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차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 신뢰성 문제를 풀다
최근 인간의 뇌를 모방해 하드웨어 기반으로 인공지능 연산을 구현하는 뉴로모픽 컴퓨팅 기술이 최근 주목받고 있다. 뉴로모픽 컴퓨팅의 단위 소자로 활용되는 멤리스터(전도성 변화 소자)는 저전력, 고집적, 고효율 등의 장점이 있지만 멤리스터로 대용량 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구현하는데 불규칙한 소자 특성으로 인한 신뢰성 문제가 발견되었다. 우리 연구진이 뉴로모픽 컴퓨팅의 상용화를 앞당길 신뢰성 향상 기술을 개발하여 화제다.
우리 대학 전기및전자공학부 최신현 교수 연구팀이 한양대학교 연구진과의 공동 연구를 통해 차세대 메모리 소자의 신뢰성과 성능을 높일 수 있는 이종원자가 이온* 도핑 방법을 개발했다고 21일 밝혔다.
* 이종원자가 이온(Aliovalent ion): 원래 존재하던 원자와 다른 원자가(공유 결합의 척도, valance)를 갖는 이온을 말함
공동연구팀은 기존 차세대 메모리 소자의 가장 큰 문제인 불규칙한 소자 특성 변화 문제를 개선하기 위해, 이종원자가 이온을 도핑하는 방식으로 소자의 균일성과 성능을 향상할 수 있다는 사실을 실험과 원자 수준의 시뮬레이션을 통해 원리를 규명했다.
공동 연구팀은 이러한 불규칙한 소자 신뢰성 문제를 해결하기 위해 이종원자가 할라이드(halide) 이온을 산화물 층 내에 적절히 주입하는 방법이 소자의 신뢰성과 성능을 향상할 수 있음을 보고했다. 연구팀은 이러한 방법으로 소자 동작의 균일성, 동작 속도, 그리고 성능이 증대됨을 실험적으로 확인했다.
연구팀은 또한, 원자 단위 시뮬레이션 분석을 통해 결정질과 비결정질 환경에서 모두 실험적으로 확인한 결과와 일치하는 소자 성능 개선 효과가 나타남을 보고했다. 그 과정에서 도핑된 이종원자가 이온이 근처 산소 빈자리(oxygen vacancy)를 끌어당겨 안정적인 소자 동작을 가능하게 하고, 이온 근처 공간을 넓혀 빠른 소자 동작을 가능하게 하는 원리를 밝혀냈다.
최신현 교수는 "이번에 개발한 이종원자가 이온 도핑 방법은 뉴로모픽 소자의 신뢰성과 성능을 획기적으로 높이는 방법으로서, 차세대 멤리스터 기반 뉴로모픽 컴퓨팅의 상용화에 기여할 수 있고, 밝혀낸 성능 향상 원리를 다양한 반도체 소자들에 응용할 수 있을 것이다ˮ 고 밝혔다.
전기및전자공학부 배종민 석사과정, 한양대학교 권초아 박사후연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 6월호에 출판됐다. (논문명 : Tunable ion energy barrier modulation through aliovalent halide doping for reliable and dynamic memristive neuromorphic systems)
한편 이번 연구는 한국연구재단 신소자원천기술개발사업, 신재료PIM소자사업, 우수신진연구사업, 나노종합기술원 반도체공정기반 나노메디컬 디바이스개발 사업, 그리고 국가슈퍼컴퓨팅센터 혁신지원프로그램의 지원을 받아 수행됐다.
2024.06.21 조회수 6754 -
국제대학생프로그래밍 대회에서 동메달 수상
〈 한태숙 교수와 참가 학생들 〉
우리 대학 전산학부와 수리과학과 학부생 팀이 국제 대학생 프로그래밍 대회인 ACM ICPC 월드 파이널에서 동메달 및 First Problem Solver 상을 수상했다.
지난 5월 25일 미국 사우스다코다 주 래피드시티에서 열린 제 41회 국제 대학생 프로그래밍 대회는 미국 컴퓨터 협회(ACM)가 주최하고 IBM이 후원한다.
1977년 처음 개최돼 전 세계 대학생을 대상으로 열리는 권위 있는 행사로 지역대회에는 103개국 2천 900여 개 대학에서 총 5만 여 명이 참가했고 본선 대회에서는 400여 명의 대학생들이 경쟁을 벌였다.
대회는 3명이 한 팀이 돼 12문제를 해결하는 방식으로 진행되며 우리 대학에서는 신성용 전산학부 명예교수, 한태숙 교수가 코치를 맡았고, 전산학부 고지훈, 강한필 학생과 수리과학과 이종원 학생이 참가했다.
우리 대학 대표팀은 9위를 기록해 동메달과 3천 달러의 상금을 차지했고 전 참가팀 중에서 처음으로 문제를 풀어 First Problem Solver 상을 수상했다.
