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  • 진행 디일렉 한주엽 대표
  • 출연 한국표준과학연구원 임경근 박사

 

-과학기술정보통신부가 추진하는 나노 및 소재기술개발사업의 주요과제 개발 책임자분들과 인터뷰를 하는 시간입니다. 오늘은 한국표준과학연구원의 임경근 교수님 모셨습니다. 안녕하십니까.

“반갑습니다.”

-한국표준과학연구원은 표준과학을 연구하는 곳입니까? 질문이 이상하네요.

“그렇죠. 표준을 처음부터 끝까지 하는 곳이라고 보면 되고요. 그럼 표준이 뭐냐고 물으실 텐데. 저희가 일상생활에 쓰는 단위에 대한 어떤 그런 기준을 잡고 있다.”

-그 단위라고 하면 어떤 킬로그램(kg), 킬로미터(km) 뭐 이런 것들이요?

“저희가 과학계에서는 SI 단위 체계라고 그러는데 무게나 아니면 길이, 시간, 광도 아니면 정기적인 특성, 이런 것들이 있는데, 가장 7가지 기본 SI 단위에서부터 파생된 것들을 일상생활에 많이 씁니다. 그러니까 킬로그램 같은 경우에는 그대로 쓰고 있는 거고 만약에 속도 같은 경우는 거리랑 시간 두 개 개념이 다 있는 거겠죠. 그런 식으로 마치 기본 원석에 해당하는 7개가 있고 거기서 파생된 단위들이 있는데 거기에 대한 우리가 기준을 잡아주고 있다.”

-세계적으로도 그런 단위에 대한 기준이나 표준 같은 게 있죠?

“맞습니다. 각 나라마다 법령으로 대표기관 하나만 할 수 있도록 지정이 돼 있습니다. 왜냐하면 대표기관이 두 개면 기준이 서로 흔들릴 테니까요.”

-그거를 지금 한국 같은 경우는 한국표준과학연구원에서 그걸 하시는 건가요?

“대표기관이고 미국에도 한 개 일본에도 한 개. 여러 개가 아니고 하나씩 있고 그 기관들이 매년 또는 분기마다 모여서 서로 간에 비교를 합니다.”

-어떤 비교를 합니까?

“예를 들어서 어떤 알려지지 않은 미지의 소재나 재료를 서로 공유를 하고 그다음에 “측정을 해와 ”이렇게 한 다음에 그 결과 값을 비교해서 평균을 내는 거죠. 근데 모 국가에서는 값이 튀었다. “너네는 좀 잘 못하는 것 같으니까 좀 쉬렴” 이래서 빠지고요. 이런 식으로 실제로 모 국가에서는 몇 년 전에 문제가 돼서 탈락하기도 하고요.”

-그래요? 미국은 왜 근데 마일(Mile), 피트(ft) 이런 거 왜 그렇게 쓰는 거에요?

“저도 불만이 많은데요.”

-그래요? 난 너무 복잡하던데요.

“미국 내에서도 개선하려고 하는 운동이 꽤 많았다고, 여러 차례 시도가 있었는데 이미 타성에 젖어서 안 되는 부분도 있고 또 그거를 문제가 된다는 걸 알고 있는데. 자기들이 기준이지 않냐 이런 생각도 좀 있는 것 같고요.”

-큰 나라니까 하여튼 야드(yd)나 미터(m) 뭐 이러면 약간.

“심지어 그것 때문에 화성으로 보냈던 로켓이 터졌었는데 그것 때문에 터졌거든요. 무게 단위를 저희는 킬로그램(kg)을 쓰는데 또 다른 데는 파운드(lb) 이런 걸 쓰니, 그 두 개의 단위를 헷갈려서 그게 이제 결국 어느 정도 중력 가속도랑 이렇게 맞은 지점에서 위성이 돌아야 되는데 만약에 속도가 빠르면 밖으로 튕겨 나갈 테고 속도가 느리면 중력에 사로 잡혀가지고 밑으로 처박힐 텐데, 처박힌 거죠. 그 무게 계산을 잘못해서 그래서 한 몇조가 날아갔죠.”

-서로 다른 걸 보고 얘기를 해서 그런 거였군요.

“단위가 그래서 중요합니다.”

-교수님은 나노계측과학 이렇게 돼 있네요.

“제가 직함이 한 3개가 되는데요. 가장 먼저는 표준과학연구원에서 책임연구원을 하고 있고 그다음에 UST(과학기술연합대학원대학교)라고 연구원 내에서 또 대학원이 있는데 거기서 부교수를 맡고 있고 또 하나는 연세대에서 겸임 교수를 맡고 있습니다.”

