서울시립대 반도체연구센터 김윤·박동욱 교수팀, 고신뢰성 유연 메모리 소자 개발 … 착용형·생체이식형 기기에 적용 기대

서울시립대학교는 공학연구원 반도체연구센터의 김윤, 박동욱 교수(전자전기컴퓨터공학부) 공동 연구팀이 그래핀 확산 장벽을 도입한 유연 유기물 기반의 저항변화 메모리(RRAM) 소자를 개발했다고 18일 밝혔다. 차세대 유연 신경모방 시스템 구현을 위한 고신뢰성 메모리 기술을 확보했다는 평가다.

연구팀은 유연 양이온 기반 RRAM 소자에서 전도성 필라멘트의 과성장으로 인한 신뢰성 저하 문제를 해결하고자 저항 스위칭 층(Parylene-C)과 비활성 전극(Pt) 사이에 그래핀 확산 장벽을 도입했다. 이를 통해 금속 이온의 과도한 확산을 효과적으로 억제해 기존 유기물 기반 소자 대비 9배쯤 향상된 내구성을 확보했다. 1만 회 이상의 구동 후에도 안정적인 저항 상태를 유지하는 성능을 확인했다.

연구팀은 RRAM 소자를 배열 단위로 집적할 수 있는 크로스바 어레이 구조로 구현했으며, 손으로 쓴 숫자들로 이뤄진 대형 데이터베이스인 MNIST(Modified National Institute of Standards and Technology)를 활용한 인공신경망 시뮬레이션을 통해 해당 소자가 뉴로모픽 컴퓨팅 응용에 적합함을 입증했다.

공동 교신저자인 김윤, 박동욱 교수는 "이번 연구에서 유연 유기물 기반 메모리 소자의 신뢰성 문제를 개선하기 위해 저항 스위칭 층과 불활성 전극 사이에 그래핀 장벽층을 도입하는 방식을 새롭게 적용했다"며 "착용형 또는 생체이식형 디바이스 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 안정적인 메모리 기술 확보에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 와일리(Wiley) 출판사의 세계적 학술지 '스몰 스트럭처(Small Structures)'에 지난 3일 게재됐다. 전자전기컴퓨터공학부 이선정, 김수경 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 정보통신기획평가원(IITP)의 대학ICT연구센터사업, 한국연구재단(NRF)의 시스템반도체 융합전문인력 육성사업 및 글로벌기초연구실지원사업, 산업통상자원부가 지원하는 한국산업기술진흥원(KIAT)의 산업혁신인재성장지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

한편 서울시립대 반도체연구센터는 최근 'UOS 팹(Fab)'을 개소하며 첨단 반도체 융합 연구 거점으로 도약하기 위한 행보에 나섰다. 클린룸 기반으로 설계부터 제작, 분석까지 전 주기에 걸친 반도체 연구를 수행할 수 있는 연구 인프라를 구축했다. 대학생과 고등학생을 대상으로 한 실습 교육은 물론 기업 맞춤형 산·학 프로젝트를 통해 실무형 인재양성과 국내 반도체 산업 기술 혁신의 거점으로 자리매김할 계획이다.