[저자] 전기·정보공학부 이종호 교수, 김재준 교수, 이경민 박사과정, 유상우 박사과정, 신훈희 박사과정, 구륜한 박사후연구원, 박진우 박사

서울대학교 공과대학 전기·정보공학부 이종호 교수 연구팀이 세계 최고 권위의 반도체 학회인 IEEE IEDM (International Electron Devices Meeting) 2025에서 총 3편의 논문이 채택되는 쾌거를 거뒀다. 이번 성과는 소재, 소자, 시스템을 아우르는 폭넓은 연구 역량을 입증하며, 차세대 인공지능·저전력 반도체 기술의 새로운 방향을 제시했다.

첫 번째 논문은 HfO2-TiO2-HfO2 삼중 interlayer 구조를 도입해 세계 최고 수준의 잔류 분극과 저전압 구동을 동시에 달성한 HfZrO2 강유전 캐패시터(FeCAP) 개발 연구이다. 0 V에서 비파괴 읽기가 가능한 메모리 윈도우를 구현해 초저전력 및 뉴로모픽 하드웨어 응용 가능성을 열었다.

두 번째 논문은 상용 자기터널접합(MTJ) 소자를 이용한 붕괴 기반 물리 복제 방지 기능(MBD-PUF) 기술로, 비트 오류 없는 안정적 보안 응답 생성과 원본 키의 완전 은닉을 동시에 구현했다. 제안된 MBD-PUF는 125 °C의 고온 환경에서도 안정적으로 동작하며, 머신러닝 기반 모델링 공격에도 높은 저항성을 보여 차세대 하드웨어 보안 솔루션의 실용화 가능성을 입증했다. 해당 연구는 전기·정보공학부 김재준 교수 연구팀과 공동으로 진행되었다.

세 번째 논문은 ‘자기상쇄(Self-Cancellation)’ 회로를 센서와 한 칩에 집적한 혼합가스 실시간 판별 시스템을 세계 최초로 구현한 연구다. 두 개의 FET형 가스센서와 감산 회로를 통합하여 교란 가스의 영향을 칩 내부에서 상쇄함으로써, 외부 신호처리 없이 표적 가스를 실시간으로 선택적으로 검출할 수 있다. 연구팀은 이 기술을 활용해 초소형, 초저전력 하드웨어에서 계란의 부패 과정에서 발생하는 H2S 가스를 감지하여 신선도 실시간 모니터링을 시연했다.

이종호 교수는 “소자 물리, 회로, 시스템을 결합한 통합적 연구 접근이 이번 성과의 핵심”이라며, “서울공대 연구진이 차세대 지능형 반도체 기술의 핵심 원천을 선도하고 있음을 보여주는 결과”라고 밝혔다.



그림 1. 고성능 FeCAP 개요. 논문 제목: HZO FeCap with Ultra-High 2Pr = 133 μC/cm2, PZT-Level Ec (1.17MV/cm @ 6 nm), and CMWε = 9.6 @ 0 V by Adopting HfO2-TiO2-HfO2 Pseudomorphic Interlayer

그림 2. MTJ 기반 MBD-PUF 개요. 논문 제목: Concealable and Bit Error-Free Breakdown-Based Physical Unclonable Functions Using Magnetic Tunnel Junctions

그림 3. 혼합가스 판별 시스템 개요. 논문 제목: Innovative Mixed Gas Discrimination System Using Integrated Self-Cancellation Circuit