-그렇군요. 이번에 과제 하는 제안요청서(RFP) 명을 보니까 유연 초고속 무선 광통신용 유기 반도체 소자 기술을 개발한다는 건데 어떤 건지 소개를 좀 해 주시겠습니까?

“이름이 일단 가늠이 좀 되시나요?”

-유연하고 초고속이면서 무선이어야 되고. 광통신은 그걸 써야 되니까 그걸 한 것 같고 유기 반도체도 소자 기술. 어렵네요.

“거의 그 부분을 다 파악하신 것 같아요. 유연해야 하는 특성, 그다음에 빠르게 통신해야 된다는 특성, 그 방법을 뭐로 할 거냐 봤을 때 광통신을 쓸 거라는 거 그다음에 소재는 뭐로 할 거냐 봤을 때 유기 반도체를 쓸 거라는 게 그게 들어가다 보니 이름이 죄송하게도 복잡하게.”

-대부분 과제명이 길더라고요. 그나마 좀 짧은 편입니다. 두 줄은 됐는데 이건 한 줄 정도니까.

“이름 회의만 저희가 좀 길게 했던 것 같아요. 어떻게 하면 짧고 강렬하게 보일까.”

-그렇군요. 이게 왜 필요한 겁니까?

“조금 말씀이 길어질 것 같은데. 반도체 소자를 쓰는 분야가 많지 않습니까, 거기에 대부분 다 무기 반도체 소재인 실리콘이라든지. 이런 것들이 삼성이나 아니면 다른 해외 반도체 업체들도 대부분 다 무기물로 만들고 있습니다. 그런데 단점이 그 소재 자체가 딱딱하다 보니까 플렉서블 하거나 스트레처블 한 곳에 응용을 할 수가 없다는 단점이 있어요. 그래서 한 30-40년 전부터 과학자들이 이런 실험실에서 합성 가능한 유기물로 반도체 소재를 만들어보자.”

-기판 소재를 말씀하시는 거예요?

“아뇨 반도체 소재니까 실제로 전기를 이동하고 빚을 내고 이런 소재가 되겠죠. 그래서 합성을 해서 이제 그런 무기물 소재 같은 경우에는 광물을 캐서 만들어야 된다는 단점이 있는 반면에 유기물 소재는 실험실에서 이렇게 원하는 대로, 이렇게 레고 하듯이 소재를 합성을 해서 만들면 원하는 물성을 저희가 만들 수가 있고 또 그게 아까 말씀드린 대로, 가장 대표적인 이름이 플라스틱입니다. 유기 소재라고 하면 우리가 알려진 거는 플라스틱 그래서 전기가 통하는 플라스틱이라고 보시면 될 것 같은데요. 그러다 보니까 플라스틱에 우리가 상상하는 물성을 다 가지고 있습니다. 사출해서 성형을 할 수도 있고 그다음에 또 말랑말랑하게 만들 수도 있고 색깔을 넣을 수도 있고 이런 것들이 다 특성을 가지고 있습니다. 근데 그렇게 계획대로 다 됐으면 해피 했을 것 같은데 문제는 무기물에 비하면 성능이 낮았던 거죠.”

-성능이 낮았다.

“성능이 낮아서 상용화하는 단계까지 가는 데 대부분 실패했습니다.”

-거기서 말하는 성능이라는 건 어떤 겁니까? 전자의 이동도라든지

“맞습니다. 만약에 반도체 소자의 종류에 따라 다를 것 같은데요. 이게 만약에 메모리다 그러면 메모리 능력이 될 것 같고요. 만약에 빛을 내는 광소자다 그러면 빚을 얼마나 효율적으로 잘 내냐가 될 것 같고 거의 모든 곳에는 다 반도체 소재가 들어가는데. 그 모든 곳에 다 실패하다가 유일하게 한 군데는 성공을 했어요. 그게 이제 우리가 알고 있는 OLED(유기발광다이오드).”

-OLED(유기발광다이오드).

“OLED는 지금 삼성전자 갤럭시 스마트폰에 들어가는 디스플레이는 다 유기물 발광체를 쓰고 있습니다.”

-애플도 그렇죠.

