연대·성대 연구팀, 인간 뇌 신경세포 닮은 이온-젤 소자 개발

뇌처럼 학습할 수 있는 뉴로모픽칩의 집적도를 높일 크로스바 형태 트랜지스터 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 17일 조정호 연세대 교수와 박진홍 성균관대 교수 연구팀이 수직 이온-젤 트랜지스터를 이용해 인공시냅스 소자를 구현했다고 밝혔다.

기존 멤리스터 소자(2단자)에 비해 트랜지스터 소자(3단자)는 정보를 읽는 단자와 쓰는 단자가 분리되어 인공 시냅스 소자 및 뉴로모픽칩 구현시 안정적인 거동을 기대할 수 있다.

그러나 단자가 더해지는 만큼 회로가 복잡해지고 부피가 커져 집적화에 불리했는데, 이에 연구팀은 3개의 전극을 서로 교차하며 적층, 열십자(十)처럼 보이는 크로스바 구조로 집적화의 어려움을 극복했다.

교차점들이 저마다 하나의 소자로 기능하기에 높은 집적도를 확보할 수 있었다.

핵심은 이온-젤을 게이트 절연체로 도입한 것으로 3차원적으로 이동하면서 전도성 채널을 만드는 이온의 원거리 분극특성 덕분에 전극이 수직으로 교차, 채널이 전극에 의해 가려진 상황에서도 게이트 단자의 역할을 할 수 있도록 한 것이다.

신경전달물질처럼 이온-젤 내부에서 이동하는 이온의 움직임에 따라 반도체 채널의 전류량이 조절되는 원리로 시냅스의 전기화학적 특성을 모사하는 한편 집적도 향상의 실마리도 찾아낼 수 있었다.

대면적 용액공정이 가능한 고분자 반도체와 이온-젤을 이용하기에 인공지능을 활용한 다양한 전자기기로의 폭넓은 응용에도 유리할 것으로 기대된다. 구동전력이 낮다는 것도 장점이다.

한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업, 나노소재원천기술개발사업 및 미래소재디스커버리사업 등의 지원 으로 수행된 이번 연구는 국제학술지 네이쳐 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)에 게재됐다.