국립부경대-한양대 연구팀, 차세대 유기 전자소자 분리·재사용 기술 최초 개발

- ‘π-이온 필름’ 개발 및 모듈형 시냅스 전자소자 원리 규명

- 국제학술지 <Advanced Materials> 게재

국립부경대학교와 한양대학교 공동연구팀이 각종 전자기기의 핵심 부품인 유기 전자소자의 분리 및 재사용 기술을 세계 최초로 구현한 연구 성과를 발표했다.

국립부경대 화학공학과 우규원(4학년)·이창민(3학년) 학생, 김용희 연구교수, 이은광 교수, 한양대 유호천 교수 등 공동연구팀은 유기 전자소자 분야에서 새로운 차세대 재생 소자인 ‘π-이온 필름(π-ion film)’을 개발하고, 이를 기반으로 한 모듈형 시냅스 전자소자 및 저전력 신경모방 컴퓨팅 플랫폼의 작동 원리를 규명했다.

최근 인공지능 기반 엣지 컴퓨팅(Edge AI)과 유연 전자소자 기술이 발전함에 따라, 저전력 구동과 생체 적합성을 갖춘 유기 전기화학 트랜지스터(OECT)에 대한 관심이 급증하고 있다. 하지만 기존 OECT는 유기 반도체층의 비가역적 열화로 인해 수명이 짧고, 재사용이 불가능해 폐기물(e-waste) 증가와 비용 문제를 초래하는 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 ‘π-이온 필름’을 적용한 OECT를 제안했다. 연구팀은 유기 반도체(P3HT)와 이온성 액체(BMIM:TFSI)를 기반으로 강화된 ‘π-이온 필름’을 개발해 이를 탈부착 가능한 형태로 제작하고, 전기화학적 안정성과 신경모방 특성을 동시에 구현했다. 특히, 연구팀은 64개의 소자로 구성된 대면적 어레이로 ‘π-이온 필름’을 구현해 향후 바이오센서, 웨어러블 의료기기, AI 엣지 디바이스 등으로 확장될 가능성도 제시했다.

이 연구 결과는 기존 일회용 유기소자의 한계를 극복하고, 부품 교체만으로 전체 소자의 기능을 유지할 수 있는 모듈형 전자소자의 실현 가능성을 제시한 점에서 전자소자 기술의 새로운 장을 연 것으로 평가된다. 특히, 전자 폐기물 저감과 지속 가능한 전자기기 제조를 위한 기술적 초석이 될 것으로 평가된다.

이은광 교수는 “이번 연구는 신경모방 전자소자의 지속가능성과 모듈화라는 두 축을 동시에 실현한 최초 사례로, 향후 산업화에서 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.

이 연구 결과를 담은 논문 ‘Detachable and Reusable: Reinforced π-Ion Film for Modular Synaptic Reservoir Computing’은 재료과학 분야의 세계적 학술지 <Advanced Materials>(IF: 29.4)에 최근 게재됐다.

이 연구는 한국연구재단(NRF)과 국립부경대 산학협력단의 지원을 받았으며, 인공지능반도체 전문인력양성사업(IITP), 산업통상자원부(MOTIE)의 기술혁신사업으로 추진됐다.

※ 붙임 사진: (왼쪽부터) 우규원·이창민 학생, 김용희 연구교수, 이은광 교수, 유호천 교수