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스마트 미래 만드는 UST 청출어람 현장

  • 조회 : 817
  • 등록일 : 2018-03-29
스마트 미래 만드는 UST 청출어람 현장의 대표사진

Insight in Science

스마트 미래 만드는 UST 청출어람 현장

한국전자통신연구원 스쿨 윤선진 교수

스마트폰, 텔레비전, 자동차는 물론 사물인터넷(IoT)의 발전을 이끈 스마트 혁명은 반도체 없이는 생각할 수 없습니다. 트랜지스터가 발명된 이후 반도체가 인류의 문명에 기여한 바는 누구도 부인하지못할 것입니다. 하지만, 앞으로 더욱 빠르게 발전하고 다양한 성능을 필요로 하는 전자·통신 기기들의 요구에 기존 반도체 소재가 부합할 수 있을지에 대한 의문이 점차 커지고 있습니다. 대표적인 반도체인 실리콘을 비롯한 기존 소재로는 만족할 수 없는 성능들에 대한 요구가 점차 커지고 있기 때문인데요. 기존 반도체 보다 성능이 우월한 반도체, 투명한 반도체, 유연한 반도체, 양자컴퓨터를 만들 수 있는 새로운 반도체의 등장이 절실히 필요해지고 있습니다. 그래서, 전 세계 많은 연구자들이 실리콘을 대체할 이차원(2D-) 반도체 개발에 뛰어들고 있고, 유럽, 미국, 호주, 싱가포르 등에서는 국가 차원에서의 대규모 투자가 이루어지고 있습니다. UST 한국전자통신연구원(이하 ETRI) 스쿨 차세대소자전공 윤선진 교수가 연구하고 있는 기술 분야는 바로 그와 같은 2D-반도체 신소재 및 신소자 개발이라는 뜨거운 연구 분야입니다. 윤 교수 연구실은 새로운 반도체 신소재의 발굴과 함께 그 소재를 생산에 활용할 수 있는 방법과 고품질로 제조하는 기술에 큰 관심을 가지고 있습니다. 아무리 좋은 소재라 하더라도 생산에 부적합하다면, 연구실 내에서 연구하는 것으로만 끝날 테니까요. 윤 교수는 이와 같은 기술개발 방향에 대한 관점이 중요하다고 강조합니다. 일반 대학원들과는 다른 UST의 강점이 잘 드러나는 대목입니다.

이 연구실에서는 최근 물과 나트륨을 이용한 2D-반도체 나노시트 제조기술 개발에 성공하였고, 이를 이용해 제조한 메모리 소자가 잘 동작함을 보여줌으로써 2차원 반도체의 활용 가능성을 확인했습니다. 지도학생 연창봉 박사 또한 지난 2월 UST 졸업식에서 과학기술정보통신부 장관상을 수상하며 IT 강국의 미래를 환하게 밝혔습니다.

실리콘 반도체에서 이차원 반도체까지, 반도체 역사를 쓰다

“2004년 발견된 그래핀은 현존 물질 중 열과 전기가 가장 잘 통해 실리콘 대체 물질로 기대를 모았는데요. 안타깝게도 전류의 흐름을 통제할 수 없어 최종적으로 반도체로서는 부적합 통보를 받았습니다. 하지만 2D-물질의 가능성을 확인하며 세계적으로 2D-반도체 연구 기류가 형성됐습니다.”

ETRI 스쿨 차세대소자전공 윤선진 교수(ETRI ICT소재연구그룹)는 “중단 없는 IT혁명을 위해 2D-반도체 개발이 중요하다”라고 강조합니다. 1987년 ETRI에 입사한 윤 교수는 반도체 소재 물성연구와 공정개발, 반도체 기반 디스플레이 기술 개발 등을 통해 우리나라 반도체 기술 발전에 기여하였고, 2000년대 후반 부터는 에너지 문제에 관심을 갖고 태양전지 효율 개선을 위해 노력했습니다. 2016년부터는 2D-반도체 소재 개발에 전념하고 있습니다.

최근에는 물에 나트륨(Na)을 넣어 2D-반도체로 활용 가능한 나노시트(Nano sheet) 제조 핵심기술 개발에 성공했습니다. 리튬(Li) 이온이나 유기 용제를 사용하는 기존의 제조방법에 비해 작업자의 건강과 환경을 보다 안전하게 지킬 수 있음은 물론 가격 경쟁력도 높였습니다.

