KR102418176B1 - Photo-neuromorphic device, preparing method of the same, and artificial neural network including the same - Google Patents
Photo-neuromorphic device, preparing method of the same, and artificial neural network including the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102418176B1 KR102418176B1 KR1020200025455A KR20200025455A KR102418176B1 KR 102418176 B1 KR102418176 B1 KR 102418176B1 KR 1020200025455 A KR1020200025455 A KR 1020200025455A KR 20200025455 A KR20200025455 A KR 20200025455A KR 102418176 B1 KR102418176 B1 KR 102418176B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- photoactive layer
- neuromorphic device
- lower electrode
- optical
- present application
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 title claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 69
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 Si 3 N 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 16
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000000946 synaptic effect Effects 0.000 description 7
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 210000000225 synapse Anatomy 0.000 description 4
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 230000007787 long-term memory Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000006386 memory function Effects 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000006403 short-term memory Effects 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 210000003792 cranial nerve Anatomy 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000012421 spiking Methods 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036982 action potential Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 210000003050 axon Anatomy 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013135 deep learning Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001242 postsynaptic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 210000005215 presynaptic neuron Anatomy 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
- G06N3/06—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
- G06N3/063—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using electronic means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0328—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, semiconductor materials provided for in two or more of groups H01L31/0272 - H01L31/032
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Neurology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
본원은 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성된 광 활성층; 및 상기 광 활성층 상에 형성된 상부 전극; 을 포함하고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극은 서로 교차되어 크로스 바(cross-bar) 구조를 형성하고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 하나 이상은 투명 전극을 포함하는 것인, 광 뉴로모픽 소자를 제공한다.The present application is a lower electrode; a photoactive layer formed on the lower electrode; and an upper electrode formed on the photoactive layer; including, wherein the lower electrode and the upper electrode cross each other to form a cross-bar structure, and at least one of the lower electrode and the upper electrode includes a transparent electrode, optical neuromorphic provide a component.
Description
본원은 광 뉴로모픽 소자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 인공신경망에 관한 것이다.The present application relates to an optical neuromorphic device, a method for manufacturing the same, and an artificial neural network including the same.
뇌는 수천억 개의 신경 세포, 즉 뉴런(neuron)을 포함하고, 뉴런은 시냅스(synapse)를 통해 다른 뉴런과 신호를 주고 받으면서 정보를 학습하고, 기억할 수 있다. 뉴런은 수상돌기(dendrite)를 통해 입력된 시냅스 전위들의 합이 임계 전위보다 크면, 활동 전위를 발생시켜 축삭 돌기(axon)을 통해 다른 뉴런으로 신호를 전달할 수 있다. 이를 뉴런의 스파이킹(spiking)이라 일컫는다. 뉴런의 스파이킹이 발생되는 경우, 뉴런과 다른 뉴런 사이의 시냅스의 연결 강도에 따라 뉴런으로부터 전달되는 신호의 세기가 달라질 수 있다. 즉, 시냅스의 연결 강도가 조절되면 뉴런으로 전달되는 신호의 세기가 달라질 수 있고, 이로부터 정보의 학습 및 기억이 이루어질 수 있다.The brain contains hundreds of billions of nerve cells, that is, neurons, and neurons can learn and remember information while exchanging signals with other neurons through synapses. When the sum of synaptic potentials input through a dendrite is greater than a threshold potential, the neuron generates an action potential to transmit a signal to another neuron through an axon. This is called neuron spiking. When spiking of a neuron occurs, the strength of a signal transmitted from a neuron may vary according to the strength of a synapse connection between a neuron and another neuron. That is, when the synaptic connection strength is adjusted, the intensity of a signal transmitted to a neuron may vary, and information may be learned and stored therefrom.
뉴로모픽 디바이스는 이와 같은 생물학적 신경 세포의 정보 전달 및 처리 과정을 모방하여 구성된 것으로서, 시냅스의 연결 강도에 대응하는 값인 시냅틱 가중치(synaptic weight)를 메모리에 저장하고, 저장된 가중치에 기초하여 신호 처리를 수행할 수 있다. 즉, 뉴로모픽 디바이스는 인간의 뇌를 모방하여 지능화된 시스템을 구현하기 위해 활용될 수 있다. 특히 최근에는 머신러닝(machine learning) 기술을 시작으로, 딥러닝(deep learning) 기술이 도입되며, 이를 이용해 개발된 인공지능 알파고(Alpha Go)가 등장하는 등 뉴로모픽 기술의 활용범위가 넓어지고있다.The neuromorphic device is constructed by mimicking the information transfer and processing process of such biological nerve cells, stores a synaptic weight, which is a value corresponding to the synaptic connection strength, in memory, and performs signal processing based on the stored weight. can be done That is, the neuromorphic device can be utilized to implement an intelligent system by mimicking the human brain. In particular, in recent years, starting with machine learning technology, deep learning technology has been introduced, and the use of neuromorphic technology is wide, such as the appearance of Alpha Go, an artificial intelligence developed using this technology. is getting
뉴로모픽 디바이스는 인간의 뇌와 유사하게 정보를 병렬로 처리해 적은 에너지로 많은 정보를 처리할 수 있다. 이와 관련하여, 기존의 뉴로모픽 디바이스는 전기 신호를 이용하여 전도도(conductivity)를 바꿈으로써 학습과 기억 측면에서 생물학적 시냅스의 동작을 모방한다. 그러나 전자(electron)는 고체 매질(solid medium) 내에서 이동하며, 대역폭(bandwidth)가 좁다는 특성 때문에, 정보 전송 속도에 한계가 있고, 전자들 간의 충돌에 의해 열이 발생되어 에너지 손실이 크다. 또한, 크로스 토크(cross-talk) 발생으로 인해 뇌와 같은 대규모의 병렬 연산을 구현하기는 어렵다. 이와 같이 전기 신호를 이용한 뉴로모픽 디바이스의 문제점이 대두됨에 따라 광자를 이용한 뉴로모픽 디바이스에 대한 관심이 높아지고 있다,Neuromorphic devices can process a lot of information with less energy by processing information in parallel similar to the human brain. In this regard, existing neuromorphic devices mimic the behavior of biological synapses in terms of learning and memory by changing the conductivity using electrical signals. However, electrons move in a solid medium, and since the bandwidth is narrow, there is a limit to the speed of information transmission, and heat is generated by collision between electrons, resulting in large energy loss. In addition, it is difficult to implement a large-scale parallel operation such as a brain due to the occurrence of cross-talk. As such, as the problem of neuromorphic devices using electrical signals has emerged, interest in neuromorphic devices using photons is increasing.
