탄소 원자의 고리는 수많은 화학제품을 만들고 있다. 그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 한 층만 배열된 신소재이다. 두께는 원자 1개 수준이지만 강철보다 강하고 전기와 열을 잘 전달하는 전도체이다. 이러한 장점 때문에 차세대 소재로 떠오르고 있다. 이 외에도 탄소 원자를 통해 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 벤젠 등 다양한 제품이 석유화학 정제를 거쳐 산업의 쌀로 생산되고 있다.

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오늘은 반도체 배터리 속도 향상시키는 그래핀 관련주입니다.

그래핀은 "꿈의 신소재"라고 불리며 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 한 층만 배열된 신소재이다. 사실 구성은 매우 단순한데, 오로지 탄소 원자로만 이루어진 2차원 물질이다. 탄소 원자들이 서로 강한 공유결합을 형성하며 육각형 벌집 모양으로 배열된다. 육각형 구조가 평면상으로 끝없이 이어진 것이 그래핀이고 비슷한 화학구조로는 흑연이 있다. 흑연은 그래핀 여러 장이 층층이 쌓인 구조이고 그래핀은 흑연에서 탄소 원자 한 층만 떼어낸 구조이다.

그래핀은 탄소 원자 하나는 총 4개의 전자를 가지고 있다. 이 자유전자 덕분에 그래핀은 전기전도성이 우수하고 열전도성도 우수하다. 탄소강이나 스테인리스보다 더 강한 강도와 원자가 한 층 두께라 유연하며 얇기 때문에 매우 투명하다. 이렇게 단순한 구조 덕분에 그래핀은 강철보다 100배 이상 더 단단하고 구리보다 더 뛰어난 전기전도성에, 매우 가볍고 유연하다.

이렇게 좋은 특징을 가지지만, 당연히 비싸다. 그래핀 자체는 탄소로 이루어져있지만 고품질 그래핀을 만들기 위해서는 공정이 어렵고 복잡하다. 사실 그래핀을 만드는 방법은 여러가지가 있다. 하지만 품질이 좋으면 생산량이 적고 생산량이 많으면 품질이 나쁘다.

마지막으로 그래핀은 이미 기존 호환된 공정에 갑자기 들어가기엔 너무 뜬금없다. 그래핀을 추가한 상품으로 바꾸려면 설비 변경, 공정 최적화, 신뢰성 측정 등을 해야 하는데, 기업 입장으로 굳이 비싼 비용을 들여 모든 것을 바꿔야 하는 생각이 드는 것이 합리적이다.

꿈의 신소재라 불리는 그래핀은 최근 반도체와 엮이게 되었다. 그래핀은 전자가 이동하는 속도가 빠르기 때문에 초고속으로 신호 전달이 가능하고 전력을 적게 사용한다. 하지만 밴드갭이 거의 없다는 단점이 있다. 밴드갭이란 전자가 움직이기 위해 넘어야 하는 "에너지 장벽"이다. 그래핀은 이 밴드갭이 거의 0이기에 전류를 완전히 차단하기 어려워 스위치를 끄기 어렵다. 그래서 반도체에 완전히 사용되기 보다는 보조하는 느낌으로 사용된다.

​나노신소재는 국내 그래핀 관련주 중 가장 기술력이 좋다고 알려졌다. 주요 사업 분야로는 CMP 슬러리, 2차전지 소재, 디스플레이 소재를 생산한다. CMP 슬러리의 경우 반도체 웨이퍼 표면을 평탄하게 만드는 연마 공정에 사용한다. AI 반도체와 첨단 공정 확대에 따라 수요가 증가하고 있다. 나노신소재는 전도성 나노소재 개발과 함께 그래핀 산화물을 연구하고 있다.

산화된 그래핀 기반 소재를 연구하는데, 이 소재의 장점으로는 용액 형태로 제조가 가능하며 대량 생산 가능, 혼합이 쉽다. 반면, 순수 그래핀보다는 전기전도성이 떨어진다. 나노신소재는 순수하게 그래핀을 연구하는 기업이라고 하기보다는 그래핀을 응용하여 배터리, 반도체 등에 적용하려고 한다.

동진쎄미켐은 반도체 소재 기업으로 특히, 반도체 포토레지스트가 주요 사업이다. 포토레지스트란 반도체 회로를 웨이퍼에 그리는 감광액이다. 웨이퍼에서 포토레지스트를 도포하여 빛으로 회로 패턴을 생성한다. 그리고 식각하여 반도체를 제작하는 것이다. 동진쎄미켐은 그래핀 전도성 잉크를 연구하면서 종종 그래핀 테마주로 엮인 적이 있다.

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그래핀 전도성 잉크는 그래핀을 잉크처럼 만들어 전기가 통하는 회로를 인쇄한다. 그래핀 전도성 잉크는 전기성 전도가 좋고 유연하며 내구성이 좋아 웨어러블 기기에 사용된다. 하지만 상용화하기에는 품질이 균일화하기 어렵고 가격이 비싸 아직 개발 중이다.

유일하게 순수 그래핀 소재를 연구하는 회사지만 비상장 회사이다. 그래핀스퀘어의 핵심 기술은 CVD 기술이다. CVD란 구리 기판에서 메탄 가스 주입하여 고온에서 탄소 원자 배열을 바꿔 그래핀 필름을 만드는 것이다. 그 덕에 그래핀 히터 및 그래핀 응용 제품으로 CES 혁신상을 수상한 이력이 있다.

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그래핀 CVD 기술을 통해 그래핀 필름, 그래핀 히터, 그래핀 가전을 만드려고 한다. 또한, 그래핀스퀘어가 주목받는 이유는 그래핀을 실제 반도체 산업에 적용할 수 있는 대면적 필름 형태로 생산하려고 하는 것이다. 국내 회사 중 그래핀 테마주는 많지만 순수하게 그래핀 자체를 사업화하는 회사로는 그래핀스퀘어라고 할 수 있다.