KR102907982B1 - 비채널층 3단자 시냅스 소자 및 그 동작 방법 - Google Patents

비채널층 3단자 시냅스 소자 및 그 동작 방법

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Abstract

채널이 생략되고, 게이트 층과 전해질 층 사이에 게이트-전해질 간 분리 층을 포함하는 3단자 시냅스 소자, 그 제조 방법 및 그 동작 방법이 개시된다. 상기 3단자 시냅스 소자는, 제1 금속 산화물을 포함하는 전해질 층; 상기 전해질 층의 상부에 위치하고, 상기 제1 금속산화물과는 다른 제2 금속산화물을 포함하는 게이트 층; 상기 게이트 층 상부에서 상기 게이트 층과 접하고, 전기 전도성 물질을 포함하는 게이트 덮개 층; 상기 전해질 층의 제1 측면에서 상기 전해질 층과 접하는 소오스 전극; 및 상기 전해질 층의, 제1 측면과 반대인 제2 측면에서, 상기 전해질 층과 접하는 드레인 전극을 포함할 수 있다. 상기 3단자 시냅스 소자는, 상기 전해질 층 및 상기 게이트 층 사이에 게이트-전해질 간 분리 층을 더 포함할 수 있다.

Description

비채널층 3단자 시냅스 소자 및 그 동작 방법{Channel-free 3-terminal synapse device and method of operating the same}
본 개시는 인공지능 반도체 칩을 구성하기 위한 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 채널 층이 없는 채로 시냅스 특성을 가지는 3단자 시냅스 소자 구조, 그 제조 방법 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
3단자 시냅스 소자는 인간 뇌의 뉴런과 시냅스의 작동 원리를 모방하여 설계된 전자 소자로서, 정보처리와 저장의 기능을 모두 통합할 수 있는 차세대 뉴로모픽 시스템의 핵심 구성 요소이다. 이러한 소자는 높은 에너지 효율과 빠른 처리 속도를 제공하며, 인공지능 및 기계 학습 애플리케이션에서 중요한 역할을 하고 있다.
시냅스 소자는 두 뉴런 사이의 연결을 전자적으로 모방하여 신호 전달의 강도를 조절하는 기능을 수행한다. 전기적 신호가 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 전달될 때, 시냅스 강도는 이 신호의 강도를 결정짓고, 이는 학습과 기억 형성에 직접적으로 영향을 미친다.
뇌의 시냅스처럼, 시냅스 소자는 가소성을 가지고 있어야 한다. 이는 소자가 외부의 신호에 따라 그 특성을 변경할 수 있음을 의미하며, 학습과 기억 형성에 필수적이다. 이를 위해, 소자는 신호 강도에 따라 저항이나 커패시턴스가 변할 수 있어야 한다.
시냅스 소자 내 전해질은, 이온 전도성을 제공하여 신호 전달 과정에서 전하의 이동을 용이하게 한다. 시냅스 소자 내 게이트는 전기장을 통한 전하의 이동을 조절하여, 소자의 전기적 특성을 변화시키고 이를 통해 시냅스의 가소성을 모방한다.
본 개시에 개시된 실시예는 선형적인 전압-전도도 특성을 가지는, 즉 이상적인 특성에 가까운 시냅스 특성을 가지는 3단자 시냅스 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시에 일 측면에 따르면, 3단자 시냅스 소자는 기존의 채널이 생략되고, 게이트 층과 전해질 층 사이에 게이트-전해질 간 분리 층을 포함할 수 있다. 상기 3단자 시냅스 소자는, 제1 금속 산화물을 포함하는 전해질 층; 상기 전해질 층의 상부에 위치하고, 상기 제1 금속산화물과는 다른 제2 금속산화물을 포함하는 게이트 층; 상기 게이트 층 상부에서 상기 게이트 층과 접하고, 전기 전도성 물질을 포함하는 게이트 덮개 층; 상기 전해질 층의 제1 측면에서 상기 전해질 층과 접하는 소오스 전극; 및 상기 전해질 층의, 제1 측면과 반대인 제2 측면에서, 상기 전해질 층과 접하는 드레인 전극을 포함할 수 있다. 상기 3단자 시냅스 소자는, 상기 전해질 층 및 상기 게이트 층 사이에 게이트-전해질 간 분리 층을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 전술한 과제 해결 수단에 의하면, 시냅스 소자는 채널층을 가지지 않아 선형적 변화에 가까운 시냅스 특성을 가질 수 있고, 소자의 제조 과정을 단순화할 수 있다.
또한, 시냅스 소자 내 이온의 이동 거리 감소 때문에, 소자의 고속 동작을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 시냅스 소자를 이용해 인공지능 반도체 칩 제작 시, 그 칩의 수직적 높이가 감소할 수 있다.
본 개시의 전술한 과제 해결 수단에 의하면, 시냅스 소자는 게이트-전해질 간 분리 층을 가져, 전해질 층에 주입된 모바일 이온의 게이트 층으로 역이동을 차단해 선형적 변화에 가까운 시냅스 특성을 가질 수 있다.
