KR20170034290A - Weighting device, neural network, and operating method of the weighting device - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a weighting device capable of driving at low voltage and implementing a multi-level, a neural network, and an operating method thereof. The weighting device comprises: a switching layer capable of being switched in a high resistance state and a low resistance state according to voltage application; and a charge capture material layer for capturing or emitting a charge in accordance with the resistance state of the switching layer. The weighting device can be used for controlling a weighting value on the neural network.

Description

가중치 소자, 뉴럴 네트워크, 및 가중치 소자의 동작 방법{Weighting device, neural network, and operating method of the weighting device}[0001] The present invention relates to a weighting device, a neural network, and a method of operating the weighting device,

본 개시는 멀티레벨의 가중치를 구현할 수 있는 가중치 소자, 뉴럴 네트워크, 및 가중치 소자의 동작 방법 에 관한 것이다.The present disclosure relates to a weighting element, a neural network, and a method of operation of a weighting element capable of implementing multi-level weights.

뇌에는 수천억 개의 뉴런이 존재하며, 서로 복잡하게 연결되어 신경망을 구성한다. 이러한 뉴런들은 서로 다른 뉴런과 신호를 주고 받을 수 있는 시냅스를 가져 학습, 기억 등의 역할을 수행할 수 있다. 시냅스는 뉴런 사이의 접합부를 가르치는 것으로 신호가 전달되는 프리-시냅스의 축색 돌기와 신호가 수신되는 포스트-시냅스의 수상 돌기가 연결된 접합부를 가리킨다. 일반적으로 하나의 뉴런은 다른 수천 개의 뉴런들과 시냅스를 가진다. 이러한 생물 신경망을 모사하기 위한 뉴로모픽 회로(Neuromorphic Network)의 개발이 시도되고 있다. 이러한 회로의 개발에 있어 신경 현상과 유사한 특성을 가지는 소자가 요구된다. 기존의 폰 노이만(Von Neuman) 구조의 전자계산을 이용하는 뉴럴 네트워크(Neural Network)가 제시되었는데 이 뉴럴 네트워크의 핵심소자는 가중치 소자(weighting device)로서 반복적인 입력신호에 의해 정보가 축적되는 기능을 갖는 소자가 요구된다.There are hundreds of billions of neurons in the brain, and they are connected together to form neural networks. These neurons have synapses that can send and receive signals to and from different neurons, which can serve as learning and memory. The synapse refers to the junction between neurons and the junction of the posterior synaptic dendrites to which the signal is received and the pre-synaptic axon protrusion to which the signal is transmitted. In general, one neuron has synapses with thousands of other neurons. Development of neuromorphic network to simulate such biological neural networks is attempted. In the development of such a circuit, a device having characteristics similar to neural phenomena is required. A neural network using electronic computation of the existing Von Neuman structure is presented. The key element of this neural network is a weighting device, which has the function of accumulating information by repetitive input signals Device is required.

저전압에서 구동가능하며 멀티레벨을 구현할 수 있는 가중치 소자, 뉴럴 네트워크, 및 가중치 소자의 동작 방법을 제공하고자 한다.A weight device capable of driving at a low voltage and capable of implementing a multi-level, a neural network, and a method of operating a weight device.

본 개시에 따른 가중치 소자는, 기판; 상기 기판 상에 서로 이격되게 배치되는 소스영역 및 공용영역과, 상기 소스영역과 전기적으로 연결되는 소스전극, 상기 소스영역과 상기 공용영역 사이에 위치하는 제 1 채널영역, 상기 제 1 채널영역 상에 마련되는 제 1 게이트 절연층, 상기 제 1 게이트 절연층 상에 마련되는 전하포획물질층, 상기 전하포획물질층 상에 마련되어 고저항 상태와 저저항 상태로 스위칭될 수 있는 스위칭 레이어, 상기 스위칭 레이어 상에 마련되는 제 1 게이트전극을 포함하며, 상기 전하포획물질층은 상기 제 1 게이트 절연층을 사이에 두고 상기 공용영역에서 상기 제 1 채널영역에 인접한 영역과 대면하는 제 1 트랜지스터; 및 상기 기판 상에서 상기 공용영역에 이격되어 배치되는 드레인영역, 상기 드레인영역과 전기적으로 연결되는 드레인전극, 상기 공용영역과 상기 드레인영역 사이에 위치하는 제 2 채널영역, 상기 제 2 채널영역 상에 마련되는 제 2 게이트 절연층, 상기 제 2 게이트 절연층 상에 마련되는 제 2 게이트전극을 포함하며, 상기 공용영역을 소스로 삼는 제 2 트랜지스터;를 포함한다.The weighting device according to the present disclosure includes: a substrate; A source region electrically connected to the source region; a first channel region located between the source region and the common region; a second channel region located on the first channel region; A charge trapping material layer provided on the first gate insulating layer; a switching layer provided on the charge trapping material layer and capable of switching to a high resistance state and a low resistance state; Wherein the charge trapping material layer includes a first transistor facing the region adjacent to the first channel region in the shared region with the first gate insulating layer interposed therebetween; And a drain region electrically connected to the drain region, a second channel region located between the common region and the drain region, and a second channel region disposed on the second channel region. And a second transistor including a second gate insulating layer formed on the first gate insulating layer and a second gate electrode provided on the second gate insulating layer, the second transistor having the common region as a source.

상기 제 1 트랜지스터는, 상기 기판 상에 상기 소스영역과 접하여 배치되며, 상기 소스영역과 PN 다이오드 구조를 형성하는 누출방지영역을 더 포함하고, 상기 소스전극은, 상기 누출방지영역과 접할 수 있다.The first transistor may further include a leakage preventing region disposed in contact with the source region on the substrate and forming a PN diode structure with the source region, and the source electrode may be in contact with the leakage preventing region.

상기 누출방지영역은, 상기 소스전극과 접하는 면적 외에는 상기 소스영역에 둘러싸일 수 있다.The leakage preventing region may be surrounded by the source region other than an area in contact with the source electrode.

상기 제 1 채널영역과 상기 제 2 채널영역은 서로 반대의 도전성을 가질 수 있다.The first channel region and the second channel region may have conductivity opposite to each other.

상기 제 1 트랜지스터는, 상기 기판에서 상기 소스영역, 상기 제 1 채널영역, 및 상기 공용영역을 감싸며 상기 제 2 채널영역과 반대의 도전성을 가지는 우물을 더 포함할 수 있다. The first transistor may further include a well surrounding the source region, the first channel region, and the common region in the substrate and having a conductivity opposite to the second channel region.

상기 제 1 게이트전극과 상기 소스전극은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.The first gate electrode and the source electrode may be electrically connected to each other.

상기 제 1 게이트 절연층 및 상기 기판을 사이에 두고 상기 전하포획물질층과 대면되는 부스팅전극을 더 포함할 수 있다.And a boosting electrode facing the charge trapping material layer with the first gate insulating layer and the substrate interposed therebetween.

상기 스위칭 레이어는, 전압 인가에 따라 전도성 나노 필라멘트가 형성되어, 상기 저저항 상태로 스위칭될 수 있는 나노 필라멘터리 물질을 포함할 수 있다.The switching layer may include a nanofilament material that can be switched to the low resistance state by forming a conductive nanofilament according to voltage application.

상기 스위칭 레이어는, PN 다이오드층을 포함할 수 있다.The switching layer may include a PN diode layer.

본 개시에 따른 가중치 소자의 동작방법에 있어서, 상기 제 2 게이트전극에 선택전압을 인가하여 상기 제 2 채널영역이 열리는 단계; 상기 드레인전극에 쓰기전압을 인가하는 단계; 및 상기 제 1 게이트전극을 접지시키는 단계;를 포함하고, 상기 쓰기전압에 의해 상기 제 1 게이트전극을 통해 전하가 상기 전하포획물질층에 유입되어 상기 전하포획물질층에 정보를 기록할 수 있다.The method of claim 1, further comprising: applying a selection voltage to the second gate electrode to open the second channel region; Applying a write voltage to the drain electrode; And grounding the first gate electrode, wherein charge can flow into the charge trapping material layer through the first gate electrode by the write voltage to record information in the charge trapping material layer.

또는, 상기 제 2 게이트전극에 선택전압을 인가하여 상기 제 2 채널영역이 열리는 단계; 상기 제 1 게이트전극에 지우기전압을 인가하는 단계; 및 상기 드레인전극을 접지시키는 단계;를 포함하고, 상기 지우기전압에 의해 상기 전하포획물질층에 포획된 전하를 제거하여 정보를 지울 수 있다.Alternatively, the second channel region may be opened by applying a selection voltage to the second gate electrode. Applying a erase voltage to the first gate electrode; And grounding the drain electrode, wherein the charge trapped in the charge trapping material layer is removed by the erase voltage to erase the information.

또는, 상기 제 2 게이트전극에 선택전압을 인가하여 상기 제 2 채널영역이 열리는 단계; 상기 소스전극에 읽기전압을 인가하는 단계; 및 상기 드레인전극에서 측정전류를 측정하여, 상기 전하포획물질층에 포획된 전하량을 읽는 단계;를 포함할 수 있다.Alternatively, the second channel region may be opened by applying a selection voltage to the second gate electrode. Applying a read voltage to the source electrode; And And measuring the measured current at the drain electrode to read the amount of charge trapped in the charge trapping material layer.

상기 쓰기전압을 인가하는 단계는, 펄스 전압을 상기 드레인전극에 인가하여 가중치를 반영하는 단계;를 포함하고, 상기 가중치의 반영은 상기 펄스 전압의 인가 회수로 조절할 수 있다.The step of applying the write voltage may include applying a pulse voltage to the drain electrode to reflect the weight, and the weighting may be adjusted by applying the pulse voltage.

상기 지우기전압을 인가하는 단계는, 펄스 전압을 상기 제 1 게이트전극에 인가하여 가중치를 반영하는 단계;를 포함하고, 상기 가중치의 반영은 상기 펄스 전압의 인가 회수로 조절할 수 있다.The step of applying the erase voltage may include applying a pulse voltage to the first gate electrode to reflect the weight, and the weighting may be adjusted by applying the pulse voltage.

본 개시에 따른 뉴럴 네트워크는 상술한 복수의 가중치 소자; 및 상기 복수의 가중치 소자에 인가하는 게이트 전압을 선택적으로 스위칭하는 복수의 뉴런 트랜지스터;를 포함할 수 있다.The neural network according to the present disclosure A plurality of weighting elements described above; And a plurality of neuron transistors for selectively switching a gate voltage applied to the plurality of weight elements.

상기 복수의 뉴런 트랜지스터가 2차원 배열되고, 상기 복수의 뉴런 트랜지스터의 드레인전극은 상기 복수의 가중치 소자의 제 1 게이트전극에 각각 연결되며, 동일 열에 위치하는 뉴런 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되어 선택전압을 인가할 수 있는 선택선; 및 동일 행에 위치하는 뉴런 트랜지스터의 소스전극에 연결되어 입력전압을 인가할 수 있는 입력선;을 더 포함할 수 있다.Wherein the plurality of neuron transistors are two-dimensionally arranged, A drain electrode of the plurality of neuron transistors being connected to a first gate electrode of the plurality of weight elements and connected to a gate electrode of a neuron transistor located in the same column to apply a selection voltage; And And an input line connected to the source electrode of the neuron transistor located in the same row to apply the input voltage.

상기 복수의 가중치 소자가 1차원 배열 또는 2차원 배열될 수 있다.The plurality of weight elements may be arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

본 개시에 따른 뉴럴 네트워크의 동작방법에 있어서, 상기 복수의 뉴런 트랜지스터를 통해 입력되는 입력 정보와 상기 복수의 가중치 소자를 통해 출력되는 출력 정보를 미리 정하고, 그에 부합하는 뉴럴 네트워크의 가중치 값을 결정하는 통제 학습식(supervised learning) 일 수 있다.In the method of operating a neural network according to the present disclosure, input information input through the plurality of neuron transistors and output information output through the plurality of weight elements are predetermined, and a weight value of the neural network corresponding thereto is determined May be supervised learning.

또는, 뉴런 트랜지스터를 통해 입력되는 입력 정보에 따라 뉴럴 네트워크의 가중치 값이 자율적으로 결정되도록 하는 비통제 학습식(unsupervised learning) 일 수 있다.Alternatively, it may be an unsupervised learning method in which the weight value of the neural network is autonomously determined according to input information input through the neuron transistor.

다른 실시예에 따른 가중치 소자는, 제 3 게이트 전극, 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비하는 제 3 트랜지스터; 상기 제 3 트랜지스터와 상기 제 2 전극을 공유하며, 제 4 게이트 전극, 제 3 전극을 구비하는 제 4 트랜지스터; 제 5 게이트 전극, 제 4 전극을 구비하고 공용영역을 드레인으로 삼는 제 5 트랜지스터; 제 6 게이트 전극, 제 5 전극을 구비하며 상기 공용영역을 소스로 삼는 제 6 트랜지스터; 상기 제 1 전극 및 상기 제 3 전극 상에 형성되며 고저항 상태와 저저항 상태로 스위칭될 수 있는 스위칭 레이어; 상기 스위칭 레이어 상에 위치하며, 상기 스위칭 레이어의 저항 상태에 따라, 전하를 포획 또는 방출하는 전하포획물질층; 및 상기 전하포획물질층과 상기 제 6 게이트 전극을 연결하는 인터커넥트;를 포함할 수 있다.The weighting device according to another embodiment includes a third transistor having a third gate electrode, a first electrode, and a second electrode; A fourth transistor sharing the third transistor and the second electrode, the fourth transistor including a fourth gate electrode and a third electrode; A fifth transistor having a fifth gate electrode, a fourth electrode, and a common region as a drain; A sixth transistor having a sixth gate electrode, a fifth electrode and serving as the source region; A switching layer formed on the first electrode and the third electrode, the switching layer being switchable between a high resistance state and a low resistance state; A charge trapping material layer located on the switching layer, the charge trapping material layer capturing or discharging charge according to a resistance state of the switching layer; And an interconnect interconnecting the charge trapping material layer and the sixth gate electrode.

개시된 실시예들에 따르면 멀티레벨 특성을 가지는 가중치 소자를 구현할 수 있다. 개시된 실시예들에 따르면 저전압으로 동작될 수 있는 가중치 소자를 구현할 수 있다. According to the disclosed embodiments, a weight element having multi-level characteristics can be implemented. According to the disclosed embodiments, it is possible to implement a weighting device which can be operated at a low voltage.

개시된 실시예들에 따르면 4 터미널 가중치 소자는 읽기, 쓰기, 지우기의 동작을 수행할 수 있다. According to the disclosed embodiments, the 4 terminal weight element can perform the operations of read, write, and erase.

개시된 실시예들에 따르면 3 터미널 가중치 소자는 4 터미널 가중치 소자의 변형 예로 소스전극으로의 전류 누출을 방지 할 수 있다. According to the disclosed embodiments, the 3-terminal weight element is a modification of the 4-terminal weight element and can prevent current leakage to the source electrode.

개시된 실시예들에 따르면 6 터미널 가중치 소자는 상대적으로 큰 멀티레벨 특성을 가질 수 있다. According to the disclosed embodiments, the 6 terminal weight element may have a relatively large multilevel characteristic.

개시된 실시예들에 따르면 가중치 소자간의 연결을 통해 뉴럴 네트워크에 활용될 수 있다.And may be utilized in a neural network through a connection between weighting elements in accordance with the disclosed embodiments.

도 1은 일 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 가중치 소자의 쓰기동작을 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1의 가중치 소자의 지우기 동작을 보여주는 단면도이다.
도 4a내지 도 4c는 도 1의 가중치 소자의 읽기 동작을 보여주는 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다.
도 8은 도 7의 가중치 소자의 쓰기 동작을 보여주는 단면도이다.
도 9는 도 7의 가중치 소자의 지우기 동작을 보여주는 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 가중치 소자의 가중치를 조절하기 위한 동작 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다.
도 14는 도 13에 따른 PN 다이오드층의 인가 전압 대비 전류 곡선을 나타내는 도면이다.
도 15a 내지 15d는 또 다른 가중치 소자와 그의 동작방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 뉴럴 네트워크의 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다. 
도 17a 내지 17c는 뉴럴 네트워크 상에서 가중치 소자의 구동방법을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 18a 내지 18c는 복수 열의 시냅스와 단수 열의 퍼셉트론으로 구성된 뉴럴 네트워크의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 뉴럴 네트워크를 이용한 학습에 관한 도면이다.
도 20은 통제 학습에 관한 그래프이다.
도 21은 비통제 학습에 관한 그래프이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a weight device according to one embodiment.
2 is a cross-sectional view illustrating a write operation of the weight element of FIG.
3 is a cross-sectional view showing the erasing operation of the weight element of FIG.
4A to 4C are cross-sectional views illustrating the read operation of the weighting device of FIG.
5 is a cross-sectional view showing a weight device according to another embodiment.
6 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment.
7 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment.
8 is a cross-sectional view showing a write operation of the weight element of FIG.
9 is a cross-sectional view showing the erasing operation of the weighting element of FIG.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing an operation method for adjusting a weight value of a weight element.
11 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment.
12 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment.
13 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment.
14 is a graph showing a current curve of the PN diode layer according to the applied voltage according to FIG.
15A to 15D are diagrams schematically showing another weighting element and a method of operating the same.
16 is a diagram schematically showing the principle of a neural network.
17A to 17C are schematic diagrams showing a method of driving a weight element on a neural network.
18A to 18C schematically illustrate the operation of a neural network composed of a plurality of columns of synapses and a single row of perceptrons.
19 is a diagram for learning using a neural network.
20 is a graph relating to the control learning.
21 is a graph relating to uncontrolled learning.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 동일 참조 부호에 대한 설명은 중복되는 범위 내에서 생략될 수 있다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described hereinafter with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification, and the size and thickness of each element in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. The description of the same reference numerals can be omitted within the overlapping range.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The terms used in this specification will be briefly described and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, without departing from the spirit or scope of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는 4 터미널을 가지는 가중치 소자로 이해될 수 있다. 신경과학(neuroscience)이나 컴퓨터공학(computer science)에서 가중치는 두 노드(node)간의 연결의 강도나 세기를 의미한다. 특히 뉴럴 네트워크에 있어서 가중치는 일 뉴런과 연결된 복수 개의 뉴런에 전달하는 신호의 강도를 의미할 수 있다. 수학적으로는 전-뉴런에서의 입력값을 x, 후-뉴런에서의 출력값을 y라 하고, 전-뉴런과 후-뉴런의 가중치 행렬값을 wij라 할 때, x, y, wij 간에는 다음과 같은 수학식이 성립할 수 있다.1 is a cross-sectional view illustrating a weight device according to an embodiment of the present invention. The weighting device according to the present embodiment can be understood as a weighting device having four terminals. In neuroscience or computer science, weights refer to strength or strength of connections between two nodes. Particularly, in a neural network, the weight may mean the intensity of a signal transmitted to a plurality of neurons connected to one neuron. Mathematically, when the input value in the pre-neuron is x, the output value in the post-neuron is y, and the weight matrix value of the pre-neuron and post-neuron is w ij , x, y, w ij The following equation can be established.

