나노기술 관련 기업 11곳: 반도체, 소재와 생명과학

진행 중인 나노기술 혁명

나노기술은 이미 반도체와 여러 산업에서 사용되고 있습니다. 1나노미터는 1미터의 10억분의 1입니다. 반도체 산업은 칩의 집적도와 성능을 높이기 위해 나노미터 규모의 제조와 재료 제어를 발전시켜 왔습니다. 이런 기술은 의약품, 섬유와 에너지 분야에도 적용되고 있습니다.

나노소재의 가능성과 한계

그래핀, 보로핀, 나노튜브 등은 전기적·기계적·열적 특성 때문에 연구됩니다. 다만 강철, 콘크리트, 티타늄보다 모든 조건에서 가볍고 강하며 열과 추위에 더 잘 견디는 것은 아닙니다. 실제 성능은 구조, 결함, 제조 방식과 용도에 따라 달라집니다.

일부 나노소재는 원자층 수준의 2차원 구조를 가지지만, 나노튜브처럼 다른 형태도 있습니다. 특정 그래핀 구조의 초전도 현상은 매우 낮은 온도 등 특별한 조건에서 관찰되며, 이 소재들이 일반적으로 상온 초전도체라는 뜻은 아닙니다.

이러한 특성은 전자장치, 에너지 저장, 센서와 의료기기 개발에 유용할 수 있습니다. 우주 엘리베이터나 인간 수준의 AI 같은 개념의 실현을 나노소재만으로 보장할 수는 없습니다.

관련 소재와 연구 동향은 다음 기사에서도 다뤘습니다:

• 그래핀 반도체 – 드디어 등장했나요?
• 그래핀에서 골든까지: 첨단 단일 원자층 소재가 미래 발견을 위한 새로운 문을 엽니다
• 그래핀과 유사하지만 더 뛰어남.

나노기술이 영향을 미치는 산업

반도체는 나노기술이 널리 활용되는 분야입니다. 다음 분야에서도 상용 제품이나 연구 개발에 나노기술이 사용되고 있지만, 도입 수준은 각각 다릅니다:

• 의료 및 제약.
• 배터리.
• 친환경 에너지: 태양광 패널, 수소 생산, 담수화 등.
• 항공우주.
• 건설.
• 섬유.
• 운송 및 자동차.
• 식품 생산 및 농업.
• 화학.

나노기술은 다양한 산업에 영향을 미칩니다. 아직 공정에 도입하지 않은 분야도 있으며, 적용 범위와 경제성은 개별 용도별로 평가해야 합니다.

2023년 과학 논문 ‘나노기술: 현대 산업의 혁명’에서는 다양한 산업의 나노기술 도입과 사례를 폭넓게 살펴볼 수 있습니다.

나노기술 관련 기업 11곳

이 목록은 기업 규모의 순위가 아니라 나노기술의 다양한 활용 분야를 보여 주는 사례입니다. 반도체 장비, 소재, 배터리 및 생명과학 관련 기업을 포함하며, 투자 수익을 보장하거나 모든 기업을 순수 나노기술 기업으로 분류하는 것은 아닙니다.

1. Applied Materials

Applied Materials는 반도체와 디스플레이 제조에 필요한 장비, 재료 처리 및 서비스를 제공합니다. 예를 들어 금속·산화물 차단막, 색상 변화 및 홀로그램 필름, 챔버 내부의 패턴 금속층 같은 기술을 다룹니다.

출처: Applied Materials

이는 “실질적으로 마이크로칩을 제조하는 모든 사람”에게 공정 장비를 제공한다는 설명에서 알 수 있듯 반도체 공급망의 중요한 기업입니다. AI 칩 수요는 사업 기회가 될 수 있지만 지속적인 성장을 보장하지는 않습니다.

회사 서비스 사업의 일부는 장기 계약과 반복 매출에 기반합니다. 과거 자료의 구독 비중 60% 이상, 평균 계약 기간 2.6년 및 갱신율 90% 이상은 서비스 부문에 관한 지표이며, 회사 전체 매출의 60%가 구독이라는 뜻은 아닙니다.