본 개시의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 시냅스 소자의 이상적 동작 특성을 설명하기위한 도면이다.
도 2a는 종래의 일반적인 3단자 시냅스 소자의 구조 및 동작상 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 정상 반응하는 시냅스 소자 및 비정상 반응 시냅스 소자 각각에 대한 전류 특성을 비교하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 물리적 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4a은 투과 전자 현미경법(TEM)으로 분석한, 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 단면도이다.
도 4b는 X선 광전자 분광법(XPS)으로 분석한, 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자 내부 원자 백분율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 소오스 전극 및 드레인 전극 양단 전압을 일정하게 유지할 때, 게이트 덮개 층 및 게이트 층에 가하는 전압 펄스 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 게이트 층 물질이 순수 구리인 경우와 구리산화물이 포함된 경우 각각의 내부 개념도를 비교하기 위한 도면이다.
도 7은 게이트 층 물질이 순수 구리인 경우 및 구리산화물을 포함하는 경우 각각에 대한, 전압 펄스 횟수에 따른 전류 변화를 비교하기 위한 도면이다.
도 8은 전해질 층 물질이 하프늄 산화물(HfOx) 대신 실리콘 산화물(SiOx)인 경우에, 전압 펄스의 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층 및 전해질 층이 서로 접하는 경우에, 단순한 양의 펄스를 이용한 강화작용, 단순한 음의 펄스를 이용한 하강작용을 비교하기 위한 그래프이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층 및 전해질 층 사이에 게이트-전해질 분리 층이 존재하는 경우에, 이중 펄스를 이용한 강화작용(도 10a 및 b) 및 하강작용(도 10c 및 d)을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 도 10a 내지 도 10d에서 설명한 3단자 시냅스 소자의 구성 및 동작 방법 하에서, 펄스 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 예시를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시의 일 실시예에 따른 시냅스 소자에 가해지는 강화 작용 전압 및 하강 작용 전압 스위칭 주기를 달리한 경우에, 펄스 수에 따른 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시의 일 실시예에 따른 시냅스 소자의 게이트 층 및 게이트 덮개 층에 가해지는 펄스의 폭을 달리하는 경우, 펄스 수에 따른 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층 및 전해질 층 사이에 게이트-전해질 분리 층이 존재하고, 강화 작용 및 하강 작용을 위해 이중 펄스를 이용할 때 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
본 개시 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 개시가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 제조 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 종래 기술의 문제점 및 본 개시의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 시냅스 소자의 이상적 동작 특성을 설명하기위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 강화 작용 전압(110)은 시냅스 소자에 강화 프로그래밍하기 위해 스냅스 소자의 게이트에 가하는 전압 형태를 나타낸다. 스냅스 소자의 강화 작용 전압(110)은 특정한 펄스 폭을 가지는 양의 전압이 일정한 주기로 반복되는 형태이다. 예를 들어, 강화 작용 전압(110)의 형태는 펄스 폭 10ns, 세기 +1V인 전압이 일정한 주기를 가지고 반복될 수 있으나, 구체적인 펄스 폭과 세기가 이에 한정되는 것은 아니다. 시냅스 소자의 하강 작용 전압(120)은 특정한 펄스 폭을 가지는 음의 전압이 일정한 주기로 반복되는 형태이다. 예를 들어, 하강 작용 전압(110)의 형태는 펄스 폭 10ns, 세기 -1V인 전압이 일정한 주기를 가지고 반복될 수 있으나, 구체적인 펄스 폭과 세기가 이에 한정되는 것은 아니다.
이상적인 시냅스 소자의 전도도 특성 그래프(100)의 가로축은 시냅스 소자의 게이트에 가해지는 전압 펄스의 횟수를 나타내고, 이상적인 시냅스 소자의 전도도 특성 그래프(100)의 세로축은 시냅스 소자의 소오스 전극 및 드레인 전극 사이의 전도도를 나타낸다. 이상적인 시냅스 소자의 전도도 특성 그래프(100)의 왼쪽 절반 영역은 시냅스 소자의 게이트에 상승 작용 전압(110)을 가하는 경우이고, 이상적인 시냅스 소자의 전도도 특성 그래프(100)의 오른쪽 절반 영역은 시냅스 소자의 게이트에 하강 작용 전압(120)을 가하는 경우이다. 상승 작용 전압(110)을 가하는 경우에, 이상적인 시냅스 소자의 전도도는 선형적으로 증가한다. 하강 작용 전압(110)을 가하는 경우에, 이상적인 시냅스 소자의 전도도는 선형적으로 감소한다. 이상적인 시냅스 소자의 전도도는 왼쪽 절반 영역과 오른쪽 절반 영역에서 선대칭적으로 나타난다.
도 2a는 종래의 일반적인 3단자 시냅스 소자의 구조 및 동작상 문제점을 설명하기 위한 도면이고, 도 2b는 정상 반응하는 시냅스 소자 및 비정상 반응 시냅스 소자 각각에 대한 전류 특성을 비교하기 위한 그래프이다.
