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초격자 구조 기반 계면 상변화 메모리를 활용한 시냅스 소자 연구

Title
초격자 구조 기반 계면 상변화 메모리를 활용한 시냅스 소자 연구
Other Titles
Study of interfacial phase change memory based on superlattice structure for synapse application
Author
강신영
Alternative Author(s)
Kang Shin Young
Advisor(s)
송윤흡
Issue Date
2021. 2
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
현재 폰노이만 구조를 가진 CMOS 기술을 기반으로 한 컴퓨팅은 반도체 산업에 많은 도약을 이루었지만 앞으로 도래할 빅 데이터 시대에 취약한 점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 인간의 뇌를 모방하는 뉴로모픽 컴퓨팅에 대한 연구가 급격히 진행되었다. 그로 인해서 뉴로모픽 컴퓨팅에 최적화 될 수 있는 집적화가 가능하고 에너지 효율이 우수하고 저장과 계산을 동시에 수행할 수 있는 2 단자 소자가 등장하였다. 아날로그 정보를 수집하기 위해서는 인공 시냅스 소자의 시냅스 가중치를 모방하여 점진적인 증가와 감소하는 컨덕턴스 값을 구현하는 것이 필수적이다. 이를 표현하는 것은 long-term potentiation(LTP)와 long-term depression(LTD)로 시냅스 간의 연결을 강화하는 것으로 표현할 수 있다. 이 논문에서는 GeTe/Sb2Te3 기반의 초격자 구조를 가진 계면 상변화 메모리(iPCM)을 통해서 최적화된 전기적 펄스를 인가하여 뉴로모픽 컴퓨팅에 집적되는 인공 시냅스 소자의 특성인 점진적이고 대칭적인 LTP와 LTD를 구현하였다. 게다가 기존의 Ge-Sb-Te 물질 기반의 상변화 메모리(PCM)를 iPCM과 같은 기판에 제작하여 하부전극에 따른 전기적 특성을 분석했다. 그 결과, 초격자 구조를 가진 iPCM이 기존의 melting-quenching 매커니즘을 가잔 PCM보다 69% 이상의 Reset 전류를 감소시킨 것을 확인하였다. 추가로 iPCM 소자의 동작 방식인 Ge 확산, vdW gap 재배열, 열로 인한 void 생성이 공통으로 갖는 Ge 원자들의 Set/Reset 활성화 에너지를 고려한 전압 펄스 설계를 하였다. 최적화된 펄스 인가 결과로 상대적으로 복잡한 펄스를 인가해야하는 PCM에 비해서 iPCM 소자는 LTP/LTD 과정 모두 점진적인 컨덕턴스 변화량을 간단한 펄스 설계로 대칭성 90.6% 값을 구현하였다. 위와 같은 결과를 기반으로 GeTe/Sb2Te3 iPCM은 뉴로모픽 컴퓨팅에 응용될 인공 시냅스 소자로 활용 가능성을 기대할 수 있으며 미래의 비휘발성 메모리 시장의 우수한 성능을 가진 후보 중 하나로 고려될 수 있을 것이다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/159179http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000486373
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > DEPARTMENT OF ELECTRONIC ENGINEERING(융합전자공학과) > Theses (Master)
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