2022년 말까지 이어진 서비스 사업의 성장 기록 역시 회사 전체 모든 사업의 동일한 성장을 뜻하지 않습니다.

회사는 배당과 자사주 매입을 통해 자본을 환원해 왔습니다. 과거의 환원 규모나 배당 증가가 미래에도 유지된다는 보장은 없습니다.

Applied Materials의 거의 모든 장비는 나노스케일 수준에서 작동하거나 그에 근접하며, 때로는 실리콘 웨이퍼 및 기타 요소를 원자 수준에서 조작합니다.

이 전문성은 칩 제조를 넘어 확장될 수 있으며, Applied Materials는 이미 태양광, 디스플레이/스크린, 그리고 포장, 위조 방지, 보안 및 플렉시블 전자에 사용되는 롤투롤 코팅 시스템 등 다른 산업에서도 활동하고 있습니다.

출처: Applied Materials

2. IBM

현대 컴퓨터 시대를 창조한 핵심 기업인 International Business Machines (IBM ), 즉 IBM은 1980년대부터 나노기술을 실험해 왔습니다. 1989년에는 개별 원자를 움직여 표면에 IBM 글자를 배치하는 시연을 했습니다.

IBM의 현재 나노기술 성과는 주로 반도체 및 컴퓨팅, 즉 비즈니스 핵심 분야에 집중되어 있으며, 이는 Albany Nanotech Center 모델 같은 연구 협력 기반과 연결됩니다. 관련 성과와 연구 분야에는 다음이 포함됩니다:

• 2021년에 발표한 2nm 공정 기술 기반의 시험용 반도체 칩. 2nm는 공정 명칭이며 트랜지스터 전체의 실제 크기를 뜻하지 않습니다.
• AI 칩.
• 고개구수 EUV 노광을 포함한 차세대 반도체 제조 연구.
• 133큐비트 Heron 프로세서를 포함한 양자컴퓨팅 연구. 초기 Heron 사양을 이후 모든 제품의 사양으로 일반화해서는 안 됩니다.

기술 대기업을 살펴볼 때 IBM을 간과하기 쉽지만, 이는 주로 배경에 머물며 B2B(기업 간 거래) 핵심 역량에 집중하기 때문입니다. 그러나 이는 컴퓨팅 및 나노기술에 대한 컴퓨터 산업을 넘어선 파트너십을 통해 IBM의 강점이 되기도 합니다.

IBM은 제약사를 비롯한 여러 기업에 클라우드, AI, 기업용 소프트웨어 및 연구 협력 서비스를 제공합니다. 모든 대형 제약사가 동일한 기술을 사용한다는 의미는 아닙니다.

방위, 금융, 제조와 소비재 등 다양한 분야에도 기업용 서비스를 제공합니다.

3. 3M

3M은 고성능 제품을 전문으로 하는 대형 화학 및 소재 기업으로, 60,000가지가 넘는 제품에 걸쳐 매우 광범위한 적용 분야를 보유하고 있습니다.

이는 접착제, 다공성 소재, 방사선 처리, 폴리머 가공, 3D 프린팅, 세라믹 등 다양한 응용 분야를 포함해 거의 모든 산업 공정과 산업을 포괄합니다.

출처: 3M

3M은 오랜 기간 축적한 대규모 특허 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 원문에 나온 120,383건은 연간 신규 특허 수가 아니라 누적 수치입니다. 회사의 2023년 보고서는 연간 약 3,500건의 특허와 2022년 연구개발 투자 약 19억 달러를 설명합니다. 특허 수와 연구시설은 기준 시점과 집계 범위를 확인해야 합니다.

3M의 헬스케어 사업 구성은 2024년 4월 Solventum 분사로 크게 바뀌었습니다. 분사 당시 3M은 Solventum 지분 19.9%를 보유했으며, 이는 영구적인 보유 비율이 아닙니다. 관련 내용은 이 프레젠테이션에서 확인할 수 있습니다.