“애플도 바뀌었죠. 자체 발광을 한다는 점에서 이렇게 색순도도 좋고 이런 장점이 더 있기 때문에 살아남을 수가 있었고. 나머지 소자들에서의 유기 반도체는 사실 상용화가 다 실패했습니다. 연구는 계속되고 있습니다만 그게 가장 큰 게 아까 성능이 부족했기 때문이 되겠고요. 이 과제는 그런 부분에서 출발했습니다. 상용화를 하려고 하니까 부족한 성능이 뭐였을까 그럼 그걸 어떻게 극복할 것인가가 첫 번째 단추가 되었습니다.”

-유연해야 된다는 것은 말씀하신 대로 다양한 폼팩터에 이제 활용이 될 수 있는 것이고 초고속에 대해서 이게 단어별로 제가 끊어서 여쭤볼께요. 초고속이라고 하면 어느 정도의 초고속을 얘기하는 겁니까?

“제가 그 수치를 좀 정확하게 말씀드리고 싶은데 이게 좀 변경될 여지가 있어서 제가 한번 설명을 해드리자면 저희가 마지막에 폼팩터라고 보여드릴 부분이 광통신입니다.”

-광통신.

“광통신인데 광을 저희가 단파장으로 치자면 파장대별로 다른 통신을 하고 있습니다. 그래서 이게 선형적으로 증가할 수가 있습니다. 만약에 한 색깔만 가지고 통신하면 그 기본 특성 하나만 가지고 있을 텐데. RGB 3개가 되면 곱하기 3이 되는 거죠. 근데 그게 우리가 쓸 수 있는 대역대가 꽤 넓습니다. 지금은 특정한 통신 사업에서 대역대를 사서 쓰고 있지만, 또 쓰고 있지 않은 대역대가 굉장히 많습니다. 그쪽을 저희가 이렇게 파장대별로 이용하게 되면 그 개수에 비례해서 저희가 각각의 다른 병행된 통신을 할 수 있게 됩니다.”

-그럼 주파수를 어떤 걸 붙이느냐에 따라서 1차선이 될 수도 있고 8차선이 될 수도 있고.

“맞습니다.”

-그러니까 속도를 그렇게 얘기하기는 쉽지 않겠네요.

“쉽지 않습니다. 근데 단일한 거에서는 저희가 그런 기존의 유기물로 낼 수 있던 속도는 훨씬 뛰어넘었기 때문에 이거를 저희가 선형적으로 얼마나 붙일 수 있느냐에 따라서 이게 1초에 영화를 한 편 다운로드 받느냐 아니면 뭐 아니면 뭐 더 여러 편의 다운로드 받냐 그게 이 결정이 되게 됩니다.”

-광통신용 유연 초고속 무선 광통신용 유기 반도체라고 그러면 유기물은 어떤 종류의 유기물을 써야됩니까?

“아까 말씀드린 대로 광통신을 하려고 하다 보니까 필요한 소재들이 뭘까를 일단 보면 통신이라고 하는 거는 일단 어떤 신호를 보내고 안 보내고 on/off 스위칭을 해야 된다는 특징이 필요하고 그다음에 광통신이기 때문에 on이 됐을 때는 빛이 나가야 된다. 그래서 저희가 생각해보면 두 가지 종류의 소재가 필요합니다. 하나는 on/off 스위치를 할 수 있는 반도체 두 번째는 빛을 내는 또는 빛을 받아들여서 신호를 받아들일 수 있는 반도체. 광반도체가 되겠죠. 두 종류가 필요한데. 두 개 다 저희가 이런 유기물 소재를 쓰는 거고요. 첫 번째로 아까 스위칭할 수 있는 소재는 우리 잘 알고 있는 p-type, n-type 이런 식으로 돼서 전자나 또는 홀을 이동시킬 수 있는 그런 반도체 소재가 될 테고. 두 번째 광 소재 같은 경우는 약간 전자나 홀을 받아들여서 빛을 내면 발광. 즉 그거는 이제 신호를 보내는 그런 소재가 될 테고 빚을 받아들여서 전자나 홀을 내는 그런 소재 같은 경우는 흡강 수강이 돼서 그거는 신호를 받아들이는 그런 소재가 될 겁니다.”

-그러면 이게 소재 기술이 만약에 개발이 됐다고 하면 최종적으로 우리가 눈으로 볼 수 있는 어딘가에 들어가게 되는 겁니까?

