강유전체 보조 전하포획 메모리 개발, AI 연산 소자로 활용

경희대학교 전자공학부 교수 이승환, 이승현 교수 주도 연구팀이 반도체 계면에서 강유전체의 분극 특성을 이용해 '강유전체 보조 전하포획 메모리(FA-CTM)'를 개발했습니다. 이 연구는 세계적 학술지 Advanced Materials(IF=29.1)에 9월 온라인 게재되었습니다. 2차원 반도체와 절연막의 계면에서 발생하는 전하 포획 및 탈포 현상을 활용, AI 연산에 활용할 수 있는 물리 리저버 컴퓨팅 가능성을 탐구했습니다. 기존 소자의 한계를 극복하기 위해 전하를 가두는 절연막과 α-ZrO2(HZO) 얇은 막을 추가 삽입하였습니다. HZO의 분극 반응이 전하 포획 확률과 문턱전압 변화를 증폭시켰으며, 출력 전류는 12배 개선되었습니다.

FA-CTM은 메모리 윈도우가 51% 증가했으며, 특히 어레이 수준에서 동일한 리저버 상태의 평균 출력 전류 편차 감소와 입력 상태 간 구분 성능 개선이 확인되었습니다. 개발한 어레이를 실제 배포된 지점에서도 유지할 수 있었으며, 물리 리저버로 활용한 결과 기존 시스템보다 훨씬 우수한 성능을 보였습니다. 연구에는 삼성 R&D 프로그램, 한국연구재단, G-LAMP, K-CHIPS 반도체 R&D 프로그램, 정보통신기획평가원의 지원이 있었습니다. 이 연구는 변화하는 시간에 따라 데이터를 처리하는 엣지 AI 반도체와 센서 인접형 정보처리 시스템에 적용되어 응용 가능성이 크다.