2025년 대한민국최고과학기술인상 수상자에 ‘황철성 서울대 석좌교수’ 선정 
메모리 반도체 집적 한계 극복을 위한 미래 메모리 소자 연구 및 반도체 인력 양성에 기여
 

▲ 황철성 서울대학교 재료공학부 석좌교수

과학기술정보통신부(장관 유상임, 이하 ‘과기정통부’)와 한국과학기술단체총연합회(회장 이태식)는 2025년 ｢대한민국최고과학기술인상｣ 수상자로 황철성 서울대학교 석좌교수를 선정했다고 밝혔다.

대한민국최고과학기술인상은 우리나라를 대표하는 연구성과를 이룬 과학기술인을 발굴하여 국민에게 널리 알리고, 명예와 자긍심을 높이고자 2003년부터 시상해 온 국내 최고 권위의 과학기술인상이다.

올해 대한민국최고과학기술인상의 경우 지난해 말부터 공모와 발굴, 추천을 통해 접수된 후보자를 대상으로 3단계 심사과정(전공자심사 – 분야심사 – 통합심사)을 거쳐 최종 수상자 1명을 선정하였다. 수상자는 연구개발 업적뿐 아니라 우리나라 경제발전 기여도, 국민 생활 향상에 미친 영향 등을 종합 평가하여 선정되었으며, 지난해까지 총 47명이 수상하였다.

2025년 수상자로 선정된 황철성 교수는 기존 디램(DRAM), 낸드플래시(NAND flash) 등의 메모리 반도체 분야를 뛰어넘는 새로운 소자와 물질 발견에 크게 기여했으며, 특히 저항 스위칭 재료 및 소자 분야의 선구적 업적으로 국가 반도체 산업 발전에 기여한 공로를 인정받았다.

황철성 교수는 동료 교수들과의 협력 연구를 통하여 “플래티넘/이산화티타늄/플래티넘 구조(Pt/TiO2/Pt) 시스템” 내의 나노 필라멘트를 직접적으로 분석하여 저항 변화 메모리 소자의 전환 작동방식(메커니즘)이 감산소 마그넬리상 (Magnéli phase) 티타늄산화물(TinO2n-1) 필라멘트의 형성과 붕괴로 발생한다는 것을 최초로 확인하였다. 해당 연구는 2010년 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 발표된 이후 현재까지 2,450회 이상 인용되며, 저항 변화 메모리 반도체 분야에서 인용 빈도수 상위 다섯 번 째 내 논문으로 자리매김하였다.

이 외에도 황철성 교수는 과학논문인용색인(SCI) 논문 750편을 발표하고, 국내외 특허 227건(142건 출원, 85건 등록)과 기술 이전 16건 등 학술 연구뿐만 아니라 지속적인 산·학 협력 등을 통해 반도체 산업 발전에도 크게 공헌하고 있다. 또한, 최근에는 인간의 뇌처럼 작동하는 뉴런모방형(뉴로모픽) 반도체 개발 연구에 힘쓰고 있어 향후 지속 가능한 반도체 분야 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.

서울대학교 무기재료공학과에서 학·석·박사를 마친 황철성 교수는 삼성전자 반도체연구소에서 선임연구원으로 근무한 뒤, 1998년부터 모교 재료공학부 교수로 재직해 왔으며, 현재까지 석사 65명, 박사 100명을 배출하는 등 차세대 반도체 분야 전문 인력 양성에 기여하고 있다.

과기정통부는 오는 7월 9일(수) 한국과학기술회관에서 개최하는 2025 세계 한인 과학기술인대회 개회식에서 수상자에게 대통령 상장과 상금 3억원을 수여할 계획이다.

