의도적 빈자리(결함)를 적용한 OECT 메커니즘 설명 이미지(논문 발췌)

국립부경대학교 연구팀이 금속유기골격체(MOF)에 의도적으로 만든 ‘결함’을 활용해, 사람의 뇌처럼 정보를 처리하는 유기 전자소자의 성능을 끌어올리는 방법을 개발했다.

국립부경대 화학공학과 이창수·이은광 교수는 울산대 가성빈 교수와 함께 교신저자로 참여했고, 경희대와 한양대 연구진도 공동으로 연구를 수행했다. 연구 결과를 담은 논문 ‘Confinement at Defect Sites Dissociates Ionic-Liquid Pairs for Brain-Like Organic Computing’은 나노·재료과학 분야 국제학술지 ‘Small’(IF 11.8)에 최근 실렸다.

뇌 신경세포의 연결부인 시냅스를 흉내 내는 ‘유기 전기화학 트랜지스터(OECT)’는 적은 전력으로 학습과 기억을 구현할 수 있어 차세대 인공지능 하드웨어로 주목받아 왔다. 다만 소자 안에서 신호를 전달하는 이온의 움직임을 다양하게 조절하기 어려워, 성능 향상에 한계가 있었다.

연구팀은 미세한 구멍이 무수히 뚫린 다공성 소재인 MOF에 일부러 ‘빈자리(결함)’를 만든 뒤, 이 층을 소자의 반도체와 전해질 사이에 끼워 넣었다. 빈자리에 갇힌 이온성 액체가 서로 붙어 있던 양이온과 음이온을 쉽게 떨어지게 했고, 그 결과 자유롭게 움직이는 이온이 늘어 소자의 성능과 기억 특성이 함께 향상됐다. 연구팀은 이 원리를 컴퓨터 계산(DFT)으로도 입증했다. 이 소자로 손글씨 숫자 인식을 모의실험한 결과, 정확도는 94.72%로 이론상 최고치(95.22%)에 근접했다.

이번 연구는 흔히 성능을 떨어뜨리는 요인으로 여겨지던 소재의 결함을 오히려 이온을 다루는 도구로 활용했다는 데 의의가 있다. 저전력 인공지능 하드웨어와 웨어러블 기기에 적용할 수 있는 새로운 소재 설계 전략이 될 것으로 기대된다.

이은광 교수는 “결함을 단점이 아닌 기능으로 바꾼 연구로, 계면에서 이온이 어떻게 움직이느냐는 기본 원리에서 출발해, 소재 합성과 소자 기술을 결합해 거둔 성과라 더욱 뜻깊다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 2026년 우수신진연구(유형B) 사업(RS-2026-25498529)의 지원을 받아 수행됐다.