도 2a를 참고하면, 종래 3단자 시냅스 소자(200)는 종래 소자의 게이트(210), 종래 소자의 전해질(220), 종래 소자의 채널(230), 종래 소자의 소오스 전극(240) 및 종래 소자의 드레인 전극(250)을 포함할 수 있다.
종래 3단자 시냅스 소자(200)가 정상적으로 동작시에는, 상승 작용 전압(110)이 종래 소자의 게이트(210)에 인가되면, 종래 소자의 게이트(210) 내에 존재하는 모바일 이온(예를 들어, 구리 이온)이 종래 소자의 전해질(220)을 통과하여 종래 소자의 채널(230)에 주입될 수 있다. 종래 소자의 채널 물질은 텅스텐산화물일 수 있다. 주입된 모바일 이온이 종래 소자의 채널(230) 내 텅스텐 원자와 만나면 전기화학 반응에 의해 전자가 생성될 수 있다. 그로 인해, 종래 소자의 소오스 전극(240) 및 종래 소자의 드레인 전극(250) 사이의 전기 전도도가 증가한다. 이와 반대로, 하강 작용 전압(120)이 종래 소자의 게이트(210)에 인가되면, 종래 소자의 채널(230) 내에 존재하는 모바일 이온이 종래 소자의 게이트(210)로 이동하여 소스와 드레인 사이 전류가 감소할 수 있다.
그러나, 종래 3단자 시냅스 소자(200)는 텅스텐 원자가 가진 다양한 원자가 상태(Valence State) 특성으로 인해 랜덤한 스냅스 특징을 가질 수 있다. 정상 반응 시 채널 내부 모식도(도2a의 260) 및 정상 반응 소자의 전류 특성(도2b의 270)를 참고하면, 예를 들어 구리 이온(Cu+)과 6가 텅스텐 이온(W6+)이 반응하여 2가 텅스텐 이온(W2+) 및 4개의 전자가 생성될 수 있다. 이 때, 종래 3단자 시냅스 소자(200)는 높은 전류 전도도 및 선형적이고 대칭적인 전류 특성을 가질 수 있다. 이에 반해, 비정상 반응 시 채널 내부 모식도(도2a의 265) 및 비정상 반응 소자의 전류 특성(도2b의 275)를 참고하면, 예를 들어 구리 이온(Cu+)과 6가 텅스텐 이온(W6+)이 반응하여 5가 텅스텐 이온(W5+) 및 1개의 전자가 생성될 수 있다. 이러한 비정상 반응 시에 종래 3단자 시냅스 소자(200)는 낮은 전류 전도도뿐만 아니라, 불규칙적이고 무작위한 전류 특성을 가질 수 있다. 즉, 종래 소자의 채널(230)은 다중 원자가 상태 특성 및 비화학량론적인 특성을 가지기 때문에, 게이트 전압 인가 수에 따라 채널의 선형적인 전기 전도도 변화 특성을 얻기 어려운 문제가 존재한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 물리적 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자는 게이트 층(310), 게이트 층(310)을 덮고 게이트 전압을 가할 수 있는 게이트 덮개 층(305), 게이트 층(310) 하부에 접하는 전해질 층(320), 전해질 층(320)을 사이에 두고 분리된 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350)을 포함할 수 있다. 드레인 전극(350)에는 드레인 전압을 가할 수 있고, 소오스 전극(340)은 접지할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층(310)의 물질은 금속 산화물일 수 있다. 예를 들어 3단자 시냅스 소자의 게이트 층(310) 물질은 구리 산화물(CuOx)일 수 있다. 이는 순수한 구리에 비해 우수한 시냅스 특성에 이점을 가지는데, 구체적인 내용은 후술할 도 6 및 도 7에 대한 설명에 포함되어 있다. 다만, 구리 산화물로 도시한 것은 하나의 예시일 뿐, 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층(310)의 물질은 Cu, Ag, Au, Al 및 Mg 기반 산화물일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 전해질 층(320)의 물질은 하프늄 산화물(HfOx) 또는 실리콘 산화물(SiOx) 일 수 있다. 이 외에도 전해질 층(320)의 물질은 AlOx, TiOx 또는 TaOx 일 수 있다. 전해질 층(320)의 물질로 Cu doped MoO3 또는 Cu doped AgSe 등이 사용될 수도 있는데, Cu는 활성 원자의 예시일 뿐이고, 다른 원소가 활성 원자로 활용된다면 해당 원자가 도핑된 물질이 전해질 층(320)의 물질로 사용될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 참따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 덮개 층(305), 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350)의 물질은 전기 전도도가 높은 금속 물질일 수 있다. 예를 들어, 3단자 시냅스 소자의 게이트 덮개 층(305), 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350)의 물질은 텅스텐(W)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 제조방법은 아래와 같다. 표면이 SiO2로 열 성장된 실리콘(Si) 기판 위에 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350)을 스퍼터링 기법으로 증착할 수 있다. 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350)의 패턴화는 포토리소그래피, 현상 및 리프트오프 공정이 이용될 수 있다.