다음과 같은 수학식 1이 성립할 수 있다. The following Equation 1 can be established.

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1은 전-뉴런들의 입력값 x와 가중치 wij 의 곱의 합이 출력값 y 임을 의미한다.따라서, 복수의 뉴런이 복잡하게 얽힌 신경망에서 특정 입력 정보가 인가되면, 각각의 전-뉴런에 대응되는 가중치 값에 따라서 후-뉴런에 전달될 출력값이 달라질 수 있다. 이는 생명체의 신경전달 과정과 유사하다. 생명체의 전-뉴런에서 발생된 전기 펄스 신호는 시냅스에 도달하여 화학적인 과정을 일으킨다. 화학적 과정을 통해 형성되는 신경신호 전달물질은 후-뉴런으로 전달된다. 이때 전달되는 신경신호 전달물질의 양은 후-뉴런이 재차 전기 펄스 신호를 발생시킬 것인지를 결정하며, 따라서 신경신호 전달물질의 양은 가중치 wij에 대응할 수 있다. 가중치 소자란, 실제 신경망을 모사한 뉴럴 네트워크를 구성하는 소자로 가중치 값 wij 를 멀티레벨의 메모리로 저장하고 읽을 수 있는 소자일 수 있다. 가중치 소자는 트랜지스터 구조를 가질 수 있으며, 전하포획물질층(CL)과 문턱전압변환층(TL)을 포함 할 수 있다. 가중치 소자는 입력값으로 펄스 신호를 받아드릴 수 있다. 전하포획물질층(CL)은 입력되는 펄스 신호의 개수에 따라 다양한 값의 전하량을 저장할 수 있다. 스위칭 레이어(SL)는 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량의 누출을 방지할 수 있다. 자세한 내용은 이하 후술한다.Equation 1 means that the sum of the product of the input value x of the pre-neurons and the weight w ij is the output value y. Thus, when specific input information is applied in a complex neural network, The output value to be transmitted to the post-neuron may be changed according to the corresponding weight value. This is similar to the neurotransmission process of living organisms. Electric pulse signals generated in the pre-neurons of living organisms reach the synapses and cause chemical processes. The neurotransmitters that are formed through the chemical process are transferred to post-neurons. The amount of neurotransmitter material delivered at this time determines whether the post-neuron will again generate an electrical pulse signal, and thus the amount of neurotransmitter material may correspond to the weight wij . The weighting element may be a device that constitutes a neural network that simulates a real neural network, and may be a device capable of storing and reading the weight value wij in a multi-level memory. The weighting device may have a transistor structure and may include a charge trapping material layer CL and a threshold voltage converting layer TL. The weighting element can receive a pulse signal as an input value. The charge trapping material layer CL can store various amounts of charge depending on the number of input pulse signals. The switching layer SL can prevent leakage of the amount of charge trapped in the layer of charge trapping material CL. Details will be described later.

도1을 참조하면, 본 실시예에 따른 가중치 소자는 기판(SUB) 상에 마련될 수 있다. 기판(SUB)은 반도체 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(SUB)은 실리콘(Si) 등 족 원소를 포함할 수 있다. 가중치 소자는 제 1 트랜지스터(TR1)와 제 2 트랜지스터(TR2)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the weighting device according to the present embodiment may be provided on a substrate SUB. The substrate SUB may be a semiconductor substrate. For example, the substrate SUB may include group elements such as silicon (Si). The weighting element may include a first transistor TR1 and a second transistor TR2.

제 1 트랜지스터(TR1)는 소스전극(SE), 제 1 게이트전극(GE1)을 포함하고, 공용영역(SD)을 드레인으로 삼을 수 있다. 제 1 트랜지스터(TR1)는 가중치 값을 저장할 수 있는 전하포획층(M1)을 포함할 수 있다. 전하포획층(M1)은 전압 인가에 따라 고저항 상태와 저저항 상태로 스위칭될 수 있는 스위칭 레이어(SL)와, 스위칭 레이어(SL)의 저항 상태에 따라, 전하를 포획 또는 방출하는 전하포획물질층(CL)을 포함할 수 있다. The first transistor TR1 includes a source electrode SE and a first gate electrode GE1 and may serve as a drain region of the common region SD. The first transistor TR1 may include a charge trapping layer M1 capable of storing a weight value. The charge trapping layer M1 includes a switching layer SL which can be switched to a high resistance state and a low resistance state in response to a voltage application and a charge trapping material SL for trapping or releasing charges depending on the resistance state of the switching layer SL. Layer CL.

제 1 트랜지스터(TR1)은 제 1 채널영역(C1)을 포함할 수 있다. 제 1 트랜지스터(TR1)는 공핍형(depletion type) 일 수 있다. 공핍형인 제 1 트랜지스터(TR1)의 제 1 채널영역(C1)은 제 1 게이트전극(GE1)에 전압이 인가되지 않아도, 전기가 제 1 채널영역(C1)을 통해 흐를 수 있는 열린 상태를 가질 수 있다. 제 1 채널영역(C1)은 제 1 채널영역(C1) 상에 음의 전압이 인가되었을 때 전기가 흐를 수 없는 닫힌 상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 채널영역(C1) 상에 위치하는 전하포획물질층(CL)에 전하가 충분히 쌓이면, 전하로 인한 음의 전압이 제 1 채널영역(C1)에 인가되어, 제 1 채널영역(C1)은 닫힐 수 있다.The first transistor TR1 may include a first channel region C1. The first transistor TR1 may be a depletion type transistor. The first channel region C1 of the first transistor TR1 of the depletion type can have an open state in which electricity can flow through the first channel region C1 without applying a voltage to the first gate electrode GE1 have. The first channel region C1 may have a closed state in which electricity can not flow when a negative voltage is applied to the first channel region C1. For example, when a sufficient charge is accumulated in the layer of charge trapping material CL located on the first channel region C1, a negative voltage due to charge is applied to the first channel region C1, (C1) can be closed.

제 2 트랜지스터(TR2)는 제 2 게이트전극(GE2)와 드레인전극(DE)을 포함하고, 공용영역(SD)을 소스로 삼을 수 있다. 제 1 트랜지스터(TR1)는 공용영역(SD)을 드레인으로 삼을 수 있으며, 동시에 제 2 트랜지스터(TR2)는 공용영역(SD)을 소스로 삼을 수 있다. 기판(SUB)은 서로 이격된 소스영역(S1) 및 공용영역(SD)을 포함할 수 있다. 제 1 채널영역(C1)은 소스영역(S1)과 공용영역(SD) 사이에 마련될 수 있다. The second transistor TR2 includes the second gate electrode GE2 and the drain electrode DE, and can use the common region SD as a source. The first transistor TR1 may serve as a drain region and the second transistor TR2 may serve as a source region SD. The substrate SUB may include a source region S1 and a common region SD which are spaced apart from each other. The first channel region C1 may be provided between the source region S1 and the common region SD.

제 2 트랜지스터(TR2)는 제 2 채널영역(C2)을 포함할 수 있다. 제 2 채널영역(C2)는 공용영역(SD)과 드레인영역(D1) 사이에 마련될 수 있다. 제 2 채널영역(C2)은 증가형(enhancement type)일 수 있다. 증가형인 제 2 트랜지스터의 제 2 채널영역(C2)은 제 2 게이트전극(GE2)에 전압이 인가될 때 전기가 제 2 채널영역(C2)을 통해 흐를 수 있는 열린 상태를 가질 수 있다. 제 2 채널영역(C2)은 전압이 인가되지 않으면 전기가 제 2 채널영역(C2)을 통해 흐를 수 없는 닫힌 상태를 가질 수 있다. The second transistor TR2 may include a second channel region C2. The second channel region C2 may be provided between the common region SD and the drain region D1. The second channel region C2 may be an enhancement type. The second channel region C2 of the second transistor of increased type can have an open state in which electricity can flow through the second channel region C2 when a voltage is applied to the second gate electrode GE2. The second channel region C2 may have a closed state in which electricity can not flow through the second channel region C2 unless a voltage is applied.

기판(SUB) 상에 게이트절연층(Gate Oxide layer)(GO)이 마련될 수 있다. 게이트절연층(GO)은 기판(SUB)의 표면을 산화시켜 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(SUB)이 실리콘을 포함하면, 게이트절연층(GO)은 산화실리콘으로 형성될 수 있다. 게이트절연층(GO)은 버퍼층(Buffer layer)의 역할을 가질 수 있다. 게이트절연층(GO)은 제 1 트랜지스터(TR1)와 제 2 트랜지스터(TR2)의 각 게이트 전극과 채널영역을 절연시키는 절연층의 역할을 가질 수 있다. 예를 들어, 게이트절연층(GO)는 제 1 트랜지스터(TR1)의 제 1 채널영역(C1)과 전하포획층(M1)을 서로 절연하는 제 1 게이트 절연층(GO1)의 역할을 가질 수 있다. 예를 들어, 게이트절연층(GO)는 제 2 트랜지스터(TR2)의 제 2 채널영역(C2)과 제 2 게이트전극(GE2)을 서로 절연하는 제 2 게이트 절연층(GO2)의 역할을 가질 수 있다.기판(SUB)상에 형성되는 가중치 소자(100)는 NMOS형 또는 PMOS형일 수 있다. 예를 들어, NMOS형 가중치 소자(100)는 p형 도펀트로 도핑된 기판(SUB), n형 도펀트로 도핑된 소스영역(S1), 공용영역(SD), 드레인영역(D1)을 포함할 수 있다. PMOS 형 가중치 소자는 상술한 NMOS형과 반대의 도전성을 가지는 도펀트로 도핑 될 수 있다. 이러한 NMOS형과 PMOS형은 동작방법이 반대로 될 뿐으로, 기술적 특징이 상이하지 않다. 따라서, 본 실시예에서 NMOS형태의 가중치 소자를 개시하여도 이에 한정하는 것은 아니며 PMOS 형태를 포함할 수 있다. 또한 가중치 소자는 n 형 도펀트로 형성된 우물인 N-Well 또는 p형 도펀트로 형성된 우물인P-Well 을 포함할 수도 있으며, 자세한 내용은 후술한다.A gate oxide layer GO may be provided on the substrate SUB. The gate insulating layer GO can be formed by oxidizing the surface of the substrate SUB. For example, if the substrate SUB includes silicon, the gate insulating layer GO may be formed of silicon oxide. The gate insulating layer GO may have a role of a buffer layer. The gate insulating layer GO may serve as an insulating layer for insulating a channel region from each gate electrode of the first transistor TR1 and the second transistor TR2. For example, the gate insulating layer GO may serve as a first gate insulating layer GO1 for insulating the first channel region C1 of the first transistor TR1 from the charge trapping layer M1 . For example, the gate insulating layer GO may serve as a second gate insulating layer GO2 for insulating the second channel region C2 of the second transistor TR2 from the second gate electrode GE2 The weight element 100 formed on the substrate SUB may be of NMOS type or PMOS type. For example, the NMOS-type weight element 100 may include a substrate SUB doped with a p-type dopant, a source region S1 doped with an n-type dopant, a common region SD, and a drain region D1 have. The PMOS type weight element can be doped with a dopant having conductivity opposite to that of the NMOS type described above. The NMOS type and the PMOS type have only the opposite operation method, and the technical characteristics are not different. Therefore, although the NMOS type weight element is disclosed in the present embodiment, the present invention is not limited thereto and may include a PMOS type. The weighting device may also include an N-well, which is a well formed of an n-type dopant, or a P-well, which is a well formed of a p-type dopant.

전하포획층(M1)은 제 1 채널영역(C1) 및 제 1 채널영역(C1)에 인접한 공용영역(SD)의 일부 상에 형성되는 전하포획물질층(charge trap layer)(CL)과, 전하포획물질층(CL) 상에 형성되는 스위칭 레이어(switching layer)(SL)를 포함할 수 있다. The charge trapping layer M1 includes a charge trap layer CL formed on a portion of the first channel region C1 and the interface region SD adjacent to the first channel region C1, And a switching layer SL formed on the trapping material layer CL.

전하포획물질층(CL)의 일부 면은 공용영역(SD)의 일부 면과 제 1 게이트절연층(GO1)을 사이에 두고 대면할 수 있다. 자세한 내용은 도 2를 참조하여 후술한다. A part of the surface of the charge trapping material layer CL may face a part of the interface region SD and the first gate insulating layer GO1. Details will be described later with reference to Fig.

전하포획물질층(CL)을 구성하는 물질은 예를 들어, 실리콘 질화물(SixNy) 또는 다결정 실리콘(Polycrystalline silicon)을 포함할 수 있다. 또는, 전하포획물질층(CL)은, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 니켈, 백금, 로듐, 팔라듐 및 이리듐 등의 금속이나, 이들의 혼합물 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 또는, 전하포획물질층(CL)은 실리콘, 게르마늄, 실리콘과 게르마늄의 혼합물, Ⅲ-Ⅴ족 화합물(Ⅲ족의 Al, Ga, In 과 Ⅴ족의 P, As, Sb와의 조합) 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물(Ⅱ족의 Zn, Cd, Hg와 Ⅵ족의 O, S, Se, Te의 조합) 등의 반도체 재료로 형성될 수도 있다. 또는, 전하포획물질층(CL)은 알루미늄산화막(Al2O3), 하프늄산화막(HfO), 하프늄알루미늄산화막(HfAlO), 하퓨늄실리콘산화막(HfSiO) 등과 같이, 전하에 대한 포획 밀도가 높은 절연체로도 형성될 수 있다. The material constituting the charge trapping material layer CL may include, for example, silicon nitride (Si x N y ) or polycrystalline silicon. Alternatively, the charge trapping material layer CL may be formed of a metal such as tungsten, molybdenum, cobalt, nickel, platinum, rhodium, palladium and iridium, a mixture thereof, or an alloy thereof. Alternatively, the charge trapping material layer CL may be formed of a material selected from the group consisting of silicon, germanium, a mixture of silicon and germanium, a group III-V compound (a combination of Al, Ga, In and V of Group III, P, (A combination of O, S, Se, and Te of Group VI of Zn, Cd, Hg and Group VI). Alternatively, the charge trapping material layer CL may be formed of an insulator having a high trapping density for charges, such as an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ), a hafnium oxide film (HfO), a hafnium aluminum oxide film (HfAlO), a hafnium silicon oxide film (HfSiO) As shown in FIG.

전하포획물질층(CL)에 저장 가능한 최대 전하량은 전하포획물질층(CL)의 체적에 비례할 수 있다. 전하포획물질층(CL)은 전하 의 저장 여부에 따라서 바이너리 정보(binary information)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 전하가 저장된 때를 1, 저장되지 않은 때를 0 이라고 볼 수 있으며, 이를 통해 디지털 신호를 저장할 수 있다. 나아가, 저장된 전하량에 따라서 단계적으로 복수의 정보를 저장할 수 있는 멀티 레벨의 가중치 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 전하포획물질층(CL)에 전하가 최대로 저장된 때를 100%라고 할 때, 전하가 저장되지 않을 때를 0, 전하가 25% 저장된 때를 1으로, 전하가 50% 저장된 때를 2로, 전하가 75% 저장된 때를 3으로, 전하가 100% 저장된 때를 4로 볼 수 있다. 이러한 가중치 소자 하나는 4비트의 정보를 저장한 것으로 볼 수 있다. 저장되는 전하량을 세밀하게 분할할수록 더 많은 가중치를 한 소자에 저장할 수 있으나 오류가 많아질 수 있다. 전하포획물질층(CL)에 총 저장 가능한 전하량과 전하포획물질층(CL)의 체적은 서로 비례할 수 있다. 따라서 전하포획물질층(CL)의 체적이 커질 수록 더 많은 멀티레벨의 가중치를 구현할 수 있다. 멀티레벨은 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량에 따라 결정되므로, 전하포획물질층(CL)에 전압이 인가되지 않았을 때도 전하가 빠져나가지 않는 비휘발성을 가지도록 전하포획층(M1)은 스위칭 레이어(SL)를 포함할 수 있다. The maximum amount of charge that can be stored in the charge trapping material layer CL may be proportional to the volume of the charge trapping material layer CL. The charge trapping material layer CL can store binary information according to whether the charge is stored or not. For example, you can see 1 when the charge is stored and 0 when it is not, which allows you to store the digital signal. Further, it is possible to have a multi-level weight value capable of storing a plurality of information in stages in accordance with the stored charge amount. For example, assuming that the charge is stored in the charge trapping material layer CL at a maximum of 100%, it is assumed that 0 is stored when the charge is not stored, 1 is stored when the charge is 25%, and 50% 2, the charge is 75% stored as 3, and the charge is stored as 100%. One such weighting element can be regarded as storing 4 bits of information. The finer the division of the stored charge, the more weights can be stored in one device, but the more errors can occur. The total amount of charge storable in the charge trapping material layer CL and the volume of the charge trapping material layer CL may be proportional to each other. Therefore, as the volume of the charge trapping material layer CL increases, more multi-level weighting can be realized. Since the multilevel is determined according to the amount of charge trapped in the charge trapping material layer CL, the charge trapping layer M1 has a non-volatility such that even when no voltage is applied to the charge trapping material layer CL, And a switching layer (SL).

