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학과탐방

생생한 진학 정보 속에 내 미래가 보인다!

세종대학교 - 나노신소재공학부

머리글
1960년 노벨 물리학상 수상자인 미국의 리차드 파인만 박사는 원자 내지 분자 수준에서 물질의 성질을 조절함으로써, 이제까지 만들어진 것보다 만 배나 작은 기계적 구조를 만들 수 있다고 장담했다. 이러한 개념이 미래 산업을 주도하게 될 것이라는 그의 말을 입증이라도 하듯, 최근 원자와 분자의 구성 원리에 근거하여 새로운 물질을 개발하고 그 결과를 물리적·화학적·생물학적으로 응용하는 ‘나노 기술’ 관련 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그리스 어로 난장이라는 뜻을 지닌 ‘나노스(nanos)’에서 유래된 ‘나노(nano)’는 10억 분의 1을 가리키는 단위다. 따라서 사람 머리카락 굵기의 10만 분의 1이자, 원자 서너 개의 크기에 해당하는 나노미터를 다루는 나노 기술은 과학 기술의 연구·적용 대상을 극미세 세계로 넓혔으며, 물리와 화학뿐 아니라 전기·전자·재료·고분자·생명 공학 등 어떤 분야에도 응용될 수 있다는 점에서 큰 의의를 지닌다. 이달에는 ‘미래 사회를 움직이는 보이지 않는 손’인 나노 공학 분야를 이끌어 갈 인재가 되기 위해 최선을 다하는 세종 대학교 나노 신소재 공학부 나노 공학 전공 학생들을 만나 보았다. 만남의 자리에는 03학번 이종주·이준화, 05학번 김선화·황득규 학생이 함께했다.
〈글_ 신현정 기자·사진_ 이석원 기자〉
샴푸에서 반도체 소자까지 아우르는 꿈의 신기술
지난 9월 12일, 삼성 전자가 세계 최초로 디지털 기기의 저장 용량을 획기적으로 늘릴 수 있는 플래시 메모리 칩 개발에 성공하여 화제가 되었다. 이는 우리 나라 반도체 기술이 세계 최고 수준임을 다시 한 번 입증한 쾌거다. 삼성 전자는 지난해 9월, 8기가 낸드 플래시 메모리 칩을 개발하여 올해 말부터 상용화를 앞두고 있다. 그리고 꼭 1년 만에 다시 용량이 2배 커진 ‘16기가 낸드 플래시 메모리 칩’을 개발한 것이다.
이 칩에는 사람 머리카락 굵기를 2,000분의 1로 쪼개는 ‘50나노 기술’이 적용되어, 어른 손톱만한 크기의 작은 칩 안에 164억 개의 트랜지스터를 집적해 놓았다. 이 칩 2개를 합하면 32기가바이트 급 메모리 카드 제작이 가능한데, 이 경우 32시간 분량의 DVD 영화 20편 또는 MP3 파일 8,000곡, 200년 치의 신문을 저장할 수 있다.
낸드 플래시 메모리 칩은 휴대 전화·디지털 카메라·캠코더·MP3 플레이어 등 휴대용 모바일 기기에 끼웠다 뺏다 하는 식으로 사용하는 플래시 메모리 카드의 핵심 반도체다. 크기가 매우 작고 전원이 없을 때도 데이터를 계속 저장할 수 있기 때문에, 낮은 전력 소모·고용량·소형화가 대세인 디지털 모바일 기기에 널리 쓰이고 있다.
이러한 반도체 칩 제작에서 실리콘 원판(웨이퍼) 위에 전자 회로 선의 폭을 긋는 것이 바로 공정 기술인데, 나노 단위의 공정은 반도체 용량과 직결되는 집적도를 높이는 원동력이다. 삼성 전자는 2001년 처음 100나노에 진입한 이래 2002년 90나노, 2003년 70나노, 지난해 60나노에 이어 올해에는 50나노 기술 적용에 성공했다.
