KR101596936B1 - 멤리스터 구동 장치 - Google Patents

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배진호
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제주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판상에 위치하는 탑 전극(top electrode)과, 상기 탑 전극에 전기적으로 연결되어 상기 탑 전극을 기준으로 소정거리 이격되어 위치하는 제1 및 제2 레지스터(resistor)와, 상기 제1 및 제2 레지스터 사이에 연장되어 전원 공급 기반 스위칭 동작에 따라 저항 상태가 변경되는 저항성 메모리와, 상기 저항성 메모리와 병렬로 연결되어 상기 저항성 메모리의 저항 상태에 따라 제어되는 발광 다이오드(LED, Light Emited Diode)를 포함함을 특징으로 한다.

Description

멤리스터 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING MEMRESISTOR}
본 발명은 빛을 저장하는 소자로 보다 상세하게는 레이저 저항을 저장하는 멤리스터(Memristor) 특성과 빛을 발광하는 다이오드(Laser Diode)의 특성을 병렬로 연계하여 광을 저장하고자 하는 멤리스터 구동 장치에 관한 것이다.
최근 세계적인 관심사로 떠오르고 있는 메모리 저항 혹은 저항성 메모리의 합성어로 멤리스터(menristor, memory + resistor)가 차세대 기억 소자, 회로 등에 응용되고 있다.
이러한 멤리스터는 전류가 오프된 상태에서도 일련의 사건을 기억하고 저장하는 능력을 이용하여 테라비트 메모리, 신경망 회로 구성에 의한 결함 인정 소자 등 새로운 논리회로 구성을 가능하게 하는 신 개념 소자로서 높은 잠재력 때문에 많은 관심을 받고 있다.
그러나, 멤리스터는 전원을 턴온(Turn on) 상태 라인 이상으로 걸어주면 멤리스터는 Ron의 곡선으로 낮은 저항으로 특성화되고, 턴오프(Turn off) 상태 라인 이하로 전원을 걸어 주면 Roff의 곡선으로 높은 저항으로 특성화되고, 다이오드는 항상 양의 전원에서만 동작을 하기 때문에 직렬로 구성되어 제어 포트와 전원 포트 두 개를 만들어 제어와 소스전원을 각각 인가해 주어야 되는 문제점이 있다.
본 발명은 별도의 스위치의 스위칭 동작 없이 전원 공급 기반 스위칭을 통해 멤리스터(Memristor) 소자의 동작 전압을 제어하여 광을 저장함으로써 기존의 스위치를 사용하지 않고도 전원 공급 제어를 통해 광을 저장하는 소자 제작이 수월한 병렬 구조의 광 저장 소자 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 견지에 따르면, 기판, 상기 기판상에 위치하는 탑 전극(top electrode)과, 상기 탑 전극에 전기적으로 연결되어 상기 탑 전극을 기준으로 소정거리 이격되어 위치하는 제1 및 제2 레지스터(resistor)와, 상기 제1 및 제2 레지스터 사이에 연장되어 전원 공급 기반 스위칭 동작에 따라 저항 상태가 변경되는 저항성 메모리와, 상기 저항성 메모리와 병렬로 연결되어 상기 저항성 메모리의 저항 상태에 따라 제어되는 발광 다이오드(LED, Light Emited Diode)를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 기존의 스위치를 사용하지 않고도 전원 공급 스위칭 제어를 통해 광 저장이 가능하여 소자 제작이 수월한 병렬 구조의 광 저장 소자를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터 구동 장치의 상세구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터 구동 장치의 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터의 I-V 특성 곡선.
도 4는 멤리스터의 턴온(Ron)상태와 턴오프(Roff) 상태로 만들기 위한 동작 전압과 LED 발광을 위한 동작점을 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터 소자의 구동 원리를 보인 예시도.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
본 발명은 광 저장에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 스위치의 스위칭 동작 없이 전원 공급 기반 스위칭을 통해 멤리스터(Memristor) 소자의 동작 전압을 제어하여 광을 저장하기 위해 메모리와 레지스터가 결합된 멤리스터(Memristor) 소자를 발광 다이오드와 병렬로 연결하여 이를 어레이로 배치하고, 복수 개의 도체를 통해 저항을 제어하여 저항성 메모리의 기설정된 각 동작 전압 턴온 및 턴오프 상태 라인 이상 및 이하로 각각 전원을 변경하여 전원을 공급함으로써 기존의 스위치를 사용하지 않고도 전원 공급 제어를 통해 광 저장이 가능하여 소자 제작이 수월한 병렬 구조의 광 저장 소자를 제공하고자 한다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터 구동 장치의 구조를 도 1을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터 구동 장치의 상세구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 저장 장치는 기판(100), 제1 도체(electrode, 110), 제2 도체(112), 제1 레지스터(114), 제2 레지스터(116), 탑 전극(top electrode, 118), 저항성 메모리(120) 및 발광 다이오드(Light Emited Diode, LED, 122)를 포함한다.
