실리콘밸리에서 본 나노기술 투자와 비즈니스 전략
(Nanotechnology Investment and Business Strategy)
우리 경제를 얼마나 빠른 시일 내에 효율적인 혁신주도형 성장모델로 전환 시킬 수 있느냐의 여부가 한국경제의 앞날을 가름할 열쇠가 되고 있다. 경제성 장을 좌우할 산업기술혁신의 활성화를 위해서는 산업현장에서의 국가연구개발 사업 확대와 함께 혁신인프라 조성 등 산업기술정책의 확대․심화가 필수적이 다. 산업기술정책의 효과성과 효율성을 제고하는 것 또한 과거 어느 때보다 더 욱 중요해지고 있다.
이러한 배경 하에서 본 재단은 효과적인 산업기술정책 입안․시행의 기반을 튼튼하게 하기 위해, 산업기술정책 관련 이슈를 점검하는 이슈페이퍼를 발간 한다. 이 발간물이 산업기술정책의 역할과 의미가 다시금 환기되는 계기가 되 고, 정책적 아이디어가 널리 확산․공유되는 장으로 기능하기를 기대해 본다.
나노기술은 현재도 세계 곳곳의 대학과 연구소에서 속속 개발되고 있고, 일 부 기술들은 상용화 단계에 접어들고 있다. 그러나 나노기술의 전망에 대해서 는 정보기술이나 바이오기술에 버금가는 혹은 그 이상의 파급효과를 가진다는 견해로부터, 기초과학적 성향이 많아 그 영향이 미미 할 것이라는 견해에 이르 기까지 다양하다.
그럼에도 불구하고 나노기술이 커다란 하나의 흐름으로 다가옴에 따라, 업 계를 중심으로 나노기술에 어떻게 대처 해 나가야 할지에 대한 관심이 제고되 고 있다. 아직까지 벤처캐피탈의 나노기술에 대한 투자는 미미하지만 기술적 관점이 아닌 시장의 관점에서 나노기술의 비즈니스 전망을 파악하고 전략을 제시하는 데는 기술투자에 가장 민감한 벤처캐피탈리스트들일 것이다.
본 연구에서는 나노기술의 정의와 함께 미국 실리콘밸리의 벤처캐피탈리스 트들의 나노기술에 대한 전망과 투자 및 비즈니스전략을 분석하여 이슈페이퍼 를 발간하게 되었다. 본 이슈페이퍼를 통해 나노기술에 관심이 있는 독자들이 신성장 산업인 나노기술에 대한 이해를 높이는데 도움이 되길 기대한다. 아울 러 나노기술에 투자를 희망하는 기관 및 개인에게는 적절한 투자전략을 수립 하는데 도움이 되었으면 한다.
마지막으로 이 글의 내용은 필자의 견해이며, 본 재단의 공식적인 의견이 아 님을 밝힌다.
2006년 1월 한 국 산 업 기 술 재 단 사무총장 박 봉 규
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목 차
Ⅰ. 나노기술이란?··· 11. 나노기술의 의미 ···1
1) 나노기술의 개념 ···1
2) 나노기술의 기원 ···3
3) 나노의 세계에서는 무슨 일이 일어나는가? ···5
2. 나노기술의 접근 방법 ···8
3. 나노기술의 분류 ···10
1) 나노소재 ···11
2) 나노소자 ···12
3) 나노바이오 ···14
4) 나노 에너지/환경 ···15
Ⅱ. 나노기술 투자동향··· 17
1. 공공부문 투자동향 ···17
1) 미국정부의 투자동향 ···19
2) 일본정부의 투자동향 ···22
3) 서유럽 정부의 투자동향 ···23
2. 민간기업 투자동향 ···25
1) 주요기업 투자동향 ···25
2) 나노기술 특허동향 ···28
3. 벤처캐피탈 투자 동향 ···30
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1. 나노기술 산업화 전망 ···35
2. 나노기술 시장과 로드맵 ···39
3. 나노기술과 IT, BT ···41
Ⅳ. 나노기술 투자와 비즈니스 전략··· 46
1. 기술혁신 전략 ···46
1) 파급효과가 큰 분야를 주목 ···46
2) 산학협력 시스템 활용 ···50
2. 가치혁신 전략 ···54
1) 새로운 시장공간을 선점하라 ···54
2) 마케팅 전략에 접목 ···57
3. 벤처기업 전략 ···61
1) 지적재산권을 적극 확보하라 ···61
2) 전략적 파트너쉽을 활용하라 ···64
Ⅴ. 맺음말··· 69
Ⅵ. 참고문헌··· 71
Ⅰ. 나노기술이란? 1
Ⅰ . 나노기술이란?
1. 나노기술의 의미
1) 나노기술의 개념
○ 나노란 10억분의 1m의 크기를 의미
나노(nano) 라는 말은 본래 고대 그리스어에서 "난쟁이"라는 뜻의 나노스 (nanos)에서 유래되었다. 현재 나노라는 용어는 길이의 단위를 나타내는 단위 로 쓰이고 있으며, 나노미터(nano meter, nm)로서, 10억 분의 1m의 크기를 나 타낸다. 즉 1m를 10억 개로 동일하게 등분했을 때 그 한 등분에 해당하는 크기 가 1nm 이다. 이처럼 나노미터의 크기는 상상하기도 힘든 크기이지만 10억분 의 1미터, 대략 보통사람 머리카락의 약 8만분의 1 정도의 크기이고 원소 중에 서 가장 작은 수소원자를 10 개 정도 나란히 배열한 정도의 길이이다. 그러므 로 나노 과학기술이란 이러한 나노스케일 즉 수nm에서 100nm 범위 내에서 나타나는 새로운 물리적 화학적 현상 및 특성을 이용하는 과학기술로서, 물질 의 분자 혹은 원자 수준을 조절하는 초미세 극한기술이라고 할 수 있다.
물질의 크기가 대략 수nm에서 부터 100nm까지의 스케일(scale)에서의 나노 과학과 기술은 단순히 기존의 과학과 기술의 단순한 연장선상에서 기존의 영 역보다 좀 더 작은 영역에서 조절이 가능하도록 하는 기술의 개선만을 의미하 지 않는다. 실제 나노스케일에서 일어나는 물리 화학적 현상은 20세기에 새롭 게 대두된 양자역학이란 물리법칙이 지배한다. 미시세계에서 일어나는 양자적 효과는 우리의 일상에서 관측할 수 없는 것이며 기존의 기술과 고전적인 물리 법칙으로는 이해가 되지 않는 독특하고 이해하기 힘든 많은 현상들이 존재한 다. 지난 수십년간 급격히 발전해온 기존의 과학과 기술을 연구해온 과학자들 에게는 양자역학이 지배하는 나노 스케일에서의 변화는 완전히 새로운 과학과 기술의 장을 열었다고 할 수 있다.
○ 나노기술은 산업의 흐름을 바꾸는 새로운 패러다임
이러한 나노 스케일에서의 완전히 새로운 물리 현상을 정확하게 이해하는 것이 나노과학의 목적이며, 새롭게 발견된 나노세계에서의 현상을 개발하고 실제 응용하도록 하는 것이 나노기술의 요체이다. 나노과학기술은 기존의 원 자나 분자들을 단순 합성 및 결합하여 얻는 일상의 물질 범위를 벗어나 나노 크기에서 발생하는 새로운 물성을 개발, 분석, 조작하고 이를 제어하는 과학과 기술이라고 할 수 있다. 즉 물질의 설계도인 결합구조에 맞춰 원자들을 적절히 결합시킴으로써 필요한 물질을 제조하여 복합기능을 가진 구조체를 만드는 첨 단 영역이다. 나노기술은 단순히 신기술이 아닌 산업의 흐름을 바꾸는 새로운 패러다임이라고 이야기되고 있는 이유도 여기에 있다. 나노미터 크기에서는 물질 내부의 전자가 갖는 에너지가 마이크로 이상 크기의 물질과는 판이하게 달라지고, 같은 물질이라도 촉매활성, 자기 특성, 광학 및 전자 특성 등에서 전 혀 예기치 못한 성질이 나타나기 때문에 나노스케일에서의 물질을 제어하게 되면 이는 곧 엄청난 기술혁신으로 이어질 것으로 예측된다.