이후, HfO2 타겟을 사용한 스퍼터링을 통해 전해질 층(320)을 증착할 수 있다. 전해질 층(320)의 두께는, 예를 들어 5nm 보다 짧을 수 있다. 전해질 층(320)의 길이는, 예를 들어 약 50um일 수 있다. 전해질 층(320)의 폭은, 예를 들어 약 100um일 수 있다. 도 3에서는 소오스 전극(340), 전해질 층(320), 드레인 전극(350)이 나란히 놓인 채 도시하였으나, 전해질 층(320)은 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350)을 덮은 채로 형성될 수 있다. 그리고 전해질 층(320)을 증착할 때, 25sccm 만큼의 Ar 가스 및 5 sccm 산소(O2) 가스를 흘릴 수 있다.
이후, Cu 타겟을 사용한 스퍼터링을 통해 게이트 층(310)을 증착할 수 있다. 게이트 층(310)의 두께는, 예를 들어 약 360nm일 수 있다. 게이트 층(310)은 전해질 층(320)의 상면과 접하면서 전해질 층(320)을 덮을 수 있다. 그리고 게이트 층(310)을 증착할 때, 27sccm 만큼의 Ar 가스 및 3 sccm 산소(O2) 가스를 흘릴 수 있다. 다음으로, 원치 않는 게이트 층(310) 내 구리 산화를 방지하기 위해 게이트 덮개 층(305)을 증착할 수 있다. 게이트 덮개 층(305)의 물질은 텅스텐(W)일 수 있다.
도 4a은 투과 전자 현미경법(TEM)으로 분석한, 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 단면도이다.
도 4a를 참고하면, 전해질 층(320)은 산화 규소 층(430) 상에 형성될 수 있다. 산화 규소 층(430)은 실리콘(Si) 기판의 표면이 열 성장되어 형성될 수 있다. 전해질 층(320)의 두께는 5nm 이하일 수 있다.
도 4b는 X선 광전자 분광법(XPS)으로 분석한, 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자 내부 원자 백분율을 나타낸 그래프이다.
도 4b를 참고하면, 그래프의 가로 축은 에치 시간 (즉, 3단자 시냅스 소자의 상면으로부터의 거리에 비례)을 의미하고, 세로 축은 원자 백분율을 의미한다. 에치 시간이 약 700sec일 때, 구리 원자 백분율(461)은 약 80%이고, 산소 원자 백분율(462)은 약 10%이다. 이는 게이트 층(310) 내 구성 원자들의 백분율을 나타낼 수 있다. 에치 시간이 약 750sec일 때, 하프늄 원자 백분율(464)은 약 40%이고, 산소 원자 백분율(462)은 약 20% 전후 일 수 있다. 이는 전해질 층(320) 내 구성 원자들의 백분율을 나타낼 수 있다. 에치 시간이 약 750sec일 때 텅스텐 원자 백분율(463)은 약 5% 전후 일 수 있다. 이는 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350) 형성 시 전해질 층(320)으로 침범한 불순물일 수 있다. 에치 시간이 약 850sec일 때, 실리콘 원자 백분율(465)은 약 40%이고, 산소 원자 백분율(462) 또한 약 40% 일 수 있다. 이는 산화 규소 층(430) 내 구성 원자들의 백분율을 나타낼 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 소오스 전극(340) 및 드레인 전극(350) 양단 전압을 일정하게 유지할 때, 게이트 덮개 층 (305) 및 게이트 층(310)에 가하는 전압 펄스 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참고하면, 그래프의 가로축은 게이트 덮개 층 (305) 및 게이트 층(310)에 가하는 전압 펄스 수를 의미하고, 그래프의 세로축은 소오스 드레인 간 전류량을 의미한다. 예를 들어, 크기가 +1V인 펄스를 가할 때 소오스 드레인 간 전류 값인 제1 전류값(561)은, 10회 펄스를 가하는 동안 그 값에 변동이 없이 0에 가까운 값이 유지된다. 크기가 +2V인 펄스를 가할 때 소오스 드레인 간 전류 값인 제2 전류값(562) 또한, 10회 펄스를 가하는 동안 그 값에 변동이 없이 0에 가까운 값이 유지된다. 크기가 +3V인 펄스를 가할 때 소오스 드레인 간 전류 값인 제3 전류값(563)은, 10회 펄스를 가하는 동안 선형적으로 증가한다. 이러한 그래프 형상이 나타나는 이유는, 모바일 이온(예를 들어 구리 이온)이 전해질 층으로 주입되기 위해서는 게이츠 층(310)에 특정 전압 이상이 인가되어야 하기 때문이다. 구체적으로는, 게이츠 층(310) 내 금속 원자와 산소 원자간 결합을 끊을 정도로 충분한 전압이 인가되어야 한다. 예를 들어, 게이트 층(310) 물질이 CuOx인 경우, 구리와 산소간 결합을 끊을 정도로 충분한 전압이 인가되어야 한다. 금속 원자와 산소 원자간 결합을 끊을 정도로 충분한 전압의 구체적 수치는 게이트 층(310)의 두께, 게이트 덮개 층(305)의 두께, 게이트 층(310) 내 금속 이온(예를 들어, 구리 이온)의 비율 및 전해질 층(320) 내 산소 공공의 양에 의해서 영향을 받을 수 있다. 게이트 층(310)의 두께 및 게이트 덮개 층(305)의 두께가 두꺼울 수록, 게이트 층(310) 내 금속 이온(예를 들어, 구리 이온)의 비율이 작을 수록, 전해질 층(320) 내 산소 공공의 양이 적을수록 더 큰 전압이 필요할 수 있다.
