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세상에서 가장 작은 반도체 베일 벗었다…기초연, 반도체 나노클러스터 구조 규명

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3명이 손 마주 잡고 있을 때 견고해지는 원리
색다른 특성 가진 나노입자 제조에 사용 기대

[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 세상에서 가장 작은 반도체가 베일을 벗었다. 국내 연구진이 반도체 나노클러스터 결정 구조를 규명했기 때문이다. 

기초과학연구원 현택환 나노입자 연구단장 연구팀이 27개의 원자로 구성된 세상에서 가장 작은 반도체 구조를 규명했다고 26일 밝혔다. 이는 차세대 디스플레이, 광촉매 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 중요한 기초연구의 결과로 평가된다.

퀀텀닷디스플레이(QLED) TV에 들어가는 반도체 나노입자인 양자점은 크기·모양에 따라 광학적, 전기적 특성이 달라진다. 최근 나노과학 분야에서는 반도체 나노입자를 원하는 크기, 모양, 조성으로 합성하는 연구가 활발하다. 

그러나 현재까지 가장 정밀한 방법을 사용하더라도 원자적 수준에서 균일한 나노입자를 합성하기 힘들었다.

반도체 클러스터의 원자 수준에서의 구조 [자료=기초과학연구원] 2022.07.25 biggerthanseoul@newspim.com

반도체 나노입자는 반도체 나노클러스터라는 핵으로부터 시작해 안정된 성장을 거쳐 만들어진다. 나노클러스터는 여러 원자가 뭉쳐 원자 1개와 유사한 성질을 보이는 것을 말한다. 반도체 나노클러스터는 기존 나노입자보다 작으면서도 정확한 개수의 원자로 구성돼 원하는 물성을 구현하기 쉽다. 반도체 나노입자 성장을 이해하고 정밀하게 만들려면, 핵 역할을 하는 반도체 나노클러스터 구조를 규명하는 것이 중요하다.

반도체 나노클러스터는 각기 다른 성장 과정을 거쳐 다른 나노입자로 성장한다. 균일한 나노입자를 생산하려면 한 종류의 나노클러스터로만 성장시켜야한다. 수십억 개의 작은 반도체 클러스터들을 균일하게 생성하는 것은 매우 힘들지만, 특이하게도 0.5~3nm 사이에서는 똑같은 사이즈로 만들 수 있는 것으로 알려진다.

해당 크기를 가진 입자들을 매직-사이즈 나노클러스터라 한다. 매직-사이즈 나노클러스터 중 카드뮴-셀레나이드 나노클러스터에 대한 연구도 그동안 많았다. 수십 개의 원자로 이루어진 아주 작은 나노클러스터에 대한 연구도 있었으나 생성하기도 힘들고 구조를 밝히는데 번번히 실패했다. 

연구팀은 카드뮴 원자 14개와 셀레늄 원자 13개로 이루어진 현재까지 규명된 가장 작은 반도체 클러스터 Cd14Se13을 단일 사이즈로 만드는 새로운 방법을 고안했다. 우선 기존 반도체 나노클러스터를 둘러싼 리간드에 주목했다. 이전까지의 실험과 달리, 이번 연구에서는 단일 사이즈 클러스터의 안정성을 높이기 위해 기존 반도체 클러스터의 단일 자리 리간드를 삼차 이중 자리 리간드로 대체했다. 3명이 손을 마주 잡고 있을 때 견고해지는 것과 같은 원리다.

연구팀은 합성된 단일 클러스터 수십억 개를 규칙적으로 연결해 단결정을 만들었다. 기존 반도체 클러스터는 단일 자리 리간드로 인한 상호작용으로 조절이 불가능하고 불안정한 뭉침이 일어났다. 이와 달리 연구진이 합성한 단일 사이즈의 반도체 나노클러스터는 무작위의 뭉침이 발생하지 않아서 안정적으로 단결정을 성장시킬 수 있었다.

이와 함께 단결정 X-ray 회절법을 통해 성장한 단결정의 독특한 구조도 분석했다. 지금까지 규명된 일반적인 반도체 나노클러스터들이 초사면체 구조인 것과는 달리, 이번에 합성한 반도체 나노클러스터는 셀레늄(Se)을 중심으로 카드뮴 셀레나이드(Cd14Se13)가 감싸고 있는 코어-케이지 구조로 이뤄졌다. 

현택환 단장은 "수십 년간 베일에 싸여있던 반도체 나노클러스터의 구조를 밝힐 수 있게 됐다"며 "이런 특이한 구조를 가진 나노클러스터는 앞으로 색다른 특성을 가진 나노입자들을 제조하는데 사용될 것"으로 내다봤다.

