미개척 연구 분야 열어갈 창조적 연구 수행
미개척 연구 분야 열어갈 창조적 연구 수행
  • 김남근 기자
  • 승인 2016.05.20 16:52
  • 댓글 0
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[이슈메이커=김남근 기자]

 


미개척 연구 분야 열어갈 창조적 연구 수행

 

 


‘최초’라는 수식어에 ‘최고’의 결과를 더하다

 


현대사회의 급격한 변화를 몰고 온 정보화 사회의 등장 이후 더 빠른 컴퓨터, 더 큰 용량의 메모리에 대한 시대적 요구가 꾸준히 증가하고 있다. 이러한 가운데 정보화의 필수 요소인 반도체 칩 내의 단일 소자는 소형화를 통해 지속적으로 성능이 향상되고 있지만, 최근 그 물리적 한계점을 나타내며 이를 극복하기 위한 차세대 소자 개발이 필수적인 상황으로 대두되고 있다. 이에 카이스트 전기 및 전자공학부 최양규 석좌교수와 연구팀은 3차원 구조, 다기능 및 저전력을 가지는 소자에 대한 연구로 기존 단일 소자의 한계를 뛰어넘을 수 있는 혁신적 연구를 펼치고 있어 학계의 주목을 받고 있다.

 

 

 

 

 

발상의 전환이 가져온 ‘정전기’의 재발견

최근 입을 수 있는 소자(wearable electronics), 인체 삽입형 소자(implantable electronics), 무선 센서 노드(wireless sensor node)를 필두로 한 소형 전자 소자의 발전이 급속히 진전됨에 따라 작은 크기를 가지고 오랜 시간 동작을 가능하게 하는 배터리의 역할이 커지고 있다. 때문에 주위 환경에서 사용되지 못하고 버려지는 다양한 에너지를 전기 에너지로 변환하는 ‘에너지 하베스팅(energy harvesting)’ 기술의 중요성도 함께 높아지고 있다. 특히, 다양한 형태의 에너지 중 운동 에너지와 광 에너지, 열에너지가 에너지 하베스팅에 가장 적합한 기술로 분류된다. 이 중 운동 에너지는 인체의 움직임과 주위의 진동, 바람, 소리, 파도 등 다양한 형태로 우리의 생활 어디에서든 존재함은 물론 날씨와 환경에 크게 구애받지 않고 지속적으로 큰 에너지양을 공급할 수 있다는 장점이 있다. 이에 최양규 교수는 최근 에너지 하베스터(energy harvester)를 응용해 고분자 가루를 마찰전기 생산 물질로 사용, 모든 방향의 움직임에서 전기를 생산할 수 있는 나노 발전기를 개발해 세계적인 주목을 받고 있다. 
 

  이번 연구는 기존의 방식이었던 고체 기판끼리의 마찰-대전 방식이 아닌 고체와 유동성 있는 불소계 고분자 가루의 마찰-대전을 이용해 모든 방향의 진동을 전기 에너지로 만들 수 있고, 모양 변형이 용이해 다양한 패키지 디자인에 맞추어 소자제작이 가능하므로 소형화 제작이 쉽다는 장점을 가진다. 또한, 마찰-대전 에너지 하베스터의 상용화를 위해서는 출력 에너지양이 외부 환경 변화에 민감하지 않고 오랫동안 지속적으로 출력 성능이 확보되어야 하는데, 기존 선행 연구에서는 이를 실현하기에 무리가 있었다. 하지만 최 교수는 이를 해결하기 위하여 구조적 패키징을 통하여 패키지 일체형 에너지 하베스터를 개발했기 때문에, 습도, 먼지, 지속적 마찰에 따른 마모 등 주변 환경의 민감도를 없앨 수 있어서 상용화가 가능한 수준의 소자를 제작하는데 성공한 것이다.
 