도 6은 게이트 층(310) 물질이 순수 구리인 경우와 구리산화물이 포함된 경우 각각의 내부 개념도를 비교하기 위한 도면이다. 도 6의 제1 게이트 층 개념도(610)는 게이트 층(310) 물질이 순수 구리인 경우의 내부 개념도이다. 도 6의 제2 게이트 층 개념도(620)는 게이트 층(310) 물질이 구리산화물을 포함하는 경우의 내부 개념도이다.
도 7은 게이트 층(310) 물질이 순수 구리인 경우 및 구리산화물을 포함하는 경우 각각에 대한, 전압 펄스 횟수에 따른 전류 변화를 비교하기 위한 도면이다. 도 7의 제1 전류 변화 그래프(715)는 게이트 층(310) 물질이 순수 구리일 때, 게이트 층(310)에 가해지는 전압 펄스 횟수에 따른 소오스 드레인 간 전류변화를 나타내는 그래프이다. 도 7의 제2 전류 변화 그래프(725)는 게이트 층(310) 물질이 산화 구리를 포함할 때, 게이트 층(310)에 가해지는 전압 펄스 횟수에 따른 소오스 드레인 간 전류변화를 나타내는 그래프이다.
도 6의 제1 게이트 층 개념도(610) 및 도 7의 제1 전류 변화 그래프(715)를 참고하면, 게이트 층(310)이 순수한 구리로 구성된 경우, 양의 게이트 전압 인가 시 필요 이상의 구리이온이 전해질층으로 이동하므로, 비선형적이고 무작위적인 시냅스 특징이 나타날 수 있다.
도 6의 제2 게이트 층 개념도(620) 및 도 7의 제2 전류 변화 그래프(725)를 참고하면, 게이트 층(310)이 순수 구리 대신 구리 산화물을 일정 비율 이상 포함하는 경우, 양의 게이트 전압 인가 시 이상적인 시냅스 소자 특성에 가까운, 선형적이고 규칙적인 시냅스 특징이 나타날 수 있다. 게이트 층(310)을 구리 산화물로 형성할 때에는, 예를 들어 아르곤과 산소의 비율 27:3인 가스를 이용할 수 있다. 형성된 게이트 층(310) 내에는 구리 원자와 산소 원자가 약 8:1 비율로 존재할 수 있다.
도 8은 전해질 층(320) 물질이 하프늄 산화물(HfOx) 대신 실리콘 산화물(SiOx)인 경우에, 전압 펄스의 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 8의 좌측에 존재하는, 저산소 전류 변화 그래프(810)는 Ar:O2 비율이 25:5인 가스를 이용하여 전해질 층(320)을 형성한 경우에, 전압 펄스의 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8의 우측에 존재하는, 고산소 전류 변화 그래프(820)는 Ar:O2 비율이 20:10인 가스를 이용하여 전해질 층(320)을 형성한 경우에, 전압 펄스의 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8의 저산소 전류 변화 그래프(810)를 참고하면, 전해질 층(320) 물질이 하프늄 산화물(HfOx) 대신 실리콘 산화물(SiOx)이더라도, 이전의 설명에서 정상 동작하는 조건과 같은 조건(예를 들어, +3V 게이트 펄스 반복, 전해질 층(320) 형성 시 Ar:O2 비율이 25:5인 가스를 이용)일 때 선형적으로 변하는 전류 특성 얻을 수 있다.
도 8의 고산소 전류 변화 그래프(820)를 참고하면, 전해질 층(320) 물질이 하프늄 산화물(HfOx) 대신 실리콘 산화물(SiOx)이더라도, 이전의 설명에서 비정상 동작하는 조건과 같은 조건(예를 들어, 전해질 층(320) 형성 시 Ar:O2 비율이 20:10인 가스를 이용)일 때 비선형적이고 무작위하게 변하는 전류 특성 얻을 수 있다.
이는, 전해질 층(320)을 구성하는 물질이 하프늄 산화물인지 또는 실리콘 산화물인지는, 모바일 이온의 주입에 거의 영향을 주지 않고, 오직 전해질 층(320) 내에 존재하는 산소 공공의 양이 모바일 이온의 주입에 주요한 영향을 준다는 것을 의미한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층(310) 및 전해질 층(320)이 서로 접하는 경우에, 단순한 양의 펄스를 이용한 강화작용, 단순한 음의 펄스를 이용한 하강작용을 비교하기 위한 그래프이다.
