보로핀. 그래핀과 비슷하지만 더 뛰어남.

보론으로 만든 그래핀

Material sciences keep making new discoveries, one of them being 2D materials. They are materials organized into a thin layer of only one atom, hence the moniker. The first one was 단층 그래핀, 2004년에야 확실히 생산됨, although the idea and theory about it were much older, and which would lead to its discoverers winning the 2010 Nobel Prize in physics.

보로핀은 또 다른 2D 물질로, 2015년에만 발견된 최신 물질이다. 그래핀에 사용되는 탄소 원자 대신 보론 원자로 구성된다. 보로핀은 전도성이 더 높고, 더 얇으며, 더 가볍고, 더 강하고, 유연성까지 그래핀보다 뛰어나다. 그래핀이 종종 기적의 물질로 묘사되지만, 보로핀은 그보다 더 우수하다.

출처: Nature

아직 매우 새로운 물질이기 때문에, 보로핀의 실제 특성과 전체 잠재력에 대해 우리는 거의 알지 못한다. 보로핀은 그래핀보다 더 복잡한 물질로, 2D 특성을 유지하면서도 가능한 다양한 분자 구조를 가질 수 있다. 보로핀의 분자 구조는 다른 종류의 원자를 수용할 공간을 가지고 있어 가능한 구성 형태가 더욱 다양해진다.

출처: Frontiers of Physics

보로핀의 잠재력은 계속 확대되고 있다. 펜실베니아 주립대 연구원들은 보로핀을 개선하는 방법을 발견했으며, 살아있는 세포와의 상호작용도 조사했다.

새로운 키랄 보로핀

In a scientific publication titled “입체선택적 보론‑황 결합을 통한 2D 보로핀 나노플레이트릿의 키랄 유도”, Penn State’s researchers focused on a unique feature of borophene among 2D materials, its potential “chirality”. Chirality is a chemistry term that means that molecules have a left/right symmetry. Chirality is an important feature of organic molecules, for example, the amino acids that are the building blocks of proteins.

출처: UC Santa Barbara

It is through the interaction with chiral amino acids like cysteine during the production process that the researchers managed to impart chirality on borophene, a world’s first for 2D materials.

In molecules, chirality can make biological or chemical units exist in two versions that cannot be perfectly matched, as in a left and right mitten. They can mirror each other precisely, but a left mitten will never fit the right hand as well as it fits the left hand.

Pr. Dipanjan Pan

헬스케어에서 키랄성 활용

연구진은 보로핀 판을 합성했으며, 이는 보로핀 조각이 혈류에 들어가는 방식과 유사하다. 그들은 서로 다른 버전의 보로핀의 키랄 특성이 세포막과 다르게 상호작용하고, 세포 내부로 진입하는 방식도 다르다는 것을 발견했다.

이는 세포 상호작용을 정밀하게 추적할 수 있는 대비를 가진 고해상도 의료 영상 개발이나, 물질-세포 상호작용을 정확히 겨냥한 보다 효율적인 약물 전달과 같은 맞춤형 보로핀 구조 설계의 길을 열어준다.

보로핀 구조가 살아있는 세포와 어떻게 상호작용하는지에 대한 이해가 깊어지면, 그 안전성 프로파일을 명확히 하는 데에도 도움이 될 것이다.

이는 보로핀의 고유한 특성을 활용한 보다 안전하고 효과적인 이식형 의료 기기로 이어질 수 있다. 보로핀은 매우 가볍고 강한 소재일 뿐만 아니라, 효과적인 자기 및 전자 제어도 가능하게 한다.

따라서 보로핀은 바이오센서나 바이오-기계 시스템 개발에도 활용될 수 있다.

보로핀의 기타 응용 분야

그래핀과 마찬가지로, 보로핀은 다양한 첨단 기술 응용 분야에서 유망한 소재이다. 그 중에는 다음과 같다:

• 광자학 컴퓨팅: 특히, 보로핀은 광자학 응용을 위한 레이저에 사용될 수 있다.
• 촉매, 특히 수소와 산소와의 상호작용에. 또한 수소를 보다 효율적으로 저장하는 데에도 사용될 수 있다.
• 센서, 특히 가스 감지용, 또한 앞서 언급한 바와 같이 형광 영상, 광열 영상, 광음향 영상과 같은 바이오 이미징에도 활용된다.
• 배터리, 보로핀으로 만든 양극 제작을 포함한다.
• 첨단 에너지, 초고용량 커패시터와 초전도체를 포함한다.

