KR20170080473A - Neuromorphic device - Google Patents

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KR20170080473A
KR20170080473A KR1020160165000A KR20160165000A KR20170080473A KR 20170080473 A KR20170080473 A KR 20170080473A KR 1020160165000 A KR1020160165000 A KR 1020160165000A KR 20160165000 A KR20160165000 A KR 20160165000A KR 20170080473 A KR20170080473 A KR 20170080473A
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Abstract

뉴로모픽 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치는, 제1 방향으로 연장하는 복수의 로우 배선; 상기 제1 방향으로 연장하는 복수의 추가 로우 배선; 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 복수의 컬럼 배선; 및 상기 로우 배선, 상기 추가 로우 배선 및 상기 컬럼 배선의 교차 영역에 위치하는 시냅스를 포함하고, 상기 시냅스는, 플로팅 게이트를 갖고, 상기 플로팅 게이트와 절연된 제어 게이트가 상기 로우 배선에 접속되고, 제1 접합이 상기 추가 로우 배선에 접속되고, 제2 접합이 상기 컬럼 배선에 접속되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.A nyomorphic device is provided. According to an aspect of the present invention, there is provided a neuromodule apparatus comprising: a plurality of row lines extending in a first direction; A plurality of additional row wirings extending in the first direction; A plurality of column lines extending in a second direction intersecting the first direction; And a synapse located at an intersection area of the row wiring, the additional row wiring, and the column wiring, wherein the synapse has a floating gate, the control gate insulated from the floating gate is connected to the row wiring, 1 junction is connected to the additional row wiring, and a second junction is connected to the column wiring.

Description

뉴로모픽 장치{NEUROMORPHIC DEVICE}NEUROMORPHIC DEVICE}

본 특허 문헌은 인간의 신경계를 모사하는 뉴로모픽 장치 및 이들의 응용에 관한 것이다.This patent document relates to a neuromotor apparatus for simulating a human nervous system and their applications.

최근 전자기기의 소형화, 저전력화, 고성능화, 다양화 등에 따라, 대용량의 정보를 효율적으로 처리할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 특히, 인간의 신경계를 모사하는 뉴로모픽 기술(neuromorphic technology)에 관한 관심이 증대되고 있다. 인간의 신경계에는 수천억 개의 뉴런(neuron)과 뉴런 사이의 접합부인 시냅스(synapse)가 존재한다. 뉴로모픽 기술에서는 이러한 뉴런과 시냅스에 각각 대응하는 뉴런 회로와 시냅스 회로를 설계함으로써 뉴로모픽 장치를 구현하고자 한다. 뉴로모픽 장치는 데이터 분류, 패턴 인식 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.BACKGROUND ART In recent years, there has been a demand for a technology capable of efficiently processing a large amount of information in accordance with miniaturization, low power consumption, high performance, and diversification of electronic devices. In particular, there is growing interest in neuromorphic technology, which simulates the human nervous system. There are hundreds of billions of neurons in the human nervous system and synapses that are the junctions between neurons. In the neuromotor technology, we try to implement a neuromotor device by designing neuron circuits and synapse circuits corresponding to these neurons and synapses, respectively. The NyomopliK device can be used in various fields such as data classification and pattern recognition.

본 발명의 실시예들이 해결하려는 과제는, 학습 및 인식의 정확도를 향상시킬 수 있는 뉴로모픽 장치를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the embodiments of the present invention is to provide a novel Lomographic device capable of improving the accuracy of learning and recognition.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치는, 제1 방향으로 연장하는 복수의 로우 배선; 상기 제1 방향으로 연장하는 복수의 추가 로우 배선; 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 복수의 컬럼 배선; 및 상기 로우 배선, 상기 추가 로우 배선 및 상기 컬럼 배선의 교차 영역에 위치하는 시냅스를 포함하고, 상기 시냅스는, 플로팅 게이트를 갖고, 상기 플로팅 게이트와 절연된 제어 게이트가 상기 로우 배선에 접속되고, 제1 접합이 상기 추가 로우 배선에 접속되고, 제2 접합이 상기 컬럼 배선에 접속되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a neuromodule apparatus including: a plurality of row lines extending in a first direction; A plurality of additional row wirings extending in the first direction; A plurality of column lines extending in a second direction intersecting the first direction; And a synapse located at an intersection area of the row wiring, the additional row wiring, and the column wiring, wherein the synapse has a floating gate, the control gate insulated from the floating gate is connected to the row wiring, 1 junction is connected to the additional row wiring, and a second junction is connected to the column wiring.

위 뉴로모픽 장치에 있어서, 상기 복수의 로우 배선으로 특정 데이터에 해당하는 전압 펄스가 인가될 수 있다. 상기 트랜지스터는, 상기 플로팅 게이트로 소정 전하가 트랩되는 경우 감소하는 문턱 전압을 가질 수 있다. 상기 플로팅 게이트에 트랩되는 전하의 양은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가할 수 있다. 상기 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 감소할 수 있다. 상기 제1 접합과 상기 제2 접합 사이의 전류 흐름은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가할 수 있다. 상기 복수의 추가 로우 배선으로, 상기 전압 펄스와 동일한 극성을 갖는 전압이 인가될 수 있다. 상기 복수의 추가 로우 배선으로 인가되는 상기 전압은, 상기 전압 펄스와 동일한 크기를 가질 수 있다. 상기 복수의 컬럼 배선 각각에 서로 다른 데이터가 학습될 수 있다. 상기 특정 데이터를 상기 복수의 컬럼 배선 중 제1 컬럼 배선에 학습하는 과정에서, 기 학습된 제2 컬럼 배선은 플로팅 상태일 수 있다.In the up-neuromotor apparatus, a voltage pulse corresponding to specific data may be applied to the plurality of row wirings. The transistor may have a decreasing threshold voltage when a predetermined charge is trapped in the floating gate. The amount of charge trapped in the floating gate may increase as the number of voltage pulses increases. The threshold voltage of the transistor may decrease as the number of voltage pulses increases. The current flow between the first junction and the second junction may increase as the number of voltage pulses increases. A voltage having the same polarity as the voltage pulse may be applied to the plurality of additional row wirings. The voltage applied to the plurality of additional row wirings may have the same magnitude as the voltage pulse. Different data can be learned in each of the plurality of column wirings. In the process of learning the specific data to the first column wiring among the plurality of column wirings, the second column wiring that has been learned may be in a floating state.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치는, 기판; 상기 기판 상에 위치하고, 제1 방향으로 연장하는 하부 배선; 상기 하부 배선 상에 위치하고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 상부 배선; 상기 하부 배선과 상기 상부 배선의 사이에서 상기 하부 배선과 상기 상부 배선의 교차 영역에 위치하는 반도체 기둥; 상기 반도체 기둥의 측면을 순차적으로 둘러싸는 터널 절연막, 플로팅 게이트 및 전하 차단막; 및 상기 전하 차단막의 측면을 둘러싸면서 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 연장하는 제어 게이트를 포함하고, 상기 반도체 기둥, 상기 터널 절연막, 상기 플로팅 게이트, 상기 전하 차단막 및 상기 제어 게이트는, 시냅스를 형성할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a neurometric device comprising: a substrate; A lower wiring located on the substrate and extending in a first direction; An upper wiring located on the lower wiring and extending in a second direction intersecting with the first direction; A semiconductor column located between the lower wiring and the upper wiring at a crossing region of the lower wiring and the upper wiring; A tunnel insulating film, a floating gate, and a charge blocking film sequentially surrounding side surfaces of the semiconductor pillars; And a control gate extending in the first direction or the second direction while surrounding the side surface of the charge blocking film, wherein the semiconductor column, the tunnel insulating film, the floating gate, the charge blocking film, .

위 뉴로모픽 장치에 있어서, 상기 제어 게이트로 특정 데이터에 해당하는 전압 펄스가 인가될 수 있다. 상기 시냅스는, 상기 플로팅 게이트로 소정 전하가 트랩되는 경우 감소하는 문턱 전압을 가질 수 있다. 상기 플로팅 게이트에 트랩되는 전하의 양은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가할 수 있다. 상기 시냅스의 문턱 전압은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 감소할 수 있다. 상기 반도체 기둥을 통하는 전류 흐름은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가할 수 있다. 상기 하부 배선 및 상기 상부 배선 중 어느 하나로, 상기 전압 펄스와 동일한 극성을 갖는 전압이 인가될 수 있다. 상기 하부 배선 및 상기 상부 배선 중 어느 하나로 인가되는 상기 전압은, 상기 전압 펄스와 동일한 크기를 가질 수 있다. 상기 하부 배선 및 상기 상부 배선 중 다른 하나로 특정 데이터가 저장될 수 있다. 상기 하부 배선과 상기 반도체 기둥 사이에 위치하고, 상기 하부 배선과 중첩하는 제1 접합 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 반도체 기둥의 상부에 형성되어 상기 상부 배선과 접속하는 제2 접합 영역을 더 포함할 수 있다.In the up-neuromotor apparatus, a voltage pulse corresponding to specific data may be applied to the control gate. The synapse may have a decreasing threshold voltage when a predetermined charge is trapped in the floating gate. The amount of charge trapped in the floating gate may increase as the number of voltage pulses increases. The threshold voltage of the synapse may decrease as the number of voltage pulses increases. Current flow through the semiconductor pillars may increase as the number of voltage pulses increases. A voltage having the same polarity as the voltage pulse may be applied to either the lower wiring or the upper wiring. The voltage applied to any one of the lower wiring and the upper wiring may have the same magnitude as the voltage pulse. Specific data may be stored in another one of the lower wiring and the upper wiring. And a first junction region located between the lower wiring and the semiconductor column and overlapping the lower wiring. And a second junction region formed on the semiconductor column and connected to the upper wiring.

상술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 뉴로모픽 장치의 학습 및 인식의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the embodiments of the present invention described above, it is possible to improve the accuracy of learning and recognition of the neuromotor device.

도 1a는 비교예의 뉴로모픽 장치를 나타내는 도면이고, 도 1b 및 도 1c는 도 1a의 뉴로모픽 장치의 동작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치를 나타내는 도면이고, 도 2b 및 도 2c는 도 2a의 뉴로모픽 장치의 동작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2c의 트랜지스터의 문턱 전압 감소 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치의 학습 과정의 일례를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치의 시냅스의 일례를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 인식 시스템의 일 예이다.
FIG. 1A is a diagram showing a neuromotor apparatus of a comparative example, and FIGS. 1B and 1C are views for explaining an example of a method of operating the neuromotor apparatus of FIG. 1A.
FIG. 2A is a diagram illustrating a neuromotor apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2B and 2C are views for explaining an example of a method of operating the neuromotor apparatus of FIG. 2A.
FIG. 3 is a view for explaining a threshold voltage reduction mechanism of the transistors of FIGS. 2A to 2C. Referring to FIG.
4A to 4D are views for explaining an example of a learning process of the neuromorphic device according to an embodiment of the present invention in more detail.
FIG. 5 is a perspective view for explaining an example of a synapse of a nyombol pick apparatus according to an embodiment of the present invention.
6A to 9B are views for explaining a method of manufacturing a nyombol picking apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is an example of a pattern recognition system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예들이 상세히 설명된다. In the following, various embodiments are described in detail with reference to the accompanying drawings.

도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예들의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1 층이 제2 층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1 층이 제2 층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1 층과 제2 층 사이 또는 제1 층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.The drawings are not necessarily drawn to scale, and in some instances, proportions of at least some of the structures shown in the figures may be exaggerated to clearly show features of the embodiments. When a multi-layer structure having two or more layers is disclosed in the drawings or the detailed description, the relative positional relationship or arrangement order of the layers as shown is only a specific example and the present invention is not limited thereto. The order of relationships and arrangements may vary. In addition, a drawing or a detailed description of a multi-layer structure may not reflect all layers present in a particular multi-layer structure (e.g., there may be more than one additional layer between the two layers shown). For example, if the first layer is on the substrate or in the multilayer structure of the drawings or the detailed description, the first layer may be formed directly on the second layer or may be formed directly on the substrate As well as the case where more than one other layer is present between the first layer and the second layer or between the first layer and the substrate.

본 실시예의 설명에 앞서, 비교예의 뉴로모픽 장치, 그 동작 방법 및 그 문제점에 대하여 설명하기로 한다.Prior to the description of this embodiment, a description will be given of the neurometer apparatus of the comparative example, its operation method, and its problems.

도 1a는 비교예의 뉴로모픽 장치를 나타내는 도면이고, 도 1b 및 도 1c는 도 1a의 뉴로모픽 장치의 동작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1A is a diagram showing a neuromotor apparatus of a comparative example, and FIGS. 1B and 1C are views for explaining an example of a method of operating the neuromotor apparatus of FIG. 1A.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치는 복수의 프리 시냅틱 뉴런(presynaptic neuron, 10), 복수의 포스트 시냅틱 뉴런(postsynaptic neuron, 20), 및 복수의 프리 시냅틱 뉴런(10)과 복수의 포스트 시냅틱 뉴런(20) 사이의 각각의 연결을 제공하는 시냅스(30)를 포함할 수 있다. 1A, a neuromotry device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of presynaptic neurons 10, a plurality of postsynaptic neurons 20, and a plurality of presynaptic neurons 10) and a plurality of post-synaptic neurons 20, respectively.