자세한 스코어 정보는 https://icpc.baylor.edu/scoreboard/ 를 통해 확인 가능하다.
2017.06.02 조회수 13774 -
니콜라이 츠베코프 박사, 성능 30배 증가된 연료전지 소재기술 개발
〈 니콜라이 츠베코프 박사 〉
우리 대학 EEWS 대학원 니콜라이 츠베코프(Nikolai Tsvetkov) 박사가 30배 증가된 성능과 긴 수명을 갖는 연료전지의 전극 소재를 개발했다.
이 기술은 이종원소로 알려진 페로브스카이트 산화물을 물리적으로 표면 처리하는 방법으로 이를 통해 소재의 전기적 특성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
니콜라이 박사는 지난 1월 EEWS 대학원 강정구 교수 연구실에 우수 해외 신진연구자로 참여했다. 이번 연구는 국제 과학 학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’ 6월 13일자 온라인 판에 게재됐다.
페로브스카이트 산화물은 최근 수 년 간 연료전지, 비휘발성 메모리, 이산화탄소의 광 변환 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 연구됐다.
그러나 고온에서 수분과 공기에 노출되면 산화물 표면이 화학적으로 불안정해져 메모리, 연료 전지 등의 수명과 성능을 저하시키는 주요 원인이 됐다.
이러한 현상이 발생하는 이유는 페로브스카이트 산화물의 원소 중 스트론튬이 표면에서 산화물 절연막을 형성해 전자전달 및 산소교환반응을 방해하기 때문이다.
이를 방지하기 위해 금속 산화물 표면에 수 나노미터 수준으로 코팅하는 방법이 있지만 근본적인 문제 해결에는 한계가 있었다.
연구팀은 문제 해결을 위해 다양한 이종 원소를 이용해 표면에 존재하는 산소 원자결함을 선택적으로 제거하는 기술을 개발했다. 이를 통해 반응을 방해하는 표면의 절연층 형성을 억제하고 우수한 전기적, 촉매적 특성 및 반응속도를 갖는 소재를 개발했다.
연구팀은 촉매로서의 활성이 없는 것으로 알려진 하프늄을 사용해 기존 소재 대비 연료전지 전극의 성능을 30배 증가시켰고 소재의 안정성도 대폭 향상시켰다.
이 연구 결과는 기존에 알려지지 않은 새로운 현상으로서 그동안 연료전지 성능 향상의 가장 큰 걸림돌이었던 전극 표면에서의 산소환원반응의 원인을 이론적으로 규명했다는 의미를 갖는다. 또한 고체 산화물 연료전지의 안정성에 대한 해답을 제시했다.
니콜라이 박사는 “극소량의 이종원소 표면처리 기술을 이용해 연료전지를 비롯한 다양한 분야의 전기화학촉매가 될 것이다”며 “기존의 기술적 한계를 극복하는 핵심 기술로 널리 활용될 수 있을 것이다”고 말했다.
이번 연구는 미국항공우주국(NASA) ‘화성탐사 2020 프로젝트’의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 페로브스카이트 산화물 박막(좌)에 이종 원소의 도핑으로 표면의 산소 원자결함을 제어한 박막구조
그림2. 도핑된 이종 원소별 산소교환 성능 그래프
2016.07.07 조회수 13059 -
김상욱 교수 2015 포스코 학술상 수상
김 상 욱 교수
우리 대학 신소재공학과 김상욱 교수가 23일 대한금속 재료학회 임시총회에서 열린 2015년도 포스코 학술상 수상자로 선정됐다.
포스코 학술상은 학회 금속 및 재료관련 학문 연구자에게 주어지는 학술상으로, 다년간 우수 논문 발표나 저서의 집필로 금속 및 재료공학 발전에 기여한 회원에게 수여된다.
김상욱 교수는 이종원소도핑을 통해 탄소소재의 물성(일함수, 전기전도도, 표면에너지, 화학반응성)을 다양하게 조절할 수 있는 원천기술을 개발했다.
태양전지, 플렉서블 소자, 복합소재개발, 에너지 소자 등 폭 넓은 분야에서 탄소소재가 유용하게 쓰일 수 있음을 증명했고, 이를 통한 탄소신소재의 실용성 있는 기술 개발에 기여했다.
이러한 연구업적을 인정받아 작년에는 신소재분야 학술지인 어드밴스 메터리얼스(Advanced Materials)지에서 창간 25주년 기념 특집 초청리뷰논문을 발표했다.
이 특집논문에는 노벨상 수상자인 앨런 히거 교수 등을 비롯한 신소재분야의 세계적 석학들이 초청됐다.
김상욱 교수는 네이처, 사이언스, 네이처 매터리얼스, 네이처 커뮤니케이션즈, 나노 레터스 등 우수 저널에 143편의 SCI 논문을 발표했다.
2015.04.23 조회수 13731