[참고자료]
- 대표논문명/저널 : “Atomic structure of conducting nanofilaments in TiO2 resistive switching memory”, Nature Nanotechnology
- DOI: https://doi.org/10.1038/nnano.2009.456

[2025년 대한민국최고과학기술인상 수상자 황철성 교수 인터뷰]

황철성 서울대 교수는 나노소재 및 차세대 반도체 소자 분야의 세계적 권위자로, 최신 반도체용 소자 및 공정, 차세대 뉴로모픽 반도체 소자 등의 분야에서 세계적인 연구성과를 낸 과학자입니다. 황철성 교수는 기존의 DRAM, NAND flash 등의 메모리 반도체 분야를 뛰어넘거나 발전을 이어갈 수 있는 새로운 소자를 연구하며 Nature Review Materials, Nature Nanotechnology, Nature Materials 등에 논문을 다수 출판하며 국가연구개발 수준을 세계적 수준으로 높이는데 많은 기여를 하고 있습니다.  또한 석사 65명, 박사 100명을 배출하는 등 후학 양성에도 많은 노력을 기울이며 국내 많은 연구자에게 반도체 분야 최고의 연구자로 꼽히는 황철성 교수의 연구 이야기를 들어보겠습니다.


o 대한민국최고과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 수상 소감 부탁드립니다.

- 제가 이 상을 받을 만한 자격을 갖추었는지 잘 모르겠습니다. 아마 반도체 분야의 중요성과 후학 양성의 의무를 고려하여 심사위원들께서 선정하지 않으셨을까 생각됩니다. 물론 영광스럽기도 하지만 여러 가지 부담이 느껴지기도 합니다.

o 교수님께서는 D램의 한계를 극복하기 위한 소재와 함께, 새로운 메모리 소자인 저항 스위칭 메모리의 작동 원리를 연구해 미래 메모리 소자 분야를 개척하고 계신데요, 이 분야의 연구에 도전하게 되신 계기와 연구내용에 대해 말씀 부탁드립니다.

- 현재의 DRAM과 Flash memory는 한정된 부피에 전자를 저장하는 방식으로 동작합니다. Device scaling(소자 크기 축소)이 됨에 따라 이런 전자를 저장하는 부피가 줄어드니 이런 방식은 근본적인 한계를 가지고 있습니다. 그런데 2000년대 초반에 부도체인 박막에 전기적인 신호를 잘 조절하여 가하면 전기적으로 저항을 조절할 수 있다는 가능성이 보고되기 시작했습니다. 이는 일정 부피에 전자를 저장하는 방식보다 근본적으로 device scaling에 있어서 장점을 가질 수 있기 때문에 큰 관심을 가지게 되었고 마침 산업계에서도 소자화 가능성여부를 타진하기 위한 산학과제를 제안해서 연구를 본격적으로 시작하게 되었습니다.

o 교수님께서 주도하신 연구 중 가장 자부심을 느끼는 결과는 무엇이며, 그 기술이 산업적으로 어떤 의미를 가지는지 설명해 주실 수 있을까요?

- 반도체 산업과 관련 기술은 이미 지식이 너무 많이 쌓여 있는 일종의 거대 기술 분야라서 대학에 있는 개별 연구자가 직접적으로 기여할 수 있는 기술이 거의 없습니다. 그럼에도 불구하고 굳이 기여를 들라면 제가 삼성전자 반도체연구소 재직(1995 – 1997) 시절부터 오늘날까지 연구를 하고 있는 DRAM용 초고유전체 연구를 언급하고 싶습니다. 아직도 갈 길은 멀지만 기존의 반도체 공정에서 쓰이던 물질이 아닌 새로운 물질이 반도체 라인에서 적용될 가능성과 신물질의 도입에 따른 라인 오염에 대한 두려움을 감소시키는데 기여한 점이 미약하지만 의미를 가진다고 생각됩니다.

o 반도체나 메모리 소재 분야에서 최근 가장 주목할 만한 변화는 무엇이라고 보시나요? 이에 교수님의 연구가 어떤 기여를 했다고 생각하시나요?

