한국공학대, 필라멘트 게이트 기반 신개념 광전시냅스 소자 개발

[시흥=뉴시스] 박석희 기자 = 한국공학대학교는 이성남 반도체공학부 교수가 이끄는 연구팀(이승훈, 전다빈 대학원생)이 '빛으로 정보를 학습하고 잊었다가 다시 기억할 수 있는 능력을 한층 향상한 신개념'의 광전 시냅스 소자를 개발했다고 21일 밝혔다.
 
이와 함께 해당 소자는 "사람의 뇌처럼 자극을 기억하고, 시간이 지나면 자연스럽게 망각하는 '시냅스' 기능을 증폭과 감쇠를 한다"며 "차세대 AI(인공지능) 뉴로모픽 반도체 기술에 큰 전환점을 제시했다"고 설명했다.

또 "이번에 개발된 소자는 3단자 광전자 시냅스로, 실리콘 산화막(SiO2) 내부에 '전도성 필라멘트'를 형성하는 가운데 새로운 개념의 게이트 전압만으로도 전류를 매우 정밀하게 조절한다"고 강조했다.

대학에 따르면 이 새로운 방식은 전기장을 직접 활용하는 기존 기술에 비해 에너지 효율이 뛰어나면서도 정밀한 신호 제어가 가능하며, 반복 학습과 기억 유지 특성까지 자유롭게 구현한다.

특히 낮은 전력에서도 안정적으로 작동하기 때문에, 기존 방식과 병행하거나 대체하여 웨어러블 디바이스, 스마트 센서, 인공 망막, 자율주행 비전시스템 등 다양한 AI 기반 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있다.

여기에 광 자극에 민감하게 반응하면서도 대면적 구현이 가능한 구조 덕분에 시각 정보 인지, 패턴 학습, 신경망 기반 AI 하드웨어 구현에도 적합하다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원한 대학 기술경영 촉진 과제의 지원을 받아 진행됐으며, 전자소자·재료 분야에서 세계적으로 권위 있는 ‘Advanced Materials Technologies’ 2025년 8월7일 온라인판에 게재됐다.

이 교수는 “소자 크기를 더 소형화하면 에너지 소모는 더 줄어들 수 있어 향후 웨어러블 AI 기기, 인공 시각 시스템, 스마트 센서, 자율주행 차량 등 차세대 지능형 전자 시스템에 광범위하게 적용할 수 있다"고 말했다.

이어 "기존의 전기장 기반 3단자 소자와 이번 전도성 필라멘트 기반 3단자 소자를 병행하거나 융합하면 응답 속도와 제어 정밀도의 균형을 갖춘 하이브리드 광전 시냅스 소자로 발전하는 가운데 다양한 분야로 확장될 수 있다"고 했다.


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