재료 과학, 나노기술 및 화학 분야의 전문성을 바탕으로 3M은 대규모 나노기술 혁신을 구축하고 방대한 판매 네트워크를 통해 상용화할 수 있는 좋은 위치에 있습니다. 그리고 10년 이상 나노기술 분야를 선도하는 기업으로 인정받아 왔습니다.

4. BASF (BASFY)

2023년 자료에서 BASF는 11개 사업부를 화학, 소재, 산업 솔루션, 표면 기술, 영양·케어, 농업 솔루션의 6개 부문으로 구성하고 11만 명 이상을 고용한 기업으로 소개됐습니다. 이는 당시의 조직과 인원입니다.

BASF는 화학, 플라스틱, 운송, 농업과 소비재 등 다양한 고객 산업에 제품을 공급합니다. 고객 산업별 매출 비중을 회사 사업부 매출과 혼동해서는 안 됩니다.

출처: BASF

BASF는 2023년 연구개발에 약 21억 유로를 지출했습니다. 연구는 농업뿐 아니라 소재, 화학 공정과 배터리 등 여러 분야에 걸칩니다.

출처: BASF

플라스틱 및 기타 화학 제조 분야의 전문성은 나노스케일까지 확장되며, 특히 나노입자 표면 코팅, 다공성 소재, 폴리머 분야에서 선도적인 위치를 차지하고 있습니다.

이는 회사가 새로운 분야로 확장할 여지를 제공합니다. 예를 들어, 최근 Nanotech Energy 배터리에 재활용 금속을 사용한 양극재를 공급하는 협력 계획을 발표했습니다. 2023년 발표에서는 2024년 상업 규모 공급을 목표로 했으며, 발표 시점의 계획과 실제 납품 실적은 구분해야 합니다.

“우리의 Nanotech, ABTC, 그리고 TODA와의 파트너십은 BASF의 글로벌 배터리 재활용 사업에 중요한 단계가 됩니다. 이제 우리는 북미에서 최초의 폐쇄 루프 시스템을 구축하고 있습니다. 이를 통해 BASF와 Nanotech은 현지에서 재활용된 소재를 사용한 리튬 이온 배터리를 생산할 수 있게 됩니다.”

Daniel Schönfelder — 당시 BASF 배터리 기초금속 및 재활용 부문 수석부사장

5. CATL (300750.SZ)

CATL은 전기차용 배터리의 주요 제조사입니다. 회사가 인용한 2023년 세계 전기차 배터리 사용량 기준 점유율은 약 36.8%였으며, 전 세계 모든 배터리의 절반 이상을 생산한다는 뜻은 아닙니다. 아래 수치는 서로 다른 제품과 발표에서 나온 것이므로 하나의 배터리가 모든 특성을 동시에 가진다고 보면 안 됩니다:

• 에너지 저장용 장수명 배터리에서 언급한 12,000회 사이클 및 장기 연구 목표 18,000회. 수명은 시험 조건과 사용 방식에 따라 달라집니다.
• LFP 배터리에 대해 발표한 약 700km 주행거리와 10분 충전으로 약 400km 주행에 해당하는 에너지 보충. 차량과 시험 조건에 따른 수치입니다.
• 셀 기준 최대 500Wh/kg을 목표로 발표한 응축형 배터리. 완성된 항공기 배터리 팩의 확정 사양이나 여객기 인증을 뜻하지 않습니다.
• 초기 나트륨 이온 셀에서 발표한 160Wh/kg과 후속 세대의 200Wh/kg 개발 목표. 연구 목표와 양산 제품은 구분해야 합니다.

출처: CATL

배터리 성능 개선에는 전극과 전해질의 재료, 계면, 셀 구조와 제조 공정 등 여러 요소가 기여합니다. 원자 수준의 이해가 중요하지만 그것만으로 최고 에너지 밀도나 안전성이 자동 달성되지는 않습니다.

CATL은 2023년 중국의 배터리 재활용 관련 사업에 약 32억 5천만 유로 상당의 투자 계획을 발표했습니다. 니켈·코발트·망간 99.6%, 리튬 91% 같은 회수율은 특정 공정과 조건에서 회사가 제시한 수치입니다. 모든 폐배터리에서 동일한 비율로 회수되거나 모든 설비 투자가 이미 완료됐다는 뜻은 아닙니다.