“되게 좋은 질문이신 것 같은데 결국 이 레고 조각들을 다 모아서 어떻게 우리가 쓸 건지를 보면 아까 말씀한 대로 소자 자체는 유기물로 이루어져 있어서 자체적으로 유연한 특성을 가지고 있습니다. 스트레처블하고 플렉서블한 특성이 있다는 게 첫 번째 저희가 가지고 있는 장점이 되겠죠. 두 번째는 그게 유기물 소자 중에서 저희가 가지고 있는 특성이 그거를 이제 기존에는 소자를 만들 때 이렇게 평행하게 수평하게 만들었었는데요. 그러다보니까 아까 상용화 실패했다고 말씀드렸던 게 큰 원인이 여기 있다고 저는 생각하고 있습니다. 뭐냐하면 아마 잘 아실 텐데 반도체 메모리 기업에서도 어떤 특정한 제네레이션이 올라가면서 게이트나 아니면 소스, 드레인의 아키텍처를 바꾸면서 한 단계 퀀텀 점프를 하게 됩니다. 그래서 들어보셨을 텐데 핀펫(FinFet)이라든지 게이트올어라운드(GAA)라든지 이런 것들이 소재를 바꾼 게 아니라 그건 아키텍처를 바꿔서 구조를 바꿔서 거기서 더 빠르게 또는 더 지엽적으로 되도록 하는 걸 바꿨는데. 저희가 하는 어프로치도 빠르고 그런 방향입니다. 아까 말씀드린 첫 번째 소재와 두 번째 소재 말씀드렸는데 첫 번째를 on/off 스위칭을 잘 할 수 있는 쪽에서는 저희가 소재를 개발하지 않고 이미 만들어진 소재를 구입해서 쓰는 거고요 아키텍처를 바꾸고 있습니다. 그걸 어떻게 바꾸냐 그럼 이제 수직 방향으로. 그래서 기존에는 두 양전극이 이렇게 수평하게 있었기 때문에 이거를 미세패턴을 하기 위해서 많은 공정이 들어가죠. 비싼 공정이 들어가고 그런데 문제는 유기물 반도체를 쓰다 보니까 이걸 우리가 알고 있는 그런 초격차로 만들 수가 없습니다. 유기물 자체가 좀 어떤 그런 산(酸, acid)이나 아니면 화학물질의 데미지를 받기 때문에 그렇게 미세공정을 할 수가 없다는 단점이 있습니다. 저희가 생각한 거는 그러면 그 두 전극을 평행하게 수평하게 두는 게 아니라 수직으로 이렇게 만들면 전자 홀의 흐름을 수직하게 제어하게 되니까 아주 그 영역을 좁게 만들 수가 있고 거의 그냥 반도체의 두께만으로 이게 우리가 흔히 말하는 채널, 전자나 홀이 다니는 길목의 길이를 정의할 수가 있습니다. 기존에는 이렇게 마이크로미터 사이즈였다면 지금은 수 나노미터까지도 줄일 수가 있고 또 그러다 보니 이게 줄어들게 돼서 속도가 증가하고. 또 하나의 저희가 그런 추가적인 특성을 더 발견했던 것은 수직으로 하다 보니까 쌓을 수가 있게 된 거죠. 1단·2단·3단 이런 식으로 그러다 보니까 그 무기물 반도체의 성장 과정을 거의 저희가 지금 이제 유기물로서 쫓아가고 있다고 생각을 하시면 됩니다. 직접적이고 더 빠르고 그런 걸 저희가 유기 소재를 이용해서 할 수 있다라는 거를 단초를 저희가 발견해서 보고를 했고. 최종적으로 이 과제에서는 그 스위칭 소자를 이용해서 발광하고 흡광을 해서 빠르고 집약적으로 저희가 이렇게 통신을 하겠다. 이게 주요한 저희의 공약이 되겠습니다.”

-그래서 최종 제품에는 어떤 데 들어가죠?

“제가 말씀을 안 드렸네요. 그러다 보니 아까 무기물 소재가 드는 곳을 저희가 대체하는 게 목적입니다. 그러다 보니까 아까 말한 유기물 소재는 플렉서블하고 스트레처블하다 말씀드렸기 때문에 인체에 부착이 가능하고 또 대면적으로 만들 수가 있습니다. 그래서 저희가 그런 신체의 모바일 유비쿼터스 장비라든지 그런 거에 신체에 피부에 붙일 수 있는 기술들로 많이 개발이 돼 있습니다. 그래서 피부가 움직임에 따라서 어떤 모션도 저희가 읽어드릴 수가 있고요. 그래서 피부에 부착 또는 장기에 부착하는 목적으로.”

-장기요?

