한미 공동 연구진이 정보 저장과 누설 전류 차단 기능을 하나로 합친 뉴로모픽 반도체 소자를 개발했다.
이상한 지스트 신소재공학과 교수, 장호원 서울대 재료공학과 교수, 조슈아 양 미국 서던캘리포니아대(USC) 전기·컴퓨터공학과 교수 연구진은 반복적인 전기 자극에 따라 정보를 일정한 폭으로 저장하면서 저장 상태를 안정적으로 유지하는 뉴로모픽 반도체 소자를 개발했다고 30일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난 3월 게재됐다.
뉴로모픽 컴퓨팅은 사람의 뇌처럼 정보의 저장과 연산을 동시에 처리하는 기술이다. 메모리 소자를 가로세로로 배열한 크로스바 구조를 활용해 많은 데이터를 병렬로 처리할 수 있지만, 정보가 불규칙하게 축적되거나 인접 소자로 전류가 새는 문제가 있었다.
연구진은 강유전체인 비스무트 철 산화물에 바륨을 첨가해 산소 공공의 이동을 제어했다. 산소 공공은 산화물 내부에서 산소 원자가 빠져 생긴 빈자리로, 전류 흐름과 정보 저장 특성에 영향을 준다.
바륨 첨가를 통해 산소 공공의 움직임을 안정화하면서 반복적인 전기 자극에도 저장량이 일정하게 증가하는 선형적 특성을 구현했다. 동시에 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하는 자기 정류 기능을 소자 자체에 적용해 별도의 선택소자 없이 누설 전류를 줄였다.
실험 결과, 소자는 1000만회 이상의 쓰기·지우기 동작에도 성능을 유지했다. 전류의 방향성을 나타내는 정류비는 100만대 1 이상으로 측정됐다.
연구진은 메모리 셀 121개로 구성된 11×11 크로스바 어레이를 제작해 텍스트와 이미지 패턴을 기록하고 삭제하는 실험도 진행했다. 그 결과 선택소자가 없는 구조에서도 각 셀의 정보를 안정적으로 저장하고 제어할 수 있음을 확인했다.
이상한 교수는 "정보 축적의 비선형성과 누설 전류 문제를 하나의 소자에서 함께 해결했다"며 "뉴로모픽 반도체의 회로와 공정을 단순화하는 데 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
참고 자료
Nature Communications(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70727-2