본원의 배경이 되는 기술인 대한민국 공개특허 제 10-2019-0136291 호는 멀티 레벨의 컨덕턴스를 가지는 뉴로모픽 시냅스 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이나, 상기 공개특허는 전기 신호를 이용한 뉴로모픽 장치의 문제점을 해결하지 못하고 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0136291, which is the background technology of the present application, relates to a neuromorphic synaptic device having a multi-level conductance and an operating method thereof, but the disclosed patent discloses a problem of a neuromorphic device using an electrical signal can't solve
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광 뉴로모픽 소자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 인공신경망을 제공한다.The present application provides an optical neuromorphic device, a manufacturing method thereof, and an artificial neural network including the same in order to solve the problems of the prior art.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성된 광 활성층; 및 상기 광 활성층 상에 형성된 상부 전극; 을 포함하고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극은 서로 교차되어 크로스 바(cross-bar) 구조를 형성하고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 하나 이상은 투명 전극을 포함하는 것인, 광 뉴로모픽 소자를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application, a lower electrode; a photoactive layer formed on the lower electrode; and an upper electrode formed on the photoactive layer; including, wherein the lower electrode and the upper electrode cross each other to form a cross-bar structure, and at least one of the lower electrode and the upper electrode includes a transparent electrode, optical neuromorphic provide a component.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극이 형성하고 있는 교차점 상에 광 활성층이 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, a photoactive layer may be formed on an intersection between the lower electrode and the upper electrode, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극을 각각 2 개 이상 포함하여 어레이 구조를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, an array structure may be formed by including two or more of the lower electrode and the upper electrode, respectively, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층은 IGZO, IZO. ITZO, HIZO, ITO, InP, InGaP, ZTO, ZnO, TIZO, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the photoactive layer is IGZO, IZO. ITZO, HIZO, ITO, InP, InGaP, ZTO, ZnO, TIZO, ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , and combinations thereof. may be, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층은 산소 공공(oxygen vacancy)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the photoactive layer may include an oxygen vacancy, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층은 1 eV 내지 4 eV 의 밴드갭을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the photoactive layer may have a bandgap of 1 eV to 4 eV, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 전극 및 상기 광 활성층 사이 또는 상기 상부 전극 및 상기 광 활성층 사이에 절연층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, an insulating layer may be further included between the lower electrode and the photoactive layer or between the upper electrode and the photoactive layer, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 절연층은 Al2O3, SiO2, SiON, Si3N4, SiC, ZrO2, AlN, Fe2O3, ZnO, MgF2, Ta2O5, TaO, BN, BST, PZT, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the insulating layer is Al 2 O 3 , SiO 2 , SiON, Si 3 N 4 , SiC, ZrO 2 , AlN, Fe 2 O 3 , ZnO, MgF 2 , Ta 2 O 5 , TaO , BN, BST, PZT, and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극은 ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO, In4Sn3O12, Zn(1-x)MgxO(0≤x≤1), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the transparent electrode is ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO, In 4 Sn 3 O 12 , Zn (1-x) Mg x O (0≤x≤1 ), and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극을 향하여 배치된 광원을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, a light source disposed toward the transparent electrode may be additionally included, but is not limited thereto.
본원의 제 2 측면은, 하부 전극 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 광 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 광 활성층 상에, 상기 하부 전극과 교차되어 크로스 바(cross-bar) 구조를 형성하는 상부 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는, 광 뉴로모픽 소자의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present application, the steps of forming an insulating layer on the lower electrode; forming a photoactive layer on the insulating layer; and forming, on the photoactive layer, an upper electrode crossing the lower electrode to form a cross-bar structure; It provides a method of manufacturing an optical neuromorphic device comprising a.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층은 졸-겔(sol-gel)법에 의해 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the photoactive layer may be formed by a sol-gel method, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 다르면, 상기 광 활성층은 진공 분위기에서 열처리하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the photoactive layer may be formed by heat treatment in a vacuum atmosphere, but is not limited thereto.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 광 뉴로모픽 소자를 포함하는 인공신경망을 제공한다.A third aspect of the present application provides an artificial neural network including the optical neuromorphic device according to the first aspect of the present application.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 광 조사에 의해 전기 전도성을 가질 수 있다. 즉, 기존의 뉴로모픽 소자와는 달리 전기 신호가 아닌 광 신호에 의해 발생하는 광전류에 의해 작동한다. 전자가 아닌 광자에 의해 유도되는 광전류에 의해 작동하므로 발열량을 줄여 에너지 효율이 높고, 신속하게 대규모의 병렬 연산을 처리할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, the optical neuromorphic device according to the present application may have electrical conductivity by light irradiation. That is, unlike the conventional neuromorphic device, it operates by a photocurrent generated by an optical signal rather than an electrical signal. Since it operates by photocurrent induced by photons rather than electrons, energy efficiency is high by reducing heat generation, and large-scale parallel operations can be processed quickly.
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자에 광을 조사 시에 정공은 선택적으로 트랩(trap)되고, 전자는 전도띠로 올라갈 수 있으므로, 저항이 낮아지고, 산소 공공은 이온화된다. 이에 따라, 상기 광 활성층의 전기전도도가 증가하게 된다. 이와 같이 광 조사에 의해 저항이 낮아지고 전기전도도가 증가하는 현상을 "학습" 이라고 정의할 수 있다.When irradiating light to the photoneuromorphic device according to the present application, holes are selectively trapped, and electrons can ascend to the conduction band, so that resistance is lowered, and oxygen vacancies are ionized. Accordingly, the electrical conductivity of the photoactive layer is increased. As described above, a phenomenon in which resistance is lowered and electrical conductivity is increased by light irradiation can be defined as “learning”.
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 광 신호를 제거하여도 이전 광 신호에 의해 "학습"된 전기 전도도를 "기억 및 유지" 할 수 있다.The optical neuromorphic device according to the present disclosure can “remember and retain” the electrical conductivity “learned” by the previous optical signal even after the optical signal is removed.
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 적은 에너지를 사용하여 신속하게 대량의 정보처리가 가능한 뇌 신경의 구조를 모사한다. 이를 이용한 인공신경망은 인공지능(AI)의 핵심 기술로서 활용될 수 있다.The optical neuromorphic device according to the present application simulates the structure of a cranial nerve capable of rapidly processing a large amount of information using a small amount of energy. An artificial neural network using this can be utilized as a core technology of artificial intelligence (AI).
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 단면도이다.
도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 광학 현미경 사진이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 광 뉴로모픽 소자를 이용한 어레이 구조의 모식도이다.