본 실시예의 뉴로모픽 장치는, 4개의 프리 시냅틱 뉴런(10), 4개의 포스트 시냅틱 뉴런(20) 및 16개의 시냅스(30)를 포함하고 있으나, 이들 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 프리 시냅틱 뉴런(10)의 개수가 N개(여기서, N은 2 이상의 자연수임)이고, 포스트 시냅틱 뉴런(20)의 개수가 M개(여기서, M은 2 이상의 자연수이고, N과 같거나 다를 수 있음)인 경우, N*M개의 시냅스(30)가 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 이를 위하여, 복수의 프리 시냅틱 뉴런(10) 각각과 연결되고 제1 방향 예컨대, 가로 방향으로 연장하는 배선(12)과, 복수의 포스트 시냅틱 뉴런(20) 각각과 연결되고 제1 방향과 교차하는 제2 방향 예컨대, 세로 방향으로 연장하는 배선(22)이 제공될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 제1 방향으로 연장하는 배선(12)을 로우 배선(row line)이라 하고, 제2 방향으로 연장하는 배선(22)을 컬럼 배선(column line)이라 하기로 한다. 복수의 시냅스(30)는 로우 배선(12)과 컬럼 배선(22)의 교차점마다 배치되어 대응하는 로우 배선(12)과 대응하는 컬럼 배선(22)을 서로 연결시킬 수 있다. The neuromotry apparatus of the present embodiment includes four pre-synaptic neurons 10, four post-synaptic neurons 20, and sixteen synapses 30, but these numbers can be variously modified. Wherein the number of presynaptic neurons 10 is N (where N is a natural number of 2 or more), the number of post-synaptic neurons 20 is M (where M is a natural number of 2 or more, ), The N * M synapses 30 may be arranged in a matrix form. To this end, a wiring 12 connected to each of the plurality of pre-synaptic neurons 10 and extending in a first direction, for example, in the transverse direction, and a plurality of post-synaptic neurons 20 connected to each of the plurality of post- A wiring 22 extending in two directions, for example, a longitudinal direction, may be provided. Hereinafter, for convenience of explanation, the wiring 12 extending in the first direction is referred to as a row line, and the wiring 22 extending in the second direction is referred to as a column line. A plurality of synapses 30 may be arranged at each intersection of the row wiring 12 and the column wiring 22 to connect the corresponding row wiring 12 and the corresponding column wiring 22 to each other.

프리 시냅틱 뉴런(10)은 신호 예컨대, 특정 데이터에 해당하는 신호를 생성하여 로우 배선(12)으로 보내는 역할을 수행하고, 포스트 시냅틱 뉴런(20)은 시냅스 소자(30)를 거친 시냅틱 신호를 컬럼 배선(22)을 통하여 수신하고 처리하는 역할을 수행할 수 있다. 로우 배선(12)은 프리 시냅틱 뉴런(10)의 액손(axon)에 대응하고, 컬럼 배선(22)은 포스트 시냅틱 뉴런(20)의 덴드라이트(dendrite)에 대응할 수 있다. 그러나, 프리 시냅틱 뉴런인지 포스트 시냅틱 뉴런인지 여부는 다른 뉴런과의 상대적인 관계에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 프리 시냅틱 뉴런(10)이 다른 뉴런과의 관계에서 시냅틱 신호를 수신하는 경우 포스트 시냅틱 뉴런으로 기능할 수 있다. 유사하게, 포스트 시냅틱 뉴런(20)이 다른 뉴런과의 관계에서 신호를 보내는 경우 프리 시냅틱 뉴런으로 기능할 수 있다. 프리 시냅틱 뉴런(10) 및 포스트 시냅틱 뉴런(20)은 CMOS 등 다양한 회로로 구현될 수 있다.The pre-synaptic neuron 10 generates a signal corresponding to a specific data, for example, and sends it to the row wiring 12. The post-synaptic neuron 20 transmits a synaptic signal through the synapse element 30 to the column wiring 12. [ And receive and process the data through the network 22. The row wiring 12 corresponds to the axon of the presynaptic neuron 10 and the column wiring 22 corresponds to the dendrite of the post synaptic neuron 20. However, whether it is a pre-synaptic neuron or a post-synaptic neuron can be determined by its relative relationship with other neurons. For example, a presynaptic neuron 10 may function as a post-synaptic neuron if it receives a synaptic signal in relation to another neuron. Similarly, post-synaptic neurons 20 can function as presynaptic neurons when they send signals in relation to other neurons. The pre-synaptic neuron 10 and the post-synaptic neuron 20 may be implemented with various circuits such as CMOS.

프리 시냅틱 뉴런(10)과 포스트 시냅틱 뉴런(20) 사이의 연결은 시냅스(30)를 통하여 이루어질 수 있다. 여기서, 시냅스(30)는 양단에 인가되는 전기적 펄스 예컨대, 전압 또는 전류에 따라 전기적 전도도(electrical conductance) 혹은 가중치(weight)가 변하는 소자이다. The connection between the presynaptic neuron 10 and the post-synaptic neuron 20 may be via the synapse 30. Here, the synapse 30 is an element whose electrical conductance or weight changes in accordance with an electric pulse applied to both ends, for example, a voltage or a current.

시냅스(30)는 예컨대, 가변 저항 소자를 포함할 수 있다. 가변 저항 소자는 양단에 인가되는 전압 또는 전류에 따라 서로 다른 저항 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 소자로서, 복수의 저항 상태를 가질 수 있는 다양한 물질 예컨대, 전이 금속 산화물, 페로브스카이트(perovskite)계 물질 등과 같은 금속 산화물, 칼코게나이드(chalcogenide)계 물질 등과 같은 상변화 물질, 강유전 물질, 강자성 물질 등을 포함하는 단일막 구조 또는 다중막 구조를 가질 수 있다. 가변 저항 소자 및/또는 시냅스(30)가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변하는 동작을 셋(set) 동작이라 하고, 저저항 상태에서 고저항 상태로 변하는 동작을 리셋(reset) 동작이라 할 수 있다. The synapse 30 may comprise, for example, a variable resistive element. The variable resistive element is an element that can switch between different resistance states depending on the voltage or current applied to both ends. The variable resistive element includes various materials capable of having a plurality of resistance states, such as a transition metal oxide, a perovskite system And may have a single-layer structure or a multi-layer structure including a phase-change material such as a metal oxide such as a material, a chalcogenide-based material, a ferroelectric material, a ferromagnetic material and the like. The operation in which the variable resistance element and / or the synapse 30 changes from the high resistance state to the low resistance state is referred to as a set operation and the operation in which the resistance state changes from the low resistance state to the high resistance state is referred to as a reset operation .

단, 뉴로모픽 장치의 시냅스(30)는, RRAM, PRAM, FRAM, MRAM 등의 메모리 장치에 이용되는 가변 저항 소자와 달리, 셋 동작과 리셋 동작에서 급격한(abrupt) 저항 변화가 없고, 입력되는 전기적 펄스의 개수에 따라 전도도가 점진적으로 변화하는 아날로그 거동(analog behavior)을 보이는 등, 메모리에서의 가변 저항 소자와 구별되는 여러가지 특성을 갖도록 구현될 수 있다. 이는 메모리에서 가변 저항 소자에 요구되는 특성과 뉴로모픽 장치에서 시냅스(30)에 요구되는 특성이 서로 상이하기 때문이다. 참고로, 메모리에 이용되는 가변 저항 소자는 전기적 펄스가 반복하여 인가되더라도, 셋 동작 또는 리셋 동작이 수행되기 전에는 자신의 전도도를 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 저저항 상태의 가변 저항 소자는 전기적 펄스가 반복하여 인가되더라도 자신의 낮은 저항값을 유지할 수 있고, 고저항 상태의 가변 소자는 전기적 펄스가 반복하여 인가되더라도 자신의 높은 저항값을 유지할 수 있다. 저저항 상태와 고저항 상태 사이의 구분을 명확하게 하여 서로 다른 데이터를 저장하기 위함이다. 반면, 뉴로모픽 장치에 적합한 시냅스(30)는 셋 동작으로 저저항 상태가 된 후에 셋 전압 이상의 크기 및 동일 극성을 갖는 전기적 펄스가 반복하여 인가되면 그 전도도가 점차 증가할 수 있고, 리셋 동작으로 고저항 상태가 된 후에 리셋 전압 이상의 크기 및 동일 극성을 갖는 전기적 펄스가 반복하여 인가되면 그 전도도가 점차 감소할 수 있다. 이러한 경우에도 셋 전압 및/또는 리셋 전압 미만의 크기를 갖는 전기적 펄스가 인가되면 시냅스(30)의 전도도는 가변되지 않을 수 있다. However, unlike the variable resistive element used in the memory device such as the RRAM, the PRAM, the FRAM and the MRAM, the synapse 30 of the neuromodule device has no abrupt resistance change in the set operation and the reset operation, It can be implemented to have various characteristics that distinguish it from the variable resistance element in the memory, such as showing analog behavior in which the conductivity gradually changes according to the number of electric pulses. This is because the characteristics required for the variable resistive element in the memory and the characteristics required for the synapse 30 in the neuromotor device are different from each other. For reference, it is preferable that the variable resistive element used in the memory maintains its conductivity before the set operation or the reset operation is performed even if the electric pulse is repeatedly applied. That is, the variable resistance element in the low resistance state can maintain its low resistance value even if the electric pulse is repeatedly applied, and the variable element in the high resistance state can maintain its high resistance value even if the electric pulse is repeatedly applied . To distinguish between the low-resistance state and the high-resistance state, thereby storing different data. On the other hand, the synapse 30 suitable for a neuromotor device can be gradually increased when an electrical pulse having a magnitude equal to or greater than a set voltage and repeatedly applied to the synapse 30 is set to a low resistance state by a set operation, When the electric pulse having a magnitude equal to or greater than the reset voltage and having the same polarity is repeatedly applied after being in the high resistance state, the conductivity may gradually decrease. Even in this case, the conductivity of the synapse 30 may not be varied if an electrical pulse having a magnitude less than the set voltage and / or the reset voltage is applied.

위와 같은 뉴로모픽 장치의 학습 동작을 도 1b 및 도 1c를 참조하여 예시적으로 설명하면 아래와 같다. 설명의 편의를 위하여 로우 배선(12)을 위쪽에서부터 순서대로 제1 로우 배선(12A), 제2 로우 배선(12B), 제3 로우 배선(12C) 및 제4 로우 배선(12D)이라 칭할 수 있고, 컬럼 배선(22)을 좌측에서부터 순서대로 제1 컬럼 배선(22A), 제2 컬럼 배선(22B), 제3 컬럼 배선(22C) 및 제4 컬럼 배선(22D)이라 칭할 수 있다.The learning operation of the neurometer apparatus will be described below with reference to FIGS. 1B and 1C. The row wiring 12 may be referred to as a first row wiring 12A, a second row wiring 12B, a third row wiring 12C and a fourth row wiring 12D from the top in order And the column wiring 22 may be referred to as a first column wiring 22A, a second column wiring 22B, a third column wiring 22C and a fourth column wiring 22D in this order from the left.

먼저, 도 1b를 참조하면, 최초 상태에서, 시냅스(30) 전부는 전도도가 상대적으로 낮은 상태 즉, 고저항 상태에 있을 수 있다. 복수의 시냅스(30)의 적어도 일부가 저저항 상태인 경우, 이들을 고저항 상태로 만드는 초기화 동작이 추가로 필요할 수 있다. 복수의 시냅스(30) 각각은 저항 및/또는 전도도 변화에 요구되는 소정의 임계값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 각 시냅스(30)의 양단에 소정 임계값보다 작은 크기의 전압 또는 전류가 인가되면 시냅스(30)의 전도도는 변하지 않고, 시냅스(30)에 소정 임계값보다 큰 전압 또는 전류가 인가되면 시냅스(30)의 전도도는 변화할 수 있다. First, referring to FIG. 1B, in the initial state, all of the synapses 30 may be in a state in which the conductivity is relatively low, that is, in a high resistance state. If at least some of the plurality of synapses 30 are in a low resistance state, an initialization operation may be further required to bring them into a high resistance state. Each of the plurality of synapses 30 may have a predetermined threshold value required for resistance and / or conductivity variation. More specifically, when a voltage or current of a magnitude smaller than a predetermined threshold value is applied to both ends of each synapse 30, the conductivity of the synapse 30 does not change and a voltage or current larger than a predetermined threshold value is applied to the synapse 30 The conductivity of the synapse 30 may change.

이 상태에서, 특정 데이터를 특정 컬럼 배선(22)에 학습하는 동작을 수행하기 위하여, 프리 시냅틱 회로(10)의 출력에 대응하여 특정 데이터에 해당하는 입력 신호가 로우 배선(12)으로 들어올 수 있다. 이때, 입력 신호는 로우 배선(12) 각각에 대한 전기적 펄스의 인가로 나타날 수 있다. 예컨대, 로우 배선(12)으로 '0011'의 데이터에 해당하는 입력 신호가 들어오는 경우, '0'에 대응하는 로우 배선(12) 예컨대, 제1 및 제2 로우 배선(12A, 12B)에는 전기적 펄스가 인가되지 않고, '1'에 대응하는 로우 배선(12) 예컨대, 제3 및 제4 로우 배선(12C, 12D)에만 전기적 펄스가 인가될 수 있다. 이때, 컬럼 배선(22)은 학습을 위하여 적절한 전압 또는 전류로 구동될 수 있다.In this state, in order to perform the operation of learning the specific data to the specific column wiring 22, an input signal corresponding to the specific data corresponding to the output of the pre-synaptic circuit 10 may enter the row wiring 12 . At this time, the input signal may appear as an application of an electrical pulse to each of the row wirings 12. For example, when an input signal corresponding to data of '0011' is input to the row wiring 12, an electric pulse is applied to the row wiring 12 corresponding to '0', such as the first and second row wirings 12A and 12B Electric pulses may be applied only to the row wiring 12 corresponding to '1', for example, the third and fourth row wirings 12C and 12D. At this time, the column wiring 22 may be driven with appropriate voltage or current for learning.