하지만 나노과학 혹은 나노기술이란 말은 현재 각 분야에서 많이 혼동되게 사용되고 있다. '미터과학'이란 말이 따로 없듯이 나노미터(㎚)라는 길이단위 로 새로운 과학 분야를 표현하기엔 무리가 있다는 논리이다. 게다가 10억 분의 1m의 나노미터 스케일에서의 나노과학은 사실 과학기술이 지난 수십년 동안 이미 해왔던 것의 연장선상의 것이라고 평가하는 이도 있으며 나노과학을 반 도체와 신소재 개발분야에 국한한 과학기술로 정의해야 된다는 의견도 존재한 다. 이처럼 다소의 논란은 있지만, 나노과학과 기술은 벌써 현대 과학의 한 축 을 상징하는 말이 되었으며 21세기를 이끌어나갈 가장 중심이 되는 기술의 화 두로 자리잡은 것은 부정할 수 없는 사실이다.
미국과 유럽을 비롯한 선진국들은 21세기의 핵심 기술로서 많은 나노기술관 련 연구개발을 진행하고 있다. 그러므로 비단 반도체와 신소재 분야에 국한된 과학기술이 아니라 화학, 생물, 물리, 전기, 전자 등 다양한 분야에서 진행되고 있는 수 나노미터 스케일에서의 나노과학과 기술에 대한 전반적인 논의가 필
Ⅰ. 나노기술이란? 3
요하다. 나노과학기술은 그 자체가 가지는 학문적, 기술적 중요성외에도 다른 고기능의 재료, 소자 및 시스템의 개발에 유용할 뿐만 아니라 정보기술(IT), 바이오기술(BT), 에너지기술(ET) 등 관련 산업과 기술의 근간이 될 것으로 기대되고 있다.
2) 나노기술의 기원
○ 리처드 파인만, 분자의 세계 주장
나노의 세계를 처음으로 대략적으로나마 공식 적으로 제시한 사람은 1959년에 노벨물리학상을 받은 리처드 파인만 (Richard Phillips Feynman;
1918-1988)이다. 그는 양자역학 연구 공로를 인정 받아 1965년 노벨물리학상을 받았다. 1959년 12월 캘리포니아공대에서 열린 미국물리학회 정기총회 에서 '바닥에는 여지가 많다(There's Plenty of Room at the Bottom)'라는 제목으로 강연을 하였 는데 나노기술과 관련하여 매우 의미가 크다고
하겠다. 파인만은 당시 강연에서 분자의 세계가 특정 임무를 수행하는 아주 작 은 구조물을 세울 수 있는 건물 터가 될 것으로 내다보고 분자 크기의 기계 개 발을 제안했다. 또한 브리태니카 백과사전에 담긴 모든 정보를 핀 머리에 담을 수 있다고 주장해 나노시대가 올 것임을 예견했다. 그러나 당시 참석자들은 이 를 실현 불가능한 것이라고 일축했다.
○ 초고성능 원자현미경(STM 및 AFM) 개발
그후 1960년대에는 양자역학에 대한 실험물리학적 성과들이 보고되기 시작 하였다. 80년대에는 분자나 고체의 구조를 눈으로 직접 관측할 수 있는 초고성 능 원자현미경(STM 및 AFM)이 개발되면서 나노 기술이 실현될 수 있다는 희망을 갖게 됐다. 1981년 IBM 연구소에서 원자수준의 분해능을 가지는 주사
형 터널현미경(scanning tunneling microscope)이 개발되었다. 이 주사현미경 은 원자세계의 이미지를 얻음으로써 양자화된 세계를 가시화 할 수 있는 장비 이다. 즉 원자나 분자에 대한 이미지를 얻을 수 있게 되었다. 또한 이를 사용하 면 표면의 원자나 분자를 직접 조작할 수 있어서 표면 위에서의 분자나 원자의 조작에 획기적인 전환점을 가져왔다.
[그림 1-1] Nickel(100)방향의 기판 위에 제논(Xenon)원자로 세긴 IBM 로고 이미지
출처 : http://www.almaden.ibm.com
○ 에릭 드렉슬러, 나노기술 용어 사용
이어 1992년에는 나노기술의 이론가인 에릭 드렉 슬러(Eric Drexler, 1955- )가 미국 의원들에게 분자 기술에 관심을 가져줄 것을 호소했고 마침내 클린턴 정부가 들어선 뒤 미국은 2000년에 국가나노기술계 획(NNI)을 발표하고 국가 차원의 나노과학기술 개 발을 선포했다.
드렉슬러는 또 분자기술 대신 나노기술이라는 용어
를 만들어 나노시대를 열었다. 세계 선진 각국에서는 다음 세대의 기술로 나노기 술에 집중하게 되었으며, IT 및 BT와의 접목을 통해 많은 연구를 진행하고 있다.
Ⅰ. 나노기술이란? 5
3) 나노의 세계에서는 무슨 일이 일어나는가?
○ 마이크로 세계에서 나노의 세계로
현재 많은 발전을 이룩한 마이크로의 세계에서의 물리현상들이 나노의 세계 에서는 얼마나 달라질까? 단순한 산술적 계산만으로 물성의 변화를 계산해보 면 다음과 같다. 먼저 역학적인 진동수 측면에서 보면 마이크로의 스케일에서 는 103Hz 정도이지만 나노스케일에서는 106-109 Hz 정도로 급격하게 증가한다.
또한 전자 소자화 되었을 때를 비교해보면 컴퓨터의 메모리의 저장량에서 마 이크로 스케일에서는 109 개 정도이지만 나노스케일의 기술을 사용하면 같은 면적에서 1015 개로 저장량이 증가한다. 그리고 기술이 조절하는 물질의 원자 의 수는 마이크로에서는 1012개이지만 나노스케일에서는 103개 내의 원자를 다 루게 된다. 또한 물질의 역학적인 강도는 같은 물질이지만 105-109 N/m2 에서 108-1017 N/m2 정도로 급격히 증가하게 된다. 그리고 전기전도도는 일반적으로 106/Ω㎝ 정도이지만 나노구조에서는 전자가 충돌 없이 전도될 수 있다.
그 외에도 마이크로 스케일에서 나타나는 물질의 전기적 자기적 역학적 특 성 등 모든 특성이 나노의 세계에서는 다른 특성으로 나타난다. 하지만 단순히 수치적 개선보다도 나노스케일에서의 영역은 마이크로의 세계에서는 거의 무 시되었던 양자효과를 최우선으로 고려해야 된다는 것이 가장 큰 차이점이라고 할 수 있다.
○ 양자역학, 미시세계 연구하는 기본
20세기 양자역학의 원리들이 발견되고 연구되기 전 물리학자들, 즉 고전적 인 물리학에 익숙한 학자들은 세상의 모든 원리들은 뉴턴 역학적인 방법으로 해석 가능하다고 생각하였다. 실제로 행성과 지구의 관계 및 눈에 보이는 일상 의 모든 현상들은 적당한 미분방정식과 운동의 초기조건 그리고 그 외에 여러 조건들만 정확하게 주어진다면 아주 정확하게 기술되고 앞으로 어떻게 될 것 인지에 대해서도 과학자는 모두 알 수 있다고 생각했다. 그래서 원자수준에서
일어나는 운동도 뉴턴의 고전역학에 약간의 수정을 가하는 정도로 당연히 이 해될 수 있는 것으로 여겼다.
고전역학은 원자보다 훨씬 큰 태양계의 행성과 달, 지구 주위에서 움직이는 투사체 운동의 연구를 위해 발전되었다. 즉 일상에서 일어나는 현상을 비롯하 여 지구와 태양 그리고 달 그 외에 더 큰 천체에 대해서도 운동을 성공적으로 기술하였으므로 미시세계의 원자의 움직임 또한 고전적인 그들의 과학으로 기 술할 수 있을 것이라고 생각한 것은 어쩌면 지극히 당연히 받아들여졌다. 더하 여 일부의 과학자들에게는 더 이상의 새로운 물리학은 존재하지 않을 것이라 는 생각도 팽배했다.
실제로 그 시대에서 뉴턴 역학은 예를 들어 음극선관의 전자나 사이클로트 론(cyclotron) 또는 고에너지 가속기 속의 양성자 같은 원자구성입자들의 운동 도 어느 정도 상당히 정확하게 기술할 수 있었다. 1913년 보어는 고전 역학적 방법으로 전자의 운동을 설명했는데 이 해석은 상당히 성공적이었으며, 이러 한 방법의 발전에 커다란 자극제가 되었다. 그러나 곧 이 방법은 큰 문제에 부딪혔으며, 물리학자들은 새롭게 대두된 양자역학의 원리가 아인슈타인에 의 해 발전된 상대론을 사용한다 하더라도 뉴턴 역학과 전혀 다르다는 것을 깨닫 게 되었다. 실제로 아인슈타인을 비롯한 그 시대의 세계적인 석학들마저도 처 음에는 양자역학을 믿지 않고 반대했었다.
