▶사업단에 대한 소개와 주요 성과는

테라급나노소자개발사업단은 기가급 반도체의 메모리 및 처리속도가 1,000배 이상 향상된 테라급소자개발을 목표로 2000년 7월 출범해 2010년 3월에 사업을 종료했다. 10년간 국가가 사업단에 지원한 비용은 904억원으로 4,400여명에 달하는 연구자가 모여 연구논문 1,027건, 특허출원 1,251건의 성과를 올렸다.

사업단이 기업에 기술을 이전하고 거둬들인 기술이전료는 총 282억원에 달해 프론티어연구개발사업단 가운데 최고의 ‘기술 이전료 성적’을 거뒀다. 그러나 과제 모두가 당초 목표를 달성했다고 말할 수는 없다. 5개 정도는 100% 이상 달성했고 다른 5개도 90%이상 달성했다고 생각된다. 물론 중간에 탈락한 과제도 많다.

사업단의 핵심 연구개발 성과를 꼽는다면 차세대 낸드 플래시(NAND Flash) 기술인 CTF 기초기술, 실리콘(Si) 위에 화합물반도체 성장기술, 단전자(SET) 로직기술, RTD 소자기술, 중성빔 및 원자층 식각기술, 원자이미지 이용 리소 원천기술, 초고속 AFM 리소 기술, 광연결 기술 등이 있다.

우리 기술로 만들고 우리가 명명한 차세대 나노소자의 핵심기술인 10나노미터 이하의 양자점 패턴을 기판에 만드는 ‘AIPEL(Atomic Image Projection E-beam Lithography)’ 기술 및 장비는 기존에 없던 유일무이한 기술이다.

사업단은 SET의 NAND, NOR 및 XOR 다중치 로직게이트 회로 개발에도 성공해 반도체의 집적도를 크게 향상시키면서도 소비전력을 수십 배 이상 획기적으로 줄였다. 이는 상온에서 세계 최초로 이룩한 성과이기도 하다.

▶이번 사업성과가 산업에 어떻게 적용되고 기여하는지

차세대 낸드 플래시의 CTF 핵심 기초기술은 낸드플래시의 고집적화의 한계를 극복한 기술로, 이 기술을 바탕으로 세계 최초의 40나노 32기가 낸드플래시가 개발될 수 있었다.

2008년 12월 과학기술정책연구원(STEPI)에서 발표한 프론티어사업 경제효과 분석에 따르면 이 기술은 17조원 이상의 경제효과를 가져온다고 분석된바 있다. 이는 정부와 기업의 성공적인 협력체계를 보여주는 모범 사례라고 볼 수 있다. 정부가 장기적인 관점에서 투자해 원천기술을 확보하고, 기업이 이를 활용해 제품으로 만들어낸 것이다.

또, 지난 20년간 반도체 업계에서 꿈으로만 여겨왔던 기술인 ‘실리콘 위에 화합물 반도체를 성장시키는 원천기술’ 개발에 성공했다. 향후 실리콘의 한계를 극복할 소재로 화합물 반도체가 주목받고 있어 화합물 반도체의 주 응용분야인 LED, 태양전지, 초고속 소자 및 전력소자 등의 시장에 막대한 경제효과를 불러일으킬 것으로 기대되고 있다.

세계를 리드하는 기술도 만들어 냈다. 나노미터 스케일의 반도체 공정에 필수적인 원자층 식각기술을 세계최초로 개발했고, 이 기술은 국제반도체기술로드맵(ITRS, International Technology Roadmap for Semiconductors) 2007년판을 통해 향후 추진해야 할 식각기술로 발표됐다. 이렇게 우리가 개발한 기술이 세계의 선도기술로 선정된 경우는 유례가 없는 일이다.

마지막으로 광배선 기술도 마찬가지로 사업초기 우리나라에 없는 기술을 2010년 이후 필요할 것이라는 기술 예측에 따라 사업 착수와 함께 시작하여 국가적 기술 인프라를 구축했다. 앞서 설명한 네 가지 성과는 향후 산업적 파급효과가 매우 클 것으로 기대하고 있다.

▶사업 완료에 대한 소감과 그간 느낀 애로사항이 있다면

사업 초기에 집단연구와 융합연구 경험이 없어 모래알처럼 흩어져 연구하는 대학 교수들과 연구소 연구원들을 집단화하고 융합연구를 추진하기가 매우 어려웠다. 결국 기업의 갖가지 방식을 벤치마킹해 집단과 융합연구 체계를 만들었지만 아직도 아쉬움은 남는다.

또한 사업단장으로서 가장 안타까운 일은 세계 최고 수준의 성과를 냈지만 기존의 평가기준에 따르다보니 제대로 인정을 받지 못한 경우가 많다는 점이다. 대표적인 사례가 나노전자소자 제작을 위한 무손상 식각기술 개발이다.

국내 한 연구팀이 발표한 이 기술은 2007년도 판 반도체기술 국제 로드맵(ITRS)에서 ‘전세계가 추진해야 할 표준’으로 높게 평가받았다. 또 굴지의 외국연구소 연구팀이 접촉해 현재 공동으로 실용화에 박차를 가하고 있다.

