 마무리하는 것을 목표로 하는 것으로 알려졌다.자회사 LX판토스도 그룹에서 핵심적 역할을 하고 있다. 지난해 물류 호황 덕에 판토스의 작년 매출은 전년 대비 64% 늘어난 7조8177억원, 영업이익은 124% 증가한 3604억원이었다. 창사 이후 최고의 성적표를 올렸다. ‘못다 이룬 꿈’ 반도체 사업, 성장 궤도 진입 한국 최대 팹리스인 LX세미콘 역시 본격적인 성장 궤도에 올랐다. 2020년 8%에 불과했던 영업이익률은 지난해 19.5%까지 뛰었다. 지난해 영업이익은 3696억원으로 전년 대비 3배 이상 늘었다. 지난해 매출액은 1조 8988억원으로 2조원을 눈앞에 두고 있다.LX세미콘의 주력 사업인 DDI 출하량이 크게 늘며 매출 성장을 이끌었다.LX세미콘은 DDI에서 매출의 88%를 올리고 있다. TV·스마트폰·노트북·가전 등에 쓰이는 모든 칩의 DDI를 설계한다. 글로벌 DDI 시장 규모가 전년 대비 55% 성장하면서 LX세미콘의 실적도 급등했다. 시장 조사 기관 옴디아에 따르면 2021년 기준 LX세미콘은 글로벌 반도체 업체 순위 42위를 기록하고 있다. 삼성전자나 SK하이닉스처럼 글로벌 1~2위를 다투는 회사는 아니지만 한국의 대기업 집단 중 유일한 팹리스 회사다. 글로벌 팹리스 시장 순위는 13위다.삼성전자 역시 시스템 반도체 설계를 담당하는 시스템LSI사업부를 두고 있지만 메모리 반도체와 파운드리 사업을 함께 영위하고 있는 종합 반도체 회사다. SK하이닉스도 마찬가지다. LX세미콘은 중소기업이 대부분인 한국 팹리스 시장에서 규모의 경제를 실현할 수 있는 유일한 기업인 셈이다.이종환 상명대 시스템반도체공학과 교수는 “한국 기업들의 존재감이 미미한 글로벌 팹리스 시장에서 LX세미콘은 투자와 규모의 경제를 실현할 수 있는 유일한 회사”라며 “LX세미콘이 지분 투자와 M&A를 통해 다른 사업부문의 경쟁력을 빠르게 흡수하면 삼성전자 등 한국의 파운드리 기업뿐만 아니라 디자인 하우스나 패키징 등 다른 팹리스 회사들과도 동반 성장할 수 있을 것”이라고 말했다. LX세미콘의 성장은 구본준 LX그룹 회장이 못다 이룬 ‘반도체 꿈’을 현실화하고 있다. 반도체는 구 회장이 가장 관심을 두는 사업이다. LX홀딩스를 제외하고 계열사 중 유일하게 LX세미콘에만 구 회장의 집무실이 있다. 이곳에서 구 회장은 반도체 사업을 직접 챙기며 LX세미콘의 성장에 힘을 싣고 있다는 후문이다. 구 회장은 1998년 LG반도체 대표이사를 맡으며 일찌감치 반도체 사업을 미래 먹거리로 점찍었다. 하지만 1999년 정부 주도의 ‘빅딜’로 LG반도체를 현대전자(현 하이닉스)에 넘겨야 했다. 구 회장이 직접 챙기는 LX세미콘은 사업 다각화를 통해 미래 성장 가능성을 끌어올리는 데 집중하고 있다. LX세미콘은 최근 차량용 반도체 설계 기업 텔레칩스에 지분을 투자했다. 267억원을 투입해 텔레칩스 지분 10.93%를 확보하는 투자였다. DDI에 치중된 매출을 차량용 반도체 시장으로 확대하려는 움직임으로 풀이된다.LX세미콘 측은 이번 지분 투자에 대해 “차량용 반도체 연구·개발(R&D)을 위한 지분 투자”라고 설명했다. 텔레칩스는 차량 운전자에게 각종 정보를 제공하는 인포테인먼트용 칩을 개발해 글로벌 자동차 업체에 납품하고 있다. 