사물인터넷(IoT), 5세대(5G) 이동통신, 자율주행차 등 미래 혁신산업에서 데이터 저장과 처리 능력의 중요성은 커지고 있다. 데이터 저장과 처리에 핵심적인 역할을 하는 게 메모리 반도체다. 한국은 그동안 D램 등 메모리 반도체 시장 최강자로 군림해왔다. 그러나 최근 메모리 반도체 소자 개발은 집적도 측면에서 한계에 봉착했다. 소자를 연결하는 전선 연결에 대한 연구가 중요해지고 있다.

전자전기공학과 백록현 교수가 이끄는 미래 소자 및 회로 연구실은 최근 반도체 산업에서 필요한 기술 중 가장 상용화 가능성이 높은 최신 기술을 연구하고 있다. 연구실은 휴대폰의 AP나 PC의 CPU에 쓰이는 반도체 소자를 연구하는 ‘로직 그룹’, 실제 소자를 만들고 측정하는 ‘TSR그룹’, 솔리드스테이트드라이브(SSD)에 쓰이는 낸드 플래시 메모리 연구를 하는 ‘메모리 그룹’, 인공지능(AI) 최신 기술인 머신러닝을 반도체에 접목시켜 연구하는 ‘ML그룹’으로 이뤄져있다.

반도체 소자를 연구하는 로직그룹은 반도체의 기본인 트랜지스터에 대한 전반적인 연구를 진행한다. 수십년간 트랜지스터는 집적도를 높이고 크기를 줄이는 방향으로 발전했다. 메모리 반도체 선두 기업인 삼성전자나 대만의 TSMC가 생산하는 소자들은 5~7나노미터(10억분의 1미터) 공정 방식을 이용하고 있다.

연구실은 이같은 산업체가 생산하는 소자보다 더 작은 트랜지스터를 시뮬레이션으로 제작해 성능을 평가하고 미래 반도체 가이드라인을 제시하고 있다. 대학 내 연구실은 기업 규모의 제작 장비 등을 갖추기 어렵기 때문에 시뮬레이션 위주의 연구를 진행한다. 소자의 크기가 작아지면서 소자의 모양이 평면 구조에서 3차원 형태로 바뀌고 있는데 이같은 구조의 변화에 따른 소자 성능 변화를 연구하는 것이다.

특히 삼성전자와 SK하이닉스가 아직 상용화하지 않은 ‘나노와이어 FET’ 반도체나 ‘낸드 플래시’ 소자를 직접 기증받아 측정과 분석을 진행하고 있다. 저온에서 동작할 때 나타나는 특이 성능과 트랜지스트를 서로 연결하는 금속 라인에 대한 연구를 진행할 예정이다. 또 머신러닝을 활용한 반도체 소자 기술 개발 연구도 진행해 세계적 경쟁력을 갖춘 반도체 전문 인재 양성에 도움을 줄 것으로 기대된다.