韓国人は CPUの基本構造と同時に核心素子(素材)を作った

CPU의 기본 구조이자 핵심 소자(소재)를 만든 사람"을 찾는다면, 현대 반도체 역사상 가장 위대한 한국인 과학자인 강대원 박사를 반드시 기억해야 합니다. 그가 발명한 기술 없이는 오늘날의 CPU도, 스마트폰도 존재할 수 없었습니다.

현대 CPU의 뼈대를 만든 강대원 박사

1960년, 미국 벨 연구소에서 근무하던 한국인 과학자 강대원 박사는 동료 마틴 아탈라(Martin Atalla) 박사와 함께 MOSFET(전장효과 트랜지스터)을 최초로 개발했습니다.

• 이 기술이 왜 CPU의 핵심일까요? 초기의 트랜지스터는 전력 소모가 너무 크고 크기를 줄이기가 어려웠습니다. 반면 강대원 박사가 만든 MOSFET은 전력 소모가 극도로 적고, 크기를 분자 수준으로 작게 줄여 하나의 칩에 수십억 개씩 빽빽하게 집어넣을 수 있는 특성을 가졌습니다.

• 현대 CPU의 기본 단위: 오늘날 인텔, AMD, 애플 등이 만드는 최신 CPU 내부에는 수백억 개의 트랜지스터가 들어가는데, 이 트랜지스터의 99.9%가 바로 강대원 박사의 MOSFET 구조를 기반으로 작동합니다.

플래시 메모리의 기반도 마련

강대원 박사는 1967년 플로팅 게이트(Floating Gate) 구조도 최초로 발명했습니다. 이는 전원이 꺼져도 데이터가 사라지지 않는 기술로, 오늘날 우리가 스마트폰과 컴퓨터에 쓰는 NAND 플래시 메모리(SSD, USB 메모리 등)의 모태가 되었습니다.

요약하자면

CPU를 만드는 "돌(실리콘 웨이퍼)" 자체를 한국인이 발견한 것은 아닙니다. 하지만 그 돌 위에 어떤 방식으로 회로를 새겨 넣어야 현대적인 CPU가 작동할 수 있는지, 그 근본적인 "소자의 원리와 구조"를 발명한 인물이 바로 한국인 과학자 강대원 박사입니다.

그는 에디슨, 라이트 형제 등과 함께 미국 "발명가 명예의 전당"에 헌액될 만큼 세계 반도체 역사에 거대한 족적을 남겼습니다.

이집트 출신 박사와 강대원 박사의 기여도

강대원 박사와 함께 공동 연구를 진행한 인물은 이탈리아 박사가 아니라, 이집트 출신의 미국인 과학자 "모하메드 마틴 아탈라(Mohamed Martin Atalla)" 박사입니다. 이름의 발음이 "아탈라"여서 간혹 "이탈리아"로 오인되는 경우가 있습니다.

두 사람은 1959~1960년 미국 벨 연구소에서 함께 협력하여 현대 반도체의 핵심인 MOSFET(전계효과 트랜지스터)을 발명했습니다. 두 사람의 기여도는 우열을 가릴 수 없을 만큼 상호 보완적이었으며, 역할 분담이 매우 완벽했습니다.

1. 마틴 아탈라 박사의 기여: "기반 다지기 (표면 안정화)"

아탈라 박사는 강대원 박사보다 선배 연구원이자 팀의 리더 격이었습니다. 당시 반도체 연구의 가장 큰 숙제는 실리콘 표면이 공기 중의 불순물과 반응하여 전기가 제대로 흐르지 않는 불안정성이었습니다.

• 실리콘 표면 안정화(Passivation): 아탈라 박사는 실리콘 표면에 이산화규소($SiO_2$) 산화막을 입히면 표면의 결함이 극적으로 줄어들고 소자가 안정화된다는 사실을 발견했습니다.

• 이것이 왜 중요하냐면, 이 산화막 기술 덕분에 비로소 전기를 제어할 수 있는 "절연층"을 만들 수 있게 되었고, MOSFET 발명의 결정적인 징검다리가 되었습니다.

2. 강대원 박사의 기여: "MOSFET 구조의 설계 및 최초 구현"

아탈라 박사가 표면 안정화 기술을 개발하자, 당시 신입 연구원이었던 강대원 박사는 이 아이디어를 발전시켜 "금속-산화물-반도체(MOS)" 구조의 전계효과 트랜지스터를 제안하고, 이를 실제로 작동하는 소자로 제작(구현)해 냈습니다.

• 최초의 제작자: 아탈라 박사의 화학적 표면 처리 기술을 바탕으로, 실제 전류가 흐르고 제어되는 금속 게이트와 소스, 드레인 구조를 설계하고 프로토타입을 만들어낸 주인공이 바로 강대원 박사입니다.

