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성과명초저전력 인공신경 회로용 멤트랜지스터 개발

Femtojoule-Power-Consuming Synaptic Memtransistor Based on Mott Transition of Multiphasic Vanadium Oxides(Advanced Functional Materials (IF: 18.808, 2020년 기준))

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지원사업
지능형반도체신소자원천기술개발사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
아주대학교
연구자
서형탁, Shahid lqbal, Le Thai Duy
발표일
2021-11-10
조회수
99

초저전력 인공신경 회로용 멤트랜지스터 개발


초저전력·초고속으로 인공신경 회로 기능 구현 가능



개요

서형탁 교수(아주대학교) 연구팀이 우리 신경세포와 유사한 수준의 초저전력에서 초고속으로 신호를 전달할 수 있는 멤트랜지스터를 개발하고 이를 토대로 신경회로 기능을 구현했다고 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 지능형반도체신소자원천기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어스밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Fuctional Material)’에 11월 10일 표지논문으로 게재되었다.


연구 내용

외부자극에서 의해 가역적으로 절연체-금속 급속전이 현상을 보이는 MIT(metal-to-insulator) 전이 산화물에 주목하고 바나듐 산화물을 인공시냅스로 활용할 수 있는 박막 소재를 개발하였다. 절연체-금속 급속전이현상을 보이는 MIT 특성은 일부 화합물에서 정형화된 물질의 전기적 특성을 외부자극(전압, 열, 빛)에 의해 가역적으로 제어할 수 있는 현상이다. 열에 의하여 MIT 전이 온도 이하에서 절연체처럼 저항이 큰 특성을 보이다가 MIT 전이 온도 이상에서 급격히 저항이 감소하여 금속 같은 거동을 보이는 이산화 바나듐 (VO2)와 같은 소재가 대표적이다.
기존에 우수한 MIT 특성을 보이는 이산화바나듐은 조성을 얻기가 까다로워 제한된 환경에서만 제조 가능하였으나 연구팀은 반도체 집적화 공정에 필수적인 실리콘 기판 위에서 정밀 조성 제어를 통해 다조성 바나듐 산화물 상부층과 이산화바나듐과 조성과 실리콘 산화물이 혼합된 바나듐실리케이트 복합 산화물 하부층으로 구성된 이중층 구조를 가지는 신소재 박막을 개발하였다. 이 신소재는 기존 같이 수평 전계에 의해 MIT 전이 현상을 보일 뿐 아니라 트랜지스터 수직 전계를 가하여 산소를 이동시켜 MIT가 일어나는 위치를 박막 내에서 제어할 수 있다. 연구팀은 개발한 이중층 바나듐 소재를 이용하여 3전극 트랜지스터를 제조하여 생체 시냅스의 여러 기능을 초저전력, 초고속으로 모사하는데 성공했다.


기대 효과

소자 성능이 우수하고 현재 집적회로 공정에 호환되므로 인공지능 컴퓨팅과 인공신경형 센서 장치, 빅데이터 처리, 로봇 공학 등의 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.


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