국내 대학 연구진이 2차원 반도체 소재인 그래핀 산화물을 활용해 빛으로 학습하고 기억하는 메모리 소자를 개발했다. 센서와 메모리 기능을 결합한 광전 시냅스 소자로, 차세대 뉴로모픽 반도체와 인공지능형 시각 메모리 구현 가능성을 제시했다.

한국공학대학교는 반도체공학부 이성남 교수 연구팀이 빛을 통해 학습과 기억을 구현하고 전기 자극으로 망각까지 구현하는 반도체 소자를 개발했다고 1일 밝혔다. 이번 연구는 뉴로모픽 반도체와 인센서 메모리 기술로의 확장 가능성을 보여준 성과로 평가된다.

연구팀은 그래핀 산화물(Graphene Oxide, GO)을 활용해 광전 시냅스 전자소자를 구현했다. 그래핀 산화물은 빛에 반응하고 전하를 저장할 수 있는 2차원 반도체 소재다.

연구팀은 은(Ag)/그래핀 산화물(GO)/은(Ag) 구조의 소자를 제작하고, 스핀코팅 방식으로 GO 막 두께를 조절해 성능을 분석했다.

실험 결과 자외선을 받으면 전류가 증가하며 정보가 저장되는 특성이 나타났고, 전기 자극을 가하면 전도도가 감소해 정보가 사라지는 현상이 확인됐다. 하나의 소자에서 학습과 망각 기능을 동시에 구현한 것이다.

또한 GO 막 두께가 두꺼울수록 저장 용량과 유지 시간이 증가하는 경향도 나타났다. 연구팀은 GO 내부 결함과 산소 기능기가 전하를 붙잡는 역할을 하기 때문으로 분석했다.

연구팀은 소자를 배열해 시각 기억 기능도 검증했다. 빛을 이용해 알파벳 문자를 신호 형태로 기록하고 일정 시간 유지하는 데 성공했다. 이는 센서와 메모리 기능을 결합한 ‘인공지능형 시각 메모리’ 구현 가능성을 보여주는 결과다.

이성남 교수는 “그래핀 산화물은 광응답성과 전하 저장 특성을 동시에 구현할 수 있는 소재”라며 “단일 활성층으로 학습과 망각, 시각 기억 기능을 구현한 점에서 의미가 있다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘Applied Materials Today’에 게재됐다.