- 메모리 반도체 산업은 device scaling에 의존해서 성장해 왔습니다. 그런데 요즘 많이 언급되는 EUV(extreme ultra-violet) lithography 공정과 같이 매우 비용이 많이 드는 공정이 도입됨에 따라 device scaling에 드는 과도하게 큰 비용 때문에 더이상 경제적인 이윤을 창출하기 어려운 상황이 전개되고 있습니다. 이에 따라 기존 반도체 라인에서 쓰던 물질이 아니고 새로운 물질의 더 향상된 성능이 필요하게 되고 있습니다. 그런데 신물질, 신공정은 기존 라인의 오염의 염려 때문에 매우 사용을 꺼려 하고 있습니다. 이런 taboo를 무너뜨리는데 제 연구가 작게나마 기여를 한 것으로 생각합니다. 또한 vertical-NAND flash와 같이 DRAM도 3차원 적층 소자가 곧 개발될 것입니다. 즉 반도체가 이제 평면상의 집적도 경쟁이 아닌 부피에 대한 집적도 경쟁으로 바뀔 것입니다. 이 부분은 이제 연구가 시작되는 단계라 저희의 연구가 앞으로 기여할 바가 많을 것으로 기대합니다.

o ‘21세기에는 반도체를 얻어야 세계를 얻는다’라는 말이 있을 정도로 지금은 글로벌 반도체 전쟁시대라 할 수 있을 것 같습니다. 앞으로 10년 안에 일어날 반도체 분야의 전망은 어떻게 보시는지, 교수님께서는 어떤 준비를 하고 계시는지 알고 싶습니다.

- 매우 어려운 질문입니다만, 한 가지 분명한 점은 다음과 같습니다. 잘 아시다시피 AI 분야가 매우 중요하고 산업적인 파급력뿐 아니라 우리의 일상생활에 대한 영향도 매우 큽니다. 현재의 AI는 LLM과 같은 대규모 데이터에 기반한 소프트웨어와 이를 구동하는데 필요한 GPU+HBM 기반의 하드웨어로 이루어져 있습니다. 둘 다 매우 중요하지만 이들이 발전할수록 전력의 과도한 사용에 대한 우려가 크게 됩니다. 이미 최근에는 전력 수요감당 문제로 인해 수요가 몰리는 수도권에 대규모 data center를 구축하지 못하고 발전소가 있는 지역에 지어지고 있습니다. 이는 사실 통신선로에 부담을 전가하는 방향이기도 합니다. 따라서 현재 AI system의 과도한 전력 사용을 개선할 수 있는 연구가 반도체에서는 매우 중요합니다. 이는 기존의 GPU+HBM의 성능 개선과 더불어 process-in-memory와 같은 새로운 반도체 칩의 개발, 그리고 인간의 뇌와 비슷한 방식으로 동작하는 뉴로모픽 반도체의 개발 등에서 해답을 찾아야 할 것으로 보입니다.

o 앞으로 교수님께서 도전하고 싶은 목표 또는 이루고 싶은 연구성과는 무엇인가요?

- 뇌와 같이 동작하는 반도체 칩을 만들어 보는 것입니다.

o 말씀하신 뉴로모픽 반도체가 개발된다면 기대할 수 있는 산업적 효과는 어떤 것이 있을까요?

- 현재와 같이 AI의 성능을 높이기 위해 필요한 hardware를 계속 늘이는 방식은 지속가능하지 않습니다. 뉴로모픽 반도체는 AI 분야에서 가장 큰 문제인 과도한 전력 및 GPU등의 resource 사용을 줄일 수 있을 것입니다. 궁극적으로는 AI를 지속가능하게 만들 것입니다.

o 가족분들이 모두 공학 분야 연구자이신 것으로 알고 있는데, 교수님의 연구 인생에 가족은 어떤 의미이신지요.

