국립부경대, 뇌 모방 소자 기억 조절 전극 설계법 제시

국내외 6개 대학 연구진 참여
게이트 전극 소재·구조·계면 분석
국제학술지 10월 6일 논문 게재

뇌 모방 전자소자의 기억 특성을 조절하는 게이트 전극 설계 연구에 참여한 국립부경대학교 김용희 연구교수(왼쪽)와 이은광 교수. (사진=국립부경대학교 제공)

인공지능 반도체가 정보를 얼마나 오래 기억할지를 결정하는 데 반도체층뿐 아니라 신호를 전달하는 전극도 중요한 역할을 한다는 연구 결과가 나왔다. 국립부경대학교 연구진은 국내외 대학들과 함께 뇌의 신경 연결을 본뜬 전자소자의 기억 특성을 게이트 전극으로 조절하는 설계 방법을 정리했다.

이번 연구는 유기 전기화학 트랜지스터(OECT)를 대상으로 한다. 이 소자는 이온과 전자의 이동을 이용해 뇌의 시냅스처럼 신호를 처리하는 구조로, 전력 소비가 적은 인공지능 연산 장치에 활용할 수 있는 기술로 연구되고 있다.

기존에는 전류가 흐르는 반도체층을 중심으로 소자 성능을 살펴봤다. 연구진은 입력 신호를 전달하는 게이트 전극이 이온의 유입과 저장, 배출에 관여한다는 점에 착안해 전극 자체의 설계가 기억 유지 시간에 미치는 영향을 분석했다.

분석 기준은 전극을 구성하는 물질과 물리적 형태, 전해질과 접촉하는 경계면 등 세 가지다. 연구진은 관련 선행연구를 종합해 이러한 조건을 달리하면 일시적으로 유지되는 기억과 오래 남는 기억의 특성을 조정할 수 있다는 설계 방향을 제시했다.

전극 재료에 따른 차이도 비교했다. 미세한 구멍이 많은 탄소 소재는 기억의 지속성을 조절하는 데 활용할 수 있으며, 이온을 내부에 저장하는 전도성 고분자는 장기 기억에 해당하는 특성을 구현하는 데 유리한 것으로 분석됐다.

금속유기골격체(MOF)는 내부 통로의 크기에 따라 이온의 이동을 선택적으로 조절할 가능성이 있는 재료로 다뤄졌다. 연구진은 이러한 소재별 특성과 함께 연합 학습, 저수지 컴퓨팅 등 적용 분야 및 대규모 소자 집적에 필요한 기술적 과제도 검토했다.

연구에는 국립부경대 김용희 연구교수와 경상국립대 김우조 교수가 공동 제1저자로 참여했다. 이은광 국립부경대 교수, 유호천 한양대 교수, 이신형 서울시립대 교수는 교신저자를 맡았으며 대만 국립타이베이과기대 Wen-Ya Lee 교수와 이탈리아 브레시아대 Fabrizio Torricelli 교수도 함께했다.

연구 내용을 담은 논문 'Gate Electrode Engineering for Tunable Synaptic Plasticity in Organic Electrochemical Neuromorphic Devices'는 지난 6일 국제학술지 'Advanced Functional Materials'에 게재됐다.

이은광 교수는 뇌를 모방한 전자소자의 기억 기능을 이해하려면 전극과 전해질 사이에서 이온이 움직이는 원리를 살펴야 한다며, 이번 연구가 차세대 저전력 인공지능 반도체 설계에 참고가 될 수 있다고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단의 2026년 우수신진연구(유형B) 사업과 국립부경대학교의 2026학년도 글로벌 공동연구 지원을 받아 수행됐다.

부산=김성욱 기자