심우영 교수팀, Nature Materials ‘이달의 연구 브리핑’에 선정

신개념 반도체 소자 멤트랜지스터: 정보 처리와 저장 동시에 가능 

저전력 메모리 소자 및 인메모리 컴퓨팅의 혁신적 기초 제공

신소재공학과 심우영 교수 연구팀이 차세대 반도체 기술을 개발해 세계적 권위를 자랑하는 과학 저널 Nature Materials의 ‘이달의 연구 브리핑(Research Briefing)’에 선정되는 쾌거를 이뤘다.

Nature Materials의 연구 브리핑은 해당 달에 출판된 논문 중에서 에디터들이 특별히 주목한 연구를 소개하는 형식으로 진행된다. 이번 선정은 연구의 학문적 가치와 혁신성을 다시 한번 확인하는 계기가 됐다.

심우영 교수 연구팀은 기존 실리콘 기술과 호환되면서도 정보 처리와 저장을 동시에 수행할 수 있고, 저전력으로 구동되는 신개념 반도체 소자인 ‘멤트랜지스터(Memtransistor)’를 개발했다.

멤트랜지스터는 멤리스터(Memristor)와 트랜지스터(Transistor)의 합성어로, 양이온이 포함된 새로운 III-V족 반도체 물질을 기반으로 한다. 이 소자는 전류의 흐름을 기억해 다양한 저항 상태를 구현할 수 있으며, 뇌의 신경망처럼 정보를 저장하는 특징을 가진다. 또한, 저전력으로 복잡한 정보를 효율적으로 처리할 수 있어 신경모사 컴퓨팅 기술에서 핵심 부품으로 주목받고 있다.

연구팀은 폴링(Pauling)의 이온 결정 규칙을 재검토해 약 1,335개의 후보 물질 중 44개의 III-V족 반도체를 선별했고, 그 중 10개의 새로운 물질을 성공적으로 합성했다. 이 물질들은 층상 구조를 가지고 있어 이온 이동에 유리한 경로를 제공함으로써 기존보다 더 효율적이고 저전력으로 동작하는 멤리스터 기능을 구현했다.

Nature Materials 에디터팀은 이번 연구를 높이 평가하며, "III-V족 반도체는 현재 반도체 산업에서 필수적이다. 특히, 새로운 특성을 가진 III-V족 화합물은 반도체 산업에 매우 환영받을 만하다.“며, ”이번 연구에서는 양이온이 움직일 수 있는 새로운 III-V족 반도체를 발견했고, 이는 우수한 멤리스터 성능을 보여줘 멤트랜지스터에 적합할 가능성이 있다."고 평가했다.

심우영 교수는 "이번 연구는 저전력 메모리 소자와 인메모리 컴퓨팅 기술 개발에 중요한 기초를 제공할 것"이라며, "특히, 이 기술은 기존 실리콘 기술과의 호환성이 뛰어나 실제 산업에 적용될 가능성이 크다. 앞으로 실리콘 기반의 멤트랜지스터 개발을 목표로 연구를 지속할 계획"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국의 반도체 기술이 세계적인 주목을 받는 중요한 성과로, 차세대 반도체 산업에서 한국의 위치를 확고히 다지는 기회가 될 것으로 기대된다.

논문정보

● 논문 제목: Cation-eutaxy-enabled III–V-derived van der Waals crystals as memristive semiconductors

● 논문 주소: https://www.nature.com/articles/s41563-024-01986-x