세계 최초 탄소나노튜브 압력센서 개발
열화학기상증착법(Thermal CVD)에 의해 합성된 탄소나노튜브 모습
최박사가 개발한 압력센서는 나노기술을 이용한 새로운 첨단센서로 소형이며, 기존의 열방출이 아닌 탄소나노튜브의 전계효과를 이용한 청정 센서이다. 또한 기존의 게이지보다 넓은 범위의 측정 능력을 갖고 있어 향후 새로운 센서로서의 가능성을 제시하였다.
탄소나노튜브 압력센서란 반도체 공정에서 발생하는 가스의 상태를 측정하기 위한 필수 장치로 전자방출원을 필라멘트에서 탄소나노튜브로 대체한 것이다. 기존의 필라멘트를 이용한 압력센서의 경우, 가열을 통한 전자방출방식이었기 때문에 과도한 전력소모 및 x-ray, 열, 빛 등이 발생할 뿐만 아니라, 반도체 공정 환경을 변화시켜 문제점으로 지적되어 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최박사는 필라멘트에 의한 열전자 발생방법아 아닌 전기장의 전계방출효과를 이용한 탄소나노튜브 압력센서를 개발하였다.
탄소나노튜브(CNT)는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율과 강도, 전계방출효과(Field Emission Effect) 등이 뛰어나 다양한 분야에서 활용하고 있다. 최근에는 탄소나노튜브의 전계방출효과를 이용한 차세대 평판 디스플레이 FED(Field Emission Display)의 응용 연구가 활발히 진행 중이다.
이 연구결과는 측정표준기술 분야의 권위지인 ‘메트롤로지아’(Metrologia)에 게재되는 등 개발 기술에 대한 독창성과 발전 가능성을 인정받았다. 또한 표준연은 이 기술을 산업체에 이전할 계획이어서 국내 계측기 업체의 경쟁력 강화 및 향후 국내 관련 산업의 발전 가능성을 열었다. 이 원천기술은 현재 국내 특허를 획득하였으며, 미국 특허를 준비 중이다.
이 프로젝트의 책임자인 최인묵 박사는 “해외 반도체 장치 제조업체 및 진공 측정장비 제작 기업들의 문의가 잇따르고 있다.”며 “미국 특허를 획득하면 세계 시장에서 경쟁력이 취약했던 국내 압력측정 관련 산업의 세계 시장 선도가 가능하다.”고 말했다.
최박사는 앞으로 구동전압을 200 V에서 50 V로 낮춘 상태에서 구동이 가능하며 측정범위가 극고진공까지 가능한 압력센서를 개발할 예정이다. 이것이 실현될 경우 휴대가 가능한 압력센서가 개발되어 편리성과 효율성 모두를 갖출 전망이다.
현재 진공게이지의 연간 시장규모는 국내가 260억이며 해외 시장을 포함 할 경우 1조 3천억 원 이상이다. 이 중 이온게이지가 차지하는 시장규모는 국내외를 포함하여 천억 원 이상으로 추산되며, 필라멘트를 이용한 압력센서가 대부분을 차지하고 있다. 하지만 기존 장치의 문제점을 보완한 탄소나노튜브 압력센서가 상용화 될 경우, 국내 이온게이지 시장뿐만 아니라 해외시장 선점도 가능해 큰 경제적 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
■ 전문용어
- 전계방출효과 : 강한 전기장에 의해 고체로부터 전자를 끌어내는 것을 말함
- 이온게이지 : 방출된 전자에 의해 이온화 되는 기체분자의 특성을 이용하여 가스밀도를 측정하는 압력센서의 일종으로 현재 이온게이지 시장의 대부분은 필라멘트를 이용한 압력센서가 차지하고 있음
- FED(Field Emission Display) : 차세대 평면 디스플레이 중 하나로 최근에 탄소나노튜브를 이용한 연구가 활발히 진행 중이며, 기존의 PDP보다 고휘도, 고효율, 저소비 전력 등의 장점을 갖고 있음
한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.
웹사이트: http://www.kriss.re.kr
연락처
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2012년 5월 3일 09:29