“예를 들어서 그런 기술도 있는데 망막의 콘택트렌즈에 저희가 원하는 기술을 넣어서 인체 신호를 받아들이고 그거를 사실 통신을 해야 되잖아요.”

-어딘가로 데이터를 보내야겠죠.

“근데 그걸 전선을 연결할 수는 없고요. 그러면 이제 저희가 눈에는 보이지 않지만 그런 인프라레드(적외선)나 아니면 다른 쪽에 있는 파장을 이용해서 송수신을 할 수 있는, 그럼 여기에 인체 정보를 저희는 볼 수는 없지만 계속 그런 어떤 메인 서버와 계속 주고받을 수 있는 그런 쪽으로 저희가 피부에 부착할 수 있다는 게 장점이 될 테고. 또 하나는 아까 말씀드린 이 소재 자체가 실험실에서 합성이 가능하기 때문에 대면적으로 만들 수가 있습니다. 대량 생산이 가능한 거죠. 그렇기 때문에 저희가 다양한 곳에 지금은 저희가 와이파이라고 부르는 장비가 하나의 방 안에 하나가 있지 않습니까. 빛을 이용한 이런 통신이게 되면 여기 지금 천장에도 전구가 한 10~20개가 있는데. 이 자체를 모두 다 광송신 수신 장치로 아주 손쉽게 바꿀 수 있습니다. 지금 거의 교체 없이 일단 송신 기능은 바로 만들 수 있거든요. 모듈레이션하게 만들면 저희가 눈에는 보이지 않지만 이게 미세하게 on/off를 하게 만들 수 있습니다. 그러면 이거 자체가 빛 신호를 송신하는 장비가 되겠죠. 저희가 만든 것들을 다양하게 많이 만들어서 대면적이니까 여러 가지 많이 만들어서 신체도 부착하고 장비도 부착하고 하게 되면 아주 다양한 저희 제품들 저희가 쓰는, 아니면 어떤 위치에서 정보 · 가스 · 센서 아니면 모션 캡처 이런 것들을 저희가 실시간으로 이런 빛으로 보이지 않는 무선으로 이렇게 통신을 하게 될 수 있는 거죠.”

-근데 우리가 이제 유연하다는 거에 방점을 찍는다고 하면 그걸 구현하기 위해서 이제 유기 반도체를 만든다는 거잖아요. 그러니까 이런 고정돼 있는 이런 데는, 굳이 여기 아까 말씀하신 이런 데는 그냥 무기 반도체 달아도 되지 않나요?

“맞습니다. 아까 말씀 유기 반도체는 플렉서블한 특성이 더 활용성이 높기 때문에 아까 말씀드린 대로 인체 부착형으로는 제일 좋은 점이 있고. 대면적으로 만들 수 있다.”

-대면적으로 만들 수 있다.

“대량 생산할 수 있다는 점에서는 그 부분에서는 아까 여러 군데 이렇게 저희가 좀 싼 값에 지금 실제로 그런 도서관이나 아니면 물건을 사러 가면 거기에 RFID 태그가 있잖아요. 근데 그게 초창기만 해도 되게 비쌌습니다. 그래서 비싼 물건에만 그게 RFID 태그가 있고 싼 물건에는 없었거든요. 요즘에는 아주 저렴한 물건에도 그것들이 하나씩 다 달려 있고 옛날에는 그분들이 비싸니까 회수를 해갔어요. 근데 이런 식으로 단가를 낮추는 목적에서는 유기 반도체가 아주 유력하죠.”

-유기 반도체 그러니까 대면적으로 만들 수 있다와 유연한 것들 두 가지인데 그러면 초고속이나 전력 면에서는 기존의 무기 반도체하고 비교 했을 때는 어떻습니까?

“좋은 질문이신 것 같습니다. 전략 면에서 보면 무기 반도체가 아까 성능은 뛰어나다고 말씀드렸는데 이게 그런 예를 들어서 OLED 같은 경우에는 무기 반도체를 썼을 때보다 유기 반도체가 자체적으로 발광을 하는 게 있기 때문에. 백플레인이 필요가 없어서 또 그 자체적으로 전력 효율이 상승하는 효과가 있었기도 했고요. 저희가 하나를 아까 추가로 말씀드린 게 수직 구조를 하게 되면 소재 융합을 할 수 있다고 말씀드렸는데요. 아까 성능이 뛰어나다는 점이 첫 번째고 두 번째는 융합을 할 수 있다. 융합이 무슨 뜻이냐면 아까 스위칭을 하는 기능에다가 발광 또는 흡광하는 소재를 같이 동시에 만들 수가 있게 되는 거죠. 그래서 보통 우리 OLED라고 하면 Organic Light Emitting Diode를 말합니다. LED라고 하면 다이오드는 두 전극이 마주 보고 있는 걸 말하는데요 저희가 개발한 거는 Light Emitting Transistor. LET라고 합니다. 그래서 중간에 스위칭 역할을 하는 게이트가 있기 때문에 그 자체로 on/off가 가능하면서 발광도 할 수 있어서 거기서 필요한, 좀 더 전문적인 얘기기는 합니다만 OLED를 이용하려면 그거를 구동시키기 위한 트랜지스터가 따로 필요하거든요.”

