한국 연구진이 사람의 뇌를 모방, 하드웨어(HW) 기반으로 인공지능(AI) 연산을 구현하는 '뉴로모픽 컴퓨팅'의 상용화를 앞당길 신뢰성·성능 향상 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 최신현 전기 및 전자공학부 교수팀이 한양대 연구진과 공동 연구로 차세대 메모리 소자 신뢰성·성능을 높일 수 있는 이종 원자가 이온 도핑 방법을 개발했다고 21일 밝혔다.
이종원자가 이온은 원래 존재하던 원자와 다른 원자가(공유 결합 척도)를 갖는 이온이다.
연구팀은 기존 차세대 메모리 소자의 가장 큰 문제인 불규칙한 소자 특성 변화 문제를 개선하기 위해, 이종원자가 이온을 도핑하는 방식으로 소자 균일성·성능을 향상할 수 있음을 실험과 원자 수준 시뮬레이션으로 규명했다.
이종원자가 할라이드 이온을 산화물 층 내에 적절히 주입하는 방법이 소자 신뢰성·성능을 향상할 수 있음을 보고했다. 소자 동작 균일성, 동작 속도, 성능이 증대됨을 실험적으로 확인했다.
연구팀은 또 원자 단위 시뮬레이션 분석으로도 실험 결과와 같은 결정질·비결정질 환경 소자 성능 개선이 이뤄짐을 보고했다.
이 과정에서 도핑된 이종원자가 이온 근처 '산소 빈자리'를 끌어당겨 안정적인 소자 동작을 가능하게 하고, 이온 근처 공간을 넓혀 빠른 소자 동작을 가능하게 하는 원리도 밝혀냈다.
최신현 교수는 “이번에 개발한 이종원자가 이온 도핑 방법은 뉴로모픽 소자 신뢰성·성능을 획기적으로 높이는 방법으로, 차세대 멤리스터 기반 뉴로모픽 컴퓨팅의 상용화에 기여할 수 있고, 밝혀낸 성능 향상 원리를 다양한 반도체 소자들에 응용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
배종민 KAIST 전기 및 전자공학부 석사과정, 권초아 한양대 박사후연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 '사이언스 어드밴시스' 6월호에 출판됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 신소자원천기술개발사업, 신재료PIM소자사업, 우수신진연구사업, 나노종합기술원 반도체공정기반 나노메디컬 디바이스개발 사업, 국가슈퍼컴퓨팅센터 혁신지원프로그램 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