규모와 집중, R&D 성과 덕분에 CATL은 배터리 혁신, 제조 및 재활용의 최전선에 있을 가능성이 높습니다. 이는 Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis 등 전기차 제조업체들의 핵심 파트너가 됩니다.

6. Thermo Fisher Scientific

Thermo Fisher Scientific은 연구실 장비, 분석 도구와 생명과학 서비스를 제공하는 대기업입니다. 원문에 나온 약 125,000명은 당시 자료의 인원이며, 최신 인원과 다를 수 있습니다.

출처: Thermo Fisher Scientific

DNA, RNA와 단백질은 나노미터 규모의 구조를 포함하므로 생명과학과 나노기술은 일부 측정 및 재료 분야에서 겹칩니다. 그렇다고 바이오테크의 모든 활동이 나노기술인 것은 아닙니다.

크로마토그래피, 질량분석과 전자현미경은 시료의 분리와 분석에 사용됩니다. 각각 원리가 다르며 모든 장비가 동일하게 나노다공성 막이나 나노튜브를 사용하는 것은 아닙니다.

일부 분석·정제 장비에는 나노미터 규모의 재료나 부품이 활용될 수 있습니다.

새로운 연구와 치료법은 장비 수요를 만들 수 있지만, 개별 발견이 회사 매출 증가로 곧바로 이어지는 것은 아닙니다.

회사의 실적은 연구개발 지출, 고객 수요, 경쟁과 비용 등 다양한 요인에 좌우됩니다.

7. Graphene Manufacturing Group (GMG)

그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양으로 배열된 단일 원자층 소재입니다. 전기·열 전도성과 기계적 강도 때문에 연구됩니다. 강철과 비교한 강도 수치는 특정 조건의 재료 특성 비교이며, 모든 제품에서 같은 우위를 뜻하지 않습니다. 그래핀 연구는 2010년 노벨물리학상으로 인정받았습니다.

출처: Applied Graphene Material

그래핀은 현재 다양한 응용 분야에 사용되며, 주로 다른 소재에 코팅하거나 윤활제로 활용됩니다. 주요 장점은 부식 및 화학 물질에 대한 뛰어난 저항성과 높은 열 전도성입니다.

출처: GMG

하지만 향후 응용으로는 그래핀 반도체 제작(“그래핀 반도체 – 드디어 등장했나요?” 참고)나 저온에서 관찰되는 특정 그래핀 구조의 초전도 현상 연구 등이 있습니다. 그래핀 코팅의 배터리·수소 용기 적용도 별도 검증이 필요한 분야입니다.

출처: GMG

GMG는 메탄을 분해해 그래핀과 수소를 만드는 공정을 개발합니다. 메탄과 수소를 모두 원료로 사용한다는 설명은 부정확합니다. 회사가 주장하는 순도, 확장성과 비용상의 장점은 상업 규모에서 별도 검증해야 합니다.

회사는 2023년 호주에 코팅액 생산시설을 열고 연간 최대 100만 리터의 설계 생산능력을 발표했습니다. 이는 실제 연간 판매량이나 생산 실적이 아닙니다.

GMG는 그래핀 알루미늄 이온 배터리를 개발 중이었습니다. 과거 제시한 290Wh/kg과 최대 60배 빠른 충전 등의 수치는 연구 결과, 계산 및 특정 비교 조건을 포함하며, 상용 팩의 확정 성능이 아닙니다. 2024년에는 기술 성숙도 4단계로 설명됐으므로 대량 상용화 제품처럼 표현해서는 안 됩니다.

출처: GMG

8. Oxford Nanopore Technologies plc (ONT.L)

Oxford Nanopore는 나노기공을 통과하는 DNA와 RNA에 의해 달라지는 이온 전류를 측정하는 시퀀싱 기술을 사용합니다. 이를 통해 데이터가 생성되는 동안 서열을 분석할 수 있습니다. 유전체 정보를 컴퓨터로 처음 읽은 기술이라는 뜻은 아닙니다.

