전자공학 분야는 정보화 사회를 책임질 여러 학문 분야의 첨병 역할을 하며 기술집약적인 특징에 발맞추기 위한 재능과 실력을 고루 갖춘 전문 기술인 양성에 교육목적을 두고 고등 교육 체계 전반에 걸친 광범위한 교육 개혁이 이루어지고 있다. 지난해 11월 국가과학기술위원회가 선정하고 인정하며 정보전자 분야에서 최우수 업적을 세운 고려대학교 차세대 반도체 연구실을 통해 전기·광 반도체 분야의 미래 성장성에 대해 알아보도록 하자.
“일은 프로페셔널하게, 사람은 인간미가 넘치게, 행동은 품격있게”전자공학과 김태근 교수의 차세대 반도체 연구실(Advanced Semiconductor Laboratory/이하 ASL)은 2004년 개설 이래 현재까지 40여 명의 전문 인재를 배출하였고, 현재 20명의 석/박사 인력이 모여 세상에 없던 새로운 아이디어를 최고의 기술로 만들기 위해 ‘The First, The Best’라는 모토를 내걸고 팀원 모두가 불철주야 노력하고 있다. ASL은 차세대 광소자 LED 및 전자소자인 메모리 분야의 연구를 선도하며 특히, 수년간의 노력을 통해 기존의 터널링 방식 대신 저항변화 방식의 스위치 메커니즘을 갖는 ‘플래시 융합 메모리’를 세계최초로 개발하며 2012년 11월 국가과학기술위원회가 선정한 정부연구개발 우수성과에서 ‘정보전자 분야 최우수 성과’를 올리는 업적을 이룩하였다.
플래시 융합 메모리는 기존 플래시 메모리 소자가 터널링 방식으로 정보를 저장하고 소거하는 방식과는 달리 저항변화 물질을 스위치를 이용하여 전도·비전도 방식으로 정보를 저장하고 삭제하는 방법으로 소자의 열화문제를 해결하고 낮은 전압에서 초고속의 스위치 동작을 가능하게 한다. 이러한 연구결과는 기존의 교과서 내용을 다시 다루어야 할 만큼 획기적인 것으로 국내외 학계는 물론 산업계의 주목을 받고 있다. 한편, 최근 전자 소자 뿐만 아니라 반도체 광소자 분야에서도 플렉서블 디스플레이·태양전지·LED 등에 응용할 수 있는 투명전극과 박막형 형광체 칩으로 자연광에 가까운 빛을 내는 백색 LED 기술 개발에도 잇따른 성공을 보이며 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Materials’ 및 ‘IEEE Journal of Quantum Electronics(미국전기전자학회지) 표지논문’으로 선정되어 소개된 바 있다.
강렬한 도전 의지와 긍정의 힘으로 가능성을 현실화하다
김태근 교수가 활동하고 있는 전기전자 분야는 고도의 과학 기술을 요하는 반면, 급속한 발전으로 신속하게 대응하고 철저한 계획성을 갖고 미래를 준비하지 않으면 오늘날 1등 기술을 보유하고 있음에도 불구하고 내일을 기약하기 어려운 즉, 장시간의 숙고와 모든 에너지를 쏟아낸 끝에 비로소 전진과 도약에 가까이 다가설 수 있는 무리난제(無理難題)가 존재하기도 한다.
