이성남 한국공대 교수 연구팀 ‘저항성 메모리 기반 다진법 광전자 시냅스 소자’ 개발

세계적 학술지 ‘Advanced Electronic Materials’ 지난 17일자 온라인판에 발표

이성남 한국공대 나노반도체공학과 교수

저항성메모리와 LED를 이용한 다진법 반도체의 회로 개략도(왼쪽부터), 산화물 기반의 저항성 메모리를 이용한 광전 시냅스 소자 작동 개략도, 광 및 전류에 의한 4가지 저항성분을 나타내는 4진법 반도체 작동 메커니즘에 대한 개략도.

한국공학대학교는 나노반도체공학과 이성남, 안승언 교수 연구팀이 뉴로모픽 (신경모방) 컴퓨팅 시스템에 적용 가능한 산화갈륨 박막을 기반으로 한 다진법 저항성 메모리 반도체 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

이번 연구 결과는 전자소자 및 재료 분야에서 세계적으로 권위있는 학술지인 'Advanced Electronic Materials'에 2024년 3월 17일자 온라인판에 발표되었다. 본 연구에는 한국공대 김정현 학생을 중심으로 이혜진, 김희진, 최종윤, 오재혁, 최대철, 변지수 학생이 함께 참여했다.

연구팀에 따르면 기존의 저항성 메모리 반도체는 0과 1의 두가지 저항 상태를 이용한 2진법 저장 특성을 나타내었지만, 본 연구에서 개발된 저항성 메모리 반도체는 빛과 전류를 이용하여 4가지 저항 상태를 나타내는 것을 확인하였으며, 이를 이용하여 4진법 기반의 정보를 저장하고, 빛과 전자에 의한 장기 기억 학습 능력을 향상시킬 수 있는 차세대 다진법 광전자 시냅스 소자를 개발 할 수 있었다고 한다.

특히, 본 연구의 주목할 만 한 점은 기존의 저항성 메모리 기반의 시냅스 소자는 전류로만 작동하지만, 본 연구에서 개발된 산화 갈륨 기반의 광전자 시냅스 소자를 빛과 전류로 각각 구동하여 4가지의 저항 성분을 제어하여 광전자 시냅스 소자 개발하고 빛과 전류의 반복적 주입을 통하여 단기 및 장기 기억 특성을 개선시켰다는 것이다. 또한, 이 산화 갈륨을 이용한 저항성 메모리 반도체는 다양한 파장의 빛을 인가함에 따라 4진법 이상의 광전 메모리 소자를 구현할 수 있음을 제시함으로써, 차세대 신경 모방 광전 감각 시스템 및 기억장치 개발에 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이성남 한국공대 교수는"이번 연구 성과는 기존의 광소자에서 주로 사용되고 있는 산화 갈륨 반도체를 차세대 뉴로모픽 (신경모방) 컴퓨팅을 위한 저항성 메모리 기반의 광전자 시냅스 소자에 적용하여 다양한 정보를 빛과 전류을 이용하여 효율적으로 처리할 가능성을 보여주었으며, 이는 향후 인공신경망 기반 차세대 인공지능 광 감각 소자 시스템 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구과제 지원을 받아 수행되었으며 전자소자 및 재료 분야에서 세계적으로 권위 있는 'Advanced Electronic Materials'2024년 3월 17일자에 온라인판에 게재됐다.

정용석기자 kudljang@dt.co.kr