국민대학교 전자공학부 최성진 교수가 세종대학교 김성호 교수와의 공동연구를 통해 차세대 저항변화소자인 멤리스터(memristor) 의 정확도 높은 물리해석기반 전자회로시뮬레이션 모델 (SPICE model) 개발을 성공하였다. 

멤리스터(메모리 memory + 저항 resistor 의 합성어)는 최근 활발히 연구되고 있는 비선형 전자회로 수동소자로서, 이론 연구가 Leon Chua 교수에 의해 1971년도에 제안된 미지의 소자이다. 이전까지 전자회로 수동소자라고 하면 저항(resistor), 인덕터(inductor), 커패시터(capacitor) 밖에 없었는데, 4번째 미지의 소자의 존재를 Leon Chua 교수가 1971년에 제안하였고, 2008년에서야 처음으로 Hewlett-Packard (HP) lab 에서 실험적으로 구현되면서 많은 연구자들의 주목과 관심을 받게 된 나노전자소자이다.  

멤리스터의 전기적 저항은 일정하지 않고 가변적이며, 이전에 멤리스터를 통해 흘렀던 전류의 역사(과거 정보)에 따라 달라진다. 즉 멤리스터는 과거의 정보를 기억할 수 있어, 전력 공급이 끊어져도 가장 최근의 저항 상태를 다시 전력이 들어올 때까지 기억할 수 있는 비휘발성 특성을 가진다.

이러한 멤리스터는 컴퓨터 칩에서 사용되는 트랜지스터를 대체할 수 있고, 더 높은 집적도의 비휘발성 메모리로 응용가능하여 현재의 디램(DRAM)과 하드디스크(HDD)를 대체할 수도 있다. 또한 독특한 저항 변화 특성을 인간 두뇌의 뇌세포(뉴런 및 시냅스) 모사에 응용하면, 인간 두뇌와 같이 패턴을 인식할 수 있는 인공두뇌전자회로(뉴로모픽 시스템, neuromorphic system) 으로도 응용 가능해 다양한 분야에서 멤리스터의 응용 가능성이 연구되고 있는 중이다. 

멤리스터의 응용 연구를 위해서는 정확한 컴퓨터 회로시뮬레이션 모델(SPICE model)이 필수적으로 요구된다. 기존의 멤리스터 모델은 저항 변화의 물리적 원리를 제대로 반영하지 못해 시뮬레이션 정확도가 현저히 낮은 단점이 있었다. 최성진 교수와 김성호 교수의 공동 연구팀은 멤리스터의 저항 변화 특성을 물리적으로 정확하게 분석 및 이해하고, 이를 수학적으로 기술한 모델을 개발하여 멤리스터의 전기적-열적 특성을 정량적으로 회로시뮬레이션을 통해 정확히 재현하는 것에 성공하였다. 특히 멤리스터 동작 중 발생하는 발열 현상에 대한 물리적 원리가 복잡하고 이를 수학적으로 기술할 수 있는 모델이 기존에 없었지만, 이를 해석하고 예측할 수 있는 모델을 수립 및 검증하여 향후 멤리스터가 사용될 수 있는 모든 응용 분야 연구에 필수적인 회로시뮬레이션 기반을 마련하였다는 데에 큰 의의가 있다. 

최성진 교수 연구팀의 연구 결과는 5월 6일 국제저명학술지 Small 에 온라인 게재 되었다 (논문명: Compact Two-State-Variable Second-Order Memristor Model, 제1저자: 김성호 교수, 교신저자: 최성진 교수). Small 은 나노분야에서 저명한 국제학술지로서 IF (8.315)가 전체 재료 및 물리 관련 논문 중 상위 6%인 우수한 연구결과가 발표되는 국제학술지이다. 

최성진 교수는 앞으로도 김성호 교수와의 공동연구를 통해 멤리스터를 응용한 인공두뇌전자회로 구현 연구에 매진하여 멤리스터의 응용분야 개척에 선두적인 연구를 지속할 계획이다.