| 초록 |
최근 인공지능, 자율주행차, 사물인터넷 등 대용량 데이터를 높은 에너지 효율로 효과적으로 처리할 수 있는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템(Neuromorphic Computing System)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 뉴로모픽 시스템의 필수 요소 중 하나인 인공 시냅스 소자를 구현하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 특히 아날로그 시냅스 가중치 변화를 모사하는 아날로그 저항변화 소자를 이용하여 인공시냅스를 구현하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 기존의 저항변화 소자(Resistive random access memory, ReRAM)은 일반적으로 디지털 저항변화 특성을 나타내는데, 뉴로모픽 시스템을 통해 비정형 데이터를 효율적으로 처리하기 위해서는 급격한 저항변화 특성을 갖는 디지털 타입의 ReRAM 소자 보다는 아날로그 저항변화 특성을 갖는 소자를 사용하는 것이 적합하다. 본 연구에서는 MIM(Metal/Insulator/Metal) 박막 구조의 Pt/CeO2/Pt 멤리스터를 이용하여 점진적인 저항변화 특성을 갖는 아날로그 시냅스 소자를 구현하였다. Pt/CeO2/Pt 멤리스터 소자는 인가된 전압 부호에 의존하며, 반복적인 전압 인가에 따라 점진적인 저항 변화가 나타나는 인공 시냅스의 강화(potentiation) 및 억제(depression) 거동을 나타내었으며, 인가한 전압펄스의 크기(amplitude), 폭(width), 그리고 펄스 사이의 시간 간격을 조절함으로서 시냅스의 PPF(paired pulse facilitation), STM(short-term memory), 그리고 LTM(long-term memory)와 같은 시간 의존적 특성을 구현하였다. CeO2의 열처리 조건(as-dep, 400℃, 500℃, 600℃, 800℃)에 따라 시냅스 거동의 차이를 확인할 수 있었으며, X-ray photoelectron spectroscopy 분석을 통한 CeO2 박막 내부의 Ce, O 이온의 결합상태와 전도성 분석을 통해 Schottky conduction에 의한 저항변화 거동 메커니즘을 확인하였다. 또한, Pt 이외에 다양한 상부전극(Ag, Nb, Co)을 사용한 소자와의 비교연구를 통해 CeO2 박막에서의 아날로그 및 디지털 저항변화 거동의 전극 의존성을 확인하였다. 본 연구를 통해 CeO2 박막에서의 아날로그 시냅스 가중치 변화 메커니즘에 대한 이해와 이를 이용한 아날로그 시냅스 가중치 변화 거동을 갖는 인공 시냅스 소자에의 응용 가능성을 제시하였다. |
