국내 연구진이 높은 동작 범위와 채널 전도도를 갖는 IGZO 뉴로모픽 전자소자를 개발하는 데 성공했다. 

아주대학교는 박성준 교수(아주대 전자공학과)가 세계 최고 수준의 높은 동작 범위와 채널 전도도를 갖는 IGZO 뉴로모픽 전자소자를 개발했다고 15일 밝혔다.

IGZO(InGaZnO, 인듐갈륨아연산화물)는 디스플레이 산업에서 널리 활용되고 있는 화합물 반도체로, 고사양의 OLED(유기 발광 다이오드) 구동소자로 쓰이고 있다.

해당 논문은 ‘초-동적범위 IGZO 뉴로모픽 트랜지스터’라는 제목으로 국제 저명 학술지 '어플라이드 머터리얼스 투데이' 10월 온라인판에 게재됐다.

연구에는 아주대 전자공학과 석사과정의 곽태현 학생과 한국화학연구소 김명진 박사, 미국 퍼듀대 이원준 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

박성준 아주대 교수와 한국화학연구소화학소재연구본부 고기능고분자연구센터의 김용석 센터장은 공동교신저자로, 한국화학연구소 김은채 연구원, 고려대 왕건욱 교수·장진곤 박사, 전북대 김태욱 교수는 공동저자로 참여했다.

연구팀은 IGZO와 다양한 산화물을 기반으로, 기능성 반도체와 인간 신경구조와 유사한 뉴로모픽 전자소자를 연구해왔다.

차세대 기술로 주목받고 있는 뉴로모픽 전자소자는 인간의 뇌와 같이 연산과 저장을 동시에 할 수 있어 전력 소모가 적고 연산 속도가 빠르다.

사물 인터넷, 자율 주행 등에의 폭넓은 활용을 위해서는 데이터 처리가 빠르고 효율적인 반도체가 필요하기에 최근 산업계에서는 뉴로모픽 반도체를 주목해왔다.

하지만 기존의 뉴로모픽 전자장치는 반도체 혹은 절연체의 고유 특성으로 인해 동작 범위와 전도도가 낮다는 한계를 보여왔다. 이에 데이터 송수신 시 낮은 데이터 신호 강도로 인해 데이터 증폭을 위한 전력 소모가 많고, 잡음(노이즈)에 의해 계산의 정확도가 낮아지는 원인이 되어 왔다.

이를 개선하기 위해 공동 연구팀은 합성된 고분자 절연체층을 자외선 환경에서 광가교(photo-crosslink)할 때 첨가되는 가교제의 양에 따라 내부 수산기의 양이 변하는 현상에 주목했다.

자외선 광에너지와 극성 용매가 수산기를 증가시키는 한편 필름의 결합력도 높여 내·외부 환경 및 화학적 안정성을 동시에 향상시킨다는 사실을 규명해냈다.

이를 바탕으로 높은 동작 범위를 확보하고, 구동 안정성이 높은 IGZO 뉴로모픽 소자를 개발하는 데 성공했다. 이에 뉴로모픽 반도체 연구 개발을 진행 중인 화학·반도체 소재 및 응용 분야 산업계에서 높은 관심을 받을 것으로 전망된다.

박성준 교수는 “화학소재 합성 및 반도체 공학의 융합기술로, 앞으로 AI 알고리즘을 동반한 사물인터넷(IoT) 기술, 가상화(AR, VR, XR) 기술, 의료 빅데이터 분석 및 진단 등에 널리 활용될 것으로 기대한다”고 전했다.

한편, 이번 연구는 한국전력공사 사외공모 기초연구사업, 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부의 지원으로 수행되었다.

[ 경기신문 = 유연석 기자 ]