[한국기술뉴스] 충북대학교 신소재공학과 조병진교수 연구팀은 멤트랜지스터 제어가 가능한 시냅스 소자 제조 방법을 개발했다. 개발된 기술은 충북대학교 산학협력단을 통해 2020년 05월 18일 특허를 출원(출원번호 제1020200059197호)했다. 특허 명칭은 '시냅스 소자 및 이의 제조 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

뉴로모픽 시스템은 뇌 구조에서 착안한 방법으로 각각의 연산 매체와 저장 매체를 분리해 사용하던 기존 방식과 달리, 하나의 칩으로 연산과 저장, 학습, 인식 등 다양한 역할 수행이 가능한 시스템입니다. 전력 소모 증대나, 소자 발열 문제, 집적화의 한계 등 기존의 문제점을 개선할 수 있어 미래 컴퓨팅 기술로 주목받고 있습니다. 특히 뉴로모픽 기술의 핵심 부품인 시냅스 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 최근 헤테로 시냅스 구현 및 저항 변화를 이용한 다치성 극대화가 가능한 멤트랜지스터 소자가 개발되었지만, 미세한 결함에 큰 영향을 받고, 전기적 특성의 균일성에 문제가 발생할 수 있어 이를 개선한 소자의 개발이 필요한 실정입니다.

충북대학교 연구팀은 저항 변화층을 도입해 멤트랜지스터의 저항 스위칭 특성을 미세하고 재현성 있게 제어할 수 있는 새로운 형태의 시냅스 소자를 개발했습니다.

원자층 증착법을 이용해 도핑된 특정 반도체 접합(p++-Si) 기판에 산화알루미늄 유전체를 증착시킵니다. 유전체층이 형성된 기판에 스퍼터링을 통해 지르코니아를 증착 시켜 저항 변화층을 형성합니다. 스퍼터링 증착과 화학 기상 증착법을 이용해 이황화 몰리브덴 원자층 필름을 합성하고, 저항 변화층 위에 매우 얇은 다층 필름을 전사해 반도체 채널 층을 형성합니다. 반도체 채널 층 위에 금을 증착해 소스 전극과 드레인 전극을 형성해 소자를 완성합니다. 완성된 소자는 저항 스위칭 특성을 재현할 뿐 아니라, 저항 변화층을 형성하는 산화물의 종류나 층의 두께를 변경해 저항 변화 및 게이팅 특성을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 또한, 완성된 소자는 200 사이클 이상 안정적인 저항 변화 스위칭이 가능했으며, 저저항 및 고저항 상태의 보유력이 1000초 이상의 메모리 유지 능력도 보유하고 있습니다.

본 발명품은 저항 변화층 역할을 수행하는 산화물의 종류나 증착 두께를 변화 시켜 최종적인 저항 변화 및 게이팅 특성을 제어할 수 있습니다.
또한, 향후에 개발된 시냅스 단위 소자를 최종 집적화하게 되면 높은 에너지 효율과 고밀도 병렬처리, 논리, 학습 등 우수한 성능을 지닌 새로운 뉴로모픽 반도체 칩을 개발하는 것이 가능할 것으로 기대됩니다.