성균관대 정문석 교수 연구팀, 빛 따라 특성 조절하는 '카멜레온 반도체 나노 소자' 개발

성균관대학교(총장 신동렬)는 에너지과학과 정문석 교수와 Ngoc Thanh Duong 박사과정 연구원이 같은 학과 임성주 교수와의 공동 연구로 빛의 존재 유무에 따라 3진법과 2진법, 즉 최대 5진법의 출력이 구현 가능한 소자 기술을 개발, 미국 화학회에서 발행하는 나노과학 분야 최고 권위 학술지 중 하나인 ACS Nano(IF=13.709)에 지난달 23일 게재하였다고 7일 밝혔다.

일반적인 집적회로는 1 또는 0, 2개의 출력을 하나의 비트에 저장하는 형태로 동작한다. 이는 일반 소자의 출력이 on과 off 상태인 2개의 출력으로 구분되기 때문이다. 만약 3진법 이상의 출력, 즉 0, 1, 2 이상의 출력이 가능한 소자가 구현 가능하다면 집적회로의 성능이 월등히 향상될 수 있다.

컴퓨터 정보처리의 최소 단위 1바이트(byte)는 8비트(bit)를 기본 단위로 한다. 1바이트를 기준으로 3진법을 통해 최대 구현 가능한 출력은 6천561개로 256개의 출력을 하는 2진법과 비교하였을 때, 약 25배 이상의 출력이 향상됨을 알 수 있다. 또 연구팀에서 제시한 최대 5진법의 출력 인식이 가능할 경우, 그 성능은 하나의 바이트에서만 약 1천 배 이상의 향상이 가능하다.

연구팀은 광 민감도가 우수한 2차원 물질인 이텔루륨화 몰리브덴(MoTe2)과 이황화 몰리브덴(MoS2) 화합물을 이용하여 반데르발즈 이종 접합 소자를 제작하였으며, 이 소자에서 발견된 부성미분전달컨덕턴스(negative differential transconductance) 현상을 이용해 최대 5진법의 출력이 가능한 다진법 전자소자를 개발했다.

정문석 교수는 이번 연구를 통해 “2차원 물질의 유연하고 투명한 특성뿐만 아니라 전자 소자의 효율 측면에서도 그 성능을 크게 향상시킴으로써 4차 산업혁명의 핵심 주제인 빅데이터, 인공지능의 높은 전력소모와 정보처리 속도의 한계를 극복하고 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이 연구는 기초과학연구원과 한국 연구재단 중견연구과제 지원으로 수행됐다.

채태병기자