연구 결과를 담은 ‘원자핵이 결정화되는 과정에서 일어나는 비결정상과 결정상 사이의 가역적 전이(Reversible disorder-order transitions in atomic crystal nucleation)’ 제목의 논문은 학계의 오래된 난제였던 결정핵 생성 원리를 제시한 것을 인정받아 28일(미국 현지시간) 세계적인 학술지 ‘사이언스(Science)’에 게재됐다.

□ 물질 성장의 시작인 결정핵이 생성되는 과정을 실험을 통해 검증

원자가 모여 물질이 만들어지기 위해서는 ‘핵생성(nucleation)’ 과정이 필수적이다.

그러나, 핵이 만들어지는 과정이 너무나 빠른 속도로 일어나고, 원자의 크기 또한 수 옹스트롬 정도로 작아 직접 관찰하기가 어려웠다. 핵 생성 과정을 설명하는 여러 이론들이 있지만, 실험을 통한 증명에는 한계가 있었다.
* 1옹스트롬 = 백억분의 1m

공동 연구팀은 원자 한 개의 두께만큼 얇은 그래핀^[1] 막 위에 금(金) 나노 결정을 합성해 세계 최고 성능의 초고속 투과전자현미경으로 핵생성 과정을 세계 최초로 관찰하는데 성공했다.

공동 연구팀은 원자들이 무질서하게 뭉친 덩어리 구조(비결정상)가 됐다가 정렬을 이루며 결정을 형성한 구조(결정상)도 되는 상태를 반복하는데, 결정의 크기가 커짐에 따라 점차 원자들이 정렬된 구조로 유지되면서 결정상의 상태가 되는 핵의 생성 과정을 밝혀냈다.

이는 원자들이 처음부터 규칙적으로 정렬을 이루며 결정을 형성한다는 기존의 핵생성 이론과는 다른 새로운 이론을 제시한 것이다.

공동 연구팀은 물질의 구조가 변하기 위해서는 에너지가 필요한데, 초기 핵형성 단계에서는 필요한 에너지가 아주 작아 비결정상과 결정상 사이를 쉽게 오고 갈 수 있어 이 현상이 일어난다고 설명했다.

서울대학교 박정원 교수는 “결정핵이 만들어지는 과정을 발견하고, 이를 실험으로 검증해 고체 물질이 형성되는 과정의 근본 원리를 밝혔다”고 이번 연구의 의의를 설명했다.

한양대학교 이원철 교수는 “박막 증착 공정의 극히 초기 상태를 실험으로 재현했다”며 “이를 응용하면 향후 반도체 소재·부품·장비 분야의 원천 기술을 확보하는데 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

박정원 교수는 삼성미래기술육성사업과 기초과학연구원 연구단 사업의 지원을, 이원철 교수는 한국연구재단의 4단계 두뇌한국21(BK21) 사업의 지원을 받아 이번 연구를 수행했다.

특히 박정원 교수는 삼성미래기술육성사업과 기초과학연구원의 지원을 받아 진행한 ‘나노 입자의 3차원 증명사진 촬영 기술 개발’ 연구 결과가 지난해 4월에도 ‘사이언스’에 게재된 바 있다.

□ 삼성미래기술육성사업, 2013년부터 1조 5천억 원 출연해 연구 지원

‘삼성미래기술육성사업’은 우리나라의 미래를 책임질 과학기술 연구 분야 육성·지원을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1조 5천억 원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익사업이다.

매년 상·하반기에 각각 기초과학, 소재, ICT 분야에서 지원할 과제를 선정하고, 1년에 한 번 실시하는 ‘지정테마 과제 공모’를 통해 국가적으로 필요한 미래기술 분야를 지정해 해당 연구를 지원하고 있다.

또한, 연구 책임자가 연구 성과와 주요 이슈를 설명하고, 참석 연구자들과의 토론을 통해 새로운 아이디어를 얻는 ‘애뉴얼 포럼’, 연구 성과의 산업 활용도를 높이기 위한 R&D 교류회, 활용도가 높은 특허 출원을 지원하는 IP멘토링 등 다양한 프로그램도 운영하고 있다.

2013년부터 지금까지 634개 과제에 8,125억원의 연구비가 지원됐다.

삼성전자는 ‘함께가요 미래로! Enabling People’ 이라는 CSR 비전 아래 삼성미래기술육성사업, 스마트공장, C랩 아웃사이드, 협력회사 상생펀드 등 상생 활동과 청소년 교육 사회공헌 활동을 펼치고 있다.

