저전력 AI 반도체 기반 기술 개발…심우영 교수 4월 과기인상

새로운 'III-V족 반도체' 소재 세계 최초 제안

(과기정통부 제공)

(서울=뉴스1) 나연준 기자 = 과학기술정보통신부와 한국연구재단은 대한민국 과학기술인상 4월 수상자로 자연계에 존재하지 않는 새로운 구조의 'III-V족 반도체' 소재를 개발한 심우영 연세대학교 신소재공학과 교수를 선정했다.

'III-V족 반도체'는 주기율표의 3족 원소와 5족 원소를 결합해 만든 화합물 반도체로 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge) 같은 4족 원소 하나로 이루어진 '단원소 반도체'와 달리 서로 다른 성질의 원소를 조합해 물리적·전기적 특성을 목적에 맞게 조절할 수 있는 것이 특징이다.

기존 III-V족 화합물 반도체는 전자의 빠른 이동은 가능하지만, 이온이 움직일 공간은 거의 없어 새로운 전자 기능 구현에 한계가 있었다.

심 교수는 양이온 유택시(cation-eutaxy) 구조의 새로운 반도체 설계 개념을 제안하고, 일부 원소만 선택적으로 제거하는 토포케미컬 에칭(Topochemical Etching)을 이용해 이온을 이동할 수 있게 하는 반데르발스 간격(물리적인 틈)을 형성했다.

이를 통해 새로운 구조의 'III-V 반도체' 소재에서 반도체의 전기적 특성과 메모리 기능을 동시에 활용할 수 있음을 입증했다.

하나의 소재에서 기억과 연산 기능을 동시에 수행할 수 있는 컴퓨트-인-메모리(Compute-in-Memory) 방식은 인공지능 연산에 필요한 에너지 소모를 크게 줄일 수 있어 차세대 저전력 인공지능 반도체 기반 기술로 주목된다.

또한 인간의 뇌 신경망처럼 신호의 세기와 시간에 따라 연결 강도가 변화하는 시냅스 동작을 모사할 수 있어 뉴로모픽 인공지능 소자로 활용성이 기대된다.

해당 연구 결과는 학문적 혁신성과 실용적 응용 가능성을 인정받아 2024년 10월 국제학술지 네이처 머터리얼스(Nature Materials)에 게재됐고, 10월호 '이달의 연구 브리핑 논문'에도 선정됐다.

또한 심 교수는 2025년 미국 화학회(ACS)의 학술지 '나노레터'(Nano Letters) 부편집장에 선임되어 글로벌 학문 공동체에 기여하고 있다.

심 교수는 "자연계에 존재하지 않는 새로운 반도체 소재를 우리나라 연구진이 세계 최초로 제안했다는데 더욱 의미가 있고 개인적으로도 큰 보람을 느낀다"며 "앞으로도 우리나라가 새로운 소재 연구를 선도할 수 있도록 꾸준히 도전적인 연구를 이어가고 싶다"고 말했다.

yjra@news1.kr

<용어설명>

■ 양이온 유택시 구조
기존 반도체와 달리 양이온이 전기장에 의해 이동할 수 있는 구조.

■ 반데르발스 간격
분자나 원자가 서로 강하게 결합하지 않고 약하게 끌릴 때 유지되는 평균 거리로, 이온이 이 공간을 이동하는 과정에서 전기적 저항 상태의 변화 발생.