경상국립대 연구팀, 빛 신호로 논리 연산 가능한 반도체 기술 개발

경상국립대 연구팀이 빛 신호로 구동해 단일 소자 규모에서 논리 연산을 구현하는 대면적 반도체 소재 기술 개발에 성공했다.

이미지 등의 데이터 처리 과정이 대폭 간소화되면서 효율성이 높아져 의료 분야 등 실생활에 널리 쓰일 수 있을 것으로 기대돼 관심이 쏠린다.

빛 신호로 논리 연산 가능한 반도체 기술 개발에 성공한 경상국립대 박준홍 교수(교신저자‧왼쪽부터), 김형태 학생(공동 제1저자), 소므나트 수하스 콘달레 박사(공동 제1저자), 저널 표지 이미지. 경상국립대 제공

경상국립대는 나노‧신소재공학부 박준홍 교수팀이 밀리미터 규모로 균질 합성된 이차원 반도체 소재를 활용해 서로 다른 파장대 빛을 신호로 동시 입력, 논리 연산을 구현하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

현존 정보 처리 시스템은 이미징 정보를 0과 1의 디지털 신호로 바꿔 처리하는 변환 과정이 필요한데, 막대한 데이터 처리 수요를 감당하기에 역부족이다.

연구팀은 화학 기상 증착법으로 성장시킨 밀리미터 규모의 p형 WSe2(텅스텐 디셀레나이드) 반도체 소재를 균질 합성해 빛으로 제어되는 광게이팅 트랜지스터를 구현했다.

기존의 트랜지스터가 유전체 층에 전기장을 가해 제어되는 것과 달리 이 광게이팅 트렌지스터는 빛의 세기와 펄스 변조에 따라 다양한 동작 모드를 보인다.

특히 빛의 세기 임계값 이상에서는 ‘AND’와 ‘OR’ 등 논리 연산을 구현하는 데 성공했다. 나아가 펄스 형태의 광 신호 변조를 통해 신경망 구동으로 전환도 가능했다.

이 기술의 가장 큰 장점은 열 노이즈나 복잡한 미세공정 없이도 고성능의 다기능 트랜지스터를 구현할 수 있다는 점이다.

이는 기존 정전기 게이팅 방식의 광전자 트랜지스터가 가진 한계를 극복한 것으로 평가된다.

이미지 등의 데이터를 처리하는 기존 과정이 대폭 줄어드는 반면 효율성은 높아져 의료 분야 등 실생활에 접목하게 되면 삶의 질 향상에 이바지할 수 있다는 게 연구팀 설명이다.

박준홍 교수는 “이번에 개발된 광게이팅 반도체 기술은 정전기 구동의 광학적으로 작동되는 인센서 컴퓨팅 하드웨어 제작에 큰 도움이 될 것”이라며 “다중 모달 인터페이스와 인공지능 구현에 적합한 다기능성을 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 재료 분야 저명 국제학술지 ‘에이시에스 머티리얼즈 레터(ACS Materials letters)》(IF: 9.6)’에 ‘화학 기상 증착법에 의해 성장된 밀리미터 스케일 전이 금속 디칼코게나이드 기반 광 게이트 트랜지스터의 다중 모드 동작’ 제목으로 지난 5일 온라인 게재됐다.

진주=강승우 기자 [e-mail]