출처: Oxford Nanopore

긴 DNA·RNA 구간을 읽는 능력과 실시간 분석은 연구와 일부 임상적 응용에 유용할 수 있습니다. 다만 특정 질환에서 더 빠르거나 정확한 결과를 보장하는 것은 아니며, 검사와 분석법별 검증이 필요합니다.

전기적 측정 방식은 소형 휴대형 장비를 가능하게 합니다. 과거 약 1,000달러부터 소개된 제품이 있었지만 총비용에는 소모품, 분석과 처리량이 포함됩니다. 모든 소형 장비가 단순히 느리다고 일반화해서는 안 됩니다.

이와 같이 혁신적인 기술 때문에 Oxford가 보다 성숙한 유전체 시퀀싱 생태계에서 어디에 자리 잡을지는 아직 불확실합니다.

기존 Illumina나 Pacific Biosciences 기술과는 읽기 길이, 정확도, 처리량, 비용과 분석 목적을 비교해야 합니다. 한 방식이 다른 방식을 전면 대체할지 단정하기는 어렵습니다.

우리의 기사 “주요 유전체 시퀀싱 기업 5곳“를 통해 유전체 시퀀싱 시장의 가능한 시나리오를 직접 판단해 보세요.

또한 회사는 단백질, 단백질의 번역 후 변형 또는 소분자 판독, 그리고 생명과학 최전선의 기타 측정 분야로 확장을 계획하고 있습니다.

9. Nano Dimension

대부분의 적층 제조 기업은 금속 및 플라스틱에 집중하고 복잡한 기계 부품을 목표로 합니다. 반면 Nano Dimension (NNDM )은 전자회로와 부품의 적층 제조 기술을 개발합니다. 전도성 잉크, 유전체 재료와 세라믹 공정 등을 포함하지만 모든 출력물의 형상이 나노미터 크기라는 뜻은 아닙니다.

일부 제조 기술은 나노소재와 연결됩니다. 관련 연구 사례는 “나노 규모 3D 프린팅의 상용화 가능성” 기사에서 다뤘습니다.

출처: Nano Dimension

광학·무선 및 전자 부품은 잠재 응용 분야입니다. 회사가 제시한 CO₂ 94%, 물 100%, 재료 98%, 화학물질 82% 감소는 특정 공정 비교에 관한 주장입니다. 모든 제품의 전체 생애주기 환경 영향을 동일하게 줄인다는 뜻은 아닙니다.

과거 회사 자료는 2020년 이후 빠른 매출 증가를 설명했습니다. 여러 기업 인수도 매출 규모 확대에 영향을 미쳤으므로, 이를 동일 제품의 유기적 성장이나 미래 성장률로 해석해서는 안 됩니다.

출처: Nano Dimension

2024년 당시 Nano Dimension은 경영진과 자산 관리 회사 Murchinson 사이의 지배권 싸움의 중심에 있었습니다.

경영진은 Murchinson이 회사를 할인된 가격에 인수하고 현금 자산을 청산하려 한다고 주장합니다.

당시 경영권 관련 분쟁이 이어졌습니다. 회사는 일부 현금흐름 지표 개선을 발표했으며 3D 프린터 Stratasys 인수를 반복적으로 시도했으나 실패했습니다. 이 내용은 해당 시점의 상황으로, 이후 인수나 경영 변화와 구분해야 합니다.

이런 기업지배구조 문제와 자금 사용 계획은 투자자가 검토할 요소입니다. 결말이나 청산 여부를 사전에 단정할 수 없습니다.

10. Nanobiotix

Nanobiotix의 NBTXR3는 평균 약 50nm 크기의 산화하프늄 나노입자로 구성된 방사선 치료 증강 후보물질입니다.

출처: Nanobiotix

종양에 주입한 뒤 방사선에 노출하면 국소 에너지 침적을 높이도록 설계됐습니다. 회사 자료의 약 9배라는 수치는 물리적 에너지 증강에 관한 것이며, 환자의 치료 효과나 생존율이 9배라는 의미는 아닙니다.

방사선 조사와 결합해 작동하도록 개발됐습니다. 방사선이 없을 때의 물리적 특성이 모든 부작용이나 위험이 없다는 뜻은 아닙니다.