도 4 는 본원의 실시예 및 비교예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 비교 그래프이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.
도 6 은 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 메모리 기능을 나타낸 그래프이다.
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 메모리 기능을 나타낸 그래프이다.
도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 대칭적 발화 시간 기반 가소성과 관련한 그래프이다.1 is a cross-sectional view of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
2 is an optical micrograph of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
3 is a schematic diagram of an array structure using an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
4 is a comparative graph of the photoelectric characteristics of the optical neuromorphic device according to Examples and Comparative Examples of the present application.
5 is a graph of photoelectric characteristics of a neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
6 is a graph showing the photoelectric characteristics of the neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
7 is a graph of photoelectric characteristics of a neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
8 is a graph of photoelectric characteristics of a neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
9 is a graph illustrating a memory function of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
10 is a graph illustrating a memory function of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
11 is a graph related to symmetric firing time-based plasticity of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily carry out. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable way. Also, throughout this specification, "step to" or "step to" does not mean "step for".
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant to include one or more selected from the group consisting of.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to “A and/or B” means “A, B, or A and B”.
본원 명세서 전체에서, "크로스 바(cross-bar) 구조" 는 바(bar) 형태의 전극이 교차하도록 하나의 전극 위에 또 다른 전극이 배치된 구조를 의미한다.Throughout this specification, the term “cross-bar structure” refers to a structure in which another electrode is disposed on one electrode so that bar-shaped electrodes cross each other.
이하, 본원의 광 뉴로모픽 소자에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the optical neuromorphic device of the present application will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성된 광 활성층; 및 상기 광 활성층 상에 형성된 상부 전극; 을 포함하고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극은 서로 교차되어 크로스 바(cross-bar) 구조를 형성하고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 하나 이상은 투명 전극을 포함하는 것인, 광 뉴로모픽 소자를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application, a lower electrode; a photoactive layer formed on the lower electrode; and an upper electrode formed on the photoactive layer; including, wherein the lower electrode and the upper electrode cross each other to form a cross-bar structure, and at least one of the lower electrode and the upper electrode includes a transparent electrode, optical neuromorphic provide a component.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 광학 현미경 사진이다.2 is an optical micrograph of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 광 뉴로모픽 소자를 이용한 어레이 구조의 모식도이다. 3 is a schematic diagram of an array structure using an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 1 내지 3 을 참조하면, 1 개의 하부 전극(100), 1 개의 광 활성층(200), 및 1 개의 상부 전극(300)으로 이루어진 구조는 하나의 뉴로모픽 소자로서 작동할 수 있고, 후술하겠지만, 도 3 과 같이 하부 전극(100) 및 상기 상부 전극(300)을 각각 2 개 이상 포함하여 어레이 구조를 형성하는 것도 가능하며, 상기 어레이 구조 내에서도 1 개의 하부 전극(100), 1 개의 광 활성층(200), 및 1 개의 상부 전극(300)으로 이루어진 구조는 하나의 뉴로모픽 소자로서 작동할 수 있다.1 to 3 , a structure including one
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 전극(100) 및 상기 상부 전극(300)이 형성하고 있는 교차점 상에 광 활성층(200)이 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자에서 상기 광 활성층(200) 은 광 조사에 의해 전기 전도성을 가질 수 있다. 즉, 기존의 뉴로모픽 소자와는 달리 전기 신호가 아닌 광 신호에 의해 발생하는 광전류에 의해 작동한다. 전자가 아닌 광자에 의해 유도되는 광전류에 의해 작동하므로 발열량을 줄여 에너지 효율이 높다. 또한, 정보 전송 속도를 향상시킬 수 있고, 대규모의 병렬 연산을 신속히 수행할 수 있다.In the photoneuromorphic device according to the present disclosure, the
구체적으로는, 상기 광 활성층(200)에 광을 조사함으로써 상기 광 활성층(200) 내의 전자(electron)가 이동하면서 정공(hole)이 발생하여 광 전류를 발생시킬 수 있다.Specifically, by irradiating light to the
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층(200)은 산소 공공(oxygen vacancy)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the
상기 광 활성층(200)은 상기 산소 공공을 포함하므로 전기적 중성을 유지하기 위하여 상기 광 활성층(200) 내에 자유 전자를 가질 수 있다. 산소 공공이 증가하면 자유 전자 또한 증가하여 전기 전도성이 향상될 수 있다. 한편, 과도하게 많은 산소 공공은 오히려 전자의 이동 경로에서 방해물로 작용하여 전자 이동도가 저하될 수 있으므로 상기 광 활성층(200)은 적절한 정도로 산소 공공을 포함한다.Since the
상기 광 활성층(200) 에 광을 조사시에 상기 정공은 계면 상에 트랩(trap) 되고, 전자는 전도띠(conduction band)로 이동할 수 있으므로, 상기 광 활성층(200)의 전류가 증가하고, 저항이 낮아진다. 또한, 상기 산소 공공은 이온화된다. 이에 따라, 상기 광 활성층(200)의 전기전도도가 증가하게 된다. 이와 같이 광 조사에 의해 저항이 낮아지고 전기전도도가 증가하는 현상을 "학습"하는 단계로 정의할 수 있다.When light is irradiated to the
구체적으로, 광 활성층(200)과 상부 전극(300) 또는 광 활성층(200)과 절연층(미도시)의 계면 상에는 각 층의 원자 구조 차이로 인한 계면 결함(interface defect)이 형성된다. 본원에 따른 광 뉴로모픽 소자에 빛을 조사함으로써 정공과 전자(photo-generated electron-hole pair)이 발생하게 되는데, 상기 정공은 선택적으로 상기 계면 결함 상에 트랩(trap)되고, 전자는 전도띠로 이동할 수 있으므로, 전기전도도가 향상된다.Specifically, an interface defect is formed on the interface between the
이와 관련하여, 상기 광 활성층(200)은 다수 캐리어(majority carrier)가 전자인 n형 반도체이고, 상기 계면 결함은 밴드 갭(band gap) 상의 원자가띠(valence band) 부근에 대부분 존재하므로, 상기 전자는 용이하게 전도띠로 이동하며, 상기 정공은 상기 계면 결함 상에 트랩될 수 있다. 상기 트랩된 정공은 상기 광 활성층(200)의 활성화 에너지 및 밴드갭의 크기에 따라 디트랩(detrap)되는 시간이 상이할 수 있다.In this regard, the
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층(200)은 IGZO, IZO. ITZO, HIZO, ITO, ZTO, ZnO, TIZO, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층(200)은 1 eV 내지 4 eV 이상의 밴드갭을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 상기 밴드갭이 너무 작을 경우에는 상기 밴드갭 상에 정공이 트랩될 수 있는 영역이 금방 포화되고, 트랩되지 못한 정공은 전자와 재결합(recombination)을 이루므로, 효율적으로 전기 전도성을 증가시킬 수 없다. According to the exemplary embodiment of the present application, the