스위칭 레이어(SL)는 스위칭 레이어(SL)에 인가되는 전압에 따라 저항이 변하는 가변저항(variable resistance material) 성질을 가질 수 있다. 스위칭 레이어(SL)의 저항은 고 저항 상태와 저 저항 상태로 구분되며, 인가되는 전압에 따라 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 레이어(SL)는 인가되는 전압에 따라 저항의 크기가 비선형적으로 변화할 수 있으며, 특정 전압 이상이 인가될일 때, 저항 수치가 비선형적으로 낮아질 수 있다. 스위칭 레이어(SL)에 전압이 인가되지 않거나, 상술한 특정 전압보다 작은 전압이 인가되었을 때의 스위칭 레이어(SL)의 저항 상태를 고 저항 상태로 볼 수 있다. 또한, 상술한 특정 전압보다 높은 전압이 스위칭 레이어(SL)에 인가되어, 스위칭 레이어(SL)의 저항의 크기가 비선형적으로 낮아진 때의 저항 상태를 저 저항 상태로 볼 수 있다. 이러한 특정 전압은 문턱전압(threshold switching voltage)이라 부를 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 가중치 소자는 전하의 터널링 방법을 이용하지 않고도 전하를 전하포획물질층(CL)에 저장할 수 있기 때문에 소자의 반복 사용에 따른 계면상태의 열화현상을 방지 할 수 있다. The switching layer SL may have a variable resistance material property in which the resistance varies depending on the voltage applied to the switching layer SL. The resistance of the switching layer SL is divided into a high-resistance state and a low-resistance state, and can be switched according to an applied voltage. For example, the magnitude of the resistance of the switching layer SL may vary nonlinearly depending on the applied voltage, and when the specific voltage or higher is applied, the resistance value may be nonlinearly lowered. The resistance state of the switching layer SL when the voltage is not applied to the switching layer SL or when a voltage smaller than the specific voltage is applied is regarded as a high resistance state. Further, a voltage higher than the above-mentioned specific voltage is applied to the switching layer SL, and the resistance state when the magnitude of the resistance of the switching layer SL is non-linearly reduced can be regarded as a low resistance state. This particular voltage may be referred to as a threshold switching voltage. In addition, the weighting device according to the present embodiment can store charges in the charge trapping material layer CL without using the tunneling method of charges, so that deterioration of the interface state due to repeated use of the device can be prevented.

스위칭 레이어(SL)는 문턱전압 변환 물질로 형성될 수 있다. 문턱전압 변환 물질이란, 평상시에 고저항 상태를 유지하다가 문턱전압 변환 물질에 고유한 문턱전압 이상의 전압이 인가되는 동안에만 저저항 상태로 변화되고, 인가 전압이 제거되면 다시 고저항 상태로 환원되는 성질을 갖는 물질을 말한다. 이러한 물질로 이루어진 스위칭 레이어(SL)는 전압이 인가되지 않은 고저항 상태에서는 제1 게이트 전극(GE1)과 전하포획물질층(CL)간의 전하의 이동을 차단하다가, 문턱 전압 이상의 전압이 인가된 저저항 상태에서는 제1 게이트 전극(GE1)과 전하포획물질층(CL)간의 전하의 이동이 가능하도록 한다.The switching layer SL may be formed of a threshold voltage conversion material. The threshold voltage conversion material is a material that maintains a high resistance state at normal times, changes to a low resistance state only when a voltage equal to or higher than a threshold voltage inherent to the threshold voltage conversion material is applied, and is reduced to a high resistance state when the applied voltage is removed . The switching layer SL made of such a material blocks charge transfer between the first gate electrode GE1 and the charge trapping material layer CL in a high resistance state in which no voltage is applied, The charge transfer between the first gate electrode GE1 and the charge trapping material layer CL is made possible in the resistance state.

문턱전압 변환 물질은 예를 들어, 칼코게나이드(chalcogenide) 계열의 물질 또는 전이 금속 산화물(transition metal oxide)을 포함할 수 있다. 칼코게나이드 계열의 물질은 예를 들어, Mo, W, Nb, V, Ta, Ti, Zr, Hf, Tc, Re 중 적어도 하나의 전이금속과 S, Se, Te 중 적어도 하나의 칼코겐(chalcogen) 원소를 포함하여 형성될 수 있다. 전이 금속 산화물은 예를 들어, Ti 산화물, Ta 산화물, Ni 산화물, Zn 산화물, W 산화물, Co 산화물, Nb 산화물, TiNi 산화물, LiNi 산화물, InZn 산화물, V 산화물, SrZr 산화물, SrTi 산화물, Cr 산화물, Fe 산화물, Cu 산화물, Hf 산화물, Zr 산화물, Al 산화물 및 이들의 혼합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The threshold voltage conversion material may comprise, for example, a chalcogenide-based material or a transition metal oxide. The chalcogenide-based material may include at least one transition metal selected from Mo, W, Nb, V, Ta, Ti, Zr, Hf, Tc and Re and at least one chalcogen ) ≪ / RTI > elements. The transition metal oxide may be, for example, Ti oxide, Ta oxide, Ni oxide, Zn oxide, W oxide, Co oxide, Nb oxide, TiNi oxide, LiNi oxide, InZn oxide, V oxide, SrZr oxide, SrTi oxide, A Fe oxide, a Cu oxide, a Hf oxide, a Zr oxide, an Al oxide, and a mixture thereof.

스위칭 레이어(SL)는 나노 필라멘트(nano-filament)에 의해 저저항 상태가 형성되는 나노 필라멘터리(nano-filamentary) 물질을 포함할 수 있다. 자세한 내용은 도 12를 참조하여 후술한다.The switching layer SL may comprise a nano-filamentary material having a low resistance state formed by nano-filaments. Details will be described later with reference to FIG.

스위칭 레이어(SL)는 PN 다이오드로 형성될 수 있다. 자세한 내용은 도 13을 참조하여 후술한다.The switching layer SL may be formed of a PN diode. Details will be described later with reference to FIG.

본 실시예에 따른 가중치 소자는 4개의 터미널을 가질 수 있다. 각 터미널을 통해 가중치 소자의 동작을 조절할 수 있다. 이러한 전극은 소스전극(SE), 제 1 게이트전극(GE1), 제 2 게이트전극(GE2), 및 드레인전극(DE)을 포함할 수 있다. 소스전극(SE)은 소스영역(S1)과 연결된다. 드레인전극(DE)은 드레인영역(D1)과 연결된다. '연결'의 의미는 전기적 접촉의 의미를 포함할 수 있다. 전극은 전기 전도성이 높은 금속 재질, 예를 들어 Pd, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Mg, Al, W, Ti, Ir, Ni, Cr, Nd 또는 Cu 등의 재료를 사용할 수 있다. 이외에도 그래핀 또는 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide)와 같은 투명 도전성 금속 산화물을 사용할 수도 있다.The weighting device according to the present embodiment may have four terminals. The operation of the weight elements can be controlled through each terminal. Such an electrode may include a source electrode SE, a first gate electrode GE1, a second gate electrode GE2, and a drain electrode DE. The source electrode SE is connected to the source region S1. And the drain electrode DE is connected to the drain region D1. The meaning of 'connection' may include the meaning of electrical contact. The electrode may be made of a material having high electrical conductivity, for example, Pd, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Mg, Al, W, Ti, Ir, Ni, Cr, Nd or Cu. In addition, graphene, or a transparent conductive metal oxide such as ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), AZO (aluminum zinc oxide), or GZO (gallium zinc oxide) may be used.

4 터미널 가중치 소자의 각 전극에 전압을 인가하여 가중치 소자를 동작시킬 수 있다. 각 전극 별 동작을 이하에서 살피겠다. 이하에서 제 1 채널영역(C1)은 공핍형, 제 2 채널영역(C2)은 증가형인 것을 전제로 기술하나 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 채널영역(C1)은 공핍형 또는 증가형일 수 있으며, 제 2 채널영역(C2)은 공핍형 또는 증가형일 수 있다. 이러한 제 1 채널영역(C1) 및 제 2 채널영역(C2)이 공핍형인지 증가형인지 여부는 가중치 소자의 동작방법을 변경할 뿐 가중치 소자의 특성을 변경하는 것은 아닐 수 있다. A voltage can be applied to each electrode of the 4 terminal weight element to operate the weight element. The operation of each electrode will be described below. Hereinafter, the first channel region C1 is assumed to be a depletion type and the second channel region C2 is assumed to be an increase type, but the present invention is not limited thereto. The first channel region C1 may be a depletion type or an augment type, and the second channel region C2 may be a depletion type or an augment type. Whether the first channel region C1 and the second channel region C2 are a depletion mode or an augmentation type may change the operation method of the weight device, but may not change the characteristics of the weight device.

소스전극(SE)은 읽기 동작과 관련될 수 있다. 소스전극(SE)에 읽기전압이 인가되면, 측정전류(sensing current)는 제 1 채널영역(C1)을 통해 흐를 수 있다. 측정전류의 크기는 제 1 채널영역(C1) 상에 위치한 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하의 양에 따라 변화 될 수 있다. 예를 들어, 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하에 의한 전계에 의해 제 1 채널영역(C1)의 정공들이 끌려 올라오면, 제 1 채널영역(C1)을 따라 흐르는 전류의 양은 감소할 수 있다. 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하가 많을수록 제 1 채널영역(C1)을 따라 흐르는 전류의 양은 더욱 감소한다. 따라서, 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량은 측정전류의 크기에 따라 판단할 수 있다. 예를 들어, 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량은, 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하가 없을 때의 측정전류 값을 기준으로 할 때, 측정전류의 감소량으로부터 측정 될 수 있다. The source electrode SE may be associated with a read operation. When a read voltage is applied to the source electrode SE, a sensing current may flow through the first channel region C1. The magnitude of the measurement current can be varied according to the amount of charge trapped in the layer of charge trapping material CL located on the first channel region C1. For example, when the holes of the first channel region C1 are attracted by the electric field due to the charge trapped in the layer of charge trapping material CL, the amount of current flowing along the first channel region C1 may decrease have. The greater the amount of charge trapped in the charge trapping material layer CL, the more the amount of current flowing along the first channel region C1 is further reduced. Therefore, the amount of charge trapped in the charge trapping material layer CL can be determined according to the magnitude of the measurement current. For example, the amount of charge trapped in the layer of charge trapping material CL can be measured from the amount of decrease in the measured current based on the value of the measured current when there is no trapped charge in the layer of charge trapping material CL .

제 1 게이트전극(GE1)은 지우기 동작과 관련될 수 있다. 제 1 게이트전극(GE1)에 인가되는 지우기전압은 제 2 채널영역(C2)을 통해 공용영역(SD)에 전달될 수 있다. 지우기전압은 스위칭 레이어(SL), 전하포획물질층(CL) 및 게이트절연층(GO)에 분배될 수 있다. 스위칭 레이어(SL)에 인가되는 전압의 크기가 문턱전압을 넘으면, 전하포획물질층(CL)은 전하를 방출할 수 있다. 스위칭 레이어(SL)에 인가되는 전압의 크기가 문턱전압을 넘지 못하면 포획 전하포획물질층(CL)은 전하를 방출할 수 없다.The first gate electrode GE1 may be associated with a clearing operation. The erase voltage applied to the first gate electrode GE1 may be transferred to the common area SD through the second channel region C2. The erase voltage can be distributed to the switching layer (SL), the charge trapping material layer (CL) and the gate insulating layer (GO). When the voltage applied to the switching layer SL exceeds the threshold voltage, the charge trapping material layer CL can emit the charge. If the voltage applied to the switching layer SL does not exceed the threshold voltage, the trapped charge trapping material layer CL can not emit the charge.

제 2 게이트전극(GE2)은 가중치 소자의 선택과 관련될 수 있다. 제 2 게이트전극(GE2)에 일정 수준 이상의 선택 전압이 인가되면, 제 2 트랜지스터(TR2)의 제 2 채널영역(C2)이 열릴 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자의 쓰기, 지우기, 및 지우기 동작에 있어서 제 2 트랜지스터(TR2)의 제 2 채널영역(C2)은 열린 상태여야 하므로, 제 2 게이트전극(GE2)에 선택 전압이 인가되는지 여부는 가중치 소자의 선택 여부를 결정할 수 있다. The second gate electrode GE2 may be associated with the selection of the weight element. When a selection voltage higher than a certain level is applied to the second gate electrode GE2, the second channel region C2 of the second transistor TR2 can be opened. The second channel region C2 of the second transistor TR2 must be open in the write, erase, and erase operations of the weight element according to the present embodiment, so that the second gate electrode GE2 is applied with a selection voltage Whether or not to select a weighting element.

드레인전극(DE)은 쓰기 동작과 관련될 수 있다. 드레인전극(DE)은 쓰기전압이 인가될 수 있다. 드레인전극(DE)으로 인가된 쓰기전압은 스위칭 레이어(SL), 전하포획물질층(CL) 및 게이트절연층(GO)에 분배될 수 있다. 스위칭 레이어(SL)으로 분배되는 전압이 문턱전압 이상이면, 전하포획물질층(CL)은 전하를 포획할 수 있다. 스위칭 레이어(SL)에 분배되는 전압이 문턱전압 이하이면, 전하포획물질층(CL)은 전하를 포획할 수 없다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는, 전하포획물질층(CL)에 저장되는 전하량에 따라 멀티레벨의 메모리기능을 가질 수 있음은 상술한 바와 같다.The drain electrode DE may be associated with a write operation. The drain electrode DE may be applied with a write voltage. The write voltage applied to the drain electrode DE can be distributed to the switching layer SL, the charge trapping material layer CL and the gate insulating layer GO. When the voltage distributed to the switching layer SL is equal to or higher than the threshold voltage, the charge trapping material layer CL can capture the charge. When the voltage distributed to the switching layer SL is lower than the threshold voltage, the charge trapping material layer CL can not capture the charge. As described above, the weighting device according to the present embodiment can have a multi-level memory function according to the amount of charge stored in the charge trapping material layer CL.

도 2는 도 1의 가중치 소자의 쓰기동작을 보여주는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a write operation of the weight element of FIG.

도 2를 참조하면, 쓰기전압 Vb는 가중치 소자의 드레인전극(DE)에 인가되고, 선택전압 Vw는 제 2 게이트전극(GE2)에 인가되고, 제 1 게이트전극(GE1)은 접지될 수 있다. 제 2 채널영역(C2)은 선택전압 Vw로 인해 열리며, 드레인전극(DE)에 가해진 쓰기전압 Vb는 공용영역(SD)으로 전달될 수 있다. 공용영역(SD)에 전달된 쓰기전압 Vb는 제 2 채널영역을 지나며 다소의 전압 강하가 있을 수 있다. 공용영역(SD)의 일부면은 전하포획물질층(CL)의 일부면과 서로 대면하므로, 공용영역에 전달된 쓰기전압 Vb는 전하포획물질층(CL)에 형성되는 전계에 기여할 수 있다. Referring to FIG. 2, the write voltage Vb is applied to the drain electrode DE of the weight element, the selection voltage Vw is applied to the second gate electrode GE2, and the first gate electrode GE1 can be grounded. The second channel region C2 is opened by the selection voltage Vw and the write voltage Vb applied to the drain electrode DE can be transferred to the common region SD. The write voltage Vb transferred to the common area SD may pass through the second channel region and there may be some voltage drop. Since a portion of the interface area SD faces a part of the surface of the charge trapping material layer CL, the write voltage Vb transferred to the common area can contribute to the electric field formed in the charge trapping material layer CL.

전하포획물질층(CL)에 가해지는 전압은 전하포획물질층(CL)과 대면하는 공용영역(SD)의 일부 면을 통해서 인가될 수 있다. 도 2를 참조하면, 전하포획물질층의 공용영역(SD)에 가까운 일부 면인 제 1 상면(11)과 공용영역(SD)에서 제 1 채널영역(C1)에 인접한 영역인 제 1 하면(12)은 서로 대면할 수 있다. 쓰기전압 Vb로 인한 전계는 제 1 상면(11)과 제 1 하면(12) 사이에 형성될 수 있다. 서로 대면하는 제 1 상면(11) 및 제 1 하면(12)은 공용영역(SD)과 전하포획물질층(CL) 간에 전계를 충분히 형성할 수 있을 만큼의 넓이를 가질 수 있다. 예를 들어, 서로 대면하는 제 1 상면(11)과 제 1 하면(12)의 넓이가 지나치게 작으면 공용영역(SD)과 전하포획물질층(CL) 간에 충분히 전계가 형성되지 않을 수 있다. The voltage applied to the charge trapping material layer CL can be applied through a part of the interface area SD facing the charge trapping material layer CL. 2, the first upper surface 11, which is a part of the surface of the charge trapping material layer close to the common area SD, and the first lower surface 12, which is a region adjacent to the first channel region C1 in the common area SD, Can face each other. An electric field due to the write voltage Vb may be formed between the first upper surface 11 and the first lower surface 12. [ The first upper surface 11 and the first lower surface 12 facing each other can have a width sufficient to form an electric field between the interface region SD and the charge trapping material layer CL. For example, if the widths of the first upper surface 11 and the first lower surface 12 facing each other are excessively small, an electric field may not be sufficiently formed between the common area SD and the charge trapping material layer CL.