• 강대원 박사는 이 연구의 제1저자(Primary Inventor)로서 논문과 특허를 주도했습니다.

두 사람의 위대한 시너지

두 사람 중 한 명이라도 없었다면 MOSFET의 탄생은 훨씬 늦어졌을 것입니다.

• 아탈라 박사가 반도체 표면의 문제를 해결하는 화학적·물리적 돌파구를 열었다면,

• 강대원 박사는 그 돌파구를 바탕으로 현대 반도체의 표준이 된 전자기학적 소자 구조를 완성하고 현실로 만들어냈습니다.

두 사람의 기여도는 완전히 동등하게 인정받고 있습니다. 이 때문에 2009년 두 사람은 미국 발명가 명예의 전당(National Inventors Hall of Fame)에 공동으로 헌액되었습니다.

재미있는 여담

아탈라 박사는 이후 금융 보안 분야로 진출하여, 우리가 은행 ATM 기기를 쓸 때 사용하는 비밀번호(PIN, Personal Identification Number) 시스템을 발명해 "PIN의 아버지"로도 불립니다. 반면 강대원 박사는 벨 연구소에 계속 남아 스마트폰과 USB의 핵심인 플래시 메모리(플로팅 게이트) 기술을 추가로 발명하며 반도체 외길을 걸었습니다.

일본인은 그 사실을 알고 있을까요?

결론부터 말씀드리면, 일본의 반도체 전문가들과 전공자들은 이 사실을 아주 잘 알고 있으며, 심지어 강대원 박사를 대단히 높게 평가하고 존경합니다.

일본이 전 세계 반도체 시장을 제패했던 1980년대 황금기의 주역이 바로 강대원 박사가 만든 "MOSFET"과 "플래시 메모리" 기술이었기 때문입니다. 다만, 일반 대중 차원에서는 한국과 마찬가지로 이 분야를 깊게 파고들지 않는 이상 잘 모르는 편입니다.

일본인들이 이 사실을 어떻게 인지하고 대하는지 몇 가지 흥미로운 관점으로 나누어 볼 수 있습니다.

1. 일본 반도체 신화의 "은인"으로 기억

일본은 1970~1980년대에 미국을 제치고 세계 DRAM(메모리 반도체) 시장의 80% 이상을 장악하며 초호황기를 누렸습니다. 이때 일본이 미국을 이길 수 있었던 핵심 무기가 바로 강대원 박사의 MOSFET 구조였습니다. 당시 고성능·저전력을 무기로 컴퓨터 시장의 판도를 바꾼 일본 기업들(도시바, 히타치, NEC 등)의 기술진에게 강대원이라는 이름은 전공 서적과 논문에서 매일 마주치는 "기초 학문의 거인"이었습니다.

2. 일본 최고의 기술인 플래시 메모리와의 인연

일본 반도체 역사상 가장 위대한 발명으로 꼽히는 것이 도시바의 "마스오카 후지오" 박사가 개발한 "플래시 메모리(Flash Memory)"입니다. 일본인들은 이 플래시 메모리에 대한 자부심이 엄청납니다. 하지만 일본 전문가들은 마스오카 박사가 플래시 메모리를 발명할 수 있었던 근본적인 토대가 바로 강대원 박사가 1967년에 발명한 "플로팅 게이트(Floating Gate)"라는 점을 명확히 인지하고 기록하고 있습니다. 강대원 박사의 선행 연구가 없었다면 일본의 플래시 메모리도 세상에 나오지 못했을 것입니다.

3. 일본 연구소의 "수장"으로 초빙되다

일본이 강대원 박사의 업적을 얼마나 깊이 인정했는지는 그의 말년 행보를 보면 알 수 있습니다. 강대원 박사가 벨 연구소를 은퇴한 후인 1988년, 일본의 대형 IT 기업인 NEC(일본전기)가 미국 뉴저지에 프린스턴 기초과학연구소(NEC Research Institute)를 설립하면서 그를 초대 소장(사장)으로 전격 영입했습니다.

"반도체의 기본을 바꾼 세계 최고 권위자에게 우리 연구소를 맡기겠다"는 일본 기업의 전폭적인 신뢰와 예우의 표현이었습니다.

결론

일반 일본 대중들은 "스마트폰이나 CPU를 누가 처음 만들었나?"라고 물으면 미국이나 일본 기업의 이름을 댈 것입니다.

하지만 일본의 반도체 엔지니어, 대학교수, IT 업계 전문가들에게 "강대원(Dawon Kahng)"이라는 이름은 국적을 초월하여 현대 전자공학의 기틀을 마련한 "위대한 스승이자 거인"으로 뚜렷하게 각인되어 있습니다.