상기 광활성층(200)의 밴드갭의 크기에 따라 조사하는 광의 파장이 조절될 수 있다.The wavelength of the irradiated light may be adjusted according to the size of the bandgap of the
상기 광 활성층(200)은 광 신호를 제거하여도 이전 광 신호에 의해 형성된 전기 전도도를 유지할 수 있다. 이를 정보를 "기억 및 유지"하는 단계로 정의할 수 있다.The
바람직하게는, 상기 광 활성층(200)은 IGZO 일 수 있다. IGZO 는 밴드갭이 약 3 eV 이상으로서, 본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 밴드갭이 다소 큰 소재를 사용하여 광 조사에 의해 발생한 정공에 전자가 다시 채워지는 역반응이 용이하게 일어나지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 "학습"된 전기전도도가 "기억 및 유지"될 수 있다.Preferably, the
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 전극(100) 및 상기 상부 전극(300)을 각각 2 개 이상 포함하여 어레이 구조를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, an array structure may be formed by including two or more of the
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 2 단자 소자로서 상기 크로스바 형태로 어레이 구조를 형성하여 3차원 집적 소자를 구현하기에 적합하다. 상기 크로스바 구조는 복수의 행과 열이 교차하므로, 평행(parallel)한 연산, 예를 들어 벡터곱(vector multiplication) 연산 등을 효율적으로 처리할 수 있다.The optical neuromorphic device according to the present disclosure is a two-terminal device and is suitable for implementing a three-dimensional integrated device by forming an array structure in the form of the crossbar. Since the crossbar structure intersects a plurality of rows and columns, parallel operations, for example, vector multiplication operations, can be efficiently processed.
또한, 이와 같은 구조에 의해, 도 3 에서와 같이 2개 이상의 광 활성층(200)이 이웃하여 하나의 전극을 공유할 수 있는데, 각각의 광 활성층(200)을 프리-시냅틱 뉴런(Presynaptic neuron) 및 포스트-시냅틱 뉴런(Postsynaptic neuron) 으로 정의할 수 있다. 이와 같은 구조에 의해 대칭적 발화 시간 기반 가소성(Symmetric Spike-timing-dependent plasticity ; Symmetric STDP) 기능이 구현될 수 있다.In addition, with such a structure, two or more
발화 시간 기반 가소성(Spike-timing-dependent plasticity; STDP)이란, 뇌에서 뉴런과 뉴런 사이 시냅스가 신호를 전달받을 때 신호와 그 다음 신호 간의 시간 차이에 따라 시냅스 간 연결 강도 (synaptic weight, strength) 변화가 달라짐을 의미한다. Spike-timing-dependent plasticity (STDP) is when a synapse between a neuron and a neuron receives a signal in the brain, and the synaptic weight (strength) changes according to the time difference between a signal and the next signal means to change.
이와 관련하여, 본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 광이 조사되다가 광이 제거되면 전기 전도도가 서서히 감소하는데, 그 다음 광을 빨리 조사하느냐 늦게 조사하느냐 에 따라 최종 전기 전도도가 조절될 수 있다. 상기 광 뉴로모픽 소자에서 대칭적 발화 시간 기반 가소성(Symmetric STDP)이란, 서로 다른 광 신호인 1 번 및 2 번 광 신호에 있어서, 1 번 광 신호가 가해지고, 이어서 2 번 광 신호가 가해졌을 때 보이는 경향성과, 순서가 바뀌어 2 번 광 신호가 가해지고, 이어서 1 번 광 신호가 가해졌을 때 보이는 경향성이 같은 것을 말한다.In this regard, in the optical neuromorphic device according to the present application, when light is removed while being irradiated with light, the electrical conductivity is gradually decreased. Then, the final electrical conductivity can be adjusted depending on whether the light is irradiated quickly or late. In the optical neuromorphic device, symmetric firing time-based plasticity (Symmetric STDP) means that, in
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극을 향하여 배치된 광원(미도시)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, it may further include a light source (not shown) disposed toward the transparent electrode, but is not limited thereto.
상기 광원의 광은 상기 투명전극(100 또는 300)을 통해 투과되어 상기 광 활성층(200)에 조사될 수 있다.The light from the light source may be transmitted through the
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광은 자외선 및 가시광선을 조사할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 광 활성층(200)의 밴드갭에 따라 상이한 파장 역역의 광을 선택할 수 있다. 바람직하게는, 상기 광 활성층(200)의 밴드갭과 유사하거나 더 큰 에너지를 갖는 광을 조사할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the light may be irradiated with ultraviolet and visible light, but is not limited thereto. Light having a different wavelength range may be selected according to the band gap of the
상기 광 활성층(200)의 밴드갭이 클수록 상기 "학습"에 필요한 광 에너지가 클 수 있다. 상기 광 에너지가 클수록 광전류 특성이 증가될 수 있다.As the bandgap of the
상기 광은 펄스 형태로 조사될 수 있으며, 상기 펄스는 방형파(square pulse), 톱니파(sawtooth pulse), 사인파(sine pulse), 램프파(ramp pulse) 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The light may be irradiated in the form of a pulse, and the pulse may be a square pulse, a sawtooth pulse, a sine pulse, or a ramp pulse, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 전극(100) 및 상기 광 활성층(200) 사이 또는 상기 상부 전극(300) 및 상기 광 활성층(200) 사이에 절연층(미도시)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, an insulating layer (not shown) may be further included between the
상기 절연층을 포함함으로써 광 조사에 의해 발생한 상기 정공이 용이하게 트랩될 수 있도록 할 수 있다. 상기 절연층을 포함함으로써 상기 계면 결함을 효과적으로 형성하여 트랩되는 정공의 양이 증가할 수 있다.By including the insulating layer, the holes generated by light irradiation can be easily trapped. By including the insulating layer, the interfacial defect may be effectively formed and the amount of holes trapped may be increased.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 절연층은 Al2O3, SiO2, SiON, Si3N4, SiC, ZrO2, AlN, Fe2O3, ZnO, MgF2, Ta2O5, TaO, BN, BST, PZT, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the insulating layer is Al 2 O 3 , SiO 2 , SiON, Si 3 N 4 , SiC, ZrO 2 , AlN, Fe 2 O 3 , ZnO, MgF 2 , Ta 2 O 5 , TaO , BN, BST, PZT, and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 전극은 ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO, In4Sn3O12, Zn(1-x)MgxO(0≤x≤1), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the transparent electrode is ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO, In 4 Sn 3 O 12 , Zn (1-x) Mg x O (0≤x≤1 ), and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본원의 제 2 측면은, 하부 전극 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 광 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 광 활성층 상에, 상기 하부 전극과 교차되어 크로스 바(cross-bar) 구조를 형성하는 상부 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는, 광 뉴로모픽 소자의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present application, the steps of forming an insulating layer on the lower electrode; forming a photoactive layer on the insulating layer; and forming, on the photoactive layer, an upper electrode crossing the lower electrode to form a cross-bar structure; It provides a method of manufacturing an optical neuromorphic device comprising a.
