유·무기반도체 이종접합 뇌 신경망 모방 멤트랜지스터 제작

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 유기반도체와 2차원-무기반도체의 이종접합 구조로 뇌 신경망 모방 전자 시스템(뉴로모픽)의 핵심 소자인 멤트랜지스터의 신뢰도를 높였다.

한국연구재단은 고려대학교 주진수 교수 연구팀이 에너지 밴드 정밀 설계를 통해 유기반도체인 TCTA와 2차원-무기반도체인 이황화몰리브덴(MoS2)의 이종접합을 활성층으로 사용한 뇌 신경망 모방 멤트랜지스터 제작에 성공했다고 13일 밝혔다.

현대 컴퓨터는 연산 장치와 메모리가 물리적으로 분리된 폰 노이만 아키텍처를 기반으로 하기 때문에 데이터 전달 과정에서 병목 현상이 발생하고, 전력 소모가 큰 단점이 있다.

대안으로 제시된 뉴로모픽은 연산과 저장 기능을 동시에 수행하고, 필요한 순간에만 신호를 전달하는 스파이킹(spiking) 방식으로 작동해 에너지 효율을 극대화하고 유휴 상태의 전력을 최소화한다.

그러나 뉴로모픽의 핵심 소자인 멤트랜지스터 관련 기존 연구는 소재 자체의 문제로 전류 제어가 불안정했다. 따라서 예측 가능하고 인위적인 반복 신호 구현이 어려워 소자의 신뢰성 확보에 한계가 있었다.

연구팀은 멤트랜지스터의 고저항 상태를 유기반도체 TCTA로 저저항 상태는 2차원 무기반도체 MoS2로 구현한 이종접합 구조의 활성층을 설계하고 이를 기반으로 전계효과 트랜지스터를 제작했다.

활성층 하단에 전극이 접촉하는 구조를 도입해 전하 수송 특성을 정밀하게 제어함으로써 장기 가소성* 및 스파이크 타이밍 의존적 가소성(STDP)과 같은 최적화된 시냅스 특성을 확보했다.

새로운 멤트랜지스터는 시냅스 동작 조절과 이종 시냅스 가소성 조절이 동시에 가능해 뉴로모픽 시스템에서 요구되는 다중 입력 처리 및 유연한 학습 능력을 구현했다.

주진수 교수는 “이번 연구는 반도체 접합 정밀 설계를 통해 신경망 모방 전자 시스템 분야에서 전류 제어가 가능한 멤트랜지스터를 처음 제작한 데 학술적 의의가 있다”며 “에너지 밴드 엔지니어링 기반의 이종접합 시스템은 향후 다양한 이종접합 소자 설계 시 인적, 물적 자원의 최소화에 기여할 것으로 기대된다”고 설명했다.