[미래를 이끌 이공계 학과 2010] <25> 홍성철카이스트전기전자공학과교수 - 반도체 공학

“ 모든 기기에 지능을 부여하는 IT산업의 하드웨어 구현 ”

홍성철 KAIST 전기전자공학과 교수는 국내 대표적인 반도체공학자이다.

서울대 전자공학과에서 학사와 석사를 마치고,미국 미시간대에서 전자공학 및 컴퓨터 사이언스를 전공해 박사학위를 받았다.

홍 교수는 "국내 반도체 기업들이 메모리 반도체 분야에서 이미 세계 1위를 달리고 있고,머지않아 비메모리 반도체에서도 주도적인 위치를 차지할 전망"이라며 "우리나라가 세계적인 경쟁력을 갖춘 분야인 반도체공학을 전공으로 선택한다면 개인은 물론 국가의 발전에 기여할 수 있는 기회가 많다"고 말했다.

▼반도체공학을 전공으로 선택한 이유는 무엇입니까.

"제가 대학 다닐 때 반도체 분야는 현대 물리학과 관계가 깊은 응용학문이었습니다.

그 당시에는 반도체 관련 양자역학，통계역학，고체물리 등을 공부해 보면 매우 어렵지만 심오하고 재미있었습니다.

특히 노벨상 수상자들이 만든 이론을 잘 이해하게 되었을 때는 매우 감격적이었습니다.

한 교수님은 강의시간에 '반도체 안에 들어가 보았어?'라는 말씀을 자주하셨는데,그 말이 반도체에 대한 호기심을 자극 했습니다. "

▼반도체공학이 본인의 적성과 어떤 점에서 맞았는지요.

"반도체공학엔 공정 소자 회로설계 시스템설계 등 여러 분야가 있고 분야별로 다른 적성을 필요로 합니다.

저는 물리학에 기초해 간략화된 소자의 모델을 만들고 이를 이용해 회로를 설계하는 것이 적성에 맞았습니다.

저처럼 게임을 하듯이 간단한 규칙들 안에서 여러 가지 목적의 일을 해 보는 것을 좋아한다면,회로설계를 전공하면 좋습니다. "

▼반도체공학의 장점은 무엇인가요.

"반도체 분야는 물리 화학 생물 등 기초학문에 기반을 두고 기계 화공 소재 에너지 등 다른 공학분야와 연계돼 있습니다.

반도체공학은 다른 학문들과의 융합에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다.

특히 모든 시스템을 실리콘 기판 위에 만들어 내는 기술은 재미있기도 하지만 중요하기도 합니다. "

▼반도체공학의 전망은 어떻습니까.

"한마디로 매우 밝습니다.

회로설계 기술은 여러 가지 기능의 소자기술의 발전과 시스템기술의 발전으로 그 적용 영역이 한없이 확대될 것으로 예상됩니다.

반도체공학은 모든 기기에 지능(intelligence)을 부여하는 것을 목적으로 하는 IT 산업의 하드웨어 구현을 담당할 것입니다. 우리나라는 메모리 반도체에서 세계 최강국의 위치를 차지했고, 앞으로 시스템 반도체를 포함해 반도체공학의 모든 부분에서 세계를 이끌 것으로 생각됩니다. "

▼반도체공학을 공부할 때 어디에 초점을 맞춰야 할까요.

"반도체공학의 기본 과목은 반도체 공정，반도체 소자，회로설계 등입니다.

이것들만 공부해선 반도체공학의 지평을 더 크게 넓히는 일을 하기 어렵습니다.

반도체 관련 물리 화학 생물 등 기초학문뿐 아니라 기계 화공 시스템 소프트웨어 등의 분야에도 관심을 갖고 함께 공부해야 합니다. "

▼반도체공학을 전공한 뒤 보람이 있었던 일은 무엇인가요.

"휴대폰 등 이동통신에서 필요한 초고주파 회로의 일부를 실리콘 기판 위에서 처음 구현했을 때 가장 보람이 있었습니다.

