기존 산화물 기반 메모리 소자는 주로 산소의 빈자리(결함)가 이동하는 방식을 이용해 메모리로 활용했으나, 이는 장기적인 안정성과 소자 간 균일성을 확보하기 어려웠다. 연구팀은 전기장을 이용해 수소 이온의 주입과 배출을 정밀하게 제어하는 방식을 독자적으로 개발해 이 문제를 해결했다.
특히 이번 기술은 소자 집적도가 높고 제조 공정이 단순해 차세대 고집적 AI 칩에 매우 유리한 ‘2 단자 수직 구조’에서 세계 최초로 구현되었다는 점에서 주목된다. 그동안 수직 구조에서 수소 이동을 정밀하게 제어해 인공지능 동작을 구현한 사례는 보고된 바 없다는 것이 연구팀의 설명이다.
이번에 개발된 수소 기반 인공지능형 소자는 1만 회 이상의 반복적인 구동에서도 안정적으로 동작했으며, 장시간 보관해도 메모리 상태가 그대로 유지됐다. 또 전도도가 점진적으로 변하는 아날로그 특성을 통해 인간의 뇌 시냅스와 비슷한 학습 및 기억 기능을 성공적으로 수행할 수 있음을 입증했다.
이현준 책임연구원은 “이번 연구는 단순히 또 하나의 인공지능 반도체를 개발한 것을 넘어, 기존 산소 빈자리 기반 메모리와는 전혀 다른 ‘수소 이동’을 이용한 새로운 저항 스위칭 메커니즘을 제시했다는 데 큰 의미가 있다”고 말했다.
대구=오경묵 기자 okmook@hankyung.com