(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 한국연구재단은 조정호(연세대)·박진홍(성균관대)교수 연구팀이 수직 이온-젤 트랜지스터를 이용, 크로스바 배열로 확장할 수 있는 인공시냅스 소자를 구현했다고 17일 밝혔다.
연구팀에 따르면 사진·영상 같은 비정형 데이터 처리에 대한 수요가 폭증하면서 인공지능의 발전을 뒷받침할 하드웨어에 대한 연구가 활발하다.
특히, IBM, Intel, 삼성 등의 기업과 연구소들은 효율적인 인공지능 컴퓨팅 기술 구현을 위해 인간 뇌의 기능을 전자칩을 통해 모사하는 뉴로모픽 칩 연구에 많은 투자를 하고 있다.
이런 가운데 최근에는 다양한 뉴-메모리 소자들을 활용해 시냅스의 기능을 모사하고 신경망의 효율을 높이려는 연구들이 활발히 진행되고 있다.
기존 멤리스터 소자(2단자)에 비해 트랜지스터 소자(3단자)는 정보를 읽는 단자와 쓰는 단자가 분리돼 인공 시냅스 소자 및 뉴로모픽칩 구현시 안정적인 거동을 기대할 수 있다.
그러나 단자가 더해지는 만큼 회로가 복잡해지고 부피가 커져 집적화에 불리했다. 처리속도 지연과 소모전력 증가로 이어질 수 있기 때문이다.
이에 연구팀은 게이트, 소스, 드레인 등 3개의 전극을 서로 교차하며 적층, 열십자(十)처럼 보이는 크로스바 구조로 집적화의 어려움을 극복했다.
교차점들이 저마다 하나의 소자로 기능하기에 높은 집적도를 확보할 수 있다.
연구의 핵심은 이온-젤( 흐르지 않는 고체상의 전해질)을 게이트 절연체로 도입한 것이다.
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.
한편, 이번 연구는 국제학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈’ 9월14일자에 게재됐다.
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