초록 ▼

□ 연구개요
- 본 연구에서는 산화물 적층 (oxide heterostructure)에서 구현되는 2차원 전자층 (2-dimensional electron gas, 2DEG)을 이용하여 Cu 또는 Ag의 migration에 의해 생성되는 금속 필라멘트 조절 능력을 획기적으로 개선하고자 하였음.
- 필라멘트를 제어 능력을 획기적으로 개선하여 멤리스터 소자 동작 특성을 혁신적으로 향상시킴. 이러한 멤리스터 소자를 활용하기 위해 2DEG 저항 상태를 조절하였고 이를 통해 저항변화 소자 multi-level 저항 상태를 성공적으

□ 연구개요
- 본 연구에서는 산화물 적층 (oxide heterostructure)에서 구현되는 2차원 전자층 (2-dimensional electron gas, 2DEG)을 이용하여 Cu 또는 Ag의 migration에 의해 생성되는 금속 필라멘트 조절 능력을 획기적으로 개선하고자 하였음.
- 필라멘트를 제어 능력을 획기적으로 개선하여 멤리스터 소자 동작 특성을 혁신적으로 향상시킴. 이러한 멤리스터 소자를 활용하기 위해 2DEG 저항 상태를 조절하였고 이를 통해 저항변화 소자 multi-level 저항 상태를 성공적으로 유도함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 금속 필라멘트를 이용하는 멤리스터의 경우 SET 과정에서 너무 큰 금속 필라멘트가 형성되어 RESET 과정 시 필라멘트가 끊어지지 않는 문제가 발생하고 있음 (RESET failure). 또한 금속 이온의 migration 시 항상 일정한 모양으로 필라멘트가 생성되지가 않아서 반복적으로 SET/RESET 상태를 바꾸어주면 I-V의 SET과 RESET 산포가 매우 심각한 문제가 있음.
- 본 연구에서 Al₂O₃/SrTiO₃ 산화물 적층 (oxide heterostructure)에서 구현되는 2차원 전자층 (2-dimensional electron gas, 2DEG)을 이용하여 Cu migration에 의해 생성되는 필라멘트 조절 능력을 획기적으로 개선하는 멤리스터 소자를 구현하였음.
- 산화막 하부에는 Pt나 TiN처럼 반응성이 낮은 안정한 전극을 conductor로 두는데, 본 연구에서는 기존의 저항변화 소자에서 사용되는 하부 전극인 Pt나 TiN 물질을 사용하지 않고 산화물 적층 계면에서의 2DEG를 사용함. 이러한 소자를 통해 하부 전극에서 Cu나 Ag 이온이 reduction되는 kinetics의 변화를 꾀하여 금속 필라멘트 형성조절 능력을 극대화시켜 우수한 멤리스터 소자를 성공적으로 구현하였음.
- 2차원 전자층을 이용한 결과 반복적인 저항변화가 매우 일정하게 되는 것을 확인하였고 이는 금속 필라멘트 저항이 2차원 전자층에 수렴되는 우수한 메커니즘을 가지기 때문임. 이에 따라 여러 저항변화 소자 측정 시 forming 전압이 각기 다르더라도 저항 상태가 일정하게 맞추어지는 결과를 보여줌. 본 연구에서 찾은 self-compliance 특성은 기존 저항변화 소자에서 구현하지 못한 우수한 기술임.
- Multi-state 구현은 궁극적으로 필라멘트 조절 능력의 향상을 의미하는데 전기적 자극 횟수에 따라 저항의 multi-state 구현을 하고 그 메커니즘에 대해서도 연구하였고 DC에서도 16 level 이상의 저항 상태를 구현함.
- Multi-level 저항 상태가 가능함을 확인하였고 천만 번 이상 반복 동작 시켜도 multi-level 저항 상태를 제어할 수 있는 우수한 특성을 확인하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의중요성)
- 뉴로모픽 응용 소자는 인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽 컴퓨팅 기술 개발의 핵심이 될 수 있기 때문에 향후 더욱 더 중요한 기술이 될 것임. Multi-state 저항 구현이 가능한 소자의 개발이 어려운 상황에서 본 연구는 DNN 가속기, 뉴로모픽 컴퓨팅 기술 개발에 크게 기여할 수 있음.
- 본 연구를 통해 새로운 형태의 멤리스터 소자를 개발하여 뉴로모픽 응용 소자로 활용할 수 있음. 이는 필라멘트 조절 능력을 혁신적으로 향상시킬 수 있기 때문에 가능하고, 필라멘트 형성 메커니즘 연구를 통해 기존 저항변화 소자에서 풀지 못하였던 난제를 해결하는 데 기여할 것으로 생각됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 11
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 34