 ▲ 공동_연구팀_증명사진_및_연구_피규어=충남대 제공 © 김정환 기자 |
충남대학교와 광주과학기술원(GIST) 공동연구진이 2차원 전이금속칼코겐화합물(TMD) 기반의 새로운 초박막 비휘발성 메모리 소자를 개발하며 차세대 반도체 기술의 가능성을 열었다.
충남대 신소재공학과 최민섭 교수 연구팀과 GIST 신소재공학과 김현호 교수 연구팀은 ‘야누스(Janus)’ 구조의 TMD 소재 내부에 존재하는 자발적 전기분극(internal polarization)을 이용해 기존 대칭형 소재보다 한층 강화된 메모리 성능을 구현했다고 11일 밝혔다.
이번 연구는 나노소재 분야 세계적 권위지 Nano-Micro Letters(IF 36.3, JCR 상위 1%) 1월 26일자 온라인판에 게재됐다.
연구팀은 상·하부면의 불균형 결합 구조를 가진 야누스 소재에서 내부 전기장이 형성된다는 점에 착안해, 이를 메모리의 전하 주입 및 저장 과정에 활용했다.
실험 결과, 동일한 조건에서도 기존 비야누스 소재보다 더 넓은 메모리 윈도우와 우수한 데이터 유지 성능, 높은 내구성을 확보한 것으로 나타났다. 복잡한 공정 제어나 외부 전계 조작 없이도 물질 고유의 분극 특성만으로 메모리 성능을 조절할 수 있다는 점에서 기술적 의미가 크다.
또한 연구팀은 이러한 내재적 분극 특성을 이용해 뇌 신경 시냅스의 학습·기억 기능을 모사하는 뉴로모픽 소자로의 응용 가능성도 확인했다. 야누스 구조의 전하 조절 능력을 통해 시냅스 가중치 변화, 장기 강화(LTP), 장기 억제(LTD) 등의 아날로그적 신호 조절이 가능함을 실험적으로 입증했다.
최민섭 교수는 “이번 연구는 물질 고유의 분극 설계만으로 메모리와 뉴로모픽 기능을 동시에 구현할 수 있음을 보여준 사례”라며 “차세대 인공지능 반도체 소자의 새로운 패러다임을 제시한 연구”라고 강조했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원 아래 미래유망원천기술개발사업 ,세종과학펠로우십 ,중점연구소지원사업 ,민관공동투자 반도체 인력양성사업 ,나노·소재기술개발 R&D ,소재·부품 패키지형 R&D 등 다수의 국가 연구사업의 지원으로 수행됐다.
*아래는 위 기사를 '구글 번역'으로 번역한 영문 기사의 [전문]입니다. '구글번역'은 이해도를 높이기를 위해 노력하고 있습니다. 영문 번역에 오류가 있을 수 있음을 전제로 합니다.<*The following is [the full text] of the English article translated by 'Google Translate'. 'Google Translate' is working hard to improve understanding. It is assumed that there may be errors in the English translation.>
Chungnam National University-GIST Joint Research Team Develops Ultra-Thin Non-Volatile Memory Based on Janus Nanomaterials
Low-Power, High-Performance Memory Achieved by Internal Polarization in 2D Materials…Published in ‘Nano-Micro Letters’
A joint research team from Chungnam National University and the Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) has developed a novel ultra-thin non-volatile memory device based on a 2D transition metal chalcogenide (TMD), opening up the potential for next-generation semiconductor technology.
The research teams of Professor Choi Min-seop of the Department of Materials Science and Engineering at Chungnam National University and Professor Kim Hyun-ho of the Department of Materials Science and Engineering at GIST announced on the 11th that they have achieved significantly enhanced memory performance compared to existing symmetrical materials by utilizing the spontaneous electric polarization (internal polarization) present within the Janus-structured TMD material.
This research was published online on January 26th in Nano-Micro Letters (IF 36.3, top 1% of JCR), a world-renowned journal in the field of nanomaterials.
The research team leveraged the fact that an internal electric field is formed in Janus materials, which have an asymmetrical bonding structure between the upper and lower surfaces, and utilized this to drive charge injection and storage processes in memory.
Experimental results showed that, even under identical conditions, the material achieved a wider memory window, superior data retention performance, and higher durability than conventional non-Janus materials. This technological significance lies in the ability to control memory performance solely through the material's inherent polarization characteristics, without the need for complex process control or external electric field manipulation.
Furthermore, the research team confirmed the potential of utilizing these intrinsic polarization characteristics for neuromorphic devices that mimic the learning and memory functions of brain synapses. Experimentally, they demonstrated that the charge controllability of the Janus structure enables analog signal modulation, such as synaptic weight changes, long-term potentiation (LTP), and long-term depression (LTD).
Professor Choi Min-seop emphasized, "This study demonstrates that memory and neuromorphic functions can be simultaneously realized through the inherent polarization design of the material alone." He added, "This research presents a new paradigm for next-generation AI semiconductor devices."
This research was conducted with the support of numerous national research projects, including the Future Promising Source Technology Development Project, Sejong Science Fellowship, Key Research Institute Support Project, Public-Private Joint Investment Semiconductor Human Resources Development Project, Nano-Material Technology Development R&D, and Material and Component Package R&D, supported by the Ministry of Science and ICT and the Ministry of Trade, Industry and Energy.
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