최근 인공지능, 자율주행 등의 기술이 발달하며 4차 산업혁명의 핵심 소재인 반도체에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다. 우리 대학 신소재공학과 강주훈 교수 연구팀이 부분적 도핑 공정을 활용한 3진법 소자 개발에 성공했다. 이는 기존 2진법 소자의 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 소재 및 소자 기술이다. 이번 연구실 탐방은 다양한 응용 분야에 적용할 수 있는 소재에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는 신소재공학과 강주훈 교수의 다기능소재공정연구실을 취재했다.

Q1. 연구실에 대한 간단한 소개 부탁드립니다.

A1. 신소재공학은 다양한 소재의 구조-공정-물성-성능 간의 연관성(Structure-processing-property-performance relationship)에 대해 연구하는 학문입니다. 저희 다기능소재공정연구실(Multi-Functional Materials Processing Laboratory)에서는 다양한 응용 분야 적용을 위한 소재에 대한 공정 연구를 진행하고 있습니다. 특히 반도체 기반의 전자 소자 및 광전자 소자 응용을 위한 저차원 나노 소재 공정 연구에 관심을 가지고 있습니다.

Q2. 대표적인 연구 활동이 있으신가요?

A2. 서로 다른 종류의 저차원 나노 소재로 장난감 블록을 조립하듯이 다양한 반도체 소자를 만들었고 그 성능을 평가한 연구 결과가 2022년 초 저널에 정식 출판을 앞두고 있습니다. 저차원 나노 소재들은 구성 원자 및 결합 구조에 따라 각각 금속, 반도체, 부도체에 해당하는 다양한 전기적 특성을 가지고 있습니다. 각각의 특성을 갖는 소재들을 프린터기로 인쇄가 가능한 잉크의 형태로 제작하고 원하는 형태로 조립하여 트랜지스터, 다이오드, 광검출기, 논리소자 등의 다양한 차세대 반도체 소자를 만드는데 사용하고 있습니다. 

추가로, 반도체 기반 전자소자 중 다진법 연산이 가능한 소재 및 소자에 관심을 가지고 있습니다. 현재 우리가 사용하고 있는 대부분의 전자소자는 “0”과 “1”로 구동되는 이진법 연산을 기반으로 하는데,  무어의 법칙(Moore’s law) 등으로 대표되는 반도체 산업의 다양한 한계가 있습니다. 이를 극복하기 위해 “0”, “1”, “2”를 이용한 삼진법, 혹은 그 이상의 다진법 구현을 위한 연구를 진행하고 있습니다. 해당 내용은 소재 분야 권위지인 Advanced Science (2021/02), Advanced Materials (2021/06), Nano Letters (2022/01)에 차례로 보고되기도 했습니다. 

Q3. 하나의 연구를 진행하는 과정은 어떻게 되나요?

A3. 저희 연구실에서는 앞서 말씀드린 바와 같이 저차원 나노 소재의 공정에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 특히 나노 소재가 들어있는 잉크를 만드는 용액 기반 공정에 관심을 가지고 있습니다. 용액 기반 공정이 갖는 장점은 손쉽게 대량 생산이 가능하다는 점이며 더 나아가 저차원 나노 소재를 실생활에 적용할 가능성이 높다는 점입니다. 하지만 나노 소재의 특성상 같은 물질이라도 형태에 따라 물성이 현저히 변하기 때문에 이를 제어하기 어렵다는 한계점도 있습니다. 이러한 저희 연구의 대표적인 장점과 한계에 대해 정확히 파악한 후에 장점을 최대화하고 한계를 극복하는 방향으로 각각의 연구 주제를 정하게 됩니다. 정해진 연구 주제에 대해 어떤 식으로 접근해야 할지 살을 붙이는 과정을 거친 후 세부 내용을 구체화합니다. 이후 본격적인 실험 과정을 통해 가정했던 내용들을 검증, 검토, 수정하는 일련의 과정들을 반복하고 논문 작성을 위한 하나의 스토리 구성을 진행합니다. 이를 기반으로 논문을 작성해 제출하고 피어리뷰 과정을 통한 수정 후 최종 공개되는 시점까지를 하나의 연구로 생각하고 있습니다.

Q4. MFMP Lab 자랑 부탁드립니다.

A4. 저희 연구실의 가장 큰 자랑거리는 학생들입니다. 연구에 최선을 다하는 것은 물론이고 항상 서로 배려하거나 협력하는 모습을 보입니다. 이러한 학생들의 성숙한 인격은 좋은 연구실 분위기를 조성하는데 핵심적인 역할을 하며 신입생들이 어색한 환경에 빠르게 적응하는데 큰 도움이 되는 것 같습니다. 추가로 제 개인적으로는 저희 연구실이 이제 막 3년 차에 접어든 신생 연구실이기에 오롯이 연구에만 집중하거나 학생들과 연구 결과를 논의하며 연구 방향을 고민할 수 있는 시간이 상대적으로 많이 주어지는 것이 작은 자랑거리가 될 수 있다고 생각합니다. 

Q5. MFMP Lab에 들어가려면 어떻게 해야 하나요? 어떤 자격이 필요할까요?

A5. 대부분 관련 학과를 졸업한 학생들이 입학하기도 하고, 입학 후 새로운 공부를 해야 하기 때문에 특별한 전공 지식이나 자격 요건이 필요하지는 않습니다. 다만 어떤 문제가 주어졌을 때 이를 해결하기 위한 열정과 의지를 가지고 있다면 성공적인 대학원 생활을 보낼 수 있을 것으로 생각합니다. 더불어 큰 포부를 가지고 인생을 계획하고 있는 학생이라면 더욱 구체적으로 학위 과정에 임할 수 있을 것 같습니다. 

Q6. 연구원들에게 해주고 싶은 말이 있으신가요?

A6. 저희 연구실이 아직 시작하는 단계에 있어서 앞으로 갈 길이 많이 남았지만 좋은 시작을 위한 첫 단추를 잘 끼우기 위해 최선을 다해 노력하는 연구원들에게 고맙다는 말을 하고 싶습니다. 연구원들의 수많은 시행착오와 좌절, 고민들이 작년보다 나은 올해의 연구실을 만들었을 것으로 생각합니다. 저도 돌이켜보면 학위 과정 동안 진로를 포함한 다양한 고민들이 끊이질 않았던 것 같습니다. 이러한 고민들에 좌절하지 않고 하루하루 최선을 다한다면 훌륭한 인재로 성장할 것으로 확신합니다. 

연구실홈페이지: http://mfmp.skku.edu