이러한 응용 분야는 키랄 보로핀의 혜택을 받을 수 있으며, 새로운 물질은 각각 별도로 테스트되어야 한다.

보로핀 잠재 기업

10년도 채 되지 않아 발견된 물질인 보로핀은 아직 대량 생산에서 상당히 멀리 떨어져 있으며, 주로 재료 과학(그리고 곧 생물학?) 연구실에 국한되어 있다.

하지만 2015년에 처음 합성된 보로핀은 ‘화학 기상 증착(CVD)’이라는 방법으로 이루어졌으며, 이는 새로운 기술이 아니다. 반도체 산업에서는 집적 회로와 광전(태양광 패널) 시스템을 생산하는 데 일반적으로 사용된다.

CVD는 실리콘, 텅스텐, 그래핀, 심지어 합성 다이아몬드와 같은 초박층을 만드는 데 사용된다. 따라서 이미 CVD 장비 분야의 선두 기업은 그래핀과 이제 보로핀의 응용 범위 확대로부터 큰 혜택을 받을 수 있다.

CVD는 우리가 “제조 지원을 위한 상위 10대 반도체 장비 주식”에서 언급한 다수의 반도체 기업이 사용하는 도구의 일부이다. 그러나 일부 기업은 반도체 제조 공정의 다양한 단계에서 CVD 기술과 더 긴밀히 연결되어 있다.

1. Veeco

Veeco는 1945년 설립 이래 반도체 제조 산업에 장비를 공급하는 주요 업체이다. 이 회사의 장비는 고급 EUV 칩 제조, 5G 안테나, 하드 드라이브, 라이다, LED, 전기차용 전력 전자 등 생산에 사용된다.

출처: Veeco

이 회사의 주요 기술 초점은 보로핀 생산에 사용되는 동일한 CVD 공정이며, 보다 정확히는 MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착)이다.

출처: Veeco

반도체 산업의 이 틈새 분야에서 선두주자인 Veeco는 그래핀, 텅스텐, 보로핀 등 CVD 응용이 확대되는 추세에 베팅하기 좋은 후보가 될 수 있다. 우리는 원자 수준에서 물질을 조작하는 기술이 점점 향상됨에 따라.

또한 디지털화, AI, 전기화라는 거대한 트렌드로부터도 혜택을 받을 가능성이 높다.

2. Ulvac (6728.T)

The Japanese company Ulvac is a specialist in vacuum technology, especially used in CVD and semiconductor applications. This makes it a key equipment supplier for producers of chips, LED, photovoltaics, batteries, etc.

출처: Ulvac

The company is also active in other markets, notably FPD (Flat Panel Display) like screens and TVs. It also produces parts in high-performance metals like titanium, tantalum, zirconium, niobium, etc., as well as industrial equipment for a very wide array of applications (internal combustion engine parts, magnetic materials, freeze drying or purifying of pharmaceuticals, vacuum drying of food).

출처: Ulvac Q3 2024

Ulvac 기술은 CVD 공정에 필수적이며, 배터리, 칩, 태양광 패널, 자석, LED, 화면, 첨단 의약품 등 진공이 필요한 고급 소재에 대한 새로운 응용과 수요 증가로 매출이 상승할 가능성이 있다.

하지만 잠재적 응용 범위가 넓기 때문에, Veeco와 같은 순수 CVD 기업보다 반도체 산업 활동에 대한 의존도가 낮다.

반도체 제조 장비 공급업체의 사업 활동이 얼마나 순환적인지를 고려할 때, Ulvac는 변동성이 적은 투자처가 될 가능성이 있다. 또한 미국과 중국 간 반도체 산업 무역 전쟁 위험에 덜 노출될 것이다.