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연구개요
본 연구에서는 저에너지 뉴로모픽 하드웨어칩 개발을 위한 첫 단계로 CMOS 호환성을 가진 SiO2 와 Si3N4 기반의 멤리스터 어레이 제작을 한다. 구체적인 방법으로는 스택 엔지니어링 (Stack engineering, 터널베리어 삽입, 실리콘 하부전극 농도 조절, 쇼트키 베리어 형성)을 통해서 저에너지 (전력과 동작속도)에 부합하는 단위셀을 제작하여 시냅스 소자 특성의 최적화를 진행한다. 여기서 낮은 전류의 시냅스 동작에서 신뢰성 있는 동작을 검증하기 위해서 뉴럴네트워크 시뮬레이션을 통한 인식률을 검증한다. 어레이

연구개요
본 연구에서는 저에너지 뉴로모픽 하드웨어칩 개발을 위한 첫 단계로 CMOS 호환성을 가진 SiO2 와 Si3N4 기반의 멤리스터 어레이 제작을 한다. 구체적인 방법으로는 스택 엔지니어링 (Stack engineering, 터널베리어 삽입, 실리콘 하부전극 농도 조절, 쇼트키 베리어 형성)을 통해서 저에너지 (전력과 동작속도)에 부합하는 단위셀을 제작하여 시냅스 소자 특성의 최적화를 진행한다. 여기서 낮은 전류의 시냅스 동작에서 신뢰성 있는 동작을 검증하기 위해서 뉴럴네트워크 시뮬레이션을 통한 인식률을 검증한다. 어레이 구조를 위한 선택소자로는 SiO2과 Si3N4 및 실리콘 호환성을 가지는 밴드 갭이 큰 절연막을 후보로 한다. 터널 메커니즘을 비롯한 물리적 메커니즘을 이해로 하여 최적화 된 공정을 통하여 우수한 선택비를 가지는 선택소자 개발을 목표로 한다. 여기서 핵심연구로는 셀에 셀렉터가 연결 시 비선형적인 전류-전압 특성이 인식률에 어떤 영향을 미치는지 스펙과 디자인, 가이드라인을 제시하는 것을 목표로 한다. 마지막으로 시냅스 소자와 선택소자를 직렬로 연결한 단위셀을 기반으로 하여 어레이 소자를 제작하여 생물학적 학습과 기억의 핵심인 spike-timing-dependent plasticity(STDP) 및 단기기억 (short term memory (STM)), 장기기억 (long term memory (LTP)) 특성들을 구현한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구를 통해 다양한 시냅스소자의 단기기억 및 장기기억의 다양한 멤리스터 특성을 확보하였다.
단위 셀에서는 많은 우수한 결과를 보고 했으나 어레이공정의 경우 공정 진행이 늦게 진행되어서 목표치보다 연구성과가 부족하였다. 이는 차기 연구를 통해 보완할 예정입니다.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 과제는 제안 된 실리콘 호환성을 가진 멤리스터 기반의 시냅스 소자는 현재 반도체 공정 기술에 쉽게 확장이 가능한 장점을 가지고 있다. 2015년 UCSB 연구 그룹은 memristor가 교육 및 운영하는 신경 회로망을 게시하거나 저항 스위칭 메모리를 발표했다. 간단한 크로스바 장치 아키텍처를 사용하면 인간의 두뇌에서 배울 수 있는 가능성이 있다. 시냅스 소자의 장점은 효율적인 에너지 처리를 위하여 저에너지, 그린 환경을 지향하는 초저전력 메모리 기술 개발로 확장이 가능하다. 이는 국가 기술 발전의 지표인 3P(patent, paper, product)에 부합하는 연구가 될 것으로 판단되고 관련 기술의 핵심 지식을 갖춘 고급 인력을 양성하여 사회에 배출하는 데 큰 기여를 할 것이다. 제안하는 기술은 뉴로모픽 시스템에서 가장 핵심적인 기초 기술로 자리매김을 할 것이며, 향후 뉴런 회로와의 집적을 통해 향후 시스템 온 칩(system-on-chip) 등 시스템 레벨에서 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 나아가 본 연구 결과를 통해 새로운 아키텍처를 제시함으로써 가까운 미래에 타 분야와의 융합적인 연구를 통해 인공지능, 바이오, 헬스, 보안, 센서, 로봇, 차세대 메모리컴퓨팅 등에 적극 활용되어 삶의 질을 제고하고 유비쿼터스(ubiquitous) 시대를 앞당기는 데 기여 할 것이다

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 7
• 3) 목표 달성 수준 ... 7
• 4) 목표 미달 시 원인 분석(해당 시) ... 7
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 8
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 8
• 6. 참고문헌 ... 8
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 17