물리학과 박홍규 교수, 과학기술정보통신부 선정 7월 과학기술인상
빛으로 동작하는 나노선 트랜지스터 개발 공로



▲이과대학 물리학과 박홍규 교수 



이과대학 물리학과 박홍규 교수가 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 선정하는 이달의 과학기술인상을 수상했다.

 

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다.


과기정통부와 연구재단은 박홍규 교수가 빛으로만 전류의 흐름을 효과적으로 제어하고 증폭시키는 나노선 트랜지스터를 개발해 기존의 복잡한 반도체 설계·제작 공정을 획기적으로 줄일 수 있는 데 기여한 공로가 높이 평가되었다고 선정 배경을 설명했다.
* 나노선 : 단면의 지름이 수∼수백 나노미터(nm), 길이는 수십 마이크로미터(µm)인 1차원 나노 구조체로 레이저나 트랜지스터, 메모리 등 다양한 분야에 쓰임
* 트랜지스터 : 전류나 전압 흐름을 조절하여 전기신호를 증폭하거나 차단·전달하는 '스위치' 역할을 하는 반도체 소자
 


트랜지스터의 동작 효율을 높이기 위해 나노 크기로 제작하거나 실리콘이 아닌 매우 얇은 두께의 새로운 물질을 사용하고, 빛을 쪼여 효과를 증대시키는 등 다양한 연구가 진행 중이다. 하지만 복잡한 공정과 낮은 수율로 인해 실제 상용화가 어려운 실정이다. 
 
박홍규 교수는 이러한 문제를 해결하기 위해 다공성 실리콘 주위로 단결정 실리콘이 연결된 나노선 구조를 이용해 빛을 쪼여주는 것만으로 매우 큰 전류 증폭을 기대할 수 있는 새로운 개념의 나노선 트랜지스터를 개발했다. 
* 다공성 실리콘 : 내부에 수 나노미터의 수많은 작은 구멍을 가진 실리콘
* 단결정 실리콘 : 규소 원자가 규칙적으로 배열된 실리콘으로 반도체의 중심 재료
 


기신호가 아닌 빛으로만 트랜지스터의 전기적 특성을 제어하면 기존의 복잡한 반도체 공정 과정을 거치지 않고도 소자의 크기를 더욱 작게 제작하고 비용적·기술적 노력도 줄일 수 있다. 이와 함께 고성능 논리 회로, 민감한 광검출기 등의 응용 소자를 손쉽게 구현할 수 있다는 장점이 있다. 
 
특히, 나노선 트랜지스터는 크기가 작고 약한 빛에도 민감하게 반응하므로 기존의 카메라 성능을 뛰어넘는 고해상도 카메라 개발이 가능하고, 빛으로만 전기 신호를 제어할 수 있어 계산 속도가 획기적으로 향상된 신개념의 컴퓨터 개발도 가능하다.
 
박홍규 교수는 “이번 연구를 통해 다공성 실리콘을 원하는 곳에 배치하고 필요한 위치에 빛을 쪼여주기만 하면 하나의 나노선 만으로도 모든 전자 기기를 간단하게 제작할 수 있는 가능성을 열었다. 나노선을 원하는 대로 정렬하고 배열하면 다기능의 나노 소자, 나노 광소자를 상용화할 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구의 의의를 설명했다.  


또한 박홍규 교수는 "이번에 개발한 나노선 트랜지스터의 성능을 더욱 좋게 하고 상용화를 앞당기기 위해 후속연구를 현재 진행 중이며, 또 다른 새로운 물질에서 새로운 물리 현상을 관측하는 독창적인 연구를 계획하고 있다. 궁극적으로는 이렇게 개발된 나노소자들을 이용해 나노과학과 신경과학을 결합한 연구를 진행하려한다. 현재  신경과학 분야는 전 세계적으로 가장 뜨거운 연구주제라고 할 수 있는데, 아무래도 인간의 질병이나 수명 등과 밀접하게 연관되어 있기 때문"이라며 "생물학 연구자들이 신경과학에 주로 참여하지만, 저의 강점이라 할 수 있는 물리학과 나노과학 관점에서 신경과학 연구를 진행한다면 새로운 분야를 개척할 수 있으리라 기대한다."고 향후 연구 계획에 대해 말했다.
 
더불어 박홍규 교수는 미래 과학자를 꿈꾸는 어린 학생들에게 도움말을 부탁한다는 질문에 "저는 과학자 위인전을 읽고 로봇 만드는 것을 좋아하면서 자연스럽게 과학자를 꿈꿨던 것 같다. 하지만 이제는 위인전에 나오는 아인슈타인처럼 천재 한 명에 의해 과학이 만들어지는 시대는 지났다. 다양한 분야의 과학자들이 소통하고 함께 일하면서 새로운 발전을 이루고 있다. 따라서 어린 시절에 이것저것 많은 경험을 해서 다양한 분야에 흥미를 느끼는 것이 중요하다."고 조언했다.


▲ 다공성 실리콘(PSi)이 단결정 실리콘(CSi) 나노선에 부분적으로 삽입되어 있음을 보여주는 전자현미경 사진


 - 이렇게 합성된 실리콘 나노선의 양 끝단에 전압을 걸어주면, 다공성 실리콘이 주입된 전하를 내부에 구속시켜 전류가 거의 흐르지 않게 된다. 게다가 빛이 없을 때 전류가 거의 흐르지 않았던 것과 비교하면 빛을 쪼여주는 것만으로 매우 큰 전류 증폭을 기대할 수 있다. 
그림입니다. 
 

▲ 두 개의 다공성 실리콘에 각각의 레이저를 조사하여 구현된 나노 논리 회로와 논리 회로가 형성된 값

 
 - 하나의 실리콘 나노선 안에 두 개의 다공성 실리콘을 갖는 트랜지스터를 제작하여 새로운 논리 회로를 구현할 수 있다. 이러한 논리 회로는 모든 컴퓨터의 기초가 되는 소자이므로 빛으로 빠르게 계산이 가능한 컴퓨터의 개발이 가능하다. 
 

 


 

출처 : 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)