[로이슈 전여송 기자] 동국대학교는 본 전자전기공학부 김성준 교수 연구팀이 삼중층 나노적층 강유전체 다이오드를 활용해 아날로그 시냅스 가중치 제어가 가능한 하드웨어 기반 저장소 컴퓨팅(Reservoir Computing) 시스템을 구현했다고 18일 밝혔다.

연구 결과는 'Tri-Layer Laminated HZO/HfO2/HZO Ferroelectric Diode for Linear Weight Updates in Hardware-Aware Reservoir Computing'이라는 제목으로 재료·나노소자 분야 학술지 Advanced Functional Materials에 게재됐다.

연구팀은 기존 단일 HZO 강유전체 소자에서 발생하는 급격한 분극 전환 문제를 개선하기 위해 HZO/HfO2/HZO 구조의 삼중층 나노적층 강유전체 다이오드를 개발했다.

연구팀에 따르면 중간층인 HfO2가 누설 전류 경로를 억제하고 분극 전환이 넓은 전압 범위에서 점진적으로 일어나도록 유도해 보다 안정적인 저항 상태 제어가 가능해졌다.

또한 증분 PUND 분석을 통해 나노적층 구조에서 부분 분극 전환이 연속적으로 발생하는 것을 확인했으며, 이를 통해 전도도 변화의 선형성이 향상돼 아날로그 시냅스 소자로 활용할 수 있는 가능성을 확인했다고 설명했다.

연구팀은 측정된 가중치 변화 특성을 저장소 컴퓨팅 시스템에 적용해 손동작 인식 데이터셋을 분석했다. 그 결과 나노적층 소자 기반 시스템은 20개 클래스 분류에서 99.06%의 검증 정확도를 기록했으며, 단일층 HZO 소자 기반 시스템보다 안정적인 성능을 보였다고 밝혔다.

연구팀은 이번 연구가 강유전체 박막 적층 구조 설계를 통해 소자 수준의 분극 제어 특성이 인공지능 하드웨어 성능 향상으로 이어질 수 있음을 보여준 사례라고 설명했다.

김성준 동국대학교 교수는 "강유전체 소자의 물리적 스위칭 특성을 하드웨어 기반 AI 연산에 직접 연결한 결과"라며 "소자 제작과 전기적 특성 분석, 시스템 시뮬레이션을 통해 소자 구조 설계가 실제 인공지능 연산 성능 향상으로 이어질 수 있음을 확인했다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 글로벌기초연구실사업과 산업통상자원부·한국산업기술진흥원(KIAT)의 지원을 받아 진행됐으며, 동국대학교와 University of Pennsylvania 연구진이 공동으로 참여했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr