차원이 다른 ‘뇌 모방’ 반도체 탄생을 연구하다
차원이 다른 ‘뇌 모방’ 반도체 탄생을 연구하다
  • 임성희 기자
  • 승인 2021.11.30 11:06
  • 댓글 0
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[이슈메이커=임성희 기자] 

사진=임성희 기자
“소재뿐만 아니라 차세대 반도체가 지녀야 할 기능과 원리에 주목할 필요가 있습니다. 우리 연구그룹이 연구하는 ‘뇌 모방’ 소자 연구가 기대되는 이유입니다”(사진=임성희 기자)

 

‘실리콘밸리’에서 보듯 실리콘 소재는 반도체의 대명사다. 하지만 차세대 반도체 탄생을 위해서는 실리콘을 뛰어넘을 새로운 소재가 필요하다. 현재 실리콘을 대체할 다양한 소재개발이 세계적으로 이뤄지고 있는 이유다. 

“반도체는 내 운명”
재료공학을 전공한 경상국립대 박준홍 교수는 박사과정을 거치며 물리와 화학을 접목해 2차원 반도체 소재와 계면에 대한 분석과 제어연구로 연구컨셉을 잡았다. “미국 UCSD(University of California, San Diego) 박사과정 때 지도교수님과 같이 반도체 표면 분석과 제어를 주제로 연구를 했고, 아직 세상에 알려지지 않은 미지의 영역을 탐색한다는 거에 대한 희열과 열망이 컸습니다“ 아직 아무도 다다르지 않은 차세대 반도체 탄생의 길에 접어들며, 그는 모두가 실리콘을 대체할 새로운 반도체 소재에 집중하고 있지만, 소재뿐만 아니라 차세대 반도체가 지녀야 할 기능과 원리에 주목할 필요가 있다며 ‘뇌 모방’ 소자 연구에 대해 설명했다. 

시각을 넘어 후각까지, ‘뇌 모방’ 반도체 구현
표면을 분석하고 제어하는 것은 반도체 기술의 핵심이다. 현대 문명은 반도체 없이는 이루어 질 수 없고, 미래 초고속, 초연결 사회를 위한 핵심 기술 중 하나인 인공지능도 연산 및 정보 저장을 위한 반도체가 있어야 반드시 구현이 된다. 박 교수는 단 하나의 반도체 칩으로 인공지능을 구현해내겠다는 각오다. 기존보다 훨씬 빠른 속도와 에너지 절감이 가능한 인공지능 탄생이 기대된다. 이 부분이 바로 차세대 반도체가 지녀야 할 기능이다. 박 교수는 ”표면에서의 소재와 분자 간의 동역학을 기반으로 반도체 소재와 소자의 이력현상을 발현시켜 기존의 소자에서 구현하기 어려웠던 새로운 기능을 구현하고자 합니다“라며 그가 주목한 차세대 반도체의 원리를 소개했다. 관련 연구의 동력을 얻을 수 있는 연구과제를 올해 수주했는데, ‘인지/학습 기능 통합형 뇌 모방 소자 개발을 위한 반데르발스 결합 소재 기반의 유무기 수직 이종접합 연구’다. ”인간 두뇌 기능을 모방하는 반도체 개발을 뉴로모픽 기술이라 하고, 지금까지는 주로 인간의 시각 기능을 두뇌 역할의 소자에 융합하는 뉴로모픽 소자 개발연구가 수행됐습니다. 저희의 아이디어는 반도체 소자 레벨에서 감각과 학습 능력의 융합을 후각까지 그 가능성을 넓히고자 하는 것이고, 현재까지 시도되지 않았던 새로운 접근방법이라 좋은 평가를 받은 것 같습니다“

인공지능이 탑재된 콤팩트하고 똑똑한 ‘센서’ 기대
박준홍 교수는 반데르발스 적층 기술로 특정 분자에만 뇌 모방 소자가 선택적으로 반응하고 학습하는 기능을 구현해서 궁극적으로 이번 코로나 19 사태와 같이 재난 상황에서 실시간으로 선택적으로 학습된 위험 요소를 감지하고 능동적으로 회피, 차단하는 시스템 개발을 목표로 하고 있다. 즉 콤팩트하면서도 똑똑한 ‘센서’ 개발이 기대된다. 이에 그는 공공분야나 국방 분야에 센서가 적용됐으면 하는 바람을 전했다. ”신속, 정확함을 가장 많이 필요로 하는 분야가 국민을 상대로 하는 공공분야나 국방 분야라고 생각했습니다“

박준홍 교수는 학생들이 안 가본 미지의 세계를 탐구하듯 연구에 열정을 갖고 잠재력을 펼치길 바랐다.(사진 임성희 기자)
박준홍 교수는 학생들이 안 가본 미지의 세계를 탐구하듯 연구에 열정을 갖고 잠재력을 펼치길 바랐다.(사진 임성희 기자)

”into the unknown“
”연구라 하는 것은 이미 개척된 길을 따라가는 것이 아닌, 남들이 안 가본 미지의 세계를 탐구하는 것이라는 걸 학생들에게 자주 강조합니다. 저도 많은 실패를 거듭했지만 포기하지 않고 꾸준히 연구를 수행하며 성과를 얻었습니다. 미지의 세계에 대한 열망이 현재의 반도체연구를 이끌었듯, 연구의 운명을 언제, 어떻게 만날지 아무도 모릅니다“라며 그는 ”학생들이 위축되지 말고 두 번째 기회를 최대한 살렸으면 합니다. 우리 학생들은 충분히 잠재력이 있고, 다양한 시도를 통해 잠재력을 끌어올릴 수 있습니다“라고 강조했다.
  ”기본에 충실하고, 내실 있고, 큰 그림을 그리는 관점에서 수행하는 연구를 하고 있습니다. 이를 위해서는 학문 간의 경계에 연연하지 않아야 하며, 그 파급성도 반도체 및 전자 소재/소자뿐만 아니라 타 영역에도 미치는 성과를 추구하는 것이 우리 연구실 비전입니다“ 차세대 반도체 탄생의 바탕이 될 플랫폼을 만들어, 다양한 연구 확장성을 가지고 싶다는 박준홍 교수의 행보를 응원한다.
 


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