<일본시장조사보고서>2021년판 차세대 기능성 박막의 현황과 전망(일본어판)
자료코드: C63104500 / A4 261p / 2021. 06. 25
무기재료·유기재료 등 재료의 종류에 관계없이 막 두께를 수nm~수백nm 정도의 매우 얇은 막으로 하면 벌크재료와는 다른 구조·물성을 나타내는 경우가 있다는 것은 이미 알려져 있지만, 더욱 정밀한 조직제어와 이종재료의 조합, 또한 과거에는 전혀 상상할 수 없었던 새로운 나노구조의 조직을 가진 박막 등, 다양한 차세대 도전이 진행되고 있다.
본 보고서에서는 시장화를 내다보는 가운데 유망한 기능성 박막에 초점을 맞추고 이에 관한 기술연구적인 활동을 진행하고 있는 기업 및 연구기관에 대해 현재 동향과 향후 시책 등을 조사함으로써 해당 영역을 개관하고 향후를 전망하는 것을 목적으로 했다.
◆조사개요
조사목적: 차세대 기능성 박막으로서 아래와 같은 7 구분에 관한 기술연구적인 활동을 진행하고 있는 기업 및 연구기관에 대해 현재 동향과 향후의 시책 등을 조사함으로써 해당 영역을 개관하고 향후를 전망하는 것을 목적으로 한다.
조사대상구분: 전기·전자기능 박막, 광기능 박막, 물리·화학기능 박막, 세라믹스기능 박막, 유기기능 박막, 바이오기능 박막, 환경·에너지기능 박막
대상기업, 연구기관: 상기 대상품목 관련 기술연구기관을 중심으로 일부 생산판매 또는 취급기업 포함
조사방법: 전문조사원이 직접면담취재
조사기간: 2020년 8월 ~ 2021년 3월
※ 월간지 'Yano Eplus'(2020년 10월호~2021년 4월호)의 관련 특집을 기반으로 편집, 시장 수치 등도 발췌
◆자료 포인트
박막에 대한 다양한 도전, 차세대를 만들다
• 전기·전자: 이종재료 박막과 나노구조조직 박막의 개발로, 신기한 기능 발현을 기대
• 광: 현격히 성능이 뛰어난 유기박막 태양전지와 광촉매 박막 등이 각광받는다
• 물리·화학: 물질계면은 특이한 성질을 가지며 다양한 기능성 박막재료가 탄생
• 세라믹스: 저차원 재료 디바이스 구축으로 신기기능 발현을 시도
• 유기: 유기EL/FET/열전소자/메모리 등 폭넓은 용도의 기술이 진전
• 바이오: AI·IT 융합으로 더욱 큰 도약을 기대
• 환경·에너지: 디바이스의 성패를 좌우하는 재료개발에 주목
◆리서치 내용
조사 결과의 포인트
1. 차세대 기능성 박막이란
2. 시장동향
그림·표. 차세대 기능성 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 기능성 박막의 기능별 국내 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 고기능 박막의 기능별 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
3. 각 기능성 박막의 개요
제1장 전기 · 전자기능 박막
기존에 없던 이종재료를 조합한 박막과 새로운 나노구조조직을 가진 박막 등의 개발로 신기한 기능 발현이 기대된다.
1. 주목받는 차세대 전기・전자기능 박막
1-1. 반도체 박막
1-2. 자성 박막
1-3. 유전체 박막
1-4. 초전도 박막
2. 차세대 전기・전자기능 박막의 시장규모 예측
그림·표. 차세대 전기·전자기능 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 전기·전자기능 박막 분류별 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
3. 차세대 전기・전자기능 박막과 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
3-1. 국립대학법인 오사카대학(大阪大学)
(1) 플렉시블 디바이스를 이용한 생체신호・미소신호 계측센서의 개발
그림. 전극을 인쇄한 시트형센서
그림. 여러 가지 생체 활동 전위
(2) 임부・태아의 선진적 돌봄시스템
그림. 태야 심전도 해석 알고리즘
(3) 뇌활동 계측시스템・패치식 뇌파계(EEG)
그림. 장착하는 시트형센서
3-2. 국립대학법인 고베대학(神戸大学)
(1) 우수한 성능을 가진 유기 강유전체 재료의 활용
그림. 전기 쌍극자에 유래하는 강유전체의 기능성
(2) 초전형 적외선센서
그림. 강유전체의 기능과 이를 기반으로 한 유기 강유전체 필름의 사례
(3) 유기 적외선센서를 이용한 유동인구의 흐름 감지
그림. 초전형 적외선센서 모듈
그림. 역 빌딩에서의 유동인구 빅데이터 수집 데이터
(4) 유기 강유전체 박막을 이용한 응력 측정과 스마트 깔창 응용
그림. 밑창에 설치된 유기 전압전센서와 소형 무선유닛
3-3. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学)
그림. FeSe 박막의 결정 구조 모식도
그림. (a)독립구동 4탐침 전기저항 측정장치, (b)실제 전기전도 측정 중인 시료와 탐침 확대 영상
그림. FeSe 초박막(두께: 단층, 3층, 5층)의 전기저항 온도의존성
3-4. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)
(1) 양자응축이란
그림. 양자응축현상을 설명한 모식도
(2) 구리산화물계 또는 철계 고온초전도체
(3) 철계 고온초전도체 에피택셜 박막의 연구
그림. PLD 제막장치에 의해 형성된 FeSe1-xTex 박막
그림. 산화물 기판 상에 제작한 FeSe1-xTex 박막의 전기저항률 온도의존성
그림. 산화물 기판 상에 제작한 FeSe1-xTex 박막의 단면 TEM 상
그림. 철계 칼코게나이드의 온도저항곡선