도 9를 참고하면, 그래프의 가로축은 게이트 층(310) 및 게이트 덮개 층(305)에 가한 전압 펄스 수를 나타내고, 그래프의 세로축은 소오스 및 드레인 간 전류를 나타낸다. 단순한 양의 펄스를 이용한 강화작용에서는 이상적인 전류 특성(즉, 선형적인 전류 특성 변화)에 비교적 가까우나, 단순한 음의 펄스를 이용한 하강작용에서는 초기에 급격한 전류 감소 현상이 일어나 이상적인 전류 특성에서 더 멀다. 이는 전해질 층(320)에 주입된 모바일 이온(예를 들어, 구리 이온)이 음의 전압 인가 시 쉽게 게이트 층(310)으로 돌아가려는 특성을 가지기 때문이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층(310) 및 전해질 층(320) 사이에 게이트-전해질 분리 층(315)이 존재하는 경우에, 이중 펄스를 이용한 강화작용(도 10a 및 b) 및 하강작용(도 10c 및 d)을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b를 참고하면, 게이트 층(310) 및 전해질 층(320) 사이에 게이트-전해질 분리 층(315)이 두 층에 접하면서 위치할 수 있다. 게이트-전해질 분리 층(315)의 물질은 예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3)일 수 있다. 게이트-전해질 분리 층(315)의 물질은 알루미늄 산화물 물질 이외에도 HfO2, ZrO2, SiO2 및 TiO2 등의 물질일 수 있다. 게이트-전해질 분리 층(315)의 물질은 금속 산화물 대신에 Ti, Ta, TiN, TaN 등의 금속 물질일 수 있다.
도 10a와 같이, 게이트 층(310)에 양의 제1 전압 펄스가 가해졌을 때, 게이트 층(310)의 모바일 이온(예를 들어, 구리이온)은 전해질 층(320)으로 주입될 수 있다. 게이트-전해질 분리 층(315)은 전해질 층(320)으로 완전히 주입된 모바일 이온(예를 들어, 구리이온)이 다시 게이트 층(310)으로 되돌아가지 못하게 막는다. 도 10b와 같이, 게이트 층(310)에 음의 제2 전압 펄스가 가해졌을 때, 전해질 층(320)으로 완전히 넘어가지 못하고 게이트-전해질 분리 층(315)에 남아 있는 모바일 이온은 다시 게이트 층(310)으로 되돌아갈 수 있다. 도 10a에서의 양의 제1 전압 펄스 크기는 도 10b에서의 음의 제2 전압 펄스 크기보다 더 클 수 있다.
도 10c 및 도 10d를 참고하면, 게이트 층(310) 및 전해질 층(320) 사이에 게이트-전해질 분리 층(315)이 두 층에 접하면서 위치할 수 있다. 게이트-전해질 분리 층(315)의 물질은 예를 들어, 알루미늄 산화물일 수 있다. 도 10c와 같이, 게이트 층(310)에 음의 제1 전압 펄스가 가해졌을 때, 전해질 층(320)의 모바일 이온(예를 들어, 구리이온)은 게이트 층(310)으로 주입될 수 있다. 게이트-전해질 분리 층(315)은 게이트 층(310)으로 완전히 주입된 모바일 이온(예를 들어, 구리이온)이 다시 전해질 층(320)으로 되돌아가지 못하게 막는다. 도 10d와 같이, 게이트 층(310)에 양의 제2 전압 펄스가 가해졌을 때, 게이트 층(310)으로 완전히 넘어가지 못하고 게이트-전해질 분리 층(315)에 남아 있는 모바일 이온은 다시 전해질 층(320)으로 되돌아갈 수 있다. 도 10c에서의 음의 제1 전압 펄스 크기는 도 10d에서의 양의 제2 전압 펄스 크기보다 더 클 수 있다.
