상변화 물질을 이용한 시냅스 소자에서 저항 변화와 시냅스 특성에 관한 연구

Abstract

최근 구글 딥마인드가 개발한 인공지능 바둑 프로그램 ‘알파고’로 인해인공지능에 대한 관심이 급격하게 증가하고 있다. 인공지능에 대한 관심이 뜨거워짐에 따라 뉴로모르픽 시스템에 대한 관심도 뜨거워지고 있다. 기존 폰 노이만 방식의 컴퓨터와 달리 인간의 신경 세포를 모방한 시냅스 소자를 이용하여 설계되는 뉴로모르픽 시스템은 하드웨어 자체가 병렬 계산에 적합하여 소비전력이 매우 적으면서 연산 속도도 빠르다. 이러한 뉴로모르픽 시스템을 구현하기 위해서는 시냅스 소자가 요구되는데 최근 시냅스 소자에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 인간 신경 세포를 모방한 시냅스 소자의 특성을 구현하기 위해서는 많은 중간 저항 값들이 요구되고 매우 작은 전력소모가 중요하다. 상변화 물질 기반의 시냅스 소자는 충분한 중간 저항 값을 가지고 있고 적은 에너지를 소모하기 때문에 시냅스 소자들 중에서도 각광을 받고 있다. 따라서 본 논문에서는 Ge2Sb2Te5 물질 보다 열 안정성이 더 좋은 GeCu2Te3 (GCT) 물질 기반의 시냅스 소자를 제작하였다. 그리고 펄스의 폭과 크기를 달리하여 소자의 Set 동작과 Reset 동작 시 저항 변화를 확인했다. 그 결과 Set 동작에서는 일반적인 펄스로 점진적인 저항 변화를 얻지 못했지만, Reset 동작에서는 펄스에 따른 점진적인 저항변화를 확인했다. Reset 동작에서 확인한 중간 저항 값과 2-PCM 방법을 토대로 인간 신경 세포를 모방한 시냅스 소자로 사용하기 위한 Spike timing dependent plasticity 특성을 구현했다. 이 결과는 GCT 물질 기반의 PRAM에서 간단한 펄스의 조절로 서로 다른 세기의 시냅틱 특성을 얻을 수 있다는 것을 입증한다.