▲ 초고속 투과전자현미경을 활용해 관찰한 금 원자가 비결정상과 결정상의 상태를 반복하며 결정핵으로 성장하는 과정

▲ 기존의 핵생성 과정과 이번 연구에서 새롭게 관찰한 핵생성 과정을 비교한 도식

▲ 금 원자를 방출하는 물질이 결정핵을 형성한 후 금 나노결정으로 생성되는 과정을 보여주는 도식

▲ 이번 연구를 주도한 (왼쪽부터)서울대학교 박정원 교수, 한양대학교 에리카 캠퍼스 전성호 박사, 한양대학교 에리카 캠퍼스 이원철 교수

이 연구는 2일(미국 현지시간) 세계적인 학술지 ‘사이언스(Science)’에 게재됐다.

사이언스에 순수 이론 논문이 게재되는 경우는 극히 드문 사례로, 국내 연구팀 단독 교신으로 진행한 이 연구는 이론적 엄밀성과 독창성, 산업적 파급력을 인정 받아 게재됐다.

□ 원자간 탄성 작용을 상쇄시키는 물리 현상을 발견해 반도체에 적용

반도체 업계는 소자의 성능을 향상시키기 위해 미세화를 통해 단위 면적당 집적도를 높여 왔다.

그러나 데이터 저장을 위해서는 탄성으로 연결된 수천 개의 원자 집단인 ‘도메인’이 반드시 필요해 일정 수준 이하로 크기를 줄일 수 없는 제약사항이 있었다.

반도체 소자가 한계 수준 이하로 작아지면 정보를 저장하는 능력이 사라지는 ‘스케일링(Scaling)’ 이슈 현상이 발생하기 때문이다. 이렇게 되면 반도체의 기본 작동 원리인 0과 1을 제대로 구현할 수 없다.

이준희 교수 연구팀은 ‘산화하프늄(HfO₂)’이라는 반도체 소재의 산소 원자에 전압을 가하면 원자간 탄성이 사라지는 물리 현상을 새롭게 발견하고, 반도체에 적용해 저장 용량 한계를 돌파하는 데 성공했다.

이 현상을 적용하면 개별 원자를 제어할 수 있고 산소 원자 4개에 데이터(1bit) 저장이 가능해져, 데이터 저장을 위해 수십 nm(나노미터) 크기의 도메인이 필요하다는 업계 통념을 뒤집었다.

□ 메모리 반도체 0.5 nm 까지 미세화 가능, 집적도 1,000배 이상 향상 시킬 수 있어

산화하프늄은 현재 메모리 반도체 공정에서 흔히 사용하는 소재로, 이 현상을 적용할 경우 스마트폰, 태블릿 등 다양한 제품의 메모리 성능을 한층 끌어올릴 수 있어 산업계에 파급이 클 것으로 예상된다.

특히 연구팀은 이번 연구 결과를 적용하면 반도체 소형화시 저장 능력이 사라지는 문제점도 발생하지 않아 현재 10nm 수준에 멈춰 있는 반도체 공정을 0.5nm까지 미세화 할 수 있어 메모리 집적도가 기존 대비 약 1,000배 이상 향상될 것으로 예상했다.

이준희 교수는 “개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 범위 내에서 최고의 집적 기술”이라며, “이 기술을 활용하면 반도체 소형화가 더욱 가속화될 것으로 기대된다”라고 말했다.

이번 연구는 2019년 12월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있으며, 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리 사업 지원도 받아 수행됐다.

한편, 삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 2013년부터 10년간 1조 5천억 원을 지원할 예정이며, 지금까지 589개 과제에 7,589억 원의 연구비를 집행했다.

삼성전자는 CSR 비전 ‘함께가요 미래로! Enabling People’ 아래 삼성미래기술육성사업, 스마트공장, C랩 아웃사이드, 협력회사 상생펀드 등 상생 활동과 청소년 교육 사회공헌 활동을 펼치고 있다.

▲ 이준희 UNIST(울산과학기술원) 에너지 및 화학공학부 교수

▲ 연구팀이 제시한 단일 원자에 데이터를 저장하는 메모리(오른쪽)와 수천 개의 원자 집단인 도메인을 사용해 데이터를 저장하는 메모리 비교(왼쪽) 기존 메모리는 원자간 탄성 작용으로 수십 나노미터 크기의 도메인을 이용해 1비트를 저장하지만, 연구팀이 제시한 현상을 활용하면 전압을 걸 때 원자 간 탄성 작용이 소멸돼 개별 원자에 데이터 저장이 가능하다.