이번 연구결과는 화학분야의 세계적인 권위지이자 셀 자매지인 켐(Chem)지 26일자로 게재됐다. 

biggerthanseoul@newspim.com

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SK하이닉스 '과열 vs 추가 랠리' 갈림길 [서울=뉴스핌] 이나영 기자= SK하이닉스가 사상 최대 실적을 발표한 가운데, 시장의 관심이 실적 자체를 넘어 향후 주가 흐름으로 빠르게 이동하고 있다. 이달 들어 약 37%에 육박하는 상승세를 이어온 만큼, 이번 실적이 추가 상승으로 이어질지 여부가 핵심 변수로 떠오른 모습이다. 24일 한국거래소에 따르면 SK하이닉스는 전날 장중 126만7000원까지 오르며 신고가를 경신한 뒤, 0.16% 오른 122만5000원에 거래를 마쳤다. 이달 1일 89만3000원이던 주가는 약 37.1% 상승하며 단기간 가파른 오름세를 나타냈다. 이번 실적은 매출과 수익성 측면에서 모두 시장 기대를 뒷받침하는 수준으로 평가된다. SK하이닉스는 1분기 매출 52조5763억원, 영업이익 37조6103억원, 순이익 40조3459억원을 기록했다. 분기 매출이 50조원을 넘어선 것은 처음이며, 영업이익률은 72%로 창사 이래 최고치를 경신했다. 전년 동기 대비 영업이익은 405% 증가하며 실적 성장세가 뚜렷하게 확인됐다. 다만 이날 주가는 하락 출발한 뒤 장중 등락을 거듭하다가 강보합으로 마감하며, 실적 발표 직후 상승 흐름이 곧바로 이어지지는 않는 모습을 보였다. 이는 시장의 기대가 이미 실적 수치 이상으로 선반영돼 있었던 영향으로 분석된다. 실제로 SK하이닉스 주가는 연초 60만원대 중반에서 출발해 90만원대를 거쳐 120만원대까지 올라서는 등 올해 들어 뚜렷한 상승 추세를 이어왔다.  실적 발표 전 삼성증권은 영업이익 40조2090억원을, KB증권은 40조830억원을 예상하는 등 주요 증권사들은 40조원대 이익을 전망해왔다. 키움증권과 흥국증권 역시 유사한 수준의 추정치를 제시했다. 실제 실적은 시장 예상 범위 내에서 확인됐지만, 주가 측면에서는 이미 반영된 기대를 점검하는 흐름이 나타난 것으로 해석된다. 김지현 다올투자증권 연구원은 "4월 이후 코스피가 약 27% 상승하는 과정에서 협상 기대감과 반도체 실적 모멘텀이 상당 부분 선반영됐다"고 분석했다. 이를 단순 조정으로 보기보다 상승 이후 흐름을 점검하는 과정으로 해석하는 시각도 적지 않다. 김선우 메리츠증권 연구원은 "1분기 실적은 사상 최대 수준으로 시장 기대에 부합했다"며 "본격적인 이익 증가는 2분기부터 나타날 것"이라고 말했다. 중장기 성장 스토리는 여전히 유효하다는 평가다. SK하이닉스는 실적 발표 콘퍼런스콜에서 인공지능(AI) 수요가 대형 모델 학습 중심에서 실시간 추론 중심으로 확대되고 있으며, 이에 따라 디램(DRAM)과 낸드(NAND) 전반에서 수요 기반이 넓어지고 있다고 밝혔다. 특히 향후 3년간 HBM 수요가 자사 생산능력을 상회할 것으로 전망하며 공급 제약 환경이 이어질 가능성을 시사했다. 증권가의 눈높이도 빠르게 높아지고 있다. DS투자증권 130만원, LS증권 150만원, 하나증권 160만원, 메리츠증권 170만원, 삼성증권과 IBK투자증권 180만원, KB증권 190만원, SK증권 200만원 수준까지 목표주가가 제시됐다. 현재 주가 대비 추가 상승 여력을 열어두고 있다는 평가다. 시장에서는 이번 사이클을 구조적인 변화 흐름으로 보고 있다. 김동원 KB증권 리서치본부장은 "서버 DRAM과 기업용 SSD 수요 증가로 메모리 가격 상승이 이어지면서 실적 추정치 상향 가능성이 높다"고 전망했다. 이종욱 삼성증권 연구원은 "메모리 산업이 가격 중심 경기민감 산업에서 품질 중심 인프라 비즈니스로 전환되고 있다"며 "중장기 호황과 주주환원 정책이 맞물리며 추가적인 주가 상승 여력이 존재한다"고 분석했다. 밸류에이션 재평가 기대도 이어지고 있다. 미국 주식예탁증서(ADR) 상장 추진 역시 기업가치 상승 요인으로 거론된다. 회사는 최근 미국 증권거래위원회(SEC)에 ADR 상장을 위한 신청서를 제출했으며, 올해 하반기를 목표로 관련 절차를 진행 중이다. 이를 통해 글로벌 투자자 접근성을 확대하고 투자 재원 확보에 나선다는 전략이다.  SK하이닉스의 이번 실적은 향후 주가 흐름을 가늠할 기준으로 작용할 전망이다. 단기적으로는 상승분을 점검하는 흐름이 이어질 수 있지만, 이익 성장 사이클이 지속될 경우 추가 상승 여력도 여전히 유효하다는 분석이다. nylee54@newspim.com 2026-04-24 07:54
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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