화학공학과 오진영 교수 연구팀, 신축성 광전 메모리 트랜지스터 개발
센서 넘어 지능형 플랫폼으로 확장 가능성 제시

화학공학과 오진영 교수 연구팀이 피부처럼 유연하게 늘어나는 환경에서도 안정적으로 작동하면서 정보 저장과 논리 연산을 동시에 수행할 수 있는 차세대 반도체소자 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 『Nature Communications(IF=15.7)』에 게재됐다.

메모리와 연산, 하나의 소자에서 해결하다

연구팀이 개발한 소자는 빛과 전기 신호에 따라 동작 상태를 제어하는 ‘신축성 광전 메모리 트랜지스터’다. 재구성형 로직-인-메모리(Reconfigurable Logic-in-Memory, 이하 R-LIM) 반도체 기술이 소자의 핵심이다.

기존 반도체 시스템은 정보를 저장하는 메모리와 연산을 담당하는 로직이 분리돼, 데이터 이동 과정에서 이른바 ‘폰 노이만 병목현상(von Neumann bottleneck)’이라 불리는 비효율이 발생한다. R-LIM 반도체 기술은 저장과 연산을 하나의 플랫폼에 통합하고, 동일한 하드웨어가 서로 다른 논리 기능을 수행하도록 만든다. 이를 통해 단순히 신호 감지에만 머물렀던 기존 전자피부의 한계를 넘어 데이터 저장과 연산을 하나의 소자 플랫폼 안에서 동시에 구현할 수 있다.

개발 과정에서 연구팀이 가장 공들인 부분은 기계적 변형 속에서도 전기적 특성을 안정적으로 유지하는 것이었다. 신축성 소자는 변형에 매우 민감해 소재와 구조를 함께 최적화하는 과정이 요구된다. 개발된 소자는 최대 30%의 인장 변형과 반복적인 기계적 스트레스 조건에서도 메모리 및 로직 특성을 안정적으로 유지했다. 연구팀은 4인치 웨이퍼 크기의 신축성 기판 위에서 R-LIM 시스템을 구현해 대량 생산을 위한 집적성과 상용화 가능성도 함께 입증했다. 오진영 교수는 “학생들이 연구 전반을 주도하는 과정에서 꾸준한 실험과 문제 해결 과정을 거치며 스스로 성장해 나가는 모습이 연구의 원동력이 됐다”며 함께 연구를 진행한 대학원생에게도 감사를 전했다.


전자피부는 휴대용 전자기기를 넘어 차세대 전자기기 플랫폼으로 발전해 나갈 전망이다. 오진영 교수는 전자피부 기술의 상용화를 위해 관련 후속 연구를 지속할 계획이다. 그는 “인체에 부착되거나 삽입된 형태로 사람과 더욱 긴밀히 상호작용하게 될 것”이라며 “궁극적으로 생체 신호를 감지하고, 저장하고, 해석하는 기능이 하나의 전자피부 플랫폼 안에서 구현하는 것이 목표”라고 설명했다.