제 1 게이트전극(GE1)은 접지되므로, 쓰기전압 Vb는 제 1 트랜지스터(TR1)의 게이트절연층(GO), 전하포획층(M1) 및 제 1 게이트전극(GE1)에 분배될 수 있다. 전압 분배는 각 층의 저항값에 따른 전압 분배 법칙에 따라서 분배될 수 있다. 예를 들어, 쓰기전압 Vb는 스위칭 레이어(SL)에 걸리는 전압 Vt 전하포획물질층(CL)에 걸리는 전압 Vc와 게이트절연층(GO)에 걸리는 전압 Vi으로 분배될 수 있다. 예를 들어, 전압 Vt가 스위칭 레이어(SL)의 문턱전압 Vth보다 크면, 스위칭 레이어(SL)가 저 저항 상태로 스위칭되므로 전하포획물질층(CL)이 전하를 포획할 수 있다. 전하포획물질층(CL)이 포획한 전하량은 스위칭 레이어(SL)에 인가되는 전압 Vt의 크기와 시간(duration)에 따라 결정될 수 있다.The first gate electrode GE1 is grounded so that the write voltage Vb can be distributed to the gate insulating layer GO of the first transistor TR1, the charge trapping layer M1 and the first gate electrode GE1. The voltage distribution can be distributed according to the voltage division law according to the resistance value of each layer. For example, the write voltage Vb may be divided by the voltage Vc applied to the charge trapping material layer CL and the voltage Vi applied to the gate insulating layer GO, which is the voltage Vt applied to the switching layer SL. For example, if the voltage Vt is larger than the threshold voltage Vth of the switching layer SL, the switching layer SL is switched to the low resistance state so that the charge trapping material layer CL can capture the charge. The amount of charge trapped by the charge trapping material layer CL can be determined according to the magnitude and duration of the voltage Vt applied to the switching layer SL.

쓰기전압 Vb 의 크기는 전하포획물질층(CL) 및 스위칭 레이어(SL)의 소재 및 크기, 형태에 따라 바뀔 수 있으며, 예를 들어 0V 내지 10V 일 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는, 플로팅 게이트(floating gate) 형식의 가중치 소자에서 요구되는 쓰기전압의 크기가 15V 내지 20V 수준인 것에 비해, 상대적으로 낮은 전압으로 동작할 수 있다. The magnitude of the write voltage Vb may vary depending on the material, size and shape of the charge trapping material layer CL and the switching layer SL, and may be, for example, 0V to 10V. The weighting device according to the present embodiment can operate at a relatively low voltage, compared to the magnitude of the write voltage required in a weighting device of the floating gate type, from 15V to 20V.

도 3은 도 1의 가중치 소자의 일 지우기 동작을 보여주는 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a single erase operation of the weighting device of FIG. 1;

도 3을 참조하면, 지우기전압 Vw'는 제 1 게이트전극(GE1)에 인가되고, 선택전압 Vw는 제 2 게이트전극(GE2)에 인가되고, 드레인전극(DE)은 접지될 수 있다. 제 2 채널영역(C2)은 선택전압 Vw로 인해 열리며, 지우기 전압 Vw'은 제 1 트랜지스터(TR1)의 게이트절연층(GO), 전하포획층(M1) 및 제 1 게이트전극(GE1)에 분배될 수 있다. 지우기동작에서는 상술한 쓰기동작과 반대 방향의 전계가 서로 대면하는 공용영역(SD)의 일부면과 전하포획물질층(CL)의 일부면을 통해 형성된다.Referring to FIG. 3, the erase voltage Vw 'is applied to the first gate electrode GE1, the selection voltage Vw is applied to the second gate electrode GE2, and the drain electrode DE can be grounded. The second channel region C2 is opened by the selection voltage Vw and the erase voltage Vw 'is applied to the gate insulating layer GO of the first transistor TR1, the charge trapping layer M1 and the first gate electrode GE1 Lt; / RTI > In the erasing operation, an electric field opposite to the above-described writing operation is formed through a part of the interface area SD and a part of the surface of the charge trapping material layer CL.

스위칭 레이어(SL)에 인가되는 전압(Vt)이 문턱전압(Vth)보다 크면, 전하포획물질층(CL)은 포획하고 있던 전하를 방출할 수 있다. 지우기전압 Vw'의 크기는 전하포획물질층(CL) 및 스위칭 레이어(SL)의 소재 및 크기, 형태에 따라 바뀔 수 있으며, 예를 들어 0V 내지 10V 일 수 있다. 이러한 지우기전압 Vw'의 크기는 상술한 쓰기전압의 크기 Vb와 동일하도록 선택될 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는, 플로팅 게이트 형식의 가중치 소자에서 요구되는 지우기전압의 크기가 15V 내지 20V 수준인 것에 비해, 상대적으로 낮은 전압으로 동작할 수 있다.  If the voltage Vt applied to the switching layer SL is larger than the threshold voltage Vth, the charge trapping material layer CL can emit the trapped charge. The magnitude of the erase voltage Vw 'can be changed depending on the material, size and shape of the charge trapping material layer CL and the switching layer SL, and may be, for example, 0V to 10V. The magnitude of the erase voltage Vw 'may be selected to be equal to the magnitude Vb of the write voltage described above. The weighting element according to the present embodiment can operate at a relatively low voltage as compared with the case where the magnitude of the erase voltage required in the weighting element of the floating gate type is between 15V and 20V.

도 4a내지 도 4c는 도 1의 가중치 소자의 읽기 동작을 보여주는 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating the read operation of the weighting device of FIG.

상술한 바와 같이, 제 1 트랜지스터(도 1의 TR1)는 공핍형일 수 있으므로 제 1 채널영역(C1)은 전압이 인가되지 않아도 열린 상태일 수 있다. 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량이 많을 수록, 제 1 채널영역(C1)을 통과하는 전류의 크기는 감소할 수 있다. 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량이 클 수록, 제 1 채널영역(C1)의 저항은 커질 수 있다. 읽기전압 Vr은 소스전극(SE)에 인가될 수 있다. 선택전압 Vw을 제 2 게이트전극(GE2)에 인가하면, 제 2 채널영역(C2)은 열릴 수 있다. As described above, since the first transistor (TR1 in FIG. 1) may be a depletion type, the first channel region C1 may be in an open state even if no voltage is applied. The larger the amount of charge trapped in the charge trapping material layer CL, the smaller the magnitude of the current passing through the first channel region C1. The greater the amount of charge trapped in the charge trapping material layer CL, the larger the resistance of the first channel region C1. The read voltage Vr may be applied to the source electrode SE. When the selection voltage Vw is applied to the second gate electrode GE2, the second channel region C2 can be opened.

측정전류는 제 1 채널영역(C1)과 제 2 채널영역(C2)을 지나 드레인전극(DE)을 통해 흐를 수 있다. 측정전류는 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량과 대응하며, 상기 전하량은 가중치 소자의 가중치 값과 대응할 수 있다. 예를 들어, The measurement current may flow through the first channel region C1 and the second channel region C2 through the drain electrode DE. The measured current corresponds to the amount of charge trapped in the layer of charge trapping material CL, and the amount of charge can correspond to the weight value of the weighting element. E.g,

도 4a의 경우에는 전하포획물질층(CL)에 저장되어 있는 전하가 없으므로, 측정전류 Ia는 상대적으로 크게 흐를 수 있다. 이와 같이 측정전류 Ia가 측정되는 경우, 가중치 값 2 가 가중치 소자에 저장된 것으로 볼 수 있다. In the case of FIG. 4A, since there is no charge stored in the charge trapping material layer CL, the measurement current Ia can flow relatively large. When the measurement current Ia is measured in this manner, it can be seen that the weight value 2 is stored in the weight element.

도 4b의 경우에는 전하포획물질층(CL)에 전하가 절반 가량 저장되어 있을 수 있고, 측정전류 Ib는 상기 측정전류 Ia보다는 작게 흐를 수 있다. 이와 같이 측정전류 Ib가 측정되는 경우, 가중치 값 1이 가중치 소자에 저장된 것으로 볼 수 있다. In the case of FIG. 4B, about half of the charges may be stored in the charge trapping material layer CL, and the measured current Ib may flow less than the measured current Ia. In this way, when the measurement current Ib is measured, it can be seen that the weight value 1 is stored in the weight element.

도 4c의 경우에는 전하포획물질층(CL)에 전하가 가득 저장되어 있을 수 있고, 측정전류 Ic는 상기 측정전류 Ib보다 작을 수 있다. 이와 같이 측정전류 Ic가 측정되는 경우, 가중치 값 0이 가중치 소자에 저장된 것으로 볼 수 있다. In the case of FIG. 4C, the charge trapping material layer CL may have a full charge stored therein, and the measured current Ic may be smaller than the measured current Ib. In this way, when the measurement current Ic is measured, it can be seen that the weight value 0 is stored in the weight element.

상술한 예에 따른 가중치 소자는 세 가지 종류의 멀티레벨의 가중치 값을 저장하고 있을 수 있다. 다만, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 가중치 소자는 전하포획물질층(CL)의 체적, 형태에 따라 다양한 멀티레벨의 가중치를 가질 수 있음은 물론이다. 가중치 값의 구체적 판단은 드레인전극(DE)에 연결된 검류계, 신호판독기(sensing analyzer) 등에 의해 측정된 측정전류 값으로부터 이루어 질 수 있다. The weighting device according to the above-described example may store three kinds of multi-level weight values. However, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments, and it is needless to say that the weight elements can have various multi-level weights depending on the volume and shape of the charge trapping material layer CL. Concrete determination of the weight value may be made from the measured current value measured by a galvanometer, a sensing analyzer, etc. connected to the drain electrode DE.

본 실시예에서는 가중치 값의 판단을 위해 측정전류를 드레인전극(DE)에서 측정하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 전하포획물질층(CL)에 포획된 전하량은 제 1 채널영역(C1)의 전류를 통과시키는 정도를 변경할 수 있므로, 이를 정량적 또는 정성적으로 판단할 수 있는 기준을 측정하는 것으로 족할 수 있다. 정성적 판단시 멀티레벨을 세부적으로 판단하기 어려울 수 있고, 정량적으로 판단시 멀티레벨을 세부적으로 판단할 수 있다. 제 1 채널영역(C1)의 특성을 반영할 수 있는 일체의 물리량, 측정전류, 전압, 저항 등을 측정할 수 있으며, 구체적 측정 방법은 한정하지 않는다.In the present embodiment, the measurement current is measured at the drain electrode DE to determine the weight value, but is not limited thereto. For example, since the amount of charge trapped in the layer of charge trapping material CL can change the degree of passing the current in the first channel region C1, it is sufficient to measure a criterion that can be quantitatively or qualitatively judged have. It may be difficult to judge the multilevel in details when the qualitative judgment is made, and the multilevel can be judged in detail when it is judged quantitatively. Any physical quantity, a measured current, a voltage, a resistance, or the like that can reflect characteristics of the first channel region C1 can be measured, and a specific measurement method is not limited.

읽기전압 Vr 의 구체적인 수치는 상술한 쓰기전압 Vb 및 지우기전압 Vw'보다 작게 선택할 수 있다. 예를 들어, 읽기전압은 0V 내지 4V 에서 선택할 수 있다. 그러나 읽기전압이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며 가중치 소자의 소재, 크기, 외형에 따라 최적 수치를 선택할 수 있다.The specific value of the read voltage Vr can be selected to be smaller than the write voltage Vb and the erase voltage Vw 'described above. For example, the read voltage can be selected from 0V to 4V. However, the read voltage is not limited to the above-described example, and the optimal value can be selected according to the material, size, and appearance of the weight device.

도 5는 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는 가중치 소자의 기판 후면에 부스팅전극(BE)가 형성된다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시예의 가중치 소자와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략하고, 부스팅전극(BE)에 대해서만 설명하기로 한다.5 is a cross-sectional view showing a weight device according to another embodiment. The weighting device according to the present embodiment is substantially the same as the weighting device of the embodiment described with reference to Figs. 1 to 4 except that a boosting electrode BE is formed on the rear surface of the substrate of the weighting device. Therefore, overlapping description will be omitted, and only the boosting electrode BE will be described.

도 5를 참조하면, 부스팅전극(BE)의 위치는 제 1 채널영역(C1) 상에 위치하되, 공용영역(SD)과 전하포획물질층(CL)이 서로 대면하는 영역과는 이격되고, 소스영역(S1)과 가깝게 위치될 수 있다. 부스팅전극(BE)과 전하포획물질층(CL)은 서로 대면할 수 있다. 예를 들어, 전하포획물질층(CL)의 소스영역(S1)에 가까운 일부 면인 제 2 상면(21)과 부스팅전극(BE)이 기판(SUB)과 접하는 면인 제 2 하면(21)은 서로 대면할 수 있다. 도 5를 참조하면, 지우기동작에 있어서, 제 1 게이트전극(GE1)에 인가되는 지우기전압 Vw'과 동일한 부스팅전압 Vw'은 기판(SUB)의 반대편에 위치한 부스팅전극(BE)에 인가될 수 있다. 예를 들어, 부스팅전극(BE)에 인가된 부스팅전압 Vw'은 제 2 하면(22)으로 인가되며, 제 2 상면(21)로 인가된 지우기전압 Vw'과 서로 상쇄될 수 있다. 이런 동작 방식을 글로벌 셀프 부스팅(global self-boosting)이라 할 수 있다. 5, the position of the boosting electrode BE is located on the first channel region C1, and is separated from the region where the common region SD and the charge trapping material layer CL face each other, It can be positioned close to the region S1. The boosting electrode BE and the charge trapping material layer CL can face each other. For example, the second upper surface 21, which is a part of the charge trapping material layer CL near the source region S1, and the second lower surface 21, which is the surface where the boosting electrode BE contacts the substrate SUB, can do. 5, in the erase operation, a boosting voltage Vw 'equal to the erase voltage Vw' applied to the first gate electrode GE1 may be applied to the boosting electrode BE located on the opposite side of the substrate SUB . For example, the boosting voltage Vw 'applied to the boosting electrode BE is applied to the second lower surface 22 and can be canceled with the erase voltage Vw' applied to the second upper surface 21. This behavior can be called global self-boosting.

부스팅전압 Vw'과 지우기전압 Vw'이 서로 상쇄되므로, 소스전극(SE)으로의 전류 누출은 방지될 수 있다. 부스팅전극(BE)은 공용영역(SD)과 충분히 이격되도록 위치할 수 있으며, 부스팅전극(BE)로 인가되는 부스팅전압(VW')이 공용영역(SD) 근처의 전계에는 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 제 2 상면(21)과 제 1 상면(11)은 충분히 이격될 수 있다. 예를 들어, 제 2 하면(22)과 제 1 하면(12)은 충분히 이격될 수 있다. 도 5를 참조하면, 제 2 상면(21)과 제 2 하면(22) 사이의 전계는 제 1 상면(11)과 제 2 하면(12) 사이의 전계와 서로 영향을 미치지 않을 수 있다. Since the boosting voltage Vw 'and the erase voltage Vw' are canceled each other, current leakage to the source electrode SE can be prevented. The boosting electrode BE may be positioned sufficiently far away from the interface region SD so that the boosting voltage V W 'applied to the boosting electrode BE does not affect the electric field near the common region SD have. For example, the second upper surface 21 and the first upper surface 11 may be sufficiently spaced. For example, the second lower surface 22 and the first lower surface 12 may be sufficiently spaced. 5, the electric field between the second upper surface 21 and the second lower surface 22 may not influence the electric field between the first upper surface 11 and the second lower surface 12.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다. 6 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment.

본 실시예에 따른 가중치 소자는 누출방지영역(S2)을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시예의 가중치 소자와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.The weighting element according to the present embodiment is substantially the same as the weighting element of the embodiment described with reference to Figs. 1 to 4, except that it further includes the leakage preventing region S2. Therefore, redundant description will be omitted and differences will be mainly described.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 가중치 소자는 소스영역(S1)에 접하는 누출방지영역(S2)을 포함할 수 있다. 누출방지영역(S2)은 제 1 채널영역(C1)에서부터 소스전극(SE)으로의 전류 누출을 방지할 수 있다. 누출방지영역(S2)은 소스영역(S1)과 반대의 도전성을 가질 수 있다. 소스전극(SE)은 누출방지영역(S2) 위에 형성되며, 소스영역(S1)과 직접 접하지 않을 수 있다. 예를 들어, 누출방지영역(S2)는 소스전극(SE)과 접하는 면 외에는 소스영역(S1)에 둘러싸일 수 있다.Referring to Fig. 6, the weighting device according to the present embodiment may include a leakage preventing region S2 in contact with the source region S1. The leakage preventing region S2 can prevent current leakage from the first channel region C1 to the source electrode SE. The leakage preventing region S2 may have a conductivity opposite to that of the source region S1. The source electrode SE is formed on the leakage preventing region S2 and may not be in direct contact with the source region S1. For example, the leakage preventing region S2 may be surrounded by the source region S1 other than the surface in contact with the source electrode SE.

예를 들어, NMOS형 가중치 소자에서는 소스영역(S1)은 n형 도전성을 가질 수 있고, 누출방지영역(S2)은 p형 도전성을 가질 수 있다. 누출방지영역(S2)과 소스영역(S1)은 PN다이오드 구조를 가지므로, 제 1 채널영역(C1)으로부터 소스전극(SE)으로 흐르는 누설전류를 방지할 수 있다.For example, in the NMOS type weight element, the source region S1 may have n-type conductivity, and the leakage preventing region S2 may have p-type conductivity. Since the leakage preventing region S2 and the source region S1 have the PN diode structure, leakage current flowing from the first channel region C1 to the source electrode SE can be prevented.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다. 본 실시예는 3 터미널을 가지는 가중치 소자로 이해될 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는 가중치 소자의 제 1 게이트전극(GE1)과 소스전극(SE)은 서로 전기적으로 연결된다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시예의 가중치 소자와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.7 is a cross-sectional view illustrating a weight device according to another embodiment of the present invention. This embodiment can be understood as a weighting element having three terminals. The weighting device according to this embodiment is different from the weighting device of the embodiment described with reference to Figs. 1 to 4, except that the first gate electrode GE1 and the source electrode SE of the weighting device are electrically connected to each other. . Therefore, redundant description will be omitted and differences will be mainly described.