본원의 제 2 측면에 따른 광 뉴로모픽 소자의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the method of manufacturing an optical neuromorphic device according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application are The same can be applied to the second aspect of the present application.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층(200)은 졸-겔(sol-gel)법에 의해 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 상기 광 활성층(200)을 형성하는 제조 방식에 따라 광전 특성이 다르게 발현될 수 있다.In the photoneuromorphic device according to the present disclosure, photoelectric properties may be expressed differently depending on a manufacturing method of forming the
상기 졸-겔법을 사용함으로써 상기 광 활성층(200)을 대면적으로 제조 가능하다는 장점이 있다.There is an advantage in that the
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광 활성층(200)은 진공 분위기에서 열처리하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the
상기 졸-겔법 공정 중 열처리 또는 극자외선을 이용한 광 어닐링(photo-annealing)을 이용할 수 있다. 바람직하게는 진공 분위기에서 열처리함으로써 광 반응이 용이하고 유효한 광전류를 발생시킬 수 있는 광 활성층(200)을 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 진공 분위기에서 열처리함으로써 산소 공급이 제한되므로 상기 광 활성층(200) 상에 상기 산소 공공이 효과적으로 형성될 수 있다.In the sol-gel process, heat treatment or photo-annealing using extreme ultraviolet rays may be used. Preferably, the
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 전극(100) 상에 절연층(미도시)을 형성하는 단계 이전에 별도의 기판에 하부전극(100)을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 기판은 유리, 플라스틱, 실리콘 등을 사용할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자의 제조 방법에서 상기 절연층(미도시)은 증착 또는 코팅 공정 없이 열처리를 통하여 간단하게 형성될 수 있다는 장점이 있다.In the method of manufacturing an optical neuromorphic device according to the present application, the insulating layer (not shown) has an advantage that it can be simply formed through heat treatment without a deposition or coating process.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 광 뉴로모픽 소자를 포함하는 인공신경망을 제공한다.A third aspect of the present application provides an artificial neural network including the optical neuromorphic device according to the first aspect of the present application.
본원의 제 3 측면에 따른 인공신경망에 대하여, 본원의 제 1 측면 및/또는 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면 및/또는 제 2 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the artificial neural network according to the third aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first and/or second aspects of the present application are omitted. The contents described in the second aspect may be equally applied to the third aspect of the present application.
본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 적은 에너지를 사용하여 신속하게 대량의 정보처리가 가능한 뇌 신경의 구조를 모사한다. 이를 이용한 인공신경망은 인공지능(AI)의 핵심 기술로서 활용될 수 있다.The optical neuromorphic device according to the present application simulates the structure of a cranial nerve capable of rapidly processing a large amount of information using a small amount of energy. An artificial neural network using this can be utilized as a core technology of artificial intelligence (AI).
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.
[실시예 1] [Example 1]
아무것도 증착 되어 있지 않은 3x3 cm2, 0.7 t 유리 기판을 세척하였다. 이어서, 하부 전극 모양의 크로뮴 재질의 섀도우 마스크를 상기 기판위에 얹고 열증착 장비를 이용하여 30 nm 두께로 알루미늄을 증착하였다. 이어서, 핫 플레이트(hot plate) 위에서 150℃ 로 30 분간 열처리하여 상기 알루미늄의 표면을 산화시켜 산화 알루미늄(Al2O3) 층을 형성하였다. A 3x3 cm 2 , 0.7 t glass substrate on which nothing was deposited was washed. Then, a shadow mask made of a chromium material in the shape of a lower electrode was placed on the substrate, and aluminum was deposited to a thickness of 30 nm using a thermal evaporation device. Then, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer was formed by oxidizing the surface of the aluminum by heat treatment at 150° C. for 30 minutes on a hot plate.
이어서, IGZO sol-gel 공정을 진행하기 위해서 졸-겔(sol-gel) 용액을 먼저 제작하였다. 구체적으로, 시그마 알드리치(Sigma-Aldrich) 에서 구매한 In(NO3)3·xH2O (99.999%) : Ga(NO3)-·xH2O (99.9%) : Zn(NO3)2·xH2O (99.999%) 전구체(용질)를 6.8 : 1.0 : 2.2 몰 비율로 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 용매에 섞어 0.250 몰의 용액을 제조하였다. 용매와 용질을 섞은 후 24 시간 이상, 상온에서 교반하여 용질이 용매에 녹도록 하였다.Then, in order to proceed with the IGZO sol-gel process, a sol-gel solution was first prepared. Specifically, In(NO 3 ) 3 ·xH 2 O (99.999%): Ga(NO 3 )-·xH 2 O (99.9%): Zn(NO 3 ) 2 · Purchased from Sigma-Aldrich xH 2 O (99.999%) precursor (solute) was mixed with 2-methoxyethanol solvent in a molar ratio of 6.8:1.0:2.2 to prepare a solution of 0.250 mol. After mixing the solvent and the solute, the mixture was stirred at room temperature for 24 hours or more so that the solute was dissolved in the solvent.