3-5. 국립대학법인 도호쿠대학(東北大学)
그림. 공역고분자 폴리디아세틸렌 나노섬유의 배향박막과 은나노입자의 퇴적박막으로
구성된 샌드위치형 하이브리드 나노박막의 구성도
3-6. 국립대학법인 나고야대학(名古屋大学)
그림. 트랜지스터의 발전과 차세대 트랜지스터
그림. 변형 도입과 조성 변화에 의해 밴드구조가 간접천이형(좌)에서 직접천이형(우)으로 변화
그림. 격자정합계 활용에 의한 고Sn 조성의 GeSn 이종 에피택셜 성장의 가능성
그림. InP 기판 상에 형성된 Ge0.73SnSn0.27 에피택셜 층의 XRD 2차원 역격자 공간 맵(좌) 및 단면 TEM 상(우)
3-7. 국립대학법인 나라첨단과학기술대학원대학(奈良先端科学技術大学院大学)
(1) 박막 트랜지스터
그림. 광지원 프로세스 후의 모든 용액처리 a-IZO TFT의 도전율 향상 메커니즘
(2) 파워 일렉트로닉스
그림. 각 시료의 J-E 특성 및 디바이스 구조
3-8. 국립대학법인 홋카이도대학(北海道大学)
그림. SrCoOx의 결정 구조: 브라운밀러라이트 구조(좌)와
페로브스카이트 구조(우)에서 가역적으로 변화한다
그림. 산화도를 변화시킨 SrCoOx 박막 시료의 제작
그림. 산화도가 다른 SrCoOx 박막의 열전특성
그림. 산화도가 다른 SrCoOx 박막의 도전성 AFM 상
4. 차세대 전기전자기능 박막의 새로운 가능성
제2장 광기능 박막
차세대 광기능 박막으로 기존보다 월등히 성능이 우수한 유기박막 태양전지와 광촉매 박막 등이 각광을 받고 있다
1. 주목받는 차세대 광기능 박막 사례
1-1 유기박막 태양전지(OPV)
1-2. 광촉매 박막
1-3. 유기 박막 레이저
1-4. 기타 광전변환 소자
1-5. 광메모리 박막
2. 차세대 광기능 박막의 시장규모 예측
그림·표. 차세대 광기능 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 광기능 박막의 기능별 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
3. 차세대 광기능 박막과 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
3-1. 학교법인 고가쿠인대학(工学院大学)
(1) 분자 전구체법
그림. 분자 전구체법의 원리를 나타낸 모식도
그림. 분자 전구체법에 의한 박막 형성 프로세스의 전형적인 순서
(2) 분자 전구체법으로 형성된 높은 광촉매 활성을 가진 아나타제 박막
(3) 분자 전구체법으로 제작한 투명 박막 리튬이온전지
그림. 투명 박막 LIB의 셀 구성과 조립 모식도
그림. 전원을 이용한 투명 박막 LIB의 충전반응
그림. 빛을 이용한 투명 박막 LIB의 충전반응
3-2. 학교법인 주부대학(中部大学)
(1) CeO2-PTFE 하이브리드 다기능막의 개발과 응용
그림. 개발한 수지제 창호재의 단면 구조 이미지
그림. CeO2-PTFE 막의 표면경도 데이터
3-3. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学)
(1) 산소와 불소를 구성원소에 포함하는 가시광 응답형 광촉매 및 물 분해 광전극
그림. Pb2Ti2O5.4F1.2의 결정구조(좌)와 광흡수 특성(우)
그림. 가시광 응답형 광전극에 의한 물 분해
(2) 산화티타늄과 수산화코발트를 조합한 가시광 구동형 물 분해 전극
그림. 산화티타늄과 수산화코발트로 이루어진 복합재료를 사용한 가시광 조사하에서의
광전기화학적 물 분해 모식도(좌)와 가시광 흡수능(우)
3-4. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)(1)
(1) 광촉매 미립자
① Al-doped SrTiO3(Al: SrTiO3)
그림. 외부양자수율 96%의 광촉매 구조
② Y2Ti2S2O5
(2) 광촉매 시트
그림. 입자전사법에 의한 물 분해용 광촉매 시트 제작방법
(3) 물 분해용 광촉매 패널
그림. 물 분해용 광촉매 패널의 구조(좌)와 1m×1m의 반응기(우)
(4) 수소 제조 파일럿 플랜트
그림. 수소+화학에너지 제조 플랜트 예상도(25km2)
3-5. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)(2)
(1) 트위스트 2층 그래핀의 전자 상태
그림. 2층 그래핀이 비틀어져 만들어진 준결정 상태
그림. 준결정 상태의 여러 밴드구조
그림. 펄스 레이저 광여기 시간분해 광전자 분광장치 모식도[2]
그림. 2층 그래핀의 층 간에서의 전하 이동
그림. 벌집격자를 적층하여 비튼 경우에 형성되는 모아레 패턴 예
(a) 기판의 벌집격자(허니컴격자), (b) 피복층의 단격자격자(허니컴격자),
(c) 2개의 격자(a, b) 간에 3.5도의 회전각(트위스트각)을 주었을 경우,
(d) 피복층(b)의 격자를 5% 줄였을 경우, (e) (c)를 넓은 면적에서 본 경우,
(f) (d)를 넓은 면적에서 본 경우[2]
3-6. 국립대학법인 도호쿠대학(東北大学)
그림. MnTe 화합물에서 관찰되는 변위형 상변태에 의한 가역적인 결정다형변화
그림. MnTe 화합물을 전극 사이에 끼운 메모리 소자에서 관찰된
가역적인 전기저항 스위칭 현상과 레이저 가열에 의한 광학 반사율 변화
3-7. 국립대학법인 요코하마국립대학(横浜国立大学)
(1) 신규 광표면 릴리프 형성 재료의 개발과 기능화
그림. 아조벤젠의 이성질체와 그 상호변환
그림. 표면 릴리프의 가역적 형성에 대한 모식도
그림. 가역적인 표면 릴리프 형성
3-8. 국립연구개발법인 이화학연구소
(1) 알루미늄 나노구조체로 ‘색’을 만들다.
