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서울과학기술대학교(총장 이동훈, 이하 서울과기대) 신소재공학과 나노전자소자연구실(지도교수: 최병준)에서는 원자층 증착법(Atomic layer deposition)이라는 최신 반도체 공정을 이용해, 사물인터넷(Internet of Things) 센서에 적용할 수 있는 신개념의 인공신경망(Artificial Neural Networks)용 시냅스 소자를 제작하여 95% 이상의 높은 패턴 인식률을 기록해, 차세대 지능형 반도체 소자로써의 활용 가능성을 증명했다. 

본 연구에서는 원자층 증착법을 이용해 반도체 소자 내 물리적 계면(interface)을 선택적으로 제어하게 되어, 다이오드와 메모리 특성을 모두 갖는 자가정류형 저항변화소자를 시냅스 소자로 제작하였다. 소자 구조가 간단하고 저전력 동작이 가능하여, 향후 인간의 뇌를 모방한 시냅스 소자로 응용할 수 있는 가능성을 입증했다.

기존에는 사물인터넷이나 센서를 통해 주변에서 얻게 되는 많은 양의 정보들이 선별 과정 없이 데이터센터의 클라우드 서버로 전송이 되면서 많은 에너지를 소모하게 되는데, 본 연구에서 개발한 시냅스 소자를 사물인터넷 기기에 연결하여 사용하게 되면, 시냅스 소자의 패턴 인식 기능을 통해 선별된 데이터만 전송하기 때문에, 데이터의 수집과 처리에 드는 에너지를 크게 줄일 수 있다.

따라서 사물인터넷 또는 이미지 센서 등에 이 기술을 적용하게 되면 향후 자율주행 자동차나 스마트 센서에서 패턴 인식을 통한 정보 선별이 가능하기 때문에, 기하급수적으로 늘어나고 있는 클라우드 서버의 부담 또한 크게 줄일 수 있다. 

본 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행되었으며, 최석, 김용 (이상 공동 제1저자), 정원희 연구원을 포함한 최병준 교수팀과 국민대학교 전자공학과 민경식 교수팀의 공동 연구를 통해 수행 되었다. 이 연구개발 결과는 독일 Wiley에서 매달 온라인 발간하는 전자 소자 및 소재 분야 권위지인 Advanced Electronic Materials 저널의 6월호 표지 논문으로 출판되었다.
(관련링크: https://onlinelibrary.wiley.com/toc/2199160x/2021/7/6)

▲논문 표지

▲ (왼쪽부터) 신소재공학과 최석, 김용, 정원희 연구원