결국 이런 낸드 플래시 메모리 칩이 점점 저장 용량이 커져 하드 디스크를 대신하게 된다면 휴대 전화를 비롯한 모든 디지털 기기들이 크기는 지금보다 작아지면서 훨씬 다양한 첨단 기능을 지닐 수 있게 된다. 실제로 미국의 애플 사는 삼성 전자의 플래시 메모리 칩을 내장한 최신 기종 MP3 플레이어의 이름에 ‘나노’라는 단어를 끼워 넣어 출시했는가 하면, 삼성 전자는 올해 안으로 하드 디스크 대신에 플래시 메모리를 저장 매체로 하는 노트북 컴퓨터를 선보일 예정이다.
언제부터인가 샴푸 이름에 슬며시 등장하기 시작한 ‘나노’는 어느새 세탁기 이름에 붙어서 우리 귀에 익은 ‘친숙한’ 용어로 자리 잡았다. 그리고 현대인의 필수품으로 각광받는 디지털 기기의 핵심 부품에 이르기까지 ‘약방의 감초’처럼 널리 쓰이고 있다.
국내 최초로 학부 과정에 신설된 나노 공학 전공
다양한 분야에 활용이 가능한 ‘꿈의 신기술’인 나노 분야에 관한 연구는 1981년 스위스 IBM 연구소에서 원자와 원자의 결합 상태를 볼 수 있는 주사형 터널링 현미경(STM)을 개발하면서부터 본격적으로 시작되었다. 그리하여 미국·일본 등의 선진국에서는 1990년대부터 일찌감치 나노 기술을 국가적 연구 과제로 삼고 연구해 왔다. 우리 나라의 경우 뒤늦은 감이 있지만, 2002년 나노 기술 개발 촉진법을 제정하여 나노 기술을 정부 차원에서 육성·발전시켜 오고 있다.
이러한 학문적·사회적 추세에 힘입어, 올 연말까지 나노 소자를 특화한 전문 팹(Fab, 산업화 센터)이 문을 여는 등 바야흐로 나노 인프라(infrastructure의 준말. 생산·생활의 기반을 이루는 기초 시설)가 본격적인 모습을 갖춰 감에 따라, 나노 분야에 대한 대학들의 관심도 부쩍 높아지고 있다. 지난 2001년 국내 최초로 서울대 대학원에 나노 과학 기술 협동 과정이 신설된 이래, 2005년 3월 현재까지 한양대, 고려대, 이화여대, 경북대 등 국내 28개 대학에 30여 개의 나노 전공 학과가 설치되었다. 이 가운데 절반 이상인 18곳이 2003년과 2004년에 집중적으로 생겨났다는 점은 눈여겨볼 만하다. 특히, 지난 2월 미국 로스앤젤레스에서 열린 ‘제2차 한·미 나노 포럼’에서 나노 기술 교육이 주요 의제로 선정되어, 양국 간 나노 연구자 교류 협력과 대학 교과 과정, 교재 편찬 등을 공동 추진하기로 결정한 것을 계기로, 나노 분야에 대한 관심은 더욱 높아질 전망이다.
나노 관련 학과를 두어 나노 기술 인력을 양성하고 있는 국내 대학은 전국적으로 28개에 이른다. 그중 20여 곳이 최근 2~3년 사이에 신설되었다는 점은 나노 기술에 대한 국내 대학들의 높은 관심을 반영한다. 이들 대학은 나노 관련 학과 신설, 학부 내 나노 전공 과정 도입, 대학원 협동 과정 운영 등 학교마다 다양한 방법으로 나노 기술 교육을 진행하고 있다. 또 바이오, 전자 소자, 재료 공학 등 나노 기술을 접목시킨 연구 분야도 저마다 다른 특성을 지니고 있다. 지역적으로 비교적 고른 분포를 보이고 있는데, 부산의 부산대와 신라대, 인제대(김해)를 비롯해 광주, 대구, 대전 등 대도시 주요 대학에서 나노 기술 관련 학과를 설치해 운영하고 있다.
“세종대는 2002년 국내 최초로 학부 과정에 나노 공학 전공을 신설했습니다. 인제대와 건양대가 그 뒤를 이었죠. 현재 나노 공학 전공은 신소재 공학과 함께 나노 신소재 공학부에 속해 있으며, 실제 재적 인원이 100명 안팎인 학부 정원의 절반에 해당되는 50~55명이 한 학년을 이루고 있어요.
