Ta 옥사이드를 고체 전해질로 사용한 비휘발성 전도성 브릿지 메모리와 뉴로모픽 소자로서의 기능에 대한 연구

Abstract

최근 음성/이미지 인식과 자료 분석과 관련된 산업에 인공지능 기술이 다양하게 사용되고 있다. 이러한 인공지능 기술은 인간의 뇌를 모방한 뉴럴 네트워크 기술의 구현에 중요한 역할을 하는데, 기존의 폰 노이만 구조로 동작하는 인공지능은 프로세스를 나누고 데이터 정보를 저장하는 데 있어 비효율적이라는 한계를 지니고 있다 [1,2]. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 뉴런과 시냅스의 특성을 구현하기 위해 현재 수많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문은 Ta oxide를 기반으로 한 conductive bridge random-access-memory (CBRAM)을 연구하였다. Ta oxide을 이용한 CBRAM은 뉴로모픽 메모리로 사용되는데 있어 여러가지 좋은 장점들이 있다 [3]. CBRAM 기반 뉴런 소자는 넓은 수평 전계로 인하여 필라멘트가 천천히 사라져 저항의 조절이 쉽다. 또한, 상부 전극과 하부 전극 사이에 oxide 층이 있는 금속-절연체-금속이라는 간단한 구조로 CMOS 공정이 간단하고, 2-terminal 소자인 것이 특징으로 4F2 공정이 가능하는 등, 집적도를 높일 수 있다 [4]. 본 논문에서는 실험을 통해 스퍼터 방식으로 증착한 Ta oxide의 결정성을 조사하였고, 주입된 산소 분압에 따른 실제 Ta oxide 박막 내의 산소 함유량을 조사하였다. Ta oxide의 박막의 두께와 산소 함유량 에 따른 CBRAM의 전류-전압 특성을 확인하였고, 스위칭 스피드를 측정하기 위하여 펄스 전압을 인가하여 set/reset 동작에서의 스피드를 측정하였다. 또한 5 nm 두께의 Ta oxide CBRAM의 AC endurance cycling 및 DC retention time과 같은 신뢰성을 조사하였다. 마지막으로, Ta oxide CBRAM으로 뉴런 특성인 integration and fire를 측정하여 뉴로모픽 소자로서의 가능성을 확인하였다 [2].