세상의 모든 물리적 현상을 그들에게 익숙한 고전적인 물리법칙으로 정확하 게 설명할 수 있다고 생각한 이들에게는 새로운 양자역학은 그들의 과학을 근 본부터 뿌리 채 흔드는 새로운 개념이었다. 그 후 과학자들은 양자역학을 받아들 일 수밖에 없었고 미시세계를 연구하는 기본적인 학문으로 발전할 수 있었다.
○ 양자역학이란 어떤 것인가?
막스플랑크(Max Planck)의 양자가설을 계기로 하여 등장한 초기양자론의 결함을 극복하여 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger), 하이젠베르크(Werner Heisenberg),
Ⅰ. 나노기술이란? 7
디랙(Paul Dirac) 등에 의하여 이론의 토대가 이룩되었다. 양자역학의 적용범 위는 원자와 분자 그리고 그것보다 더 작은 소립자 등의 미시적 대상에 적용 되는 역학이다.
기존의 뉴턴 역학적 자연을 바라보고 이해하는 방법으로는, 도저히 이해하 고 받아들일 수 없는 문제가 내포되어 있다. 양자역학은 우리가 보는 일상생활 에서 보는 자연현상과 천체의 운동 등을 설명하는 것이 아니다. 단지 원자나 분자 수준의 크기에서 일어나는 현상을 설명하고 이해하는 학문이다. 영자역 학의 가장 큰 특징은 원자나 분자를 하나의 야구공처럼 하나의 딱딱한 입자로 만 생각할 수 없고 일종의 파동으로 해석해야 된다는 것이다. 즉 모든 운동하 는 입자들을 기술하기 위해서는 관계된 파동의 운동이 필요하다는 것을 인식 하게 했다. 결국 양자역학은 때로 파동역학이라 불리는 분야가 되었다.
그리고 고전역학과는 또 다른 이해하기 힘든 특징은 하이젠베르그의 불확정 성의 원리이다. 고전역학에서는 현상의 연속성과 대상에 대한 두 종류 이상의 물리량을 측정할 수 있다는 양립성이 존재한다. 하지만, 양자역학에서는 동일 관측대상에 대하여 배타적 관계에 있는 2개의 물리량이 존재하고, 같은 대상에 대하여 이들 물리량들을 동시에 엄밀히 확정할 수 없는 상황이 있을 수 있고 일정량 이상의 불확정도를 가지고 측정된다. 양자역학에서는 일정한 상태에서 어떤 양을 측정하여도 일정한 값이 얻어진다고 할 수 없고, 단지 같은 상태에 서 같은 측정을 많이 되풀이할 때 일정한 값이 얻어지는 확률을 말할 수 있을 뿐이다. 야구공에 비유해서 설명하면, 투수가 던진 공의 속도와 위치를 동시에 알 수 없다는 것이다. 이런 의미에서 양자역학에서의 결정론적 인과율 부정에 대한 해석을 둘러싸고 아인슈타인을 포함한 일부의 물리학자나 철학자 사이에 논란이 일어나고 혼란이 생겼다. 결과적으로 양자역학은 우리가 원자 수준의 미시세계 영역을 관찰할 때, 인간이 사용할 수 있는 모든 관찰과 접근에 대한 근원적인 한계와 경계선에 대해 말하고 있다.
지금까지 이룩된 과학 기술의 발전을 바탕으로 원자수준과 그이하의 세계에 대한 탐구는 어쩌면 당연한 발전과정이라 말할 수 있다. 하지만 이러한 양자효
과가 지배하는 영역에서의 연구는 과거의 어떠한 과학적 진보보다도 인류에게 어려운 도전이 될 것이며 동시에 상상하기 힘든 많은 혜택을 인류에게 기여할 것이다.
[그림 1-2] 8개의 CdTe 분자의 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지
출처 : http://www.pnl.gov/
2. 나노기술의 접근 방법
나노기술이란 말이 처음 등장한 초기부터 나노과학과 기술의 개발방법은 크 게 두 가지의 큰 흐름으로 분류되었다. 나노기술에 대한 구현방법에 따라 거시 세계에서 미시세계로 접근하는 Top down 방식과 그 반대로 미시세계의 원자 를 쌓아 나가는 Bottom up 방식으로 크게 개념적으로 분류되었다.
○ Top down 접근방법
Top down 방식은 미세한 기구를 통해서 이미 제작된 대상을 나노미터 수준 의 가공을 통해 나노미터 크기의 구조체로 인공적으로 형성하는 기술이라고 할 수 있다. 즉 거시적 시스템에서 미시적 시스템으로의 접근방식이다. 이 방 식은 먼저 나노수준의 선을 긋거나 가공하는 장비를 개발하고 이 장비를 이용 하여 실제로 나노수준에서 가공을 실현하는 기술이라고 설명할 수 있다. 이 방
Ⅰ. 나노기술이란? 9
법을 위해서는 나노가공이 가능한 장비를 필수적으로 먼저 확보해야 한다. 하 지만 이러한 기능을 가진 장비는 현재 아주 고가이거니 아직 개발되지 못한 것 이 이 접근방법의 단점이다. 또한 미세한 나노구조를 처음부터 하나하나 가공 을 통해 만들어 나가는 것은 나노 구조체를 제작하는데 많은 시간과 비용을 필 요로 하며 필연적으로 생산비용 또한 고가일 수밖에 없다.
[그림 1-3] 큰 사이즈의 나노입자를 집어서 옮기는 사진
출처 : http://www.namotec.com
더구나 하나하나 가동된 나노구조 부품 등으로 나노스케일에서 아주 고르고 균일하게 구조체를 제작하는 공정 또한 실제로 많은 기술적 어려움이 있다.
Top down 방식의 접근방법은 기존의 과학 장비를 이용하여 기존의 마이크로 스케일에서 나노스케일로 영역을 확대한 것이라 생각하면 된다. 현재 이에 대 한 산업의 수익모델이 있으며, 단기간 내에 산업화가 가능하다는 장점이 있다.
하지만 미래의 언젠가는 가공과 장비의 고가의 비용으로 인해 실제 쓸 수 없을 것으로 판단되고 예상된다.
○ Bottom up 접근방법
이에 반해 Bottom up 방식은 물질의 최소 단위인 원자나 분자를 자유자재로 조작하여 원하는 기능, 구조체를 형성하는 기술로서 미시적인 시스템을 구성 하여 거시적인 시스템으로 접근하는 방식이다. 즉 거대한 대상체를 가공해서 만들어 나가는 것이 아니라 원자나 분자를 마치 벽돌로 집을 짓듯이 하나하나 쌓아나가서 원하는 구조체를 만들어나가는 것이다. 지난 수십 년간 비약적으
로 발전한 원자와 분자에 대한 이해와 기술을 바탕으로 가능하게 되었다. 또한 생물체의 성장모형에서 자가 성장이 가능해졌다. 다만, 가까운 시기에는 산업 화가 아직 불투명하다. 하지만 이러한 시스템이 성공하면 많은 부가가치를 창 출할 것으로 전망되고 있다.
[그림 1-4] 실리콘카바이드(SiC)의 나노꽃(왼쪽)과 카본나노파이버 성장점에서의 나노꽃(오른쪽)
출처: http://www.physics.nus.edu.sg http://www.techcomp.com.hk
3. 나노기술의 분류
현재 나노기술은 다방면에서 다양하게 서로 연관되어 발전하고 있어서 나노 기술을 하나의 기준으로 분류하는 것은 지극히 어려운 일이다. 나노기술은 한 학문이나 분야에만 국한되는 기술이 아니다. 나노기술은 모든 분야에서 연구되 고 적용되는 기술이다. 그러므로 학문간 경계가 없는 학제간(interdisciplinary) 연구를 바탕으로 기존의 물리, 재료, 전자 등의 기술 분야(물리, 재료, 전자 등) 들을 횡적으로 연결함으로써 새로운 기술 영역을 만들어 나가고 있다. 나노기 술을 응용분야별로 분류하면 나노소재, 나노소자, 나노바이오, 나노에너지/환 경 등으로 크게 분류할 수 있다.