일례로서, 특정 데이터를 학습할 컬럼 배선(22)이 이미 정하여진 경우, 이 컬럼 배선(22)은 '1'에 대응하는 로우 배선(12)과의 교차점에 위치하는 시냅스(30)가 셋 동작시 요구되는 전압(이하, 셋 전압) 이상의 크기를 갖는 전압을 인가받도록 구동되고, 나머지 컬럼 배선(22)은 나머지 시냅스(30)가 셋 전압보다 작은 크기의 전압을 인가받도록 구동될 수 있다. 예컨대, 셋 전압의 크기가 Vset이고, '0011'의 데이터를 학습할 컬럼 배선(22)이 제3 컬럼 배선(22C)으로 정하여진 경우, 제3 컬럼 배선(22C)과 제3 및 제4 로우 배선(12C, 12D)과의 교차점에 위치하는 제1 및 제2 시냅스(30A, 30B)가 Vset 이상의 전압을 인가받도록, 제3 및 제4 로우 배선(12C, 12D)에 인가되는 전기적 펄스의 크기는 Vset 이상일 수 있고 제3 컬럼 배선(22C)에 인가되는 전압은 0V일 수 있다. 그에 따라 제1 및 제2 시냅스(30A, 30B)는 저저항 상태가 될 수 있다. 저저항 상태의 제1 및 제2 시냅스(30A, 30B)의 전도도는 전기적 펄스의 개수가 증가할수록 점진적으로 증가할 수 있다. 인가되는 전기적 펄스의 크기 및 폭은 실질적으로 일정할 수 있다. 제1 및 제2 시냅스(30A, 30B)를 제외한 나머지 시냅스(30)는 Vset 보다 작은 전압을 인가받도록, 나머지 컬럼 배선 즉, 제1, 제2 및 제4 컬럼 배선(22A, 22B, 22D)에 인가되는 전압은 0V와 Vset 사이의 값 예컨대, 1/2Vset의 값을 가질 수 있다. 그에 따라, 제1 및 제2 시냅스(30A, 30B)를 제외한 나머지 시냅스(30)의 저항 상태는 변화하지 않을 수 있다. 이러한 경우의 전류 또는 전자의 흐름은 점선 화살표로 나타내었다.For example, when the column wiring 22 to learn specific data is already determined, the column wiring 22 has a synapse 30 positioned at the intersection with the row wiring 12 corresponding to '1' The remaining column wirings 22 can be driven so that the remaining synapses 30 are supplied with a voltage smaller than the set voltage. For example, when the set voltage level is Vset and the column wiring 22 to learn the data of '0011' is defined as the third column wiring 22C, the third column wiring 22C and the third and fourth rows The magnitudes of the electric pulses applied to the third and fourth row wirings 12C and 12D are set such that the first and second synapses 30A and 30B located at the intersections with the wirings 12C and 12D receive a voltage equal to or greater than Vset. May be equal to or greater than Vset, and the voltage applied to the third column wiring 22C may be 0V. Accordingly, the first and second synapses 30A and 30B can be in a low resistance state. The conductivity of the first and second synapses 30A and 30B in the low resistance state can be gradually increased as the number of electrical pulses increases. The magnitude and width of the applied electrical pulse may be substantially constant. The remaining synapses 30 except for the first and second synapses 30A and 30B are connected to the remaining column wirings, that is, the first, second and fourth column wirings 22A, 22B and 22D, The applied voltage may have a value between 0 V and Vset, for example, 1/2 Vset. Accordingly, the resistance state of the remaining synapses 30 except for the first and second synapses 30A and 30B may not change. The flow of current or electrons in this case is indicated by the dotted arrow.

다른 일례로서, 특정 데이터를 학습할 컬럼 배선(22)이 정하여져 있지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 특정 데이터에 해당하는 전기적 펄스를 로우 배선(12)으로 인가하면서 컬럼 배선(22) 각각에 흐르는 전류를 측정하여 가장 먼저 소정 임계 전류에 도달하는 컬럼 배선(22) 예컨대, 제3 컬럼 배선(22C)이 이 특정 데이터를 학습한 컬럼 배선(22)이 될 수 있다. As another example, the column wiring 22 to learn specific data may not be defined. In this case, the electric current corresponding to the specific data is applied to the row interconnection 12 while measuring the electric current flowing through each of the column interconnection 22, and the column interconnection 22, for example, the third column interconnection 22, The column wiring 22C can learn the specific data.

이상으로 설명한 방식에 의하여, 서로 다른 데이터가 서로 다른 컬럼 배선(22)에 각각 학습될 수 있다.According to the above-described method, different data can be learned in different column wirings 22, respectively.

어떠한 경우든, 학습이 종료되면, 기 학습된 컬럼 배선(22) 예컨대, 제3 컬럼 배선(22C)을 플로팅시킬 수 있다. 다른 데이터를 다른 컬럼 배선(22)에 학습시키기 위해서이다. 도 1c는 제3 컬럼 배선(22C)이 플로팅된 상태에서 다른 데이터가 다른 컬럼 배선(22)에 학습되는 경우로서, 예컨대, '0110'의 데이터가 제4 컬럼 배선(22D)에 학습되는 경우를 나타낸다.In any case, when the learning is terminated, the previously learned column wiring 22, for example, the third column wiring 22C, can be floated. And to allow the other column wiring 22 to learn other data. 1C shows a case where other data is learned in the other column wiring 22 in a state in which the third column wiring 22C is floated. For example, when data of '0110' is learned in the fourth column wiring 22D .

도 1c를 참조하면, 전술한 바와 유사한 방식으로 로우 배선(12) 및 컬럼 배선(22)이 구동되어, '0110'의 데이터가 제4 컬럼 배선(22D)에 학습될 수 있다. Referring to FIG. 1C, the row wiring 12 and the column wiring 22 are driven in a manner similar to that described above, so that data of '0110' can be learned in the fourth column wiring 22D.

다시 말하면, 일례로서, 제4 컬럼 배선(22D)과 제2 및 제3 로우 배선(12B, 12C)의 교차점에 위치하는 제3 및 제4 시냅스(30C, 30D)가 Vset 이상의 전압을 인가받도록, 제2 및 제3 로우 배선(12B, 12C)에는 Vset 이상의 크기를 갖는 전기적 펄스가 인가되고 제4 컬럼 배선(22D)에는 0V가 인가될 수 있다. 그에 따라 제3 및 제4 시냅스(30C, 30D)는 저저항 상태가 될 수 있다. 저저항 상태의 제3 및 제4 시냅스(30A, 30B)의 전도도는 전기적 펄스의 개수가 증가할수록 점진적으로 증가할 수 있다. 제3 및 제4 시냅스(30C, 30D)를 제외한 나머지 시냅스(30)는 Vset 보다 작은 전압을 인가받도록, 제1 및 제4 로우 배선(12A, 12D)에는 전기적 펄스가 인가되지 않고, 제1 및 제2 컬럼 배선(22A, 22B)에는 1/2Vset의 전압이 인가될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제3 컬럼 배선(22C)은 플로팅 상태일 수 있다. 이러한 경우의 전류 또는 전자의 흐름은 점선 화살표로 나타내었다.In other words, as an example, the third and fourth synapses 30C and 30D located at the intersections of the fourth column wiring 22D and the second and third row wiring 12B and 12C are supplied with a voltage equal to or greater than Vset, An electrical pulse having a magnitude of Vset or more may be applied to the second and third row wirings 12B and 12C and 0V may be applied to the fourth column wiring 22D. Accordingly, the third and fourth synapses 30C and 30D can be in a low resistance state. The conductivity of the third and fourth synapses 30A and 30B in the low resistance state can be gradually increased as the number of electrical pulses increases. Electricpulses are not applied to the first and fourth row wirings 12A and 12D so that voltages lower than Vset are applied to the remaining synapses 30 except for the third and fourth synapses 30C and 30D, A voltage of 1/2 Vset may be applied to the second column wirings 22A and 22B. As described above, the third column wiring 22C may be in a floating state. The flow of current or electrons in this case is indicated by the dotted arrow.

그런데, 이와 같이 기 학습된 제3 컬럼 배선(22C)이 플로팅 상태에 있기 때문에, 0V보다는 크고 Vset보다는 작은 전위를 갖게 된다. 결과적으로, 이와 같은 제3 컬럼 배선(22C)의 전위에 기인하여 제4 컬럼 배선(22D)을 학습시키는 과정에서 실선 화살표로 표시한 것과 같은 누설 전류 또는 전자의 흐름이 발생할 수 있다. 특히, 제3 컬럼 배선(22C)의 학습 과정에서 제1 및 제2 시냅스(30A, 30B)가 저저항 상태로 변하였기 때문에, 이들을 통한 누설 전류 또는 전자의 흐름이 발생할 수 있다. However, since the third column wiring 22C thus learned is in a floating state, it has a potential larger than 0 V and lower than Vset. As a result, in the process of learning the fourth column wiring 22D due to the potential of the third column wiring 22C, a leakage current or an electron flow as indicated by a solid line arrow may occur. Particularly, since the first and second synapses 30A and 30B have changed to the low resistance state during the learning process of the third column wiring 22C, a leakage current or an electron flow can be generated through them.

이 누설 전류는 제4 컬럼 배선(22D)에 흐르는 전류를 증가시키므로, 제4 컬럼 배선(22D)이 학습되기 전에 제4 컬럼 배선(22D)에 흐르는 전류가 소정 임계 전류에 도달하였다고 판단될 수 있다. 다시 말하면, 제4 컬럼 배선(22D)에 흐르는 전류가 과도하게 측정되어(over-estimated), 학습되지 않은 제4 컬럼 배선(22D)이 학습되었다고 인식되는 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류는 학습이 진행되어 플로팅되는 컬럼 배선(22)의 개수가 증가할수록, 또한, 로우 배선(12) 및 컬럼 배선(22)을 포함하는 어레이의 사이즈가 증가할수록 더 많이 발생할 수 있다.Since this leakage current increases the current flowing through the fourth column wiring 22D, it can be judged that the current flowing through the fourth column wiring 22D reaches a predetermined threshold current before the fourth column wiring 22D is learned . In other words, an error may occur that the current flowing in the fourth column wiring 22D is over-estimated and the untrained fourth column wiring 22D is recognized as being learned. This error can occur more as the number of the column wirings 22 to be learned and floated increases, and as the size of the array including the row wirings 12 and the column wirings 22 increases.

위와 같은 학습 오류를 해결하기 위하여, 시냅스로서 가변 저항 소자와 함께 가변 저항 소자로의 접속을 제어하는 트랜지스터를 이용하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 각 시냅스는 가변 저항 소자 및 이와 접속하는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 그러나, 트랜지스터는 반도체 기판을 이용하여 제작될 뿐만 아니라 큰 면적을 차지하므로, 뉴로모픽 장치의 집적도 증가에 방해가 될 수 있다. 현재로서는, 트랜지스터 외에 다른 억세스 소자도 개발되고 있지 못하다. In order to solve the above learning error, it may be considered to use a transistor for controlling connection to a variable resistance element together with a variable resistance element as a synapse. That is, each synapse may include a variable resistance element and a transistor connected thereto. However, since the transistor is not only fabricated using a semiconductor substrate but also occupies a large area, it may interfere with an increase in integration of a neuromodule device. At present, no other access elements other than transistors have been developed.

본 실시예에서는 누설 전류에 의한 학습 오류를 방지하면서, 뉴로모픽 장치의 집적도를 증가시킬 수 있는 새로운 뉴로모픽 장치 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.In this embodiment, it is intended to provide a new novel Lomographic apparatus and an operation method thereof that can increase the degree of integration of a neuromorphic apparatus while preventing learning errors caused by leakage currents.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치를 나타내는 도면이고, 도 2b 및 도 2c는 도 2a의 뉴로모픽 장치의 동작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2A is a diagram illustrating a neuromotor apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2B and 2C are views for explaining an example of a method of operating the neuromotor apparatus of FIG. 2A.

도 2a을 참조하면, 본 실시예의 뉴로모픽 장치는, 제1 방향 예컨대, 가로 방향으로 연장하는 복수의 로우 배선(120) 및 복수의 추가 로우 배선(420), 제1 방향과 교차하는 제2 방향 예컨대, 세로 방향으로 연장하는 복수의 컬럼 배선(220), 및 로우 배선(120), 추가 로우 배선(420) 및 컬럼 배선(220)의 교차점마다 배치되는 시냅스를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the ny Lomopol apparatus of the present embodiment includes a plurality of row wirings 120 and a plurality of additional row wirings 420 extending in a first direction, for example, a lateral direction, A plurality of column wirings 220 extending in a direction such as a longitudinal direction and synapses arranged at the intersections of the row wirings 120 and the additional row wirings 420 and the column wirings 220. [

여기서, 시냅스 각각은 플로팅 게이트 및 플로팅 게이트와 전기적으로 분리된 제어 게이트를 갖는 트랜지스터(300)를 포함할 수 있다. 즉, 시냅스 각각은 1-트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 여기서, 트랜지스터(300)의 제어 게이트는 로우 배선(120)에 접속될 수 있고, 트랜지스터(300)의 두 접합은 추가 로우 배선(420) 및 컬럼 배선(220)에 각각 접속될 수 있다. 일례로서, 트랜지스터(300)의 드레인은 추가 로우 배선(420)에 접속되고 트랜지스터(300)의 소스는 컬럼 배선(220)에 접속될 수 있으나, 이와 반대의 경우도 가능할 수 있다. Here, each of the synapses may include a transistor 300 having a floating gate and a control gate electrically separated from the floating gate. That is, each of the synapses may have a one-transistor structure. Here, the control gate of the transistor 300 may be connected to the row wiring 120, and the two junctions of the transistor 300 may be connected to the additional row wiring 420 and the column wiring 220, respectively. As an example, the drain of the transistor 300 may be connected to the additional row wiring 420 and the source of the transistor 300 may be connected to the column wiring 220, and vice versa.

로우 배선(120), 추가 로우 배선(420) 및 컬럼 배선(220) 각각의 일단에는 이들 배선을 적절히 구동하기 위한 회로가 접속될 수 있다. 일례로서, 복수의 로우 배선(120)은, 트랜지스터(300)의 제어 게이트에 접속하여 특정 데이터에 해당하는 신호를 이로 전달하기 위한 프리 시냅틱 뉴런(100)에 각각 접속될 수 있고, 복수의 추가 로우 배선(420)은 트랜지스터(300)의 일 접합 예컨대, 드레인에 접속하여 소정 전압을 공급하기 위한 드레인 전압 인가 회로(400)에 각각 접속될 수 있고, 복수의 컬럼 배선(220)은 트랜지스터(300)의 다른 일 접합 예컨대, 소스에 접속하여 트랜지스터(300)를 거친 신호를 수신 및 처리하는 포스트 시냅틱 뉴런(200)에 각각 접속할 수 있다. A circuit for appropriately driving these wirings may be connected to one end of each of the row wiring 120, the additional row wiring 420, and the column wiring 220. As an example, the plurality of row wirings 120 may be connected to the control gate of the transistor 300, respectively, and connected to the pre-synaptic neuron 100 for transferring signals corresponding to specific data thereto, The wiring 420 may be connected to a drain voltage application circuit 400 for supplying a predetermined voltage by being connected to a junction of the transistor 300. The plurality of column wirings 220 may be connected to the drain of the transistor 300, For example, to a post-synaptic neuron 200 that receives and processes a signal via a transistor 300 connected to a source.

