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[기획] 1,000배속 반도체-오감 느끼는 로봇…삼성미래기술 지원과제
  • 김백상 기자 104o@daum.net
  • 승인 2019.07.11 10:05
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[데일리스포츠한국 김백상 기자] “인류가 이룩한 가장 위대한 꿈들은 모두가 한때는 불가능하다고 여겨졌던 것들이다”.

미국 교육학자이자 저술자, 연설가였던 레오 버스카글리아(Buscaglia, Leo)의 말이다. 

삼성전자는 2013년부터 불가능한 것처럼 보이는 과학기술의 실현을 목표로 삼성미래기술육성사업을 진행해 오고 있다. 그 일환으로 삼성전자는 매년 자유공모 2회, 지정테마 공모 1회를 실시해 과학자들을 지원하고 있으며, 지난 9일에 올해의 지정테마 지원과제 15개를 발표했다.

삼성미래기술육성사업의 지정테마는 반도체, 디스플레이, 로봇 등 국가 차원에서 연구가 필요한 혁신기술들을 지원하기 프로젝트다. 올해 혁신 반도체 소재와 소자?공정 기술, 차세대 디스플레이, 컨슈머 로봇 진단, 헬스케어 솔루션 등 4개 분야에서 선정한 차세대 기술 연구과제들을 살펴보자.

> 1,000배 초고속 반도체

1000배속 반도체 / 삼성전자 제공

반도체 분야에서 ‘속도와 소비전력, 용량’은 영원한 숙제라 해도 과언이 아니다. <차세대 3D Fe-NAND[1] 구현을 위한 ALD 공정 기반 강유전체 트랜지스터 개발(연구책임자 이장식 포스텍 교수>은 대표 메모리반도체인 낸드플래시의 속도를 높이고, 소비전력은 확 낮추는 프로젝트. 강유전체와 산화물반도체를 결합하는 등 소재, 공정온도, 박막공정에 각각 변화를 줘, 기존 대비 속도는 1,000배까지 높이고, 작동전압은 5V나 낮추는 걸 목표로 한다.

새로운 소재를 적용해 소비전력과 발열을 줄이는 과제도 있다. <디락 반금속 기반 초고속 저전력 비휘발성 메모리(연구책임자 박기복 유니스트 교수)>는 공상과학 영화 소재로 쓰이곤 하는 영국 이론물리학자 폴 디락(Paul Dirac)의 ‘반물질(antimatter, 反物質)‘ 개념을 응용한 흥미로운 과제다. 외부자극에 의해 도체-반도체 성질이 변하는 새로운 소재(‘디락 반금속’)를 개발해, 미량의 전류만으로 메모리 소자를 구현하는 것을 목표로 한다. 구조가 간단하고 스위칭할 때 전력도 낮기 때문에 발열 역시 떨어지게 된다.

>100단 초고층 반도체, 층층이 쌓아진 반도체 회로 

반도체 회로를 100층 이상 쌓아 올리는 걸 목표로 하는 프로젝트도 있다. 첨단 건설 현장 얘기로 들리는 이 쌓기(적층) 기술은 반도체의 저장용량과 직결된다. 제한된 면적 안에서 회로를 높이 쌓아 데이터 용량을 늘리는 기술인 것. <사방정계 HfO2 기반 강유전체 박막과 CAAC-IGZO 채널 재료를 적용한 3D V-낸드플래시 요소기술과 아키텍처 개발(연구책임자 송윤흡 한양대 교수)> 연구는 회로를 100층 이상 쌓아 기존 낸드플래시가 가진 용량의 한계를 극복하는 프로젝트다. 이를 위해 전압을 줄이는 절연체를 사용하는 등 메모리층과 채널층을 각각 새로운 소재로 대체한다.

반도체 회로를 높이 쌓아 두꺼워지면, 그 안에서 이동해야 하는 전자 속도는 느려지는 한계가 발생한다. <비(非) 단결정 이종접합 기반 저차원 전자 기체 소자 구현과 응용(연구책임자 박태주 한양대 에리카캠퍼스 교수)> 과제는 저항이 극단적으로 낮아지면 전자가 빠르게 이동하는 현상에 주목한다. 이 현상을 반도체에 적용하면 적층 한계를 극복하면서 전자의 속도와 이동성을 끌어올릴 것으로 기대된다.

반도체를 완전히 새로운 구조로 쌓는 방법도 제안됐다. <게이트 스택의 물성과 구조 변조를 이용한 비(非)전하 저장형 비휘발성 메모리 소자(연구책임자 윤태식 명지대 교수)> 과제는 기존의 전하(電荷)를 저장하는 방식이 아닌, 이온이동을 이용한 집적 방식을 도입하는 연구다. 반도체 적층에 있어 가장 큰 ‘적’은 간섭현상인데, 이 프로젝트가 성공하면 셀(Cell) 사이 간섭을 없앨 수 있어 반도체 적층의 신기원을 이룰 것으로 관심을 모은다.

>오감을 느끼는 로봇-소형·경량 로봇 구동장치

5감을 느끼는 로봇 / 삼성전자 제공

보고, 듣고, 냄새를 맡고, 맛보고, 또 느끼고…. 인간이 오감으로 사물을 인지하듯 로봇은 센서로 세상과 만난다. <로봇 피부의 분산형 오감 인지용 말초신경계 광섬유센서망 개발(연구책임자 김창석 부산대 교수)> 과제는 인간의 말초신경계를 모사한 광섬유 센서망을 실제 크기의 로봇팔에 적용해, 상용화까지 모색하는 프로젝트다. 이 센서망을 탑재한 로봇은 피부에서 아픔을 감지하는 등 다양한 감각을 자유자재로 표현할 수 있게 된다. 인간과 오감을 교류하는 ‘감각 표현 로봇’이 현실화될 수 있을지 관심을 모은다.

액추에이터(actuator)는 동력을 이용해 기계를 움직이는 구동장치다. <초소형 가변 중력보상모듈 일체형 설계를 통한 차세대 소형 액추에이터 개발(연구책임자 이기욱 중앙대 교수)> 과제는 중력 보상을 위한 스프링, 힘 증폭 매커니즘을 각각 연구해 중력보상장치와 구동기를 일체화하는 프로젝트. 실현되면 로봇, 기계장치의 소형화와 경량화, 원가 절감에 기여할 전망이다.

김백상 기자  104o@dailysportshankook.com
 

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