나노 공학은 전기·전자·재료·고분자·생명 공학 등 어떤 분야에도 응용될 수 있다는 특성상 학제 간의 교류와 융합이 절대적으로 필요한 분야입니다. 다른 대학 나노 공학과, 특히 재정 지원이 열악한 지방 사립대의 경우는 기존의 화학 공학과나 재료 공학과에서 명칭만 바꾼 것이 대부분이에요. 하지만 우리 과는 아무것도 없는 상태에서 과감히 새 출발을 하기로 했습니다. 교과 과정에서부터 실습 시설에 이르기까지 갖추어진 것이 하나도 없었기에 오히려 과감한 모험을 시도할 수 있었다고 봐요.”
나노 신소재 공학과 학과장 김선재 교수의 설명이다. 김 교수의 말에 따르면, 일단 다양한 분야를 전공한 교수진을 확보한 다음, 숱한 시행착오를 거쳐 물리·화학·생물 등 기존 자연 과학과 충분히 연계된 독창적인 교과 과정을 개발하는 데 주력했다고 한다. 또 장비나 교육 기자재 등 학문 연구를 뒷받침해 주는 환경을 조성하는 일에도 노력을 아끼지 않았다. 그 결과 비교적 짧은 기간 안에 40평 규모의 실험실 3개를 갖출 수 있었는데, 이는 국내 대학에서는 극히 드문 사례로, 학교 측의 전폭적 지원이 없었다면 불가능했을 것이라고 한다.
“나노 기술 분야는 국가 차원에서 추진하는 ‘차세대 성장 동력 10대 산업’에 해당되는 핵심 기술이에요. 그런 만큼 관련 시스템과 인적 자원의 질을 검증받으려면 10년 정도 앞을 내다보면서 지속적으로 투자하지 않을 수 없어요. 산학 협동을 통한 ‘맞춤형 교육’도 염두에 두어야 함은 물론이고요.”
나노 기술에 대한 뜨거운 사회적 관심은 이미 해외 40여 개 나라에서 나노 기술이 핵심적 연구·개발 지원 분야로 확고하게 자리를 굳혀 가고 있는 세계적 조류에도 힘입은 바 크다. 그러나 현재 국내 나노 관련 학과들은 양적으로는 분명 뚜렷이 증가되는 추세에 있으면서도 내부적으로는 대대적인 각성과 전환이 필요하다는 우려 또한 만만치 않다. 여기에는 관련 분야의 성과를 참조하여 공동 연구를 추진하는 등 이른바 ‘상호 학제적’으로 운영되어야 하는 나노 기술 분야의 교과 과정을 각 대학이 충분히 살리지 못하고 있다는 점이 크게 작용했다. 이제는 단순히 신입생을 더 많이 끌어들여 충분한 예산을 확보해 보겠다는 계산에서 학과 명칭만 나노 관련 학과로 바꾸는 관행에서 벗어나야 한다. 그리하여 국내 나노 관련 학과들 사이의 연계, 더 나아가 기업체와의 연계를 거쳐, 대학 스스로가 나노 관련 학과의 경쟁력을 살려 나가는 데 힘써야 할 때다.