세계적으로도 아직 실리콘 기판 위에서 만들지 못하는 휴대폰용 초고주파 회로들을 가능하게 하는 것이 제가 현재 연구하는 분야입니다.

더 나아가서는 전화기의 모든 회로들을 1개의 실리콘 칩으로 만드는 것이 목표입니다. "

▼반도체공학을 선택하려는 학생들에게 해줄 조언이 있다면요.

"고등학교 때는 반도체공학을 이해하기가 매우 어렵습니다.

일단은 물리 화학 생물 등의 기초학문에 충실하면 됩니다.

대학에 진학하면 비로소 반도체공학의 윤곽을 몇 가지 과목을 통해 이해하게 됩니다.

그런데 이때 더 중요한 일을 하기 위해서는 반도체 관련 여러 가지 학문들을 찾아서 스스로 폭넓은 공부를 하는 것입니다.

미래의 인간 행복에 필요한 시스템을 상상하고 연구하는 자세가 필요합니다. "

장경영 한국경제신문 연구위원 longrun@hankyung.com

---------------------------------------------------------

1948년 발명된 트랜지스터가 전자산업의 눈부신 발전 이끌어

▶ 반도체의 역사

반도체의 역사는 1948년 트랜지스터가 발명되면서 시작됐다.

트랜지스터는 1948년 벨연구소의 윌리암 쇼클리가 발명했다.

그 당시의 전자기기는 진공관을 이용해 만들었는데,크기가 클 뿐 아니라 전력 소모도 엄청나 전열기나 다름 없는 막대한 열을 내뿜었다.

진공에서 전자의 흐름을 제어하는 방식으로 동작하는 진공관과는 달리,트랜지스터는 반도체 내에서 전자(-전자)뿐 아니라 정공(+전자)도 함께 전류의 흐름에 관여하는 새로운 개념의 부품이었다.

트랜지스터의 발명은 전자 산업의 혁신적인 발달로 이어졌고,쇼클리는 이 업적으로 1956년 노벨상을 수상했다.

쇼클리가 발명한 트랜지스터는 좀 더 정확하게 말하면 이종 접합형 트랜지스터(BJT)로,게르마늄(Ge) 규소(Si)와 같은 반도체에 인(P) 비소(As)와 같은 불순물을 주입한 N-형 반도체,그리고 붕소(B)와 같은 불순물을 넣은 P-형 반도체의 두 가지 극성을 가진 반도체 2개를 접합해 만든 것이다.

그러나 요즘 첨단기기에 주로 쓰이는 전계효과 트랜지스터(FET)는 최초의 트랜지스터와는 좀 다른 원리로 동작되며 구조도 다르다.

하지만 반도체를 사용한다는 면에서는 크게 다르지 않다. FET는 BJT가 발명되기 훨씬 이전부터 개념적으로 존재하고 있었다.

하지만 요즘 대부분의 초고밀도 집적회로(VLSI)에서 널리 쓰이는 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)는 1959년 벨연구소의 강대원 박사가 처음으로 제작에 성공했다.

MOSFET는 BJT보다 작은 면적을 사용하므로 같은 넓이에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있다는 장점을 가지며,이런 이유 때문에 현재 PC에서 주로 쓰는 펜티엄4,D램,S램 등 대부분의 반도체 칩에서 사용되고 있다.

처음 반도체 기술은 한개의 트랜지스터를 제작하는 기술에서 출발했다.

그러다가 1961년 미국 텍사스 인스트루먼트사의 잭 킬비(2001년 노벨 물리학상 수상)가 한개의 반도체 안에 여러 개의 트랜지스터를 동시에 놓고 회로를 구현하는 반도체 칩,즉 집적회로(IC)를 처음 발명했고,이 기술이 현재의 VLSI에 이르게 됐다.

현재 전 세계에서 사용되는 트랜지스터 개수는 약 200경개(1경=1조×1만)다. 인

구 1명당 2억개 정도를 사용하는 꼴이다.

전 세계 반도체 회사들은 매초 30억개의 트랜지스터를 새로 만들고 있다.

정덕균 서울대 전기공학부 교수