이와 같이 시냅스 각각이 플로팅 게이트를 갖는 트랜지스터(300)를 포함하고 트랜지스터(300)의 게이트와 일 접합이 제1 방향을 따라 연결되는 반면 트랜지스터(300)의 타 접합이 제2 방향을 따라 연결되는 구조가 제공되는 경우, 전술한 학습 및 인식 과정의 오류가 개선될 수 있다. 이에 대해서는 이하의 도 2b 및 도 2c를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위하여 로우 배선(120)을 위쪽에서부터 순서대로 제1 로우 배선(120A), 제2 로우 배선(120B), 제3 로우 배선(120C) 및 제4 로우 배선(120D)이라 칭할 수 있고, 추가 로우 배선(420)을 위쪽에서부터 순서대로 제1 추가 로우 배선(420A), 제2 추가 로우 배선(420B), 제3 추가 로우 배선(420C) 및 제4 추가 로우 배선(420D)이라 칭할 수 있고, 컬럼 배선(220)을 좌측에서부터 순서대로 제1 컬럼 배선(220A), 제2 컬럼 배선(220B), 제3 컬럼 배선(220C) 및 제4 컬럼 배선(220D)이라 칭할 수 있다.In this way, each of the synapses includes a transistor 300 having a floating gate and a junction with the gate of the transistor 300 is connected along the first direction, while the other junction of the transistor 300 is connected along the second direction The errors of the above-described learning and recognizing process can be improved. This will be described in more detail with reference to FIGS. 2B and 2C below. The row wiring 120 can be referred to as a first row wiring 120A, a second row wiring 120B, a third row wiring 120C and a fourth row wiring 120D from the top in order And the additional row wiring 420 may be referred to as a first additional row wiring 420A, a second additional row wiring 420B, a third additional row wiring 420C and a fourth additional row wiring 420D in this order from the top And the column wirings 220 may be referred to as a first column wirings 220A, a second column wirings 220B, a third column wirings 220C and a fourth column wirings 220D in order from the left.

먼저, 도 2b를 참조하면, 최초 상태에서 트랜지스터(300)는 상대적으로 높은 문턱 전압을 갖는 상태일 수 있다. First, referring to FIG. 2B, in the initial state, the transistor 300 may be in a state having a relatively high threshold voltage.

이 상태에서 특정 데이터를 특정 컬럼 배선(220)에 학습하는 동작을 수행하기 위하여, 프리 시냅틱 회로(100)의 출력에 대응하여 특정 데이터에 해당하는 입력 신호가 로우 배선(120)으로 들어올 수 있다. 이때, 입력 신호는 로우 배선(120) 각각에 대한 전압 펄스의 인가로 나타날 수 있다. 예컨대, 로우 배선(120)으로 '0011'의 데이터에 해당하는 입력 신호가 들어오는 경우, '0'에 대응하는 로우 배선(120) 예컨대, 제1 및 제2 로우 배선(120A, 120B)에는 전압 펄스가 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가되고, '1'에 대응하는 로우 배선(120) 예컨대, 제3 및 제4 로우 배선(120C, 120D)에만 소정 크기 및 폭을 갖는 전압 펄스가 인가될 수 있다. In this state, an input signal corresponding to specific data may be input to the row wiring 120 in response to the output of the pre-synaptic circuit 100, in order to perform an operation of learning specific data to the specific column wiring 220. At this time, the input signal may appear as an application of a voltage pulse to each of the row wirings 120. For example, when an input signal corresponding to data of '0011' is input to the row wiring 120, a voltage pulse (not shown) is applied to the row wiring 120 (e.g., the first and second row wirings 120A and 120B) A voltage pulse of a predetermined magnitude and a width may be applied only to the row wiring 120 corresponding to '1', for example, the third and fourth row wirings 120C and 120D, .

이때, 컬럼 배선(220) 및 추가 로우 배선(420)은 학습을 위하여 적절한 전압 또는 전류로 구동될 수 있다.At this time, the column wiring 220 and the additional row wiring 420 can be driven with appropriate voltage or current for learning.

구체적으로, 일례로서, 특정 데이터를 학습할 컬럼 배선(220)이 이미 정하여진 경우, 이 컬럼 배선(220)은 '1'에 대응하는 로우 배선(120)과의 교차점에 위치하는 트랜지스터(300)가 상대적으로 낮은 문턱 전압을 갖는 상태로 가변되도록 구동되고, 나머지 컬럼 배선(220)은 나머지 트랜지스터(300)의 문턱 전압이 가변되지 않도록 구동될 수 있다. 예컨대, '0011'의 데이터를 학습할 컬럼 배선(220)이 제3 컬럼 배선(220C)으로 정하여진 경우, 제3 컬럼 배선(220C)과 제3 및 제4 로우 배선(120C, 120D)과의 교차점에 위치하는 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)의 문턱 전압이 감소하도록, 제3 컬럼 배선(220C)과 제3 및 제4 로우 배선(120C, 120D)이 구동될 수 있다. 일례로서, 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)의 문턱 전압 변동에 필요한 최소한의 크기를 갖는 전압을 Vset 이라 할 때, 제3 및 제4 로우 배선(120C, 120D)에 인가되는 전압 펄스의 크기는 Vset 이상일 수 있고, 제3 컬럼 배선(220C)에 인가되는 전압은 0V일 수 있다. 이러한 경우, 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)의 문턱 전압이 낮아지므로, 제3 및 제4 추가 로우 배선(420C, 420D)으로부터 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)를 통하여 제3 컬럼 배선(220C)으로 향하는 전류 또는 전자의 흐름이 발생할 수 있다(점선 화살표 참조). 제3 및 제4 로우 배선(120C, 120D)에 인가되는 전압 펄스의 개수가 증가할수록 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)의 문턱 전압이 점차 낮아지므로 즉, 시냅스의 전도도가 점차 높아지므로, 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)를 통하는 전류 또는 전자의 흐름이 점진적으로 증가할 수 있다. 인가되는 전압 펄스의 크기 및 폭은 실질적으로 일정할 수 있다. Specifically, as an example, when the column wiring 220 to learn specific data is already determined, the column wiring 220 is connected to the transistor 300 located at the intersection with the row wiring 120 corresponding to '1' And the remaining column wirings 220 may be driven so that the threshold voltage of the remaining transistor 300 is not varied. For example, when the column wiring 220 to learn the data of '0011' is defined as the third column wiring 220C, the potential difference between the third column wiring 220C and the third and fourth row wiring 120C and 120D The third column wiring 220C and the third and fourth row wirings 120C and 120D can be driven so that the threshold voltages of the first and second transistors 300A and 300B located at the intersections decrease. As an example, when a voltage having a minimum magnitude necessary for a threshold voltage variation of the first and second transistors 300A and 300B is Vset, the voltage pulse applied to the third and fourth row wirings 120C and 120D The size may be equal to or greater than Vset, and the voltage applied to the third column wiring 220C may be 0V. In this case, since the threshold voltages of the first and second transistors 300A and 300B are lowered, the third and fourth additional row wirings 420C and 420D are connected to the third and fourth transistors 300A and 300B through the third and fourth transistors 300A and 300B. A current or electron flow toward the column wiring 220C may occur (see the dotted arrow). As the number of voltage pulses applied to the third and fourth row wirings 120C and 120D increases, the threshold voltages of the first and second transistors 300A and 300B gradually decrease. That is, the conductivity of the synapse gradually increases, The current or electron flow through the first and second transistors 300A and 300B may gradually increase. The magnitude and width of the applied voltage pulse may be substantially constant.

제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)를 제외한 나머지 트랜지스터(300)는 Vset 보다 작은 전압을 인가받도록, 나머지 컬럼 배선(220) 즉, 제1, 제2 및 제4 컬럼 배선(220A, 220B, 220D)에 인가되는 전압은 0V와 Vset 사이의 값 예컨대, 1/2Vset의 값을 가질 수 있다. 그에 따라, 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)를 제외한 나머지 트랜지스터(300)의 문턱 전압은 변하지 않을 수 있다. The remaining transistors 300 except for the first and second transistors 300A and 300B are connected to the remaining column wirings 220, that is, the first, second and fourth column wirings 220A, 220B, 220D may have a value between 0V and Vset, for example, 1/2 Vset. Accordingly, the threshold voltage of the transistor 300 excluding the first and second transistors 300A and 300B may not change.

한편, 이와 같이 트랜지스터(300)의 문턱 전압을 점진적으로 감소시키기 위한 구체적인 인가 전압 및 메커니즘은 후술하는 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, the specific applied voltage and mechanism for gradually reducing the threshold voltage of the transistor 300 will be described in detail with reference to FIG. 3, which will be described later.

추가 로우 배선(420)은 트랜지스터(300)의 문턱 전압이 감소하는 경우, 해당 트랜지스터(300)를 통하여 학습 대상인 컬럼 배선(220)으로 전류 또는 전자의 흐름이 발생하게 하기 위한 소정 크기 및 극성의 전압을 인가받을 수 있다. 일례로서, 추가 로우 배선(420)은 로우 배선(120)에 인가되는 전압 펄스와 동일한 크기 및 극성을 갖는 전압을 인가받을 수 있다. 즉, 제1 및 제2 로우 배선(120A, 120B)에 각각 대응하는 제1 및 제2 추가 로우 배선(420A, 420B)에는 전압이 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가되고, 제3 및 제4 로우 배선(120C, 120D)에 각각 대응하는 제3 및 제4 추가 로우 배선(420C, 420D)에는 Vset 이상의 전압이 인가될 수 있다. 이러한 경우, 하나의 전압 생성 회로가 추가 로우 배선(420) 및 로우 배선(120)을 공통적으로 구동할 수 있으므로, 뉴로모픽 장치의 집적도가 증가하고 비용이 감소하는 등 여러가지 장점을 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 추가 로우 배선(420)에 로우 배선(120)에 인가되는 전압 펄스와 극성 및 크기 중 적어도 하나가 상이한 전압이 인가될 수도 있다. The additional row wiring 420 is formed to have a predetermined size and polarity voltage for causing current or electron flow to be generated in the column wiring 220 to be learned through the transistor 300 when the threshold voltage of the transistor 300 decreases . As an example, the additional row wiring 420 may receive a voltage having the same magnitude and polarity as the voltage pulse applied to the row wiring 120. [ That is, no voltage is applied to the first and second additional wirings 420A and 420B corresponding to the first and second row wirings 120A and 120B, a voltage of 0V is applied to the first and second additional wirings 420A and 420B, A voltage equal to or higher than Vset may be applied to the third and fourth additional wirings 420C and 420D corresponding to the wirings 120C and 120D, respectively. In this case, one voltage generating circuit can commonly drive the additional low-wirings 420 and the low-wirings 120, so that it can have various advantages such as increased integration of the novelrometer device and cost reduction. However, in another embodiment, a voltage different from at least one of polarity and magnitude may be applied to the voltage pulse applied to the row wiring 120 to the additional row wiring 420. [

다른 일례로서, 특정 데이터를 학습할 컬럼 배선(220)이 정하여져 있지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 특정 데이터에 해당하는 전압 펄스를 로우 배선(120)으로 인가하고 소정 전압 예컨대, 위 전압 펄스와 동일한 크기 및 극성의 전압을 추가 로우 배선(420)으로 인가하면서, 컬럼 배선(220) 각각에 흐르는 전류를 측정하여 가장 먼저 소정 임계 전류에 도달하는 컬럼 배선(220) 예컨대, 제3 컬럼 배선(220C)을 이 특정 데이터를 학습한 컬럼 배선(220)이라 할 수도 있다. As another example, the column wiring 220 to learn specific data may not be defined. In this case, a voltage pulse corresponding to specific data is applied to the row wiring 120, and a voltage of the same magnitude and polarity as the predetermined voltage, for example, the above voltage pulse is applied to the additional row wiring 420, The column wiring 220, for example, the third column wiring 220C that first reaches a predetermined threshold current by measuring the current flowing through the column wiring 220 may be referred to as a column wiring 220 that has learned the specific data.

이상으로 설명한 방식에 의하여, 서로 다른 데이터가 서로 다른 컬럼 배선(220)에 각각 학습될 수 있다.According to the above-described method, different data can be learned in different column wirings 220, respectively.

어떠한 경우든, 학습이 종료되면, 기 학습된 컬럼 배선(220) 예컨대, 제3 컬럼 배선(220C)을 플로팅시킬 수 있다. 다른 데이터를 다른 컬럼 배선(220)에 학습시키기 위해서이다. 도 2c는 기 학습된 제3 컬럼 배선(220C)이 플로팅된 상태에서 다른 데이터가 다른 컬럼 배선(220)에 학습되는 경우로서, 예컨대, '0110'의 데이터가 제4 컬럼 배선(220D)에 학습되는 경우를 나타낸다.In any case, when the learning ends, the previously learned column wiring 220, for example, the third column wiring 220C, can be floated. And to allow other data to be learned in the other column wiring 220. 2C shows a case in which data is read in another column wiring 220 in a state where the previously learned third column wiring 220C is floated and data of '0110' is written in the fourth column wiring 220D .

도 2c를 참조하면, '0110'의 데이터를 제4 컬럼 배선(220D)에 학습하기 위하여 전술한 방법과 유사한 방법으로 로우 배선(120), 컬럼 배선(220) 및 추가 로우 배선(420)이 구동될 수 있다.Referring to FIG. 2C, the row wiring 120, the column wiring 220, and the additional row wiring 420 are driven in a manner similar to the above-described method for learning data of '0110' to the fourth column wiring 220D .

