한양대 유호천 교수팀,‘플로팅 게이트 기반 광 파장 구분 시냅스 소자’개발... 광학 이미지·차세대 뉴로모픽 분야 응용 기대

한양대학교 융합전자공학부 유호천 교수 연구팀이 경상국립대학교 김윤희 교수 연구팀, 가천대학교 이충환 교수 연구팀, 한양대학교 ERICA 오세용 교수 연구팀과 공동으로 청색(455 nm)과 적색(660 nm) 빛을 구분해 학습하는 ‘파장 선택형 플로팅-게이트 시냅스(Spectrally Tuned Floating-Gate Synapse, STFGS)’를 개발했다고, 13일 밝혔다.

기존 전기 신호 기반 신경소자는 전기적 자극으로만 학습이 가능해 소비전력이 크고, 빛의 파장에 따른 다중 신호 처리가 어렵다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 서로 다른 파장에 선택적으로 반응하는 두 종류의 유기 반도체를 이용해 이중 파장 반응형 시냅스 소자를 구현했다. 특히, 플로팅-게이트 내부에 광전하를 장시간 저장할 수 있도록 설계해 빛 자극만으로 장기 기억 강화(Long-Term Potentiation, LTP) 현상을 안정적으로 재현했다.

또한 연구팀은 STFGS 소자를 기반으로 파장 선택적 인공신경망(ANN)을 설계하고, 660 nm 빛 자극 조건에서 최대 91.37%의 이미지 인식 정확도를 달성했다. 이는 광 자극 조건에 따라 가중치를 조절하며 스스로 학습하는 시각 뉴로모픽 소자의 가능성을 입증한 결과다.

유호천 교수는 “이번 연구는 유기 반도체의 파장 선택성과 플로팅-게이트 구조를 결합해, 빛 자극에 따라 스스로 학습하는 신경 시냅스 동작을 구현했다”며 “향후 인공지능 이미지 센서, 웨어러블 시각 인식 장치, 저전력 AI 칩 등으로 응용이 가능할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 『Advanced Functional Materials』에 2025년 11월 온라인 게재되었다. 해당 논문 「Spectrally Tuned Floating-Gate Synapse Based on Blue- and Red-Absorbing Organic Molecules for Wavelength-Selective Neural Networks and Fashion Image Classifications」에는 한양대 강승미 박사과정생이 제1저자, 한양대 유호천 교수와 경상국립대 김윤희 교수, 가천대 이충환 교수, 한양대 ERICA 오세용 교수가 교신저자로 참여했다.