▲ 연구팀이 제시한 단일 원자에 데이터를 저장하는 메모리(위)와 수천 개의 원자 집단인 도메인을 사용해 데이터를 저장하는 메모리 비교(아래) 기존 메모리는 원자간 탄성 작용으로 수십 나노미터 크기의 도메인을 이용해 1비트를 저장하지만, 연구팀이 제시한 현상을 활용하면 전압을 걸 때 원자 간 탄성 작용이 소멸돼 개별 원자에 데이터 저장이 가능하다.

삼성전자 종합기술원이 ‘꿈의 신소재’인 그래핀을 활용하여 새로운 트랜지스터 구조를 개발했습니다.


새로운 트랜지스터 구조 개발로 미래 트랜지스터 개발 가능성 높여

꿈의 신소재 그래핀을 활용한 새로운 트랜지스터 구조* 개발로 기존 실리콘의 한계를 극복하고 미래 트랜지스터 개발 가능성을 한 단계 높인 것으로 평가되는데요. 세계적 권위의 학술지인 사이언스지 온라인판에 미국 현지 시간 17일자로 게재됐습니다. 

반도체에는 실리콘(Si) 소재의 트랜지스터가 수십억 개씩 들어 있으며 반도체 성능을 높이려면 트랜지스터의 크기를 줄여 전자의 이동 거리를 좁히거나 전자의 이동도가 더 높은 소재를 사용해 전자가 빠르게 움직이게 해야 하는데요. 

이에 따라 높은 전자 이동도를 갖고 있는 그래핀은 실리콘을 대체할 물질로 각광받아 왔으나 그래핀이 금속성을 지니고 있어 전류를 차단할 수 없다는 점이 문제점으로 지적되어 왔습니다. 

트랜지스터에서는 전류의 흐름과 차단으로 디지털 신호인 ‘0과 1’을 나타내므로 그래핀을 실리콘 대신 사용하기 위해서는 반도체화 하는 과정을 거쳐야만 하지만 이 과정에서 그래핀의 이동도가 급감하므로 그래핀 트랜지스터에 대한 회의적인 시각이 많았습니다.

 
이번에 삼성전자 종합기술원은 새로운 동작원리를 적용하여 그래핀 자체를 변화시키지 않으면서 전류를 차단할 수 있는 소자를 개발했는데요. 즉, 그래핀과 실리콘을 접합하여 쇼트키 장벽(Schottky Barrier)**을 만들고 이 장벽의 높이를 조절하는 방법으로 전류를 켜고 끌 수 있게 한 것입니다.

스마트폰과 소셜네트워크서비스(SNS) 사용자가 급증하면서 온라인을 이용한 다양한 마케팅 활동에 대해 기업들의 관심도가 점점 높아지고 있습니다. 소비자와 온라인 마케터 즉, 기업과 개인의 '소통'을 위한 노력이 진행되고 있는 것이죠. 지난 10월 26일, 검색광고 업체 오버추어코리아가 주최하는 '당신의 새로운 디지털 플레이북 – 사이언스, 아트, 스케일(Your New Digital Playbook – SCIENCE + ART + SCALE)'의 'Online Marketing Summit 2010'(이하 OMS2010) 이 지금과 같은 대세에 맞춰 기업들이 어떻게 발전해 나아가고 있는지를 알아보는 시간을 갖고자 개최되었습니다. 올해로 8회째를 맞이하는 국내 최고 권위의 온라인 마케팅 컨퍼런스이며 2003년부터 매해 한 차례씩 개최되고 있습니다. 새로운 온라인 광고 접근방식이 어떻게 기업들의 온라인 마케팅 전략에 더 큰 성공을 가져다 줄 수 있는지에 대해 알아 볼 수 있는 유익한 시간을 여러분께 전달 드리도록 하겠습니다.

'OMS2010'은 국내의 온라인 마케팅 시장의 트렌드를 살펴보고 새로운 패러다임을 제시하는 행사로 그 성과와 가치를 인정받아 최근 대만과 홍콩 등 아시아의 전역으로 확산 되어 지고 있습니다. 국제적인 행사인 만큼 행사장을 찾은 저희 스토리텔러는 시작부터 행사가 끝나기까지 긴장을 멈출 수가 없었습니다.

오버추어코리아 김대선 대표이사의 환영사를 시작으로 본격적인 행사가 시작되었습니다. 이어 로즈짜오(Rose Tsou) 야후! 아시아 지역 총괄 사장의 축사와샤시 세스(Shashi Seth) 야후! 검색 총괄 수석 부사장의 발표가 진행되었습니다. 참가자의 열기 또한 대단했습니다. 무려 1,251명이 방문했던 작년보다 더 많은 분들이 자리를 빛내 주셨기 때문이죠. 그만큼 온라인 마케팅에 대한 열의와 관심도가 급상승하고 있다는 점을 확연히 보여주는 광경이었습니다. 