-밑에 TFT가 붙죠.

“그 부분에서 항상 on이 되는 드라이빙TFT도 있고 또 TFT가 두 종류가 붙습니다. 그러다 보니까 항상 거기서 누설되는 전력이 있는 거죠. 저희는 그 자체로 on/off를 할 수 있는 광 트랜지스터이기 때문에 그런 누설되는 전력이 매우 줄어들 것으로 예상이 됩니다.”

-그렇군요. 속도에 대한 것은 아까 주파수에 따라서 대역을 여러 개를 붙이면 속도가 더 빨라질 수도 있고 그렇게 했는데. 근데 지금 무기 반도체로도 동일하다고 하면 무기하고 비교했을 때는 어떻습니까?

“무기하고 비교했을 때는 아직 예를 들어서 지금 저희가 5G 이런 얘기를 하잖아요. 이제 6G가 개발되고 있고 그런 쪽으로 봤을 때는 수 GHz를 저희가 보통 말하죠.”

-28GHz 뭐 이런 대역.

“근데 유기물에서는 헤르츠(Hz) 그걸로 봤을 때는 기존에는 엄청 말도 안 되게 낮았습니다. 헤르츠(Hz)라는 건 결국 1초당 몇 번 on/off를 할 수 있냐가 되겠죠. 결국 그게 신호를 전달할 수 있는 양이 되겠죠. 초당 보낼 수 있는 신호수가 되니까요. 그게 결국에는 통신의 속도가 되겠죠. 저희가 아까 개발했던 수직 구조의 트랜지스터, 유기 트랜지스터는 기존에 보고됐던 모든 유기 반도체 소자들 중에서 가장 높은 on/off 그런 프리퀀시를 가지고 있습니다. 지금 보고된 거는 논문에서는 40메가헤르츠(MHz), 비공식적으로 개발된 건 100메가헤르츠(MHz) 그러니까 0.1GHz가 되겠죠. 좀 더 그 부분이 개발되면 그거 자체가 기가헤르츠(GHz) 영역대로 가면 아까 붙이는 개수가 증가하게 되면 그런 무기물 쪽에서의 통신 속도와 유사하지 않을까 생각하고 있습니다.”

-지금 LTE 쓰고 있는 그거는 대역폭당 한 20메가헤르츠(MHz) 정도 되는데 붙이면 더 빨라지고 그런 거죠?

“그렇죠. 그쪽도 그렇게 생각할 수 있고요. 저희가 무기물에서는 그런 아까 말씀드린 플렉서블한 물성들을 유지하면서 이렇게 아까 보고했던 40메가헤르츠(MHz) 정도는 거의 월드베스트 급이기 때문에 그 부분에 대해서는 아직 좀 연구를 더 할 부분이 남아 있고.”

-현재 그럼 지금 교수님 쪽에서는 한 어느 정도 생각하시는 거예요?

“on/off 스위치 면에서는 그렇습니다.”

-그것보다는 하여튼 더 지금 높다라는 겁니까?

“아니요. 거기다가 또 광 특성을 붙이게 되면 상대적으로 줄 수가 있는 게 또 광을 내는 쪽에서는 또 딜레이 타임이 약간 존재를 하게 되거든요. 그렇기 위해서 저희가 지금 협업을 하고 있는데 저는 아까 말씀드린 수직 구조 트랜지스터를 개발하는 쪽을 맡고 있고 그다음에 카이스트 조힘찬 교수님 같은 경우는 발광 소재 쪽으로 그다음에 또 한국화학연구원의 신원석 박사님 팀에서는 흡광 소재로 하고 계시고요. 흡광과 발광이 기존에 많이 연구되고 있는 분야인데 수직 구조용으로 저희가 필요한 물성이 따로 있기 때문에 개발을 하고 있습니다.”

