입력 2026.04.27 10:43
- 센서·메모리 통합한 광전 시냅스 소자 구현… 차세대 뉴로모픽 반도체 기술 주목
- 재료과학 분야의 국제적 권위지 Applied Materials Today 논문 게재, 인공지능형 시각 메모리 가능성 입증
한국공학대학교 반도체공학부 이성남 교수 연구팀(이승훈, 조정빈 대학원생)은 2차원 반도체 소재인 그래핀 산화물(Graphene Oxide, GO)을 기반으로, 빛을 통해 학습·기억하고 전기 자극으로 망각까지 구현하는 광전 시냅스 전자소자를 개발했다.
이번 성과는 차세대 뉴로모픽 반도체와 인센서 메모리 시스템 구현을 앞당길 핵심 기술로 평가된다.
그래핀 산화물은 그래핀 계열의 매우 얇은 2차원 반도체 소재로, 매우 얇으면서도 빛에 반응하고 전하를 저장할 수 있는 특성을 가진다. 연구팀은 이 소재를 이용해 은(Ag)/그래핀 산화물(GO)/은(Ag) 구조의 소자를 만들고, 저가의 스핀코팅법을 이용하여 GO 막의 두께를 정밀하게 조절해 성능 변화를 분석했다.
그 결과, 이 소자는 자외선을 받으면 전류가 점차 커지며 정보를 기억하는 특성을 보였다. 반대로 전기 자극을 주면 전도도가 서서히 줄어들어, 마치 뇌가 정보를 잊어가는 것과 비슷한 반응도 구현됐다. 즉, 하나의 소자에서 학습과 망각 기능을 모두 구현한 것이다. 특히 GO 막이 두꺼울수록 더 많은 정보를 저장하고, 더 오래 기억하는 경향도 확인됐다. 연구팀은 이것이 GO 내부의 결함과 산소 기능기가 전하를 붙잡아 두는 역할을 하기 때문이라고 설명했다.
연구팀은 여기에 그치지 않고, 각 소자를 픽셀 배열하여 시각 기억 기능도 시험했다. 실제로 빛을 이용해 알파벳 문자를 모스부호 형태의 신호를 기록하고 일정 시간 유지하는 데 성공했다. 이는 이 소자가 단순히 빛을 감지하는 센서를 넘어, 본 정보를 스스로 저장하는 ‘인공지능형 시각 메모리’ 소자로 발전할 수 있음을 보여준다.
연구책임자인 이성남 교수는 “그래핀 산화물은 2차원 반도체 소재로서 광응답성과 전하 저장 특성을 동시에 구현할 수 있는 매우 유망한 재료”라며 “이번 연구는 GO 단일 활성층만으로도 학습, 망각, 시각 메모리 기능을 구현할 수 있음을 보여준 성과로, 향후 저전력 인공지능 반도체와 차세대 시각 인지 시스템에 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 성과는 2차원 반도체 기반 광전 시냅스 소자의 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 특히 센서, 메모리 기능을 하나의 소자 안에서 통합할 수 있는 기반을 마련함으로써, 미래형 뉴로모픽 컴퓨팅과 저전력 인공지능 하드웨어 개발에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.
본 연구는 과학기술정보통신부와 과학기술사업화진흥원에서 지원한 대학기술경영촉진 (TLO 혁신형, RS-2024-00456813) 과제와 한국연구재단 핵심연구 (RS-2026–25478728)의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 공학 및 응용 물리 분야에서 세계적으로 권위 있는 ‘Applied Materials Today’2026년 4월 15일자에 온라인판에 게재되었다.