출처: Nanobiotix

NBTXR3는 여러 고형암에서 연구됐습니다. 2024년 자료에서는 Janssen 및 MD Anderson Cancer Center와의 협력 개발과 여러 임상시험 (JNJ )을 설명했습니다. 과거 350명 이상 투여 및 초기 안전성 자료는 당시 개발 현황이며, 모든 암에 대한 승인이나 확립된 안전성을 뜻하지 않습니다.

방사선 치료를 받는 환자 수와 회사가 추산한 잠재 시장 규모는 사업 전망의 참고자료입니다. 실제 승인 대상, 사용률과 매출은 임상 결과, 규제, 경쟁과 의료 현장 도입에 달려 있습니다.

2023년 Janssen 계약에는 현금 선급 라이선스료 3,000만 달러와, Janssen이 자체 재량으로 제공할 수 있는 NANORAY-312 규제·개발 현물 지원 최대 3,000만 달러가 포함됐습니다. 현물 지원은 확정 현금 지급이나 주식 출자가 아닙니다. 개발·규제·상업화 조건에 따른 최대 약 18억 달러의 마일스톤 지급과 상업화 이후 단계별 로열티도 가능했으나 확정 매출은 아닙니다.

출처: Nanobiotix

Curadigm은 간의 일부 제거·흡수 경로를 일시적으로 조절해 다른 약물의 이용 가능성을 높이려는 나노프라이머 기술입니다. 간 전체의 활동을 중단시키는 것은 아닙니다. Oocuity는 신경 조절 가능성을 연구하는 별도 개발 프로그램입니다. 신경병성 통증은 말초 또는 중추 신경계 손상·질환과 관련될 수 있으며, 단순히 뇌 문제로 생기는 통증이라고 정의할 수 없습니다. 다른 신경질환 적용 역시 연구 단계의 가능성입니다.

11. ON Semiconductor Corporation

ON Semi는 전기화에 특화된 반도체 기업으로, 자동차뿐만 아니라 태양광 에너지, 배터리, 항공우주, 통신, 데이터 센터, 의료 등 다양한 분야에서도 활동하고 있습니다.

자동차는 회사의 중요한 고객 시장입니다. 2023년 1분기 자료의 매출 비중과 이후 성장 전망은 역사적 수치 및 예상이며, 실제 향후 성장의 확정 결과가 아닙니다.

출처: ON Semiconductors

onsemi가 활용하는 주요 재료 중 하나는 실리콘 카바이드입니다. 실리콘과 탄소의 화합물인 이 소재는 오래전부터 알려져 있습니다. 넓은 밴드갭과 전력 반도체 특성이 고전압·고효율 전력변환에 유용하며, 나노기술 때문에 새로 발견된 실리콘 화합물은 아닙니다.

이로 인해 실리콘 카바이드는 전기차부터 고성능 컴퓨팅, 재생 에너지에 이르기까지 에너지 전환 및 첨단 기술의 핵심이 됩니다. 실리콘 카바이드는 또한 슈퍼커패시터와 양자 컴퓨팅에 대한 잠재적 활용도 연구되고 있습니다.

원문에 나온 2020~2022년 연평균 26% 성장률은 적용된 매출 또는 사업 범위와 기준을 확인해야 합니다. 이를 실리콘 카바이드 전략만으로 발생한 회사 전체의 성장으로 단정해서는 안 됩니다.

onsemi는 다양한 산업과 고객을 대상으로 제품을 공급합니다. 또한 회사는 2024년 4월 차세대 가스 감지기를 출시하며 센서 부문에서도 활발히 활동하고 있습니다.

전기차와 전력 시스템의 효율 요구는 실리콘 카바이드에 기회를 제공할 수 있습니다. 수요 변화, 가격, 경쟁과 제조 수율은 성장 전망에 영향을 줍니다.

onsemi는 전기화와 전력 효율 향상 관련 시장을 겨냥하지만, AI 데이터센터나 재생에너지 확대가 회사 수익을 자동으로 보장하지는 않습니다.