[이슈메이커=임성희 기자]
차세대 반도체를 위한 새로운 소자, 모델링, 회로 설계
새로운 소자를 개발하고 그에 맞는 모델링과 회로 설계까지 다룬다
“소자 설계에서 어레이나 칩 단계 구현까지 목표”
공대생들은 대학원에 진학해 학위를 받으며 고민한다. 연구를 더 심화할 것인가? 내가 배운 것을 실생활에 적용해 볼 것인가? 취업과 진학의 갈림길에서 하는 고민인데, 취업을 하면 내가 연구한 이론이 정말 실현될 수 있는가를 현장에서 보고 느낄 수 있어 만족하지만, 취업하고 나면, 또 다른 욕심이 생긴다. 연구를 더 해서 나의 연구도 하고 후학들도 양성해보고 싶다. 우솔아 교수도 딱 그런 케이스였다. 박사학위 후 삼성전자 메모리사업부에서 근무했고, 교수가 되기 위해 미국으로 박사후과정을 떠났다. 그리고 차세대 반도체 소자 분야 주목받는 신진연구자로 국립부경대에서 교수의 꿈을 이뤘다. 그의 연구에 대한 소개나 설명은 장황하지 않았지만, 차세대 반도체 소자, 모델링, 회로를 설계하는 기술력을 보유하고 있다는 것에 대해서는 강한 자신감을 나타냈다.
초격자 강유전체 기반 메모리 반도체 연구
우솔아 교수는 인공지능에 활용할 수 있는 뉴로모픽 소자로 박사학위를 받았고, 미국에서는 메모리 소자를 공부했다. “제가 실리콘 기반 뉴로모픽 소자를 전공했는데, 연구범위를 더 확장하고 싶어서 강유전체 기반 메모리 소자와 전력반도체 소자까지 다루는 연구실을 꾸려 운영하고 있습니다” 그가 다루는 강유전체 기반 메모리소자(Ferroelectric Field Effect Transistor;FeFET)는 기존 실리콘 반도체의 한계를 극복하기 위한 저전력 비휘발성 메모리 소자로 차세대 메모리 및 컴퓨팅 기술로 주목받고 있다. FeFET의 주요 장점은 전원 없이도 데이터를 유지하고, 저전력으로 동작하며, 신경망 컴퓨팅에 적합하다는 점이다. 우솔아 교수는 비휘발성 메모리용 낸드플래시 소자의 국내외 연구현황을 파악해 새로운 초격자 강유전체 트랜지스터 메모리의 필요성을 언급하며 2023년 9월 연구재단 생애첫연구과제를 따냈다. “새로운 구조의 초격자 강유전체 기반 메모리 소자의 동작 원리를 규명하고 응용하여, 32레벨(5-bit) 저장이 가능한 메모리 소자를 창의적으로 고안하고, 이를 발전시켜 1,000단 이상에서 동작할 수 있는 ‘초격자 강유전체 기반 낸드플래시 어레이 및 sensing 회로’를 개발하고자 합니다. 연구 최종단계에서는 최적화된 초격자 강유전체 메모리 소자, 어레이 특성 평가 및 초고적층 3D NAND sensing 회로 기술 개발을 목표로 하고 있습니다”라며 그는 현재 침체해 있는 국내 메모리 반도체 산업에 희망을 불어넣을 수 있는 혁신적인 기술 개발이 될 수 있기를 희망했다.
부산시의 주력산업인 ‘전력반도체’에도 연구집중
우솔아 교수는 강유전체 기반 메모리 소자에 더해 전력반도체 연구를 언급하며 “전력반도체는 부산시가 주력하고 있는 산업 분야로 앞으로 전력반도체 쪽으로도 연구집중력을 높일 것입니다”라고 소개했다. 전력반도체는 전력 변환과 제어에 중요한 역할을 하는 부품으로 5G, 태양광발전, 전기차의 핵심부품이다. 우 교수는 현재 전력반도체 설계를 기업체와 협업하고 있다. 부산시의 주력산업인 만큼 전력반도체 설계 관련 연구와 인력양성은 지역산업에 활력을 불어넣을 것으로 기대된다.
머신러닝 활용해 모델링 설계
인공지능을 활용한 소자 모델링도 연구실의 특징적인 연구라고 우 교수는 소개했다. “머신러닝을 활용해 모델링을 연구하며, 모델링한 소자의 특성을 간단하게 회로 시뮬레이션 상에서 구현하고 있습니다”
그는 현재는 반도체 소자에 집중하고 있지만 앞으로는 좀 더 하이레벨의 어레이나 칩 단계까지의 구현을 목표로 하고 있다. “현재는 시뮬레이션 기반의 연구를 하고 있는데요, 앞으로는 공정장비를 갖춰 시뮬레이션의 한계를 극복하고 싶습니다. 소자 설계부터 직접 칩까지 만들어보는 게 계획입니다” 차세대 반도체 소자를 연구하는 만큼 그는 새로운 소자를 설계해 이에 맞는 새로운 모델링과 회로 설계까지 할 수 있는 기술력을 갖추고 있는 것이 연구실의 가장 큰 장점이라고 밝혔다.
“내 이름 브랜드 걸고 연구와 인력양성”
반도체 관련 연구에 학생들의 관심이 많다며 많은 학생으로 북적이는 연구실을 소개한 우솔아 교수는 “취업하려는 학생들이 많은데, 대학원에 진학해 좀 더 심도 있는 연구를 하는 것도 추천하고 싶습니다”라고 밝혔다. 덧붙여 그는 “제 지도교수님께서도 항상 강조하셨던 말씀이 자신의 이름을 걸고 학생들을 가르치는 것이기 때문에 항상 신중하고 최선을 다하라고 하셨어요. 그 가르침대로 저도 제 이름이라는 브랜드를 걸고 학생들을 가르치고 연구한다고 생각하고 있습니다. 학점을 주는 거 하나도 가볍게 할 수 없더라고요”라고 말했다. 기업체 경험이 있는 우 교수이기에 수업 시간에 학생들이 좀 더 현장 능력을 키웠으면 하는 바람에 이론뿐만 아니라 시뮬레이션으로 공정실습을 할 수 있는 기회를 제공해주기 위해 노력한다. “책으로만 보면 와 닿지 않으니까 이론적으로 배운 걸 어떻게 회사나 대학원에서 활용할 수 있는지에 대해 시뮬레이션을 활용해 알려주려고 합니다”
털털하고 덤덤하게 인터뷰에 응하는 우솔아 교수를 보며 그의 연구 스타일을 알 수 있었다. 트렌드가 빠른 반도체 분야지만 특유의 무던함과 털털함으로 극복해내고 있었다. 그 극복의 힘은 아마도 자신만의 기술력을 믿고 있기 때문이 아닐까?
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