초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 그래핀의 일함수가 게이트에 의해 조절될 수 있다는 배리스터의 강점을 이용하여 이러한 capacitor의 게이트를 비휘발성 capacitor로 대체 하여 뉴로모픽에서 필요한 비휘발성 특성을 확보하고 양적인 측면에서 모듈레이션이 가능한 잔류분극이나 ionic charge 등을 이용하여 ML 확보가 가능한 새로운 구조 및 동작 방식을 제시한다. 또한 트랜지스터의 Lateral한 S/D 구조를 vertical S/D 로 변형하여 기존의 고집적 가능한 cross-point 구조 방식을 도입할 수 있도록 할 뿐

□ 연구개요
본 연구에서는 그래핀의 일함수가 게이트에 의해 조절될 수 있다는 배리스터의 강점을 이용하여 이러한 capacitor의 게이트를 비휘발성 capacitor로 대체 하여 뉴로모픽에서 필요한 비휘발성 특성을 확보하고 양적인 측면에서 모듈레이션이 가능한 잔류분극이나 ionic charge 등을 이용하여 ML 확보가 가능한 새로운 구조 및 동작 방식을 제시한다. 또한 트랜지스터의 Lateral한 S/D 구조를 vertical S/D 로 변형하여 기존의 고집적 가능한 cross-point 구조 방식을 도입할 수 있도록 할 뿐만 아니라 저항변화와는 다른 저전력 소자방식을 도입한다. 뉴로모픽에서 가장 중요한 conductance 값을 가중치에 적용할 수 있는 기본 구현 가능한 동작방식을 연구하고 이에 대한 기본적인 특성을 평가하여 원천 특허를 확보하고 2차원 물질들을 이용한 뉴로모픽 영역의 새로운 가능성을 제시하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) TMD/그래핀 다이오드 구조를 통한 베리스터 활용 가능성 확인
다양한 TMD를 이용하여 그래핀과의 이종접합으로 다이오드 구조 제작 및 특성 확보, 특히 MoSe2 접합의 경우 MoS2 대비 103배 높은 다이오드 on/off 특성을 보여주었음.
2) 강유전체, 이중 구조 TMO를 활용한 비휘발성 ML Capacitor 확보
기존 안정성이 떨어지는 Perovskite 구조의 PZT 대신 Doped HfO2를 이용하여 매우 얇고 ML이 구현가능한 강유전체 확보, 또한 다양한 물질 조합을 통해 이중 TMO 구조에서 안정적인 저항변화 특성 확인.
3) 비휘발성 TMO 구조에서 저항변화 메카니즘 분석
본 연구에서 개발한 이중 TMO 구조의 기존 보고된 산소 이동방식과 다른 SCLC limit conduction을 보이고 있으며 상당히 안정적인 저항변화 유지를 보여줌.
4) Cross-point 구조 공정 최적화
뉴로모픽 컴퓨팅 소자로써 활용이 가능한 구조인 cross-point 구조를 물성 분석에 용의한 shadow mask 방식과 전통적인 Photolitho grapy 방식으로 공정 확보. Sub 1um의 array 구조 제작 가능.

□ 연구개발결과의 중요성
기존 신경모사소자에서 사용되는 2터미널 소자의 고 집적도와, 3터미널 소자의 높은 전류 제어 특성을 2차원 물질 베리스터를 활용하여 새로운 방식의 신경모사 소자를 제안하였다. 여러 이차원 물질들의 접합을 통해 최적화된 베리스터 구조를 확보하였고 베리스터의 작동을 제어하기 위한 기술로 강유전체 막과 Charge trap/de-trap 효과를 활용한 이중 산화물 막을 확보 할 수 있었다. 강유전체의 경우 doped HfO₂로 조건을 확보하면서 기존 강유전체 보다 뛰어난 안정성을 확보 할 수 있었고 이중 산화물 구조에서 Charge trap/de-trap 효과를 통하여 비휘발성의 분극 만드는 효과 역시 확보 할 수 있었다. 강유전체막과 이중 산화물 구조에서 비휘발성 특성을 개선하여 독립적으로 작동할 수 있는 신경모사소자 연구 개발 역시 진행하였으며 각 소자에서 4단계 이상의 저항 변화 특성을 확보하여 신경모사소자의 가능성을 확인하였다. 또한 고집적도를 위하여 Cross-point 구조에 대한 공정 조건을 확보하여 실제 프로그램을 가능케 하는 소자로써 작동을 확인하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1차년도 연구 수행 내용 ... 4
• 2차년도 연구 수행 내용 ... 9
• 3차년도 연구 수행 내용 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 26