‘뉴로모픽 반도체’ 쉽고 싸게 만드는 공정 기술 나온다

성균관대, 단일 전기중합 공정 개발
“AI 반도체 저비용으로 대량 생산 가능”
AI 학습 인식 정확도 95.2% 달성

인텔이 공개한 뉴로모픽 반도체 '로이히칩'. 기사와는 상관없음./조선DB

국내 연구진이 뇌의 시냅스를 따라 만든 ‘신경 모방 전자소자’를 쉽고 정확하게 만들 수 있는 공정을 개발했다. ‘뉴로모픽(Neuromorphic) 소자’로 불리는 뇌 신경 모방 전자소자는 데이터 처리 속도와 에너지 효율성이 높아 인공지능(AI) 반도체 분야에서 차세대 기술로 꼽힌다.

강보석 성균관대 나노과학기술원 교수 연구팀은 AI 반도체 박막 합성과 패터닝 일원화 공정이 가능한 ‘일체형 원격 전기중합법’을 개발했다고 6일 밝혔다.

일체형 원격 전기중합법은 교류 전압과 직류 전압이 합쳐진 ‘교·직류 양극성 전기중합법’을 응용해 개발한 기술이다. 뉴로모픽 소자에서 시냅스 역할을 하는 전극을 전기중합용 양극성 전극으로 재해석했다. 이 방법으로 AI 반도체층을 전기화학적으로 성장시킬 수 있다. 연구팀은 새로 적용된 교·직류법으로 반도체층을 균일하고 빠르게 형성시킬 수 있다고 설명했다.

반도체를 만드는 기존 방법은 기상화학증착법과 포토리소그래피 공정이다. 기상화학증착법은 화학 물질에 플라즈마와 열을 가해 박막을 만들고 기판에 증착하는 방식이다. 포토리소그래피는 반도체 웨이퍼 위에 감광 성질이 있는 포토레지스트를 바른 후 빛을 가해 원하는 회로를 형성하는 방식을 말한다. 두 공정은 현재 널리 사용되고 있지만, 복잡하고 비싸 AI 반도체를 제작하기엔 한계가 있다.

강보석 성균관대 나노기술원 교수 연구팀이 개발한 뇌 신경 모방 전자소자의 공정 복잡성을 해소한 단일 공정 패터닝 전기중합 기술./성균관대

연구팀은 새로 개발한 공정을 활용해 전기화학 트랜지스터 기반의 신경 모방 전자소자를 만들었다. 전기화학 트랜지스터는 전해질을 이용해 전류를 제어하는 전자소자다. 이 전자소자로 AI 학습 시뮬레이션을 진행한 결과, 인식 정확도가 95.2%에 달했다. 또 멀티게이트 신경 모방 전자소자를 만들어 특정 반응의 확률을 조절할 수 있는 ‘조작적 조건화’ 현상을 만들었다. 연구팀은 이번 연구로 AI와 신경 모방 소자의 응용이 가능해졌다고 강조했다.

강보석 교수는 “유연한 고집적 신경 모방 전자소자를 단기간에 낮은 비용으로 대량 생산할 수 있는 제조 기술을 제시했다”며 “이 기술은 기상화학증착법을 대체해 다양한 반도체 소재에 적용할 수 있어 산업적 발전에 이바지할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받았다. 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 지난달 19일 게재됐다.

참고자료

Advanced Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202402361

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