[나노협회-신소재경제 공동기획] 기술을 넘어 시장으로…대한민국 나노혁신기업의 도전 ⑦퀀텀앤솔 방재규 대표

“고객 맞춤형 신소재 구현 ALD 기술로

차세대 에너지 및 양자기술 혁신 이끌 것”

전고체 배터리 성능·안정성 향상 기능성 박막 공정 고도화, ESS 등 적용 확대

초전도 양자소자 핵심 ‘조셉슨 접합’ ALD로 구현, 차세대 양자컴퓨팅 연결

▲ 퀀텀앤솔 방재규 대표

■퀀텀앤솔의 고전도·저저항·고효율 신소재 및 부품을 제조하기 위한 원자층증착(ALD) 기술에 대한 소개와 함께 해당 기술의 차별성은 무엇인가

퀀텀앤솔은 원자층증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 기술을 기반으로 차세대 전자·에너지 소재를 개발하는 전문기업이다. 상온초전도체 연구개발을 추진하는 퀀텀에너지연구소의 자회사로서, 정밀한 박막 제조 기술을 통해 새로운 기능성 소재의 가능성을 탐구하고 있다.

ALD는 원자층 수준에서 박막의 두께와 조성을 정밀하게 제어할 수 있는 기술이다. 기존 증착 기술과 비교해 복잡한 구조의 표면에도 균일한 박막을 형성할 수 있으며, 제어가능한 박막 두께를 통해 소재의 특성을 세밀하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.

퀀텀앤솔의 차별성은 단순히 박막을 형성하는 데 그치지 않고, 소재의 화학적 상태와 물성을 제어하는 공정 기술을 확보해 나가고 있다는 점이다.특히 구리(Cu)와 납(Pb) 기반 산화물의 산화상태를 조절할 수 있는 증착 공정을 개발하여 2건의 특허를 출원하였고 추가 출원을 준비하고 있다. 이를 바탕으로 산화물과 황화물 등 다양한 기능성 박막 소재로 연구 영역을 확대하고 있다.

이러한 공정 기술은 전기적 특성을 정밀하게 조절해야 하는 차세대 전자소자와 에너지 소재 개발에 중요한 기반이 된다. 퀀텀앤솔은 지속적인 실험과 공정 최적화를 통해 축적한 기술을 바탕으로, 고객이 요구하는 소재의 특성을 구현할 수 있는 전문적인 ALD 기술기업으로 성장하고자 한다.

▲ 퀀텀앤솔 연구소에 구축된 원자층증착(ALD) 장비. 회사는 ALD 기술을 기반으로 차세대 전자·에너지 소재를 개발하고 있다.

■회사는 고전도·저저항·고효율 소재부품을 기반으로 에너지산업, 에너지인프라산업, 양자컴퓨터 산업에 진출하고 있다. 각 수요산업에서 추진 중인 프로젝트와 성과는

현재 퀀텀앤솔은 ALD 기반의 기능성 소재 개발을 중심으로 전고체 배터리와 차세대 양자소자 분야에 연구개발 역량을 집중하고 있다. 에너지 분야에서는 전고체 배터리의 성능과 안정성을 높이기 위한 전극 계면 제어 기술을 주요 연구과제로 추진하고 있다.

전고체 배터리는 기존 액체 전해질을 고체 전해질로 대체해 안전성과 에너지밀도를 높일 수 있는 차세대 배터리 기술이다. 그러나 황화물계 고체 전해질을 사용하는 경우 전극과 전해질 사이의 화학적 반응, 계면저항 증가, 리튬 덴드라이트 형성 등의 문제가 해결해야 할 과제로 남아 있다.

퀀텀앤솔은 이러한 문제에 대응하기 위해 ALD 기술을 이용해 음극 표면에 황화물 박막을 형성하고, 전극과 전해질 사이의 계면 안정성을 개선하는 기술을 개발하고자 한다. 양자컴퓨팅 분야에서는 초전도 기반 양자소자에 활용할 수 있는 정밀 박막 기술을 장기적인 연구개발 목표로 설정하고 있다.

특히 초전도 양자소자의 핵심 구성 요소인 조셉슨 접합(Josephson Junction)을 ALD 기술로 구현하는 것이 궁극적인 목표다. 조셉슨 접합은 두 초전도체 사이에 매우 얇은 절연층을 형성하는 구조로, 박막의 두께와 계면 품질을 정밀하게 제어하는 기술이 중요하다.

퀀텀앤솔은 현재 확보한 산화물 증착 및 산화상태 제어 기술을 발전시켜, 향후 초전도 소자와 양자컴퓨팅에 필요한 핵심 소재 및 공정 기술로 연결하고자 한다.

■그간 ALD 기술을 통해 고전도 소재부품을 개발한 경험을 바탕으로 국산 기술이 글로벌 경쟁력을 갖추기 위해 필요한 정부의 지원 방안이나 규제 개선에 대한 건의사항이 있다면

첨단소재 산업에서 글로벌 경쟁력을 확보하기 위해서는 단기간의 연구 성과뿐 아니라 장기간 축적되는 공정 기술과 실험 데이터가 중요하다고 생각한다.특히 ALD와 같은 정밀 박막 기술은 새로운 소재를 개발한 이후에도 공정의 재현성과 안정성을 확보하고, 실제 산업에 적용할 수 있는 수준으로 발전시키기까지 상당한 시간과 투자가 필요하다.

