차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 신뢰성 문제를 풀다​

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< (왼쪽부터) 전기및전자공학부 최신현 교수, 배종민 석사과정, 한양대 권초아 박사후연구원, 김상태 교수 >

최근 인간의 뇌를 모방해 하드웨어 기반으로 인공지능 연산을 구현하는 뉴로모픽 컴퓨팅 기술이 최근 주목받고 있다 .  뉴로모픽 컴퓨팅의 단위 소자로 활용되는 멤리스터 ( 전도성 변화 소자 ) 는 저전력 ,  고집적 ,  고효율 등의 장점이 있지만 멤리스터로 대용량 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구현하는데 불규칙한 소자 특성으로 인한 신뢰성 문제가 발견되었다 . 우리  연구진이 뉴로모픽 컴퓨팅의 상용화를 앞당길 신뢰성 향상 기술을 개발하여 화제다 .  

우리 대학 전기및전자공학부 최신현 교수 연 구팀이 한양대학교 연구진과의 공동 연구를 통해 차세대 메모리 소자의 신뢰성과 성능을 높일 수 있는 이종원자가 이온 *  도핑 방법을 개발했다고  21 일 밝혔다 .

*  이종원자가 이온 (Aliovalent ion):  원래 존재하던 원자와 다른 원자가 ( 공유 결합의 척도 , valance) 를 갖는 이온을 말함  

공동연구팀은 기존 차세대 메모리 소자의 가장 큰 문제인 불규칙한 소자 특성 변화 문제를 개선하기 위해 ,  이종원자가 이온을 도핑하는 방식으로 소자의 균일성과 성능을 향상할 수 있다는 사실을 실험과 원자 수준의 시뮬레이션을 통해 원리를 규명했다 .

< 그림 1. 본 연구에서 개발한 이종원자가 이온 도핑 결과, 그리고 개선 효과와 이에 기반하는 물질적인 원리 개념도 >

공동 연구팀은 이러한 불규칙한 소자 신뢰성 문제를 해결하기 위해 이종원자가 할라이드 (halide)  이온을 산화물 층 내에 적절히 주입하는 방법이 소자의 신뢰성과 성능을 향상할 수 있음을 보고했다 .  연구팀은 이러한 방법으로 소자 동작의 균일성 ,  동작 속도 ,  그리고 성능이 증대됨을 실험적으로 확인했다 .  

연구팀은 또한 ,  원자 단위 시뮬레이션 분석을 통해 결정질과 비결정질 환경에서 모두 실험적으로 확인한 결과와 일치하는 소자 성능 개선 효과가 나타남을 보고했다 .  그 과정에서 도핑된 이종원자가 이온이 근처 산소 빈자리 (oxygen vacancy) 를 끌어당겨 안정적인 소자 동작을 가능하게 하고 ,  이온 근처 공간을 넓혀 빠른 소자 동작을 가능하게 하는 원리를 밝혀냈다 .  

최신현 교수는  " 이번에 개발한 이종원자가 이온 도핑 방법은 뉴로모픽 소자의 신뢰성과 성능을 획기적으로 높이는 방법으로서 ,  차세대 멤리스터 기반 뉴로모픽 컴퓨팅의 상용화에 기여할 수 있고 ,  밝혀낸 성능 향상 원리를 다양한 반도체 소자들에 응용할 수 있을 것이다 ˮ  고 밝혔다 .  

전기및전자공학부 배종민 석사과정 ,  한양대학교 권초아 박사후연구원이 공동 제 1  저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지  ` 사이언스 어드밴시스 ( Science Advances )' 6 월호에 출판됐다 . ( 논문명  : Tunable ion energy barrier modulation through aliovalent halide doping for reliable and dynamic memristive neuromorphic systems )  

한편 이번 연구는 한국연구재단 신소자원천기술개발사업 ,  신재료 PIM 소자사업 ,  우수신진연구사업 ,  나노종합기술원 반도체공정기반 나노메디컬 디바이스개발 사업 ,  그리고 국가슈퍼컴퓨팅센터 혁신지원프로그램의 지원을 받아 수행됐다 .

https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=37670