[문갑식이 간다] "다들 포기해도 해법은 있다… 그게 KIST 정신"

    입력 : 2015.11.13 03:00

    [KIST 차세대반도체硏 장준연 소장]

    석·박사 등 300명 사상 최대 조직
    반도체시장 절대 强國 유지 위해 실리콘 탈피한 기술 혁신에 총력
    "우리나라 먹여 살릴 길 찾아야죠"

    문갑식 선임기자
    문갑식 선임기자
    올 1월 한국과학기술연구원(KIST)에 새 조직이 출범했다. 박사만 52명, 석사 등 학생 220명으로 이뤄진 '차세대 반도체 연구소'다. 300명가량의 인력이 단일 목표를 위해 창설된 것은 KIST 역사에 없어 내부에서 "새 군단(軍團)이 생겼다"는 말까지 나왔다.

    1965년 발족한 KIST 창설자는 박정희 대통령이다. 박 대통령이 서명한 1호 재단기금 납부증이 KIST에 보관돼있다. 이 KIST가 지금 한국을 먹여살리는 철강(포스코)-반도체(삼성)-자동차·조선산업(현대)의 청사진을 그렸다는 것은 공인된 역사다.

    50년간 한국산업의 먹거리를 창출한 KIST는 왜 다시 반도체에 눈을 돌렸을까.

    '마법의 돌' 반도체에는 신화가 있다. '무어의 법칙'이다. 1965년 미국 페어차일드 고문인 고든 무어가 말한 것으로, '반도체 집적회로의 성능이 18개월마다 2배로 증가한다'는 것이다. 적어도 지금까지 이 법칙은 지켜졌고 그 챔피언은 한국이었다.

    하지만 20년 넘게 한국을 먹여살려왔고 세계 1등인 한국과 중국의 차이가 불과 1~2년이라고 장준연(50) KIST 차세대반도체 연구소장은 말했다. 중국은 그런 격차를 뒤집기 위해 반도체 산업에만 200조 위안이란 어마어마한 돈을 쏟아부을 계획이다.

    문제는 또 있다. 지금 한국의 반도체 집적도는 14나노이며 다음 목표가 10나노다. 1나노는 10의 마이너스 9승(乘)이다. 무어의 법칙이 전자현미경을 통해서만 볼 수있는 이 경이로운 마이크로 세계에서 계속 통용될 것인가? 장 소장은 "부정적"이라고 했다.

    장준연 KIST 차세대반도체 연구소장이 실험실에서 차세대 반도체의 원리를 설명하고 있다.
    장준연 KIST 차세대반도체 연구소장이 실험실에서 차세대 반도체의 원리를 설명하고 있다. /문갑식 기자
    "14나노의 다음 단계가 10나노이고 그 다음이 7나노, 5나노 순(順)인데 과학자들은 7나노는 이론적으로만 가능하고 5나노에 대해선 회의적"이라고 했다. 무어의 법칙대로라면 지금으로부터 최대 54개월, 즉 4년 반 안에 경량화를 통한 성능 향상이 위기를 맞는 것이다.

    이것은 한국이 누려왔던 '규모의 강점'이 사라진다는 뜻이다. 해결책은 뭘까? 장 소장은 "기존 실리콘과 다른 원료로 반도체를 만드는 것"이라고 했다. 화학 주기율표상 실리콘은 4족 원소인데 KIST는 3-5족 원소를 결합한 화합물 반도체를 만들겠다는 것이다.

    그가 꼽는 차세대 반도체 3족 원소는 갈륨-인듐, 5족 원소는 안티모니-아세닉 등이다. 이론적으로 3-5족 원소로 만든 차세대 화합물 반도체는 실리콘 반도체보다 같은 조건 아래서 전자의 이동 속도가 3~10배 빠르지만 치명적 단점도 있다. 장 소장은 "3-5족 원소는 재료값과 박막화(薄膜化) 비용이 높고, 현재의 반도체 생산라인을 다 바꿔야한다"고 했다. 최신 14나노형 반도체 생산라인이 15조원이고 국내 굴지의 반도체회사에만 신구(新舊)라인이 10개이니 100조원의 투자비를 날리고 시작해야 한다는 뜻이다.

    그렇다면 차세대 반도체는 실현 불가능한 게 아닐까? 장 소장은 "차세대 반도체는 미국 등에서 이론이 정립됐고 기술 개발까지 마쳤다고 본다"고 했다. 승자가 모든 것을 독식하는 반도체산업의 특성상 한국도 승부를 걸 수밖에 없다는 것이다. 그는 "상황을 종합해 KIST는 2~3년 내에 현행 실리콘 기판 위에 전자가 흘러다니는 3-5족 화합물 반도체 채널을 올리는 게 1차 목표"라고 했다. 실리콘과 3-5족 화합물은 원자 간격이 커 합쳐놓을 경우 결함이 많은데 그것을 줄이는 기술을 개발하겠다는 것이다.

    장 소장은 "성공하면 6년 이내에 실리콘 기판 위에 양질의 소자(素子)를 싣게 되는데, 이러면 상당 기간 한국이 반도체시장 절대강자 자리를 지킬 수 있다"고 내다봤다. 안타까운 것은 KIST와 국내 업체의 시각이 다르다는 것이다. "기업은 단기 성과에 집착할 수밖에 없죠. 2000명 연구 인력을 가진 모 업체는 5나노의 벽도 돌파할 수 있다고 봅니다. KIST는 다른 길을 찾는 것이고…. 합심하면 좋겠지만 예전부터 KIST는 남들이 안 된다고 할 때 해법을 찾았잖아요." KIST 차세대 반도체연구소는 그래서인지 50년 전처럼, 기업 지원 없이 얼마 안 되는 정부 예산만으로 나라 먹여살릴 길을 찾고있다고 한다.

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