KAIST 전기및전자공학부 최신현 연구팀이 다공성 구조를 갖는 차세대 저항 변화 소자를 활용해 우리 뇌의 신경전달물질 시냅스를 모방한 고신뢰성 소자를 개발했다고 25일 밝혔다.

연구팀은 기존 양이온 저항 변화 방식과 음이온 저항 변화 방식을 혼합한 하이브리드 형태로 매개체를 구성해 비정질로 이뤄진 다공성 구조 및 버퍼 층을 이용해 고신뢰성 시냅스 소자를 설계했다.

해당 구조는 저온 공정을 통해 형성함으로써 기존 실리콘 상보형 산화금속 반도체에 집적 및 적층 가능해 집적도 높은 대용량 로직·인공신경망 컴퓨팅 시스템 제작에 활발히 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

멤리스터는 저전력으로 인메모리 컴퓨팅, 가중치 저장, 행렬 계산 능력 등으로 차세대 논 폰노이만 구조에 쓰일 수 있는 차세대 소자로 주목받고 있다. 하지만 현존하는 멤리스터로 실용적인 대용량 인공신경망 컴퓨팅시스템을 만들기 위해서는 멤리스터 단위 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 연구가 필요하다.

최 교수는 이러한 문제를 단결정 물질을 사용해 결함 및 이온의 무작위적인 움직임을 제어함으로써 소자 신뢰성 확보에 성공한 바 있다. 하지만 단결정을 이용하는 문제 및 제작에 고온 공정이 필요하므로 기존 실리콘 CMOS에 집적 및 적층이 어려워 집적도를 높이는 데 한계가 있었다.

연구팀은 연구를 통해 기존의 비정질 물질을 사용해 신뢰성을 확보할 수 있는 다공성 구조의 양이온 제어층 및 버퍼층으로 이용되는 음이온 제어층을 설계했다. 이를 통해 적층 및 집적 가능한 소자를 제작했다.

연구팀은 기존 소자 대비 6배 이상 신뢰성을 개선할 수 있었으며 이와 동시에 인공 시냅스 소자로서 필요한 다른 특성들도 확보할 수 있었다.

최 교수는 "이번 개발한 고신뢰성 시냅스 소자는 안정적인 대용량 어레이 제작의 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대되며 차세대 신소자를 기반으로 한 뉴로모픽 컴퓨팅 등 빅데이터 처리가 필요한 응용 분야에 적합한 플랫폼을 구축하는 데에 기여할 수 있기를 바란다“고 말했다.

[전국매일신문] 대전/ 정은모기자 
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