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[IT뉴스]“나노입자 틈 조절했더니”…저전력 차세대 전자소자 구현

온카뱅크관리자

2026-08-25 11:27:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 광주과기원, 차세대 휘발성 멤리스터 개발 나노구조 규책 배열로 균일한 ‘나노 틈’ 구현 작동 전압 최대 7배 줄여...저전력 뉴로모픽 소자 활용 
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 <img alt="나노입자를 규칙적으로 배열하고 입자 사이의 ‘나노 틈’을 구현해 전압을 낮춰 개발한 ‘휘발성 멤리스터’를 AI로 생성한 이미지." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/25/dt/20260825112129688wisl.png" data-org-width="640" dmcf-mid="9lyD1g1ylO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/25/dt/20260825112129688wisl.png" width="658">
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 나노입자를 규칙적으로 배열하고 입자 사이의 ‘나노 틈’을 구현해 전압을 낮춰 개발한 ‘휘발성 멤리스터’를 AI로 생성한 이미지.
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 나노 입자를 균일하게 배열해 생긴 나노 틈을 활용해 전기를 최대 7배 덜 쓰는 차세대 AI 반도체 소자 기술이 개발됐다.
 나노미터 수준의 구조를 정밀하게 설계해 멤리스터와 같은 차세대 전자소자 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
 광주과학기술원(GIST)은 이상한 신소재공학과 교수팀이 오명환 한국에너지공과대학교(KENTECH) 에너지공학부 교수팀과 공동으로 산화코발트 단결정 나노입자를 규칙적으로 배열하고 입자 사이의 미세한 틈을 정밀 제어해 낮은 전류에서 안정적으로 작동하는 ‘차세대 휘발성 멤리스터’를 개발했다고 25일 밝혔다.
 멤리스터는 가해진 전압이나 전류에 따라 저항 상태가 변하는 특성을 이용해 정보를 저장하거나 처리하는 차세대 전자소자다.
 기존 산화물 기반 휘발성 멤리스터는 전기 자극을 받으면 소자 내부에 전류가 흐르는 가느라단 ‘전도 경로’가 만들어졌다가 사라지는 방식으로 작동한다. 이 경로가 매번 다른 곳과 다른 형태로 만들어져 소자마다 동작 특성이 달라지는 문제가 있었다.
 연구팀은 전류가 무작위로 새로운 길을 만드는 대신 나노입자 사이의 일정한 틈을 따라 흐르도록 휘발성 멤리스터 구조를 새롭게 설계했다.
 약 10나노미터 크기의 산화코발트 단결정 나노 입자를 바둑판처럼 규칙적으로 배열하고, 입자 사이에 평균 약 3㎚의 균일한 나노 틈이 반복되는 구조로 구현한 것이다. 이어 나노입자 배열을 두 전극 사이에 넣어 멤리스터 소자를 제작했다.
 개발된 멤리스터는 약 10나노암페어(㎁)의 매우 낮은 전류에서 작동했으며, 100회 연속 측정에서 스위칭 전압의 변동계수가 9% 미만에 그쳐 높은 동작 균일성과 재현성을 보였다.
 연구팀은 나노 틈의 크기를 조절하면 멤리스터의 작동 전압을 바꿀 수 있는지를 확인했다.
 그 결과, 나노 틈을 약 3㎚에서 1㎚로 좁히자, 평균 전압이 8.75볼트에서 1.20볼트로 약 7분의 1수준까지 낮아졌다. 같은 소재를 쓰더라도 나노입자 틈을 좁혀 소자 작동 전압을 크게 낮출 수 있음을 보여준 것이다.
 멤리스터는 전기 자극 세기와 시간에 따라 서로 다른 두 가지 회복 특성을 나타냈다.
 짧은 전기 자극 뒤에는 약 1∼2마이크로초(㎲) 수준에서 빠르게 원래 상태로 돌아온 반면 강한 자극을 오래 가한 뒤에는 1분 이상 걸려 천천히 회복됐다. 이런 특성은 시간에 따라 변하는 신호를 처리하는 뉴로모픽 정보처리 소자 등에 활용될 것이라고 연구팀은 설명했다.
 이상한 교수는 “이번 연구는 전류 흐름을 불규칙하게 만들 수 있는 나노입자 사이의 틈을 오히려 소자 동작을 제어하는 설계 요소로 활용했다는 데 의미가 있다”며 “낮은 전류에서 안정적으로 작동하면서 서로 다른 시간대의 회복 특성까지 확인한 만큼 향후 저전력 뉴로모픽 소자 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
 연구결과는 복합재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 컴포지트 &amp; 하이브리드 머티리얼즈’ 지난달 30일자 온라인에 실렸다.
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 <img alt="이상한(왼쪽부터) GIST 교수, 오명환 KENTECH 교수, 오인혁 GIST 박사과정생, 황준범 박사, 강민우 KENTECH 석박사통합과정생. GIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/25/dt/20260825112130969llqr.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="2dnfczcnvs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/25/dt/20260825112130969llqr.jpg" width="658">
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 이상한(왼쪽부터) GIST 교수, 오명환 KENTECH 교수, 오인혁 GIST 박사과정생, 황준범 박사, 강민우 KENTECH 석박사통합과정생. GIST 제공.
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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