따라서 정부의 연구개발 지원도 단순한 기술 개발 단계에 머무르지 않고, 기초 공정 개발부터 시제품 제작, 성능 검증, 사업화에 이르는 포괄적인 지원체계로 확대될 필요가 있다. 또한 중소 소재기업이 독자적으로 구축하기 어려운 첨단 분석장비와 성능검증 설비를 보다 쉽게 활용할 수 있는 환경도 중요하다.

소재 개발에서는 미세한 조성 변화나 계면 특성의 차이가 최종 성능에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에, 정밀한 분석과 객관적인 성능 검증이 필수적이다. 아울러 정부출연연구기관, 대학, 전문 소재기업 사이의 공동연구를 활성화하고, 혁신적인 소재 기술을 보유한 중소기업이 대기업의 실제 제품 평가와 실증 과정에 참여할 기회를 확대해 주기를 기대한다.

규제 측면에서도 안전과 환경을 충분히 고려하되, 새로운 공정과 소재에 대한 실증·평가 절차를 보다 효율적으로 운영한다면 국내 소재기업의 기술개발 속도와 글로벌 경쟁력을 높이는 데 도움이 될 것이다.

퀀텀앤솔은 현재 한국나노융합산업협회의 지원을 받아 신소재 AI전문기업과 협업 중이다. 그동안 누적된 실험 데이터를 AI 머신러닝에 활용할수 있도록 표준화 작업을 추진하고 있으며, 향후 AI 기반의 실험공정 최적화 체계(AX)를 구축할 계획이다.

새로운 물성을 지닌 신소재를 개발하기 위해서는 다년간에 걸친 실험과 시행착오가 불가피 하다. 우리는 이러한 연구개발 과정을 최대한 단축하고 세계적인 기술력을 확보하기 위해 데이터와 AI를 결합한 AX 체제를 구축하고자 하는 것이다.

당연하게도 이는 기업 혼자만으로는 감당하기 어렵다. 이런 지점에서 정부의 적극적인 지원정책이 필요하다. 특히 기술개발에 온 힘을 쏟고 있는 벤처기업에 안정적이고 지속적인 자금지원이 필요하다.

그리고 이미 개발이 완료된 기업에 대한 상용화는 물론이고, 퀀텀앤솔과 같이 초기 연구개발 단계부터 TRL을 단계적으로 높여 나가고자 하는 스타트업을 위한 체계적인 스케일업 지원 프로그램의 확대 또한 요구된다. 초기 연구개발 부터 시작하여 하이리스크를 감수하고 있는, 그러나 성공 시에는 게임 체인저로서 역할을 할 기술기업이야말로 지속가능성이 가장 중요하기 하기 때문이다.

▲ 퀀텀앤솔은 첨단 측정 장비를 통해 박막의 두께와 조성을 분석하고 있다.

■에너지저장시스템(ESS), 양자컴퓨팅 시장 등 확대로 회사의 성장이 기대되고 있다. 향후 주요 어플리케이션 발굴과 함께 글로벌 시장 개척을 위한 사업전략은

퀀텀앤솔은 앞으로 ALD 기술을 기반으로 에너지 소재와 양자소자라는 두 가지 분야를 중심으로 사업을 발전시킬 계획이다. 첫째, 단기적으로는 전고체 배터리용 기능성 박막 기술의 실용화 가능성을 검증하는 데 집중하고자 한다. 특히 전극과 전해질 사이의 계면 특성을 개선하는 기술은 전고체 배터리뿐 아니라 향후 다양한 이차전지와 ESS에도 응용할 수 있는 가능성이 있다.

둘째, 중장기적으로는 기존에 확보한 Cu와 Pb 기반 박막 공정 기술을 더욱 고도화하고, 복합소재와 다층박막 구조로 연구 영역을 확대할 계획이다. 그리고 최종적으로는 초전도 기반 양자소자의 핵심 요소인 조셉슨 접합을 ALD 공정으로 구현하는 기술에 도전하고자 한다. 이를 통해 현재 연구 중인 기능성 박막 기술을 차세대 양자컴퓨팅 분야까지 연결하는 것이 회사의 장기적인 비전이다.

글로벌 시장 진출 역시 이러한 핵심 공정 기술의 경쟁력을 확보하는 것에서 출발한다고 생각한다. 초기에는 국내 대학, 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 소재의 성능과 공정 신뢰성을 검증하고, 이후 해외 연구기관과 첨단소재 기업을 대상으로 공동연구 및 기술협력 기회를 확대해 나갈 계획이다.

퀀텀앤솔은 단순한 박막 제조기업을 넘어, 원자 수준의 정밀한 소재 설계와 물성 제어 기술을 바탕으로 차세대 에너지 및 양자기술 산업의 혁신을 이끄는 글로벌 선도 기술기업으로 도약하고자 한다. 이를 위해 지속적인 기술 혁신과 핵심 원천기술 확보에 역량을 집중하고, 독자적인 기술력으로 글로벌 시장에서 인정받는 첨단소재 전문기업으로 자리매김하겠다.