2. 연구개발과제의 중요성
○ 강상관 상관 전자계 개발 분야에서 Mott의 급격한(First-order) 금속-절연체 전이와 Hubbard의 연속적 인 금속-절연체 전이 이론들은 이미 오래전에 확립되었고 수십 년 동안 학문적인 논쟁은 지속되었지만, 실험적으로 명확하게 증명되지 않았다. 이러한 학문적인 진행을 보면서, 본 과제 제안자는 상기 이론들 이 너무 이상적으로 만들어졌다는 점을 간파하고, 이들 이론에 실험적 인자(Factor)를 도입하여 급격한 금속-절연체 전이 이론을 확장하고 확립하는데 노력하였다. 그리고 일부 강상관 물질들이 보여준 실험 데이터에 제안자의 이론을 적용하여, 그동안 설명되지 않았던 많은 문제들을 잘 설명할 수 있는 가능성 을 높였다. 한편, 제안자의 이론에는 많은 연구내용이 포함되어 있으므로, 심화된 연구를 통하여 강상관 전자계에서 밝혀지지 않았던 많은 물리적 현상들을 규명할 필요가 있으며, 특히 본 연구과제를 통하여 제안자의 이론을 보다 명확하게 정립할 필요가 있다.
○ MIT의 스위칭 기술은 아직 일반기업이나 연구자에게 널리 알려지지 않은 실험실 기술이다. 현재 MIT 스위칭 기술을 선도하는 연구그룹이 연구 환경과 원천기술을 보유하고 있으므로 국제경쟁에서 이기기 위해 국책연구기관에서 우선적으로 위 과제를 수행하면서 다른 연구자 및 기업에 기술을 확산 시키는 것이 바람직하다.
○ MIT에 기반한 스위칭 소자: 현재 사용되고 있는 전기의 대부분은 교류전기이나 컴퓨터와 같은 전자제품 은 직류전원을 사용하고 있다. 직류전기가 교류전기보다 좋은 것은 널리 알려져 왔으나 교류를 직류로 바꾸고 직류전압을 변환하는 데는 많은 어려움이 있다. 현재 반도체 재료로 만들어진 반도체 전력용 스 위칭 소자는 큰 전류를 흘리기 위해 단면적을 넓게 하고 열이나서 냉각을 시키기도 하는데 MIT 소자는 반도체 보다 저항이 작은 금속 특성을 이용하므로 반도체 소자의 크기와 동일크기를 비교할 때 수십배
이상의 전류가 흐를 수가 있다. 직류전원을 스위칭하여 전압변화를 일으킬 수 있는데, 이 특성을 이용 하면 보다 작고 열이 발생되지 않는 스위칭 소자를 제작할 수 있다.
○ MIT에 기반한 이미지 센서를 개발하기 위해서 물질 및 원리연구 등 기초연구를 포함한 소자제조 공정, 시스템 개발 등 관련분야의 기술개발이 함께 병행되어야 하므로 기술개발 과정에서 특허, 논문 등 새로 운 많은 연구결과물들을 얻을 수 있으며, 기초 원리부터 제품 제작까지 하나로 이어지는 연구이기 때문 에 그 의의가 더욱 커고 중요하다고 본다. 특히, 빛에 대한 센서는 에너지 활용의 기초가 되는 중요한 부분이다. 기존의 pn-접합으로 제작된 영상 소자의 잡음(noise), 블루밍(blooming: 화면이 부분적으로 강한 빛을 내어 넓게 퍼지지는 현상), 높은 암전류(dark current: 일종의 누설전류로써, 잡음의 크기에 큰 영향을 미침) 등의 문제점을 단일 박막 층과 금속 전극 층만으로 제작하여 반도체 공정의 단순성까 지 확보할 수 있는 금속-절연체 전이 현상을 이용한 영상 소자는 모든 기술의 접목으로 이루어지는 미 래 핵심 기술로써 그 원천기술을 확보하는 것이 매우 중요하다.
○ MIT 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰, PDA, 노트북, CCTV, 자동차 등 다양한 제품에 장착되어 디 지털 영상을 얻는 반도체소자로서 가장 급속하게 성장하는 큰 시장중의 하나이다. MIT현상은 특정 외부 자극(빛, 온도, 전압, 압력 등)에 민감하게 반응하는 센서로써의 응용 가능성이 이미 논문, 특허로써 보 고되고 있으며, 감도 및 특성이 기존 반도체 소자보다 뛰어나다는 것이 입증되었다. 따라서 이러한 원 리에 기반한 이미지센서를 연구개발하여 시장에서 기존 상용제품과의 경쟁에서 우위를 점하게 되면 커 다란 경제적인 이익을 얻을 수 있으며, 국가 경제에 큰 도움이 될 것이라 기대한다.
○ MIT 온도 센서인 Critical Temperature Switch(CTS)는 온도 스위치 역할을 할 수 있는 소자이다. 특히 CTS는 Vanadium Dioxide 물질의 온도에 따른 상전이 현상을 이용하는 소자이므로, 높은 신뢰성을 보 장한다. 온도를 제외한 다른 환경의 변화에 거의 영향이 없으므로, 온도 스위치로써 높은 신뢰성을 보 장한다. 또한 스위칭을 위한 부가적인 회로가 불필요하기 때문에 소형화 및 단가 절감이 가능한다.