Ⅰ. 나노기술이란? 11
1) 나노소재
○ 나노스케일의 소재와 부품을 만드는 기술 분야
나노소재기술은 나노스케일에서 발현되는 물질의 새로운 현상과 특성을 활 용해 우리 생활에 유용한 소재와 부품을 만드는 기술 분야이다. 나노소재는 물질의 구조를 나노스케일에서 조정해서 강도를 높인 강판이나 플라스틱의 경 우처럼 최종재가 될 수도, 이차전지에서 전극을 만드는 활물질처럼 다른 부품 의 소재로 쓰일 수도 있다. 나노소재 기술은 철강, 자동차 공업용 소재는 물론 각종 산업용 용기, 디스플레이, 연료전지 등의 분야에 다양하게 활용할 수 있 다. 나노소재는 그 외형적인 특성에 따라 나노사이즈의 분말형태에서 발생하 는 여러 가지 특성을 이용하는 것과 이러한 나노분말을 원료로 하여 특수목적 을 위해 제작된 재료 등으로 구분될 수 있다.
나노분말을 이용한 기술로서는 나노촉매, 미세분리기술, 그리고 나노탄소물 질 등이 대표적이다. 나노촉매 기술은 촉매로 쓰이는 나노 분말의 크기를 작게 하면 작게 할수록 표면적은 이에 비례해 증가하고 촉매 반응을 더 촉진시킨다.
이를 이용하면 대기 중의 발전소 폐가스나 질소산화물, 다이옥신 등의 유해물 질을 매우 효과적으로 정화할 수 있다.
○ 탄소나노튜브, 다양한 응용 가능
미세분리기술은 나노사이즈의 촘촘한 필터를 제작하여, 아무리 미세한 유해 물질이라도 걸러낼 수 있는 기술이다. 탄소나노튜브(CNT), 플러렌 등을 비롯 한 나노 탄소물질은 나노탄소 소재의 특이한 구조와 물성이 보여주는 다기능 성으로 인하여 이차전지, 초고용량 커패시터, 수소저장물질, 고강도/초경량 복 합재료, 정전기 제거 복합재료, 전자파 차폐물질 등 다양한 응용성을 제공한다.
또한 가스와 접촉 시에, 특히 이산화질소에 민감한 것으로 밝혀져 자동차 배기 가스를 검지할 수 있는 고감도 가스센서로서의 가능성도 있다. 무엇보다 관심 을 끄는 것은 에너지 저장소재로서의 기능이다. 탄소나노튜브는 경량이고 높
은 전도도와 화학적 안정성 및 큰 비표면적 등 전극소재로서의 매우 우수한 물 성을 지니고 있다. 연료전지, 이차전지, 초고용량 커패시터, 수소저장 등 차세 대 에너지 저장장치의 필수 소재로 각광받고 있으며 디스플레이, 광학재료로 도 가능성을 인정받고 있다.
나노분말을 이용하여 제작한 자성재료, 고탄성재료, 저마찰제, 복합재료 등의 재료 등은 기존의 다른 재료 등에 비해 그 물성을 월등히 향상시킬 수 있다.
[그림 1-5] 단일 탄소나노튜브(왼쪽)와 다중 탄소나노튜브(오른쪽) 개략도
2) 나노소자
○ 마이크론 수준의 미세기술을 극복하는 대안
나노 기술을 통해 만들어진 나노구조체가 그 자체로서 특정한 하나 이상의 기능을 수행할 수 있도록 제작된 것이 나노소자이다. 나노소자분야의 대표적 인 기술로는 초고밀도 메모리소자, 초고속 통신소자, 그리고 초저소비 전력소 자와 평면표시소자 등으로 다양한 분야에서 그 가능성이 연구되고 있다.
나노기술은 90년대 들어 현 마이크론(100만분의 1) 수준의 반도체 미세기술 을 극복하는 대안으로 연구가 시작되었다. 현재 자기기록이나 광기록 기술로
Ⅰ. 나노기술이란? 13
실현 가능한 마이크론 크기의 메모리소자는 아무리 줄여도 어느 단계에 이르 면 기억매체로 쓸 수 없다. 선폭을 줄이는 데 한계가 있기 때문이다. 현재 반도 체 칩을 제작하는 도구는 자외선이다. 그런데 빛이 그려내는 선폭의 한계가 0.1마이크로미터(㎛)라는 게 기술적 한계다. 이러한 물리적 한계를 극복하기 위해 제시된 방법의 하나가 나노미터 크기의 회로에서도 자성을 갖는 소자를 개발하는 것이다.
극자외선 (Extreme Ultraviolet) 리소그라피 기술이 현재 주목받고 있는데, 13nm의 파장의 극자외선을 사용함으로써 50nm이하의 미세패턴이 가능하다.
○ 테라(1조)비트급 집적도의 반도체칩 가능
눈에 보이지도 않는 나노미터 크기의 선폭을 이용해 기억소자를 만든다면 현재의 기가(g=10억)비트보다 1000배 빠른 속도와 용량을 자랑하는 테라(1 조)비트급 집적도의 반도체칩을 만드는 것이 가능해진다.
차세대 고밀도 메모리소자는 분자하나가 하나의 정보를 저장할 수 있는 메 모리다. 즉 분자 하나하나를 인위적으로 구별할 수 있고 외부의 광원을 사용하 여 그 하나하나에 정보를 기록할 수 있다면 2030년이나 가능할 것으로 예견된 페타(Peta) 비트기록의 실현이 가능해진다. 그리고 보다 다양하고 많은 양의 정보를 짧은 시간 내에 전송할 수 있는 초고속 소자 및 회로의 연구가 진행되 고 있다.
○ 나노전자공학 등 IT분야 응용
차세대 초고속 통신망(100～160Gbps)과 광대역 무선통신 시스템(60～200GHz)을 위해서는 기존 기술의 한계를 극복해야 한다. 이를 위해서 고속 나노전자공학(High Speed Nanoelectronics) 연구의 중요성은 증대되고 있다.
이외에도 탄소나노튜브를 사용한 평면표시소자, 광결정을 사용한 반도체레
이져, 나노적층콘덴서, 양자컴퓨터, 스핀결맞음 소자, 단일전자 트랜지스터 등 많은 분야에서 나노기술이 개발되고 있다.
[그림 1-6] 극저온 4.2K에서 STM 으로 제작된 양자점들 (Quantum dots)의 이미지
출처 : http://www.ece.umd.edu
3) 나노바이오
나노바이오 기술은 나노기술과 바이오기술이 융합된 새로운 기술 분야이다.
이 기술은 예를 들어 전자소자나 센서의 제작, DNA나 단백질 분자를 타겟으 로 하는 바이오 칩 개발 등으로 연구되고 있다. 나노스케일의 생체분자가 중심 이 되어 구조체를 만들고 이것들 간의 상호작용을 통해 생체기능을 발휘함으 로써 생명현상이 발현된다. 이러한 생체분자는 자기조립기능, 자기조직화기능 등 우수한 기능을 가지고 있는데 이러한 특성은 나노기술의 좋은 모델이라 할 수 있다.
현재 나노기술과 바이오 기술을 융합한 나노바이오기술은 급속히 그 연구영 역이 확대되고 있다. 예를 들면 표적으로 삼은 세포에만 전달되어 빛을 쪼여 약제를 방출시키는 약물전달시스템이 있다. 이는 나노미터 크기의 구상분자인 덴드리머 주위에 광분해성 보호기를 매개로 약제를 결합시킨다. 더욱이 정해 진 세포를 인식시키기 위한 당(糖)도 결합시키며 빛을 조사하여 세포 안에서
Ⅰ. 나노기술이란? 15
약제를 방출시키는 것이다. 그리고 근적외선 레이저를 사용하여 생체조직이나 세포 내부를 직접 잘라 내거나 세포기관에 구멍을 만드는 등 여러 가지 조작이 가능해진다. 이 기술은 광을 사용해 세포나 조직의 진단이나 수술 또는 그의 기능의 제어를 조절하는 것이다. 또한 살아있는 세포막 위에 이온채널을 매개 로한 이온의 유출입에 따른 세포막의 미약한 변화를 측정하여 미세가공기술을 이용한 바이오센서의 개발도 가능해진다. 이러한 나노바이오 기술에는 기능성 이 있는 바이오 재료를 만드는 부분과 생체물질을 이용한 소자의 개발 예를 들 면 센서, 바이오 모터, 분자컴퓨터 등의 분야에 사용되는 소자를 개발하는 부 분으로 크게 나눌 수 있다.
