단국대-한양대 공동연구팀, 빛으로 학습하는 차세대 AI 반도체 개발

단국대학교 최준환 교수(화학공학과)가 한양대학교 유호천·오세용 교수 연구팀과 공동으로 인간의 뇌처럼 학습하는 광전자 기반 AI 반도체(뉴로모픽 반도체) 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

연구팀이 개발한 이 반도체는 빛을 이용해 신호를 처리하고 기억하는 ‘광전자 시냅스 소자’로 기존 전기 신호 기반 뉴로모픽 반도체보다 에너지 효율이 뛰어나고, 종이처럼 얇고 유연한 기판에도 구현이 가능해 웨어러블 기기나 보안 플랫폼 등 다양한 분야에 응용 가능성이 높은 것으로 평가된다.

뉴로모픽 반도체는 인간의 뇌 신경망 구조인 시냅스를 모방해 연산과 기억을 동시에 수행하는 차세대 반도체로, CPU와 메모리를 통합해 전력 소모를 줄이고 데이터 처리 효율을 크게 향상시키는 기술이다.

이번 연구에서는 트랜지스터 구조에 이중 절연막 설계를 도입해, 고분자 절연층 사이에서 빛에 의해 생성된 전하를 포획·저장하는 메커니즘을 구현했다. 

특히 기체 상태의 고분자 소재를 이용한 상온 공정으로 소자를 제작하고, 종이 명함 기판 위에 구현하는 데 성공했다.

연구팀은 이 소자를 활용해 인공지능 신경망을 구성하고 지문 인식 시뮬레이션을 수행한 결과, 최대 96%의 정확도로 사용자 식별이 가능함을 입증했다.

최준환 교수는 “이번 연구는 메모리 기능과 시냅스 기능을 단일 소자에 통합하고, 종이 기판 위에도 구현할 수 있는 저전력 AI 반도체 기술을 제시한 것”이라며 “웨어러블 디바이스, AI 센서, 보안 시스템 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘npj Flexible Electronics’(IF=15.5, JCR 상위 2%, 2024 기준)에 2025년 7월 온라인 게재됐다. 

논문명은 ‘Photoresponsive dual-mode memory transistor for optoelectronic computing: charge storage and synaptic signal processing’이다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.