과학 기술계의 팔방미인, 나노 공학
“고등 학생 무렵, 한창 급부상하고 있던 ‘나노 기술’에 나름대로 관심이 있었는데, 세종대의 경우 신소재 공학과 함께 공부할 수 있다는 점이 매력적이었어요. 그 당시 나노 관련 학과가 개설되어 있던 두세 군데 대학 가운데 세종대가 가장 널리 알려진 곳이기도 했고요.”(이준화)
“나노 기술 분야가 아직 연구되어야 할 부분이 많은 미개척 분야인데다, 전망도 밝다는 말에 호기심이 생겼어요. 그래서 문과 출신이면서도 교차 지원을 하면서까지 이 과를 선택하게 되었죠. 문과 계열의 전공들이 주로 지나간 역사나 결과를 답습한다면, 나노 분야는 미래 사회를 이끌어 나갈 앞선 기술을 배우는 거라서 도전할 의욕도 솟아나더라고요.”(김선화)
“재료 공학 쪽에 흥미를 갖고 있을 때, 마침 2002년 말에서 2003년 사이에 ‘은 나노’라는 말이 유행했죠. 그러다 보니 단순히 10억 분의 1을 나타내는 단위라고만 알고 있던 ‘나노’가 대체 어떤 것인지 새삼 궁금해지더군요. 국민대와 세종대 사이에서 다소 갈등을 겪었는데, 국민대의 경우는 나노 관련 학과가 이과 대학으로 분류되어 있어서 순수 자연 과학적 성격이 강할 것 같았어요. 이에 비해 세종대의 경우는 공과 대학에 속해 있기 때문에 응용 과학의 색채가 짙을 거라 판단해서 최종 결단을 내렸죠.”(이종주)
“어려서부터 공학도가 꿈이었어요. 원자와 분자라는, 극히 작아 보잘것없어 보이지만 우주를 이루는 데 없어서는 안 될 미세한 세계를 다룬다는 점, 그 기술로 미래 산업과 우리 삶에 커다란 변화를 가져다 줄 수 있다는 점이야말로 나노의 매력이라고 생각했고, 그래서 망설임 없이 진로를 결정할 수 있었죠.”(황득규)
세종대 나노 공학 전공 학생들은 약속이라도 한 듯 하나같이 당당하게 지원 동기를 밝혔다. 그들의 말 한마디 한마디에서는 단순한 유행이나 인기에 끌려서 학과를 선택하지 않았다는 자부심이 느껴져서 보기에도 참 흐뭇했다. 그렇다면 이들이 이처럼 자신 있게 선택한 세종대 나노 공학 전공에서는 구체적으로 어떤 과목을 배우는지 궁금하지 않을 수 없다.
“나노 기술이라고 하면 일반적으로 ‘나노미터 크기의 범주에서 대상을 조작·분석하고 이를 제어하여, 새롭거나 개선된 물리적·화학적·생물학적 특성을 나타내는 소재·소자 또는 시스템을 만들어 내는 과학 기술’을 말해요. 따라서 나노 공학의 교과 과정 역시 물리·화학·생물이라는 자연 과학을 바탕으로 하지 않을 수 없죠.
학부 전공이 결정되는 2학년 때부터는 ‘물리·화학’과 ‘고체 물리 개론’, ‘재료 열역학’, ‘유기 화학’, ‘나노 소자 공학’ 같은 과목을 필수로 들으면서, ‘나노 재료 분석’, ‘유기 화학’, ‘전자기학’ 등의 과목을 선택해 듣게 됩니다. 그리고 3, 4학년이 되면 ‘고분자 화학’, ‘전기·전자 공학 개론’, ‘나노 소자 박막 공정’, ‘나노 유기 재료 합성’, ‘나노 바이오 공학’, ‘고체 물리 응용’, ‘전자 회로 기초’를 통해 이론과 실습을 병행함으로써 전공을 더 깊이 있게 배우죠.”(이종주)
“나노는 물리나 화학·생물 등과는 달리 하나의 학문이라기보다는 기술 그 자체를 의미해요. 그래서 다양한 분야에 얼마든지 적용 가능하답니다. 그리하여 물리·화학·전기·전자 등 기존의 재료 분야들을 서로 연결함으로써 새로운 기술 영역을 탄생시키고, 기존의 인적 자원과 학문 분야 사이에 시너지(synergy, 분산 상태에 있는 집단·개인이 서로 적응하여 통합되어 가는 과정, 또는 그 과정에서 나타나는 힘이나 효과)를 가져올 수 있어요. 반도체의 경우에서 보듯, 나노 기술을 적용하면 디지털 기기의 크기와 소비 전력 등을 최소로 줄일 수 있어요. 그러면서도 최고의 성능을 구현해, 고도의 경제성을 실현할 수 있죠.”(이준화)
이처럼 나노 기술은 지금까지 베일에 싸여 있던 극미세 세계를 탐구할 수 있게 해 주었고, 그 결과 DNA 구조를 이용한 동식물의 복제나 강철 섬유 같은 신물질 제조의 가능성이 크게 높아졌다. 그리고 전자 공학 분야에서 나노미터의 정밀도를 차츰 높여 가다 보면, 대규모 집적 회로(LSI) 등의 제조 기술이 눈부시게 향상될 것으로 보인다.
