심우영 연세대 교수, 대한민국 과학기술인상···“새로운 구조 반도체 개발”

대한민국 과학기술인상 4월 수상자로 선정된 심우영 연세대학교 신소재공학과 교수. [사진= 과기정통부]

[이뉴스투데이 백연식 기자] 완전히 새로운 구조의 반도체 소재를 세계 최초로 만들어낸 연구자가 4월 대한민국 과학기술인상을 받았다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단은 대한민국 과학기술인상 4월 수상자로 심우영 연세대학교 신소재공학과 교수를 선정했다고 8일 밝혔다.

대한민국 과학기술인상은 최근 3년간 독창적인 연구 성과를 창출해 과학기술 발전에 이바지한 연구자를 매월 1명 선정해 과기정통부 부총리상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.

과기정통부는 2026년부터 우수과학자 포상의 영예성을 강화하기 위해 기존 ‘이달의 과학기술인상’ 명칭을 ‘대한민국 과학기술인상’으로 격상해 운영하고 있다.

과기정통부와 연구재단은 자연계에 존재하지 않는 새로운 구조의 III-V족 반도체 소재를 개발해 우리나라 반도체 기술의 국제 경쟁력을 강화한 심우영 교수를 수상자로 선정했다.

III-V족 반도체는 주기율표의 3족 원소와 5족 원소를 결합해 만든 화합물 반도체다. 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge) 같은 4족 원소 하나로 이루어진 ‘단원소 반도체’와 달리, 서로 다른 성질의 원소를 조합해 물리적·전기적 특성을 목적에 맞게 조절할 수 있다.

기존 III-V족 화합물 반도체는 전자의 빠른 이동은 가능하지만, 이온이 움직일 공간은 거의 없어 새로운 전자 기능 구현에는 한계가 있었다.

심 교수는 양이온 유택시(cation-eutaxy) 구조의 새로운 반도체 설계 개념을 제안했다. 일부 원소만 선택적으로 제거하는 토포케미컬 에칭(Topochemical Etching)을 이용해 이온을 이동할 수 있게 하는 반데르발스 간격(물리적인 틈)을 형성했다.

새로운 구조의 III-V 반도체 소재에서 반도체의 전기적 특성과 메모리 기능을 동시에 활용할 수 있다는 것을 입증했다.

하나의 소재에서 기억과 연산 기능을 동시에 수행할 수 있는 컴퓨트-인-메모리(Compute-in-Memory) 방식은 인공지능 연산에 필요한 에너지 소모를 크게 줄일 수 있어 차세대 저전력 인공지능 반도체 기반 기술로 주목된다.

또한 인간의 뇌 신경망처럼 신호 세기와 시간에 따라 연결 강도가 변화하는 시냅스 동작을 모사할 수 있어 뉴로모픽 인공지능 소자로 활용성을 기대할 수 있다.

심 교수는 2차원 반도체, 나노소재 등 다차원 소재 연구의 권위자로서, 계산과학을 통한 정밀한 소재 탐색과 실험적 합성 연구를 추진하는 과기정통부 ‘미래소재디스커버리사업(2017~2024)’의 지원을 바탕으로 이번 연구 성과를 이끌었다.

심 교수는 “자연계에 존재하지 않는 새로운 반도체 소재를 우리나라 연구진이 세계 최초로 제안했다는데 더욱 의미가 있고 개인적으로도 큰 보람을 느낀다”며 “앞으로도 우리나라가 새로운 소재 연구를 선도할 수 있도록 꾸준히 도전적인 연구를 이어가고 싶다“라고 소감을 전했다.