[그림 1-7] 인공적으로 제작된 백혈구의 개략도
출처 : http://www.nanotech-now.com
4) 나노 에너지/환경
고성능화 되고 있는 휴대용 전자기기의 전원으로 연료전지 시스템이 기대 받고 있다. 시스템 구성은 다양한 방법으로 구상되고 있으나, “최소형 화학공 장”으로 불리는 마이크로 반응기를 이용함으로써 소형이지만 충분히 고출력을 얻는 것이 가능하다. 전기를 일으킨 후 배출되는 물질이 단순히 물만 존재하는 궁극적인 클린에너지인 연료전지는 현재 베터리보다 몇 배는 더 길게 전력을 공급할 수도 있어 상품화가 활발히 진행되고 있다. 최근에 리튬이온 이차전지 의 약 10배의 에너지를 갖는 메탄을 이용한 연료전지가 출현함으로써 연료전 지는 더욱 소형화가 진행되어 휴대기기용 전원으로서도 사용될 가능성이 높 다. 건전지 개발에서 나노기술은 연료나 공기의 공급, 물의 배출, 반응 촉진 등
실용화에 열쇠가 되는 부분에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 또한 탄소 나 노튜브를 사용한 휴대용 연료전지의 개발도 시도되고 있다.
현재의 대표적인 청정에너지인 태양에너지를 나노기술을 사용하여 혁신하여 고효율의 태양전지를 만들고 기존의 효율을 개선하는 연구도 진행 중에 있다.
나노기술을 이용하여 크기와 에너지소비 등을 최소화하면서도 최고의 성능을 구현할 수 있도록 하기 때문에 높은 경제성이 실현될 수 있고 무엇보다도 환경 오염 발생을 근원적으로 줄일 뿐만 아니라, 효과적 오염 제거 등이 가능하여 환경친화성이 높은 기술로 개발되고 있다.
[그림 1-8] 나노스케일로 제작된 Solar Cell SEM 사진
출처 : http://www.voyle.net
Ⅱ. 나노기술 투자동향 17
Ⅱ . 나노기술 투자동향
최근 미국을 비롯한 각국 정부와 민간 기업들은 나노기술 시장을 선점하기 위해 적극적으로 기술개발에 투자하고 있다. 각국 정부는 성장잠재력 확충을 위해, 민간 기업은 경쟁력 제고를 위해, 그리고 벤처캐피탈 등은 새로운 투자 처를 찾기 위해 나노기술에 촉각을 곤두세우고 있다. 그러나 나노기술이 새롭 게 부상되고 있는 만큼 나노기술에 대한 정의나 관련 산업의 범주가 아직 유동 적이어서 정확한 투자액수와 동향을 파악하는 것은 쉽지가 않다.
나노기술 전문 벤처캐피탈사 중 하나인 Lux Research사1)는 나노기술 개발 에 대한 공공 및 민간부문의 총 투자액이 2004년 기준으로 연간 86억 달러에 달하는 것으로 파악하고 있다. 이중 1/3에 해당하는 30억 달러 정도가 미국에 서, 그리고 나머지 2/3는 일본을 중심으로 한 아시아와 서유럽 지역에서 투자 되고 있다. 투자주체별로는 아직까지 각국 정부를 중심으로 한 공공부문 투자 가 46억 달러로 절반 이상이고 대기업과 밴처캐피탈 등 민간부문 투자가 40억 달러를 차지하고 있는데 2005년을 기점으로 민간부문 투자가 공공부문 투자를 상회할 것으로 전망되고 있다.
과연 나노기술이 21세기 골드마인(Gold Mine)이 될 것인지 알아보기 위해 대표적인 투자 주체인 각국 정부를 중심으로 한 공공부문, IBM등 다국적 기업 을 포함한 민간기업, 그리고 벤처캐피탈 기업들의 나노기술에 대한 투자동향 을 살펴보기로 하자.
1. 공공부문 투자동향
세계 각국은 2000년 미국 클린턴정부가 국가나노기술전략 (NNI: National Nanotechnology Initiative)을 발표한 이후 나노기술 R&D 투자를 대폭 확대하 고 있다. 2004년도 기준으로 지방정부를 포함한 전 세계 공공부문의 나노기술
1) 미국에서 활동하고 있는 대표적인 나노기술 전문벤처캐피탈이면서 조사기관으로 매년 The Nanotech Report를 발간하고 있는 바, 여기서는 주로 The Nanotech Report 2004 자료를 활용하였음.
R&D 투자는 46억 달러에 달하는 것으로 추정되고 있다. 지역별 분포를 보면 아래 [그림 2-1]에서 볼 수 있듯이 미국을 중심으로 한 북미지역과 일본을 중 심으로 한 아시아 지역이 각각 16억 달러씩 투자하여 총투자분의 70%를 차지 하고 있으며, 유럽지역이 13억 달러로 28%, 그리고 나머지 지역에서 1억 달러 로 2%를 차지하는 것으로 추정되고 있다.
[그림 2-1] 나노기술 공공부문 투자의 지역별 분포
유 럽 지 역 13억 불
기 타 지 역 1억 불
아 시 아 지 역 16억 불
북 미 지 역 16억 불
Source : Lux Research사, 2004
각국 중앙정부 예산만을 기준으로 나노기술에 대한 투자추이를 살펴보면 [그림 2-2]와 같다.2), 1997년 4.3억 달러 규모에서 서서히 증가하다가 NNI가 발표된 직후인 2001년부터 급격히 증가하여 2004년에는 1997년 대비 9배가 증 가한 37.4억 달러가 투입되었고, 2005년에는 40억 달러를 넘어설 전망이다. 국 별로는 미국․일본․서유럽․기타국가가 각각 1/4에 해당하는 10억 달러 정도씩 투 자하는 것으로 추계되고 있다. 주요 투자국인 미국, 일본, 그리고 유럽지역(독 일, 프랑스, 영국) 정부의 투자정책 및 특징을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
2) 각국 중앙정부가 공식적으로 발표한 통계를 바탕으로 한 결과로 지방정부 예산은 포함되어 있지 않음
Ⅱ. 나노기술 투자동향 19
[그림 2-2] 세계 각국정부 나노기술 R&D예산 동향
Source : M. Roco, National Science Foundation, 2005
1) 미국정부의 투자동향
○ 국가전략기술로 체계적 육성
2000년 1월 미국 클린턴정부는 몇 년간의 준비과정을 거쳐 국가나노기술전 략 NNI를 공식적으로 발표하였다. 나노기술을 국가 전략기술로 선정하고 기초 연구, 인프라 구축 등을 본격적으로 지원하기 시작한 것이다. 이후 2003년 12 월 부시정부는 “21세기 나노기술연구개발법(21st Century Nanotechnology Research and Development Act)"을 시행함으로써 나노기술 육성을 위한 확실 한 법적 토대를 마련하였다. 이 법안에 따라 2004년 12월 미국의 국가과학기술 위훤회(NSTC)는 향후 5～10년을 내다보며 새로운 NNI 전략보고서3)를 작성 해 4대 목표-세계수준의 나노기술 개발, 신기술의 사업화, 교육 및 인프라 지 원, 그리고 책임 있는 나노기술 개발 등을 선정하고 부처별 협조체제를 구축하 고 있다.
3) http://www.nano.gov/NNI_Strategic_Plan_2004.pdf : The National Nanotechnology Initiative, Strategic Plan, Dec. 2004
○ 기초연구, 국방, 에너지부문에 집중 투입
미국 연방정부의 나노기술 투자는 NNI 첫해인 2001년 4.5억 달러 수준에서 2004년에는 9.9억 달러, 그리고 2005년에는 10.8억 달러로 2배 이상 증가하였 다. 정부부처별로는 아래 <표 2-1>에서 보듯이 2004년 기준으로 미국립과학재 단(NSF)에 3.4억 달러, 국방부(DOD)에 2.6억 달러, 그리고 에너지부에 2.1억 달러를 배정해 세 분야에 집중 투자하고 있는 것을 알 수 있다.