제작된 졸-겔(sol-gel) 용액을 코팅하기 전, 용액이 고르게 코팅될 수 있도록 상기 산화 알루미늄 층이 형성된 기판을 극자외선 세정기 (DUV cleaner)로 20 분 이상 표면처리 하였다. 이어서, 상기 기판 위에 용액을 뿌리고 4000 rpm 으로 30 초간 스핀코팅을 수행하였다. 스핀 코팅 후 핫 플레이트 에서 60℃ 로 2 분 동안 프리-브레이크(pre-bake) 를 진행하였으며, 60℃ 내지 200℃ 의 범위에서 10 분 동안 온도를 올렸다가 상온으로 다시 내려 열처리를 수행하였다. 프리-브레이크가 끝난 후 진공 챔버에서 350℃ 1 시간 동안 열처리하여 IGZO 박막의 금속 결합을 유도하였다.Before coating the prepared sol-gel solution, the substrate on which the aluminum oxide layer was formed was surface-treated with an extreme ultraviolet cleaner (DUV cleaner) for at least 20 minutes so that the solution could be evenly coated. Then, the solution was sprayed on the substrate and spin coating was performed at 4000 rpm for 30 seconds. After spin coating, pre-bake was performed on a hot plate at 60° C. for 2 minutes, and the temperature was raised in the range of 60° C. to 200° C. for 10 minutes and then lowered back to room temperature to perform heat treatment. After the pre-break was finished, heat treatment was performed at 350° C. for 1 hour in a vacuum chamber to induce metal bonding of the IGZO thin film.
포토리소그래피 공정으로 LCE 에칭 용액(LCE etchant)으로 IGZO 를 150 μm2 의 크기로 패터닝하였다. 포토레지스트는 AZ 일렉트로닉 매터리얼즈(AZ Electronic Materials) 에서 구입한 포지티브 포토레지스트를 이용하였다. In a photolithography process, IGZO was patterned to a size of 150 μm 2 with an LCE etching solution (LCE etchant). As the photoresist, positive photoresist purchased from AZ Electronic Materials was used.
이어서, 상부 전극을 패터닝하기 위하여 포토리소그래피 리프트-오프(photolithography lift-off) 공정을 수행하였다. 패터닝 한 IGZO 위에 AZ 일렉트로닉 매터리얼즈(AZ Electronic Materials)의 네거티브 포토레지스트 (AZη 5214E) 를 형성시키고, 그 위에 스퍼터링 장비(RF-sputter)로 ITO 를 30 nm 증착하였다. 이어서, 아세톤 용액에 함침하여 리프트-오프 공정을 진행하였다.Then, a photolithography lift-off process was performed to pattern the upper electrode. A negative photoresist (AZη 5214E) of AZ Electronic Materials was formed on the patterned IGZO, and 30 nm of ITO was deposited thereon by sputtering equipment (RF-sputter). Then, the lift-off process was performed by immersion in acetone solution.
[실시예 2][Example 2]
실시예 1 과 동일한 방법으로 제조하되 열처리 대신 극자외선(DUV) 처리하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1 but subjected to extreme ultraviolet (DUV) treatment instead of heat treatment.
[비교예] [Comparative example]
실시예 1 과 동일한 방법으로 제조하되 진공 챔버가 아닌 대기중에서 열처리하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, but was heat-treated in the atmosphere instead of in a vacuum chamber.
[실험예 1][Experimental Example 1]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 광 뉴로모픽 소자의 광전 특성을 비교하였다.The photoelectric properties of the optical neuromorphic devices prepared in Examples and Comparative Examples were compared.
도 4 은 본원의 실시예 및 비교예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 비교 그래프이다. 4 is a comparative graph of the photoelectric characteristics of the optical neuromorphic device according to Examples and Comparative Examples of the present application.
이를 통해, 진공에서 열처리한 경우{실시예 1, 도 4 의 Therma(vac.)}의 광전특성이 가장 우수함을 확인할 수 있고, 열처리 대신 극자외선(DUV) 처리한 경우{실시예 2, 도 4 의 DUV}에는 실시예 1 보다는 광전류 및 광 반응성이 감소하고, 대기중에서 열처리한 경우{비교예, 도 4 의 Thermal(air)}에는 광전류가 매우 낮고 광에 대한 반응성이 거의 없다는 것을 확인할 수 있다.Through this, it can be confirmed that the photoelectric properties are the best in the case of heat treatment in vacuum {Therma (vac.) in Example 1 and FIG. 4), and when extreme ultraviolet (DUV) treatment is performed instead of heat treatment {Example 2, FIG. 4 In DUV}, it can be seen that the photocurrent and photoreactivity are reduced compared to Example 1, and in the case of heat treatment in the atmosphere (Comparative Example, Thermal (air) in FIG. 4 ), the photocurrent is very low and there is little reactivity to light.
[실험예 2][Experimental Example 2]
상기 실시예에서 제조된 광 뉴로모픽 소자의 조사된 광의 파장에 따른 광전특성을 비교하였다. 광원의 폭 100 ms, 광펄스 60 개로 광을 조사하였다.The photoelectric characteristics according to the wavelength of the irradiated light of the optical neuromorphic device manufactured in the above example were compared. The light was irradiated with a width of 100 ms and 60 light pulses.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.5 is a graph of photoelectric characteristics of a neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 6 은 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.6 is a graph showing the photoelectric characteristics of the neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.7 is a graph of photoelectric characteristics of a neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 소자의 광전 특성에 대한 그래프이다.8 is a graph of photoelectric characteristics of a neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 5 는 적색광(640 nm), 도 6 은 녹색광(520 nm), 도 7 은 청색광(465 nm), 도 8 은 자외선(400 nm) 을 조사한 것이다.5 is red light (640 nm), FIG. 6 is green light (520 nm), FIG. 7 is blue light (465 nm), and FIG. 8 is ultraviolet light (400 nm).
도 5 내지 8 을 참조하면, Y 축의 PSC는 광 조사 전 전류값을 0으로 하였을 때, 광 조사에 의해 증가한 전류값이다. 그래프에서 확인할 수 있듯, 에너지가 비교적 작은 적색광과 녹색광을 받은 경우 광 조사에 의해 전자-정공 쌍의 생성을 충분히 유도할 수 없는 파장을 가지고 있으므로 비교적 적은 양의 전류값이 상승한다. 하지만 비교적 에너지가 높은 청색광, 특히 UV 의 경우 광 반응층 (IGZO layer) 에서 전자-정공 쌍을 다량 형성시켜 높은 PSC current 값을 보인다. 이를 통해, 조사하는 광의 종류 (파장 대 별)를 조절하여 디바이스의 PSC 변화량을 제어할 수 있고, 이를 이용하여 기억 정도와 같은 다양한 뉴로모픽 소자에 적용이 가능하다는 것을 알 수 있다.5 to 8 , the Y-axis PSC is a current value increased by light irradiation when the current value before light irradiation is set to 0. As can be seen from the graph, when red light and green light having relatively low energy are received, since they have a wavelength that cannot sufficiently induce the generation of electron-hole pairs by light irradiation, a relatively small amount of current increases. However, in the case of relatively high-energy blue light, especially UV, a large amount of electron-hole pairs are formed in the photoreactive layer (IGZO layer), resulting in a high PSC current value. Through this, it is possible to control the amount of change in the PSC of the device by adjusting the type of irradiated light (by wavelength vs. each), and it can be seen that it can be applied to various neuromorphic devices such as memory level using this.