도 7을 참조하면, 제 1 게이트전극(GE1)과 소스 전극(SE)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. . 본 실시예에 따른 가중치 소자의 소스전극(SE)과 제 1 게이트전극(GE1)은 하나의 터미널로 기능 할 수 있다. 3 터미널 구조의 가중치 소자로 구성된 뉴럴 네트워크는 4 터미널 구조의 가중치 소자로 구성된 뉴럴 네트워크에 비해 작은 면적을 가질 수 있다. 3 터미널 가중치 소자는 전술한 4 터미널 가중치 소자와 유사한 방식으로 동작 될 수 있다. 3 터미널 가중치 소자의 터미널은 소스전극(SE)과 연결된 제 1 게이트전극(GE1), 제 2 게이트전극(GE2), 드레인전극(DE)의 3개이다. Referring to FIG. 7, the first gate electrode GE1 and the source electrode SE may be electrically connected to each other. . The source electrode SE and the first gate electrode GE1 of the weight element according to the present embodiment can function as one terminal. A neural network composed of three terminal structure weighting elements can have a smaller area than a neural network composed of weighting elements of a four terminal structure. The three terminal weight elements may be operated in a manner similar to the four terminal weight elements described above. The terminals of the three terminal weight elements are three of the first gate electrode GE1, the second gate electrode GE2, and the drain electrode DE connected to the source electrode SE.

도 8은 도 7의 가중치 소자의 쓰기 동작을 나타내는 도면이다. 8 is a diagram showing a write operation of the weighting element of FIG.

도 8을 참조하면, 쓰기전압 Vb는 가중치 소자의 드레인전극(DE)에 인가되고, 선택전압 Vw는 제 2 게이트전극(GE2)에 인가되고, 제 1 게이트전극(GE1)은 접지될 수 있다. 제 2 채널영역(C2)은 선택전압 Vw로 인해 열리며, 드레인전극(DE)에 가해진 쓰기전압 Vb는 공용영역(SD)으로 전달될 수 있다. Referring to FIG. 8, the write voltage Vb is applied to the drain electrode DE of the weight element, the selection voltage Vw is applied to the second gate electrode GE2, and the first gate electrode GE1 can be grounded. The second channel region C2 is opened by the selection voltage Vw and the write voltage Vb applied to the drain electrode DE can be transferred to the common region SD.

공용영역(SD)의 일부면은 전하포획물질층(CL)의 일부면과 서로 대면하므로, 공용영역에 전달된 쓰기전압 Vb는 전하포획물질층(CL)에 형성되는 전계에 기여할 수 있다. 제 1 게이트전극(GE1)은 접지되므로, 쓰기전압 Vb는은 제 1 트랜지스터(TR1)의 게이트절연층(GO), 전하포획층(M1) 및 제 1 게이트전극(GE1)에 분배될 수 있다. 전압 분배는 각 층의 저항값에 따른 전압 분배 법칙에 따라서 분배될 수 있다. 이러한 3 터미널 가중치 소자의 쓰기 동작 방식은 4 터미널 가중치 소자의 쓰기 동작과 실질적으로 동일할 수 있다. Since a portion of the interface area SD faces a part of the surface of the charge trapping material layer CL, the write voltage Vb transferred to the common area can contribute to the electric field formed in the charge trapping material layer CL. The first gate electrode GE1 is grounded so that the write voltage Vb can be distributed to the gate insulating layer GO of the first transistor TR1, the charge trapping layer M1 and the first gate electrode GE1. The voltage distribution can be distributed according to the voltage division law according to the resistance value of each layer. The write operation mode of the 3-terminal weight element may be substantially the same as the write operation of the 4-terminal weight element.

도 9는 도 7의 가중치 소자의 지우기 동작을 보여주는 도면이다. FIG. 9 is a diagram showing a clearing operation of the weighting elements of FIG. 7. FIG.

도 9를 참조하면 지우기전압 Vw'는 제 1 게이트전극(GE1)에 인가되고, 선택전압 Vw는 제 2 게이트전극(GE2)에 인가되고, 드레인전극(DE)은 접지될 수 있다. 제 2 채널영역(C2)은 선택전압 Vw로 인해 열리며, 지우기 전압 Vw'은 제 1 트랜지스터(TR1)의 게이트절연층(GO), 전하포획층(M1) 및 제 1 게이트전극(GE1)에 분배될 수 있다. 이러한 3 터미널 가중치 소자의 지우기 동작 방식은 상술한 4 터미널 가중치 소자의 지우기 동작 방식과 실질적으로 동일할 수 있다. Referring to FIG. 9, the erase voltage Vw 'is applied to the first gate electrode GE1, the selection voltage Vw is applied to the second gate electrode GE2, and the drain electrode DE can be grounded. The second channel region C2 is opened by the selection voltage Vw and the erase voltage Vw 'is applied to the gate insulating layer GO of the first transistor TR1, the charge trapping layer M1 and the first gate electrode GE1 Lt; / RTI > The erase operation method of the 3 terminal weight element may be substantially the same as the erase operation method of the 4 terminal weight element described above.

또한, 3 터미널 가중치 소자의 지우기 동작에 있어서는 제 1 게이트전극(GE1)과 소스전극(SE)이 전기적으로 연결되므로, 지우기 전압(Vw')은 소스영역(S1)으로 전달될 수 있다. 소스영역을 통해 전달된 지우기전압(Vw')이 형성하는 전계와 전하포획층(M1)에 전달되는 지우기전압(Vw')이 형성하는 전계는 서로 상쇄될 수 있다. 이런 3 터미널 가중치 소자의 동작방식을 내부적 셀프 부스팅(Intrinsic self-boosting)이라 부를 수 있다.  Also, in the erasing operation of the 3-terminal weight element, since the first gate electrode GE1 and the source electrode SE are electrically connected, the erase voltage Vw 'can be transferred to the source region S1. The electric field formed by the erase voltage Vw 'transmitted through the source region and the erase voltage Vw' transmitted to the charge trapping layer M1 can be offset from each other. The operation of these three terminal weighting elements can be referred to as intrinsic self-boosting.

도 9를 참조하면, 전하포획물질층(CL)과 소스영역(S1)은 게이트절연층(GO)을 사이에 두고, 대면할 수 있다. 예를 들어, 소스영역(S1)의 제 1 채널영역(C1)에 가까운 일부 영역인 제 3 하면(32)과 전하포획물질층(CL)의 소스영역(S1)에 가까운 일부 면인 제 3 상면(31)은 서로 대면할 수 있다. 예를 들어, 제 3 상면(31)으로 지우기전압 Vw'이, 제 3 하면(31)으로 지우기전압Vw'이 각각 전달되고, 각각의 지우기전압 Vw'은 서로 상쇄될 수 있다. Referring to FIG. 9, the charge trapping material layer CL and the source region S1 can face each other with the gate insulating layer GO therebetween. For example, the third lower surface 32, which is a partial region close to the first channel region C1 of the source region S1, and the third upper surface 32a, which is a portion near the source region S1 of the charge trapping material layer CL 31 may face each other. For example, the erase voltage Vw 'may be transmitted to the third upper surface 31 and the erase voltage Vw' may be transmitted to the third lower surface 31, respectively, and the erase voltages Vw 'may cancel each other.

공용영역(SD)과 전하포획층(M1) 사이에 형성되는 전계와 소스영역(S1) 부분에서 서로 상쇄되는 전계는 충분히 이격될 수 있다. 따라서, 소스영역(S1)으로 전달되는 지우기전압 Vw'와 제 1 게이트전극(GE1)으로 전달되는 지우기 전압 Vw'의 상쇄는 가중치 소자의 동작에 영향을 주지 않을 수 있다. 예를 들어, 제 3 상면(31)과 제 1 상면(11)은 충분히 이격될 수 있다. 예를 들어, 제 3 하면(32)과 제 1 하면(12)은 충분히 이격될 수 있다. 도 9를 참조하면, 제 3 상면(31)과 제 2 하면(32) 사이의 전계는 제 1 상면(11)과 제 2 하면(12) 사이의 전계와 서로 영향을 미치지 않을 수 있다. The electric field which is formed between the interface region SD and the charge trapping layer M1 and the electric field which is canceled each other at the portion of the source region S1 can be sufficiently separated. Therefore, the offset of the erase voltage Vw 'transferred to the source region S1 and the erase voltage Vw' transferred to the first gate electrode GE1 may not affect the operation of the weighting device. For example, the third upper surface 31 and the first upper surface 11 may be sufficiently spaced. For example, the third lower surface 32 and the first lower surface 12 may be sufficiently spaced. 9, the electric field between the third upper surface 31 and the second lower surface 32 may not affect the electric field between the first upper surface 11 and the second lower surface 12.

내부적 셀프 부스팅 방식의 가중치 소자는 글로벌 셀프 부스팅 방식의 가중치 소자와는 달리 별도의 부스팅전극(도5의 BE)을 필요로 하지 않는다. 따라서, 내부적 셀프 부스팅 방식의 가중치 소자는 글로벌 셀프 부스팅 방식의 가중치 소자에 비해 간이한 구조를 가질 수 있다.  The internal self-boosting weighting element does not require a separate boosting electrode (BE of FIG. 5) unlike the global self-boosting weighting element. Therefore, the internal self-boosting weighting device can have a simple structure compared to the weighting device of the global self-boosting method.

4 터미널 방식의 가중치 소자는 소스전극(SE)과 제 1 게이트전극(GE1)을 스위칭으로 연결하여, 지우기 동작에 한해서 내부적 셀프 부스팅 방식으로 동작될 수 있다. 이러한 경우, 도 6의 가중치 소자와 같이 별도의 누출방지영역(도 6a의 S2)이 없이도 소스전극(SE)으로의 전류누출을 효과적으로 방지할 수 있다.The 4-terminal weighting device can be operated by an internal self-boosting method only for the erase operation by connecting the source electrode SE and the first gate electrode GE1 by switching. In this case, leakage of current to the source electrode SE can be effectively prevented without a separate leakage preventing region (S2 in Fig. 6A) like the weighting element in Fig.

도 10a 및 도10b는 가중치 소자의 가중치를 조절하기 위한 동작 방법을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는 가중치 조절을 위해 펄스 신호가 인가될 수 있다. 후술할 뉴럴 네트워크는 복수의 가중치 소자를 포함할 수 있으며, 입력 신호와 출력 신호 간의 함수 관계를 조절하기 위해 가중치를 반영할 수 있다. FIGS. 10A and 10B are diagrams showing an operation method for adjusting a weight value of a weight element. The weighting device according to the present embodiment may be applied with a pulse signal for adjusting the weight. The neural network to be described below may include a plurality of weighting elements and may reflect the weights to control the functional relationship between the input signal and the output signal.

본 실시예에 따른 가중치 소자는 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한 실시예의 가중치 소자와 실질적으로 동일하다. 따라서, 가중치 소자의 중복되는 구성에 관한 설명은 생략한다. 또한 본 실시예에 따른 가중치 소자는 3터미널 가중치 소자를 예시로 하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상술한 4터미널 가중치 소자를 포함할 수 있다. The weighting element according to this embodiment is substantially the same as the weighting element of the embodiment described with reference to Figs. Therefore, the description of the redundant configuration of the weight elements is omitted. In addition, although the weighting element according to the present embodiment exemplifies a 3-terminal weight element, it is not limited thereto and may include the 4-terminal weight element described above.

도 10a를 참조하면, 가중치 소자의 가중치를 증가시키기 위해서, 제 1 게이트전극(GE1)은 펄스 전압이 인가될 수 있다. 제 1 게이트전극(GE1)에 펄스 전압이 인가되는 것을 제외하면, 상술한 가중치 소자의 쓰기 동작과 실질적으로 동일한바 중복되는 설명은 생략한다. 가중치 소자의 가중치 증가량은 제 1 게이트전극(GE1)에 인가되는 펄스 전압의 회수에 비례할 수 있다. 펄스 전압은 상술한 쓰기전압 이상의 크기를 가질 수 있다. 펄스 전압의 펄스당 유지 시간은 가중치 소자의 특성에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예를 들어, 펄스당 유지 시간은 스위칭 레이어(SL)의 재질에 따라 다르게 결정될 수 있으며, 구체적으로는 하나의 펄스가 스위칭 레이어(SL)의 저항 상태를 변화시킬 수 있을 만큼 충분히 길어야 할 수 있다. Referring to FIG. 10A, in order to increase the weight of the weight element, the first gate electrode GE1 may be applied with a pulse voltage. Except for the pulse voltage being applied to the first gate electrode GE1, the same operation as the write operation of the weight element described above is omitted, and redundant description will be omitted. The weight increase amount of the weight element may be proportional to the number of pulse voltages applied to the first gate electrode GE1. The pulse voltage may have a magnitude greater than the write voltage described above. The holding time per pulse of the pulse voltage can be determined differently depending on the characteristics of the weight element. For example, the hold time per pulse may be determined differently depending on the material of the switching layer SL, and in particular, one pulse may be long enough to change the resistance state of the switching layer SL.

도 10b를 참조하면, 가중치 소자의 가중치를 감소시키기 위해서, 드레인전극(DE)은 펄스 전압이 인가될 수 있다. 드레인전극(DE)에 펄스 전압이 인가되는 것을 제외하면, 상술한 가중치 소자의 지우기 동작과 실질적으로 동일한바 중복되는 설명은 생략한다. 가중치 소자의 가중치 감소량은 드레인전극(DE)에 인가되는 펄스 전압의 회수에 비례할 수 있다. 펄스 전압은 상술한 지우기 전압 이상의 크기를 가질 수 있다. 상술한 바와 마찬가지로 펄스 전압의 펄스당 유지 시간은 가중치 소자의 특성에 따라 다르게 결정될 수 있다. Referring to FIG. 10B, in order to reduce the weight of the weight element, the drain electrode DE may be applied with a pulse voltage. Except for the pulse voltage being applied to the drain electrode DE, the same operations as those of the above-described weight element erase operation are substantially the same and redundant explanations are omitted. The weight reduction amount of the weight element may be proportional to the number of pulse voltages applied to the drain electrode DE. The pulse voltage may have a magnitude greater than the erase voltage described above. As described above, the holding time per pulse of the pulse voltage can be determined differently depending on the characteristics of the weight element.

도 11은 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다. 도 11을 참조하면, 기판(SUB)의 제 1 채널영역(C1)과 제 2 채널영역(C2)은 서로 다른 도전성을 가질 수 있다. 제 1 채널영역(C1)과 제 2 채널영역(C2)을 제외한 나머지 제 1 트랜지스터(TR1)와 제2트랜지스터(TR2)의 구조는 도1내지 도 4에서 상술한 바와 같으므로, 동일한 설명은 생략한다.11 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment. Referring to FIG. 11, the first channel region C1 and the second channel region C2 of the substrate SUB may have different conductivity. The structures of the first transistor TR1 and the second transistor TR2 except for the first channel region C1 and the second channel region C2 are the same as those described in FIGS. 1 to 4, do.

본 실시예에 따른 가중치 소자에 있어서, 제 1 트랜지스터(TR1)는 n형 도전성을 가지는 제 1 채널영역(C1) 상에 위치하는 PMOS 트랜지스터 이고, 제 2 트랜지스터(TR2)는 p형 도전성을 가지는 제 2 채널영역(C2) 상에 위치하는NMOS트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 제 1 트랜지스터(TR1)는 n형 도펀트로 형성된 우물(N-well) 상에 형성되는 PMOS 이고, 제 2 트랜지스터(TR2)는 p형 도펀트로 도핑된 기판(SUB) 상에 형성되는 NMOS일 수 있다. In the weighting device according to the present embodiment, the first transistor TR1 is a PMOS transistor located on the first channel region C1 having n-type conductivity, and the second transistor TR2 is a PMOS transistor located on the n- And may be an NMOS transistor located on the two-channel region C2. For example, the first transistor TR1 may be a PMOS formed on an N-well formed of an n-type dopant, and the second transistor TR2 may be formed on a substrate SUB doped with a p-type dopant NMOS.

예를 들어, 소스영역(S1) 및 공용영역(SD)은 n 형 우물(N-well) 내부에 p형 도펀트로 형성될 수 있다. 따라서, 소스영역(S1)과 소스영역(S1)을 둘러싸는 n형 우물(N-well)은 서로 반대의 도전성을 가지므로 PN다이오드 구조를 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는 제 1 채널영역(C1)에서 소스전극(SE)으로의 전류의 역류를 방지할 수 있다. 이러한 실시예는 일 예에 불과하며 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 트랜지스터(TR1)는 p형 도펀트로 형성된 우물 상에 형성되는 NMOS 이고, 제 2 트랜지스터(TR2)는 n형 도펀트로 도핑된 기판(SUB) 상에 형성되는 PMOS일 수 있다. 또는, 제 1 트랜지스터(TR1)는 기판(SUB) 상에 형성되고, 제 2 트랜지스터(TR2)가 우물 상에 형성될 수도 있다.For example, the source region S1 and the common region SD may be formed of a p-type dopant in an n-well. Therefore, the n-type well (N-well) surrounding the source region S1 and the source region S1 has a conductivity opposite to that of each other, so that a PN diode structure can be formed. The weighting device according to the present embodiment can prevent the reverse flow of current from the first channel region C1 to the source electrode SE. These embodiments are merely illustrative and not restrictive. For example, the first transistor TR1 may be an NMOS formed on a well formed of a p-type dopant, and the second transistor TR2 may be a PMOS formed on a substrate SUB doped with an n-type dopant. Alternatively, the first transistor TR1 may be formed on the substrate SUB, and the second transistor TR2 may be formed on the well.

도 12는 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는 스위칭 레이어(SL)의 재질을 제외하면 상술한 도 11의 가중치 소자의 구성과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 이하 생략한다. 도 12를 참조하면, 스위칭 레이어(SL)는 나노 필라멘트에 의해 저저항 상태가 형성되는 나노 필라멘터리 물질을 포함할 수 있다. 12 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment. Except for the material of the switching layer SL, the weighting element according to this embodiment is substantially the same as that of the weighting element of FIG. 11 described above, so a duplicate description will be omitted. Referring to FIG. 12, the switching layer SL may include a nanofilament material in which a low resistance state is formed by nanofilaments.

나노 필라멘터리 물질은 물질에 고유한 특정값 이상의 전압이 인가될 때, 전도성을 가지는 나노 필라멘트가 형성되는 물질일 수 있다. 나노 필라멘트는 전압에 의해 형성되는 도전성 경로를 의미할 수 있다. 나노 필라멘터리 물질에 특정값 미만 전압이 인가될 때는 나노 필라멘트가 형성되지 않으므로 상대적으로 전류가 흐르기 어려울 수 있다. The nanofilament material may be a material in which nanofilaments having conductivity are formed when a voltage higher than a specific value unique to the material is applied. The nanofilament may refer to a conductive path formed by a voltage. When a voltage lower than a specific value is applied to a nanofilament material, a nanofilament is not formed, so that it is difficult to cause a current to flow relatively.

나노 필라멘터리 물질은 TiOx 등의 나노 필라멘트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 나노 필라멘터리 물질에 전압이 인가되면 내부의 TiOx 등이 나노 필라멘트를 형성하여 저저항 상태를 형성할 수 있다. 나노 필라멘터리 물질에 인가되는 전압에 따라, 나노 필라멘트의 개수나 형태는 물질마다 다르게 나타날 수 있다. 이에 따라 나노 필라멘터리 물질의 저항 거동이 다르게 나타날 수 있다. 스위칭 레이어(SL)를 나노 필라멘터리 물질로 형성하는 경우, 저항 스위칭 시간이 나노 초(nano-second) 단위로 매우 빠를 수 있다.The nanofilament material may include nanofilaments such as TiO x . For example, when a voltage is applied to a nanofilament material, TiOx or the like inside the nanofilament may form a nanofilament and form a low resistance state. Depending on the voltage applied to the nanofilament material, the number or morphology of the nanofilaments may vary from substance to substance. As a result, the resistance behavior of nanofilament materials may be different. When the switching layer (SL) is formed of a nanofilament material, the resistance switching time can be very fast in nano-seconds.

도 13은 또 다른 실시예에 따른 가중치 소자를 보여주는 단면도이다. 도 14는 도 13에 따른 PN 다이오드층의 인가 전압 대비 전류 곡선을 나타내는 도면이다. 13 is a cross-sectional view showing a weighting device according to another embodiment. 14 is a graph showing a current curve of the PN diode layer according to the applied voltage according to FIG.

도 13을 참조하면, 스위칭 레이어(SL)는 P 형 다이오드층과 N 형 다이오드층으로 구성되는 PN 다이오드층을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는 스위칭 레이어(SL)의 재질을 제외하면 상술한 도 11의 가중치 소자의 구성과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 이하 생략한다. PN 다이오드층은 상술한 문턱전압 변환 물질을 조합하여 형성할 수 있다. PN 다이오드층은 전하포획층(M1)의 전하의 충전(charging)을 용이하게 하고 방전(discharging)을 효과적으로 방지할 수 있다. PN 다이오드층은 상술한 스위칭 레이어(SL)의 다른 실시예에 비해, 쓰기전압을 지우기 전압에 비해 작게 인가할 수 있어 전력을 절약할 수 있다.Referring to FIG. 13, the switching layer SL may include a PN diode layer including a P-type diode layer and an N-type diode layer. Except for the material of the switching layer SL, the weighting element according to this embodiment is substantially the same as that of the weighting element of FIG. 11 described above, so a duplicate description will be omitted. The PN diode layer may be formed by combining the above-described threshold voltage conversion material. The PN diode layer facilitates charging of the charge trapping layer M1 and effectively prevents discharging. The PN diode layer can be applied with a smaller write voltage than the erase voltage in comparison with other embodiments of the switching layer SL described above, thereby saving power.

도 14를 참조하면, PN 다이오드층의 인가 전압 대비 전류 곡선에 있어서, 양의 바이어스 전압영역(A1)은 미약한 전압이 인가되어도 전류가 흐를 수 있는 저 저항 영역을 나타내며, 음의 바이어스 전압영역(A2)는 전압이 인가되어도 전류가 흐르지 않는 고 저항 영역을 나타내며, 항복전압영역(A3)는 다이오드의 역방향 바이어스 전압이 한계치를 넘어서 고 저항성이 무너지는 현상(breakdown)으로 인해 저항 수치가 낮아져 전류가 흐를 수 있는 저 저항 영역을 나타낸다. 음의 바이어스 전압영역(A2)와 항복전압영역(A3)의 경계 전압을 항복전압이라 부를 수 있다.Referring to FIG. 14, in the current curve with respect to the applied voltage of the PN diode layer, the positive bias voltage region A1 indicates a low resistance region in which a current can flow even when a weak voltage is applied, and a negative bias voltage region A2 represents a high resistance region in which no current flows even when a voltage is applied, and a breakdown in which the reverse bias voltage of the diode exceeds the threshold value due to the breakdown of the high resistance, Resistance region that can flow. The boundary voltage between the negative bias voltage region A2 and the breakdown voltage region A3 may be referred to as a breakdown voltage.

본 실시예에 따른 가중치 소자의 PN 다이오드층의 동작을 도 14를 참조하여 살피겠다. 상술한 가중치 소자의 동작 방법과 공통되는 부분은 간략히 기술하도록 하겠다. The operation of the PN diode layer of the weight element according to this embodiment will be described with reference to FIG. A part common to the above-described operation method of the weight element will be briefly described.

본 실시예에 따른 가중치 소자의 쓰기 동작에 있어서, 쓰기전압은 드레인전극(DE)을 통해 인가되어, PN 다이오드층에 양의 바이어스 전압을 분배할 수 있다. PN 다이오드층은 도 14의 양의 바이어스 전압영역(A1)에 위치하므로, 전하포획물질층(CL)은 전하를 포획할 수 있다. In the write operation of the weight element according to this embodiment, the write voltage is applied through the drain electrode DE to distribute the positive bias voltage to the PN diode layer. Since the PN diode layer is located in the positive bias voltage region A1 in Fig. 14, the charge trapping material layer CL can capture the charge.

본 실시예에 따른 가중치 소자의 지우기 동작에 있어서, 지우기 전압은 제 1 게이트전극(GE1)을 통해 인가되어, PN 다이오드층에 음의 바이어스 전압을 분배할 수 있다. PN 다이오드층은 도 14b의 음의 바이어스 전압영역(A2) 또는 항복전압영역(A3)에 위치할 수 있다. PN 다이오드층에 인가되는 전압의 크기가 항복전압 이상이면 PN다이오드층은 항복전압영역(A3)에 위치하여, 전하포획물질층(CL)은 전하를 방출할 수 있다. PN 다이오드층에 인가되는 전압의 크기가 항복전압 미만이면 PN다이오드층은 음의 바이어스 전압영역 (A2)에 위치하여, 전하포획물질층(CL)은 전하를 방출할 수 없다.In the erasing operation of the weighting device according to the present embodiment, the erase voltage is applied through the first gate electrode GE1 to distribute the negative bias voltage to the PN diode layer. The PN diode layer may be located in the negative bias voltage region A2 or the breakdown voltage region A3 in Fig. 14B. If the voltage applied to the PN diode layer is greater than the breakdown voltage, the PN diode layer is located in the breakdown voltage region A3, and the charge trapping material layer CL can emit the charge. When the magnitude of the voltage applied to the PN diode layer is less than the breakdown voltage, the PN diode layer is located in the negative bias voltage region A2, and the charge trapping material layer CL can not emit the charge.

도 15a 내지 15d는 또 다른 가중치 소자와 그의 동작방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 15a를 참조하면, 본 실시예에 따른 가중치 소자는 4 트랜지스터(TR3, TR4, TR5, TR6)를 포함하는 6 터미널 가중치 소자일 수 있다. 15A to 15D are cross-sectional views schematically showing still another weighting element and a method of operation thereof. Referring to FIG. 15A, the weighting element according to the present embodiment may be a 6 terminal weight element including 4 transistors TR3, TR4, TR5 and TR6.

본 실시예에 따른 가중치 소자는 제 3 게이트 전극(GE3), 제 1 전극(E1) 및 제 2 전극(E2)을 구비하는 제 3 트랜지스터(TR3)를 포함하고, 제 3 트랜지스터(TR3)와 상기 제 2 전극(E2)을 공유하며, 제 4 게이트 전극(GE4), 제 3 전극(E3)을 구비하는 제 4 트랜지스터(TR4)를 포함하고, 제 5 게이트 전극(GE5), 제 4 전극(E4)을 구비하는 제 5 트랜지스터(TR5)를 포함하고, 제 6 게이트 전극(GE6), 제 5 전극(E5)을 구비하는 제 6 트랜지스터(TR6)를 포함할 수 있다. The weighting device according to this embodiment includes a third transistor TR3 including a third gate electrode GE3, a first electrode E1 and a second electrode E2, And a fourth transistor TR4 sharing a second electrode E2 and including a fourth gate electrode GE4 and a third electrode E3. The fifth transistor TR4 includes a fifth gate electrode GE5, a fourth electrode E4 And a sixth transistor TR6 including a fifth transistor TR5 having a sixth gate electrode GE6 and a fifth electrode E5.

제 3 트랜지스터(TR3), 제 4 트랜지스터(TR4), 제 5 트랜지스터(TR5) 및 제 6 트랜지스터(TR6)의 명칭은 전술한 실시예의 제 1 트랜지스터(도 1의 TR1), 제 2 트랜지스터(도 1의 TR2)와 구별하기 위해 기술된 것이다. The names of the third transistor TR3, the fourth transistor TR4, the fifth transistor TR5 and the sixth transistor TR6 are the same as those of the first transistor (TR1 in FIG. 1), the second transistor Of TR2).

제 3 트랜지스터(TR3)은 제 1 공용영역(SD1)을 드레인으로 삼고 제 4 트랜지스터(TR4)는 제 1 공용영역(SD1)을 소스로 삼을 수 있다. 제 5 트랜지스터(TR5)는 제 2 공용영역(SD2)를 드레인으로 삼고 제 6 트랜지스터(TR6)는 제 2 공용영역(SD2)을 소스로 삼을 수 있다. The third transistor TR3 may drain the first interface area SD1 and the fourth transistor TR4 may be the first interface area SD1. The fifth transistor TR5 may drain the second interface area SD2 and the sixth transistor TR6 may be the source of the second interface area SD2.

본 실시예에 따른 가중치 소자는, 제 1 전극(E1) 및 제 3 전극(E3)과 전기적으로 연결되는 전하포획층(M2)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자는, 전하포획층(M2)과 제 6 게이트 전극(GE6)을 연결하는 인터커넥트(IC)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 가중치 소자의 동작을 조절하는 터미널은, 제 3 게이트 전극(GE3), 제 2 전극(E2), 제 4 게이트 전극(GE4), 제 4 전극(E4), 제 5 게이트전극(GE5), 제 5 전극(E5)의 6개 일 수 있다.The weighting device according to this embodiment may include a charge trapping layer M2 electrically connected to the first electrode E1 and the third electrode E3. The weighting device according to the present embodiment may include an interconnect (IC) connecting the charge trapping layer M2 and the sixth gate electrode GE6. The third gate electrode GE3, the second electrode E2, the fourth gate electrode GE4, the fourth electrode E4, the fifth gate electrode GE4, and the fourth gate electrode GE4, which control the operation of the weight device according to this embodiment, GE5), and the fifth electrode (E5).

본 실시예에 따른 가중치 소자에 있어서, 전하포획층(M2)은 제1 전극(E1) 및 제3 전극(E3) 상에 배치될 수 있다. 전술한 실시예에 따른 가중치 소자에서는, 전하포획층(도 1의 M1)은 트랜지스터의 제 1 채널영역(도 1의 C1) 상에 위치하였고, 이에 전하포획층(도 1의 M1)의 단면적은 제 1 채널영역(도 1의 C1)의 면적에 의해 제한될 수 있었다. 상술한 바와 같이 전하포획층(M2)의 부피는 멀티 레벨의 크기를 결정할 수 있으므로, 가중치 소자가 수십 레벨 이상의 큰 멀티 레벨을 가지기 위해서 전하포획층(M2)의 단면적은 충분히 넓어야 할 수 있다. 이에, 전하포획층(M2)은 제1 전극(E1)과 제3 전극(E3) 상에 배치되어, 제 1 채널영역(도 1의 C1)의 면적의 제한 없이 충분한 단면적을 가질 수 있다.In the weighting device according to the present embodiment, the charge trapping layer M2 may be disposed on the first electrode E1 and the third electrode E3. In the weighting device according to the above-described embodiment, the charge trapping layer (M1 in Fig. 1) was located on the first channel region (C1 in Fig. 1) of the transistor, and the cross-sectional area of the charge trapping layer Can be limited by the area of the first channel region (C1 in Fig. 1). As described above, since the volume of the charge trapping layer M2 can determine the magnitude of the multilevel, the cross-sectional area of the charge trapping layer M2 may have to be sufficiently wide so that the weighting element has a large multilevel of several tens or more. Thus, the charge trapping layer M2 may be disposed on the first electrode E1 and the third electrode E3, and may have a sufficient cross-sectional area without limiting the area of the first channel region (C1 in Fig. 1).

도 15b를 참조하여 본 실시예에 따른 가중치 소자의 쓰기 동작을 살피겠다.Referring to FIG. 15B, the write operation of the weight element according to the present embodiment will be described.

제 2 전극(E2)은 쓰기전압 Vb 이 인가되며, 제 3 게이트 전극(GE3) 또는 제 4 게이트 전극(GE4) 중 어느 하나에 선택 전압 Vw이 인가될 수 있다. 제 4 전극(E4)은 접지되고, 제 5 게이트 전극(GE5)은 선택 전압 Vw 가 인가될 수 있다. 상술한 바와 마찬가지로 쓰기전압 Vb는 전압 분배를 통해 스위칭 레이어(SL), 전하포획물질층(CL)에 나누어질 수 있다. 예를 들어, 스위칭 레이어(SL)가 PN 다이오드 층을 포함하는 경우에는, 스위칭 레이어(SL)에 작은 전압이 인가되어도, 전하포획물질층(CL)은 PN 다이오드층을 통과한 전하를 포획할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 레이어(SL)가 PN 다이오드층이 아닌 상술한 다른 재질을 포함하는 경우에는, 스위칭 레이어(SL)의 저항 상태를 바꾸기 위해 문턱전압 이상의 전압이 인가되어야, 전하포획물질층(CL)은 전하를 포획할 수 있다.The write voltage Vb is applied to the second electrode E2 and the selection voltage Vw may be applied to either the third gate electrode GE3 or the fourth gate electrode GE4. The fourth electrode E4 may be grounded, and the fifth gate electrode GE5 may be applied with the selection voltage Vw. As described above, the write voltage Vb can be divided into the switching layer SL and the charge trapping material layer CL through voltage distribution. For example, in the case where the switching layer SL includes a PN diode layer, even if a small voltage is applied to the switching layer SL, the charge trapping material layer CL can capture charges passing through the PN diode layer have. For example, when the switching layer SL includes the above-described other material other than the PN diode layer, a voltage higher than the threshold voltage must be applied to change the resistance state of the switching layer SL, ) Can capture the charge.

도 15c를 참조하여 본 실시예에 따른 가중치 소자의 지우기 동작을 살피겠다. 제 2 전극(E2)은 접지되고, 제 3 게이트 전극(GE3) 또는 제 4 게이트 전극(GE4) 중 어느 하나에 선택 전압 Vw 이 인가될 수 있다. 제 4 전극(E4)은 지우기 전압 Vw'이 인가되고, 제 5 게이트 전극(GE5)에 선택 전압 Vw이 인가될 수 있다. 스위칭 레이어(SL)에 인가된 전압이 문턱전압을 초과할 때, 전하포획물질층(CL)에 포획되어 있던 전하는 제 1 전극(E1) 또는 제 3 전극(E3)으로 빠져나갈 수 있다. 예를 들어, 스위칭 레이어(SL)가 PN 다이오드 층을 포함하는 경우에는, 스위칭 레이어(SL)에 항복전압 이상의 전압이 인가되어야, 전하포획물질층(CL)은 전하를 방출할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 레이어(SL)가 PN 다이오드층이 아닌 상술한 다른 재질을 포함하는 경우에는, 스위칭 레이어(SL)의 저항 상태를 바꾸기 위해 문턱전압 이상의 전압이 인가되어야, 전하포획물질층(CL)이 전하를 방출할 수 있다. The erasing operation of the weighting device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 15C. The second electrode E2 may be grounded and the selection voltage Vw may be applied to either the third gate electrode GE3 or the fourth gate electrode GE4. The erase voltage Vw 'may be applied to the fourth electrode E4, and the selection voltage Vw may be applied to the fifth gate electrode GE5. When the voltage applied to the switching layer SL exceeds the threshold voltage, the charge trapped in the layer of charge trapping material CL can escape to the first electrode E1 or the third electrode E3. For example, when the switching layer SL includes a PN diode layer, a voltage higher than the breakdown voltage must be applied to the switching layer SL, so that the charge trapping material layer CL can emit the charge. For example, when the switching layer SL includes the above-described other material other than the PN diode layer, a voltage higher than the threshold voltage must be applied to change the resistance state of the switching layer SL, ) Can discharge this charge.

도 15d를 참조하여 본 실시예에 따른 가중치 소자의 읽기 동작을 살피겠다. Referring to FIG. 15D, a read operation of the weight element according to the present embodiment will be described.

제 5 전극(E5)은 읽기전압 Vr 이 인가되고, 제 5 게이트 전극(GE5)은 선택전압(Vw)이 인가될 수 있다. 제 4 전극(E4)로 흐르는 전류의 세기를 측정하여 가중치 값을 읽을 수 있음은 상술한 바와 같다. 제 3 트랜지스터(도 15a의 TR3), 제 4 트랜지스터(도 15a의 TR4)는 별도의 전압이 인가되지 않을 수 있다.The fifth voltage E5 may be applied with the read voltage Vr and the fifth gate electrode GE5 may be applied with the selection voltage Vw. The weight value can be read by measuring the intensity of the current flowing to the fourth electrode E4 as described above. The third transistor (TR3 of FIG. 15A), and the fourth transistor (TR4 of FIG. 15A) may not be applied with a separate voltage.

도 16은 뉴럴 네트워크의 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다. 뉴럴 네트워크는 입력 레이어(input layer)과 출력 레이어(output layer) 사이에 적어도 한 열 이상의 히든 레이어(hidden layer)들을 포함할 수 있다. 입력 레이어는 입력 정보가 전기 신호로 입력되며, 출력 레이어는 출력 정보가 전기 신호로 출력될 수 있다. 히든 레이어는 입력 정보와 출력 정보 사이의 상관관계를 결정하는 일종의 블랙박스일 수 있다. 히든 레이어는 선형적 함수관계뿐 아니라 비선형적인 함수관계를 구현할 수 있다. 히든 레이어는 복수의 상술한 가중치 소자를 포함할 수 있다. 히든레이어가 구현하는 비선형적 함수관계는 히든 레이어가 포함하는 복수의 가중치 소자의 가중치 값에 의해서 결정될 수 있다. 16 is a diagram schematically showing the principle of a neural network. A neural network may include at least one or more rows of hidden layers between an input layer and an output layer. In the input layer, the input information is input as an electric signal, and the output layer can output the output information as an electric signal. The hidden layer may be a sort of black box that determines the correlation between input information and output information. Hidden layers can implement nonlinear function relationships as well as linear functional relationships. The hidden layer may include a plurality of the above-described weight elements. The nonlinear function relationship implemented by the hidden layer can be determined by the weight value of a plurality of weight elements included in the hidden layer.

히든 레이어는 복수의 열로 이루어 질 수 있으며, 열의 개수가 늘어 날수록 복잡한 비선형적인 함수관계를 구현할 수 있다. 복수의 히든 레이어를 포함하는 뉴럴 네트워크는 딥 러닝(deep learning)에 이용될 수 있다. 딥 러닝은 비선형성이 높은 학습 방법을 의미할 수 있다. Hidden layers can be composed of multiple columns, and as the number of columns increases, complex nonlinear function relationships can be realized. A neural network including a plurality of hidden layers can be used for deep learning. Deep learning can mean a nonlinear learning method.

히든 레이어는 시냅스와 퍼셉트론(perceptron)을 포함할 수 있다. 시냅스는 점으로 도시된 뉴런들 사이의 연결관계를 의미할 수 있다. 퍼셉트론은 시냅스와 시냅스를 통해 전달되는 정보에 가중치를 가하여 함수관계를 구현하는 뉴럴 네트워크의 구성일 수 있다. 즉, 상술한 가중치 소자는 퍼셉트론에 해당할 수 있다. 입력 레이어가 포함하는 복수의 트랜지스터는 실제 뉴럴 네트워크의 뉴런에 대응하므로, 이하 뉴런 트랜지스터라 기술하겠다.Hidden layers can include synapses and perceptrons. The synapse can refer to the connection between the neurons shown by dots. Perceptron can be a neural network that implements functional relationships by weighting information transmitted through synapses and synapses. That is, the weighting element described above may correspond to a perceptron. A plurality of transistors included in the input layer correspond to neurons of an actual neural network, and will be referred to as neuron transistors hereinafter.

도 17a 내지 17c는 뉴럴 네트워크 상에서 가중치 소자의 구동방법을 나타내는 개략적인 도면이다. 본 실시예에 따른 뉴럴 네트워크는 뉴런 트랜지스터와 하나의 가중치 소자로 이루어진 퍼셉트론을 포함하는 개략적인 구성일 수 있다. 시냅스는 뉴런 트랜지스터의 드레인과 가중치 소자의 게이트 전극의 연결 관계에 해당할 수 있다. 예를 들어, 가중치 소자에 인가하는 게이트 전압을 뉴런 트랜지스터가 선택적으로 스위칭할 수 있다. 뉴런 트랜지스터와 가중치 소자가 전기적 신호를 주고 받기 위해서는 시냅스가 활성화 되어야 하며, 이는 뉴런 트랜지스터의 채널 영역과 가중치 소자의 채널 영역이 활성화되는 것에 대응할 수 있다. 도 17a는 가중치를 증가 시키는 방법을, 도 17b는 가중치를 감소시키는 방법을, 도 17c는 가중치를 읽는 방법에 관한 도면이다. 17A to 17C are schematic diagrams showing a method of driving a weight element on a neural network. The neural network according to the present embodiment may be a schematic configuration including a neuron transistor and a perceptron composed of one weight element. The synapse may correspond to the connection between the drain of the neuron transistor and the gate electrode of the weighting device. For example, the neuron transistor can selectively switch the gate voltage applied to the weight element. In order for the neuron transistor and the weight element to transmit and receive electrical signals, the synapse must be activated, which can correspond to the activation of the channel region of the neuron transistor and the channel region of the weight element. FIG. 17A shows a method of increasing the weight, FIG. 17B shows a method of reducing the weight, and FIG. 17C shows a method of reading the weight.

도 17a 및 17b를 참조하면, 뉴런 트랜지스터와 퍼셉트론을 연결하는 시냅스는 뉴런 및 가중치 소자에 선택전압 Vw를 인가하여 활성화 될 수 있다. 이후 해당 퍼셉트론의 가중치 값을 증가하거나 감소시키는 방법은 상술한 가중치 소자의 동작과 실질적으로 동일하므로 생략한다.17A and 17B, a synapse connecting the neuron transistor and the perceptron may be activated by applying a selection voltage Vw to the neuron and the weight element. Thereafter, the method of increasing or decreasing the weight value of the perceptron is substantially the same as the operation of the weight element described above, so that it is omitted.

도 17c를 참조하면, 퍼셉트론의 가중치 값을 확인할 수 있다. 뉴런 트랜지스터와 퍼셉트론을 연결하는 시냅스는 활성화 되지 않아도 되므로, 뉴런 트랜지스터에 선택 전압을 인가하지 않고, 가중치 소자에만 선택전압 Vw을 인가할 수 있다.Referring to FIG. 17C, the weight value of the perceptron can be confirmed. Since the synapse connecting the neuron transistor and the perceptron does not need to be activated, the selection voltage Vw can be applied only to the weight element without applying the selection voltage to the neuron transistor.

도 18a 내지 18c는 복수 열의 뉴런 트랜지스터와 단수 열의 퍼셉트론으로 구성된 뉴럴 네트워크의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다. 18A to 18C are diagrams schematically showing the operation of a neural network composed of a plurality of columns of neuron transistors and a single row of perceptrons.

도 18a를 참조하면, 복수의 뉴런 트랜지스터는 (a * b)으로 2차원 배열될 수 있다. (a * b)의 2차원 배열에서 a는 행을 나타내는 수이고, b은 열을 나타내는 수일 수 있다. 예를 들어, 뉴럴 네트워크의 가장 상단에 위치한 트랜지스터는 첫번째 행에 위치하고 있으므로 a = 1이고, 그보다 아래 행에 위치한 트랜지스터는 a = 2 일 수 있다. 예를 들어, 뉴럴 네트워크의 가장 좌측에 위치한 트랜지스터는 첫번째 열에 위치하고 있으므로 b = 1이고, 그보다 우측 열에 위치한 트랜지스터는 b = 2 일 수 있다. 예를 들어, (1 * 1)에 위치한 트랜지스터는 뉴럴 네트워크의 좌측 상단을 기준으로 첫번째 행의 첫번째 열에 위치한 뉴런 트랜지스터를 의미할 수 있다. Referring to FIG. 18A, a plurality of neuron transistors can be two-dimensionally arranged as (a * b). In a two-dimensional array of (a * b), a may be a number representing a row and b may be a number representing a column. For example, a transistor located at the top of the neural network is located in the first row, so a = 1, and a transistor located in the lower row may be a = 2. For example, the transistor located at the leftmost side of the neural network is located in the first column, so that b = 1, and the transistor located in the right column can be b = 2. For example, a transistor located at (1 * 1) may refer to a neuron transistor located in the first column of the first row relative to the upper left corner of the neural network.

본 실시예에 따른 뉴런 트랜지스터는 (n * n)으로 2차원 배열될 수 있다. 즉, 행을 따라 n개의 트랜지스터가 열을 따라 n개의 트랜지스터가 배열될 수 있다. 이러한 실시예는 설명의 편의를 위한 것으로 이에 한정되지 않는다.The neuron transistors according to the present embodiment can be two-dimensionally arranged as (n * n). That is, n transistors may be arranged along a row and n transistors may be arranged along a row. These embodiments are for convenience of description and are not limited thereto.

동일 행에 위치한 각 뉴런 트랜지스터의 소스전극은 서로 연결되어 입력선을 구성할 수 있다. 도 18a를 참조하면, 각 행 별로 입력선을 구분하기 위하여, 입력선은 WD1 내지 WDn 로 나타낼 수 있다. 입력선으로 입력 신호가 인가될 수 있다. The source electrodes of each neuron transistor located in the same row can be connected to each other to form an input line. 18A, in order to distinguish input lines for each row, input lines include W D1 to W Dn . An input signal may be applied to the input line.

동일 열에 위치한 각 뉴런 트랜지스터의 게이트 전극은 서로 연결되어 선택선을 구성할 수 있다. 도 18a를 참조하면, 각 열 별로 선택선을 구분하기 위하여 선택선은 선택선 x1 내지 xn 으로 지칭될 수 있다. 선택선으로 선택 전압이 인가될 수 있다. 특정 선택선으로 선택 전압이 인가되면, 해당 열의 트랜지스터는 모두 선택될 수 있다. 선택은 곧 해당 열의 트랜지스터의 채널 영역이 열린 것을 의미할 수 있다. Gate electrodes of each neuron transistor located in the same column can be connected to each other to constitute a selection line. Referring to FIG. 18A, the selection lines may be referred to as selection lines x 1 to x n in order to distinguish the selection lines for each column. A selection voltage can be applied to the selection line. When a selection voltage is applied to a specific selection line, all the transistors in the column can be selected. The selection may mean that the channel region of the transistor in the row is open.

퍼셉트론은 전술한 실시예에 따른 가중치 소자를 복수 개 포함할 수 있다.The perceptron may include a plurality of weighting elements according to the above-described embodiments.

도 18a를 참조하면, 뉴런 트랜지스터가 (n * n)으로 2차원 배열되어 있을 때에, 퍼셉트론은 n개의 가중치 소자가 1차원 배열될 수 있다. 예를 들어, 동일 행에 위치한 각 뉴런 트랜지스터의 드레인전극은, 동일 행에 위치한 가중치 소자의 제 1 게이트전극과 전기적으로 연결되어 시냅스를 형성할 수 있다. 각 가중치 소자의 드레인전극은 쓰기 전압을 인가하여 각 가중치 소자의 가중치를 조절할 수 있음은 상술한 바와 같다. 각 가중치 소자의 드레인전극은, 입력선 WC1 내지 WCN 으로 구분하여 나타낼 수 있다. Referring to Fig. 18A, when the neuron transistors are two-dimensionally arranged as (n * n), the perceptron can be arranged one-dimensionally with n weight elements. For example, the drain electrode of each neuron transistor located in the same row may be electrically connected to the first gate electrode of the weight element located in the same row to form a synapse. As described above, the weight value of each weight device can be adjusted by applying a write voltage to the drain electrode of each weight device. The drain electrode of each weight element can be divided into input lines W C1 to W CN .

퍼셉트론을 구성하는 가중치 소자의 제 2 게이트전극은 서로 연결되어 선택선을 구성할 수 있다. 도 18a를 참조하면, 퍼셉트론의 선택선은 y1으로 나타낼 수 있다. 선택선 y1에 선택 전압 Vw가 인가되면, 해당 열의 가중치 소자가 모두 선택될 수 있다. 가중치 소자의 선택은, 제 2 채널영역(C2)이 열린 상태가 되는 것을 의미할 수 있다. 자세한 내용은 전술한바 생략하도록 하겠다.The second gate electrodes of the weight elements constituting the perceptron may be connected to each other to constitute a selection line. Referring to FIG. 18A, the selection line of the perceptron can be represented by y1. When the selection voltage Vw is applied to the selection line y1, all the weight elements of the column can be selected. The selection of the weighting element may mean that the second channel region C2 is in the open state. Details will be omitted here.

뉴럴 네트워크는 입력선 WD1 내지 WDn , 선택선 x1 내지 xn , 입력선 WC1 내지 WCN, 선택선 y1 에 인가되는 전압을 조절하여 퍼셉트론에 포함된 각 가중치 소자의 가중치 h1 내지 hn을 조절할 수 있다. The neural network adjusts the voltages applied to the input lines W D1 to W Dn , the selection lines x 1 to x n , the input lines W C1 to W CN , and the selection line y 1 to calculate the weights h 1 to hn of the weight elements included in the perceptron Can be adjusted.

도 18b를 참조하면, 뉴럴 네트워크의 쓰기와 지우기 동작을 살피겠다. 예를 들어, 선택전압 Vw는 선택선 x2에 인가되고, x1 및 x3 내지 xn에는 인가되지 않을 수 있다. 따라서 2번째 열에 위치한 뉴런 트랜지스터들이 선택될 수 있다. 선택선 y1 은 선택전압 Vw가 인가되므로 선택선 y1과 연결된 가중치 소자는 활성화 될 수 있다. 따라서, 선택선 x2에 위치한 뉴런 트랜지스터와 선택선 y1에 위치한 가중치 소자간의 시냅스는 활성화 될 수 있다. 예를 들어, 입력선 WC1 은입력선 쓰기전압 Vc1이 인가되고, 입력선 WD1 은 접지될 수 있다. (1 * 2)에 위치한 뉴런 트랜지스터와 첫번째 행에 위치한 가중치 소자 간의 시냅스를 통해 전하가 유입되어 가중치 h1 이 증가될 수 있다. 예를 들어, 입력선 WCn 은 접지되고 입력선 WDn 은 지우기 전압 VDn 이 인가될 수 있다. (n * 2)에 위치한 뉴런 트랜지스터와 n번째 행에 위치한 가중치 소자 간의 시냅스를 통해 전하가 유출되어 가중치 hn이 감소될 수 있다.Referring to FIG. 18B, the write and erase operations of the neural network will be examined. For example, the selection voltage Vw is applied to the selection line x2 and may not be applied to x1 and x3 to xn. Therefore, neuron transistors located in the second column can be selected. Since the selection line y1 is applied with the selection voltage Vw, the weight element connected to the selection line y1 can be activated. Thus, the synapse between the neuron transistor located on the selection line x2 and the weighting element located on the selection line y1 can be activated. For example, the input line W C1 may be applied with the input line write voltage Vc1, and the input line W D1 may be grounded. Charge can flow through the synapse between the neuron transistor located at (1 * 2) and the weight element located at the first row, and the weight h1 can be increased. For example, the input line W Cn Is grounded and the input line W Dn The erase voltage V Dn may be applied. the weight hn can be reduced by discharging the charge through the synapse between the neuron transistor located at (n * 2) and the weighting element located at the n-th row.

쓰기 전압으로는 펄스 전압이 인가될 수 있고, 지우기 전압으로는 펄스 전압이 인가될 수 있음은 상술한 바와 같다. As described above, the pulse voltage can be applied to the write voltage and the pulse voltage can be applied to the erase voltage.

도 18c를 참조하면, 뉴럴 네트워크의 읽기 동작을 살피겠다. 예를 들어, 입력선 Wc1 은 읽기 전압 VR 이 인가될 수 있다. 가중치 h1 은 첫번째 행에 위치한 가중치 소자를 통해 흐르는 측정 전류를 측정하여 읽어 질 수 있다. 예를 들어, 입력선 Wcn 은 읽기 전압 VR 이 인가될 수 있고, 그 결과 가중치 hn 은 읽어 질 수 있다. 상술한 바와 같이, 신호판독기(S/A) 또는 전류계(미도시)를 통해 측정되는 전류값에서부터 해당되는 가중치 소자의 가중치 값은 읽어 질 수 있다. 가중치 h1 내지 hn의 판독은 뉴런 트랜지스터와의 시냅스 활성과는 무관할 수 있으므로, 선택선 x1 내지 xn 에는 선택전압이 인가되지 않아도 무방하다. Referring to FIG. 18C, the read operation of the neural network will be examined. For example, the input line W c1 may be applied with a read voltage V R. The weight h1 can be read by measuring the measurement current flowing through the weight element located in the first row. For example, the input line W cn may be applied with a read voltage V R , and the resulting weight hn may be read. As described above, the weight value of the corresponding weighting element can be read from the current value measured through the signal reader (S / A) or the ammeter (not shown). The reading of the weights h1 to hn may be independent of the synapse activity with the neuron transistor, so that the selection voltage is not necessarily applied to the selection lines x1 to xn.

도 18a 내지 18c에 따른 뉴럴 네트워크에서는 퍼셉트론이 단수 열로 구성되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 뉴럴 네트워크는 복수 열로 구성된 퍼셉트론을 포함할 수 있으며, 이러한 뉴럴 네트워크는 딥 러닝에 사용될 수 있음은 상술한 바와 같다.In the neural network according to Figs. 18A to 18C, the perceptron is composed of a single row, but is not limited thereto. The neural network may include a plurality of columns of perceptrons, and such neural networks may be used for deep running as described above.