-말씀하신 수직 구조는 지금 교수님 계신 팀에서 처음 발견하신 겁니까?

“그렇지 않습니다. 최초로 개발된 건 한 10년도 넘은 것 같고요. 그런데 그동안의 물성에 대해서 여러 가지 진전이 없었던 것도 있고 그다음에 구조가 굉장히 다양하게 많이 전국 시대처럼 “이 구조가 최고야”. “저 구조가 최고야” 이렇게 해서.”

-평면도 했다가 위로도 올리고 대각선으로 올리고.

“또 장단점이 다르다 보니까 어떤 과학자들은 아주 잘 만들었는데 그 소자를 만들려고 하면 개발비가 엄청 들고 값비싼 장비를 해야 갈 수 있는 거 그런 건 장단점이 달랐는데. 제가 하고 있는 거는 그중에서 크게 세 가지 정도 타입을 개발하고 있습니다. 그중에 첫 번째가 투과적인 게이트, 투과가 가능한. 전자가 이렇게 보통 한 층을 왔다갔다만 하는데 그 중간에 게이트를 두는데 게이트가 전자를 투과시킬 수 있는 특징이 있습니다. 그래서 on일 때는 잘 투과시키고 off일 때는 투과를 안 시키고 그러니까 그 중간에 있는 스위칭 역할을 중간에서 정말 딱 잡아주고 있다. 그래서 on/off ratio라고 부르는 보통 이렇게 점멸비라고 부르는데요. 그런 것들이 훌륭하고 그다음에 누설전류(leakage current)가 매우 작다는 장점이 있습니다.”

-이거 지금 과제 기간이 5년입니까?

“5년입니다.”

-지금 아까 말씀하신 카이스트 조힘찬 박사님 또 화학학연구원의 신원석 박사님들하고 같이 하시는 거고. 이건 과제비가 얼마나?

“이게 경쟁형이라고 돼 있는데요.”

-경쟁형이군요.

“데스매치를 한번 해야 됩니다.”

-그게 2년 뒤에 있습니까?

“2년 뒤에 있습니다.”

-2년 뒤에 지금.

“길로틴 매치를 해야됩니다.”

-표준과학이 동일 과제로 하는 거죠.

“동일 과제 제안요청서(RFP)인데 과제 내용은 조금씩 다르죠.”

-그러니까 그분들이 구현하는 방법이 있을 테고 교수님 쪽에서 구현하는 방법이 있을 테고 2년 뒤에 평가를 해서 한쪽은 떨어뜨리고 한쪽이 이제 계속 과제를 하시고.

“3년을 더 하시고.”

-그렇군요.

“다 하게 된다면 이제 40억원이 되고요 중간에 떨어지면 10억원입니다.”

-그렇습니까? 세계적으로 이런 유기 반도체 기술에 대한 진척도는 어느 정도까지 와 있습니까? 저는 사실은 이게 상용화는 지금 안 돼 있죠?

“그렇습니다. 아까 말씀 OLED를 유일하게 상용화에 성공한 거고 나머지 부분은 계속 활발하게 연구가 돼 있습니다.”

-근데 OLED 같은 경우도 엄밀하게 얘기하면 우리가 유기 반도체라고 불러도 되는 것인가. 어쨌든 기판은 또 무기 반도체인데.

“그렇죠. 그러니까 아까 말씀대로 스위칭하는 파트, 그다음에 발광하는 파트 아니면 전기를 전달하는 파트 모든 부분이 많다 보니까.”

-다 섞어서.

“메모리를 담당하는 파트 이런 게 다 다르다 보니까. 전원이나 이런 거는 대체 가능한 부분이 있고 아닌 부분이 있는데 OLED는 딱 유일하게 발광하는 쪽.”

-발광 쪽만.

“그다음에 전기를 거기로 수송하게 하는 몇 가지 부가적인 층이 있는데. 그런 것들을 유기물로 했다는 건데. 아까 말씀드린 대로 플렉서블하고 스트레처블 한 장점이 유기물 자체가 있긴 하지만 그 목적으로 개발된 건 아니고요. 기존에는 OLED라 하면 백플레인(Backplane)이 있고 거기서 발광을 맡고 있는 주체가 따로 있고 색을 또 나타내는 주체제가 따로 있었는데. 그거를 OLED는 한 번에 한 거죠. 그러다 보니까 저희의 캐치프레이즈 보면 자체 발광. RGB가 각각의 빛을 내는 특성을 가지고 있는 게 OLED의 장점이라고 볼 수 있고 양자점도 그렇게 설명할 수가 있고.”

