빅데이터 신속 계산, 저전력으로 구현하는 신소재 소자 개발

(서울=뉴스1) 윤주영 기자 = 국내 연구진이 신소재를 적용해 저전력으로 구동 가능한 수동 메모리 소자 '멤트랜지스터'를 새로 개발했다. 이런 멤트랜지스터는 데이터 읽고 쓰기(메모리)와 연산(컴퓨팅)을 동시 구현하기 때문에 빅데이터 등 계산 속도를 획기적으로 개선할 수 있다.

과학기술정보통신부는 이런 내용으로 심우영 연세대 교수와 한국세라믹기술원, 기초과학연구원 등 공동 연구팀이 만든 '3-5족'(III-V) 다원소 화합물 멤트랜지스터를 28일 소개했다.

멤트랜지스터는 전기 소자 크기를 줄이려는 목적으로 등장한 것이다. 메모리와 논리연산에 쓰이는 트랜지스터와 전압·전류 관계를 기억하는 멤리스터 기능을 단일 소자로 통합한 것이다.

다만 지금까지 개발된 멤트랜지스터는 높은 전력이 필요하고 소자 간 성능 차이가 크다는 문제가 있었다. 또 연구실 레벨서 구현된 멤트랜지스터는 대부분 전이금속 물질로 구성돼 실제 반도체 생산에 적용하긴 어려웠다.

이에 심 교수팀은 원활한 이온 이동으로 전력 소모는 낮추면서도 산업현장에 적용 가능한 다원소 화합물 소자를 개발했다.

연구팀은 이온 이동이 가능한 층상형 구조를 가진 물질 후보군을 탐색했다. 그중에서 반도체로 사용될 수 있는 III-V족 기반 40개 후보 물질을 도출했다.

최종적으론 알루미늄(Al)·갈륨(Ga)·인듐(In) 등 III족 원소와 질소(N)·인(P)·비소(As)·안티몬(Sb) 등 V족 원소간 결합을 통해 10종 화합물을 최종 합성했다.

이후 소재 내부서의 이온 이동, 메모리 특성 발현을 실험을 통해 검증했다. 또 해당 소자가 메모리와 트랜지스터로 모두 활용될 수 있다는 점, 저전력 시냅스 작동이 가능하단 것도 확인했다.

심 교수는 "기존 전이금속 기반 멤트랜지스터의 비균일성과 저효율 문제를 극복하는 새로운 소재를 개발한 데 의의가 있다"며 "기존 실리콘 기반 반도체 시스템과 호환되면서도 저전력을 동시 달성하는 소자 수요를 충족시킬 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 재료 분야 국제 학술지 '네이처 머터리얼스'에 게재됐다.

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