[실험예 3][Experimental Example 3]
상기 실시예에서 제조된 광 뉴로모픽 소자의 "기억"능력을 확인하기 위하여 폭이 100 ms인 광 펄스를 가한 후 제거하여 시간에 따른 광전 특성을 확인하였다. In order to check the "memory" ability of the optical neuromorphic device manufactured in the above example, a light pulse having a width of 100 ms was applied and then removed to check the photoelectric characteristics according to time.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 기억 능력을 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing the memory capacity of the optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
구체적으로, 도 9 는 주파수가 0.5 Hz 인 광 펄스 10 개를 연속적으로 가한 후 제거한 결과로서 단기기억 기능이 구현됨을 확인할 수 있다.Specifically, in FIG. 9 , it can be confirmed that the short-term memory function is implemented as a result of continuously adding and removing 10 optical pulses having a frequency of 0.5 Hz.
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 메모리 기능을 나타낸 그래프이다. 10 is a graph illustrating a memory function of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
구체적으로, 도 10 은 주파수가 6 Hz 인 광 펄스 120 개를 연속적으로 가한 후 제거한 결과로서 장기기억 기능이 구현됨을 확인할 수 있다.Specifically, in FIG. 10 , it can be confirmed that the long-term memory function is implemented as a result of continuously adding and removing 120 optical pulses having a frequency of 6 Hz.
도 9 및 도 10 을 참조하면, 같은 시간 동안 조사된 빛의 양 및 빈도에 따라 시냅스의 연결 강도가 조절된다는 것을 알 수 있다. 도 9 에서와 같이 광 조사의 빈도가 낮을 경우 전류 변화량이 높게 유지되지 못하고, 도 10 에서와 같이 광 조사의 빈도가 높을 경우 전류 변화량이 높게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본원에 따른 광 뉴로모픽 소자는 생체의 단기기억(short-term memory, STM) 및 장기기억(long-term memory, LTM) 원리와 유사하게 단시간에 높은 빈도의 강한 신호가 주어질 경우 장기기억이 유도됨을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 9 and 10 , it can be seen that the synaptic connection strength is controlled according to the amount and frequency of light irradiated for the same time. As shown in FIG. 9 , when the frequency of light irradiation is low, the amount of current change cannot be maintained high, and when the frequency of light irradiation is high as in FIG. 10 , it can be confirmed that the amount of current change is maintained high. Through this, the optical neuromorphic device according to the present application is similar to the principle of short-term memory (STM) and long-term memory (LTM) of a living body when a strong signal of high frequency is given in a short time. It can be seen that the memory is induced.
[실험예 4][Experimental Example 4]
상기 실시예에서 제조된 광 뉴로모픽 소자의 대칭적 발화 시간 기반 가소성(Symmetric STDP) 특성을 확인하였다.Symmetric STDP (Symmetric STDP) characteristics of the optical neuromorphic device manufactured in the above example were confirmed.
도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 광 뉴로모픽 소자의 대칭적 발화 시간 기반 가소성과 관련한 그래프이다.11 is a graph related to symmetric firing time-based plasticity of an optical neuromorphic device according to an embodiment of the present application.
도 11 을 참조하면, x 축은 광 뉴로모픽 소자에 가해진 광 신호 1 과 광 신호 2 사이의 시간 간격 (△t) 으로서, △t 를 조절하여 전류의 흐름을 제어할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 광 뉴로모픽 소자는 대칭적 발화 시간 기반 가소성(Symmetric STDP) 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11 , the x-axis is the time interval (Δt) between
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.
100: 하부 전극
200: 광 활성층
300: 상부 전극100: lower electrode
200: photoactive layer
300: upper electrode
Claims (14)
상기 하부 전극 상에 형성된 광 활성층; 및
상기 광 활성층 상에 형성된 상부 전극;
을 포함하고,
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극은 서로 교차되어 크로스 바(cross-bar) 구조를 형성하고,
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 하나 이상은 투명 전극을 포함하는 것이며,
상기 광 활성층이 광 조사에 의해 광자를 흡수하여 전기 전도성이 변하게 되어 작동하는 것이고,
상기 하부 전극 및 상기 광 활성층 사이 또는 상기 상부 전극 및 상기 광 활성층 사이에 절연층을 추가 포함하는 것인,
광 뉴로모픽 소자.
lower electrode;
a photoactive layer formed on the lower electrode; and
an upper electrode formed on the photoactive layer;
including,
The lower electrode and the upper electrode cross each other to form a cross-bar structure,
At least one of the lower electrode and the upper electrode is to include a transparent electrode,
The photoactive layer absorbs photons by light irradiation to change electrical conductivity and works,
Which further comprises an insulating layer between the lower electrode and the photoactive layer or between the upper electrode and the photoactive layer,
Optical neuromorphic device.
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극이 형성하고 있는 교차점 상에 광 활성층이 형성된 것인, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
An optical neuromorphic device, wherein a photoactive layer is formed on the intersection of the lower electrode and the upper electrode.
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극을 각각 2 개 이상 포함하여 어레이 구조를 형성하는 것인, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
An optical neuromorphic device comprising two or more of each of the lower electrode and the upper electrode to form an array structure.
상기 광 활성층은 IGZO, IZO. ITZO, HIZO, ITO, InP, InGaP, ZTO, ZnO, TIZO, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, a-Si, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
The photoactive layer is IGZO, IZO. group consisting of ITZO, HIZO, ITO, InP, InGaP, ZTO, ZnO, TIZO, ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , a-Si, and combinations thereof Including those selected from, optical neuromorphic device.
상기 광 활성층은 산소 공공(oxygen vacancy)를 포함하는 것인, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
The photoactive layer will include an oxygen vacancy (oxygen vacancy), an optical neuromorphic device.
상기 광 활성층은 1 eV 내지 4 eV 의 밴드갭을 가지는 것인, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
The photoactive layer will have a bandgap of 1 eV to 4 eV, an optical neuromorphic device.
상기 절연층은 Al2O3, SiO2, SiON, Si3N4, SiC, ZrO2, AlN, Fe2O3, ZnO, MgF2, Ta2O5, TaO, BN, BST, PZT, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
The insulating layer is Al 2 O 3 , SiO 2 , SiON, Si 3 N 4 , SiC, ZrO 2 , AlN, Fe 2 O 3 , ZnO, MgF 2 , Ta 2 O 5 , TaO , BN, BST, PZT, and An optical neuromorphic device comprising one selected from the group consisting of combinations thereof.