그림. ‘색’을 만들어 내는 메타데이터리얼의 구조 a.(i)목적으로 하는 메타데이터리얼 구조,
(ii)실제 완성된 메타머티리얼의 전자현미경 사진. 스케일: D=260nm, P=440nm, G=180nm
그림. 개발한 메타머티리얼로 제작한 컬러차트,
(좌)Al 박막을 도포하기 전의 광학현미경 사진, (우)Al 박막 도포 후
그림. 개발한 메타머티리얼로 제작한 컬러 차트
(왼쪽) Al 박막 도포 전 광학 현미경 사진 (오른쪽) Al 박막 도포 후
그림. 빨강, 초록, 파랑의 메타머티리얼 혼합으로 실현 가능한 검정색
(a)빨강・초록・파랑의 각 색을 내는 메타머티리얼의 반사 스펙트럼.
(b)(c)의 메타머티리얼의 반사 스펙트럼.
(c)(a)의 각 색을 내는 메타머티리얼을 집적하여 검은색을 만든 패턴의 전자현미경 사진
4. 광기능 박막 기술은 차세대 광포토닉스의 기반기술을 개척한다
제3장 물리·화학기능 박막
물질의 계면은 특이한 성질을 가지고 있으며 그 물리·화학적 성질을 활용한 다양한 기능성 박막재료가 탄생되고 있다
1. 특이한 성질을 지닌 계면
2. 주목받는 차세대 물리・화학기능 박막
2-1. 초발수성 박막
2-2. 초친수성 박막
2-3. 항균성 박막
2-4. 가스 배리어 박막
2-5. 물 분리 박막
3. 차세대 물리・화학기능 박막의 시장규모 예측
그림·표. 차세대 물리·화학기능 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 물리·화학기능 박막의 기능별 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
4. 차세대 물리・화학기능 박막에 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
4-1. 학교법인 고가쿠인대학(工学院大学)
그림. Wenzel 모델(상)과 Cassie 모델(하)
그림. 투명 초발수 표면의 실험 순서도
그림. 진구의 세밀한 구조를 가진 요철이 있는 역오팔 구조 모델
그림. 제작한 역오팔 구조 (위)표면 SEN 상, (하)단면 SEM 상
4-2. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소
(1) 친유성인데 기름이 잘 미끄러지는 Liquid-like 표면
그림. 각종 기판 표면에 분무한 기름방울(착색한 n-헥사데칸)의 모습,
(a)이번에 개발한 기술에 의한 표면처리, (b)유기 실란만으로 실시한 표면처리,
(c) 퍼플루오로알킬실란 표면처리, (d)불소수지 판
((a)~(c)는 유리 기판을 사용. 각 기판은 60° 경사, 분무 후 30초 경과)
(2) 친수성인데 물이 잘 미끄러지는 Liquid-like 표면
(3) 착빙방지기능이 있는 Liquid 표면
그림. (a)개발한 이장현상을 나타내는 젤과 그렇지 않은 발액 성분을 함유한 겔 표면 상태,
(b)이상현상을 나타내는 겔의 발액성 상태(각 시료는 약20° 경사,
(I) 및 (II)는 각각 마요네즈와 소스의 적하 위치), (c)발액 메커니즘 모식도
(4) 표면의 습윤성을 테일러 메이드로 제어할 수 있는 표면처리기술
그림. (a)이번에 개발한 중합개시층 형성기술 개요, (b)중합개시층을 형성한 각종 기판,
(c)roll-to-roll 방식 도공으로 중합개시층을 형성한 PET 필름 롤(40cm×100m)
그림. (a)이번에 사용한 모노머의 구조식과 폴리머 브러시 제작기술의 개요,
(b)Paint-on법에 의한 DMAEMA 폴리머 브러시 제작 전후의 PET 필름 외관, 투명성 및 물방울 접촉각
4-3. 학교법인 도쿄공과대학(東京工科大学)
(1) 고기능성 박막의 전기화학적 개발
① 실온에서의 전기화학적 SiON 박막 형성을 위한 장치 모식도
그림. 실온에서의 전기화학적 SiON 박막형성을 위한 장치의 모식도
② 산질화 탄탈 박막
③ 불소도프된 산화티타늄 박막
그림. TiOx기의 복합 음이온 화합물층
4-4. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学)
(1) 발수성과 항균・항바이러스 활성을 겸비한 혁신적 복합산화물의 개발
그림. LMO의 제작 흐름
그림. LMO의 발수 성능
그림. LMO의 항균 성능
그림. LMO의 항바이러스 성능
4-5. 국립대학법인 나가오카기술과학대학(長岡技術科学大学)
그림. 플라즈마 CVD 장치 모식도
그림. 마이크로파 플라즈마 발생 중의 Ar 방전 모습
그림. 아몰퍼스 CN 막의 형성과정
4-6. NASC Nanotechnology Ltd.