또 다른 팹리스인 매그나칩반도체 인수에도 나선다. LX세미콘은 최근 매그나칩 매각 주간사 회사인 미국 JP모간에 인수의향서를 제출했다. 또 인수 자금 마련을 위해 재무적 투자자로 사모펀드(PEF) 운용사인 칼라일그룹과 컨소시엄 구성을 검토 중인 것으로 알려졌다. 매그나칩반도체는 SK하이닉스가 2004년 10월 메모리 반도체에 집중하기 위해 비메모리 부문을 정리하면서 분사한 업체다. 이후 미국 씨티그룹 벤처캐피털에 인수된 후 미국 뉴욕거래소에 상장했다.매그나칩반도체는 LX세미콘과 마찬가지로 DDI와 자동차용 전력 반도체 사업에 주력하고 있다. LX세미콘이 DDI 시장 3위, 매그나칩이 2위다. LX세미콘은 매그나칩 인수를 통해 DDI 점유율을 확대하고 기존 사업과의 시너지를 창출하려는 의도로 보인다. 올해 본격적인 경쟁력 확보에 나선 LX세미콘은 지난해 LG그룹에 산재된 반도체 경쟁력을 흡수하기도 했다. LG이노텍의 실리콘카바이드(SiC) 반도체 소자 설비와 특허 자산을 인수했고 LG화학이 갖고 있던 일본 방열 소재 업체 ‘FJ컴포지트머터리얼즈’의 지분 30%(약 68억원)와 관련 유·무형 자산을 총 70억원에 인수하기도 했다. 방열 소재는 제품이 가동되면서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 소재로, 자동차 전장 부품과 전자 부품 등의 내구성과 안정성을 높이는 데 쓰인다. 주력 계열사의 안정적인 재무 구조도 강점으로 꼽힌다. LX세미콘의 부채 비율은 65% 수준이다. LX인터내셔널은 지난해 부채 비율을 24%포인트 떨어뜨렸다. 낮은 부채 비율은 공격적 사업 확장을 위한 필수 조건이다.장남 2대 주주로…세대교체 가능성 제기승계 준비도 시작됐다. 구 회장의 장남인 구형모 전무는 LG전자에서 근무하다가 지난해 LX홀딩스에 합류했다. 이후 11개월 만인 올해 3월 상무에서 경영기획부문 전무로 승진했다. 지난해 12월 구광모 LG 회장과 구본준 LX그룹 회장은 서로가 가지고 있던 상대 회사의 지분을 매각하면서 경영권을 정리했다.구광모 회장과 특수 관계인 등 9인은 지난해 보유 중인 LX홀딩스 지분 32.32%를 구본준 회장에게 매각했다. 이 거래로 구본준 회장의 LX홀딩스 지분은 7.72%에서 40.04%로 늘었다. LX그룹의 안정적인 경영권을 확보한 구본준 회장은 2주 뒤 아들 구 전무와 딸 구연제 씨에게 자신이 보유한 LX홀딩스 지분의 절반가량을 증여했다. 이에 따라 구본준 회장의 지분율은 20.37%로 낮아졌다. 구 전무의 지분은 0.6%에서 11.75%로, 구연제 씨의 지분은 0.26%에서 8.78%로 높아졌다.구 전무는 구 회장에게 LX홀딩스 지분을 증여받아 2대 주주로 올라섰다. 재계에서는 지분 증여를 승계의 신호탄으로 보고 있다. 이와 함께 수년 내에 그룹 내 세대교체가 이뤄질 가능성도 제기되고 있다. 구 전무는 현재 그룹의 신성장 동력 발굴과 전략적 M&A 영역에서 주요 경영진과 손발을 맞추고 있다. 김영은 기자 kye0218@hankyung.com
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