상기 투명 전극은 ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO, In4Sn3O12, Zn(1-x)MgxO(0≤x≤1), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
The transparent electrode is ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO, In 4 Sn 3 O 12 , Zn ( 1-x) Mg x O (0≤x≤1), and combinations thereof The optical neuromorphic device comprising one selected from the group consisting of.
상기 투명 전극을 향하여 배치된 광원을 추가 포함하는 것인, 광 뉴로모픽 소자.
The method of claim 1,
The optical neuromorphic device further comprising a light source disposed toward the transparent electrode.
상기 광 활성층 상에, 상기 하부 전극과 교차되어 크로스 바(cross-bar) 구조를 형성하는 상부 전극을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 하부 전극 및 상기 광 활성층 사이 또는 상기 상부 전극 및 상기 광 활성층 사이에 절연층을 형성하는 단계를 추가 포함하는 것인,
광 뉴로모픽 소자의 제조 방법.
forming a photoactive layer on the lower electrode; and
forming an upper electrode crossing the lower electrode on the photoactive layer to form a cross-bar structure;
including,
Further comprising the step of forming an insulating layer between the lower electrode and the photoactive layer or between the upper electrode and the photoactive layer,
A method of manufacturing an optical neuromorphic device.
상기 광 활성층은 졸-겔(sol-gel)법에 의해 형성되는 것인, 광 뉴로모픽 소자의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The photoactive layer is formed by a sol-gel (sol-gel) method, the method of manufacturing an optical neuromorphic device.
상기 광 활성층은 진공 분위기에서 열처리하여 형성되는 것인, 광 뉴로모픽 소자의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The photoactive layer is formed by heat treatment in a vacuum atmosphere, the method of manufacturing an optical neuromorphic device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200025455A KR102418176B1 (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Photo-neuromorphic device, preparing method of the same, and artificial neural network including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200025455A KR102418176B1 (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Photo-neuromorphic device, preparing method of the same, and artificial neural network including the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210110041A KR20210110041A (en) | 2021-09-07 |
KR102418176B1 true KR102418176B1 (en) | 2022-07-06 |
Family
ID=77797181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200025455A KR102418176B1 (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Photo-neuromorphic device, preparing method of the same, and artificial neural network including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102418176B1 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100946249B1 (en) * | 2008-07-01 | 2010-03-08 | 이헌 | Method for fabricating transparent conducting oxide electrode with high transmittance |
KR101956794B1 (en) * | 2012-09-20 | 2019-03-13 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Resistance variable memory device and method for fabricating the same |
KR102117658B1 (en) * | 2018-04-05 | 2020-06-01 | 광운대학교 산학협력단 | Memristor Applicable to Neuromorphic System and Method of Manufacturing Memristor Consisting of Metal-oxide Films Fabricated by Solution Process |
KR102082697B1 (en) * | 2018-05-10 | 2020-05-22 | 연세대학교 산학협력단 | Oxide semiconductor thin film photo transistor and method of manufacturing the same |
KR102097055B1 (en) * | 2018-05-28 | 2020-04-06 | 서울대학교 산학협력단 | Reconfigurable neuromorphic device |
-
2020
- 2020-02-28 KR KR1020200025455A patent/KR102418176B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Kuk-Hwan Kim et al. A Functional Hybrid Memristor Crossbar-Array/CMOS System for Data Storage and Neuromorphic Applications. 2011. 공개 |
Mohit Kumar et al. All-Oxide-Based Highly Transparent Photonic Synapse for Neuromorphic Computing, ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 40, 34370-34376* |
Qingzhou Wan, et. al., "Emerging Artificial Synaptic Devices for Neuromorphic Computing", 2019.03.06. 공개 |
이진우. 비정질 IGZO를 이용한 Pt/IGZO/TaOx/W 구조를 가진 저항 변화 메모리의 특성 연구. 2013 공개 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210110041A (en) | 2021-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109037388B (en) | Light-operated nerve synapse bionic electronic device and preparation method thereof | |
KR102117658B1 (en) | Memristor Applicable to Neuromorphic System and Method of Manufacturing Memristor Consisting of Metal-oxide Films Fabricated by Solution Process | |
Chen et al. | Optoelectronic artificial synapses based on β-Ga2O3 films by RF magnetron sputtering | |
CN113629187B (en) | Photoelectric nerve synapse memristor | |
Ke et al. | BCM learning rules emulated by a-IGZO-based photoelectronic neuromorphic transistors | |
KR102418176B1 (en) | Photo-neuromorphic device, preparing method of the same, and artificial neural network including the same | |
Huang et al. | Multifunctional optoelectronic synapses based on arrayed MoS2 monolayers emulating human association memory | |
CN112436092B (en) | Double-end photoelectric artificial synapse device and preparation method and application thereof | |
Zhang et al. | A perovskite-based artificial photonic synapse with visible light modulation and ultralow current for neuromorphic computing | |
Ni et al. | E-Synapse Based on Lead-Free Organic Halide Perovskite (CH 3 NH 3) 3 Sb 2 Cl 9 for Neuromorphic Computing | |
Fang et al. | Two-terminal photoelectric dual modulation synaptic devices for face recognition | |
CN111525027A (en) | Method for reversibly regulating and controlling conductance of memristor by using optical signal | |
CN115117177A (en) | Neuromorphic photoelectric sensor and preparation and regulation method thereof | |
Shang et al. | ZnO photoconductive synaptic devices for neuromorphic computing | |
CN112563414B (en) | Analog all-carbon-based memristor synapse device and preparation method thereof | |
CN113675223B (en) | Photoelectric synaptic device and application thereof | |
CN113675291B (en) | Double-layer silicon-based photoelectric synapse device based on Schottky contact and preparation method | |
CN113224236B (en) | Transparent double-layer-structure memristor and preparation method thereof | |
KR102198720B1 (en) | Neuromorphic Photodetector and Manufacturing Method thereof | |
KR102665458B1 (en) | Photo-transistor and method of manufacturing the same | |
KR102198721B1 (en) | Transparent Photonic Artificial Synapse and Manufacturing Method thereof | |
KR102635588B1 (en) | Bidirectionally trainable neuromorphic device based on wavelength and method of manufacturing the same | |
KR102658687B1 (en) | Oxide double layer-based optoelectronic synapse device and manufacturing method thereof | |
CN115332446A (en) | Intrinsic ion gate metal halide perovskite diode and preparation method thereof | |
CN115020589A (en) | Multifunctional silicon-based photoelectric nerve synapse device and preparation method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |