수상 업적

The Nobel Prize in Physics 2000 was awarded “for basic work on information and communication technology” with one half jointly to Zhores I. Alferov and Herbert Kroemer “for developing semiconductor heterostructures used in high-speed- and opto-electronics” and the other half to Jack S. Kilby “for his part in the invention of the integrated circuit”. 2000년 노벨 물리학상은 “정보 및 통신기술에 관한 기초연구”로 조레스 알페로프, “고속 광전소자에 사용되는 반도체 헤테로구조 개발”로 허버트 크뢰머에게 공동 수여되었고, 또한 “직접회로의 발명”으로 잭 킬비에게 수여되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분. 정보기술은 다양한 레벨에서 우리의 삶에 영향을 주고 있습니다. 우리는 정보기술을 사용하여 정보를 모으고 가공하며 전달하고 표현하는 일을 하고 있습니다. 정보기술은 의료 기기나 일상의 전자 제품뿐 아니라 하이테크 공정을 제어하고 있습니다. 이제는 전 세계적인 통신망을 통해 컴퓨터들이 연결되어 있으며, 조만간 그 숫자는 10억 대를 헤아리게 될 것입니다. 전자회로의 성능은 가격의 증가없이 10년마다 100배씩 증가하고 있습니다. 지난 10년간 우리 사회에서 일어난 경제 발전의 주된 구동력은 바로 정보기술이었습니다. 올해의 노벨 물리학상은 마이크로일렉트로닉스와 광전 분야의 초기 발전에 기여한 업적, 특히 레이저나 고속 트랜지스터를 위한 반도체 헤테로구조와 반도체 칩, 집적회로에 관한 연구 성과에 수여하게 되었습니다. 트랜지스터는 1947년 크리스마스 즈음에 발명되었으며, 트랜지스터 발명자는 1956년 노벨 물리학상을 수상하였습니다. 이 발명 이후 10년 만에 거의 모든 진공관이 트랜지스터로 대체되었습니다. 해변은 팝음악으로 넘쳐났으며, 그 소음에 지친 트랜지스터 발명자 중 한 사람은 “내가 트랜지스터를 발명하지만 않았더라도……”라며 후회했다고 합니다. 개개의 트랜지스터는 회로판에 다른 부품과 함께 납땜하여 사용되었습니다. 그러나 컴퓨터 성능이 발전하면서 수만 개의 트랜지스터가 한 개의 회로판에 장착되어야 하는데, 그 작업은 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라 실수할 가능성도 높았습니다. 1958년 여름, 잭 킬비 교수는 신입 엔지니어여서 2주의 여름휴가를 얻을 수는 없었지만, 덕분에 홀로 남은 방에서 아무런 방해도 받지 않고 생각에 몰두할 수 있었습니다. 그는 여러 공정을 거치지만 하나의 반도체 재료만으로 만들 수 있는 부품들로 회로를 설계했습니다. 이런 집적회로의 가능성은 이미 제안되어 있었지만, 가장 경제적인 재료로 부품을 만들어야 하는 실제 산업공정과는 부합되지 않는 면이 있었습니다. 그 해 9월 12일, 그는 집적회로가 실제로 작동한다는 것을 보여 주었습니다. 집적회로의 생일인 이 날은 기술사적으로 가장 중요한 날 가운데 하나일 것입니다. 오늘날의 반도체 칩은 거의 10억 비트의 기억 용량을 가지고 있으며, 컴퓨터의 두뇌인 중앙연산처리장치(CPU)는 10억 개의 논리 게이트를 가지고 있습니다. 정보기술의 발전을 위해서는 더 싸고, 더 작으며, 더 많은 트랜지스터만 필요한 것이 아니었습니다. 