미래를 설계하는 젊은 과학도들이 모인 현장! 수상자 2인과 함께하는 제32회 삼성휴먼테크논문대상

세상을 바꿀 혁신은 어디에서 시작될까? 그 답은 유망한 과학도들의 열정과 도전이 한데 모이는 현장에서 찾을 수 있다. 미래를 이끌 신진 연구자를 발굴하고 육성하기 위해 매년 열리고 있는 제32회 삼성휴먼테크논문대상 시상식이 지난 2월 11일 삼성전자 서초사옥에서 개최됐다.

삼성휴먼테크논문대상은 국내에서 유일하게 대학(원)생뿐 아니라 고교생까지 참여할 수 있는 논문 경진 대회다. 1994년 첫발을 내디뎌 올해로 32주년을 맞았으며, 역대 제출된 논문 수는 총 44,171편. 그중 시상 받은 논문은 3,192편에 달한다. 올해 접수된 초록은 총 3,172건으로, 이 중 511편이 초록 심사를 통과했다. 치열한 경쟁 속에서 엄격한 심사를 거쳐 최종 120편이 수상작으로 이름을 올렸다.

미래 과학기술을 이끌어 갈 인재들의 열정적인 연구와 도전이 결실로 이어진 순간, 제32회 삼성휴먼테크논문대상 시상식 현장을 삼성전자 뉴스룸이 담았다.

이날 행사는 삼성전자 전영현 DS부문장 부회장의 개회사로 시작됐다. 그는 “삼성 휴먼테크논문대상은 대한민국 과학기술의 발전을 선도할 젊은 과학도들의 성장을 지원하는 국내 최고의 논문 대상으로 자리매김했다”며 “앞으로도 새로운 과학 혁신을 이끌어갈 우수한 젊은 인재들의 성장을 위하여, 지속적인 지원과 관심을 아끼지 않을 것”이라며 수상자들에게 축하와 응원의 말을 건넸다.

이어진 시상식에서는 뛰어난 연구 성과를 거둔 수상자들이 차례로 연단에 오르며 현장의 관심이 집중됐다. 수상의 영광을 안은 참가자들 중에서 대학 부문 대상 수상자 강대현 님과 고교 부문 금상 수상자 박원비 님을 만나 논문이 세상에 나오기까지의 이야기를 들어봤다.

BON 소재가 연 터널링층의 새로운 가능성! 대학 부문 대상 강대현 님

강대현 님은 ‘플래시 메모리 터널링층 내 적용된 붕소 옥시나이트라이드(Boron Oxynitride, 이하 BON) 소재의 밴드갭 엔지니어링 연구’로 대상을 받았다.

플래시 메모리의 한 종류인 낸드플래시(NAND Flash)는 스마트폰과 서버 등에 활용되는 핵심 저장 매체다. 플래시 메모리는 전자를 저장층에 보관하며 데이터를 저장하는데, 이때 전자가 드나드는 출입문이 바로 ‘터널링층’이다.

그는 “기존 터널링층 구조에 핵심 재료로 사용되는 실리콘 옥시나이트라이드(Silicon Oxynitride, 이하 SiON)의 경우, 데이터를 지울 때 원치 않는 누설이 함께 발생해 저장 안정성이 낮아질 수 있다”며 기존 소재의 한계를 설명했다. 이어 “관련 논문을 탐색하던 중, 터널링층에 SiON 대신 당시 연구 중이던 BON 소재를 적용하면 해결할 수 있겠다는 가능성을 발견했다”고 연구의 출발점을 밝혔다.

그렇다면 BON 소재만이 가진 특징은 무엇일까? 이 질문에 강대현 님은 “BON은 비대칭적으로 설계된 출입문”이라고 설명했다. 데이터를 지울 때는 전하가 잘 들어올 수 있게 해주고, 데이터를 저장할 때는 새어나가지 않게 잘 막히는 방향성을 갖는 것이 BON이 가진 가장 큰 특징이라는 것이다. 이러한 비대칭적인 에너지 장벽 덕분에, 속도와 신뢰성이 서로 충돌하던 기존의 한계를 한 번에 완화할 수 있었던 것이 이번 연구의 핵심 포인트다.

물론, 연구 과정에서의 어려움도 있었다. BON은 기존에 활용된 전례가 없는 새로운 소재였던 만큼, 강대현 님은 증착 공정 설계와 후처리 조건에 이르기까지 전 과정을 스스로 정립해야 했다. 이러한 어려움 속에서도 그는 동료 연구원들과 지도교수님과의 지속적인 소통과 논의를 통해 불확실성을 하나씩 해소해 나갔고, 지금의 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다.

사실 이번 논문대상은 강대현 님에게 낯선 무대가 아니었다. 작년 초록 심사 단계에서 탈락의 아쉬움을 경험했던 그는 “실패의 경험이 지난 1년 동안 저를 계속 성장시켜 준 동력이 되었고, 이번 수상은 더욱 철저한 연구 설계와 실험을 통한 점검의 과정이 틀리지 않았음을 확인할 수 있는 계기였다”고 소회를 전했다.

