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전기전자 [전기전자] 빛으로 작동하는 '다진법 메모리' 가능성 열었다
2023.09.21 15:04
[전기전자] 빛으로 작동하는 '다진법 메모리' 가능성 열었다
빛으로 작동하는 '다진법 메모리' 가능성 열었다
입력2023.09.21. 오후 12:01
한국과학기술연구원(KIST)은 황도경 광전소재연구단 책임연구원 연구팀이 이종수 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수 연구팀과 공동연구로 새로운 0차원-2차원 반도체 인공접합 신소재를 개발하고 빛으로 작동하는 차세대 메모리 효과를 관찰하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.
막대한 데이터를 관리하는 데이터센터는 막대한 전력을 소비한다. 전력 소비를 낮추고 연산 속도를 향상시킨 다진법 컴퓨팅 시스템이 연구되고 있다. 다진법 컴퓨팅 시스템도 기존 이진법 컴퓨팅처럼 전기신호로 작동하기 때문에 대규모 데이터 처리 수요를 감당하기에는 역부족이다.
다진법 컴퓨팅 시스템의 연산부와 저장부 간의 데이터를 전기신호가 아닌 빛을 활용해 전송하면 처리 속도를 획기적으로 높이고 전력 소비를 줄일 수 있다.
연구팀은 셀레늄화 카드뮴의 표면에 황화아연을 입힌 코어쉘 구조의 양자점과 몰리브덴황 반도체를 접합한 0차원-2차원 반도체 인공접합 신소재를 제작했다. 이 신소재를 이용하면 10나노미터(nm, 10억분의 1미터) 이하 크기의 양자점 내에 전자 상태를 저장하고 조절할 수 있다.
셀레늄화 카드뮴의 중심에 빛을 가하면 일정량의 전자가 몰리브덴황 반도체로 흘러나오고 전자의 빈 자리인 정공을 중심에 가두는 과정을 통해 신소재가 전도성을 갖게 된다. 이때 셀레늄화 카드뮴 내부는 양자화된다. 양자화는 물리량이 연속값을 갖지 않는 현상이다. 간헐적으로 가하는 빛으로 전자들을 차례로 가둬 발생하는 전계효과를 통해 몰리브덴황의 저항 변화를 유도한다.
이같은 과정을 통해 0과 1 상태만 존재하는 기존 메모리와 달리 0과 10 이상의 상태를 나누고 유지할 수 있게 된다. 황화아연 쉘은 인접한 양자점끼리 전하 누설을 방지해 단일 양자점 하나하나가 메모리 기능을 할 수 있도록 돕는다.
연구팀이 개발한 구조는 차세대 광메모리로서 활용 가능성이 있다. 다진법 메모리 현상의 효과를 신경망 모델링으로 검증한 결과 91%의 인지율이 달성됐다. 동일한 데이터셋을 실제 사람이 분류할 경우 인지율인 93.91%에 근접한 결과다.
황도경 책임연구원은 “이번에 개발한 다진법 광메모리 소자는 인공지능 시스템 등 차세대 시스템 기술 산업화를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 말했다. 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 게재됐다.
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