그림. 메디컬 나노코트의 바이러스 불활성화 메커니즘
그림. 기존의 항바이러스 코팅(좌)과 메디컬 나노코트(우)의 표면 상태 차이
그림. 항바이러스성능평가시험(JIS R 1765) 결과
4-7. 국립연구개발법인 물질재료연구기구(NIMS)(1)
(1) 분자막의 계면과학 및 분자머신에 대한 응용
그림. 거시적인 기계적 운동에 의한 분자의 방출(좌)과 포착(우)의 모습
(2) 거시적 스케일 힘을 적용한 아미노산의 카이랄리티 식별
그림. 기계적인 분자의 비틀림을 통한 아미노산의 분자 억제
(3) 액체-액체 계면에 발생하는 유연한 단백질 나노 박막
그림. 유연한 액체-액체 계면이 실현되는 간엽계 줄기세포의 신경 분화 유도
4-8. 국립연구개발법인 물질재료연구기구(NIMS)(2)
그림. 다공성 카본막을 모식적으로 나타낸 단면도
그림. 아조벤젠과 톨루엔의 분리(좌), 디벤조티오펜의 제거율(우)
그림. 다공성 카본막
그림. 플라즈마 CVD 장치(좌)와 연속 캐스팅 장치(우)
5. 박막에 기대되는 효과
제4장 세라믹스기능 박막
결정 입자를 배향 제어한 박막 세라믹스의 제조기술과 2차원 배향막의 성질을 사용한 저차원 재료 디바이스 구축으로 신기기능 발현시도가 이루어지고 있다
1. 차세대 세라믹 기능 박막의 과제
2. 세라믹스 박막에서 어떤 기능이 부여되는가
2-1. 전자기능성
2-2. 초전도성
3. 주목되는 세라믹스기능 박막 제작방법
3-1. 기상합성법
3-2. 졸 겔법
3-3. 화학용액법
4. 차세대 세라믹스기능 박막의 시장규모 예측
그림·표. 차세대 세라믹스기능 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측
(금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 세라믹스기능 박막의 기능별 WW 시장규모 예측
(금액: 2020-2030년 예측)
5. 차세대 세라믹스기능 박막에 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
5-1. 국립대학법인 오사카대학(大阪大学)
(1) 「도포하고 소결만」으로 나노재료를 기판에 직접 성장시키는 기술
그림. (a)가스센서 소자의 외관, (b)유리기판 상에 성장한 수염 모양의 MoO3 나노입자의 SEM 상
그림. 각종 길이를 제어한 MoO3 나노로드의 단면 SEM 상
(a) 약70nm, (b) 약200nm, (c) 약500nm, (d) 약600 nm
그림. MoO3 나노로드 어레이 가스센서 특성측정장치 개략도
(2) 「도포만」으로 세라믹스 초박막을 코팅하는 기술
그림. 유기태양전지 사진과 셀 구조 개념도(좌) 및
광조사 중과 비조사 시 전류밀도전압(JV) 특성(우))
(3) 「도포하고 소결하지 않고」 다공질 세라믹스를 플라스틱 기판에 코팅하는 기술
그림. 플라스틱 기판에 성막된 나노구조 다공체 산화티타늄 박막(TiOx)
그림. 성막된 나노구조 다공체 산화티타늄 박막(TiOx)의 외관(상)과
표면 SEM 상(하), a와 b는 다른 나노구조 다공체
그림. 고강도 광소성 장치 개념도 (좌)광조사 전, (우)광조사 중
그림. 성막된 나노구조 다공체 산화티타늄 박막(TiOx)의 SEM 상
(좌)가열소성 후, (우)광소성 후, (상)표면 상, (하)단면 상
5-2. 국립대학법인 오카야마대학(岡山大学)
(1) 산화철계 자성 반도체 박막 재료[1][2]
그림. Fe2-xTixO3 고용체 박막의 TEM 사진(좌)과 자화 곡선(우)
(2) 전자 강유전체 YbFe2O4 박막의 에피택셜 성장과 평가[3][4]
그림. 에피택셜 YbFe2O4 박막 제작 흐름도
그림. YbFe2O4 박막의 측정결과(좌측 위에부터 XRD, 단면 TEM상, 전자회절상, 양극점 측정)
(3) 산화철계 고주파 자성체 박막 재료[5]
그림. 산화철계 고주파 자성체 박막 재료의 개발 순서
5-3. 학교법인 간사이대학(関西大学)
(1) 새로운 성막 프로세스의 개발
~플라스틱 표면에 세라믹스 박막을 만드는 기술
그림. 졸 겔법의 개략
그림. 전사 프로세스 순서
그림. (a)폴리카보네이트 기판 상에 제작한 ITO 박막의 표면 SEM 상,
(b)표면 SPM 상, (c)FIB 가공에 의해 제작한 단면의 SEM 상
그림. 플라스틱 기판 상에 패턴화된 세라믹스 박막 제작 순서
그림. 폴리카보네이트 기판 상에 제작한 리본 형태 ITO 박막의 SEM 상(좌),
ITO/PC 2종류의 세라믹 리본이 번갈아 나열된 패턴(우)
(2) 졸 겔법에 의해 제작되는 세라믹스 박막의 내부응력에 관한 연구
그림. 코팅막의 승온과정과 강온과정에서의 면내응력 변화 모식도