보다 구체적으로, 일례로서, 학습 대상인 제4 컬럼 배선(220D)과 '1'에 대응하는 제2 및 제3 로우 배선(120B, 120C)의 교차점에 위치하는 제3 및 제4 트랜지스터(300C, 300D)가 Vset 이상의 전압을 인가받아 그 문턱 전압이 감소하도록, 제2 및 제3 로우 배선(120B, 120C)에는 Vset 이상의 크기를 갖는 전압 펄스가 인가되고 제4 컬럼 배선(220D)에는 0V의 전압이 인가될 수 있다. 반면, 제3 및 제4 트랜지스터(300C, 300D)를 제외한 나머지 트랜지스터(300)는 Vset 보다 작은 전압을 인가받도록, '0'에 대응하는 제1 및 제4 로우 배선(120A, 120D)에는 전압 펄스가 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가될 수 있고, 기 학습된 제3 컬럼 배선(220C)과 학습 대상인 제4 컬럼 배선(220D)을 제외한 나머지 컬럼 배선(220) 즉, 제1 및 제2 컬럼 배선(220A, 220B)에는 0V와 Vset 사이의 값 예컨대, 1/2Vset의 값을 갖는 전압이 인가될 수 있다. 제1 및 제4 추가 로우 배선(420A, 420D)에는 전압이 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가되고, 제2 및 제3 추가 로우 배선(420B, 420C)에는 Vset 이상의 크기를 갖는 전압이 인가될 수 있다. 이러한 경우, 제3 및 제4 트랜지스터(300C, 300D)의 문턱 전압이 낮아지므로, 제2 및 제3 추가 로우 배선(420B, 420C)으로부터 제3 및 제4 트랜지스터(300C, 300D)를 통하여 제4 컬럼 배선(220D)으로 향하는 전류 또는 전자의 흐름이 발생할 수 있다(점선 화살표 참조). 제2 및 제3 로우 배선(120B, 120C)에 인가되는 전압 펄스의 개수가 증가할수록 제3 및 제4 트랜지스터(300C, 300D)의 문턱 전압이 점차 낮아지므로, 제3 및 제4 트랜지스터(300C, 300D)를 통하는 전류 또는 전자의 흐름이 점진적으로 증가할 수 있다. 인가되는 전압 펄스의 크기 및 폭은 실질적으로 일정할 수 있다. More specifically, as an example, the third and fourth transistors 300C and 300D located at the intersections of the fourth column wiring 220D to be learned and the second and third row wiring 120B and 120C corresponding to '1' Applies a voltage pulse having a voltage equal to or greater than Vset to the second and third row wirings 120B and 120C and applies a voltage of 0V to the fourth column wiring 220D so as to decrease the threshold voltage, . On the other hand, the transistor 300 except for the third and fourth transistors 300C and 300D is supplied with a voltage pulse (not shown) to the first and fourth row wirings 120A and 120D corresponding to '0' And a voltage of 0 V may be applied to the first and second column wirings 220 and 220. The remaining column wirings 220 excluding the learned third column wirings 220C and the fourth column wirings 220D to be learned, A voltage having a value between 0 V and V set, for example, a value of 1/2 V set, may be applied to the electrodes 220A and 220B. No voltage is applied to the first and fourth additional row wirings 420A and 420D or a voltage of 0V is applied to the first and fourth additional row wirings 420A and 420D and a voltage having a magnitude equal to or greater than Vset is applied to the second and third additional row wirings 420B and 420C have. In this case, since the threshold voltages of the third and fourth transistors 300C and 300D are lowered, the fourth and fifth transistors 300C and 300D are turned off from the second and third additional row wirings 420B and 420C through the third and fourth transistors 300C and 300D. A current or electron flow toward the column wiring 220D may occur (see the dotted arrow). As the number of voltage pulses applied to the second and third row wirings 120B and 120C increases, the threshold voltages of the third and fourth transistors 300C and 300D gradually decrease. Therefore, the third and fourth transistors 300C, 300D can be gradually increased. The magnitude and width of the applied voltage pulse may be substantially constant.

이때, 기 학습된 제3 컬럼 배선(220C)이 플로팅 상태에 있어 0V보다 크고 Vset보다는 작은 전위를 갖기 때문에, 실선 화살표로 표시한 것과 같은 누설 전류 또는 전자의 흐름이 발생할 수 있다. 실선 화살표를 살펴보면, 제4 컬럼 배선(220D)에 도달하기 전에 누설 전류 또는 전자의 흐름이 차단됨을 알 수 있다. 기 학습 과정에서 문턱 전압이 낮아지지 않은 트랜지스터(300)의 경우, 당연히 누설 전류 또는 전자의 흐름을 차단할 수 있다. 뿐만 아니라, 기 학습 과정에서 문턱 전압이 낮아진 제1 및 제2 트랜지스터(300A, 300B)가 누설 전류 또는 전자 흐름을 허용하더라도, 트랜지스터(300)의 특성상 전류 또는 전자의 흐름은 트랜지스터(300)의 제어 게이트에 소정 전압이 입력되어 트랜지스터(300)가 턴온된 것을 전제로 한다. 따라서, 제2 트랜지스터(300B)의 제어 게이트가 접속된 제4 로우 배선(120D)에는 전압 펄스가 인가되지 않으므로, 제2 트랜지스터(300B)는 턴오프된 상태일 수 있고, 그에 따라, 누설 전류 또는 전자의 흐름은 제2 트랜지스터(300B)를 통과하지 못하고 차단될 수 있다. At this time, since the previously learned third column wiring 220C is in a floating state and has a potential higher than 0 V and lower than Vset, a leakage current or an electron flow as indicated by a solid line arrow may occur. Looking at the solid line arrows, it can be seen that the leakage current or the flow of electrons is blocked before reaching the fourth column wiring 220D. In the case of the transistor 300 in which the threshold voltage is not lowered during the learning process, it is possible to cut off the leakage current or the flow of electrons. In addition, even if the first and second transistors 300A and 300B, which have lower threshold voltages in the learning process, allow the leakage current or electron flow, the flow of current or electrons is controlled by the control of the transistor 300 It is assumed that a predetermined voltage is input to the gate so that the transistor 300 is turned on. Therefore, since the voltage pulse is not applied to the fourth row wiring 120D to which the control gate of the second transistor 300B is connected, the second transistor 300B may be turned off, The flow of electrons can be blocked without passing through the second transistor 300B.

요약하자면, 본 실시예에서 기 학습된 컬럼 배선(220)의 전위가 상대적으로 낮아서 이를 통한 누설 전류 또는 전자의 흐름이 발생할 수 있으나, 특정 데이터에 대응하여 전압 펄스가 인가되지 않는 로우 배선(120)에 연결되는 트랜지스터(300)는 턴오프 상태로서 누설 전류 또는 전자의 흐름을 차단할 수 있다. 결과적으로, 학습 대상 컬럼 배선(220)에 도달하는 누설 전류 또는 전자의 흐름이 감소하거나 차단될 수 있으므로, 학습 대상 컬럼 배선(220)에 흐르는 전류가 과도하게 측정되는 현상이 방지되어 학습 및 인식 오류가 개선될 수 있다. In summary, in the present embodiment, the potential of the column wiring 220 that has been learned is relatively low, so that a leakage current or an electron flow can be generated. However, in the low wiring 120 where a voltage pulse is not applied corresponding to specific data, The transistor 300 connected to the transistor 300 may turn off the leakage current or the flow of electrons. As a result, since the leakage current or the flow of electrons reaching the learning target column wiring 220 can be reduced or blocked, the phenomenon that the current flowing in the learning target column wiring 220 is excessively measured is prevented, Can be improved.

다른 일례로서, 특정 데이터를 학습할 컬럼 배선(220)이 정하여져 있지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 특정 데이터에 해당하는 전압 펄스를 로우 배선(120)으로 인가하고 소정 전압 예컨대, 위 전압 펄스와 동일한 크기 및 극성의 전압을 추가 로우 배선(420)으로 인가하면서, 기 학습된 제3 컬럼 배선(220C)을 제외한 컬럼 배선(220) 각각에 흐르는 전류를 측정하여 가장 먼저 소정 임계 전류에 도달하는 컬럼 배선(220) 예컨대, 제4 컬럼 배선(220D)을 이 특정 데이터를 학습한 컬럼 배선(220)이라 할 수도 있다. 이 경우에도, 특정 데이터에 대응하여 전압 펄스가 인가되지 않는 로우 배선(120)에 연결되는 트랜지스터(300)는 턴오프 상태로서 누설 전류 또는 전자의 흐름을 차단할 수 있음은 물론이다.As another example, the column wiring 220 to learn specific data may not be defined. In this case, a voltage pulse corresponding to the specific data is applied to the row wiring 120 and a voltage of the same magnitude and polarity as the predetermined voltage, for example, the above voltage pulse, is applied to the additional row wiring 420, The column wiring 220, for example, the fourth column wiring 220D, which firstly reaches a predetermined threshold current, is measured by measuring the current flowing through each of the column wirings 220 except for the wiring 220C, 220). In this case as well, it is a matter of course that the transistor 300 connected to the row wiring 120 to which the voltage pulse is not applied corresponding to the specific data can turn off the leakage current or the flow of electrons as a turn off state.

이상으로 설명한 뉴로모픽 장치에 의하면, 컬럼 단위별 학습 과정에서, 특정 로우 배선에 연결된 트랜지스터가 턴오프됨으로써 기학습된 컬럼 배선의 전위에 기인한 누설 전류를 로우 방향에서 차단할 수 있다. 그에 따라, 학습 및 인식 오류가 개선될 수 있다.According to the neuromodule device described above, in the column-by-column learning process, the leakage current due to the potential of the column wiring that has been learned by turning off the transistor connected to the specific row wiring can be cut off in the row direction. As a result, learning and recognition errors can be improved.

한편, 위 실시예의 트랜지스터(300)에서 어떻게 문턱 전압이 점진적으로 감소하는지에 관하여 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, how the threshold voltage gradually decreases in the transistor 300 of the above embodiment will be described with reference to FIG.

도 3은 도 2a 내지 도 2c의 트랜지스터의 문턱 전압 감소 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a threshold voltage reduction mechanism of the transistors of FIGS. 2A to 2C. Referring to FIG.

도 3을 참조하면, 트랜지스터(300)는 플로팅 게이트 및 플로팅 게이트와 전기적으로 절연된 제어 게이트를 구비할 수 있다. 트랜지스터(300)의 제어 게이트는 로우 배선(120)에 접속될 수 있고, 트랜지스터(300)의 두 접합 예컨대, 드레인 및 소스는 각각 추가 로우 배선(420) 및 컬럼 배선(220)에 접속될 수 있다. 로우 배선(120), 추가 로우 배선(420) 및 컬럼 배선(220)에 인가되는 전압을 각각 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 및 제3 전압(V3)이라 할 수 있다. 특히, 로우 배선(120)에는 펄스 형태의 제1 전압(V1)이 인가될 수 있다. Referring to FIG. 3, the transistor 300 may include a floating gate and a control gate electrically insulated from the floating gate. The control gate of the transistor 300 may be connected to the row wiring 120 and the two junctions of the transistor 300, for example, the drain and the source, may be connected to the additional row wiring 420 and the column wiring 220, respectively . The voltages applied to the row wiring 120, the additional row wiring 420 and the column wiring 220 may be referred to as a first voltage V1, a second voltage V2 and a third voltage V3, respectively. In particular, a first voltage (V1) in the form of a pulse may be applied to the row wiring 120.

일례로서, 트랜지스터(300)의 플로팅 게이트에 홀(hole)이 트랩되는 경우 즉, 플로팅 게이트로부터 전자(electron)가 방출되는 경우 트랜지스터(300)의 문턱 전압이 감소하고, 트랜지스터(300)의 플로팅 게이트에서 홀이 방출되는 경우 즉, 플로팅 게이트에 전자가 트랩되는 경우 트랜지스터(300)의 문턱 전압이 증가할 수 있다. As an example, when a hole is trapped in the floating gate of the transistor 300, that is, when electrons are emitted from the floating gate, the threshold voltage of the transistor 300 decreases, The threshold voltage of the transistor 300 may increase when electrons are trapped in the floating gate.

이 경우, 트랜지스터(300)의 플로팅 게이트에 홀을 트랩시키기 위하여, 제1 전압(V1)은 제3 전압(V3)에 비하여 소정 임계 크기 이상을 갖는 상대적으로 음전압일 수 있다. 반대로, 트랜지스터(300)의 플로팅 게이트로부터 홀을 방출시키기 위하여, 제1 전압(V1)은 제3 전압(V3)에 비하여 소정 임계 크기 이상을 갖는 상대적으로 양전압일 수 있다. 예컨대, 홀의 트랩/방출을 위하여 트랜지스터(300)의 제어 게이트와 소스 사이의 전압차의 요구되는 크기가 |V+-V-|라 가정하면, 홀의 트랩시 제1 전압(V1)은 V-에 대응하는 음전압이고 제3 전압(V3)은 V+에 대응하는 양전압일 수 있고, 홀의 방출시 제1 전압(V1)은 V+에 대응하는 양전압이고 제3 전압(V3)은 V-에 대응하는 음전압일 수 있다. 반면, 트랜지스터(300)의 제어 게이트와 소스 사이의 전압차가 |V+-V-|보다 작은 값을 갖는다면, 홀의 트랩/방출은 발생하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 전압(V1)은 V-에 대응하는 음전압 또는 V+에 대응하는 양전압이더라도, 제3 전압(V3)이 0V인 경우, 홀의 트랩/방출은 발생하지 않을 수 있다. 유사하게, 제3 전압(V3)이 V-에 대응하는 음전압 또는 V+에 대응하는 양전압이더라도, 제1 전압(V1)이 0V인 경우, 홀의 트랩/방출은 발생하지 않을 수 있다. In this case, in order to trap holes in the floating gate of the transistor 300, the first voltage V1 may be a relatively negative voltage having a predetermined threshold value or more in comparison with the third voltage V3. Conversely, in order to discharge holes from the floating gate of the transistor 300, the first voltage V1 may be a relatively positive voltage having a predetermined threshold magnitude or greater relative to the third voltage V3. For example, assuming that the required magnitude of the voltage difference between the control gate and the source of the transistor 300 is | V + - V - | for trapping / discharging the holes, the first voltage V1 during trapping of the holes is V - corresponding negative voltage and the third voltage (V3) is a positive voltage and the third voltage (V3) corresponding to the amount can be a voltage, and holes emitted when a first voltage (V1) is V + corresponding to the V +, which is V - May be a negative voltage corresponding to the negative voltage. On the other hand, if the voltage difference between the control gate and the source of the transistor 300 has a value less than | V + - V - |, the trap / emission of holes may not occur. For example, the first voltage (V1) is V - even if the amount of voltage corresponding to the negative voltage V + or corresponding to, in the case where the third voltage (V3) is 0V, the hole trap / discharge may not be generated. Similarly, the third voltage (V3) is V - even if the amount of voltage corresponding to a negative voltage, or V + corresponding to the first voltage (V1) is 0V, the hole trap / discharge may not be generated.

