AI 시대 앞당길 초절전형 반도체 논리소자 개발

▲연구팀이 개발한 이황화텅스텐(WS2)과 육방정 질화붕소(hBN) 기반 양자우물 형성 모식도. (사진제공=대구경북과학기술원)

대구경북과학기술원(DGIST)은 나노융합연구부 이명재 박사 연구팀이 2차원 반도체 소재인 이황화텅스텐(WS2)과 육방정 질화붕소(hBN)를 이용해 3진법 적용이 가능한 2차원 소재 기반의 다치(多値) 논리소자를 개발했다고 12일 밝혔다.

현재 대부분의 컴퓨터는 ‘0’과 ‘1’을 사용하는 2진법 기반이다. 반도체나 집적회로(IC) 같은 컴퓨터산업도 2진법을 기반으로 발전했다. 하지만 빅데이터 처리나 복잡한 연산을 요구하기 때문에 전력 소모량 측면에서 기술적 한계에 다다르고 있다. 이에 방대한 정보량을 구현하면서 전력도 줄일 수 있는 ‘다치 논리소자’ 연구가 세계적으로 진행 중이다.

3진법 이상의 논리가 구현 가능한 다치 논리소자는 정보를 ‘0’, ‘1’, ‘2’ 이상으로 처리할 수 있어, 2개의 숫자만 사용했던 기존의 2진법보다 처리해야 할 정보의 양이 줄어들어 소비전력이 적고 계산 속도가 빠르다. 대용량의 정보처리가 가능하면서 반도체 집적회로를 더 작게 만들 수 있는 장점이 있다.

연구팀은 2차원 반도체 소재인 이황화텅스텐과 육방정 질화붕소를 결합해 ‘0’, ‘1’, ‘2’인 3개의 논리상태 구현이 가능한 2차원 소재를 개발했다. 두 개의 2차원 반도체 소재를 수직으로 층층이 쌓아 올림으로써 육방정 질화붕소층이 인접하는 이황화 텅스텐층 간의 전자 상호작용을 크게 줄이는 것을 확인했다.

이명재 박사는 “새로운 개념의 다치 논리소자는 향후 대용량 정보 처리가 필요한 인공지능 소프트웨어를 지원하는 초절전형 소자·회로 기술의 기반이 될 것”이라며 “향후 두뇌 모방형 반도체와 같은 차세대 지능형 반도체 소자 기술의 적용이 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 DGIST 신물질과학전공 김영욱 교수 연구팀과 공동으로 진행했으며, 나노과학 분야의 국제학술지인 ‘ACS Nano’에 3일 자로 온라인 게재됐다.