반도체 대중화의 숨은 영웅! 자랑스러운 한국인 강대원 박사

2009년 미국의 발명가 명예의 전당에는 수많은 영어 이름 사이에 한국인의 이름 석자가 올랐습니다. 그 주인공은 바로 한국 출신의 반도체 기술자 강대원 박사인데요. 그가 발명한 업적들은 우리가 길을 걸으며 멀리 떨어진 사람과 소식을 나눌 수 있도록 하기도 하고, 책상 위 작은 기기로 인터넷 업무를 볼 수 있도록 도와주기도 했습니다. 한국반도체학술대회에서는 그의 이름을 딴 ‘강대원상’을 제정해 2017년에 첫 시상을 하기로 했습니다. 이번 행사는 SK하이닉스의 주관으로 진행된다고 하는데요. 오늘은 강대원상을 기념해 한국의 반도체 산업을 빛내고 떠난 강대원 박사의 이야기를 들여다보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

반도체 개발만을 위한 삶

1931년 서울에서 태어난 강대원 박사는 서울대 물리학과를 졸업하고 미국으로 건너가 오하이오 주립대학교에서 이학석사와 박사학위를 취득했습니다. 이후 당시 세계 최고 연구소인 벨 연구소(Bell Telephone Laboratories)에 입사하게 되었는데요. 이 시기에 강박사는 세계적으로 인정받는 2가지 발명을 하게 됩니다. 바로 모스펫과 플로팅 게이트입니다. 모스펫은 실리콘 반도체 메모리의 주 재료이자, 반도체 개발의 기초가 되는 기술인데요. 플로팅 게이트는 낸드플래시 데이터의 저장공간으로 직접회로 기반의 반도체 발전에 큰 기여를 했습니다. 1964년부터는 강대원 박사가 직접 연구팀을 이끌게 됩니다. 연구팀과 함께 전하와 결합된 발광물질을 연구하는 등 활발한 활동을 하다가 1988년 벨 연구소를 돌연 은퇴합니다. 그 후 그는NEC연구소의 창립 사장으로 부임하기도 하고 LG전자의 고문을 맡기도 했지요. 그러던 1992년 어느 날 학술대회를 마치고 집으로 돌아오는 중 뉴저지의 인근 공항에서 쓰러져 응급수술을 받은 후 합병증으로 타계했습니다. 61세라는 나이에 생을 다한 강대원 박사의 빛나는 업적을 본격적으로 차근차근 돌아보도록 하겠습니다.

한 손에 들어오는 IT기기의 편리함을 만들어준 모스펫

▲ 강대원 박사의 모스펫 모형 구조, 출처: Computer History Museum

강대원 박사가 1960년도에 개발한 모스펫(MOSFET)은 현재 직접회로의 핵심소자로 자리를 잡았습니다. 현재 대량으로 생산되는 대부분의 반도체가 이를 기초로 만들어지고 있는 것이지요. 실제로 이 기술은 인텔 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)와 SK하이닉스의 메모리 장치인 D램, 휴대폰용 통신칩 등을 만드는 데 기초가 되었습니다. 즉, 집채만한 컴퓨터를 책상 위의 작은 PC로 만들어 놓은 핵심 기술이 바로 모스펫이라고 볼 수 있습니다. 우리가 휴대전화와 태블릿PC, 노트북 등을 한 손에 간편하게 들고 일을 볼 수 있는 것도 이것 덕분이지요. 그렇기 때문에 모스펫은 강대원 박사의 업적을 빛나게 해주는 기술로 더욱 유명합니다.

