자연계에 존재하지 않는 새로운 구조의 III-V족 반도체 소재 개발
하나의 소재서 기억·연산 기능 동시 수행…뉴로모픽 AI 소자 활용 기대
대한민국 과학기술인상 4월 수상자로 선정된 심우영 연세대학교 신소재공학과 교수. (사진=과기정통부 제공) *재판매 및 DB 금지
[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 자연계에 존재하지 않는 새로운 구조의 화합물 반도체를 개발한 심우영 연세대학교 신소재공학과 교수가 4월 대한민국 과학기술인으로 선정됐다. 하나의 소재에서 기억과 연산 기능을 동시에 수행할 수 있는 반도체 근간 기술을 만들어 인공지능(AI) 시대 우리나라 반도체 기술의 경쟁력을 강화했다는 공로를 인정받았다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단은 대한민국 과학기술인상 4월 수상자로 심우영 교수를 선정했다고 8일 밝혔다.
대한민국 과학기술인상은 최근 3년간 독창적인 연구 성과를 창출해 과학기술 발전에 크게 기여한 연구자를 매월 1명 선정해 과기정통부 부총리상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.
과기정통부와 연구재단은 과학·정보통신의 날이 있는 4월을 맞아 자연계에 존재하지 않는 새로운 구조의 III-V족 반도체 소재를 개발해 우리나라 반도체 기술의 국제 경쟁력을 강화한 심우영 교수를 수상자로 선정했다고 설명했다.
III-V족 반도체는 주기율표의 3족 원소와 5족 원소를 결합해 만든 화합물 반도체다. 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge) 같은 4족 원소 하나로 이루어진 '단원소 반도체'와 달리 서로 다른 성질의 원소를 조합해 물리적·전기적 특성을 목적에 맞게 조절할 수 있는 것이 장점이다.
기존 III-V족 화합물 반도체는 전자의 빠른 이동은 가능하지만, 이온이 움직일 공간은 거의 없어 새로운 전자 기능 구현에는 한계가 있었다.
대한민국 과학기술인상 4월 수상자로 선정된 심우영 연세대학교 신소재공학과 교수는 자연계에 존재하지 않는 III-V족 화합물 반도체 소재를 개발했다. (사진=과기정통부 제공) *재판매 및 DB 금지
이에 심우영 교수는 양이온 유택시(cation-eutaxy) 구조의 새로운 반도체 설계 개념을 제안하고, 일부 원소만 선택적으로 제거하는 토포케미컬 에칭(Topochemical Etching)을 이용해 이온을 이동할 수 있게 하는 반데르발스 간격(물리적 틈)을 형성했다.
반데르발스 간격은 분자나 원자가 서로 강하게 결합하지 않고 약하게 끌릴 때 유지되는 평균 거리를 의미한다. 이온이 이 공간을 이동하는 과정에서 전기적 저항 상태의 변화가 발생한다.
이를 통해 심우영 교수는 새로운 구조의 III-V 반도체 소재에서 반도체의 전기적 특성과 메모리 기능을 동시에 활용할 수 있음을 입증했다.
하나의 소재에서 기억과 연산 기능을 동시에 수행할 수 있는 컴퓨트-인-메모리(Compute-in-Memory) 방식은 AI 연산에 필요한 에너지 소모를 크게 줄일 수 있어 차세대 저전력 AI 반도체 기반 기술로 주목된다. 또한 인간의 뇌 신경망처럼 신호의 세기와 시간에 따라 연결 강도가 변화하는 시냅스 동작을 모사할 수 있어 뉴로모픽 AI 소자로 활용성이 기대된다.
심우영 교수는 2차원 반도체, 나노소재 등 다차원 소재 연구의 권위자로서, 계산과학을 통한 정밀한 소재 탐색과 실험적 합성 연구를 추진하는 과기정통부 ‘미래소재디스커버리사업(2017~2024)’의 지원을 바탕으로 이번 연구 성과를 이끌어냈다.
해당 연구 결과는 학문적 혁신성과 실용적 응용 가능성을 인정받아 2024년 10월 국제학술지 네이처 머터리얼스((Nature Materials)에 게재됐고, 10월호 ‘이달의 연구 브리핑 논문(Research briefing)’으로도 선정됐다. 아울러 심우영 교수는 지난해에는 나노과학 분야에서 영향력이 가장 큰 저널중 하나인 미국화학회(ACS)의 학술지 ‘나노레터(Nano Letters)’ 부편집장에 선임돼 글로벌 학문 공동체에 기여하고 있다.
심우영 교수는 “자연계에 존재하지 않는 새로운 반도체 소재를 우리나라 연구진이 세계 최초로 제안했다는데 더욱 의미가 있고 개인적으로도 큰 보람을 느낀다”라며 “앞으로도 우리나라가 새로운 소재 연구를 선도할 수 있도록 꾸준히 도전적인 연구를 이어가고 싶다“라고 밝혔다.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
반데르발스 간격은 분자나 원자가 서로 강하게 결합하지 않고 약하게 끌릴 때 유지되는 평균 거리를 의미한다. 이온이 이 공간을 이동하는 과정에서 전기적 저항 상태의 변화가 발생한다.
이를 통해 심우영 교수는 새로운 구조의 III-V 반도체 소재에서 반도체의 전기적 특성과 메모리 기능을 동시에 활용할 수 있음을 입증했다.
하나의 소재에서 기억과 연산 기능을 동시에 수행할 수 있는 컴퓨트-인-메모리(Compute-in-Memory) 방식은 AI 연산에 필요한 에너지 소모를 크게 줄일 수 있어 차세대 저전력 AI 반도체 기반 기술로 주목된다. 또한 인간의 뇌 신경망처럼 신호의 세기와 시간에 따라 연결 강도가 변화하는 시냅스 동작을 모사할 수 있어 뉴로모픽 AI 소자로 활용성이 기대된다.
심우영 교수는 2차원 반도체, 나노소재 등 다차원 소재 연구의 권위자로서, 계산과학을 통한 정밀한 소재 탐색과 실험적 합성 연구를 추진하는 과기정통부 ‘미래소재디스커버리사업(2017~2024)’의 지원을 바탕으로 이번 연구 성과를 이끌어냈다.
해당 연구 결과는 학문적 혁신성과 실용적 응용 가능성을 인정받아 2024년 10월 국제학술지 네이처 머터리얼스((Nature Materials)에 게재됐고, 10월호 ‘이달의 연구 브리핑 논문(Research briefing)’으로도 선정됐다. 아울러 심우영 교수는 지난해에는 나노과학 분야에서 영향력이 가장 큰 저널중 하나인 미국화학회(ACS)의 학술지 ‘나노레터(Nano Letters)’ 부편집장에 선임돼 글로벌 학문 공동체에 기여하고 있다.
심우영 교수는 “자연계에 존재하지 않는 새로운 반도체 소재를 우리나라 연구진이 세계 최초로 제안했다는데 더욱 의미가 있고 개인적으로도 큰 보람을 느낀다”라며 “앞으로도 우리나라가 새로운 소재 연구를 선도할 수 있도록 꾸준히 도전적인 연구를 이어가고 싶다“라고 밝혔다.
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