유기 반도체 기반 STFGS로 빛만으로 장기기억 강화 재현…660 nm 조건서 91.37% 이미지 인식
한양대학교 융합전자공학부 유호천 교수 연구팀이 경상국립대, 가천대, 한양대 ERICA 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.
이번 연구는 빛 자극만으로 시냅스 가중치를 조절해 스스로 학습·기억하는 시각 뉴로모픽 소자의 가능성을 보여준다.
연구진은 서로 다른 파장에 민감한 두 종류의 유기 반도체를 이용해 이중 파장 반응형 소자를 구현하고, 플로팅-게이트 내부에 광전하를 장시간 저장할 수 있도록 설계했다.
이를 통해 빛 자극만으로 장기 기억 강화(Long-Term Potentiation, LTP)를 안정적으로 재현할 수 있었고, 외부 전기 자극에 의존하던 기존 전기 신호 기반 소자의 한계를 극복했다.
연구진은 STFGS 기반의 파장 선택적 인공신경망(ANN)을 설계해 성능을 검증한 결과, 660 nm 빛 자극 조건에서 최대 91.37%의 이미지 인식 정확도를 기록했다.
이 수치는 광 자극 조건에 따라 가중치를 적응적으로 조절하며 학습하는 광 기반 시각 소자의 실용 가능성을 시사한다.
유호천 교수는 “유기 반도체의 파장 선택성과 플로팅-게이트 구조의 결합으로 빛 자극에 따라 스스로 학습하는 시냅스 동작을 구현했다”며 “향후 인공지능 이미지 센서, 웨어러블 시각 인식 장치, 저전력 AI 칩 등으로 응용 가능하다”라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 Advanced Functional Materials에 2025년 11월 온라인 게재됐다.
논문 제목은 “Spectrally Tuned Floating-Gate Synapse Based on Blue- and Red-Absorbing Organic Molecules for Wavelength-Selective Neural Networks and Fashion Image Classifications”로, 한양대 강승미 박사과정생이 제1저자, 유호천 교수와 경상국립대 김윤희 교수, 가천대 이충환 교수, 한양대 ERICA 오세용 교수가 교신저자로 참여했다.