KAIST, 다공성 나노소재를 활용한 고신뢰성 시냅스 소자 개발

KAIST 제작 소자 이미지와 각 구조에서 유도되는 특성
<KAIST 제작 소자 이미지와 각 구조에서 유도되는 특성>

국내 연구진이 뇌 신경전달물질 '시냅스'를 모방한 고신뢰성 소자 개발에 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 최신현 전기 및 전자공학부 교수팀이 다공성 구조를 갖는 차세대 저항 변화 소자(멤리스터)를 활용해 이같은 성과를 냈다고 25일 밝혔다.

멤리스터는 이전 상태를 모두 기억하는 메모리 소자다. 전원공급이 끊어져도 통과한 전류 방향과 양을 기억한다. 차세대 소자로 주목받는데, 단위 소자 신뢰성 확보 연구가 필요하다.

소자 신뢰성은 비정질 물질 내 결함, 이온 배치에 영향을 받는다. 연구팀은 단결정 물질을 사용, 결함과 이온 움직임을 제어해 소자 신뢰성 확보에 성공한 바 있다. 하지만 단결정을 이용하려면 고온 공정이 필요해 기존 실리콘 CMOS에 집적 및 적층이 어렵다. 집적도를 높이는 데 한계가 있었다.

연구팀은 이번 연구를 통해 기존 비정질 물질을 사용해 신뢰성을 확보할 수 있는 다공성 구조 양이온 제어층 및 버퍼층으로 이용되는 음이온 제어층을 설계했고, 이를 통해 적층 및 집적 가능한 소자를 제작했다. 연구팀은 기존 소자 대비 여섯 배 이상 신뢰성을 개선했으며 이와 동시에 인공 시냅스 소자로서 필요한 다른 특성들도 확보할 수 있었다. 저온 공정으로 형성할 수 있고 기존 실리콘 상보형 산화금속 반도체(CMOS)에도 집적·적층이 가능하다.

최신현 교수는 “고신뢰성 시냅스 소자는 안정적인 대용량 어레이 제작 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대되며 차세대 신소자를 기반으로 한 뉴로모픽 컴퓨팅 등 빅데이터 처리가 필요한 응용 분야에 적합한 플랫폼 구축에 기여할 수 있을 것”이라며 “미국, 대만 기업에서 활발히 진행 중인 차세대 신소자 기반 기술 개발이 국내에서도 활성화되기를 희망한다”고 말했다.

김영준기자 kyj85@etnews.com