- 제 아내는 KIST에서 반도체 물질 관련 이론 연구를 하고 있고, 아들은 저희 대학 전기정보 공학부에서 Flash memory를 이용한 AI 연구로 곧 박사 학위를 취득하게 됩니다. 따라서 모두 공학 분야 연구자라기보다는 ‘반도체’분야 연구자들입니다. 그러니 가족임과 동시에 같은 길을 걸어가는 동지이기도 합니다. 무엇보다 두 사람이 저보다 훨씬 공부를 잘한 사람들이라 많은 것을 배웁니다. 반대로 선배로서 또 교수로서 전문 분야에 도움을 줄 수 있어서 보람 있습니다. 물론 그 과정에서 어려움도 생깁니다.

o 이전에 한 인터뷰에서 교수님 취미가 독서라고 보았습니다. 다양한 분야의 책을 접해오셨을 것 같은데 교수님 마음에 남은 인생 책이나, 연구자들에게 추천해주고 싶은 책이 있으실까요?

- 2000년에 노벨 생리의학상을 수상하신 에릭캔델 교수의 “기억을 찾아서”를 무척 좋아합니다. 연구를 하는 삶이란 항상 예측하지 못한 변화와 어려움이 있기 마련인데, 어떻게 그런 어려움을 극복하는지, 인생에서 몇 번 주어지지 않는 기회를 어떻게 잡아야 하는지를 잘 보여주는 책입니다. 또한 저명한 입자 물리학자이자 어려운 입자 물리 및 우주론을 일반인이 이해하기 쉽게 책을 쓰는 브라이언 그린 교수의 여러 저술을 좋아하고 자주 읽습니다. 그중에서도 “우주의 구조”라는 책은 여러 번 읽었습니다. 같은 시대를 사는 최고 지성들은 무슨 생각을 할까 라는 의문이 들면 2020년에 노벨물리학상을 수상하신 로저 펜로즈 교수의 “마음의 그림자”를 추천합니다. 단 인내심을 충분히 채우고 읽기 시작하기 권합니다.

다른 취미는 음악 감상인데, 좋은 오디오로 듣는 음악이 일상의 피로를 많이 풀어 줍니다. 나이가 들어감에 따라 좋아하는 작곡가나 장르도 바뀌고 있습니다. 젊은 시절에는 음악을 들으면서 그림을 잘 그렸었는데 이제는 눈이 편치 않은 관계로 그림을 그리기는 어렵습니다. 예술은 인간을 AI와 구별시켜 주는 몇 안되는 영역이라고 생각합니다.

o 후속세대 과학자들이 연구 분야에서 지속적인 혁신을 이루기 위해 필요한 역량이나 자세는 무엇이라고 생각하시나요? (젊은 연구자에게 전하고 싶은 조언)

- 제가 대학을 다니던 1980년대 – 1990년대는 반도체 분야가 매우 각광을 받던 시기 였습니다. 그러나 교수가 된 이후(1998년)에 나노 열풍이 있었고 지금도 그 바람은 진행 중입니다. 또한 Bio, Energy 등 새로운 분야가 대두되면서 많은 국가적인 지원과 인재의 쏠림이 있어 왔습니다. 그 과정에서 반도체라는 새로운 것이 나오기 어려운 분야에 매진하는 것이 상당히 어려웠습니다. 지난 30년 가까이 이 분야를 연구한 이면에는 제 지도교수님의 영향이 매우 크게 작용하기도 했고, 많은 우수한 제자들의 영감과 번뜩이는 연구 결과가 큰 힘이 되기도 했었습니다. 또한 같은 분야를 전공하는 가족의 격려도 큰 힘이 되었습니다. 그러나 한편으로는 어떤 의무감, 사명감 같은 것이 제 연구의 방향을 정하는데 더 큰 영향을 주지 않았나 싶습니다. 항상 남의 떡이 커 보이는 법입니다. 그럼에도 불구하고 신념을 가지는 것은 참으로 어려운 일인데, 그 신념을 지켜나가는 것은 더욱 어려운 것 같습니다. 그렇지만 스스로를 믿고 정진하는 것만이 자신과 우리 과학 기술계, 더 나아가 우리 사회에 기여하는 방법이라고 생각합니다.