국내 연구진이 유기반도체와 2차원-무기반도체 이종접합 구조로 뇌 신경망 모방 전자 시스템(뉴로모픽)의 핵심 소자인 멤트랜지스터의 신뢰도를 높였다. 기존 컴퓨팅 한계를 넘어 차세대 고용량·고효율·저전력 컴퓨팅 발전 가속화 전환점이 될 전망이다.
한국연구재단은 주진수 고려대 교수 연구팀이 에너지 밴드 정밀 설계를 통해 유기반도체인 TCTA와 2차원-무기반도체인 이황화몰리브덴(MoS2)의 이종접합을 활성층으로 사용한 뇌 신경망 모방 멤트랜지스터 제작에 성공했다고 13일 밝혔다.
뉴로모픽 핵심 소자인 멤트랜지스터 관련 기존 연구는 소재 자체 문제로 전류 제어가 불안정했다. 예측 가능하고 인위적인 반복 신호 구현이 어려워 소자 신뢰성 확보에 한계가 있었다.
연구팀은 멤트랜지스터 고저항 상태를 유기반도체 TCTA로, 저저항 상태는 2차원 무기반도체 MoS2로 구현한 이종접합 구조 활성층을 설계하고, 이를 기반으로 전계효과 트랜지스터를 제작했다.
활성층 하단에 전극이 접촉하는 구조를 도입해 전하 수송 특성을 정밀하게 제어함으로써 장기 가소성 및 스파이크 타이밍 의존적 가소성(STDP)과 같은 최적화된 시냅스 특성을 확보했다.
새로운 멤트랜지스터는 시냅스 동작 조절과 이종 시냅스 가소성 조절이 동시에 가능해 뉴로모픽 시스템에서 요구되는 다중 입력 처리 및 유연한 학습 능력을 구현했다.
주진수 교수는 “이번 연구는 반도체 접합 정밀 설계를 통해 신경망 모방 전자 시스템 분야에서 전류 제어가 가능한 멤트랜지스터를 처음 제작한 데 학술적 의의가 있다”며 “에너지 밴드 엔지니어링 기반 이종접합 시스템은 향후 다양한 이종접합 소자 설계 시 인적, 물적 자원 최소화에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 기초과학 및 의료/생명 과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 지난 5일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