상기 기판(100)은 도전성을 가지는 ITO(Indium Tin Oxide) 코팅 판(Glass 혹은 PET) 멤리스터인 저항성 메모리(120)와 LED(122)를 병렬로 구성하고, 제1 및 제2 레지스터(114, 116)을 포함한다.
또한, 제1 도체(110), 제2 도체(112)가 소정거리 이격되어 상호 대향하게 위치하고, 상기 제1 레지스터(114)를 기준으로 연장되게 탑 전극(118)이 형성된다.
상기 탑 전극(118)은 기판(100) 상에 형성된다.
상기 제1 및 제2 레지스터(212, 214)는, 상기 탑 전극(118)에 전기적으로 연결되어 상기 탑 전극(118)을 기준으로 소정거리 이격되어 위치한다.
상기 저항성 메모리(120)는 상기 제1 및 제2 레지스터(114, 116) 사이에 연장되어 전원 공급 기반 스위칭 동작에 따라 저항 상태가 변경되는 것으로, 상기 제1 및 제2 도체에 인가되는 전압의 크기에 따라 온(on) 혹은 오프(off) 제어를 위해 인가되는 기설정된 각 동작 전압의 이상 혹은 이하 여부에 따라 구동 모드가 변경되어 구동 모드별 저항이 가변되어 기설정된 임계치 보다 저저항 혹은 고저항 상태로 제어된다.
상기 발광 다이오드(LED, Light Emited Diode, 122)는 저항성 메모리와 병렬로 연결되어 상기 저항성 메모리의 저항 상태에 따라 제어된다.
더욱 상세하게는, 상기 저항성 메모리(120)는, 구동 모드에 따라 기설정된 저항성 메모리의 온(on) 동작 전압을 초과하는 전압의 전원이 인가되는 경우 LED(122) 및 제2 레지스터(116)가 직렬로 연계된 라인의 저항보다 보다 낮은 저저항 상태이고, 기설정된 저항성 메모리의 오프(off) 동작 전압 이하의 전압의 전원이 인가되는 경우 LED(122) 및 제2 레지스터(116)가 직렬로 연계된 라인의 저항보다 보다 높은 고저항 상태이다.
상기 구동 모드는, 저항성 메모리(120)의 기설정된 각 동작 전압 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off) 상태 라인 이상 및 이하로 각각 전원을 변경하여 공급하는 모드를 의미한다.
여기서, 도 1의 멤리스터 구동 장치의 상세구조와 대응하는 등가회로인 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터 구동 장치의 회로도이다.
본 발명이 적용된 멤리스터 구동 장치 회로도는 인쇄된(printed) 제1 및 제2 레지스터(212, 214)가 직렬 라인으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 레지스터(212, 214) 사이에 저항성 메모리(멤리스터, 216)가 LED(218)와 병렬로 구성되는 것으로, AC 전원(210)에 전원이 공급되어 멤리스터(216)를 제어하고, 전원을 공급하여 LED(218)의 구동을 제어하여 광을 저장한다.
이때, 상기 저항성 메모리(216)의 높은 고저항 상태에 따라 전류의 흐름이 상기 LED(218) 및 제2 레지스터(214)가 직렬로 연계된 라인의 저항의 루프로 인가되어 상기 LED(218)가 발광된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 멤리스터(216)를 턴온시키면 멤리스터(216) 저항이 Ron 상태로 LED(218)와 제2 레지스터(214)의 합한 저항보다 낮아져 대부분의 전류가 좌측 루프 내 전류 흐름과 같이 멤리스터로 흘러들어 간다. 그러므로 전원을 LED(218) 동작점 이상으로 걸어 주어도 LED(218)는 발광을 하지 않는다.
그리고, 멤리스터(216)에 턴오프(turn off) 이하의 전압을 걸어주면 멤리스터(216)는 Roff 상태로 매우 큰 저항 특성을 가지며 대부분의 전류는 LED(218)와 제2 레지스터(214)의 합한 저항의 루프로 흘러 LED(218)가 발광하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터 소자의 구동 원리를 보인 예시도이다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤리스터의 I-V 특성 곡선을 보인 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 히스테리시스 곡선을 갖는다. 이것은 전원을 턴온 상태 라인 이상으로 걸어주면 멤리스터는 Ron의 곡선으로 낮은 저항으로 특성화되고, 턴오프 상태 라인 이하로 전원을 걸어주면 Roff의 곡선으로 높은 저항으로 특성화된다. 그리고, 다이오드는 항상 양의 전원에서만 동작을 하기 때문에 본 발명이 적용된 멤리스터 장치에서는 멤리스터의 상태 제어를 위해 Ron과 Roff 전원 이상을 걸어 주어야 하고, LED는 동작점 이상부터 Ron 전원보다 낮은 전원으로 구동을 시킨다. 도 4는 멤리스터의 턴온(Ron)상태와 턴오프(Roff) 상태로 만들기 위한 동작 전압과 LED 발광을 위한 동작점을 나타낸다.
상기와 같이 본 발명에 따른 멤리스터 동작 장치에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
110: 제1 도체 112: 제2 도체
114: 제1 레지스터 116: 제2 레지스터
118: 탑 전극 120: 저항성 메모리
122: 발광 다이오드