1947년 윌리엄 쇼클리와 바딘, 브래튼 3인이 공동 개발한 세계 최초의 반도체 트랜지스터인 BJT(Bipolar Junction Transistor)는 개발 당시 혁신적이라는 평을 받았습니다. 그러나 얼마가지 않아 전력소비가 큰데다 제조가 까다로워 손쉽게 대량 생산할 수 없다는 한계가 드러나고 말았죠. 그에 비해 강박사가 개발한 모스펫은 칩을 고집적화하고 대량 양산할 수 있도록 하여 전력낭비와 기기사용의 불편함을 보완하는 기술을 선보였습니다. 현대 반도체 연구자들은 모스펫 기술이 없었더라면 현재 수준의 컴퓨터를 한 대 쓰는데 원자력 발전소 1GW짜리가 1기씩 필요했을 것이라 평가합니다. 즉, 적은 전력으로 반도체가 구동할 수 있도록 해줌으로써 트랜지스터나 IC를 고집적화하고 대량생산 할 수 있도록 한 것이 모스펫의 핵심 기술이죠. 이로인해1960년 강박사의 모스펫 개발은 반도체 사업을 비약적으로 발전하게 만들었습니다.

기록의 힘! 낸드플래시칩의 기반을 세운 플로팅 게이트

                                                                                 ▲ 플로팅 게이트 트렌지스터의 구조, 출처: Wikiwand

강박사는 모스펫 이외에도 생활에 편리한 반도체 기술을 발명하기 위해 노력했습니다. 그가 고심 끝에 발명한 두 번 째 발명품이 바로 1967년 개발된 플로팅 게이트(Floating Gate) 인데요. 이 기술은 그가 벨연구소에 근무하던 때에 그의 동료 사이먼 지(Simon M. Sze) 박사와 함께 최초로 개발한 원리입니다.

이런 플로팅 게이트의 원리는 SK하이닉스가 생산하는 낸드플래시칩의 기초를 닦았습니다. 플로팅 게이트는 절연체(전자가 흐르는 물질)인 산화막이 둘러싸고 있는 구조로 이뤄져 있습니다. 낸드플래시의 메모리 셀이 플로팅 게이트(FG) 위에 전자를 채우고 이를 비우는 방법으로 데이터를 기록•지우는 식으로 메모리를 저장하는 것입니다. 현재 우리가 편리하게 사용하는 디지털 카메라나 MP3 등에서 주로 사용되는 기술인데요. 음악이나 사진 같은 데이터를 저장하고 삭제하는 것을 도와주는 역할을 합니다. 강대원 박사의 노력으로 이 작은 칩 하나에 우리가 원하는 데이터를 골라 기록하며 편리함을 누리게 된 것이지요.

그의 업적을 기리며 제2의 강대원을 찾는 강대원 상

이 공로로 강대원 박사는 한국인 최초로 2009년 미국 '발명가 명예의 전당'에 헌액되었습니다. 에디슨을 비롯해 라이트 형제, 노벨 외에도 전화기를 발명한 알렉산더 그레험 벨 등 세계적 인물들과 함께 어깨를 나란히 한 것인데요. 미국에서만 아니라 한국에서도 그의 업적은 재조명 되었습니다. 그의 모교인 서울 대학교에서는 한국이 낳은 ‘반도체 영웅’의 기념 흉상을 연구소 입구에 세워 그의 업적을 기렸습니다.

한국반도체학술대회도 반도체 역사의 한 획을 그은 강대원 박사에게 주목하기 시작했습니다. 반도체인들의 자부심을 높이자는 취지로 ‘강대원상’을 제정하기로 한 것인데요. 내년 2월 13일부터 15일까지 개최되는 제 24회 반도체학술대회에서 첫 시상이 진행될 예정입니다. 이번 행사는 SK하이닉스 주관으로 열려 더욱 큰 의미가 있는데요. 그 어느 때보다 혁신적이고 우수한 논문 발표의 장이 펼쳐질 것으로 기대됩니다. 특히 우수논문으로 선정된 논문들은 국가의 과학기술력을 타나대는 척도인 SCI 논문지에 특집호로 발간될 예정입니다. 이번 강대원상 제정을 계기로 우리나라 주력 산업을 이끌어나가는 반도체인들에게 기술개발에 대한 동기를 부여하고 희망을 가득 불어넣었으면 하는 바람입니다.