이번 연구는 사용할 수 있는 소재가 제한적인 반도체 분야에서, 기존 공정이나 셀 구조의 큰 변화 없이 새로운 소재와 밴드 구조 설계를 통해 성능과 신뢰성을 동시에 개선했다는 점에서 의미를 갖는다. 이는 앞으로 4bit·5bit로의 플래시 메모리 고집적화가 진행됨에 따라 점점 커지는 성능과 신뢰성을 향한 요구를 충족시켜 줄 것으로 기대된다.

액체로켓 엔진 성능 개선을 위한 현실적 해법! 고교 부문 금상 박원비 님

박원비 님은 로켓의 가변 분사기인 ‘핀틀 인젝터’과 회오리 분사 방식인 ‘스월 인젝터’를 결합한 ‘PINTOSWIRL 인젝터’를 액체로켓 엔진에 적용해 금상을 수상했다. 연료와 산화제가 잘 섞이지 않아 불꽃이 불안정해지는 기존 로켓의 문제를 스월장치를 활용해 해결한 연구다.

박원비 님은 복잡한 이론 계산이 아닌 단순한 접근에서 연구의 출발점을 찾았다. 밀도 차이로 인해 혼합과 연소가 잘 이뤄지지 않았던 추진제에 회전 운동을 적용해 연료와 산화제의 균일한 혼합을 유도함으로써, 기존 로켓 엔진의 연소 불안정 문제를 해결했다.

이 같은 접근법에 대해 그는 “직선으로 분사되던 저밀도 추진제가 회전 분사를 통해 분무각이 넓어지면서 무거운 추진제와 고르게 섞였고, 그 결과 불꽃이 한쪽으로 쏠리지 않으며 연소 안정성이 개선됐다”고 설명했다.

실험적 성과를 확인한 이후에도 그는 연구를 멈추지 않았다. 연구 결과에 대한 명확한 해석까지 제시하는 것이 중요하다고 판단했기 때문이다. 이에 그는 설계를 한층 더 고도화하기 위해 이론적 검증 단계를 차근차근 밟아가며 연구의 완성도를 높여갔다.

하지만 이론의 논리적 타당성을 정립하는 과정은 순탄하지 않았다. 로켓 인젝터 분야는 공개된 자료가 많이 없어 실제로 만들어보기 전까지는 그 특성을 예측하기 매우 어려웠기 때문이다. 하지만 그는 “힘들고 포기하고 싶은 순간이 찾아오면 연소시험에 처음 성공했을 때의 잊지 못할 순간을 떠올리며, 로켓을 사랑하는 열정으로 연구를 향한 의지를 다졌다”고 말했다.

이러한 고민과 정리 끝에 완성된 논문은 밀도 차로 인해 연료와 산화제 분사 힘이 크게 불균형해지는 상황에서도 두 추진제의 혼합력을 높여 연소 성능과 안정성을 확보했다는 점에서 긍정적 평가를 받았다. 특히 분무 특성과 추력 등 주요 성능 지표를 정량화해 제시함으로써 높은 수준의 공학적 설득력을 확보했다.

확신 이후의 선택, 다음 도전을 말하다

이번 수상이 두 사람에게 남긴 의미는 무엇일까? 박원비 님은 “연구를 하는 동안 내가 가고 있는 방향이 맞는지 스스로를 의심하는 순간이 많았는데, 이번 수상은 그 과정이 틀리지 않았다는 하나의 기준점을 확인한 계기였다”고 소감을 밝혔다. 이어 그는 “현재 진행 중인 액체산소를 이용한 재착륙 로켓 개발에 성공하고, 앞으로도 복잡한 기술을 단순화해 더 많은 사람들이 쉽게 접근할 수 있는 연구 환경을 만들고 싶다”며 향후 포부를 전했다.

강대현 님은 “도전하는 용기가 결국 우리를 성장시킨다는 사실을 이번 경험을 통해 확신하게 됐다”는 말과 함께 “메모리 반도체 분야는 산업과 직접 맞닿아 있는 분야인 만큼, 제 연구가 논문에 머무르지 않고 실제 공정과 양산 환경에서도 의미 있게 작동하는 데 기여하고 싶다”고 밝혔다.

마지막으로 그는 “삼성휴먼테크논문대상 참가를 망설이고 있다면, 생각보다 훨씬 큰 가능성이 열릴 수 있으니 잠시 고민을 내려놓고 도전해 보길 바란다”고 미래 과학 인재들에게 응원의 메시지를 전했다.

기술 혁신은 끊임없는 질문과 도전의 과정에서 완성된다. 삼성전자 반도체는 삼성휴먼테크논문대상을 통해 과학도들의 도전을 응원하며, 미래를 이끌 인재들이 성장할 수 있는 토대를 지속적으로 마련해 나갈 예정이다.

^{▲제32회 삼성휴먼테크논문대상 고교 부문 수상자 단체 사진(첫 번째) / 제32회 삼성휴먼테크논문대상 대학 부문 수상자 단체 사진(두 번째)}