한양대, 유기 나노와이어 광 시냅스 소자 개발… 뇌 모사 바이오센서 혁신 연다

▲(a) 제안 소자의 소자 구조도 및 DPP-DTT 나노와이어 기반 시냅스 거동 개략도. (b) DPP-DTT 나노와이어 광 트랜지스터의 광 반응 특성 및 시냅스 모방 특성. (c) 소자의 시냅스 특성을 활용한 심전도(ECG), 근전도(EMG) 신호 분류 응용. (자료=한양대)

한양대학교 융합전자공학부 유호천 교수 연구팀이 유기 반도체 소재 DPP-DTT(diketopyrrolo-pyrrole-dithienylthieno[3,2-b]thiophene)를 활용한 나노와이어 기반 광 시냅스 트랜지스터 개발에 성공했다고 14일 밝혔다.

이번 성과는 사람의 뇌 신경망과 유사한 시냅스 동작을 구현하면서도 장기 안정성과 고감도 광 반응성을 확보해, 차세대 뉴로모픽 바이오센서와 헬스케어 모니터링 시스템에 새로운 가능성을 열었다.

기존 시냅스 소자는 빛을 이용한 학습 기능을 구현하더라도 낮은 광 반응도와 불안정한 장기 구동 특성 탓에 실제 응용에 어려움이 있었다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 DPP-DTT를 나노와이어 구조로 형성, 채널-절연체 계면에서의 면적 대비 광 반응성을 극대화하고 장기 안정성을 크게 향상시켰다. 개발된 소자는 빛 자극을 통한 '학습(potentiation)'과 전압 자극을 통한 '망각(depression)' 과정을 모두 구현, 장·단기 기억 특성을 재현함으로써 사람 뇌의 기억 형성과 소멸 과정을 모사할 수 있다.

이 기술을 적용해 연구팀은 심전도(ECG) 및 근전도(EMG)와 같은 생체 전기신호를 높은 정확도로 분류하는 데 성공했다. 이는 헬스케어 모니터링, 생체신호 분석, 지능형 바이오센서 등 다양한 분야에서 상용화 가능성을 입증한 것이다.

▲(왼쪽부터) 유호천 교수, 최왕명 박사과정생, 이원우 석박통합과정생

유호천 교수는 “이번 연구는 단일 소자에서 생체신호 감지와 뉴로모픽 연산을 동시에 수행할 수 있는 기반 기술을 제시했다"며 “저전력·고집적 헬스케어 시스템, 웨어러블 디바이스, 차세대 바이오센서 개발에 중요한 전환점이 될 것"이라고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원의 정보통신방송혁신인재양성(인공지능반도체고급인재양성) 사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 재료 및 전자소자 분야 국제학술지 'Small' 2025년 8월호에 게재되었으며, 출판과 동시에 “편집자의 선택(Editor's Choice)"으로 선정되는 영예를 안았다. 해당 논문 「DPP-DTT Nanowire Phototransistors for Optoelectronic Synapses in EMG and ECG Signal Classification」에는 한양대 최왕명 박사과정생과 이원우 석·박사통합과정생이 공동 제1저자로, 유호천 교수가 교신저자로 참여했다.

송기우 기자 kwsong@ekn.kr