제2 전압(V2)은 제1 전압(V1)과 동일한 극성의 전압일 수 있다. 나아가, 제2 전압(V2)은 제1 전압(V1)과 동일한 극성 및 크기를 가질 수도 있다. The second voltage V2 may be a voltage having the same polarity as the first voltage V1. Furthermore, the second voltage V2 may have the same polarity and magnitude as the first voltage V1.

도 2b 및 도 2c의 학습 동작들에서, 트랜지스터(300)의 문턱 전압을 낮추는 동작을 수행하기 위하여는 로우 배선(120)에 제1 전압(V1)으로서 V-의 음전압을 인가하고, 추가 로우 배선(420)에는 제2 전압(V2)으로서 V-의 음전압을 인가하고, 컬럼 배선(220)에는 제3 전압(V3)으로서 V+의 양전압을 인가할 수 있다. 이때, 제1 전압(V1)이 펄스 형태로 인가되기 때문에, 트랜지스터(300)의 플로팅 게이트에 트랩되는 홀의 양은 로우 배선(120)에 인가되는 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가할 수 있다. 다시 말하면, 트랜지스터(300)의 문턱 전압은 로우 배선(120)에 인가되는 전압 펄스의 개수가 증가할수록 점진적으로 감소할 수 있다. 따라서, 로우 배선(120)에 인가되는 전압 펄스의 개수가 증가할수록 트랜지스터(300)를 통하는 전류 또는 전자의 흐름이 증가할 수 있다. In the learning operations of FIGS. 2B and 2C, in order to perform the operation of lowering the threshold voltage of the transistor 300, a negative voltage of V - is applied as the first voltage V1 to the row wiring 120, A negative voltage of V - may be applied as the second voltage V2 to the wiring 420 and a positive voltage of V + may be applied to the column wiring 220 as the third voltage V3. At this time, since the first voltage V1 is applied in the form of a pulse, the amount of holes trapped in the floating gate of the transistor 300 may increase as the number of voltage pulses applied to the row wiring 120 increases. In other words, the threshold voltage of the transistor 300 may gradually decrease as the number of voltage pulses applied to the row wiring 120 increases. Accordingly, as the number of voltage pulses applied to the row wiring 120 increases, the current flowing through the transistor 300 or the flow of electrons may increase.

결과적으로, 본 실시예와 같이 플로팅 게이트 및 제어 게이트를 갖고 제어 게이트로 복수의 전압 펄스가 인가되는 트랜지스터(300)는, 입력되는 전압 펄스의 개수에 따라 문턱 전압 및/또는 전기적 전도도가 점진적으로 변화하는 아날로그 거동을 보일 수 있다. 그에 따라, 시냅스로 이용되기 적절할 수 있다.As a result, the transistor 300, which has a floating gate and a control gate and is applied with a plurality of voltage pulses to the control gate as in the present embodiment, changes gradually in accordance with the number of input voltage pulses, such that the threshold voltage and / Can be seen. Accordingly, it may be appropriate to use it as a synapse.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치의 학습 과정의 일례를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면으로서, 설명의 편의를 위하여 도 2a의 뉴로모픽 장치의 일부 즉, 2개의 로우 배선, 2개의 추가 로우 배선 및 3개의 컬럼 배선과, 이들와 교차점에 위치하는 6개의 트랜지스터를 도시하였다. 또한, 여기서 이용되는 트랜지스터는, 도 3에서 설명한 바와 같이, 홀의 트랩에 의하여 그 문턱 전압이 감소할 수 있고, 문턱 전압 감소에 요구되는 제어 게이트와 소스 사이의 전압차는 |V+-V-|일 수 있다. 4A to 4D are diagrams for explaining an example of a learning process of a neuromotor apparatus according to an embodiment of the present invention. Six row wirings, two additional row wirings, three column wirings, and six transistors located at their intersections. Further, where transistors are to be used, it is possible to, the threshold voltage is reduced by a hole trap, as described in Figure 3, the voltage difference between the control gate and the source required to reduce the threshold voltage | V + -V - | days .

먼저, 도 4a를 참조하면, 특정 데이터 예컨대, '10'의 데이터를 학습시키기 위하여, 첫번째 로우 배선으로 V-의 전압 펄스가 인가될 수 있다. 두번째 로우 배선으로는 전압 펄스가 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가될 수 있다. 추가 로우 배선에는 로우 배선과 동일한 극성 및 크기의 전압이 각각 인가될 수 있다. 즉, 첫번째 추가 로우 배선에는 V-의 전압이 인가되고, 두번째 추가 로우 배선에는 전압이 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가될 수 있다. 이때, |V+-V-|의 전압차 확보를 위하여, 컬럼 배선에는 V+의 전압이 인가될 수 있다.First, referring to FIG. 4A, a voltage pulse of V - may be applied to the first row wiring in order to learn specific data, for example, data of '10'. A voltage pulse may not be applied to the second row wiring or a voltage of 0 V may be applied. And voltages of the same polarity and magnitude as those of the row wiring can be respectively applied to the additional row wiring. That is, a voltage of V - may be applied to the first additional row wiring, and a voltage of 0 V may be applied to the second additional row wiring. At this point, | V + -V - | to secure the voltage difference, the column wiring may be applied with a voltage of V +.

특히, 본 도면에서는 모든 컬럽 배선에 V+의 전압이 인가되는 경우를 나타내고 있다. 이는, 학습 대상 컬럼 배선이 정하여져 있지 않은 경우를 설명할 수 있다. 이 경우, 첫번째 로우 배선에 연결된 세 개의 트랜지스터들의 문턱 전압이 홀 트랩에 의하여 감소하기 시작함으로써 첫번째 추가 로우 배선으로부터 세 개의 컬럼 배선으로 향하는 전자의 흐름이 발생하기 시작할 수 있다. 즉, 세 개의 컬럼 배선에 전류가 흐를 수 있다. 첫번째 로우 배선에 인가되는 전압 펄스의 개수가 증가할수록 세 개의 컬럼 배선에서의 전류 흐름은 증가할 수 있다. 이 전류를 측정하여 가장 먼저 소정 임계 전류에 도달하는 컬럼 배선이 이 특정 데이터를 학습한 컬럼 배선이 될 수 있다. 일례로서, 첫번째 컬럼 배선이 이 특정 데이터 즉, '10'의 데이터를 학습한 컬럼 배선이라 하기로 한다.In particular, this figure shows a case where a voltage of V + is applied to all the circuit wiring. This can explain the case where the column wiring to be learned is not defined. In this case, the threshold voltage of the three transistors connected to the first row wiring begins to decrease by the hole trap, so that the flow of electrons from the first additional row wiring to the three column wiring can begin to occur. That is, current can flow through the three column wirings. As the number of voltage pulses applied to the first row wiring increases, the current flow in the three column wirings may increase. By measuring this current, the column wiring that first reaches the predetermined threshold current can be the column wiring that has learned this specific data. As an example, the first column wiring is referred to as a column wiring in which the specific data, that is, data of '10', is learned.

한편, 학습 대상 컬럼 배선이 정하여져 있는 경우, 후술하는 도 4b에 나타난 바와 같이, 해당 학습 대상 컬럼 배선에만 V+의 전압이 인가되고, 나머지 컬럼 배선에는 0V의 전압이 인가될 수 있다. 즉, 학습 대상 컬럼 배선이 정하여져 있는 경우, 도 4a의 단계가 생략되고, 도 4b의 단계가 바로 수행될 수도 있다. On the other hand, when the column wiring to be learned is determined, a voltage of V + is applied only to the subject column wiring and a voltage of 0 V is applied to the remaining column wiring, as shown in Fig. That is, when the column wiring to be learned is determined, the step of FIG. 4A is omitted, and the step of FIG. 4B may be performed immediately.

이어서, 도 4b를 참조하면, 첫번째 컬럼 배선에 '10'의 데이터가 학습된 것을 강화하기 위하여, 로우 배선 및 추가 로우 배선에 인가되는 전압과 첫번째 컬럼 배선에 인가되는 전압을 도 4a의 단계와 동일하게 유지한 상태에서 나머지 컬럼 배선에 0V의 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 점선으로 묶인 트랜지스터를 제외한 트랜지스터 즉, 첫번째 로우 배선, 첫번째 추가 로우 배선 및 첫번째 컬럼 배선의 교차점에 위치하는 트랜지스터의 문턱 전압이 더 낮아질 수 있고, 그에 따라, 첫번째 컬럼 배선을 통하는 전류 흐름이 더 증가할 수 있다.4B, in order to strengthen the learning of '10' data in the first column wiring, the voltage applied to the row wiring and the additional row wiring and the voltage applied to the first column wiring are the same as those in the step of FIG. 4A The voltage of 0 V can be applied to the remaining column wirings. In this case, the threshold voltages of the transistors located at the intersections of the transistors other than the dashed line, that is, the first row wiring, the first additional row wiring, and the first column wiring can be lowered, and the current flow through the first column wiring Can be increased further.

이어서, 도 4c를 참조하면, 기 학습된 첫번째 컬럼 배선에 연결된 트랜지스터들(점선 부분 참조)을 제외하고, 나머지 트랜지스터들을 초기화하는 동작 즉, 나머지 트랜지스터들의 문턱 전압을 다시 증가시키는 동작을 수행할 수 있다. 이는, 전술한 도 4a 및/또는 도 4b의 학습 과정에서 학습 대상이 아닌 두번째 및 세번째 컬럼 배선에 연결된 트랜지스터들에도 전압 펄스 등이 인가되어, 이들 트랜지스터의 원치 않는 문턱 전압 감소가 발생할 수 있기 때문이다.Next, referring to FIG. 4C, it is possible to perform an operation of initializing the remaining transistors except the transistors (see the dotted line portion) connected to the first learned column wiring, that is, increasing the threshold voltage of the remaining transistors again . This is because, in the learning process of FIGS. 4A and / or 4B described above, voltage pulses or the like are also applied to the transistors connected to the second and third column wirings which are not to be studied, and undesired threshold voltage reduction of these transistors may occur .

이를 위하여, 두번째 및 세번째 컬럼 배선에 연결된 트랜지스터들로부터 홀 방출을 위한 전압이 로우 배선 및 컬럼 배선으로 인가될 수 있다. 예컨대, 두번째 및 세번째 컬럼 배선에 V-의 전압이 인가되고, 첫번째 및 두번째 로우 배선에 V+의 전압이 인가될 수 있다. 이 경우, 두번째 및 세번째 컬럼 배선에 연결된 트랜지스터들의 플로팅 게이트로부터 소스 쪽으로 홀이 방출되어 이들 트랜지스터의 문턱 전압은 다시 증가할 수 있다. 반면, 첫번째 컬럼 배선에는 0V의 전압이 인가됨으로써 첫번째 컬럼 배선에 연결된 트랜지스터들의 문턱 전압 변동이 방지될 수 있다. 추가 로우 배선에는 로우 배선과 동일한 극성 및 크기의 전압이 각각 인가될 수 있다.To this end, voltages for hole discharge from the transistors connected to the second and third column wirings can be applied to the row wirings and the column wirings. For example, a voltage of V - may be applied to the second and third column wirings, and a voltage of V + may be applied to the first and second row wirings. In this case, holes may be emitted from the floating gate to the source of the transistors connected to the second and third column wirings so that the threshold voltage of these transistors may increase again. On the other hand, by applying a voltage of 0 V to the first column wiring, the threshold voltage fluctuation of the transistors connected to the first column wiring can be prevented. And voltages of the same polarity and magnitude as those of the row wiring can be respectively applied to the additional row wiring.

이어서, 도 4d를 참조하면, 위와 같은 학습 및 초기화 동작 후에, 첫번째 컬럼 배선에 '10'의 데이터가 학습된 것을 검증 및/또는 인식(recognition)하는 동작을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 4D, after the above-described learning and initializing operation, it is possible to perform an operation of verifying and / or recognizing that data of '10' is learned in the first column wiring.

