국립금오공과대학교(총장 곽호상)는 배근열 소재디자인공학과 교수 연구팀이 이은호 서울과기대 화공생명공학과 교수팀과 함께 차세대 반도체로 주목받고 있는 지능형 반도체 소자의 선형성 확보를 위한 다양한 소재 가운데 유기 반도체 소자의 이온 수송 특성을 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
지능형 반도체 소자는 인간 두뇌의 뉴런·시냅스 작동 원리와 동일하게 스스로 데이터를 학습·판단·기억의 기능을 가진 차세대 반도체이다. 기존 반도체 소자 대비 낮은 전력으로 빠른 데이터 처리가 가능해 복잡한 연산·학습을 높은 에너지 효율로 수행할 수 있다.
가령 지능형 반도체가 탑재된 자율주행차는 반응 속도와 에너지 효율을 최적화 해 도로상황을 신속하게 파악하고, 보행자나 장애물을 실시간으로 감지해 안전하게 정지하거나 회피할 수 있다.
하지만 지능형 반도체 소자는 연산·학습에 대한 선형성이 낮아 이를 보정하기 위한 추가 모듈이 필요한데 이는 높은 전력 소모를 야기하는 단점이 있다. 이에 선형성 확보를 위해 학계에 보고되고 있는 다양한 소재 가운데 유기 반도체(Organic semiconductor) 소재가 상대적으로 저렴할 뿐만 아니라 특성 개질이 용이하다는 장점이 있어 지능형 반도체 소재로 각광받고 있다.
다만 기존 보고된 유기물 기반 지능형 반도체 소자는 이온 수송 특성 제어를 위해 별도의 이온 조절층 설계를 포함하고 있어 공정의 복잡성을 증가시키고 반도체 소재의 특성 저하를 유발할 수 있다.
연구팀은 유기 반도체 소재를 가교시키고 가교 밀도도 정밀하게 조절함으로써 유기물 기반 지능형 반도체 소자의 이온 수송 특성을 제어했다. 광가교를 이용한 간단하면서도 효과적인 이러한 이온 수성 제어 방법은 우수한 비휘발성과 선형성을 확보할 수 있다.
배근열 교수는 “이번 연구는 복잡한 공정 없이 유기물 기반 지능형 반도체 소자의 이온 수송 특성을 제어할 수 있음을 밝힌 연구다. 후속 연구를 통해 유연성과 신축성을 지닌 센서 소자에 확대 적용할 계획”이라고 밝혔다.
한국연구재단의 지역대학우수과학자 및 우수신진연구 사업으로 수행된 이번 연구성과는 최근 재료과학 분야의 SCI급 저명 국제 학술지 '머티리얼즈 허라이즌(Materials Horizons)'에 게재됐다.
구미=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