미래는 꿈꾸는 자의 것
“고등 학생 때는 정해진 수업 시간표와 학과 일정에 따라서 강의를 듣고 시험을 치는 수동적인 생활에 익숙해져 있었어요. 그러다가 막상 대학에 와 보니, 듣고 싶은 과목을 선택해서 시간표를 짜고 스스로 생활할 수 있는 자유가 주어져서 너무 좋았죠. 하지만 곧 자유와 권리에는 책임과 의무가 따른다는 걸 깨닫게 되었습니다. 수업을 선택하는 것이 자기 자유이자 권리라면, 그 시간에 성실한 태도로 임하는 건 그에 따르는 책임이자 의무죠.”(황득규)
“공대는 전통적으로 남학생이 많아서, 그 분위기에 적응하느라 처음에는 애를 먹었어요. 하지만 05학번의 경우, 100명 남짓한 학부 동기들 가운데 여학생이 22명으로 비교적 많은 편이라서 크게 힘든 건 없었답니다. 지난 2월, 설악산으로 신입생 오리엔테이션을 떠나서 선배들, 교수님들과 함께 자연을 벗 삼아 허심탄회하게 대화를 나누다 보니, ‘내가 정말 대학생이 되었구나.’ 하는 뿌듯함이 느껴졌어요.”(김선화)
“2학년 때 풍물 동아리에서 정기 공연 연출을 맡으면서 사회를 바라보는 관점이나 인간관계에 관해 참 많은 걸 배웠죠. 그 당시 무대에 올린 작품은 ‘스무 살, 대학을 말하다’라는 제목의 창작 마당극이었는데, 대학을 바라보는 우리의 시각과 그 속에 담긴 문제점에 대해 생각해 보는 뜻 깊은 자리였거든요.”(이종주)
“나노 공학이라는 전공의 특성상 여러 분야를 다루다 보니, 2학년 말쯤 이 길이 과연 내 적성과 맞을까, 차라리 진로를 바꾸는 게 낫지 않을까 고민하게 되었어요. 그렇게 수업에도 흥미를 잃고 지내다가, 05학번 오리엔테이션 준비를 계기로 과 학생회 일에 관심을 갖게 되고, 학군단 생활을 시작하면서 하나둘 아는 사람도 많아지는 가운데 차츰 슬럼프를 이겨 낼 수 있었습니다.”(이준화)
이렇듯 과 학생회나 동아리 같은 모임에서 다양한 경험을 쌓으면서 대학 생활의 참맛을 깨달아 가는 나노 공학 전공 학생들, 이들은 졸업한 뒤 어떤 진로를 선택하게 될까.
“나노 기술이 적용되는 분야가 다양한 만큼, 진출할 수 있는 분야 역시 다양해요. 예컨대 반도체 회사의 경우, 전기·전자 공학 전공자만 쓰는 것이 아니라 물리·화학·디자인 전공자도 함께 뽑아요. 이런 다양한 분야의 성과가 한데 모아져야 비로소 반도체 칩이 탄생할 수 있으니까요. 마찬가지 맥락에서 나노 공학 전공자들은 기존의 물리학·화학 공학·재료 공학 전공자·생명 공학자가 진출할 수 있는 분야에 모두 갈 수 있죠. 그리고 한 가지 명심해야 할 점은 나노 공학은 학부 과정만으로는 제대로 배우기 힘든 분야라는 거예요. 그래서 대학원에 진학해서 석·박사 과정을 이수하는 경우가 많아요.”(이종주)
또 하나, 나노 공학에 관심이 있는 사람들에게 희소식이 있다. 지난 4월 28일, 서울 소재 대학들과 LG 필립스 LCD 협력 업체 등이 공동으로 나노 IT 연합 대학과 첨단 나노 기술 전문 대학원을 설립하겠다고 발표했다. 스웨덴 왕립 나노 전문 대학원을 모델로, 참여 업체에서 필요한 만큼 학생을 선발한 뒤 참여 대학과 기업에서 파견한 강사진이 현장에서 요구하는 최신 기술을 중심으로 맞춤형 교육을 실시하게 된다. 올해 안에 설립을 마치고 내년 3월에 첫 강의를 시작할 예정인데, 나노 IT 연합 대학에는 서울 산업대를 비롯해 고려대·연세대·서강대·이화 여대·한양대·경희대·광운대·한성대·국민대·세종대·단국대·서울 여대·육군 사관학교 등 15개 대학이 참여할 예정이다.