이를 위하여, '10'의 데이터에 대응하도록 첫번째 로우 배선에는 Vrd의 리드 전압이 인가될 수 있고, 두번째 로우 배선에는 전압이 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가될 수 있다. Vrd는 V+와 동일하거나 이보다 작은 크기를 갖는 소정 양전압일 수 있다. 추가 로우 배선에는 로우 배선과 동일한 극성 및 크기를 갖는 전압이 인가되거나 또는 동일한 극성을 가지면서 더 큰 크기를 갖는 전압이 인가될 수 있다. 예컨대, 첫번째 로우 배선에 V+보다 작은 Vrd의 전압이 인가되는 경우, 첫번째 추가 로우 배선에는 Vrd의 전압 또는 V+의 전압이 인가될 수 있다. 두번째 추가 로우 배선에는 전압이 인가되지 않거나 0V의 전압이 인가될 수 있다. 또한, 컬럼 배선에는 0V의 전압이 인가될 수 있다. 이러한 경우, 모든 컬럼 배선으로 흐르는 전류를 측정하여, 첫번째 컬럼 배선에 흐르는 전류가 가장 큰지를 확인함으로써 첫번째 컬럼 배선에 '10'의 데이터가 학습된 것임을 검증 및/또는 인식할 수 있다. 전술한 바와 같이, 첫번째 컬럼 배선에 연결된 트랜지스터들의 문턱 전압 특히, 첫번째 로우 배선과 첫번째 컬럼 배선의 교차점에 위치하는 트랜지스터의 문턱 전압은 낮아진 반면, 두번째 컬럼 배선 및 세번째 컬럼 배선에 연결된 트랜지스터의 문턱 전압은 낮아지지 않은 상태이므로, 첫번째 컬럼 배선을 통하여 흐르는 전류가 가장 클 것임이 예측된다.To this end, a read voltage of Vrd may be applied to the first row wiring so as to correspond to data of '10', and a voltage of 0 V may be applied to the second row wiring. Vrd may be a predetermined positive voltage having a size equal to or smaller than V + . A voltage having the same polarity and magnitude as the row wiring can be applied to the additional row wiring, or a voltage having a larger size can be applied while having the same polarity. For example, when a voltage of Vrd smaller than V + is applied to the first row wiring, a voltage of Vrd or a voltage of V + may be applied to the first additional row wiring. The voltage applied to the second additional row wiring may not be applied or a voltage of 0 V may be applied. A voltage of 0 V may be applied to the column wiring. In this case, it is possible to verify and / or recognize that the data of '10' is learned in the first column wiring by checking whether the current flowing through all the column wirings is the largest and the current flowing through the first column wiring is the largest. As described above, the threshold voltage of the transistors connected to the first column wiring, in particular, the threshold voltage of the transistor located at the intersection of the first row wiring and the first column wiring is lower, while the threshold voltage of the transistor connected to the second column wiring and the third column wiring is It is predicted that the current flowing through the first column wiring is the largest.

이상으로 설명한 도 4a 내지 도 4d의 과정은 모든 컬럼 배선에 서로 다른 데이터가 학습될 때까지 반복하여 수행될 수 있다. 4A to 4D described above can be repeatedly performed until different data are learned in all the column wirings.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치의 시냅스의 일례를 설명하기 위한 사시도이다. 전술한 바와 같이, 시냅스는 플로팅 게이트 및 제어 게이트를 갖는 트랜지스터를 포함할 수 있다. FIG. 5 is a perspective view for explaining an example of a synapse of a nyombol pick apparatus according to an embodiment of the present invention. As described above, the synapse may include a transistor having a floating gate and a control gate.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시냅스 즉, 트랜지스터는, 기판(미도시됨)으로부터 수직 방향으로 연장하는 반도체 기둥(320), 및 반도체 기둥(320)을 순차적으로 둘러싸는 터널 절연막(330), 플로팅 게이트(340), 전하 차단막(350) 및 제어 게이트(310)를 포함할 수 있다. 5, the synapse according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor column 320 extending in a vertical direction from a substrate (not shown), and a tunnel 320 sequentially surrounding the semiconductor column 320, An insulating film 330, a floating gate 340, a charge blocking film 350, and a control gate 310.

반도체 기둥(320)은 트랜지스터의 채널 및 접합 영역을 제공하기 위한 것으로서, 폴리실리콘 등 다양한 반도체 물질을 포함할 수 있다. 또한, 채널 및 접합 영역으로 기능하기 위하여, 불순물 도핑에 의한 다양한 도전형의 불순물 영역을 포함할 수 있다. 반도체 기둥(320)에서 채널 영역은 제어 게이트(310)와 중첩하는 부분에 위치할 수 있고, 접합 영역은 채널 영역의 양측 즉, 반도체 기둥(320)이 상단 및 하단에 위치할 수 있다. Semiconductor pillars 320 are for providing channel and junction regions of transistors, and may include various semiconductor materials such as polysilicon. Further, in order to function as a channel and a junction region, it is possible to include impurity regions of various conductivity types by impurity doping. In the semiconductor column 320, the channel region may be located at a portion overlapping the control gate 310, and the junction region may be located at both sides of the channel region, that is, the semiconductor column 320 may be located at the top and bottom.

터널 절연막(330)은 반도체 기둥(320)과 플로팅 게이트(330) 사이에서 제어 게이트(310)에 인가되는 전압에 따라 전하의 터널링을 가능하게 할 수 있다. 터널 절연막(330)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 이들의 조합 등 다양한 절연 물질을 포함할 수 있다. The tunnel insulating film 330 may enable tunneling of charges according to a voltage applied to the control gate 310 between the semiconductor pillars 320 and the floating gate 330. The tunnel insulating film 330 may include various insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride, or combinations thereof.

플로팅 게이트(340)는 제어 게이트(310)에 인가되는 전압에 따라 반도체 기둥(320)으로부터 전달되는 전하를 트랩 및/또는 저장하거나, 트랩 및/또는 저장된 전하를 반도체 기둥(320)으로 방출할 수 있다. 플로팅 게이트(340)는 전하를 트랩 및/또는 저장할 수 있는 물질로서, 실리콘 질화물 등과 같은 절연 물질 또는 폴리실리콘 등과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다.The floating gate 340 may trap and / or store charge transferred from the semiconductor pillars 320 or emit traps and / or stored charges to the semiconductor pillars 320 according to the voltage applied to the control gate 310 have. The floating gate 340 is a material capable of trapping and / or storing charge, and may include an insulating material such as silicon nitride or the like or a semiconductor material such as polysilicon.

전하 차단막(350)은 플로팅 게이트(340)와 제어 게이트(310) 사이에서 전하의 이동을 차단할 수 있는 막으로서, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 이들의 조합 등 다양한 절연 물질을 포함할 수 있다. The charge blocking layer 350 may include various insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride, or a combination thereof, as a film that can block the movement of charge between the floating gate 340 and the control gate 310.

플로팅 게이트(340)가 절연 물질을 포함하는 경우, 터널 절연막(330) 및 전하 차단막(350)과 상이한 절연 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 플로팅 게이트(340)가 실리콘 질화물을 포함하는 경우, 터널 절연막(330) 및 전하 차단막(350)은 이와 상이한 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 즉, 터널 절연막(330), 플로팅 게이트(340) 및 전하 차단막(350)은 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조물을 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 터널 절연막(330), 플로팅 게이트(340) 및 전하 차단막(350)이 반도체 기둥(320)의 측벽 전부를 둘러싸는 것으로 도시되어 있으나, 터널 절연막(330), 플로팅 게이트(340) 및 전하 차단막(350)이 반도체 기둥(320)과 제어 게이트(310) 사이에 개재되기만 하면 그 위치 및 형상은 다양하게 변형될 수 있다.  When the floating gate 340 includes an insulating material, it may include an insulating material different from the tunnel insulating film 330 and the charge blocking film 350. For example, when the floating gate 340 includes silicon nitride, the tunnel insulating film 330 and the charge blocking film 350 may include silicon oxide different therefrom. That is, the tunnel insulating film 330, the floating gate 340, and the charge blocking film 350 may form an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) structure. Although the tunnel insulating film 330, the floating gate 340 and the charge blocking film 350 are shown to surround all the side walls of the semiconductor pillars 320 in the present embodiment, the tunnel insulating film 330, the floating gate 340, And the charge blocking layer 350 are interposed between the semiconductor pillars 320 and the control gate 310, the position and the shape of the charge blocking layer 350 may be variously changed.

제어 게이트(310)는 트랜지스터의 게이트로 기능하여 전압을 인가받음으로써, 플로팅 게이트(340)의 전하 입출력을 제어할 수 있다. 제어 게이트(310)는 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합 등과 같은 도전 물질을 포함할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제어 게이트(310)는 전하 차단막(350)의 외측벽을 둘러싸면서 일 수평 방향으로 연장하는 라인 형상을 가질 수 있다. The control gate 310 functions as a gate of the transistor and receives a voltage to control charge input / output of the floating gate 340. The control gate 310 may include a conductive material such as a metal, a metal nitride, or a combination thereof. Although not shown, the control gate 310 may have a line shape extending in one horizontal direction while surrounding the outer wall of the charge blocking film 350.

이상으로 설명한 트랜지스터는 채널이 기판에 대해서 수직 방향으로 연장하는 수직형 트랜지스터(vertical-type transistor)일 수 있다. 시냅스로 수직형 트랜지스터를 이용하는 경우, 반도체 기판을 이용하여 제작되는 것이 아니므로 반도체 기판은 다른 소자의 제작에 이용될 수 있다. 이는 반도체 장치의 집적도 측면에서 효율적일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서 시냅스로 채널이 기판에 대해서 수평 방향으로 연장하는 플래너형 트랜지스터(planar-type transistor)가 이용될 수도 있다. 플래너형 트랜지스터는, 반도체 기판 상에 순차적으로 적층된 터널 절연막, 플로팅 게이트, 전하 차단막 및 제어 게이트를 포함할 수 있다. The transistor described above may be a vertical-type transistor whose channel extends in a direction perpendicular to the substrate. When a vertical transistor is used as a synapse, the semiconductor substrate is not fabricated using a semiconductor substrate, so that the semiconductor substrate can be used for manufacturing other elements. This can be efficient in terms of the integration degree of the semiconductor device. However, in another embodiment, a planar-type transistor may be used in which the channel extends horizontally with respect to the substrate at the synapse. The planar type transistor may include a tunnel insulating film, a floating gate, a charge blocking film, and a control gate sequentially stacked on a semiconductor substrate.

도 6a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로모픽 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 각 a도는 평면도를 나타내고, 각 b도는 각 a도의 A-A' 선에 따른 단면도를 나타낸다. 본 실시예의 뉴로모픽 장치는, 도 5의 수직형 트랜지스터를 갖는 시냅스를 포함할 수 있다. FIGS. 6A and 9B are views for explaining a method of manufacturing a nyomotelophone apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG. The neurometric device of this embodiment may include a synapse having the vertical transistor of FIG.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 소정의 하부 구조물(미도시됨)이 형성된 기판(305)이 제공될 수 있다. 6A and 6B, a substrate 305 on which a predetermined substructure (not shown) is formed may be provided.

이어서, 기판(305) 상에 제1 방향 예컨대, 세로 방향으로 연장하는 하부 배선(307)을 형성할 수 있다. 이 하부 배선(307)은 트랜지스터의 일 접합 영역으로 전압을 공급하기 위한 것으로서, 전술한 도 2a 내지 도 3의 추가 로우 배선(420) 및 컬럼 배선(220) 중 어느 하나와 대응할 수 있다. 본 실시예에서, 하부 배선(307)은 트랜지스터의 소스 영역과 접속하는 것으로서, 전술한 도 2a 내지 도 3의 컬럼 배선(220)과 대응할 수 있다. 하부 배선(307)은 W, Cu 등의 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합 등 다양한 도전 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에서 이격된 두 개의 하부 배선(307)이 도시되어 있으나, 하부 배선(307)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다. Subsequently, a lower wiring 307 extending in the first direction, e.g., the longitudinal direction, may be formed on the substrate 305. [ This lower wiring 307 is for supplying a voltage to a single junction region of the transistor and may correspond to any one of the additional row wiring 420 and the column wiring 220 in FIGS. 2A to 3 described above. In this embodiment, the lower wiring 307 is connected to the source region of the transistor, and can correspond to the column wiring 220 of FIGS. 2A to 3 described above. The lower wiring 307 may include various conductive materials such as a metal such as W, Cu, a metal nitride, or a combination thereof. In this embodiment, although two lower wirings 307 are shown spaced apart from the second direction intersecting the first direction, the number of the lower wirings 307 may be variously modified.

또한, 하부 배선(307) 상에는 하부 배선(307)과 중첩하는 소스 영역(308)이 형성될 수 있다. 소스 영역(308)은 제1 도전형의 반도체 물질 예컨대, N형 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 단, 하부 배선(307)이 트랜지스터의 드레인 영역으로 전압을 공급하기 추가 컬럼 배선(도 2a 내지 도 3의 420 참조)에 해당한다면, 하부 배선(307) 상에 소스 영역(308) 대신 드레인 영역이 형성될 수도 있다. 드레인 영역도 소스 영역(308)과 동일한 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다. A source region 308 overlapping the lower wiring 307 may be formed on the lower wiring 307. The source region 308 may comprise a semiconductor material of the first conductivity type, such as N-type polysilicon. However, if the lower wiring 307 corresponds to an additional column wiring (see 420 in FIG. 2A to FIG. 3) for supplying a voltage to the drain region of the transistor, a drain region instead of the source region 308 is formed on the lower wiring 307 . The drain region may also include a semiconductor material of the same conductivity type as the source region 308.

하부 배선(307) 및 소스 영역(308)의 적층 구조물 사이에는 제1 층간 절연막(306)이 매립될 수 있다. 제1 층간 절연막(306)은 실리콘 산화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다. A first interlayer insulating film 306 may be buried between the stacked structure of the lower wiring 307 and the source region 308. The first interlayer insulating film 306 may include an insulating material such as silicon oxide.

하부 배선(307), 소스 영역(308) 및 제1 층간 절연막(306)은 다음과 같은 방법에 의하여 형성될 수 있다. The lower wiring 307, the source region 308 and the first interlayer insulating film 306 may be formed by the following method.

일례로서, 기판(305) 상에 하부 배선(307) 형성을 위한 금속 함유 물질 및 소스 영역(308) 형성을 위한 제1 도전형의 반도체 물질을 순차적으로 증착한 후 이들을 선택적으로 식각하여 하부 배선(307) 및 소스 영역(308)의 적층 구조물을 형성할 수 있다. 이어서, 하부 배선(307) 및 소스 영역(308)이 형성된 결과물을 덮는 절연 물질을 증착한 후, 소스 영역(308)의 상면이 노출될 때까지 평탄화 공정 예컨대, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행할 수 있다. As an example, a metal containing material for forming the lower wiring 307 and a first conductive type semiconductor material for forming the source region 308 are sequentially deposited on the substrate 305, and then selectively etched to form the lower wiring 307, and a source region 308. [0064] Subsequently, an insulating material covering the bottom wiring 307 and the source region 308 is deposited. Then, a planarization process such as a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process is performed until the top surface of the source region 308 is exposed can do.

