인하대, 유연한 2차원 나노소재 기반 인공 시냅스 반도체 소자 개발

인간 뇌 모사 2차원 나노소재기반 고성능 뉴로모픽 소자

인하대학교 신소재공학과 유보림 석사과정생, 이문상 교수, 함명관 교수/제공=인하대

인하대학교는 이문상·함명관 신소재공학과 교수 연구팀이 최근 2차원 나노소재인 텔루린을 기반으로 최종 사용자(end-user)에 적용 가능한 유연한 초저전력 차세대 인공 시냅스 소자를 개발했다고 29일 밝혔다.

뉴로모픽 반도체는 인간의 뇌 구조를 모방해 만든 반도체 칩으로 전력 소모를 줄이면서 병렬연산이 가능한 컴퓨팅 기술로 차세대 반도체 산업기술로 주목받고 있다.

연구팀은 2차원 나노 소재 물질 중 하나인 텔루린(Tellurene)을 합성하면서 뉴로모픽 반도체 효율성을 높이기 위한 인공 시냅스 소자를 구현했다. 이를 기반으로 초저전력, 소자 특성의 재구성 능력, 유연 소자 적용 가능성을 분석해 차세대 뉴로모픽 엣지 컴퓨팅 적용 가능성을 확인했다.

텔루린은 높은 전하 이동도, 기계적 안정성 등의 특징을 갖고 있는 소재로 연구팀은 수열합성법을 이용해 2차원 텔루린을 합성했고 이를 인공 시냅스 물질로 선정해 트랜지스터 구조의 인공 시냅스 소자를 구현했다.

연구팀은 이번에 구현한 인공 시냅스 소자가 약 10펨토줄(fJ)의 초저전력 특성을 가지는 것으로 확인했다. 이번 연구 결과가 다양한 환경에서 사용될 수 있는 최종 사용자용 기기에 2차원 텔루린 인공 시냅스 소자가 사용될 수 있다는 것을 실험적으로 증명했다고 봤다. 이는 전자 피부, 웨어러블 기기 등 엣지 컴퓨팅 기기로의 응용 가능성을 넓혔다는 평가를 받고 있다.

이문상 인하대학교 신소재공학과 교수는 "이번 연구 성과는 기존 시냅스 특성이 강화된 2차원 나노 소재 기반의 유연한 인공 시냅스 소자를 구현함으로써 뉴로모픽 엣지 컴퓨팅 응용 가능성을 밝혔다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.

함명관 인하대학교 신소재공학과 교수는 "이번에 개발한 인공 시냅스 소자는 기존 나노 소재의 단점을 극복해 다양한 환경에서 사용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 재료공학 분야의 세계적인 학술지인 영국왕립화학회지 'Journal of Materials Chemistry C' 온라인판에 최근 게재됐다. 제1저자는 인하대학교 신소재공학과 석사과정인 유보림, 윤지찬 학생이며 김유나, 박지향, 박진아 학생이 공동연구를 진행했다. 공동교신저자로 이문상, 함명관 교수와 동국대학교 김언정 교수가 참여했다. 인천=주관철 기자 orca2424002@