-말하자면 양자점은 또 무기물이니까 또 하는 거고 그러니까 지금 OLED로 예를 들면 어쨌든 밑에 TFT 기판이 있긴 하지만 좀 위에는 이제 유기물로 발광을 한다.

“발광하는 주체가 반도체 RGB가 됐고 기존 소재는 발광은 따로 하고 화이트 라이트가 따로 있고 그 위에 액정으로 조절을 하고.”

-컬러 필터가 있고.

“그러다 보니까 비색에서 로스가 있고 또 RGB가 그 색이 아닌 색이 되는 거죠. 우리가 원하는 색이 아니고 그러다 보면 색순도도 떨어지고 그런 점이 있었는데 지금은 그래서 OLED는 처음에 지금까지 상용화된 거는 아까 말씀드린 대로 자체 발광이 가능해서 상용화됐고 그다음에는 원래 유기물로서의 장점. 플렉서블 하다는 거를 이용해서 지금처럼 갤럭시폴드 이런 것들이 나오게 되는 거죠.”

-아니 그런데 교수님 쪽에서 하시는 거는 광도 활용하시고 아까 흡광도 하시고 빛도 내고 그 밑에 스위칭도 유기 반도체로 한다라는 점에서 조금 차이가 있다라는 거군요. 이게 시장이 유망할까요?

“시장이요.”

-아까 말씀하신 적용되는 어플리케이션 얘기를 들어보면 피부에 붙이고 웨어러블 이쪽인데. 아까 스트레처블 하고 이런 유연하다라는 특징이 디스플레이나 이런 쪽에도 좀 적용할 수 있습니까? 지금 개발하시는 기술이 잘 되면? 왜냐하면 스트레처블을 이것도 하려면 밑에 쪽도 어쨌든 그거는 지금 고정돼 있으니까 잘 안 되는 것 같습니다.

“일단 스트레처블 관련해서는 유기물 자체는 스트레처블 하지만 그걸 구동하려는 모든 파트들도 다 스트레처블 해야 되잖아요.”

-맞아요.

“그러다 보니까 상용화도 안 됐던 문제점도 있습니다. 그걸 저희가 해결하기 위해서 카이스트 스티브박 교수님이 저희 팀에 있는데 그분께서는 그런 플렉서블한 전극 패턴 그쪽으로는 아주 전문가이십니다.”

-메쉬 구조로 한다든지

“맞습니다. 메쉬 구조나 아니면 아예 직접 프린팅을 한다거나 아니면 패터닝 한다거나 해서 그 소재 자체는 사실 액체 금속을 쓰고 계신데요. 그러다 보니까 안정성도 있고 그런 것들을 또 추가를 해야 사실 최종적으로 이 소자가 플렉서블하다 말씀드릴 수 있기 때문에. 소재도 유기물을 쓰는 것과 동시에 그런 쪽으로 접근을 계속 저희가 하고 있다 말씀드릴 수 있습니다.”

-아까 제가 중간에 잠깐 질문을 드렸었는데, 제가 답을 못 얻은 것은 수평적으로 돼 있는 거 수직으로 하고. 소재는 있는 거 사 오신다고 하셨는데 그게 구체적으로 어떤 소재예요?

“저희가 지금 쓰고 있는 거는 사실 정말 평범한 소재인데 C60라고 풀러렌(Fullerene)이라는 이름을 가지고 있는데요. 대표적인 n-type 소재인데 굳이 그걸 저희가 특정을 하지 않고 아주 그냥 흔하고 다른 연구자들도 많이 쓰기 때문에. 저는 스위칭 쪽에서의 새로운 소재를 개발하지 않기 때문에.”

-구조를 바꾸시는 거니까.

“구조를 바꾸기 때문에 누구나 납득할 수 있는 소재를 쓰는 거죠. 제가 혹시 구하기 힘든 소재를 쓰면 “그것 때문에 잘 나온 거 아니야?” 이런 생각이 들겠죠. 그러니까 아주 평범하고 개발된 지 수십 년이 된 소재를 쓰고 있습니다.”

-교수님 2년 뒤에 중간평가가 있다고 하니까 2년 동안 열심히 잘하셔서 꼭 성공적으로 원하시는 바 이루시기를 기원합니다.

“말씀 감사합니다.”

-오늘 말씀해 주셔서 고맙습니다. 감사합니다.

“감사합니다.”

정리_최홍석 PD nahongsuk@thelec.kr

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