KU-KIST융합대학원 이철호 & 왕건욱 교수팀, 2차원 물질 기반의 저전력 뇌기능 모방 전자소자 개발

Advanced Materials 논문 게재 및 표지 논문 선정 


고려대학교 KU-KIST 융합대학원 이철호, 왕건욱 교수팀은 최근 차세대 반도체로 각광받고 있는 2차원 물질을 적층한 이종접합 구조와 상변환 공정을 이용하여 초저전력 구동 및 전계 제어가 가능한 신개념의 뇌기능 모방 전자소자를 개발하였다. 이 연구 결과는 기존 멤리스터 (memristor) 연구에서 보고되었던 2단자 (2-terminal) 소자의 한계를 극복하고 소자의 제어 및 전력소모 관점에서 새로운 방향을 제시했다. 이를 높게 평가 받아, 재료과학 분야 최고 권위의 학술지 중 하나인 어드밴스드 머터리얼즈 (Advnaced Materials, Impact Factor: 21.950) 08월 27일자에 표지 논문으로 게재됐다.

*메모리(memory)와 레지스터(resistor)의 합성어로 소자에 가해진 전기적 자극을 기억하여 2개 이상의 저항 상태를 가지고 이 상태들이 연속적으로 조절될 수 있는 메모리 소자. 또한, 전원공급이 끊어졌을 때도 이전의 저항 상태가 소멸되지 않는 비휘발성 특성을 보임.


▲ 윗줄 왼쪽부터 시계방향으로 이철호 교수, 왕건욱 교수, 장성훈 학생, 허웅 학생, 



본 연구팀은 원자 층 두께의 2차원 물질을 이용하여 전기적 저항 정보를 여러 단계로 저장할 수 있는 멤리스터 소자와 저항 상태를 전기장으로 제어할 수 있는 베리스터 (barristor) 소자가 수직으로 집적된 새로운 구조의 뇌기능 모방 전자소자를 개발했다. 연구팀은 이를 통해 인간의 뇌에 존재하는 다양한 시냅스의 기억 및 학습 특성을 전자 소자로 구현했고, 더 나아가 3단자 구조를 통해 정보 저장, 기억 및 학습 속도를 가속 또는 감속시키는 방법을 규명하여 향후 이미지 인식, 기계학습 등의 초저전력 뉴로모픽 기술에 활용 가능성을 제시했다.

* 금속성 그래핀과 반도체성 2차원 물질을 접합하여 제조한 쇼트키 다이오드 (Schottky diode). 일반적인 금속과 달리 그래핀의 일함수 (work function)가 전기장에 의해 조절될 수 있기 때문에, 트랜지스터와 유사하게 소자에 흐르는 전류를 켜고 끄거나 조절할 수 있는 전자소자.



▲ 2차원 물질 기반의 전자소자 및 시냅스 모식도 (왼쪽) 및 논문 표지 (오른쪽)


연구팀은 “2차원 물질의 고유한 특성을 이용한 새로운 구조의 뇌기능 모방 전자소자를 제안함으로써, 향후 저전력, 고효율 뉴로모픽 기반의 인공지능 기술 개발의 초석이 될 수 있을 것으로 기대한다.” 라고 의의를 밝혔다.



본 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 (일반연구자, 신진연구자 및 선도연구센터), KU-KIST School 사업 및 고려대학교 미래창의연구사업 (KU FRG)의 지원을 받아 수행됐다.

- 논문명: Synaptic Barristor Based on Phase-Engineered 2D Heterojunctions, doi.org/10.1002/adma.201801447

- 저자 정보: 허웅 ( 고려대학교, 제1저자 ), 장성훈 ( 고려대학교, 공동 제1저자 ), 왕건욱 ( 고려대학교, 공동 교신저자 ), 이철호 ( 고려대학교, 교신저자 ) 포함 총 11명