물리학과 연구팀, 자가치유 저항 메모리 소...

변형과 외부 자극에도 안정적인 성능 유지하는 메모리 소자 개발

인체에 부착할 수 있는 미래 AI 메모리 소자로의 활용 기대

 

▲ (왼쪽부터) 물리학과 박진홍 연구원, 박용준 석사과정생, 이민백 물리학과 교수.

 

물리학과 박진홍 연구원, 박용준 학생과 이민백 물리학과 교수, 성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과 손동희 교수의 공동연구팀이 차세대 자가치유 저항 메모리 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.

 

공동연구팀은 나노-마이크로 은(Ag) 입자의 비대칭적 분포와 고분자의 수소결합을 융합한 메모리를 고안했다. 새로운 메모리는 초기 대비 100% 변형에도 저항 변화 없이 안정적인 성능을 보이며, 외부 자극에 6000회 이상 노출돼도 성능을 유지했다. 인체 움직임의 최대 변형폭이 30% 정도임을 고려할 때 높은 성능 한계치를 가진다는 점이 확인됐다.

 

연구팀의 결과를 담은 논문(논문명: Reversible electrical percolation in a stretchable and self-healable silver-gradient nanocomposite bilayer)은 우수한 연구성과를 인정받아 국제 저명 학술지인 ‘네이처커뮤니케이션스(Nature Communications, IF=17.7)’에 게재됐다.

 

연구팀이 개발한 메모리 소자는 핵심소재의 경우 드롭앤드라이(drop & dry) 방식으로 제작되며 소자의 경우 간단한 적층(lamination)으로 구현할 수 있어 배열형태의 메모리 어레이 구현이 용이하다. 이로써 최근 연구가 활발한 뉴로모픽(Neuromorphic) 소자로 활용이 가능함을 입증했다.

 

뉴로모픽 엔지니어링 시스템은 실시간으로 생체신호를 기록하고, 빅데이터 처리를 이용해 비정상적인 생체신호에 대응하여 치료까지 제공하는 클로즈-루프(close-loop) 의료시스템에 이용된다. 여기에는 전력소비가 적고 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빠르며 안정적인 저장이 가능한 소자가 필요한데, 저항 변화 메모리(RRAM) 소자가 주목받고 있다. 그러나 아직까지 인체의 지속적인 움직임과 자극에도 생체신호를 저장하고 외부 접촉 및 자극에 대해 자가치유가 가능한 메모리 소자의 개발은 난제로 여겨지는 상황이다.

 

이민백 물리학과 교수는 “높은 구동 한계치를 가진 신축성 자가치유 저항 메모리로 차세대 바이오 IoT 전자소자로 활용될 수 있다”라며 “향후 뉴로모픽 엔지니어링 기술의 중요한 발판이 될 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다.

 

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부과 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

 

(위) 입자분포조절을 통해 외부 손상에도 스스로 회복이 가능한 신축성 자가치유 차세대 저항 메모리 모식도. (아래) 절단 후 접촉 시 자가치유되는 사진과 100% 변형 시에도 안정적인 메모리 구동 성능을 보여주는 전압-전류 그래프.

▲ (위) 입자분포조절을 통해 외부 손상에도 스스로 회복이 가능한 신축성 자가치유 차세대 저항 메모리 모식도.

(아래) 절단 후 접촉 시 자가치유되는 사진과 100% 변형 시에도 안정적인 메모리 구동 성능을 보여주는 전압-전류 그래프.

자가치유 저항 메모리를 이용한 심전도 신호 측정 및 심박수 저장 시연.

▲ 자가치유 저항 메모리를 이용한 심전도 신호 측정 및 심박수 저장 시연.