그는 해당 분야에 있어서 “현재 시장경제 논리 및 사상과 부합하여 대학 인프라스트럭처(infrastructure) 측면에서 확연한 차이를 보이는 대기업과 동등한 기술 분야에서 경쟁을 벌이기보다는, 미래의 기술을 예측하고 top-down 혹은 bottom-up 방식의 실현 가능한 솔루션을 제시할 수 있는 경쟁력을 보유하는 것이 중요하다”고 전하며 “현재 부유게이트 기반의 플래시 메모리(비휘발성 메모리 분야)가 선폭 20nm 이하에서 스케일다운 한계에 도달해 있는데, 도시바, 삼성전자, SK 하이닉스 社 등의 선도 기업들은 이러한 문제를 극복하기 위한 대안으로 전하트랩형 기반의 3차원 NAND 플래시 메모리를 제시하고 있고, 지난 2012년에는 미국의 마이크론 社에서도 이와 같은 발표를 하는 등 활발한 연구가 진행됨에 따라 대부분의 반도체 회사가 이 기술을 채택할 전망”이라고 밝혔다. 하지만 전하트랩형 메모리 역시 전하트랩층 내에서 주입된 전하의 측면 이동, 프로그램 속도와 기억유지 특성의 Trade-off 문제, 게이트로부터 전하주입에 의한 소거포화 문제점 등이 있다. 김 교수는 이러한 문제의 근본적인 해결을 위해 기존 반도체 공정과의 높은 호환성과 고집적 장점을 가진 전하포획 플래시(CTF. Charge Trap Flash) 메모리와 낮은 동작전압 및 높은 스위치 속도를 갖는 ReRAM(Resistive RAM) 소자의 장점만을 결합한 ‘차세대 융합 메모리(ReCTF. ReRAM+CTF)’ 소자를 세계 최초로 개발하였고, 이러한 기술을 3D NAND 플래시 메모리 구조에 적용하기 위해 저온공정이 가능한 폴리실리콘 기반 ReCTF 기술을 개발하고 있음을 알렸다. 또한 ReRAM 분야에서도 높은 열전도도, 우수한 절연성, 큰 유전상수 뿐만 아니라 투명소자 적용에 유리한 금속질화물(metal-nitride) 기반의 소자를 세계 최초로 발표하였고, 최근 3차원 어레이 적용에 대한 연구도 활발히 수행하고 있다. 한편, LED광 분야에서는 최근 수요는 급증하고 있으나 소자의 광 효율은 상대적으로 낮은 자외선 LED 기술 개발에도 관심을 갖고 연구하고 있다. 김 교수는 “자외선 LED는 파장에 따라 살균, 경화, 의료분야 뿐만 아니라 수질이나 환경 정화 등 다양한 미래 산업용 광원으로 사용될 전망이며 Yole Development사의 자료에 의하면 관련 시장은 2017년 2억 7,000만 달러에 달할 것으로 기대된다”며 가까운 미래의 긍정적인 비전을 제시하였다. 그에 따르면 국내에서는 최근 LG 이노텍, 삼성전자 등에서 365nm 파장대의 근자외선 LED(320-400nm)에 관한 연구가 진행 중에 있지만 아직 심자외선 파장대(<280nm)에 관한 연구는 고온 리액터(reactor)의 요구와 투명·반사전극의 부재 등의 이유로 개발이 지연되고 있는데, “우리 연구실에서는 이와 같은 문제의 근본적인 해결을 위하여 세계 최초로 나노 필라멘트 기반의 전도기법을 도입하여 심자외선 LED용 투명전극의 개발 연구를 진행하고 있으며 최근 가시적 성과를 도출하고 있다”며 연구 분야의 밝은 미래를 내비쳤다.뚜렷한 목적과 목표 지점을 향한 전진
김태근 교수의 ‘목표 의식과 시간 관리’에 따른 철두철미한 생활습관이 위와 같은 성공적인 R&D 결과를 가져 올 수 있었다. 그는 분명한 목표를 세우고 목표 달성을 위한 구체적인 계획과 효율적인 시간 관리를 통해 일이 밀리지 않게 노력하는 습관의 중요성을 강조한다. 또한 “성공적인 R&D 성과로 국내외 학회 참여를 통해 학생들을 격려하며 함께 추억을 공유하는 과정에서 교직자로서의 행복감을 느낀다”며 앞으로도 ‘초심, 감사, 겸허, 신의, 성실에 입각하여 뜻한바 목표를 이루고자 노력하고 실패를 두려워하지 않으며 성실히 살아갈 것’을 다짐하였다.
마지막으로 “남과의 비교가 아닌 내 자신과의 싸움에서 이겨내며 스스로가 성장하는 모습을 느낄 수 있다면 더할 나위 없이 좋을 것이다. 그리고 어제보다 나은 오늘, 오늘보다 나은 내일을 생각하며 살아간다면, 그 사람의 삶은 분명 풍요로워질 것이다”며 대한민국의 경제를 이끄는 힘은 과학기술에 있음을 보여줌으로써 국내의 역량 있는 많은 과학도들이 자부심을 갖고 적극적인 창조 활동에 임할 수 있도록 노력할 것을 약속하였다. 또한 그는 올 한해 ‘학문 간 벽을 허물면 새로운 길이 보인다’는 모토 아래 전도방식에 대한 새로운 개념을 제시하여 현재의 기술로는 구현하기 어려운 자외선 LED용 투명전극 개발에 박차를 가하고 관련 소사이어티 발전에 기여할 것을 다짐하며 연구에 대한 그의 당찬 포부와 목표의식을 피력하였다. 김태근 교수의 연구 주도력은 향후 ASL의 연구 활동에 대해 깊은 관심을 불러일으키며 그를 통해 경제적 부가가치, 더 나아가 국부(國富)를 창출하는 ‘R&D 노믹스’ 시대로의 도래를 기대해본다.
번역 제공