  최양규 교수는 “순간적으로 발생해 수만 볼트에 달하는 전기를 생산하는 정전기는 발상의 전환으로 이를 역이용하면 전기에너지로 활용할 수 있어 신재생 에너지원으로 쓰일 수 있게 됩니다”라며 “직접적인 전력 수급이 불가능한 wearable device, wireless sensor network 등에 이번 연구결과를 적용한다면 제품의 성능, 수명, 크기, 가격 경쟁력 등을 획기적으로 증대시킬 수 있을 것으로 기대할 수 있습니다. 나아가 실제 상용화 및 사업화를 위해서 패키징 형태의 에너지 하베스터를 구현함으로써 전력 위기의 해결은 물론 환경문제 개선에도 이바지할 수 있을 뿐 아니라 높은 부가가치 창출을 기대할 수 있을 것입니다”라고 힘주어 말했다.


 

▲초일웅, 김건희, 김명수, 이동일, 이건범, 임훤, 김다진, 김원국, 박상재, 박준영, 황병운, 배학열, 이병현, 허재 (뒤)김지연, 설명록, 최양규 교수, 김대원, 전창훈 (앞)

 

 

‘연구는 탐험과 같다’

세계 최소형 트랜지스터와 세계 최소형 플래시 메모리 소개(VLSI 2006, VLSI 2007), 연잎을 모사한 자연 모사 공학 기술이 Nature Nanotechnology의 highlight news로 소개(2006), 세계 최초로 유전율 변화 트랜지스터를 이용한 질병 진단 센서 소개(Nature Nanotechnology 2007), 세계 최초 DRAM과 플래시 메모리를 결합한 융합 메모리 개발(IEDM 2007, VLSI 2008), 세계 최고속 플래시 메모리 개발 (IEDM 2008, VLSI 2009), 신개념 소자의 일환으로 트랜지스터 기반 기계적 메모리 최초 개발 (IEDM 2009, 하이라이트 논문) 등. 이들은 에너지 하베스팅 분야뿐만 아니라 나노 융합 기술을 응용해 연구한 또 다른 결과물이다. 과거 최양규 교수는 박사학위 주제 중 하나로 3차원 트랜지스터 구조의 원형인 핀펫(FinFET)을 최초 발명했고, 더 나아가 FinFET 개발 및 제작을 주도하여 원천기술도 다 수 확보 했다. 현재 이 FinFET 기술은 인텔, 삼성 등에 의해 양산되고 있다. 이처럼 최 교수의 연구에는 유독 ‘최초’라는 수식어가 많이 따라붙는다. 연구자로서 매우 영광스러운 일이지만 그 이면엔 누구보다 뜨거운 열정과 인내가 내포돼있을 것이다. 
 

  최양규 교수는 “과거 저희 연구실의 연구 결과들을 돌아보면 처음으로 제안한 것들이 많습니다. 타 연구실에서 수행한 연구에서 미진한 부분을 찾아 보완하는 연구도 좋지만, 그것을 넘어 새로운 개념을 제시하고 미개척 연구 분야를 열어 줄 수 있는 창조적인 연구 수행을 추구한 것, 그리고 묵묵히 자신의 자리에서 최선의 연구를 진행해온 동료 연구진들과 학생들이 이 같은 연구 결과의 원동력이라 생각합니다”라고 전했다.
 

  이처럼 끊임없이 새로움을 추구하고, 불가능을 가능으로 만들기 위해 불철주야(不撤晝夜) 연구에 매진하고 있는 최 교수는 ‘연구는 탐험과 같다’라고 말한다. ‘연구’라는 기나긴 여정을 순항하기 위해서는 끈기가 필요하다. 보물을 발견하고자 끊임없이 발걸음을 옮기지만 때로는 막다른 길에 다다를 수도 있는데, 이때 포기하지 않고 해결 방안을 찾을 생각을 하는 자세가 바로 이 말의 핵심이다. 때문에 최 교수는 이 같은 도전과 열정, 끈기의 중요성을 많은 후학들에게 전달하고, 또 이를 통한 결과물이 사회에 도움이 될 수 있는 밑거름이 되기를 바라고 있다. 또한, 위대한 자연 앞에 항상 겸손할 줄 아는 연구자로서의 자세도 강조한다. 이처럼 누구보다 강한 신념으로 연구를 즐기며 최상의 결과를 도출해내고 있는 최양규 교수. 앞으로 또 어떤 ‘최초’의 수식어가 그의 연구 결과에 적용될지 귀추가 주목된다.

 


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