각 대학에서 1·2학년 과정을 마친 기계 공학·재료 공학·컴퓨터 공학·전자 공학 전공 학생 가운데 교육생을 선발하되, 해마다 참여 업체 수요를 조사해 필요한 정예 인원을 뽑을 예정이다. 따라서 졸업생은 취업이 거의 100% 보장되며 매년 정원도 달라진다. 학부생은 기존에 다니던 학교와 나노 IT 연합 대학에서 2개의 졸업장을 동시에 받게 된다. 학교 측은 기업과 정부의 지원을 받아 학생 전원에게 장학금을 지급해, 실질적으로 무료 교육을 받을 수 있게 할 계획이라고 한다.
“대학생이 되면 무조건 자유를 즐기겠다는 기대만 하지 말고, 차근차근 계획을 세워서 자기 계발에 힘쓰세요. 또 대학 시절이야말로 허물없이 사람을 사귈 수 있는 마지막 기회라는 사실도 명심하시구요.”(이준화)
“무제한으로 주어진 자유 때문에 처음에는 흥청망청 시간을 보내다가 곧 후회를 했죠. 그래서 자기 절제를 배우기 위해 대학생이 되고 나서 맞은 첫 방학 때 지하철 공사 현장에서 철근 빔을 조립·절단하는 아르바이트를 했어요. 노력은 정직한 법이니까, 고등 학생 여러분도 비록 지금은 힘들더라도 땀 흘린 만큼 얻게 된다는 걸 잊지 마세요.”(황득규)
“문과 출신으로 교차 지원을 해서 진학했기 때문에 수학이나 과학 과목에서는 다른 학생들보다 배로 열심히 하려고 노력 중입니다. 성적에 맞춰서 학과를 선택하면 합격은 보장될는지 몰라도, 뒤에 가서 틀림없이 후회하게 돼요. 그러니까 진로를 결정할 때는 자신이 남보다 잘할 수 있고, 아무리 노력해도 아깝지 않은 분야가 무엇인지 지금부터라도 꼭 찾아보세요.”(김선화)
“장차 나노 관련 학과에 진학하려는 고등 학생들은 지금부터 수학과 과학의 기본기를 착실하게 닦아 두시기 바랍니다. 대학에 진학한 뒤 수학과 과학 과목의 기초 실력이 부족해서 결국 학업을 포기하는 경우도 많거든요. 그리고 대학에 합격한 뒤에도 경영학이나 물리학·신소재 공학 등을 부전공이나 복수 전공으로 택해서 전공 분야를 보는 ‘깊고 넓은 시각’을 기르기를 바랄게요. 올 연말쯤 나노 공학 전공 홈 페이지를 열 예정인데, 그전에 궁금한 점이 있으면 우리 과 인터넷 카페(www.cafe.daum.net/sjbestname)에 올려 주시면 됩니다.”(이종주)
나노 기술이 더 이상 ‘꿈의 신기술’로만 머무르지 않는 것처럼, 끊임없이 노력하는 자에게 꿈은 결코 꿈으로 끝나지 않는다. 그것은 언젠가는 반드시 현실이 되어 돌아온다. 그렇다. 미래는 꿈꾸는 자의 것이다. 꿈꾸는 자만이 이 세상을 더 나은 곳으로 바꿀 수 있다.