더 빠른 트랜지스터도 마찬가지로 필요했습니다. 초기의 트랜지스터는 그리 빠른 편은 아니었습니다. 이보다 우수한 증폭 능력, 더 높은 작동 주파수, 그리고 우수한 출력 특성을 가진 트랜지스터를 만들기 위한 방법으로 반도체 헤테로구조가 제안되었습니다. 헤테로구조란 원자구조는 비슷하지만 전기적 특성이 다른 두 개의 반도체를 접붙인 구조를 말합니다. 1957년 허버트 크뢰머는 주의 깊은 연구를 통해 고속 트랜지스터 구조를 제안했습니다. 오늘날 고속 트랜지스터는 휴대폰이나 중계기, 위성 안테나 등에 들어가 외부나 멀리 떨어진 휴대폰의 미약한 신호를 증폭하여 수신기 자체의 소음에 묻히지 않도록 하는 데 사용하고 있습니다. 반도체 헤테로구조는 레이저나 발광다이오드, 변조기, 태양전지 등 광전소자의 개발에도 중요한 역할을 했습니다. 반도체 레이저는 전자와 홀이 재결합되면서 빛입자, 즉 광양자를 방출하는 현상에 기반을 두고 있습니다. 이러한 광양자의 밀도가 충분히 높아지면 그들은 서로 같은 리듬으로 움직이기 시작하면서 공조된 상태의 빛인 레이저를 방출합니다. 초기의 반도체 레이저는 효율이 매우 낮았으며 짧은 펄스의 형태로만 발광이 가능했습니다. 1963년, 허버트 크뢰머와 조레스 알페로프 교수는 전자, 홀, 그리고 광양자가 두 개의 다른 층(이중 헤테로구조) 사이에 가둬지면 그 농도가 훨씬 커질 수 있다는 것을 제안했습니다. 우수한 장비가 없었음에도 상트페테르부르크의 알페로프 교수를 비롯한 공동 연구자들은 골치 아픈 냉각 문제가 해결된 연속 레이저를 만들어 냈습니다. 이때가 1970년 5월로 미국의 경쟁자들보다 불과 몇 주 앞서 달성한 것이었습니다. 레이저와 발광다이오드는 그 후 여러 단계를 거쳐 발전해 왔습니다. 헤테로구조 레이저가 없었다면 오늘날 고속의 광학통신, CD 플레이어, 레이저 프린터, 바코드 리더, 레이저 포인터, 그리고 수많은 과학 기기들이 존재하지 못했을 것입니다. 발광다이오드는 모든 종류의 디스플레이에 사용되는데 거기에는 교통 신호등도 포함되어 있습니다. 조만간 전구를 사용하는 교통 신호등은 모두 발광다이오드 신호등으로 대체될 것입니다. 최근에는 청색 레이저를 포함하여 전 가시파장 영역의 발광다이오드와 레이저를 만들 수 있게 되었습니다. 단지 더 쉽다는 이유 때문에 저는 이들 발견에 내재된 눈부신 과학적 성취보다 그 기술적 중요성들을 강조해서 말씀드렸습니다. 그러나 도전적인 문제의식과 적합한 연구 수단을 갖게 되면서 대규모의 기초연구가 이어지곤 했습니다. 마이크로일렉트로닉스의 첨단재료와 도구는 나노과학과 양자효과에 관한 연구에 사용되고 있습니다. 과학 계산은 물론 과학 실험도 이제는 고도로 전산화되어 있습니다. 반도체 헤테로구조는 2차원 전자가스의 실험실이라고 할 수도 있습니다. 양자 홀효과에 관한 1985년과 1998년의 노벨 물리학상은 이런 제한된 구조가 있었기에 가능했습니다. 미래에는 그것들이 더 감소해서 1차원 양자채널이나 0차원의 양자점으로 축소될 것입니다. 알페로프, 킬비, 그리고 크뢰머 박사님. 제가 여러분의 발견과 발명이 갖는 중요성 몇 가지를 간단히 설명드렸습니다만, 인류에게 이렇게 많은 혜택을 가져온 경우는 거의 없을 것입니다. 우리는 아직 정보기술 혁명의 한 가운데 있을 뿐이며 앞으로도 이 분야는 계속 발전할 것입니다. 언제 어디서 무엇이 나오리라고 단언할 수는 없지만, 저는 기초연구들을 통해 새로운 현상들이 속속 밝혀질 것을 확신합니다. 스웨덴 왕립과학원을 대표해서 여러분께 진심으로 축하의 말씀을 전합니다. 이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.