도 11은, 도 10a 내지 도 10d에서 설명한 3단자 시냅스 소자의 구성 및 동작 방법 하에서, 펄스 수에 따른 소오스 드레인 간 전류 예시를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 하강 작용 전압은 음의 제1 전압 펄스(예를 들어, 크기:2V 및 폭:100ms) 및 양의 제2 전압 펄스(예를 들어, 크기:1V 및 폭:50ms)로 구성되는 이중 펄스일 수 있다. 강화 작용 전압은 양의 제1 전압 펄스(예를 들어, 크기:3V 및 폭:100ms) 및 음의 제2 전압 펄스(예를 들어, 크기:1V 및 폭:50ms)로 구성되는 이중 펄스일 수 있다. 도 9에서의 단순 펄스를 가한 경우와 비교시, 도 11에서의 이중 펄스를 가한 경우에는 하강 작용에서 비교적 이상적 시냅스 특성(선형적 감소)에 가까운 특성을 가진다.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시의 일 실시예에 따른 시냅스 소자에 가해지는 강화 작용 전압 및 하강 작용 전압 스위칭 주기를 달리한 경우에, 펄스 수에 따른 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 도 12a는 강화 작용 전압 및 하강 작용 전압 스위칭 주기를 200회로 하는 경우에 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 도 12b는 강화 작용 전압 및 하강 작용 전압 스위칭 주기를 100회로 하는 경우에 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 도 12c는 강화 작용 전압 및 하강 작용 전압 스위칭 주기를 50회로 하는 경우에 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 3가지 경우 모두, 강화 작용 전압 및 하강 작용 전압 스위칭 주기만을 달리하고 나머지 조건은 동일하다. 3가지 경우에서 모두 안정적이고 우수한 시냅스 특성을 가진다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시의 일 실시예에 따른 시냅스 소자의 게이트 층(310) 및 게이트 덮개 층(305)에 가해지는 펄스의 폭을 달리하는 경우, 펄스 수에 따른 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 도 13a는 게이트 층(310) 및 게이트 덮개 층(305)에 가해지는 펄스의 폭이 10ms인 경우에 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 도 13b는 게이트 층(310) 및 게이트 덮개 층(305)에 가해지는 펄스의 폭이 1ms인 경우에 소오스 드레인간 전류 변화를 나타내는 그래프이다. 두 경우에서 모두 안정적이고 우수한 시냅스 특성을 가진다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 일 실시예에 따른 3단자 시냅스 소자의 게이트 층(310) 및 전해질 층(320) 사이에 게이트-전해질 분리 층(315)이 존재하고 이중 펄스를 이용할 때 얻을 수 있는 추가적인 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 14a는 게이트-전해질 분리 층(315)이 없는 3단자 시냅스 소자에서 단순 양의 펄스를 이용할 때, 시간에 따른 소오스 드레인간 전류 변화를 나타낸 그래프이다. 도 14b는 게이트-전해질 분리 층(315)이 있는 3단자 시냅스 소자에서 이중 펄스를 이용할 때 시간에 따른 소오스 드레인간 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14a를 참고하면, 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 그래프의 세로축은 소오스 드레인간 전류를 나타낸다. 예를 들어, 매 100s 마다 단순 양의 펄스가 가해질 때, 상태1-상태2-상태3-상태4-상태5-상태6 순으로 소오스 드레인간 전류가 비연속적으로 증가할 수 있다. 하지만 단순 양의 펄스가 가해지지 않는 시간 범위에서는 소오스 드레인 간 전류 값이 최초의 값을 유지하지 못하고 감소할 수 있다. 이는 단순 양의 펄스로 인해 전해질 층(320)으로 주입된 모바일 이온들이, 쉽게 게이트 층(310)으로 되돌아 가기 때문이다.
도 14b를 참고하면, 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 그래프의 세로축은 소오스 드레인간 전류를 나타낸다. 예를 들어, 0 ~ 300s 구간에서는 매 100s 마다 양의 제1 전압 펄스 및 음의 제2 전압 펄스로 구성된 이중 펄스가 가해질 때, 상태1-상태2-상태3-상태4 순으로 소오스 드레인간 전류가 비연속적으로 증가할 수 있다. 이중 펄스가 가해지지 않는 시간 범위에서도 소오스 드레인 간 전류 값이 최초의 값을 유지할 수 있다. 이는 제1 전압 펄스로 인해 전해질 층(320)으로 주입된 모바일 이온들이, 게이트-전해질 분리 층(315)에 의해 쉽게 게이트 층(310)으로 되돌아 가지 못하고, 또한 게이트-전해질 분리 층(315)에 잔존하는 모바일 이온은 제2 전압 펄스로 인해 게이트 층(310)으로 되돌아가기 때문이다. 400s ~ 700s 구간에서는 매 100s 마다 음의 제1 전압 펄스 및 양의 제2 전압 펄스로 구성된 이중 펄스가 가해질 때, 상태5-상태6-상태7-상태8 순으로 소오스 드레인간 전류가 비연속적으로 감소할 수 있다. 이중 펄스가 가해지지 않는 시간 범위에서도 소오스 드레인 간 전류 값이 최초의 값을 유지할 수 있다. 이는 제1 전압 펄스로 인해 게이트 층(310)으로 주입된 모바일 이온들이, 게이트-전해질 분리 층(315)에 의해 쉽게 전해질 층(320)으로 되돌아 가지 못하고, 또한 게이트-전해질 분리 층(315)에 잔존하는 모바일 이온이 제2 전압 펄스로 인해 전해질 층(320)으로 되돌아가기 때문이다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 개시가 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
