동국대 김성준 교수팀, 다기능 멤리스터 소자 개발 … 하나의 소자에서 비휘발성·휘발성 메모리 특성 확보

동국대학교는 전자전기공학과 김성준 교수 연구팀과 중앙대 김민휘 교수가 공동으로 반도체 재료 중 하나인 ZnTe(아연 텔루라이드) 기반의 다기능(뉴런, 시냅스) 멤리스터(메모리와 저항의 합성어) 소자를 개발했다고 30일 밝혔다.

기존의 저항 기반 멤리스터 소자는 뉴런 또는 시냅스 중 한 가지 역할만 구현하는 한계를 가지고 있다. 이번에 개발한 ZnTe 물질 소자는 기존 멤리스터의 단점으로 알려진 저항 상태 변화의 랜덤성을 활용해 시냅스와 뉴런의 역할을 한 소자에 동시 구현했다는 게 장점이다. 이 소자는 선택기, 시냅스, 뉴런의 역할까지 총 3가지 역할을 동시에 수행할 수 있다. 기존 소자보다 높은 신뢰성과 빠른 동작 속도, 낮은 소비 전력이 특징이다.

공동 연구팀은 키슬리(Keithley) 측정 장비를 통해 ZnTe 기반 다기능 소자의 전기적 특성을 분석했다. 이후 전기적인 펄스 신호를 인가함으로써 뇌의 시냅스를 모방하고 확률적 스위칭을 이용해 뇌의 뉴런을 구현해 냈다. 기존의 연구에서는 다양한 증착 장비로 멤리스터 소자를 제작해 시냅스, 뉴런을 모방했다. 이번 연구에서는 PVD(진공 중에 금속을 기화시켜 기판에 엷은 피막을 형성하는 기술) 증착 장비만을 활용해 소자 제작 시간을 단축했다.

김 교수는 "이번 성과로 대용량 고속 소자가 요구되는 분야에서 우수한 저장 용량과 높은 응답 속도를 제공할 수 있게 됐다"며 "뉴런 형태의 정보 처리와 기억 기능을 효과적으로 모방하고 구현하는 데 활용할 수 있다"고 설명했다.

이번 연구논문(Configurable Synaptic and Stochastic Neuronal Functions in ZnTe-based Memristor for an RBM Neural Network)은 재료과학 분야 저명 국제학술지 '어드밴스드 사이언스' 온라인판에 9월 게재됐다. 동국대 전자전기공학과 허준강, 김성민 석사가 공동 제1저자로 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구 과제 지원을 받아 수행됐다.