“이번 연구결과는 구부리거나 접을 수 있는 차세대 전자소자 개발에도 응용할 수 있습니다. 실험 결과 데이터를 쓰고 반복하여 읽는 과정이 가능해, 저가 메모리 소자로 활용도 가능하고요.” 윤 교수는 이번 연구성과가 앞으로 에너지, 반도체 소재의 한계를 극복하고 생물학 분야까지 응용 가능할 것으로 전망했습니다. 관련 내용은 지난해 말 나노 소재 전문학술지 스몰(Small) 온라인판에 게재된 데 이어 2월호 표지논문으로도 선정됐습니다. 윤 교수는 연구와 학업을 병행한 UST 학생들에게 공로를 돌렸는데요. 특히 지도학생 연창봉 박사의 장관상 수상으로 보람은 배가 됐습니다.

“지난 6년간 석박사과정을 통해 2D-반도체 박리 제조기술과 전도성 고분자 물질 ‘PEDOT:PSS’를 연구한 연창봉 박사는 총 10편의 SCI급 논문을 발표하고 특허 9건을 등록·출원하며 연구실 후배들에게 귀감이 되어 주었습니다.” 졸업 후 화학전문 중견회사 ‘솔브레인’에 합류한 연 박사의 소식을 전하는 윤 교수의 얼굴은 제자에 대한 애정으로 환하게 빛났는데요. 연 박사가 롤모델이 되어준 만큼 후배들의 연구의욕도 더욱 커졌다고 합니다.

국민의 삶과 밀접한 반도체 연구에 진학문의 쇄도

현재 윤 교수는 4월 중 합류할 박사과정 학생 1명을 포함하여 6명의 석?박사 과정생을 지도하고 있습니다. ETRI스쿨 차세대소자전공은 연구성과가 국민의 삶은 물론 산업 발전과도 직결되기에 진학 문의가 많은 편입니다.

현장연구수업은 UST만의 독특한 제도이자 강점이에요. 일반대학원에서는 수업을 듣고 학점을 이수하지만, UST 학생들은 연구현장에서 지도교수와 학과교수에게 직접 이론과 실습 교육을 받으며 연구성과를 도출하고 산업화 실마리를 마련합니다.

윤 교수의 현장연구수업은 UST 내에서 샘플수업으로 추천될 만큼 내실 있게 운영되고 있습니다. 2005년 UST ETRI 캠퍼스의 차세대소자공학과 전공 신설 준비부터 참여 한 베테랑임에도 학생 개개인이 연구자로 성장할 수 있도록 효과적인 연구와 수업 방법을 끊임없이 고민한 결과입니다. 이미 학점을 이수한 학생들도 자진해 수업에 동참한다니 학생들의 열정과 함께 수준 높은 수업 진행도 짐작되시죠?

“물질의 세계는 거짓말하지 않아요. 어제 실험 결과가 좋았는데 오늘은 다른 결과가 얻어졌다면 뭔가 조건이 달라진 겁니다. 매 순간 사소해 보이는 하나라도 연구노트에 빠짐없이 기록해야 합니다.” 평소 자상한 어머니 같은 윤 교수이지만 실험실에서만큼은 연구자의 기본자세를 강조하는 철저한 원칙주의자가 됩니다. 앞서 소개한 그래핀은 2010년에 노벨상을 받았지만 아직도 상용화를 위한 연구가 진행되는 것처럼 긴 시간 흔들림 없는 연구를 추진하기 위해서는 원칙의 힘이 중요한 까닭입니다.

윤 교수가 이끄는 모험적인 연구에 동참하며 더 나은 연구로 발전시키는 제자들의 모습에서 ‘청출어람’이란 사자성어가 절로 떠오릅니다. UST가 과학인재를 양성하여 학교의 인지도를 높이고, 그로 인해 새로운 인재가 찾아오고, 지도교수를 뛰어넘는 제자들이 많이 배출되는 선순환을 통해 우리나라 과학기술 발전도 성숙해지리란 기대입니다.

“ETRI는 인적, 물적 자원이 굉장히 우수한 정부출연연이에요. 국민의 세금으로 갖춘 자원을 연구소가 독점하는 게 아니라 후학양성, 인재양성에 활용한다면 요즘 말로 가성비 최고 아닌가요?” (웃음)

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