그림. 소성온도와 잔류응력의 관계: TiO2(좌), SiO2(중), YSZ(우)
5-4. 국립대학법인 도호쿠대학(東北大学) (1)
(1) 검은색이면서 의장성이 높고 전기가 흐르지 않는 세라믹스 박막의 개발
그림. 검은데도 전기를 흘리지 않는 세라믹스 박막의 외관과 전자현미경 사진
그림. (a)기존 형, (b)높은 디자인성을 지닌 터치패널
그림. PLD 장치의 모식도
그림. 개발한 Ag-Fe2O3 복합막과 카본의 가시광 흡수 스펙트럼
5-2. 국립대학법인 도호쿠대학(東北大学) (2)
(1) 랜턴 산화물의 초전도체화 메커니즘을 해명
그림. 고온 초전도체의 모물질 La2CuO4(좌)과
본 연구에서 다룬 LaO 에피택셜 박막(우)의 졀정구조
그림. YAlO3(110) 기판 상과 LaAlO3(001) 기판 상에 성장한 LaO 박막의 전기저항률 온도 의존성
(2) 실온 투명 강자성 반도체(Ti, Co)O2의 제어
그림. 자기 버퍼에 의한 박막 결정의 고품질화(좌)와 (Ti, Co)O2 박막의 미세 자기구조(우)
(3) 이상 원자가를 가진 R2O2Bi의 신규 합성법
그림. 고상 에피택셜에 의한 Y2O2Bi 합성
5-6. 국립대학법인 나고야대학(名古屋大学)
(1) 압전체 나노로드 어레이를 사용한 환경진동 발전소자
그림. PZT 나노로드 밀도(A/A0)가 실효적인 FOM33과 출력파워에 미치는 영향
그림. PZT 박막 및 나노로드의 SEM 상 (좌)PZT 박막, (우)PZT 나노로드, (상)표면 상, (하)단면 상
(2) 에피택셜 강유전체 박막의 전기광학특성
그림. (a)투과형 전계변조형 엘립소메트리 장치 모식도, (b)편광 상태의 변화 모습
5-7. 국립대학법인 요코하마국립대학(横浜国立大学)
그림. 상온치밀화 형광체 입자 분산 산화마그네슘 세라믹스의 외관
그림. 산화마그네슘 세라믹스의 파면
그림. 정수압 프레스한 산화마그네슘 세라믹스의 EDX 분석결과
(좌)STEM 상, (중)O 매핑결과, (우)Mg 매핑결과
6. 세라믹 기능 박막기술의 장래 전망
제5장 유기기능 박막
유연하고 플렉시블한 유기박막의 특징을 살려 유기EL/FET/열전소자/메모리 등 폭넓은 용도에서 기술이 진전하고 있다
1. 주목받는 차세대 유기기능 박막
2. 전형적인 차세대 유기기능 박막
2-1 유기박막 태양전지(OPV)
2-2. 유기전계효과 트랜지스터(OFET)
2-3. 자기회복성 폴리머
2-4. 초분자 폴리머
3. 차세대 유기기능 박막의 시장규모 예측
그림·표. 차세대 유기기능 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 유기기능 박막의 기능별 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
4. 차세대 유기기능 박막과 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 오사카대학(大阪大学)
(1) n형 유기반도체의 개발
그림. 불소를 함유한 신규 억셉터 유닛(좌), 이것을 포함한 n형 반도체 재료의 구조(우)
그림. FMTz를 도입한 n형 반도체 재료를 사용한 OPV의 특성
(2) 복 유닛을 응용한 새로운 OPV
그림. 피복효과를 가진 단분자 도선
그림. 단분자 도선에서 얻은 태양전지 억셉터 재료
그림. 단분자 도선 억셉터 재료에서 얻은 OPV의 전류-전압 특성
(3) 향후 구상
4-2. 국립대학법인 구마모토대학(熊本大学)
(1) 용액 중 고체-액체 계면의 2차원 자기조직화
그림. 기판-분자 상호작용의 강약과 표면에서의 분자구조 모식도
(2) 분자 간 수소결합에서 유래한 2차원 네트워크 구조
그림. 트리메신산(TMA)과 멜렘에서 자발 형성된 수소결합 유래 2차원 패턴구조
(3) 고체-액체 계면을 반응장으로 한 공유결합성 2차원 폴리머 구축
그림. (상)고체-액체 계면을 반응장으로 한 공유결합성 자기조직화 구조 형성 모식도,
(하)자기조직적으로 형성된 직선 형상, 2차원 네트워크 형상 폴리머의 STM 상
(4) 화학액상성장~1・2차원 구조에서 3차원 구조로~
그림. 화학액상성장에 의해 형성된 유기 폴리머 박막의 AFM 상과
박막의 반사 UV-vis 흡수 스펙트럼
그림. 화학액상성장 유기 폴리머 박막의 다양한 형태의 예(나노월 구조)
4-3. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)(1)
그림. MOF를 거푸집으로 사용함으로써 1분자 두께의 고분자 시트를 대량 합성한 연구 개념도
그림. 이번 연구의 개념을 분자 레벨에서 설명한 모식도
그림. 얻은 고분자 시트의 구조를 나타낸 AFM 관찰 결과