○ MIT 현상 연구의 또 다른 중요한 응용분야는 혁신적인 MMIC에 응용 분야를 들 수 있다. MMIC를 구성 하고 있는 능동소자와 수동소자 중에서 능동소자는 주로 신호의 증폭에 기여하므로 반도체 또는 MIT형 트랜지스터를 사용하고 효과적이고, 손실이 많은 수동소자나 배선에는 금속-절연체의 금속상을 유지한 채 RF 신호가 흘러가게 하면 손실을 극적으로 줄일 수 있으므로 새로운 MMIC를 얻을 수 있다. 그리고 MIT 소자의 스위칭 속도는 Tera Hz급으로 알려져 있기 때문에 이러한 특징들을 잘 활용하면 혁신적인 MMIC를 얻을 수 있다. 이 분야는 계속 새롭게 실험/분석할 필요가 있으므로, 본 연구수행은 매우 중요 하다.
○ 광 스위칭 소자는 차세대 광통신 및 광 네트워크 라우팅에서 핵심적으로 사용되는 소자로서, 그 스위칭 속도가 매우 중요하다. MIT 현상이 일어나는 산화물 박막은 금속-절연체 상전이가 발생하기 전에는 절 연체 특성을 가져 빛의 투과도가 높지만. MIT 특성이 발생하게 되면 금속 특성을 보이며 거의 모든 파 장의 빛을 반사시켜 상대적으로 투과도가 낮아지게 된다. 그리고 이러한 투과도의 변화는 매우 빠른 속 도로 일어나게 된다. MIT 박막 소자의 이러한 빠른 광 투과 특성 변화를 이용하면, 전기적 펄스에 의해 박막 소자에 투과되는 광을 초고속으로 투과 및 차단할 수 있는 광 스위치 제작이 가능하다. 따라서 본 연구수행은 초고속 광 스위치 분야에도 큰 중요성을 제공할 수 있다.
○ 본 과제의 연구 결과물을 적용하여 새로운 기능의 소자와 응용분야에 적용함으로써, 융합, smart, green 등 현재의 사회⋅경제적 가치에 부합하는 신성장 산업을 유발하여 새로운 시장을 창출할 수 있 는 기반을 제시할 수 있다.
○ (레이더 핵심기술) AUDS(Anti-UAV Defence System) 산업은 급속도로 성장하고 있으며, 세계 각국은 소형무인이동체 방어 시스템을 앞 다투어 강구하고 있으나, 국내 기술개발은 미약한 상황이나 작은 RCS를 지닌 소형이동체를 탐지할 수 있는 레이더 핵심 기술 개발은 국가적으로 아주 중요 함
- 미국: 무인비행체 활용 제한 위해 안티 드론(Anti-Drone) 시스템 개발 조기 착수 (‘15.8) - 보잉·에어버스·록히드마틴등 세계적인 기업이 AUDS 솔루션 출시('CES 16')
- 영국: 국방과학기술연구소(DSTL)를 통해 UAV 공격 격퇴 시스템을 개발 중 - 프랑스: 레이더로 UAV 감지, 카메라로 정체를 확인, UAV 무력화 시스템 개발 중
○ 현재 국내 국방 연구기술 분야에서 감시 정찰 분야 레이더 체계는 능동위상배열 레이더 개발 등 주요 한 사업들을 통해 이미 기술 축적 중이며 “레이더 표적식별기술” 등 수 많은 국방과학기술 전략 아이템 이 무기체계분야와 연계되어 연구 개발 진행 되고 있음
- 주목할 사항은 향후 능동 및 수동 복합기능 레이더 탐지기 시스템 개발이 군 화력 증강 측면에서 유도 무기 체계와 아울러 전략아이템으로 개발
- 현재 2차원 FMCW 레이더 기술을 사용하는 레이더 감지센서 기술 또한 2019년 및 2028년경에는 3차원 FMCW 레이더 기술 및 고분해능 3차원 FMCW 레이더 기술이 주요 핵심 기술로 전망
<국가별 탐지 기술수준>
○ (시장성장세) 무인소형이동체 탐지 산업의 시장 규모는 2024년까지 18억5천만 달러를 예상하며, 24.1%의 CAGR를 기록 함. 허가받지 않은 무인 정찰기에 의한 보안 위반 사건의 증가와 테러와 악의적 인 활동의 증가 된 행동은 주로 시장 성장을 주도 함 (Grandview Research, Inc, 2018.5)
- 여가 및 전문적인 용도로 UAV를 도입하는 것이 급격하게 증가하면서 항공 공격에 대한 정부의 우려는 물론 개인적인 측면도 증가 됨
- 전 세계의 다양한 상업 시설 및 공공 안전 부서에서 점차 증가하는 보안 요구를 해결하기 위해 UAV 대 응책을 배치
- 드론은 몰래 밀수품 밀매와 같은 다양한 비밀리에 활동에 크게 사용되고 있으며, 한 번에 하나의 무인 항공기를 방어하기 위해 다양한 프로토타입이 개발되었지만 전 세계의 주요 무인 항공기 솔루션 제공 업체는 동시에 여러 무인 항공기 위협에 대응하기위한 보다 성숙한 솔루션을 개발하기 위해 노력하고 있음
- 레크리에이션 및 나노 드론은 점차 정교 해져 미래의 물리적 보안 시스템에 의해 최적으로 처리되어야 하는 다양한 새로운 위협으로 등장