양이온·음이온 동시에 이용…적층집적 가능한 소자 개발
신소자 기반 국내 차세대 지능형 반도체 기술 개발 기여
KAIST 전기및전자공학부 최신현 교수 연구팀이 차세대 저항 변화 소자(멤리스터)를 활용해 우리 뇌의 신경전달물질 시냅스를 모방한 고신뢰성 소자를 개발했다.
신소자 기반 국내 차세대 지능형 반도체 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.
25일 KAIST에 따르면 멤리스터(Memristor)는 메모리와 레지스터의 합성으로 이전의 상태를 모두 기억하는 메모리 소자를 말한다.
전원공급이 끊어졌을 때도 직전에 통과한 전류의 방향과 양을 기억하는 똑똑한 소자다.
멤리스터는 저전력으로 인메모리(In-memory) 컴퓨팅, 가중치 저장, 행렬 계산 능력 등으로 차세대 논 폰노이만 구조에 쓰일 수 있는 차세대 소자로 주목받고 있다.
그러나 현존하는 멤리스터로 실용적인 대용량 인공신경망 컴퓨팅 시스템을 만들기 위해서는 멤리스터 단위 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 연구가 필요하다.
이에 연구팀은 기존의 비정질 물질을 사용해 신뢰성을 확보할 수 있는 다공성 구조의 양이온 제어층 및 버퍼층으로 이용되는 음이온 제어층을 설계했다.
이를 통해 적층 및 집적 가능한 소자를 제작했다.
기존 소자 대비 6배 이상 신뢰성을 개선할 수 있었으며, 이와 동시에 인공 시냅스 소자로서 필요한 다른 특성들도 확보할 수 있었다.
이 구조는 저온 공정을 통해 형성함으로써 기존 실리콘 상보형 산화금속 반도체(CMOS)에 집적 및 적층 가능하다.
이에 따라 △집적도 높은 대용량 로직 △인공신경망 컴퓨팅 시스템 제작에 활발히 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 최신현 교수는 “이번에 개발한 고신뢰성 시냅스 소자는 안정적인 대용량 어레이 제작의 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 이달 게재됐다.