한국공학대학교는 최근 이성남 반도체공학부 교수 연구팀이 2차원 반도체 소재인 그래핀 산화물(GO)을 활용해 빛으로 정보를 학습·기억하는 광전 시냅스 전자소자를 개발했다고 27일 밝혔다.
이번 연구는 센서와 메모리 기능을 하나로 통합해 차세대 뉴로모픽 반도체 기술의 실용화 가능성을 높였다는 평가다.
이 교수와 이승훈·조정빈 대학원생은 '은(Ag)-그래핀 산화물-은' 구조의 소자를 제작하고 빛과 전기 자극에 따른 반응을 분석했다. 연구팀은 저가의 스핀코팅법으로 GO 막의 두께를 정밀하게 조절해 성능 변화를 확인했다.
해당 소자는 자외선을 받으면 전류가 흐르며 정보를 학습하고 기억하는 특성을 보였다. 반대로 전기 자극을 주면 전도도가 서서히 줄어들며 뇌의 망각 과정을 모방하는 반응이 나타났다. 하나의 소자 안에서 학습과 망각 기능을 모두 구현한 셈이다.
특히 GO 막이 두꺼울수록 더 많은 전하를 저장해 정보를 오래 기억하는 경향이 확인됐다. 이 교수팀은 GO 내부의 결함과 산소 기능기가 전하를 붙잡아 두는 역할을 하기 때문이라고 설명했다.
연구진은 소자를 픽셀 배열로 구성해 시각 기억 기능도 시험했다. 그 결과 빛을 이용해 알파벳 문자를 모스부호 형태로 기록하고 이를 일정 시간 유지하는 데 성공했다. 이는 센서가 단순히 빛을 감지하는 수준을 넘어 정보를 스스로 저장하는 인공지능형 시각 메모리 소자로 발전할 수 있음을 보여준다.
이 교수는 "그래핀 산화물은 광응답성과 전하 저장 특성을 동시에 갖춘 유망한 2차원 반도체 소재"라며 "단일 활성층만으로 학습과 망각, 시각 메모리 기능을 구현했다. 향후 저전력 인공지능 반도체와 시각 인지 시스템 등에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 과기정통부·과학기술사업화진흥원의 '대학기술경영촉진 과제', 한국연구재단의 핵심연구 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 'Applied Materials Today'(IF=6.9) 온라인판에 게재됐다.