4-4. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)(2)
(1) 이온에서 전자를 제어하여 금속성 고분자를 실현
그림. 그림14. (a)일반적인 이온교환의 원리,
b)이번 연구에서 발견된 고분자 반도체에서의 이온교환 도핑의 원리
(2) 고분자 반도체에서 분자도핑과 입체장애의 상관관계 규명
그림. 틈 사이즈를 제어한 결정성 고분자 반도체 PNDTBT-4C16과
PNDTBT-C20의 화학구조와 분자집합체의 모식도
4-5. 국립대학법인 도카이국립대학기구 나고야대학(東海国立大学機構 名古屋大学)
그림. 전해질 게이트법에 의한 전하 주입 모식도(S, D, G는 전극)
그림. 페르체 소자를 이용한 제벡계수의 계측시스템과 사용한 고분자(PBTTT) 및
전해질[DEME][TFSI] 화학구조
그림(좌)열전재료의 성능을 나타내는 제벡계수(상)와 발전성능(하)의
전기전도비율 의존성, (우)전기전도율(σ)의 온도의존성
그림. 고분자 반도체 재료의 도메인구조와 분자구조의 관계
그림. 고분자 박막의 구조 모식도와 이론적으로 계산된 분자구조
4-6. 국립연구개발법인 물질재료연구기구(NIMS)
(1) 왜 고분자 재료를 이용한 유기박막 디바이스가 요망되는가
그림. 저분자 재료(좌)와 고분자 재료(우)를 이용하여 제작한 유기EL 구조 예
(2) 고분자 합성의 진전
그림. 고분자 합성의 진전과 코스트의 관계
(3) 유기박막태양전지의 개발
그림. 고분자 말단 결함과 OPV의 광전변환 특성의 관계
(4) 유기EL의 개발
그림. C-H/C-H 탈수소형 크로스 커플링 반응에 의한 고분자의 합성 개략도
4-7. 국립대학법인 야마가타대학(山形大学)
(1) 웨어러블 디바이스에 응용 가능한 고신축성 반도체 고분자의 개발
그림. 반도체 고분자 사슬과 엘라스토머 사슬로 이루어진 신축성 반도체 고분자 사례
(2) 저환경부하 고분자 반도체 합성 프로세스
그림. 천이금속과 할로겐을 사용하지 않는 환경저부하형 중합계에 의한
반도체 고분자의 합성 프로세스
5. 극한의 두께에 다다르고 있는 유기 초박막의 세계
제6장 바이오기능 박막
바이오테크놀로지 혁명으로 바이오의약품, 유전자치료 등에 신풍이 불고 있다. AI·IT 융합으로 더욱 큰 비약이 기대된다
1. 차세대 바이오기능 박막이란
2. 주목받는 차세대 바이오 기술
2-1. 바이오센서
2-2. 바이오미메틱스 기술
2-3. 시스템 바이올로지
2-4. 바이오 인터페이스
3. 차세대 바이오기능 박막의 시장규모 예측
그림·표. 차세대 바이오기능 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
그림·표. 차세대 바이오기능 박막의 기능별 WW 시장규모 예측 (금액: 2020-2030년 예측)
4. 차세대 바이오기능 박막과 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 규슈공업대학(九州工業大学)
(1) 단일 뉴런 해석 디바이스
그림. 단일 뉴런 분석 디바이스의 개요도(좌)와 SEM 사진(우)
그림. 단일 뉴런(초록색: 밝게 보이는 부분)과 시냅스
(빨간색: 조금 어둡게 보이는 부분)의 형광 이미지
(2) 세포 외 전위계측장치
그림. 미소전극이 있는 SiN 다공막을 사이에 끼운 공배양 개요도
그림. 세포 외 전위계측 디바이스 개략도
그림. 세포 외 전위계측 디바이스 실물사진
4-2. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소
(1) 과포화용액 중 레이저 조사법에 의한 인산칼슘(CaP) 성막
그림. 과포화용액 속 레이저 조사법 모식도(상)와 조사 후 기재
(에틸렌비닐아코올공중합체) 표면의 광학현미경 상(우측 아래) 및 SEM 상(좌측 아래)
그림. 불소 첨가 GaP 과포화용액 속에서의 레이저 조사 전(좌) 및
조사 후(우)의소결수산아파타이트 기재 표면의 SEM 상(문헌[2] 참조)
(2) 사람의 상아질 기재에 대한 불소 담지 아파타이트 성막
그림. 불소 첨가 CaP 과포화용액 속에서의 레이저 조사 전 및
조사 1, 5, 30분 후 사람의 상아질 기재 표층의 단면 분석결과
(상단: TEM 상, 중단: HAADF 상, 하단: 불소의 분포를 나타내는 주사 TEM-EDX 상)
(문헌[3] 참조)
그림. 불소 첨가 CaP 과포화용액 속에서의 레이저 조사 30분 후
사람의 상아질 기재 표층의 단면 TEM 상(상) 및 SAED 패턴(하단)
(문헌[3] 참조)
4-3. 국립대학법인 도쿄의과치과대학(東京医科歯科大学)
(1) 바이오 트랜지스터를 이용한 DNA 시퀀싱 분석
그림. 바이오 트랜지스터의 구성
(2) 실시간 DNA 증폭 검출 연구