컨퍼런스와 함께 진행된 '온라인마케팅서밋 어워즈', 올해 4회를 맞이하는 어워즈로 국내 온라인 마케팅 부분에서 주목 받는 중요한 시상식입니다. 참신한 온라인 마케팅 활동을 펼쳐온 광고주와 대행사 및 파트너사를 대상으로 다양한 온라인 마케팅 시장 발전 기여 활동에 일조하여 우수활동을 펼친 대상자들을 시상하는 행사입니다. 시상식 중 올해 처음으로 도입된 '에이전시 슈퍼스타 페스티벌'은 국내 온라인 광고 전문가분들 중 가장 우수한 성과를 보인 전문가를 선택하여 시상하는 행사로 이목을 받았습니다.  

오후에 진행된 '사이언스(SCIENCE), 아트(ART), 스케일(SCALE)' 발표를 통해 야후코리아 김대선 대표이사님께서는 "야후는 어떤 디바이스나 웹 환경에서도 광고주들의 비즈니스와 핵심 가치를 가장 적합한 소비자에게 효과적으로 전달할 수 있을 것이라고 자신합니다."라는 말씀과 함께, 이번 행사가 온라인 마케터 및 기업과 개인들에게 SAS에 기반한 온라인 마케팅 전략과 사례들을 제시함으로써 온라인 마케팅의 새로운 비전을 열어가는 뜻 깊은 자리가 되길 바란다고 거듭 강조하셨습니다. 김대선 대표이사님의 바람처럼 온라인 마케터들은 시장의 변화와 새로운 트렌드에 관한 다양한 접근법을 연구하여 지속적인 기업의 성장전략과 창의적인 혜안을 기를 수 있도록 노력해야 할 것입니다. 저희 스토리텔러도 무척 기대하고 있겠습니다. ^^ 

다음은 삼성전자 한광섭 상무님의 '온라인 커뮤니케이션 – 기업이 웹시민으로서 가져야 할 자세와 방향'이란 흥미로운 주제의 기조강연 순서입니다. 기업의 소셜커뮤니케이션 전략에 대해 설명해주셨는데요, 소셜미디어가 건전한 논의의 장으로 자리매김하여 소셜미디어 서비스에 큰 영향력을 지닌 사람들과의 원만한 소통이 이루어져야 한다고 말씀하셨습니다. 또한 그만큼 흥미로운 주제 공유가 우선이라고 하셨고요. 저희 스토리텔러도 바로 이점이 늘 고민이죠. ^^ 

온라인 채널에 대한 중요성에 대해서 자주 언급해 주셨는데요, 지금까지 온라인 채널을 개별 제품 브랜드에 관련된 마케팅 수단으로 활용하는데 힘을 기울였다면 앞으로는 기업 이미지 개선의 중요한 툴로 적극 활용할 것이라는 계획과 함께 큰 포부의 뜻을 펼쳐 주셨습니다. 

□ 삼성전자 한광섭 상무님의 기조연설 中 ㅣ 기업 이미지 개선을 위한 온라인 채널에서 가장 중요한 것은 무엇일까요? 바로 정직함입니다. 커뮤니케이션 과정에서는 한 번은 속일 수 있어도 두 번은 속일 수 없으며, 모든 것에 충분한 해명이 필요하고 또한 잘못 알려지는 것에 대해 경계를 늦추지 말아야 하는 것이죠. 최근 소셜네트워크서비스에 대해 미디어로서의 책임이 사회적인 이슈가 되고 있는 만큼 SNS가 우리사회에서 정말 중요한 키 플레이어로 자리매김하게 된 것은 분명한 사실입니다. 따라서 꼭 미디어로서뿐만 아니라 기타 서비스 등에서도 그런 책임감을 가지고 한 번쯤 재정비하여 나아갈 수 있는 단계에 접어들어야만 합니다.

기업이 온라인커뮤니케이션을 통해 웹시민으로 고객들에게 다가서고, '소셜화'되어야 하는 이유는 진솔한 소통을 열어가는 길을 만들기 위함입니다. 기업과 고객의 다양한 소통의 장을 통해 '소셜화' 즉, 진솔한 소통의 길을 여러분도 함께 걸어보시기 바라며, 저희 스토리텔러도 더욱 노력할 것이니 저희 SAMSUNG TOMORROW를 통해 진솔한 소통을 느끼고 담아가시기 바랍니다.