도 19는 뉴럴 네트워크를 이용한 학습에 관한 도면이다. 뉴럴 네트워크는 연속적 학습(continuous learning)과 이산적 학습(discrete learning)으로 나뉠 수 있다. 상술한 가중치 소자를 이용한 뉴럴 네트워크는 제한된 숫자의 가중치 소자를 이용한 네트워크라는 점에서 이산적 학습에 이용될 수 있다. 19 is a diagram for learning using a neural network. Neural networks can be divided into continuous learning and discrete learning. The neural network using the weight elements described above can be used for discrete learning because it is a network using a limited number of weight elements.

비휘발성 가중치 소자를 포함하는 뉴럴 네트워크는 통제 학습(supervised learning)과 비통제 학습(unsupervised learning)에 이용될 수 있다. 통제 학습은 훈련 데이터(Training Data)로부터 특정 함수를 유추해내기 위한 기계 학습(Machine Learning)의 한 방법이다. 훈련 데이터는 정해진 입력 정보와 출력 정보를 말한다. 일반적으로 입력 정보는 벡터 형태로 포함하고 있으며 각각의 입력 정보 벡터에 대해 정해진 출력 정보가 정해져 있다. 통제 학습은 이러한 입력 정보에 대해 정해진 출력 정보가 나오도록 뉴럴 네트워크를 학습시키는 것을 말하며, 본 개시에서는 가중치의 조정을 통해 뉴럴 네트워크를 학습시킬 수 있다. 분류(Classification)는 학습된 뉴럴 네트워크를 이용하여, 주어진 입력 벡터가 어떤 종류의 값인지 판단하는 것을 의미한다. Neural networks that include non-volatile weighting elements can be used for supervised learning and unsupervised learning. Control learning is a method of machine learning to derive a specific function from training data. The training data is defined input information and output information. In general, the input information is included in a vector form, and predetermined output information is set for each input information vector. Control learning refers to learning a neural network such that predetermined output information is obtained for such input information. In the present disclosure, a neural network can be learned through adjustment of weights. Classification means using a learned neural network to determine what kind of value a given input vector is.

도 20을 참조하면, 분류는 통제 학습된 뉴럴 네트워크에 입력(x1)에 대한 출력(x2)의 관계로부터 판단 될 수 있다. 예를 들어, 분류는 A 입력 값에 대해 B 출력 값이 나오도록 통제 학습된 뉴럴 네트워크를 마련하고, 이 네트워크에 정체불명의 입력 값 C, D를 입력해보고 그 결과값이 B 출력 값에 해당하는지 여부로부터 판단될 수 있다. 도 20을 참조하면, B 출력 값에 해당하는 입력 값들은 동그라미로 도시되고, B 출력 값에 해당하지 않는 입력 값은 가위표로 도시되었다. 이러한 동그라미와 가위표 값들은 통제 학습된 뉴럴 네트워크에 부합하는 데이터인지 여부에 따라 분류된 것에 해당한다. Referring to Fig. 20, the classification can be judged from the relation of the output (x2) to the input (x1) to the controlled learning neural network. For example, the classification is based on a neural network that is learned to control the B output value for the A input value, inputs the unidentified input values C and D to the network, and checks whether the result corresponds to the B output value As shown in FIG. Referring to FIG. 20, the input values corresponding to the B output values are shown in a circle, and the input values not corresponding to the B output value are shown with a check mark. These circles and scissors values correspond to those classified according to whether they correspond to the controlled neural network.

비통제 학습은 상술한 통제 학습과는 달리 입력 정보에 대한 출력 정보의 목표치가 주어지지 않는 기계학습의 일종이다. 비통제 학습의 예로는 클러스터링(Clustering)이 있다.  클러스터링은 비통제 학습으로 습득된 뉴럴 네트워크의 입력에 대해 출력 값을 통계적으로 분석하여, 군으로 나누는 것을 의미한다. Uncontrolled learning is a kind of machine learning in which the target value of the output information for input information is not given, unlike the control learning described above. An example of uncontrolled learning is clustering. Clustering means statistically analyzing output values for inputs of neural networks learned by uncontrolled learning and dividing them into groups.

도 21을 참조하면, 비통제 학습된 뉴럴 네트워크에 입력(x1)에 대한 출력(x2)의 관계를 판단하여 클러스터를 판단할 수 있다. 예를 들어, 비통제 학습 된 뉴럴 네트워크에 입력된 입력 값에 따른 출력값을 비교하여, 서로 유사한 범위 내에 속하는 좌표들은 하나의 클러스터로 묶어 질 수 있다. 도 21을 참조하면, 입력값과 출력값의 좌표는 동그라미로 도시되어 있으며, 유사 범위 내에 포함되어 있는지 여부에 따라 클러스터를 점선으로 도시하였다.Referring to FIG. 21, the cluster can be determined by determining the relationship of the output (x2) to the input (x1) to the uncontrolled learned neural network. For example, the output values according to the input values inputted to the uncontrolled learned neural network are compared, and the coordinates belonging to the similar range can be grouped into one cluster. Referring to FIG. 21, the coordinates of the input value and the output value are shown in a circle, and the cluster is indicated by a dotted line according to whether the input value and the output value are included in the similar range.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 가중치 소자, 뉴럴 네트워크, 및 가중치 소자의 동작 방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다. Up to now, exemplary embodiments of a weight element, a neural network, and a method of operating a weight element have been described and shown in the accompanying drawings to assist in understanding the present invention. It should be understood, however, that such embodiments are merely illustrative of the present invention and not limiting thereof. And it is to be understood that the invention is not limited to the details shown and described. Since various other modifications may occur to those of ordinary skill in the art.

SUB : 기판 GO : 게이트절연층
C1 : 제 1 채널영역 C2 : 제 2 채널영역
GE1 : 제 1 게이트전극 GE2 : 제 2 게이트전극
CL : 전하포획물질층 SL : 스위칭 레이어
S1 : 소스영역 S2 : 누출방지영역
D1 : 드레인영역 SD : 공용영역
SE : 소스전극 DE : 드레인전극
GE1 : 제 1 게이트전극 GE2 : 제 2 게이트전극
M1 : 전하포획층
SUB: substrate GO: gate insulating layer
C1: first channel region C2: second channel region
GE1: first gate electrode GE2: second gate electrode
CL: charge trapping material layer SL: switching layer
S1: Source area S2: Leakage prevention area
D1: drain region SD: common region
SE: source electrode DE: drain electrode
GE1: first gate electrode GE2: second gate electrode
M1: Charge trap layer

Claims (20)

기판;
상기 기판 상에 서로 이격되게 배치되는 소스영역 및 공용영역과, 상기 소스영역과 전기적으로 연결되는 소스전극, 상기 소스영역과 상기 공용영역 사이에 위치하는 제 1 채널영역, 상기 제 1 채널영역 상에 마련되는 제 1 게이트 절연층, 상기 제 1 게이트 절연층 상에 마련되는 전하포획물질층, 상기 전하포획물질층 상에 마련되어 고저항 상태와 저저항 상태로 스위칭될 수 있는 스위칭 레이어, 상기 스위칭 레이어 상에 마련되는 제 1 게이트전극을 포함하며, 상기 전하포획물질층은 상기 제 1 게이트 절연층을 사이에 두고 상기 공용영역에서 상기 제 1 채널영역에 인접한 영역과 대면하는 제 1 트랜지스터; 및
상기 기판 상에서 상기 공용영역에 이격되어 배치되는 드레인영역, 상기 드레인영역과 전기적으로 연결되는 드레인전극, 상기 공용영역과 상기 드레인영역 사이에 위치하는 제 2 채널영역, 상기 제 2 채널영역 상에 마련되는 제 2 게이트 절연층, 상기 제 2 게이트 절연층 상에 마련되는 제 2 게이트전극을 포함하며, 상기 공용영역을 소스로 삼는 제 2 트랜지스터;를 포함하는 가중치 소자.
Board;
A source region electrically connected to the source region; a first channel region located between the source region and the common region; a second channel region located on the first channel region; A charge trapping material layer provided on the first gate insulating layer; a switching layer provided on the charge trapping material layer and capable of switching to a high resistance state and a low resistance state; Wherein the charge trapping material layer includes a first transistor facing the region adjacent to the first channel region in the shared region with the first gate insulating layer interposed therebetween; And
A drain region disposed on the substrate and spaced apart from the common region, a drain electrode electrically connected to the drain region, a second channel region located between the common region and the drain region, And a second transistor having a second gate insulating layer, a second gate electrode provided on the second gate insulating layer, and a source region serving as the common region.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터는,
상기 기판 상에 상기 소스영역과 접하여 배치되며, 상기 소스영역과 PN 다이오드 구조를 형성하는 누출방지영역을 더 포함하고,
상기 소스전극은, 상기 누출방지영역과 접하는 가중치 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first transistor comprises:
Further comprising a leakage prevention region disposed on the substrate in contact with the source region and forming a PN diode structure with the source region,
And the source electrode is in contact with the leakage preventing region.
제 2 항에 있어서,
상기 누출방지영역은, 상기 소스전극과 접하는 면적 외에는 상기 소스영역에 둘러싸이는 가중치 소자.
3. The method of claim 2,
And the leakage preventing region is surrounded by the source region other than an area in contact with the source electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 채널영역과 상기 제 2 채널영역은 서로 반대의 도전성을 가지는 가중치 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first channel region and the second channel region have opposite conductivity.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터는,
상기 기판에서 상기 소스영역, 상기 제 1 채널영역, 및 상기 공용영역을 감싸며 상기 제 2 채널영역과 반대의 도전성을 가지는 우물을 더 포함하는 가중치 소자.
5. The method of claim 4,
Wherein the first transistor comprises:
And a well surrounding the source region, the first channel region, and the common region in the substrate and having a conductivity opposite to the second channel region.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 게이트전극과 상기 소스전극은 서로 전기적으로 연결되는 가중치 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first gate electrode and the source electrode are electrically connected to each other.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 게이트 절연층 및 상기 기판을 사이에 두고 상기 전하포획물질층과 대면되는 부스팅전극을 더 포함하는 가중치 소자.
The method according to claim 1,
And a boosting electrode facing the charge trapping material layer with the first gate insulating layer and the substrate interposed therebetween.
제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 레이어는, 전압 인가에 따라 전도성 나노 필라멘트가 형성되어, 상기 저저항 상태로 스위칭될 수 있는 나노 필라멘터리 물질을 포함하는 가중치 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the switching layer comprises a nanofilament material capable of being switched to the low resistance state by forming a conductive nanofilament upon application of a voltage.
제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 레이어는, PN 다이오드층을 포함하는 가중치 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the switching layer comprises a PN diode layer.
제 1 항에 따른 가중치 소자의 동작방법에 있어서,
상기 제 2 게이트전극에 선택전압을 인가하여 상기 제 2 채널영역이 열리는 단계;
상기 드레인전극에 쓰기전압을 인가하는 단계; 및
상기 제 1 게이트전극을 접지시키는 단계;를 포함하고,
상기 쓰기전압에 의해 상기 제 1 게이트전극을 통해 전하가 상기 전하포획물질층에 유입되어 상기 전하포획물질층에 정보를 기록하는 가중치 소자의 동작방법.
A method of operating a weighting device according to claim 1,
Applying a selection voltage to the second gate electrode to open the second channel region;
Applying a write voltage to the drain electrode; And
And grounding the first gate electrode,
Wherein charge is introduced into the layer of charge trapping material through the first gate electrode by the write voltage to record information in the layer of charge trapping material.
제 1항에 따른 가중치 소자의 동작방법에 있어서,
상기 제 2 게이트전극에 선택전압을 인가하여 상기 제 2 채널영역이 열리는 단계;
상기 제 1 게이트전극에 지우기전압을 인가하는 단계; 및
상기 드레인전극을 접지시키는 단계;를 포함하고,
상기 지우기전압에 의해 상기 전하포획물질층에 포획된 전하를 제거하여 정보를 지우는 가중치 소자의 동작방법.
A method of operating a weighting device according to claim 1,
Applying a selection voltage to the second gate electrode to open the second channel region;
Applying a erase voltage to the first gate electrode; And
And grounding the drain electrode,
And removing the charge trapped in the charge trapping material layer by the erase voltage to erase the information.
제 1항에 따른 가중치 소자의 동작방법에 있어서,
상기 제 2 게이트전극에 선택전압을 인가하여 상기 제 2 채널영역이 열리는 단계;
상기 소스전극에 읽기전압을 인가하는 단계; 및
상기 드레인전극에서 측정전류를 측정하여, 상기 전하포획물질층에 포획된 전하량을 읽는 단계;를 포함하는 가중치 소자 동작방법.
A method of operating a weighting device according to claim 1,
Applying a selection voltage to the second gate electrode to open the second channel region;
Applying a read voltage to the source electrode; And
And measuring the measured current at the drain electrode to read the amount of charge trapped in the layer of charge trapping material.
제 10 항에 있어서,
상기 쓰기전압을 인가하는 단계는,
펄스 전압을 상기 드레인전극에 인가하여 가중치를 반영하는 단계;를 포함하고,
상기 가중치의 반영은 상기 펄스 전압의 인가 회수로 조절하는 가중치 소자의 동작방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the step of applying the write voltage comprises:
Applying a pulse voltage to the drain electrode to reflect a weight,
And the reflection of the weight is adjusted by the application number of the pulse voltage.
제 11 항에 있어서,
상기 지우기전압을 인가하는 단계는,
펄스 전압을 상기 제 1 게이트전극에 인가하여 가중치를 반영하는 단계;를 포함하고,
상기 가중치의 반영은 상기 펄스 전압의 인가 회수로 조절하는 가중치 소자의 동작방법.
12. The method of claim 11,
The step of applying the erase voltage comprises:
Applying a pulse voltage to the first gate electrode to reflect a weight,
And the reflection of the weight is adjusted by the application number of the pulse voltage.
제 1 항에 따른 복수의 가중치 소자; 및
상기 복수의 가중치 소자에 인가하는 게이트 전압을 선택적으로 스위칭하는 복수의 뉴런 트랜지스터;를 포함하는 뉴럴 네트워크.
A plurality of weighting elements according to claim 1; And
And a plurality of neuron transistors for selectively switching gate voltages applied to the plurality of weight elements.
제 15 항에 있어서,
상기 복수의 뉴런 트랜지스터가 2차원 배열되고,
상기 복수의 뉴런 트랜지스터의 드레인전극은 상기 복수의 가중치 소자의 제 1 게이트전극에 각각 연결되며,
동일 열에 위치하는 뉴런 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되어 선택전압을 인가할 수 있는 선택선; 및
동일 행에 위치하는 뉴런 트랜지스터의 소스전극에 연결되어 입력전압을 인가할 수 있는 입력선;을 더 포함하는 뉴럴 네트워크.
16. The method of claim 15,
Wherein the plurality of neuron transistors are two-dimensionally arranged,
A drain electrode of the plurality of neuron transistors is connected to a first gate electrode of the plurality of weight elements,
A selection line connected to a gate electrode of a neuron transistor located in the same column to apply a selection voltage; And
And an input line connected to the source electrode of the neuron transistor located in the same row and capable of applying an input voltage.
제 15항에 있어서,
상기 복수의 가중치 소자가 1차원 배열 또는 2차원 배열되는 뉴럴 네트워크.
16. The method of claim 15,
Wherein the plurality of weight elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
제 15항에 따른 뉴럴 네트워크의 동작방법에 있어서,
상기 복수의 뉴런 트랜지스터를 통해 입력되는 입력 정보와 상기 복수의 가중치 소자를 통해 출력되는 출력 정보를 미리 정하고, 그에 부합하는 뉴럴 네트워크의 가중치 값을 결정하는 통제 학습식(supervised learning) 뉴럴 네트워크의 동작방법.
17. A method of operating a neural network according to claim 15,
An operation method of a supervised learning neural network for predetermining input information input through the plurality of neuron transistors and output information output through the plurality of weight elements and determining a weight value of the neural network corresponding thereto .
제 19항에 따른 뉴럴 네트워크의 동작방법에 있어서,
뉴런 트랜지스터를 통해 입력되는 입력 정보에 따라 뉴럴 네트워크의 가중치 값이 자율적으로 결정되도록 하는 비통제 학습식(unsupervised learning) 뉴럴 네트워크의 동작방법.
20. A method of operating a neural network according to claim 19,
A method of operating an unsupervised learning neural network in which weight values of a neural network are autonomously determined according to input information input through a neuron transistor.
제 3 게이트 전극, 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비하는 제 3 트랜지스터;
상기 제 3 트랜지스터와 상기 제 2 전극을 공유하며, 제 4 게이트 전극, 제 3 전극을 구비하는 제 4 트랜지스터;
제 5 게이트 전극, 제 4 전극을 구비하고 공용영역을 드레인으로 삼는 제 5 트랜지스터;
제 6 게이트 전극, 제 5 전극을 구비하며 상기 공용영역을 소스로 삼는 제 6 트랜지스터;
상기 제 1 전극 및 상기 제 3 전극 상에 형성되며 고저항 상태와 저저항 상태로 스위칭될 수 있는 스위칭 레이어;
상기 스위칭 레이어 상에 위치하며, 상기 스위칭 레이어의 저항 상태에 따라, 전하를 포획 또는 방출하는 전하포획물질층; 및
상기 전하포획물질층과 상기 제 6 게이트 전극을 연결하는 인터커넥트;를 포함하는 가중치 소자.
A third transistor having a third gate electrode, a first electrode, and a second electrode;
A fourth transistor sharing the third transistor and the second electrode, the fourth transistor including a fourth gate electrode and a third electrode;
A fifth transistor having a fifth gate electrode, a fourth electrode, and a common region as a drain;
A sixth transistor having a sixth gate electrode, a fifth electrode and serving as the source region;
A switching layer formed on the first electrode and the third electrode, the switching layer being switchable between a high resistance state and a low resistance state;
A charge trapping material layer located on the switching layer, the charge trapping material layer capturing or discharging charge according to a resistance state of the switching layer; And
And an interconnect connecting the charge trapping material layer and the sixth gate electrode.
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