국립부경대학교와 한국과학기술연구원(KIST) 공동 연구진이 차세대 반도체인 2차원(2D) 반도체의 성능을 좌우하는 열쇠가 2차원 금속 전극이라는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 이를 활용해 고성능 광전자 소자를 만들고, 센서가 스스로 영상을 처리하는 기능까지 구현했다.

이번 성과는 사람 눈처럼 이미지를 포착하는 차세대 인공지능(AI) 비전 센서를 실현하는 데 새 해법이 될 것으로 기대된다.

5일 국립부경대에 따르면 연구는 장지수 국립부경대 교수와 황도경·문효원 KIST 박사 공동 연구팀이 수행했다. 논문은 재료공학 분야 국제 학술지 'Materials Science and Engineering R: Reports'에 6월 1일 온라인으로 실렸다.

2차원 반도체는 원자 몇 층 두께의 아주 얇은 신소재로, 저전력 전자소자와 AI 비전 시스템 등에 쓰일 것으로 기대를 모은다. 다만 반도체와 전극이 맞닿는 면에서 생기는 결함이 성능을 떨어뜨리는 문제로 지적돼 왔다.

연구팀은 여러 종류의 2차원 금속 전극으로 소자를 만들어 비교한 결과, 2차원 금속이 반도체 표면을 손상시키지 않고 결함이 거의 없는 깨끗한 접촉면을 만든다는 점을 확인했다. 특히 전극이 전자를 얼마나 강하게 붙잡는지를 나타내는 '일함수'가 성능을 가르는 핵심 요소라는 사실도 밝혔다.

연구팀은 이 소자로 센서 안에서 영상 정보를 곧바로 처리하는 기능을 구현했고, 기존 금속 전극을 쓴 소자보다 이미지 처리 성능이 더 뛰어난 것으로 나타났다.

장지수 교수는 "이번 연구는 2차원 금속 전극의 일함수가 소자의 광전 특성을 어떻게 결정하는지 체계적으로 규명한 것으로, 앞으로 인공지능 비전 시스템, 차세대 저전력 광센서 및 에지 컴퓨팅 시스템 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구는 국립부경대 신임교수 학술연구비 지원사업과 과학기술정보통신부 KIST 주요 사업, 중견연구사업의 지원을 받아 진행됐다.