기술발전동향
기술분야별 발전동향을 살펴보면 다음과 같다.1982년 세계 최초로 개발된 STM에 의해 표면을 원자나 분자단위로 직접 관찰하게 된 이후 표면의 여러 가지 물성을 측정하기 위한 다양한 계측원리가 계속해서 개발돼 AFM, MFM, EFM, NSOM, SThM, STS 등 수 많은 SPM이 개발됐다.
현재 SPM 장치의 경우 정도 향상 및 고속화를 위한 연구개발이 계속되고 있으며, SPM 기술의 경우는 새로운 원리에 입각한 계측기술 그 자체의 개발 뿐만 아니라, SPM 기술을 정보저장기기, 나노리소그래피, 입자조작 등 타 분야에 적용하고자 하는 응용연구가 활발히 진행 중에 있다. X선, 전자·이온빔, 적·자·가시광선을 이용한 계측기술은 그 역사가 상당히 오래된 기술로 기술 그 자체는 상당히 안정화돼 있어, 근래의 기술개발은 입사원 등 부속장치의 개선을 통한 정밀도 개선, 다른 장치와의 복합화를 통한 다기능화 등에 초점이 맞춰져 진행되고 있다.
최근 들어 바이오분야에 있어서의 나노계측기술에 대한 발전이 두드러지고 있으며 나노계측기술의 측정표준화 및 표준물질에 대한 연구개발도 세계 각국에서 이뤄지고 있다.
현재 우리나라 나노기술 수준은 세계기술평가센터(WTEC) 보고서에 의하면 미국, 일본 등 선진국의 25%로 평가되고 있다.
이에 1990년대 중반 이후에는 나노기술에 대한 연구저변을 확대하고 동 분야의 연구 인력을 집중 양성하기 위해 정부가 중심이 돼 여러 가지 연구지원사업을 추진 중에 있다.
■ 시장동향
나노계측장치의 세계시장 규모는 2000년에는 3조원, 2005년에는 약 11조원, 2010년에는 13조 5천억원, 2020년에는 22조원에 달할 것으로 전망되고 있다. 현재 나노계측장치는 몇몇 기업에 의해 시장이 독점되고 있다. SPM 장치의 경우 얼마 전까지 Digital Instruments와 PA가 세계 시장을 거의 양분하다시피 했으나 여러 단계의 병합, 흡수과정을 거쳐 최근 VEECO가 이들 회사들을 전부 인수해 세계 SPM 시장에서 절대 강자로 군림하게 됐다. 또 SEM, TEM 등 전자현미경 시장은 HITACHI와 JEOL이, FIB장치는 FEI와 SEIKO, JEOL 등이 거의 독점기술을 갖고 세계시장을 장악하고 있다.
국내 나노계측장치 관련 기업은 SPM과 관련해 PSIA와 SNU Precision, SEM과 관련해 미래로시스템, 엘립소미터는 상록코리아, 엘립소테크놀로지 등 몇몇 소수의 벤처기업에 불과하며, 대부분의 나노계측장치들을 거의 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.
주요국 특허출원동향
한국의 특허출원 동향을 보면 90년대 중반 이후 급격한 성장곡선을 나타내고 있는데, 이는 90년대 초부터 점진적으로 나노 계측기술에 대한 국내업체들의 관심이 고조되기 시작했다는 것을 보여준다.SPM(주사탐침현미경)과 전자·이온빔을 이용한 기술을 중심으로 90년대 중반 이후 급격히 증가하고 있음을 알 수 있다. 전자·이온빔을 이용한 장치가 국내에서 가장 많이 사용되고 있어서 이 장치에 대한 특허가 상대적으로 많았고, 이는 90년대 이후에 국내의 표면물리에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세와도 상당한 연관성을 가지고 있다. 극미소 정성분석이 가능한 SPM의 경우 국내에서는 90년대 후반부터 국내의 연구진들에게 많이 사용되면서 다양한 측정을 위한 장치의 개발이 진행돼 급격한 발전추세를 보이고 있다.
미국의 특허출원 동향을 보면 80년대는 점진적으로 출원건수가 증가했으나, 90년대초반부터 출원건수가 급격히 증가하기 시작해 90년대 중반에 다소 감소한 후 다시 증가하는 추세에 있다.
일본의 특허출원 동향을 보면 앞서 분석한 다른 국가들에 비해 많은 출원건수를 보여주고 있으며, 80년대에 점진적으로 증가하는 곡선을 보여주고 있다. 90년대 중반에는 다소 감소했는데 이는 일본국내의 경제상황에 영향을 받은 것으로 보여진다.
향후 전망
나노계측기술의 향후 전망은 사용자 편리성이 보다 증대된 형태로 장치의 개선이 이뤄질 것으로 전망된다. 또한 각 계측장치가 단일 형태로는 계측의 용도 및 정밀도에 한계가 있기 때문에 여러 계측장치가 하나의 형태로 결합된 다기능성 복합장치의 개발이 매우 활성화 될 것으로 전망된다.이러한 나노계측기술은 향후 나노, 정보기술분야 뿐만 아니라, 바이오기술분야, 나노·바이오 융합기술분야, 나노·정보 융합기술분야, 환경기술분야, 우주기술분야 등 다양한 분야에서 그 기술적 수요가 급증할 것으로 전망된다. 나노·바이오분야에서는 바이오칩(DNA칩, 단백질칩, Lab-on-a-chip), 생체의 자기조립 현상을 이용한 신 나노제조공정 및 나노 구조물 합성, 생체의 근본적인 현상 이해 등이, 바이오분야에서는 질병의 조기 진단 및 바이오 신약개발 등에 응용될 것으로 보인다.
나노·정보분야에서는 SET, MRAM와 같은 차세대 고집적 정보저장기기 등, 환경분야에서는 오염물질과 같은 환경관련 물질의 계측, 나노구조의 역할 연구(오염물질의 흡수, 콜로이드의 분산 안정성, 세균의 운동성), 대기 및 수자원 공정에서의 나노입자의 역할 연구 분야에 기술개발이 이뤄질 것이다.
우주분야에서는 우주산업용 물질의 분석 및 조합, 우주환경에 견딜 수 있는 초경량, 초고강도 나노물질, 우주환경에 적합한 나노전자공학, 우주탐사에 필요한 생물체적 시스템(외계 우주에서의 자기조립 시스템) 등의 개발과 관련해 나노계측기술은 그 기반기술로 활발히 연구개발돼 그 활용성이 증대될 전망이다.
자료제공=한국발명진흥회