<표 2-1> 부처별 나노기술 예산
(단위 : 백만 달러)
부처 2001 2004 2005(예상)
미국립과학재단(NSF ) 150 256 338
국방부(DOD) 125 291 257
에너지부(DOE) 88 202 210
보건복지부(HHS) 40 106 145
상무부(DOC) 33 77 75
항공우주국(NASA) 22 47 45
환경보호청(EPA) 5 5 5
농업부(USDA) 0 2 3
법무부(DOJ) 1 2 2
국토안보부(DHS) 0 1 1
계 464 989 1081
자료: http://www.nano.gov/html/about/funding.html
○ 캘리포니아 실리콘밸리 지역이 리더
연방정부의 나노기술 투자 이외에도 미국 각주의 지방 정부의 나노기술에 대한 투자가 2004년 기준으로 4억 달러에 달하는 것으로 파악되고 있다. 나노 기술 인프라는 연방정부 주도로 미국 전 지역에 구축되고 있다. 그러나 아래 [그림 2-3]에서 볼 수 있듯이 그 중에서도 기업 활동이 가장 활발한 서부 태평 양 연안 캘리포니아주와 동부 대서양 연안 뉴저지주 등에 가장 많이 분포되어 있는 것을 알 수 있다.
Ⅱ. 나노기술 투자동향 21
Small times(2005.9)가 나노기술에 대한 미국 내 지역별 발전정도를 평가한 결과에서도4) 실리콘밸리를 중심으로 한 태평양연안 지역이 수위를 차지하고 있다. 뒤를 이어 뉴욕을 중심으로 한 대서양 중부지역이 2위, 그리고 시카고를 중심으로 한 북동중부지역이 3위를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
캘리포니아 샌프란시스코 아래에 위치해 있는 실리콘밸리 지역은 기존 세계 정보통신 산업의 중심지로 나노기술에 있어서도 리더의 역할을 하고 있다.
IBM, HP 등 다국적 기업과 스탠포드, 버클리 등에서 나노기술에 대한 연구 및 특허 활동을 주도하고 있다. 특히, 기술 창업 및 사업화의 토대가 되는 벤처캐 피탈의 35%가 실리콘밸리 지역에 위치하고 있어, 실리콘밸리 벤처캐피탈 자금 의 투자여부가 나노기술이 21세기 성장을 주도할 골드마인(Gold Mine)으로 발전할 수 있을지 여부를 판가름 할 수 있을 것으로 보인다.
[그림 2-3] 미국 지역별 주요 나노기술 인프라 및 연구소
Source : http://www.nano.gov
4) Small Times가 미국 내 지역을 9개 지역으로 나누어 R&D, 벤처캐피탈 투자, 비즈니스 활 동 등을 평가해서 점수를 매긴 결과로, Pacific(31.33), Mid-Atlantic(30.82), East North Central(28.59), New England(26.1), South Atlantic(23.51), Mountain(21.95), East South Central(19.37), West North Central(19.05), West South Central(13.49) 순임
2) 일본정부의 투자동향
○ 세계경제 선두회복의 견인차 역할 기대
일본은 나노기술을 그들의 경제적 우위를 달성하고 세계경제에서 선두자리 를 회복하는 수단으로 보고 있다. 일본정부는 2001년 3월 제2기 과학기술기본 계획(2001-2005)에서 생명과학, 정보통신, 환경과 더불어 나노기술․소재 분야 를 우선적으로 투자해야 하는 4대 중점 연구 분야로 선정하였다. 그 해 9월
“나노기술․소재분야 추진전략”을 마련하여, 차세대 정보통신시스템용 나노 디 바이스․재료 등 5대 연구 과제를 선정하여 추진 중이다.
이러한 일본의 나노기술정책 수립과정에서 주목할 만한 점은 일본 산업계의 적극적인 대응이다. 즉 미국의 NNI 발표 이후 2000년 6월 일본 경제단체연합 은 산업기술위원회 산하에 나노기술 전문부회를 설치하고 나노기술이 만드는 미래사회 n-Plan21(2001.3), 나노기술이 만드는 신사업 n-Plan2002(2002.11) 등을 발표하는 등 정부의 정책수립을 적극적으로 요구, 참여한 것이다.
○ 나노소재․전자 등에 집중 지원
일본정부의 전체 나노기술관련 예산은 2001년 4.6억 달러 수준에서 2004년 에는 9.0억 달러로 증가하였고, 그리고 2005년에는 10.0억 달러를 상회할 전망 이다. 이러한 예산 중 3/4이상이 나노기술․소재분야 추진전략에 투입되고(2004 년 기준, 7.8억 달러), 나머지는 생명과학․정보통신․환경분야의 나노기술관련 연 구개발에 지원되고 있다. 나노기술관련 예산의 95%이상을 문부과학성(76.3%) 과 경제산업성(19.5%)이 사용하고 있고, 나머지는 후생노동성(1.6%), 농림수 산성(1.2%), 총무성(0.8%), 그리고 국토교통성(0.6%)에 배정되고 있다.
Ⅱ. 나노기술 투자동향 23
3) 서유럽 정부의 투자동향
○ 유럽지역 통합 연구활동의 핵심분야
유럽연합은 유럽지역 통합연구(ERA : European Area of Research and Innovation Initiative)에서 나노기술을 가장 주목해야 할 분야 중 하나로 선정 하였다. 유럽연합 과학기술 장관회의에서는 나노기술에 2002에서 2006년까지 10억 달러를 투자하는 계획이 포함된 156억 달러 규모의 제6차 프레임워크프 로그램(Framework Programme)을 승인하였다. 이 프로그램은 나노소재 및 소자, 생산공정 등 광범위한 분야를 포괄하고 있다.
○ 독일은 산학 네트워크 구축에 중점
독일연방정부의 본격적인 나노기술개발 전략은 2002년 5월 수립되었다. 산 학간 강력한 네트워크의 구축과 상업화가 우선시되어 사업화 잠재력이 큰 프로 젝트가 선호되고 있다. 2004년 3월 독일정부는 “나노기술이 새로운 시장을 점령한 다(Nanotechnology Conquers New Market)" 보고서를 발행하며 NanoMobil (자 동차), NanoFab(전자), NanoLux(에너지), NanoForLife(생명공학) 등 사업화가 가능한 4개 분야에 대한 프로젝트를 진행하고 있다.5) 독일 나노기술예산 대부분 은 교육연구부와 경제노동부, 그리고 공공연구기관에 의해 집행되고 있다.
○ 프랑스는 공공연구기관이 주도적 역할
프랑스는 2001년부터 3,500명의 연구자를 수용할 수 있는 1억 6,000만 달러 규모의 Minitec Center(Microelectronics Nano Technology Innovation Center) 건립을 추진하였다. 프랑스 연구개발부는 2003년부터 나노기술연구개발사업인
“Programme National Nanosciences"는 네트워크 및 기초과학분야에 대한 지 원을 골자로 하고 있다. 연구개발부의 연구지원금 대부분은 국립과학연구원, 국립우주연구소, 원자력청 등 공공연구기관에게 제공된다.
5) 2005.10.24일 샌프란시스코에서 개최된 13th Foresight Nanotech Conference에서 발표된
“German Innovation Initiative for Nanotechnology-Nanotechnology Conquers Markets"의 내용을 토대로 함
○ 영국은 대학이 주도적 역할
영국은 1986년 국가나노기술전략(NION : National Initiative on Nanotechnology) 를 발표하는 등 앞선 출발을 보였으나, 1996년 LINK프로젝트가 종료되면서 정체기로 빠져들었다. 이후 영국정부는 2001년에 옥스퍼드대학과 캠브리지대 학이 주도하는 2개의 학제간 공동연구협력단을 발족시켰고, 2003년 The Micro and Nanotechnology Manufacturing Initiative를 발표하고 추진중이다.
<우리나라 나노기술 투자규모와 기술경쟁력>
세계의 나노기술에 대한 정부투자는 2005년 기준으로 미국을 선두로 일본, 서유럽, 그리고 우리나라 등 기타국가가 각각 10억 달러 정도씩 40 억 달러를 투자할 것으로 예측되고 있다. 우리나라 정부의 나노기술투자 는 2005년 기준으로 2.7억 달러 정도로, 이는 세계 각국 투자분의 6.6%, 그리고 미국이나 일본정부 투자분의 1/4정도 규모이다.
