물리학 연구로 86조원 메모리 시장 미래 개척

1989년 여름 미국 코넬대에서 박사 후 연구원 생활을 마치고 모교 교수로 부임한 노태원(55) 서울대 교수(물리천문학부)는 학교에 "실험 장비를 사려면 7억~8억원은 필요하다"고 신청했다. 그러자 다른 교수들은 "그 정도 예산 마련하려면 평생 연구비를 모아야 할 것"이라고 말했다. 그해 그가 학교에서 받은 연구비는 400만원에 그쳤다.

벽에 부닥쳐 좌절 직전이던 그에게 격려한 선배가 있었다. 당시 선배 교수였던 권숙일 전 과학기술처 장관이었다. 권 교수는 그에게 차세대 메모리인 F램 연구를 권하며 "장차 한국을 먹여 살릴 중요한 연구가 될 테니 열심히 하라"고 격려했다.

노 교수는 "당시 해외에서는 F램 재료인 고체 산화물을 덩어리 상태로 연구하고 있었는데, 이를 얇은 박막(薄膜)으로 만들면 돈도 적게 들고 새로운 현상도 발견할 수 있겠다 싶었다"고 말했다. 그는 턱없이 부족한 연구비를 아끼기 위해 서울 청계천에서 중고 부품을 구해 실험 장비를 직접 만들었다.

그로부터 10년 뒤인 1999년 노 교수는 F램의 정보 손상 문제를 해결해 세상을 놀라게 했다. 청계천표 실험 장비의 승리였다. F램은 여러 번 읽고 쓰면 기억된 정보가 손상되는 '피로현상'이 발생해 상용화에 걸림돌이 됐다. 노 교수는 고체 산화물에 산소가 부족해지면 피로현상이 발생한다는 사실을 입증, 문제 해결의 단초를 제공했다. 연구 결과는 세계 최고 과학 학술지 '네이처'에 실려 지금까지 1300번 넘게 다른 논문에 인용됐다. 국내 저자의 논문으로 1000번 이상 인용 횟수는 다섯 손가락 안에 꼽힌다.

메모리반도체는 PC에 주로 쓰이는 D램과 휴대전화·디지털카메라용 플래시메모리로 나뉜다. 2015년 세계 시장 규모가 815억달러(약 86조원)로 예상되는 주요 산업이다. D램은 전원을 끄면 정보가 사라지는 단점이 있으며, 플래시메모리는 그런 문제는 없지만 처리 속도가 느리다.

반도체업계가 F램·R램 등 차세대 메모리 개발에 열을 올리는 이유가 여기에 있다. 노 교수는 2008년 F램과 더불어 차세대 반도체로 꼽히는 R램에 대한 새로운 물리적 모델을 발표했다. 삼성전자·하이닉스반도체 등 기업이 주도하던 R램 연구에 새로운 방향을 제시했다는 평가를 받았다. 차세대 메모리라는 대표적인 응용 연구에서 성과를 나타냈지만, 정작 그는 "논문의 70%는 순수 기초과학 연구"라며 "기초 연구 없이는 한국 산업의 미래도 없다"고 말했다.

"150년 전 물리학자 패러데이가 전기를 발생하는 실험에 성공했을 때 누군가 '그걸 어디에 쓰느냐'고 물었어요. 그는 '갓난아기는 무슨 쓸모가 있느냐'고 반문했습니다. 지금은 전기 없이 살 수 없는 세상이 됐어요. 반도체나 인터넷도 수십 년 전 물리학자의 순수 기초 연구에서 나와 오늘날 세상에 꼭 필요한 존재가 됐습니다."

노 교수는 올 들어 향후 10년간 매년 최고 100억원의 연구비를 받는 기초과학연구원 연구단장에 선정됐다. 연구 주제는 '복합다체계'. 말 그대로 구성 원자 간의 상호작용이 복합적이어서 기존 물리학으로 설명하기 어려운 물질로, 고온 초전도체나 차세대 메모리처럼 요즘 주목받는 신소재들이 여기에 속한다.

노 교수는 25억원짜리 초고가 연구 장비를 준비 중이다. 레이저로 고체를 기체로 만들어 원자 한 개 두께의 박막을 한 점 오염 없이 만들기 위해 우주와 같은 고진공, 청정 환경이 필요하기 때문이다. 또 해외에서 우수한 연구원들을 데려와 장비나 연구비, 보직 걱정 없이 맘껏 독창적인 연구를 하게 지원할 계획이다.

2003년 일본 이케다기념재단의 '이케다'상을 비롯해 한국과학상(2004), 국가과학자(2010), 2003년 대한민국 최고과학기술인상(2011) 등을 받았다.

☞F램(Ferroelectric RAM· 강유전체 메모리)

전류를 흘렸을 때 플러스·마이너스 전기입자의 쌍이 어떤 방향을 나타내는지를 이용해 정보를 저장하는 기억소자. 대용량 데이터 저장이 가능하고 처리 속도가 빠르며, 전원이 끊겨도 정보가 사라지지 않아 '꿈의 메모리'로 불린다.

☞R램(Resistance RAM·저항변화형 메모리)

전압에 따라 달라지는 재료의 저항 변화를 이용해 정보를 저장하는 기억소자. 데이터 읽고 쓰기를 1조 번 반복할 정도로 내구성이 강한 것이 특징이다. 전력 소모도 적어 플래시 메모리를 대체할 제품으로 꼽힌다.