소장 강 태 원
연구센터 설립 배경
20C 초 발견된 양자역학의 불확정성 원리와 양자화 현상은 물리학의 급격한 발전을 가져왔을 뿐만 아니라 철학, 경제학, 사회학에 이르기까지 지대한 영향을 미치고 있다. 따라서 고도의 정보사회를 주도하고 있는 반도체 microelec- tronics에서 양자화 개념의 도입은 필연적이다.
아직도 끊임없이 발전하고 있는 반도체 기술에서 회로의 집적도가 증가하면서 기존의 반도체는 소자물리학적 관점에서 한계에 이르렀고, 소자의 신뢰성 등 여러 가지 문제가 대두되고 있다. 현재까지는 기존의 기술을 발전시켜서 해결하고 있으나, 최근에는 이미 양자역학의 영역이라고 할 수 있는 0.1 micron 이하의 크기에 접근되어 있다. 따라서 전하 양자화, 선속 양자화, 에너지 양자화 등과 같은 양자현상이 지배적임이 관찰되면서 양자 현상을 이용하는 소자 및 회로가 제시되고 있다. 예로서, 기존의 반도체 소자의 크기가 극한으로 가는 경우에 전하 charging energy가 열적 요동보다 작아지면서 동작불능상태가 될 것이다. 그러나 이것보다도 더 중요한 한계는 현재 사용되고 있는 binary bit("0" 또는 "1")을 이용한 Boolean Logic의 한계로서 물리적인 극한의 집적도가 이루어져도 상온에서 1 cm2의 chip에 구현할 수 있는 최대한계를 넘어, 인공두뇌와 같은 과학의 궁극적인 목표에 접근하기에는 근본적인 한계에 처하게 된다. 이는, "Non-binary Bit"에 근거를 두는 연산체계의 도입으로 해결될 수 있을 것으로 기대되며, 이를 뒷받침하는 반도체 재료의 개발 및 개념이 우선적으로 도입되어야 한다는 것은 의심의 여지가 없다.
중점연구 방향 및 연구개발 활동
이에 본 센터의 기본 연구목적은 기존 반도체물리의 극한을 뛰어 넘어 새로운 양자기능을 갖는 물질 및 물성을 확보하여 이로부터 신개념 양자구조 및 신기능 소자를 구현하고, 이를 이용하여 미래 정보사회의 패러다임을 바꾸는 신개념 양자컴퓨터 및 인공두뇌 개발의 바탕이 되는 중시적 물리현상, 양자물성 그리고 소자물리에 대한 연구방향을 제시하는데 그 목적이 있다. 이러한 신개념, 신기능의 양자기능 반도체를 체계적으로 연구하기 위하여는 반도체 양자구조 연구와 양자기능 신물질 연구 및 양자기능 소자물리 연구가 종합적으로 이루어져야 하며 그 주요 연구내용은 다음과 같다.
제1총괄과제: 반도체 양자구조 연구
여기서는 Spin-bit [예로서, Diluted Magnetic Semiconductor(DMS)]양자구조와 Charge-bit [예로서, Single Electron Transistor(SEM)]양자구조의 형성 기구를 밝히고, 이들 구조의 인공제어를 위한 양자효과 모델을 제시하며, 나아가 양자점 및 양자선들로 구성된 복합적 양자구조 시스템(multi-bit) 제작과 전자들과 주변환경과의 중시적 상호작용 규명을 통해 새로운 복합적 양자기능 최적구조를 창출하고자 한다.
제2총괄과제: 양자기능 신물질 연구
여기서는 Spin-bit(예로서, Ferromagnetic 물질을 이용한 MRAM 또는 유기반도체) 신물질 연구와 이들 물질을 이용한 Spin-bit 물질 양자구조를 구현하고, 신개념 Multi bit을 위한 양자구조를 연구하여 자성 및 유기-무기 혼성체를 이용한 양자기능 신개념 물질을 창출하고자 한다.
제3총괄과제: 양자기능 소자물리 연구
여기서는 Charge-bit 소자 및 Spin-bit 소자를 구현하기 위한 공정기술과 소자 물리학을 연구하고 이와 아울러 강자성체, 유기화합물, 반도체 소자들의 접합특성과 물성연구를 수행한다. 이로부터 Multi-bit 소자 제작 기술을 완성하고 양자기능 소자물리학의 실용성을 추구하고자 한다.
연구센터의 조직 및 연구시설
위와 같은 연구를 수행하기 위하여 센터의 연구에 참여하고 있는 교수는 14개 대학의 24명의 교수와 1개 출연기관에서 1명의 책임연구원이 참여하고 있으며 그 외에 센터 내에는 연구교수 6명, Post-Doc 5명, 조교 3명, 행정과장 1명, 기술직 1명, 행정직 1명 등이 근무하고 있고 이중 연구교수와 Post-Doc을 매년 증원 중에 있다.