<표 2-2>세계 주요국 정부의 나노기술 투자규모
(단위 : 백만 달러) 국 별 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
(예측) 미국 116 190 255 270 464 697 863 989 1,081 일본 120 135 157 245 465 720 800 900 1,000 서유럽 126 151 179 200 225 400 650 950 1,000
기타
(한국) 70 83 96 110 380
(88)
550 (177)
800 (198)
900 (238)
1,050 (274) 총계 432 559 687 825 1534 2367 3123 3739 4131 증가율 100% 129% 159% 191% 355% 548% 723% 866% 956%
<참고자료> 1. M.C. Roco, Overview of the National Nanotechnology Initiative, National Research Council, Washington, D.C., March 23, 2005
2. 2002, 2003, 2004, 2005년 나노기술발전시행계획, 과학기술부
세계 각국의 나노기술의 전반적 경쟁력은 미국이 선두를 달리고, 그 뒤 를 이어 일본이 미국의 86.2%, 독일이 81.9%로 2, 3위 경쟁력을 가지고 있는 것으로 평가되고 있다. 우리나라 나노기술의 전반적 수준은 미국에 비해 61.4% 정도인 것으로 평가되었다.
Ⅱ. 나노기술 투자동향 25
[그림 2-4] 세계 주요국의 나노기술 경쟁력 비교
* 한국과학기술정보원이 나노기술분야를 50개 항목으로 나눠 정량, 정성적 평가
* 자료 : http://www.etnews.co.kr(2005.6.16)
2. 민간기업 투자동향
나노기술은 여러 산업분야에 걸친 기반기술로 타 기술과 융합되어 제품이나 생산과정에 적용되고 있어 정확한 투자액을 알기 힘들다. 특히, 민간 기업들은 나노기술에 대한 구체적인 투자액을 밝히고 있지 않아 세계 각국의 민간 기업 이 얼마나 나노기술에 투자하고 있는지 파악하기 쉽지 않다. 여기서는 민간기 업의 나노기술 투자동향을 살펴보기 위해 우선 나노기술 관련 기업들의 지역 별 동향을 살펴본 뒤, 미국 내 기업을 중심으로 분야별, 규모별 내역을 분석해 보고자 한다. 아울러, 개별기업의 나노기술 개발동향을 살펴보기 위해 기업별 특허동향을 미국 연방특허청 특허등록 결과를 중심으로 알아보도록 하겠다.
1) 주요기업 투자동향
○ 미국기업들이 전세계 투자액의 46%를 차지
나노기술 전문 벤처캐피탈사인 Lux Research사는 2004년 나노기술에 대한 민간부문 투자액은 약 40억 달러인 것으로 추정하고 있다. 이중 약 38억 달러 는 대기업들이, 나머지 2억 달러는 밴처캐피탈이 투자한 것으로 추정하고 있
다. [그림 2-5]에서 볼 수 있듯이 기업투자액 38억 달러 중 절반에 가까운 17 억 달러는 미국주도로 북미기업들이, 36%인 14억 달러는 아시아지역 기업이, 17%인 6.5억 달러는 유럽지역 기업이, 그리고 나머지 1%인 0.4억 달러는 기타 지역에서 이루어진 것으로 추정하고 있다.
[그림 2-5] 나노기술 민간투자의 지역별 분포
Source : Lux Research, 2004
○ 전세계적으로 나노기술 관련 기업은 1,500개사
Lux Research사에 따르면 2004년 기준으로 나노기술관련 R&D계획을 발표 한 기업은 전세계적으로 1,500여개사에 달한다. 이중 1,200개사가 벤처기업인 것으로 나타났다. Emtech Research사(2005)는 미국내 나노기술 개발, 제조, 판매 및 활용에 관계된 기업 600여개사에 대한 조사를 실시한 바, IBM, Intel, L'Oreal 등이 특허 등에서 나노기술을 주도하고 있는 것으로 분석하고 있다.
또한 600여개 사 중에서 2/3정도(72.9%)가 최근 10년 이내에 설립되었으며, 절반 정도(57.6%)의 기업이 시장에 제품을 출시하고 있고, 나머지는 나노기술 관련 매출실적 없이 지적재산권 확립이 주된 업무인 기업들로 나타났다. 지금 도 새로운 중소기업이 많이 설립되고 있어서 산업 현황파악이 쉽지 않은 게 현 실이다.
○ 소재, 바이오 관련 기업이 주도
2004년 4월 미국내 기업 357개사에 대한 분야별 조사결과를 분석해 보면 [그림 2-6]과 같다.6) 전통적인 소재산업이 나노기술을 채용함으로써 소재 분야
Ⅱ. 나노기술 투자동향 27
관련 기업들이 가장 많이 나노기술 산업에 진출하여 전체기업 중 33%를 차지 하고 있다. 또한 생명공학 붐을 타고 성장한 생명공학 기업들이 나노기술을 적 극적으로 도입하면서 생명공학의 비중이 32%에 달하는 것으로 나타나고 있다.
[그림 2-6] 나노기술 분야별 기업 분포
도 구 분 야
25% 바 이 오 분 야
32%
소 자 분 야 10%
소 재 분 야 33%
Source : Nanotechnology Market and Company Report(2003, WMtech/University of ULM)
○ 아직까지 주목할 만한 나노기술 제품 부재
매출규모별로7) 2004년도 조사된 나노기술 관련기업의 분포를 살펴보면 [그 림 2-7]과 같다. 5억 달러 이상의 매출을 올리는 기업이 전체의 10%, 그리고 천만 달러에서 5억 달러 사이의 매출을 올리는 기업이 21%에 불과하다. 그리 고 천만 달러 이하의 매출을 올리는 중소기업이 차지하는 비중(매출이 거의 없는 무응답 기업까지 포함)이 70%에 육박한다. 2001년 조사에서는 매출 발생 기업의 60%가 1,500만 달러 이하의 매출을 올린 것으로 나타났었다. 매출규모 면에서 2004년의 조사결과가 2001년 조사결과에 비해 크게 개선되지 않은 것 은 지난 3년 간 나노기술이 시장을 뒤흔들만한 주력 제품들을 아직 내놓고 있 지 못하고 있다는 사실을 반증하고 있다고 보겠다.
6) Hans-jorg Fecht, Nanotechnology Market and Company Report 2003, WMtech/Wniversity of ULM
7) Nanotechnology Market and Company Report(2003, WMtech/University of ULM)에서 나노기술이 아닌 제품의 매출까지 포함하여 분석한 결과임
[그림 2-7] 규모별 나노기술 관련 기업분포도
천 만 달 러 이 하 35%
천 만 달 러 - 5억 달 러
21%
무 응 답 34%
5억 달 러 이 상 10%
Source : Nanotechnology Market and Company Report(2003, WMtech/Wniversity of ULM)
2) 나노기술 특허동향
○ 나노기술관련 특허건수 연간 50%씩 증가
미국 특허청(USPTO, 2004)에 따르면 나노기술분야의 특허등록이 최근 급 속도로 증가하고 있다. 2003년 미국특허 중 나노기술 관련 특허는 8,600여건으 로 파악되고 있으며, 최근 3년간 50%의 증가율을 보이고 있다. 전체 미국특허 등록건수가 연간 4% 증가하는 경향에 비해 나노기술 분야 특허가 비약적으로 많이 증가하고 있음을 알 수 있다. 국가별로는 미국이 5228건으로 단연 앞서고 있고, 일본(926건), 독일(684건)이 뒤를 잇고 있다. 특허분야별로는 Chemistry : Molecular biology and microbiology(1082건) 분야가 제일 많고, Active solid-state devices(996건), Semiconductor device manufacturing(847건) 등이 다음으로 많은 특허를 획득하고 있다.
Ⅱ. 나노기술 투자동향 29
<표 2-3> 미국 특허등록 상위 10대 기술 분야(2003년 기준)
순위 기술분야 특허건수
1 435: Chemistry: molecular biology and microbiology 1082 2 267: Active solid-state devices(e.g., transistors, solid-diodes) 996 3 438: Semiconductor device manufacturing: process 847 4 514: Drug, bio-affecting and body treating compositions 817 5 424: Drug, bio-affecting and body treating compositions 697 6 428: Stock material or miscellaneous articles 603 7 536: Organic compounds-part of the class 532-570 series 586
8 427: Coating processes 444
9 530: Chemistry: natural resins or derivatives; peptides or
proteins; lignins or reaction products thereof 443
10 250: Radiant energy 389
자료 : Journal of Nanoparticle Research 6 (2004, Netherlands)
○ IBM, Xerox, 3M 등이 주도
미국 특허청 자료를 분석한 결과에 따르면, 1976년부터 2002년까지 IBM이 총 1302건의 나노기술 관련 특허를 취득해 수위를 달리고 있고, Xerox가 957건, 3M이 807건으로 뒤를 잇고 있다. 2003년에는 IBM이 198건으로 여전히 제일 많은 특허를 취득하고 있고, Micron Technology가 129건의 특허를 취득해 1976～2003년 기준으로 할 경우 Motorola와 NEC를 앞서 5위를 기록하게 된다.