그림. 패턴화된 Au 박막전극 상의 프로브를 이용한 마이크로 RNA 검출 모식도
4-4. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学) (1)
(1) 고분자 나노시트의 특성과 제조방법
그림. 고분자 나노시트의 접착력과 두께의 관계
그림. 고분자 나노시트 제작방법. 코팅머신 외관(좌측 위),
Roll-to-Roll 프로세스 모식도(우측 위), 성형한 나노시트 모식도(하)
(2) 접착제 없이 붙일 수 있는 나노반창고
그림. 나노반창고를 사용한 예(화살표가 가리키는 색이 진한 부분에 나노반창고가 붙어 있다)
(3) 전자나노반창고
그림. 전자나노반창고를 생체에 붙인 예
(4) 웨어러블 근전 계측 디바이스의 스포츠 응용
그림. 초고속 카메라를 이용한 투구동작과 표면근전위 동기측정
(5) 생체조직 접착용 인체 삽입형(Implantable) 발광 디바이스로서의 응용
그림. (a)PDA-PDMS 나노시트와 PDMS 나노시트 사이에 NFC-LED 칩을
끼운 조직접착성 무선 발광 디바이스 모식도, (b)NFC-LED 칩 확대 사진,
(c)초록(좌측)・적색(우측) 조직접착성 무선 발광 디바이스
4-5. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学) (2)
(1) 바이오머티리얼에서의 재료 설계 방법
그림. Au-티올계 자기조직화 단분자막(SAM) 모식도
(2) 기계학습으로 생체분자의 흡착을 예측하고 재료를 고속 스크리닝하는 방법
그림. 인공 뉴럴 네트워크를 이용한 기계학습 모식도
그림. 기계학습을 이용한 물 접촉각과 단백질 흡착량의 실험값과 예측값 비교
4-6. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)
(1) Biological Fluctuation에서 배우는 초저소비 전력을 실현하는 차세대 AI 디바이스
그림. 뉴런 시스템(좌)와 스핀 글라스(우)의 기억기능 대비
그림. 노이즈 인가와 SN비의 관계
(2) 스핀파 양자간섭에 의한 초고감도 자기센서
그림. 전하+노이즈(좌)와 스핀파(우)의 대비
(3) 초고감도 웨어러블 생체가스센서
그림. 웨어러블 가스센서, (상)모듈 외관, (중)센싱부분의 SEM 사진, (하)센서부분의 외관
4-7. 국립연구개발법인 물질재료연구기구(NIMS)
(1) 생체모방형 기반재료의 개발
(2) 생체조직 재생을 위한 복합 다공질 기반재료의 개발
(3) 세포기능을 제어하는 마이크로패턴화 재료의 개발
(4) 세포기능을 제어하는 나노미소 환경재료의 개발
4-8. 학교법인 와세다대학(早稲田大学)
(1) FET 바이오센서
그림. 전형적인 FET 바이오센서 모식도
(2) 단백질 고정화 센서
(3) 저분자 고정화 센서
(4) 당사슬 고정화 센서
(5) DNA 고정화 센서
(6) FET 바이오센서의 애플리케이션
그림. FET 바이오센서 애플리케이션 사례
5. 차세대 바이오기능 박막의 장래 전망
제7장 환경·에너지기능 박막
에너지 흐름에서 장치의 성패를 좌우하는 이차전지, 연료전지,
태양전지, 열전변환소자 등과 관련된 재료 개발이 주목받고 있는
1. 차세대 환경·에너지기능 박막이란
2. 차세대 환경·에너지기능 박막의 주요 라인업
2-1. 이차전지
2-2. 연료전지
2-3. 태양전지
2-4. 열전변환소자
3. 차세대 환경·에너지기능 박막의 시장규모 예측
그림, 표. 차세대 환경, 에너지 기능 박막의 국내 및 WW 시장규모 예측
그림, 표. 차세대 환경, 에너지 기능 박막 분류별 WW 시장규모 예측
(금액: 2020-2030년 예측)
4. 차세대 환경・에너지기능 박막과 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 규슈대학(九州大学)
(1) 그래핀에 주목하는 이유
(2) 초고품질의 단층 그래핀의 합성과 성장 메커니즘
그림. 초고품질 단층 그래핀의 CVD 프로세스와 기존 합성법과의 차이
그림. Cu(111)면 상에 성장한 그래핀 모델 그림
그림. 그래핀을 사용한 트랜지스터
(3) 2층 그래핀의 제작과 물성
그림. AB 적층 2층 그래핀의 선택 성장 메커니즘과 전사한 2층 그래핀 사진
그림. 2층 그래핀의 인터칼레이션
(4) 2차원 원자 박막의 개발과 신에너지・일렉트로닉스 응용
그림. 차원 절연물질로서 기대되는 다층 h-BN의 구조와 단면 전자현미경 사진
그림. 여러 가지 캐리어 이동도와 밴드갭을 가진 2차원 원자 박막
(5) 2차원 원자막의 적층・면내 이종구조의 개발과 신기능 탐색
그림. 판데르발스 힘에 기반한 완전히 새로운 이종적층물질의
개발과 인터칼레이션의 융합 이미지