한편 이와 같은 연구를 수행하기 위해 현재 센터에서 보유하고 있는 연구장비는 다음과 같다.
1. 에피성장장비
MBE I, MBE II, MBE III, MOCVD, RPCVD, LPE I, LPE II, LPE III, LPE IV
2. 반도체물성 분석장비
PL, PR, FTIR, DCRC, DLTS, AES, SIMS, Hall effect, SEM I, SEM II, SEM III, PICTS, TSC, AFM
3. 반도체공정장비
Clean Room(class 1000), Mask aligner, Spinner, Evaporator I, Evaporator II, Evaporator III, Evaporator IV, DI water, Clean bench
운영방침
센터의 운영방침은 원칙적으로 민주적이고 개방적으로 운영하고자 한다.
민주적인 운영을 위하여 주요 사항은 운영위원회의 의결을 거쳐 집행하며, 운영에 관한 자문을 구하기 위하여 자문위원회, 평가위원회 및 발전위원회와 같이 4개의 사업부를 두고 있다. 운영위원회에서는 센터의 기본사업과 운영에 관한 주요 정책과 주요 연구과제의 선정과 조정, 예산 및 운영에 관한 규정과 기타 운영에 관한 사항을 심의 의결한다. 자문위원회에서는 연구업무의 학술적 분야에 관한 자문과 학·연·산협동연구정책의 개발, 방향설정 등을 관련학문분야의 권위 있는 국내외 연구자들로 구성하여 자문을 구한다. 평가위원회에서는 센터의 운영전반에 대해서 평가하고, 신규, 계속 연구과제 및 연구계획서의 심사, 추천을 하며, 학·연·산협동연구 수행결과에 대한 평가와 주요사업의 진행사항을 평가하여 우수 평가를 받은 연구자와 하위 평가를 받은 연구자를 연구계획수립 때 엄격히 차별화 한다. 또한 국내외 학술상 등의 수혜자는 평가등급을 높여서 차년도 연구비를 상향조정토록 한다. 마지막으로 발전위원회에서는 센터의 중장기 발전 계획과 센터의 공간배정 및 기타 발전 사항을 심의·건의한다.
한편 개방적인 운영을 위하여 센터에서 실시하고 있는 모든 사업에 센터연구자뿐만 아니라 관심 있는 연구자 및 학생들의 참여를 자유롭게 할 예정이다. 그 첫째로 본 연구센터에서 수행되는 연구과제에 참여를 희망하는 교수 또는 연구원은 간단한 계획서를 센터에 제출하여 운영위원회에서 타당성만 인정이 되면 1년간 탐색과제를 거쳐 정식과제로 채택토록 할 예정이다. 두번째로 센터에서 수행되는 자체결과발표회, symposium, workshop, 뿐만 아니라 매주 목요일에 실시되는 seminar, 그리고 여름, 겨울방학 동안 실시되는 ① 반도체 설계교육 ② 반도체 분석교육 ③ 반도체 공정교육 등에 참여를 희망하는 사람은 언제든지 참여할 수 있도록 할 예정이다. 셋째로 본 센터에서 보유하고 있는 연구장비 사용을 희망하는 사람은 간단한 신청서 제출만으로 해당 실험장비의 사용일정을 확인후 실험에 필요한 실비만 부과하면 서비스를 제공할 예정이다. 넷째는 대학원생, Post-Doc 및 연구교수에 대한 개방이다. 본 센터의 실험장비를 이용하여 연구하고자 하는 센터관련외 기관의 대학원생에 대한 센터 실험장비 사용을 해당 장비교육을 필한 사람에게는 개방을 할 예정이다. 또한 센터 Post-Doc 과 연구교수는 각각 매년 2명씩 연차적으로 누진 채용할 예정이며(2000년 4월 현재 Post-Doc 5명, 연구교수 6명임) 대학원생 Post-Doc, 연구교수 등에게 해외 유수연구기관에서의 연구기회와 외국에서 개최되는 유수 국제학회의 참여기회를 제공할 계획이다. 다섯째로는 본 센터가 보유한 문헌 및 자료 등은 요청이 있을 때 제공하며 또한 자체결과발표회, symposium, workshop, 및 seminar 개최자료들을 모아 인터넷 홈페이지에 게시하여 필요한 사람 누구나가 download 받을 수 있도록 할 계획이다.
맺음말
본 센터에서 추구하는 반도체 양자점 arrary와 Non-binary bit을 갖는 양자기능 신물질을 결합하여 신개념, 신기능성 반도체 소자를 구현함으로써 궁극적으로는 인류의 꿈인 양자 컴퓨터 연구의 기반을 다지고 나아가서 인공두뇌 연구의 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 이와 같은 연구를 완성하기 위하여는 센터에 관련된 연구자뿐만 아니라 이 분야 관련 모든 분들의 관심이 절대적으로 필요하다. 본 센터는 여러분들의 애정 어린 조언을 기다리고 있다.