[천지일보=김민아 기자] 고려대학교(총장 염재호) KU-KIST융합대학원 이철호-왕건욱 교수팀은 최근 차세대 반도체로 각광받고 있는 2차원 물질을 적층한 이종접합 구조와 상변환 공정을 이용하여 초저전력 구동 및 전계 제어가 가능한 신개념의 뇌기능 모방 전자소자를 개발했다.
이번 연구 결과는 기존 멤리스터(memristor) 연구에서 보고됐던 2단자(2-terminal) 소자의 한계를 극복하고 소자의 제어 및 전력소모 관점에서 새로운 방향을 제시했다. 이를 높게 평가받아, 재료과학 분야 최고 권위의 학술지 중 하나인 어드밴스드 머터리얼즈 (Advnaced Materials, Impact Factor: 21.950) 27일자에 표지 논문으로 게재됐다.
연구팀은 원자 층 두께의 2차원 물질을 이용하여 전기적 저항 정보를 여러 단계로 저장할 수 있는 멤리스터 소자와 저항 상태를 전기장으로 제어할 수 있는 베리스터(barristor) 소자가 수직으로 집적된 새로운 구조의 뇌기능 모방 전자소자를 개발했다. 연구팀은 이를 통해 인간의 뇌에 존재하는 다양한 시냅스의 기억 및 학습 특성을 전자 소자로 구현했고, 더 나아가 3단자 구조를 통해 정보 저장, 기억 및 학습 속도를 가속 또는 감속시키는 방법을 규명하여 향후 이미지 인식, 기계학습 등의 초저전력 뉴로모픽 기술에 활용 가능성을 제시했다.
연구팀은 “2차원 물질의 고유한 특성을 이용한 새로운 구조의 뇌기능 모방 전자소자를 제안함으로써, 향후 저전력, 고효율 뉴로모픽 기반의 인공지능 기술 개발의 초석이 될 수 있을 것으로 기대한다”고 의의를 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업(일반연구자, 신진연구자 및 선도연구센터)과 KU-KIST School 사업 및 고려대 미래창의연구사업(KU FRG)의 지원을 받아 수행됐다.
◆용어설명
* 메모리(memory)와 레지스터(resistor)의 합성어로 소자에 가해진 전기적 자극을 기억하여 2개 이상의 저항 상태를 가지고 이 상태들이 연속적으로 조절될 수 있는 메모리 소자. 또한, 전원공급이 끊어졌을 때도 이전의 저항 상태가 소멸되지 않는 비휘발성 특성을 보임.
* 금속성 그래핀과 반도체성 2차원 물질을 접합하여 제조한 쇼트키 다이오드 (Schottky diode). 일반적인 금속과 달리 그래핀의 일함수 (work function)가 전기장에 의해 조절될 수 있기 때문에, 트랜지스터와 유사하게 소자에 흐르는 전류를 켜고 끄거나 조절할 수 있는 전자소자.