Claims (7)

  1. 도전성을 가지는 ITO(Indium Tin Oxide)가 표면에 코팅된 기판과,
    상기 기판에 실장되어 있고, 상기 ITO에 접촉하고 있으며 일정한 폭을 가진 사각판형의 도전성의 제1 도체와,
    상기 제1 도체와 소정거리 이격되어 상호 대향하게 위치하는 판형의 도전성을 갖는 제2 도체와,
    상기 기판상에 위치하는 탑 전극(top electrode)과,
    상기 기판에 실장되어 있으며 상기 제2 도체를 실장하고 있으며, 하나의 단자가 상기 제2 도체와 연결되고 다른 단자가 상기 탑 전극에 전기적으로 연결되어 있는 제1 레지스터(resistor)와,
    상기 탑 전극에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 제1 레지스터와 상기 탑 전극을 기준으로 소정거리 이격되어 위치하는 제2 레지스터(resistor)와,
    상기 기판에 직접 접촉하도록 실장되어 ITO와 하나의 단자가 접촉하고 있으며, 상기 탑전극을 상기 기판의 실장면과 다른 면에 실장하고 있으며 다른 단자가 상기 탑전극과 접촉되어 있으며 상기 제1 및 제2 레지스터 사이에 연장되어 전원 공급 기반 스위칭 동작에 따라 저항 상태가 변경되는 저항성 메모리와,
    상기 기판에 직접 접촉하도록 실장되어 ITO와 하나의 단자가 접촉하고 있으며, 다른 단자는 상기 제2 레지스터에 연결되어 있고, 상기 저항성 메모리와 병렬로 연결되어 상기 저항성 메모리의 저항 상태에 따라 제어되는 발광 다이오드(LED, Light Emited Diode)를 포함하고,
    상기 저항성 메모리는,
    전원에 의해 상기 제1 및 제2 도체에 인가되는 전압의 크기에 따라 기설정된 임계치 보다 저저항 혹은 고저항 상태로 제어됨을 특징으로 하며,
    상기 저항성 메모리는,
    구동 모드에 따라 기설정된 저항성 메모리의 온(on) 동작 전압을 초과하는 전압의 전원이 인가되는 경우 LED 및 제2 레지스터가 직렬로 연계된 라인의 저항보다 보다 낮은 저저항 상태이고,
    구동 모드에 따라 기설정된 저항성 메모리의 오프(off) 동작 전압 이하의 전압의 전원이 인가되는 경우 LED 및 제2 레지스터가 직렬로 연계된 라인의 저항보다 보다 높은 고저항 상태이고,
    상기 저항성 메모리의 높은 고저항 상태에 따라 전류의 흐름이 상기 LED 및 제2 레지스터가 직렬로 연계된 라인의 저항의 루프로 인가되어 상기 LED가 발광됨을 특징으로 하며,
    상기 발광 다이오드는 동작점 이상에서 그리고 상기 저항성 메모리의 오프 상태에서 발광하는 멤리스터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저항성 메모리는,
    온(on) 혹은 오프(off) 제어를 위해 인가되는 기설정된 각 동작 전압의 이상 혹은 이하 여부에 따라 구동 모드가 변경되어 구동 모드별 저항이 가변됨을 특징으로 하는 멤리스터 구동 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서, 상기 구동 모드는,
    저항성 메모리의 기설정된 각 동작 전압 턴온 및 턴오프 상태 이상 및 이하로 각각 전원을 변경하여 공급하는 모드를 포함함을 특징으로 하는 멤리스터 구동 장치.
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