그러나 국내 반응은 미지근했다. 우리나라의 평가 기준이 주로 ‘사이언스’ ‘네이처’ 같은 인지도 높은 국제저널에 얼마나 많은 논문을 내느냐에 맞춰진 탓이다. 하지만 국가경쟁력의 관점에서 보면 이런 기준이 달라져야 할 것이다. 비록 저널의 인지도가 일반 과학기술계에서 상대적으로 낮다 해도 관련 전문분야에서는 얼마든지 세계적인 수준으로 인식된다.

보람이라면 사업단장으로 주변사람들이 말렸지만 무모하리만치 위험을 감수해야했던 무손상 식각기술과 AIPEL 기술이 천만 다행으로 성공한 점이다. 또 10년 후 도래할 것이라고 예측한 CTF기술, 화합물 반도체 기술, 광연결 등의 기술들이 이제 주력기술화 되고 있다는 사실이다.

그러나 무엇보다도 이러한 일들을 성공시키기 위해 함께 비전을 만들고 노력하였던 4,400여명의 사업단 가족들을 만났다는 것이 내 인생 최대의 보람과 행운이라고 생각한다.

▶향후 진행할 추가 연구과제와 계획은

테라급나노소자개발을 기치로 내세운 것은 2020년 이후 본격적으로 도래할 지능형(Intelligent) 사회를 목표로 했다고 해도 과언이 아니다. 인텔에서는 2004년에야 테라시대가 열린다고 발표하였는데 테라급나노소자개발사업단은 이미 2000년 테라(Tera)급 반도체 시대의 도래를 예언하고 선도적 연구를 시작했다.

지능형 사회가 도래하면 명령을 생각하여 예지할 수 있는 추론 가능 로봇과 컴퓨터가 등장하는데, 이를 위해서는 인공지능이 가능한 테라급 인공지능칩 개발이 이뤄져야 한다. 또, 이를 응용해 인간보다 혹은 인간과 비슷한 수준의 삽입형 인공지능 뇌도 개발도 가능하다. 이들이 제2의 뇌로서 뇌에 내장되면 인간의 뇌기능을 보완하여 인간의 지적 능력을 대폭적으로 향상 시킬 수 있다. 더 이상 기억 때문에 고민하지 않아도 되는 것이다.

이런 꿈의 기술들은 나노전자소자 융합기술만이 현실화시킬 수 있다. 다시 정부로부터 지원을 받게 된다면 지능형 사회 구현을 위한 테라급 인공지능 칩과 이를 위한 재료 및 공정 개발을 목표로 세울 것이다. 이러한 칩을 우리나라가 개발 한다면 이로 인해 엄청난 국부를 챙길 수 있을 것으로 생각한다. Sze라는 세계적인 유명 반도체 과학자가 2030년 10조불의 나노전자소자 시장이 있다고 주장한 것은 결코 허언이 아니다.

▶‘세계 일류 나노강국 도약’을 위해 꼭 필요한 것이 있다면

우리나라는 제1~2기 나노기술종합발전계획 이후 연구개발 투자의 증가와 함께 나노기술 경쟁력 확보를 위한 시스템 개혁 등을 통해 수많은 성장을 거듭하며 세계 4위권의 경쟁력을 확보했다. 그러나 개개의 성장이 사회적 니즈 달성에 연계되지 않았고, 상용화 실적도 미미한 실정이다.

예를 들면 나노분야 SCI 논문의 점유율 4등 등 괄목한 성장을 이뤘으나 논문 피인용도의 국제적 순위는 8등으로 여전히 낮은 수준이다. 더욱이 미국, 독일, 일본, 중국, 러시아 등 경쟁국들은 나노기술에 대한 정부투자를 매년 증가시키고 있으나 우리나라는 2007년 2,800억원까지 증가하다가 2008년을 기점으로 감소해 2011년 현재 2,570억원 수준이다.

특히 전체 연구비 대비 나노분야 투자는 2003년 3.65%에서 계속 감소해 2011년 현재 1.73% 수준까지 떨어졌다. 현재 모든 과학기술이 나노크기로 수렴되고 있기 때문에 우리의 기술들 중에서 세계최고의 경쟁력을 확보한 나노기술에서 우리의 희망을 찾아야 한다고 생각한다. 현재 세계 경제가 매우 어렵다.

세계 최강의 과학 기술력을 자랑해 온 미국조차도 기초기술에 의한 Open Discovery에서 자국의 경쟁력 강화를 위한 사회적 니즈 해결에 초점이 맞춰져 있다. 물론 일본과 EU도 마찬가지다.

유럽발 경제위기, 자원고갈, 중국의 부상 등 급변하는 글로벌 환경변화에서, 자원도 없고 인적자원도 상대적으로 모자란 우리나라가 치열한 국제 경쟁속에 생존하려면 어떻게 해야 할까? 불편한 진실인지는 모르나 우리 나노기술 연구자들만이라도 Impact Factor가 높은 논문투고에 초점을 맞추지 말고, 국가의 경쟁력에 도움이 되는 성과를 가지고 연구 논문을 써야하며, 또 이런 사람들이 대접받는 풍토가 마련돼야 한다고 생각한다.