305: 게이트 덮개 층
310: 게이트 층
315: 게이트-전해질 분리 층
320: 전해질 층
340: 소오스 전극
350: 드레인 전극

Claims (10)

  1. 제1 금속산화물을 포함하는 전해질 층;
    상기 전해질 층의 상부에 위치하고, 상기 제1 금속산화물과 다른 제2 금속산화물을 포함하는 게이트 층;
    상기 게이트 층 상부에서 상기 게이트 층과 접하고, 전기 전도성 물질을 포함하는 게이트 덮개 층;
    상기 전해질 층의 제1 측면에서 상기 전해질 층과 접하는 소오스 전극;
    상기 전해질 층의, 제1 측면과 반대인 제2 측면에서, 상기 전해질 층과 접하는 드레인 전극; 및
    상기 전해질 층 및 상기 게이트 층 사이에 게이트-전해질 간 분리 층;을 포함하되,
    상기 제2 금속산화물은 구리 산화물이고,
    상기 구리 산화물 내 산소 원자와 구리 원자의 비율은 1:8을 만족하고,
    상기 게이트 덮개 층에 가해지는 강화 작용 전압은, 양의 제1 전압 펄스 및 음의 제2 전압 펄스를 포함하는 이중 펄스 형태이고,
    상기 게이트 덮개 층에 가해지는 하강 작용 전압은, 음의 제1 전압 펄스 및 양의 제2 전압 펄스를 포함하는 이중 펄스 형태이고,
    상기 양의 제1 전압 펄스의 크기는 상기 음의 제2 전압 펄스의 크기보다 크고, 상기 음의 제1 전압 펄스의 크기는 상기 양의 제2 전압 펄스의 크기보다 크고,
    상기 양의 제1 전압 펄스의 펄스폭은 상기 음의 제2 전압 펄스의 펄스폭보다 크고, 상기 음의 제1 전압 펄스의 펄스폭은 상기 양의 제2 전압 펄스의 펄스폭보다 크고,
    상기 게이트 층에 상기 양의 제1 전압 펄스가 가해졌을 때, 상기 게이트 층의 모바일 이온인 구리 이온은 상기 전해질 층으로 주입되고, 상기 게이트-전해질 간 분리 층은 상기 전해질 층으로 주입된 구리 이온이 다시 상기 게이트 층으로 되돌아 가는 것을 막고,
    상기 게이트 층에 상기 음의 제2 전압 펄스가 가해졌을 때, 상기 게이트-전해질 간 분리 층에 남아 있는 잔여 구리 이온은 다시 상기 게이트 층으로 되돌아 가고,
    상기 게이트 층에 상기 음의 제1 전압 펄스가 가해졌을 때, 상기 전해질 층의 모바일 이온인 구리 이온은 상기 게이트 층으로 주입되고, 상기 게이트-전해질 간 분리 층은 상기 게이트 층으로 주입된 구리 이온이 다시 상기 전해질 층으로 되돌아 가는 것을 막고,
    상기 게이트 층에 상기 양의 제2 전압 펄스가 가해졌을 때, 상기 게이트-전해질 간 분리층에 남아 있는 잔여 구리 이온은 다시 상기 전해질 층으로 되돌아 가고,
    상기 강화 작용 전압 하에서 선형적으로 증가하는 시냅스 특성을 나타내고, 상기 하강 작용 전압 하에서 선형적으로 감소하는 시냅스 특성을 나타내는, 3단자 시냅스 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 게이트-전해질 간 분리 층의 물질은 상기 제1 금속산화물 및 상기 제2 금속산화물과 다른 제3 금속산화물인, 3단자 시냅스 소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 금속산화물은 하프늄 산화물인, 3단자 시냅스 소자.
  8. 삭제
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제3 금속산화물은 알루미늄 산화물인, 3단자 시냅스 소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 게이트-전해질 간 분리 층의 물질은 티타늄(Ti) 또는 탄탈럼(Ta) 원자를 포함하는, 3단자 시냅스 소자.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220320432A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 Crossbar, Inc. Resistive switching memory having confined filament formation and methods thereof
JP2022554106A (ja) * 2019-10-29 2022-12-28 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 可変電気コンダクタンスの電気化学デバイス
KR102563555B1 (ko) * 2022-03-21 2023-08-08 경북대학교 산학협력단 모바일 이온을 함유한 산화물 전극 기반의 3단자 뉴로모픽 시냅스 소자 및 그 제조 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102314142B1 (ko) * 2016-07-12 2021-10-19 한양대학교 산학협력단 스위칭 원자 트랜지스터 및 이의 동작방법
KR102002212B1 (ko) * 2017-04-14 2019-07-19 포항공과대학교 산학협력단 뉴로모픽 시스템 응용을 위한 시냅스 장치의 강화 동작 방법
KR102700533B1 (ko) * 2022-01-21 2024-08-28 경북대학교 산학협력단 균일한 이온 이동이 가능한 3단자 시냅스 소자

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022554106A (ja) * 2019-10-29 2022-12-28 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 可変電気コンダクタンスの電気化学デバイス
US20220320432A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 Crossbar, Inc. Resistive switching memory having confined filament formation and methods thereof
KR102563555B1 (ko) * 2022-03-21 2023-08-08 경북대학교 산학협력단 모바일 이온을 함유한 산화물 전극 기반의 3단자 뉴로모픽 시냅스 소자 및 그 제조 방법

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