'뇌처럼 학습·기억·망각' 광전 시냅스 전자소자 개발

한국공학대 이성남 교수팀

단일 소자에 기능 구현…국제 권위지에 게재

[시흥=뉴시스] 2차원 그래핀 산화무룰 반도체로 시각 신경모방 이미지. (이미지=한국공학대 제공). 2026.04.27. [email protected]

[안양=뉴시스] 박석희 기자 = 경기 시흥시 소재 한국공학대학교는 반도체공학부 이성남 교수 연구팀이 2차원 반도체 소재인 그래핀 산화물(Graphene Oxide)을 활용해 인간의 뇌 기능을 모사한 광전 시냅스 전자소자를 개발했다고 27일 밝혔다.

이번 성과는 빛을 통해 정보를 학습하고 기억하는 것은 물론, 전기 자극을 통해 망각 과정까지 구현할 수 있어 차세대 뉴로모픽(뇌 신경 모방) 반도체와 인센서 메모리(In-sensor Memory) 시스템 상용화를 앞당길 핵심 기술로 평가받고 있다.

이성남 교수팀(이승훈·조정빈 대학원생 참여)은 매우 얇으면서도 빛에 반응하고 전하를 저장할 수 있는 그래핀 계열 소재인 ‘그래핀 산화물’에 주목했다.

연구팀은 은(Ag)과 그래핀 산화물(GO)을 샌드위치처럼 쌓은 구조의 소자를 제작한 뒤, 저가의 스핀코팅 공법으로 막의 두께를 정밀하게 조절하며 성능 변화를 분석했다.

실험 결과, 개발된 소자는 자외선 자극을 받으면 전류가 점차 증가하며 정보를 기억하는 ‘학습’ 특성을 보였다. 반대로 전기 자극을 가하면 전도도가 서서히 낮아지며 정보를 잊어가는 ‘망각’ 반응이 나타났다.

이는 인간의 뇌가 외부 자극의 강도에 따라 시냅스 연결 세기를 조절하는 원리를 그대로 구현한 것이다.

특히 그래핀 산화물 층이 두꺼울수록 내부 결함과 산소 기능기가 전하를 더 많이 붙잡아 두어, 정보 저장 용량이 커지고 기억 유지 시간도 길어지는 것을 확인했다.

연구팀은 여기서 나아가 소자를 픽셀 배열로 구성해 시각 기억 기능도 성공적으로 시험했다.

빛을 이용해 알파벳 문자를 모스부호 형태의 신호로 기록하고 이를 일정 시간 유지하는 데 성공함으로써, 단순한 감지 센서를 넘어 정보를 스스로 저장하고 처리하는 ‘인공지능형 시각 메모리’로서의 가능성을 입증했다.

이성남 교수는 “이번 연구는 그래핀 산화물 단일 활성층만으로 학습과 망각, 시각 메모리 기능을 동시에 구현할 수 있음을 보여준 성과”라며, “향후 저전력 인공지능(AI) 반도체 등 다양한 분야에 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 공학 및 응용 물리 분야의 세계적 권위지인 ‘어플라이드 머티리얼즈 투데이(Applied Materials Today)’ 2026년 4월15일 자 온라인판에 게재되었다.


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