4-2. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소
그림. 초박막 Ge구조의 형성 프로세스
그림. 초박막 Ge 구조 단면의 TEM 상
그림. 초박막 Ge층에서 전자 이동도의 시트 전자밀도 의존성
4-3. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学) (1)
그림. SOFC 작동 메커니즘 (a)산화물 이온 전도 타입, (b)프로톤 전도 타입
그림. (a)페로브스카이트형 구조, (b)프론톤 전도체 LWO 결정구조
그림. LWO 중 프로톤 확산경로 모식도
그림. LWO67, BZY20 (BaZr0.8Y0.2O3-δ) 및
BZCYb1711(BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ)
전해질막에 의한 이론 셀 효율의 전류밀도 의존성
(전해질 막두께: 10 µm, 발전온도: 873K,
음극 분위기: 3% 가습H2, 양극 분위기: 3% 가습공기)
그림. 음극 지지형 셀의 단면 SEM 상
4-4. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学) (2)
(1) 웨이퍼급 품질의 태양전지용 실리콘 박막을 기존 10배 이상의 속도로 제작
그림. 존 히팅 재결정화(ZHR)법의 모식도(좌)와 외관(우)
그림. 급속증착(RVD)법에 의한 Si의 에피택셜 성장
그림. Si의 이중 다공질 구조(DLPS)의 최적화 (a)c-Si 웨이퍼 상의 DLPS
단면 SEM 상, (b)ZHR 전의 DLPS 표면 AFM 상, (c)ZHR 후의 DLPS 표면 AFM 상
(2) ZHR법에 의한 페로브스카이트 태양광 흡수층의 대립경화와 발전 특성의 관계
그림. 페로브스카이트 층에 대한 ZHR법의 적용
그림. 태양전지 특성에 미치는 결정입자 크기의 영향 (a)단락전류밀도(Jsc),
(b)개방전압(Voc), (c)곡선인자(FF), (d)에너지변환효율(PCE)
4-5. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)
(1) 실리콘계 열전 변환 디바이스 개발
(2) 나노 구조화에 의한 반도체 박막 재료의 열물성・열류 제어
그림. 패터닝에 의해 열전재료의 성능지수를 개선하는 구조
(ZT: 성능지수, σ: 전기전도율, S: 제벡계수, ο: 열전도율)
그림. 실제로 다결정 Si에 패터닝한 사례
그림. 열전변환 디바이스 구조와 패터닝 사례
그림. 에너지 하베스터를 갖춘 센서 노드 사례
4-6. 국립대학법인 도호쿠대학(東北大学)
(1) 초대용량・소비전력・고성능 비휘발성 메모리 실현을 결정하는
MTJ 소자에서의 미지의 한 자릿수 nm영역의 작동 실현
그림. 본 연구에서 제안한 형상자기이방성을 이용한 자기터널접합(a)과
기존의 계면자기이방성을 이용한 자기터널접합(b)을 비교한모식도
그림. 제작한 MTJ 소자의 전류유기 자화반전 측정결과
(2) 세계 최소 자기 MTJ 소자의 고성능 작동을 실증
그림. (a)기존형 형상자기이방성 MTJ 소자 구조(2018년 개발),
(b)이번에 제안한정자기 결합을 가진 적층구조를 이용한
형상자기이방성 MTJ 소자 구조의 모식도
그림. 본 연구에서 제작한 정자기 결합을 가진 새로운 구조 형상 자기이방성 MTJ 소자의
전압펄스에 의한 자화반전 측정결과
4-7. 국립대학법인 도카이국립대학기구 나고야대학(東海国立大学機構 名古屋大学)
그림. 오노에 연구실의 연구개요
그림. (a)C60 박막의 결정 구조도,
(b)금속적 성질을 나타내는 1차원 요철 주기 풀라렌 폴리머 구조도
그림. (A)C60 박막의 적외 스펙트럼,
(B)대기 폭로 후에 출현한 피크라고 예측되는 생성물의 이론 스펙트럼과의 비교
그림. C60 박막의 적외 스펙트럼: (a)대기 폭로 전, (b)대기 폭로 후,
(c)탄산이온의 이론 적외 스펙트럼
그림. (A)1차원 요철 C60 폴리머 박막의 모델 구조,
(B)나노공간 내 폴리머 사슬 간에 고정된 CO2 분자의(a),
변각 진동으로 활성화된 CO2와 H2O 간에서 활성착합체가 형성(b),
H2CO3가 생성된(c) 모습,
(C)CO2의 결합각 변화에 대한 프론티어 궤도의 에너지 변화 모습
4-8. 학교법인 와세다대학(早稲田大学)
(1) SENSIC의 역할
그림. SEnSIC 건물의 구조와 외관
그림. 슈퍼드라이룸과 이차전지 제작라인
(2) Li-S 전지 개발
그림. Li-S 전지 설계방식(에너지밀도와 C레이트)
그림. Li-S 전지 양극 제작을 위한 신공법
그림. 음극 특성의 개선을 위해 고체-액체 계면의 나노 구조를 제어
5. 차세대 환경・에너지기능 박막의 장래 전망
댓글 없음:
댓글 쓰기