다공성 구조를 갖는 차세대 저항 변화 소자(멤리스터)를 활용해 우리 뇌의 신경전달물질 시냅스를 모방한 고신뢰성 소자(시냅스 소자)를 개발한 카이스트 최신현 교수팀 연구는 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 1월호 게재됐다.(자료=사이언스 어드밴시스·카이스트 최신현 교수팀)
다공성 구조를 갖는 차세대 저항 변화 소자(멤리스터)를 활용해 우리 뇌의 신경전달물질 시냅스를 모방한 고신뢰성 소자(시냅스 소자)를 개발한 카이스트 최신현 교수팀 연구는 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 1월호 게재됐다.(자료=사이언스 어드밴시스·카이스트 최신현 교수팀)

[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 최신현 교수팀이 다공성 구조를 갖는 차세대 저항 변화 소자(멤리스터)를 활용해 우리 뇌의 신경전달물질 시냅스를 모방한 고신뢰성 소자(시냅스 소자)를 개발했다고 28일 밝혔다.

멤리스터는 저전력으로 인메모리(In-memory) 컴퓨팅, 가중치 저장, 행렬 계산 능력(vector-matrix multiplication) 등으로 차세대 논-폰노이만 구조에 쓰일 수 있는 차세대 소자로 주목받고 있다.

멤리스터(Memristor)는 메모리와 레지스터의 합성으로 이전의 상태를 모두 기억하는 메모리 소자로 전원공급이 끊어졌을 때도 직전에 통과한 전류의 방향과 양을 기억한다.

그러나 현존하는 멤리스터로 실용적인 대용량 인공신경망 컴퓨팅(Large-scale neural computing) 시스템을 만들기 위해서는 멤리스터 단위 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 연구가 필요하다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 기존 양이온 저항 변화 방식과 음이온 저항 변화 방식을 혼합한 하이브리드 형태로 매개체를 구성하고 비정질로 이루어진 다공성 구조 및 버퍼 층을 이용해 고신뢰성 시냅스 소자를 설계했다.

그동안 소자의 신뢰성 저하는 전통적으로 비정질 물질 내에 무작위적으로 움직이는 결함 및 이온의 배치에서 비롯됐고 이러한 문제를 단결정 물질을 사용해 결함 및 이온의 무작위적인 움직임을 제어함으로써 소자 신뢰성 확보에 관심을 가졌다.

하지만 단결정을 이용의 경우도 고온 공정이 필요해 기존 실리콘 CMOS에 집적 및 적층이 어려워 집적도를 높이는 데 한계가 있었다.

이번 연구과정에서는 기존의 비정질 물질을 사용해 신뢰성을 확보할 수 있는 다공성 구조의 양이온 제어층과 버퍼층으로 이용되는 음이온의 제어층을 설계했다.

이를 통해 적층 및 집적 가능한 소자를 제작했고 기존 소자 대비 6배 이상 신뢰성을 개선했으며 인공 시냅스 소자로서 필요한 다른 특성들도 확보했다.

이 연구결과에 의하면 저온 공정을 통해 기존 실리콘 상보형 산화금속 반도체(CMOS)에 집적 및 적층이 가능하고 이를 통해 집적도 높은 대용량 로직/인공신경망 컴퓨팅 시스템 제작에 활발히 응용될 수 있을 것으로 보인다.

최신현 교수는 “미국, 대만 기업에서 활발히 진행 중인 차세대 신소자 기반 기술 개발이 국내에서도 활성화되기를 희망한다”며 “다른 물질계에서도 구조적으로 적용할 수 있는 방법론을 제시함으로써 활발히 연구가 진행될 것으로 생각된다”고 말했다.

KAIST 최상현 연구원과 박시온 연구원이 공동 제1저자로 참여한 연구는 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 1월호 게재됐다.

이 연구는 한국연구재단, 나노종합기술원, 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다.

SNS 기사보내기
뉴스프리존을 응원해주세요.

이념과 진영에서 벗어나 우리의 문제들에 대해 사실에 입각한 해법을 찾겠습니다.
더 나은 세상을 함께 만들어가요.

정기후원 하기
기사제보
저작권자 © 뉴스프리존 무단전재 및 재배포 금지