<표 2-4> 미국 특허등록 상위 10개사(1976～2002, 2003년)
순위 기업명 특허건수
1976～2002 2003 1 International Business Machines Corporation 1302 198
2 Xerox Corporation 957 68
3 Minnesota Mining and Manufacturing Company 807 79
4 Eastman Kodak Company 708 64
5 Motorola, Inc. 508 72
6 NEC Corporation 483 57
7 Micron Technology, Inc 457 129
8 Canon Kabushiki Kaisha 408 64
9 E.I.Du Pont de Nemours and Company 367 n/a
10 General Electric Company 367 n/a
자료 : Journal of Nanoparticle Research6 (2004, Netherlands)
○ 최근 HP, Nanosphere 등이 부상
단순한 특허등록 건수가 아닌 특허의 독창성, 파급효과 등을 감안하면 2004 년도에는 HP와 Nanosphere가 가장 강한 포트폴리오를 가지고 있는 것으로 나 타났다. 최근 1790Analytics사8)가 나노 및 마이크로 관련 미국 특허를 분석한 결과에 따르면 IBM은 HP와 더불어 특허건수로는 상위를 차지하고 있지만 특 허파워 면에서는 HP가 단연 앞서는 것으로 분석되고 있고, Nanosphere 등 나 노기술 관련 중소기업이 강한 특허 포트폴리오를 구축하고 있는 것으로 나타 나고 있다.
<표 2-5> 나노 및 마이크로분야 특허 파워 상위 15개사(2004년 기준)
순위 기업명 특허건수 파워점수
1 Hewlett-Packard 25 160
2 Nanosphere Inc. 16 131
3 Agere Systems 19 91
4 Agilent Technology Inc. 8 66
5 Intel Corp 22 50
6 Toshiba. 11 46
7 Hyperion Catalysis International Inc. 7 45
8 Raytheon Co 10 44
9 Lucent Technologies 17 43
10 MEMX Inc. 13 43
11 Texas Instruments Inc. 23 37
12 Motorola Inc. 14 31
13 Daiken Chemical Co. Ltd 11 31
14 Samsung Electronics Co. Ltd 22 28
15 IBM Corp 25 27
자료 : Small Times (July/August 2005, USA)
3. 벤처캐피탈 투자 동향
○ 나노기술에 대한 벤처캐피탈 투자는 아직 미미한 수준
Lux Research사에 따르면 1999년부터 2004년까지 나노기술에 대한 벤처캐
8) 지적재산권 컨설팅 회사인 1970 Analytics LLC(Mount Laurel, N.J.)사가 2004년 미국 특 허자료를 분석한 결과로 Growth, Impact, Generality, Originality 등을 토대로 평가하였음
Ⅱ. 나노기술 투자동향 31
피탈 투자는 11억 달러 정도인 것으로 파악되고 있다. 2004년 기준으로 벤처캐 피탈은 나노기술 기업에 약 2억 달러 정도를 투자하였는데, 이는 전 세계 나노 기술에 대한 공공 및 민간부문의 전체 투자(약 90억 달러 정도)의 2.2%에 불 과하고, 미국 전체 벤처캐피탈 투자액인 210억 달러의 1%도 안 되는 수치로 나노기술에 대한 벤처캐피탈 투자는 아직 미미한 수준에 그치고 있다는 것을 알 수 있다.
○ 2004년까지 하락하다 2005년도 상승 추세
나노기술에 대한 벤처캐피탈 투자는 [그림 2-8]에서 볼 수 있듯이, 2002년 정점으로 감소하다가 2005년 들어 상승추세로 전환되고 있다. 2000년 IT 거품 이 꺼지면서 전체 벤처캐피탈 투자가 급격히 감소하였으나, 나노기술에 대한 투자는 오히려 증가하여 1999년 2500만 달러 수준에서 2002년에는 10배 이상 증가한 3억 8600만 달러까지 증가하였다. 하지만 2002년도를 정점으로 나노기 술에 대한 투자는 2003년도에는 3억 2520만 달러로, 그리고 2004년도에는 2억 달러 수준으로 다시 하락하여 산업화에 대한 전망이 어두웠다. 그러나 2005년 도 들어서 상반기에만 2억 달러가 넘는 투자가 이루어져 나노기술에 대한 벤 처캐피탈 투자가 향후 증가할 것으로 전망되고 있다.
[그림 2-8] 벤처캐피탈의 나노기술 투자추이
0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0
1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4
연 도
연간 투자규모 (단위:백만 달러)
자료: Lux Research사, 2004
* 2005년도 투자분이 반영되지 않아 그래프가 하향추세로 보이나 2005년 상승세로 전환됨
○ 나노소자와 바이오분야에 집중
지난 수년 동안 벤처 캐피탈의 상당 부분이 나노소자와 나노바이오 분야에 집중되었다. [그림 2-9]에서 볼 수 있듯이 나노기술에 대한 벤처캐피탈 투자분 총 11억 달러 중 41%인 4.5억 달러가 소자분야에, 40%인 4.4억 달러가 바이오 분야에, 14%인 1.5억 달러가 재료분야에, 그리고 5%인 0.6억 달러 정도가 도 구(장비)분야에 투자되었다. 도구(장비) 분야가 가장 적게 투자되었는데, 그 이유는 검증되지 않은 벤처 기업의 신규 장비를 구매하는 경우 제품 공급에 차 질을 받을 수도 있다는 우려 때문으로 보여 진다. 또한 Veeco Instruments나 FEI Company와 같은 장비 관련 대기업들이 기존 시장을 독점적으로 장악하 고 있기 때문에 신규 벤처 기업이 시장에 진입하기 매우 어렵기 때문이다.
[그림 2-9] 1999년 이후 분야별 나노기술 벤처 캐피탈 투자액 규모
0 2 5 5 0 7 5 10 0 12 5 15 0 17 5 20 0 22 5 25 0 27 5 30 0 32 5 35 0 37 5 40 0 42 5 45 0 47 5
소 자 소 재 나 노 바 이 오 도 구 ( 장 비 )
투자 규모 (단위:백만 달러)
자료: Lux Research사, 2004
○ 바이오 분야 급격히 감소, 장비분야 지속 증가
1999년 이후 나노기술에 투자된 벤처캐피탈의 분야별 추이를 살펴보면 [그 림 2-10]과 같다. 전체 바이오 분야에 대한 벤처캐피탈 투자가 증가되면서 나 노바이오에 대한 투자도 2002년 말까지 증가하다 2003년 이후 급격히 감소추 세에 있다. 반면 나노장비분야는 규모는 작지만 지속적으로 증가하고 있다. 나
Ⅱ. 나노기술 투자동향 33
노소자 분야에 대한 투자 비중은 여전히 제일 높은 상태이다. 그러나 탄소 나 노튜브에 대한 여러 가지 장밋빛 전망에도 불구하고 탄소 나노튜브 관련 기업 들은 대략 1,700만 달러 정도의 투자 밖에 유치하지 못했다는 사실은 주목할 만하다.
[그림 2-10] 1999년 이후 분야별 나노기술 벤처 캐피탈 투자추이
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0
1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4
연 도
투자규모 (단위:백만 달러)
도 구 ( 장 비 ) 소 재 소 자
나 노 바 이 오
자료: Lux Research사, 2004
○ 최근 장비, 에너지 분야 부상
2004년 벤처캐피탈의 나노기술에 대한 투자를 좀 더 세분하여 살펴보면 [그 림 2-11]과 같다. 네트워크 및 장비분야(20%)에 제일 많이 투자하였고, 뒤를 이어 의료기기 및 장비(18%), 공업/에너지 분야(16%) 순으로 나타난다. 나노 기술 시장이 확대되면서 관련 장비에 대한 수요가 증가하고 있고, 에너지 문제 가 주요 이슈로 부상하면서 에너지 분야에 대한 나노기술 투자가 증가하고 있 는 것을 보여주고 있다.
[그림 2-11] 2004년도 나노기술 세부분야별 벤처캐피탈 투자분포
Source : Small Times, 2005년 8월
