초록 ▼

1. 연구개발과제의 개요

본 과제에서는 전자소자에서 인간의 시각 시스템처럼 감지하고 연속적으로 정보를 처리할 수 있는 기능을 구현하는 인공 신경 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 현재 반도체 소자의 발전은 인간의 감각 시스템을 모방하는 방향으로 진행되고 있으며 특히, 인공 신경 시스템 개념은 연속적으로 정보를 처리하고 빠른 속도를 기반으로 전기적 에너지 효율을 가지고 있다. 나아가 Large-Scale Integration을 이룰 수 있으며 평면상으로 제작되는 것보다 수율 측면의 효율을 가지고 올 수 있다. 이를 위

1. 연구개발과제의 개요

본 과제에서는 전자소자에서 인간의 시각 시스템처럼 감지하고 연속적으로 정보를 처리할 수 있는 기능을 구현하는 인공 신경 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 현재 반도체 소자의 발전은 인간의 감각 시스템을 모방하는 방향으로 진행되고 있으며 특히, 인공 신경 시스템 개념은 연속적으로 정보를 처리하고 빠른 속도를 기반으로 전기적 에너지 효율을 가지고 있다. 나아가 Large-Scale Integration을 이룰 수 있으며 평면상으로 제작되는 것보다 수율 측면의 효율을 가지고 올 수 있다. 이를 위해 본 과제에서는 높은 광검출을 구현할 수 있는 박막 구현을 위해 2차원 전이금속 화합물과 준 2차원 칼코겐 물질을 활용하여 MoS₂, Te 물질 바탕 대면적 이종 접합 광다이오드를 제작한다. 이후 MoS₂ 기반 어레이 멤트랜지스터 제작을 통해 광다이오드와 멤트랜지스터의 수직 집적 기술을 통해 대면적 3D 모놀리식 인공 시각 신경망 시스템을 개발하는 것을 최종 목표로 한다.

전자 소자들의 평면 집적이 이루어지면 공정상 이점을 바탕으로 효율적인 소자 제작을 이루어 낼 수 있다. 하지만 이는 소자의 크기가 작아짐에 따라 발생하는 누설전류는 소자의 전기적 소모를 증가시켜 결과적으로 수명을 줄이고 전기적 신호에 따른 결과가 지연되는 문제점이 따라온다. 이에 따라 본 과제에서는 이를 3D 모놀리식 수직 적층 방식을 통해 문제점들을 해결하고자 한다. 나아가 광센서 소자와 멤트랜지스터 소자를 대면적으로 3D 모놀리식 수직적층구조를 구현하면 정보 전달의 속도가 향상되고 뉴럴 네트워크 시스템 호환의 효율성이 높이는 것이 세부 목표이다. [그림 2]는 대면적으로 구현된 광 다이오드 부와 멤트랜지스터 부를 3D 모놀리식 적층 후 뉴럴 네트워크 시스템의 모식도를 보여준다.

(출처 : 본문 5p)

Abstract ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
To develop a 3D monolithic artificial visual system for in-memory deep neural network based on large-area MoS₂ memtransistor and heterogeneous Te-MoS₂ photodiodearray.

○ 1단계(1년차)
● 목표
To optimize the large-area grown MoS2 and Te layers

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
To develop a 3D monolithic artificial visual system for in-memory deep neural network based on large-area MoS₂ memtransistor and heterogeneous Te-MoS₂ photodiodearray.

○ 1단계(1년차)
● 목표
To optimize the large-area grown MoS2 and Te layers via sputtering/CVD processes to use the same in memtransistor and photodiode array as an active layer for 3D monolithic device.

● 내용
Task (i): The first part of the objective is to develop the large-area MoS2 film for memtransistor array device in which MoS2 is synthesized by two-step method involving (a) Mo deposition and (b) sulfurization of Molybdenum in the CVD chamber. Task (ii): To synthesized large- the heterogenous PN diode on top of the MoS2 memtransistor array for high photodetection which can be utilized for visual sensory system.

○ 1단계(2년차)
● 목표
To Integrate the 3D stacking of the large-area MoS2 memtransistor with the heterogenous Te-MoS2 photodiode array and measure the electrical performance of the 8x8 memtransistor and photodiode array device.

● 내용
Task (iii): Fabrication and electrical/material characterization of MoS2 memtransistor array. Analyze the memory performance of the 64 devices with high uniformity and stability in terms of endurance and retention. Task (iv): Fabrication and electrical/optical/material characterizations of heterogenous Te-MoS2 PN-photodiode array device. Integrate the PN-photodiode on top of the MoS2 memtransistor array. Also, analyze the optical measurements such as responsivity, detectivity, and sensitivity.

○ 2단계(3년~4년차)
● 목표
To develop 3D monolithic artificial neural network system for photo synapse, mimicking the human visual system.

● 내용
Task (v): Integration of systematically stacked large-area MoS2 memtransistor array with heterogenous Te-MoS2 PN-photodiode array to form 3D monolithic visual artificial device. The array consists of several memtransistor and PN-diode to be characterized to ensure uniformity and stability of all devices. Task (vi): Analyze the Opto-synaptic emulator functionalities in terms of paired-pulse facilitation (PPF), short-term memory (STM), and long-term memory (LTM). Then, integration of systematically stacked 3D artificial visual device for the in-memory deep neural network to analyze the recognition accuracy above 80%. Finally, the obtained results to be compared with pure visual system to establish a firm comparison between the performance parameters of both commercially available memtransistor and photodiode arrays and the proposed monolithic device.

□ 연구개발성과
The significance of research expected outcomes and results of this proposed work can be divided into two categories: tangible and non-tangible

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
The significance tangible outcomes include:
● high integration of multiple devices and sensors as a building structure.
● large-area uniform growth of MoS2 and Tellurium films with high uniformity and performance.
● a new avenue for large-scale 3D integration of memtransistor array device with optic synaptic functionalities by integrating with PN-diode photosensor array for an in-memory deep neural network.
● Opto-synaptic functionalities (long-term/short-term memory) of large-scale 3D monolithic integration of artificial visual system.
● first demonstration of mimicking the human visual system via artificial synaptic behavior for high recognition accuracy using in-memory deep neural network system.

Throughout human history, people are dreaming of an 'intelligent machine' that has the same wisdom as the human brain. This desire will become even stronger after the advent of the "4th industrial revolution" as the data calculation function has been greatly improved by integrating large-scale 3D stacking artificial visual device with a deep neural network system.
The significance of non-tangible outcomes includes:
● Training of Ph.D. / Master students (i.e., enhancing education of young scientists)
● Giving multiple oral presentations (and posters) at conferences, workshops, and seminars

(source : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 6
• 1) 연구수행 결과 ... 6
• 2) 목표 달성 수준 ... 8
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 8
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 9
• 1) 연구성과 ... 9
• 2) 연구성과 활용계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 11
• 끝페이지 ... 11