또는, 다른 일례로서, 기판(305) 상에 절연 물질을 증착한 후 이 절연 물질을 선택적으로 식각하여 하부 배선(307) 및 소스 영역(308)이 형성될 공간을 제공하는 제1 층간 절연막(306)을 형성할 수 있다. 이어서, 이 공간 내에 금속 함유 물질 및 반도체 물질을 순차적으로 형성함으로써 하부 배선(307) 및 소스 영역(308)을 형성할 수 있다. As another example, an insulating material may be deposited on the substrate 305, and then the insulating material may be selectively etched to form a first interlayer insulating film 306 (not shown) to provide space for forming the lower wiring 307 and the source region 308 ) Can be formed. Subsequently, the lower wiring 307 and the source region 308 can be formed by sequentially forming the metal-containing material and the semiconductor material in this space.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 도 6a 및 도 6b의 공정 결과물 상에 식각 정지막(311), 제2 층간 절연막(312), 제어 게이트막(313) 및 제3 층간 절연막(314)이 적층된 적층 구조물을 형성할 수 있다. 7A and 7B, an etch stop layer 311, a second interlayer insulating layer 312, a control gate layer 313, and a third interlayer insulating layer 314 are stacked on the resultant process of FIGS. 6A and 6B Thereby forming a laminated structure.

이 적층 구조물은, 도 6a 및 도 6b의 공정 결과물 상에 식각 정지막(311) 형성을 위한 실리콘 질화물 등의 절연 물질, 제2 층간 절연막(312) 형성을 위한 실리콘 산화물 등의 절연 물질, 제어 게이트막(313) 형성을 위한 금속 등의 도전 물질 및 제3 층간 절연막(314) 형성을 위한 실리콘 산화물 등의 절연 물질을 순차적으로 증착한 후, 증착된 이들 물질을 선택적으로 식각함으로써 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 식각 정지막(311), 제2 층간 절연막(312), 제어 게이트막(313) 및 제3 층간 절연막(314)의 적층 구조물은 하부 배선(307) 및 소스 영역(308)의 적층 구조물을 가로지르도록 제2 방향으로 연장할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 하부 배선(307)이 트랜지스터의 드레인 영역으로 전압을 공급하기 추가 컬럼 배선(도 2a 내지 도 3의 420 참조)에 해당한다면, 위 적층 구조물은 하부 배선(307)과 중첩하면서 하부 배선(307)과 동일한 방향으로 연장할 수 있다. 이러한 복수의 적층 구조물은 제1 방향에서 서로 이격될 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 이러한 복수의 적층 구조물 사이는 절연 물질로 매립될 수 있다. 제2 방향으로 연장하는 제어 게이트막(313)은 전술한 도 2a 내지 도 3의 로우 배선(120)과 대응할 수 있다. 6A and 6B, an insulating material such as silicon nitride for forming the etch stop film 311, an insulating material such as silicon oxide for forming the second interlayer insulating film 312, A conductive material such as a metal for forming the film 313 and an insulating material such as silicon oxide for forming the third interlayer insulating film 314 sequentially and then selectively etching these deposited materials. The stacked structure of the etching stopper film 311, the second interlayer insulating film 312, the control gate film 313 and the third interlayer insulating film 314 is formed in the lower wiring 307 and the source region 308 And extend in a second direction so as to traverse the laminated structure. However, in another embodiment, if the lower wiring 307 corresponds to an additional column wiring (see 420 in FIGS. 2A-3) for supplying voltage to the drain region of the transistor, the upper stacked structure overlaps the lower wiring 307 And extend in the same direction as the lower wiring 307. The plurality of stacked structures may be spaced apart from each other in the first direction. Although not shown, the plurality of stacked structures may be filled with an insulating material. The control gate film 313 extending in the second direction can correspond to the row wiring 120 of Figs. 2A to 3 described above.

이어서, 식각 정지막(311), 제2 층간 절연막(312), 제어 게이트막(313) 및 제3 층간 절연막(314)의 적층 구조물을 선택적으로 식각하여, 소스 영역(308)을 노출시키는 홀(H)을 형성할 수 있다. 홀(H)은 하부 배선(307) 및 소스 영역(308)의 적층 구조물과 식각 정지막(311), 제2 층간 절연막(312), 제어 게이트막(313) 및 제3 층간 절연막(314)의 적층 구조물의 교차 영역과 중첩하도록 형성될 수 있다. 홀(H) 형성시 소스 영역(308)에 대한 어택(attack)을 방지하기 위하여, 식각 정지막(311)이 드러나는 시점에서 식각을 정지한 후, 드러난 식각 정지막(311)을 제거함으로써 소스 영역(308)을 노출시킬 수 있다. The laminated structure of the etching stopper film 311, the second interlayer insulating film 312, the control gate film 313 and the third interlayer insulating film 314 is selectively etched to expose the source region 308 H) can be formed. The holes H are formed in the stacked structure of the lower wiring 307 and the source region 308 and the stacked structure of the etching stopper film 311, the second interlayer insulating film 312, the control gate film 313 and the third interlayer insulating film 314 May be formed so as to overlap the intersecting region of the laminated structure. In order to prevent an attack to the source region 308 in the formation of the holes H, after stopping the etching at the time when the etching stopper film 311 is exposed, the exposed etching stopper film 311 is removed, (308) can be exposed.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 홀(H)의 측벽 상에 전하 차단막(352), 플로팅 게이트막(342) 및 터널 절연막(332)을 순차적으로 형성한 후, 홀(H)의 나머지 공간을 매립하는 반도체 기둥(322)을 형성할 수 있다.8A and 8B, a charge blocking film 352, a floating gate film 342 and a tunnel insulating film 332 are sequentially formed on the sidewall of the hole H, The semiconductor pillars 322 to be buried can be formed.

전하 차단막(352), 플로팅 게이트막(342) 및 터널 절연막(332)의 형성은, 홀(H)이 형성된 결과물을 따라 홀(H)을 완전히 매립하지 않는 두께로 전하 차단 물질, 플로팅 게이트용 물질 및 터널 절연 물질을 순차적으로 증착한 후, 이들 물질을 전면식각하는 방식으로 수행될 수 있다. 또는, 전하 차단막(352), 플로팅 게이트막(342) 및 터널 절연막(332)의 형성은, 전하 차단 물질의 증착 및 이의 전면 식각, 플로팅 게이트용 물질 및 이의 전면 식각, 및 터널 절연 물질의 증착 및 이의 전면 식각으로 수행될 수도 있다.The formation of the charge blocking film 352, the floating gate film 342 and the tunnel insulating film 332 can be performed by forming the charge blocking material, the material for the floating gate And a tunnel insulating material are sequentially deposited, and then these materials are front-etched. Alternatively, the formation of the charge blocking film 352, the floating gate film 342 and the tunnel insulating film 332 can be performed by depositing a charge blocking material and its front side etching, the material for the floating gate and its front side etching, It may be performed by its front side etching.

반도체 기둥(322)은 전하 차단막(352), 플로팅 게이트막(342) 및 터널 절연막(332)이 형성된 홀(H)의 나머지 공간을 충분히 매립하는 두께로 반도체 물질을 형성한 후, 제3 층간 절연막(314)의 상면이 노출될 때까지 평탄화 공정을 수행하는 방식으로 형성될 수 있다.The semiconductor pillar 322 is formed to have a thickness sufficient to fill the remaining space of the hole H formed with the charge blocking film 352, the floating gate film 342 and the tunnel insulating film 332, The planarization process may be performed until the upper surface of the first substrate 314 is exposed.

이로써, 반도체 기둥(322) 및 이를 둘러싸는 터널 절연막(332), 플로팅 게이트막(342), 전하 차단막(352) 및 제어 게이트막(313)을 포함하는 수직형 트랜지스터가 형성될 수 있다. Thereby, a vertical transistor including the semiconductor column 322 and the tunnel insulating film 332 surrounding it, the floating gate film 342, the charge blocking film 352, and the control gate film 313 can be formed.

한편, 도시하지는 않았으나, 도 7a 및 도 7b의 홀(H) 형성 후 및/또는 도 8a 및 도 8b의 전하 차단막(352), 플로팅 게이트막(342) 및 터널 절연막(332) 형성 후, 소스 영역(308)에서의 불순물 손실을 보상하기 위하여 드러난 소스 영역(308)으로 추가 불순물 주입 공정을 수행할 수도 있다. 이 불순물은 N형 불순물일 수 있다. Although not shown, after forming the hole H in FIGS. 7A and 7B and / or forming the charge blocking film 352, the floating gate film 342, and the tunnel insulating film 332 in FIGS. 8A and 8B, An additional impurity implantation process may be performed on the exposed source region 308 to compensate for the impurity loss in the source region 308. This impurity may be an N-type impurity.

또한, 도시하지는 않았으나, 도 8a 및 도 8b의 반도체 기둥(322) 형성 공정 후, 트랜지스터의 타 접합 영역 예컨대, 드레인 영역 형성을 위하여 반도체 기둥(322)의 상단으로 추가 불순물 주입 공정을 수행할 수도 있다. 이 불순물은 N형 불순물일 수 있다.Further, although not shown, after the step of forming the semiconductor pillars 322 in FIGS. 8A and 8B, an additional impurity implantation process may be performed to the top of the semiconductor pillars 322 to form other junction regions, for example, drain regions of the transistors . This impurity may be an N-type impurity.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 도 8a 및 도 8b의 공정 결과물 상에 상부 배선(362)을 형성할 수 있다. 이 상부 배선(362)은 트랜지스터의 타 접합 영역으로 전압을 공급하기 위한 것으로서, 전술한 도 2a 내지 도 3의 추가 로우 배선(420) 및 컬럼 배선(220) 중 다른 하나와 대응할 수 있다. 본 실시예에서, 하부 배선(307)이 도 2a 내지 도 3의 컬럼 배선(220)과 대응하므로, 상부 배선(362)은 도 2a 내지 도 3의 추가 컬럼 배선(420)과 대응할 수 있다. 이 경우, 상부 배선(362)은 제어 게이트(313)와 중첩하면서 제어 게이트(313)와 동일한 방향으로 연장할 수 있다. 상부 배선(362)은 W, Cu 등의 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합 등 다양한 도전 물질을 포함할 수 있다. 상부 배선(362)은 반도체 기둥(322)의 상단에 형성된 드레인 영역(미도시됨)과 접속하여 요구되는 전압을 공급할 수 있다.Referring to FIGS. 9A and 9B, an upper wiring 362 may be formed on the process result of FIGS. 8A and 8B. This upper wiring 362 is for supplying a voltage to another junction region of the transistor and may correspond to the other one of the additional row wiring 420 and the column wiring 220 in FIGS. 2A to 3 described above. In this embodiment, since the lower wiring 307 corresponds to the column wiring 220 of FIGS. 2A to 3, the upper wiring 362 can correspond to the additional column wiring 420 of FIGS. 2A to 3. In this case, the upper wiring 362 can extend in the same direction as the control gate 313 while overlapping the control gate 313. The upper wiring 362 may include various conductive materials such as a metal such as W, Cu, a metal nitride, or a combination thereof. The upper wiring 362 can be connected to a drain region (not shown) formed at the upper end of the semiconductor column 322 to supply a required voltage.

이로써, 도 9a 및 도 9b에 도시된 것과 같은 뉴로모픽 장치가 제공될 수 있다. 이 뉴로모픽 장치는, 도 2a의 뉴로모픽 장치가 구현된 일례에 해당할 수 있다. Thereby, a neurometric device as shown in Figs. 9A and 9B can be provided. This neuromodule device may correspond to an example in which the neuromodule device of Fig. 2A is implemented.

전술한 실시예들의 뉴로모픽 장치는 다양한 장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이에 대해서는 도 10을 참조하여 예시적으로 설명하기로 한다. The neurometric device of the above-described embodiments may be used in various devices or systems. This will be described by way of example with reference to FIG.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 인식 시스템의 일 예이다. 본 실시예의 패턴 인식 시스템은 음성 인식 시스템(speech recognition system), 영상 인식 시스템(imaging recognition system) 등 다양한 종류의 패턴을 인식하기 위한 시스템일 수 있다. 본 실시예의 패턴 인식 시스템은 전술한 실시예들의 뉴로모픽 장치를 갖도록 구현될 수 있다.10 is an example of a pattern recognition system according to an embodiment of the present invention. The pattern recognition system of the present embodiment may be a system for recognizing various kinds of patterns such as a speech recognition system and an imaging recognition system. The pattern recognition system of this embodiment can be implemented with the neurometric apparatus of the above-described embodiments.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 패턴 인식 시스템(1000)은 중앙 처리 장치(CPU, 1010), 메모리 장치(1020), 통신 제어 장치(1030), 네트워크(1040), 패턴 출력 장치(1050), 패턴 입력 장치(1060), 아날로그-디지털 변환기(ADC, 1070), 뉴로모픽 장치(1080), 버스 라인(1090) 등을 포함할 수 있다.10, the pattern recognition system 1000 of the present embodiment includes a central processing unit (CPU) 1010, a memory device 1020, a communication control device 1030, a network 1040, a pattern output device 1050, A pattern input device 1060, an analog-to-digital converter (ADC) 1070, a nebulizer device 1080, a bus line 1090, and the like.

중앙 처리 장치(1010)는 뉴로모픽 장치(1080)의 학습을 위하여 다양한 신호를 생성 및 전달하고, 뉴로모픽 장치(1080)로부터의 출력에 따라 음성, 영상 등과 같은 패턴을 인식하기 위한 다양한 처리 및 기능을 수행할 수 있다. 이러한 중앙 처리 장치(1010)는 메모리 장치(1020), 통신 제어 장치(1030), 패턴 출력 장치(1050), 아날로그-디지털 변환기(1070) 및 뉴로모픽 장치(1080)에 버스 라인(1090)을 통하여 연결될 수 있다.The central processing unit 1010 generates and transmits various signals for the learning of the neuromorphic device 1080 and performs various processes for recognizing patterns such as voice, And functions. The central processing unit 1010 includes a bus line 1090 to the memory device 1020, the communication control device 1030, the pattern output device 1050, the analog-to-digital converter 1070, Lt; / RTI >

메모리 장치(1020)는 패턴 인식 시스템(1000)에서 저장이 요구되는 다양한 정보를 저장할 수 있으며, 이를 위하여 서로 다른 종류의 메모리들을 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리 장치(1020)는 롬(ROM, 1022), 램(RAM, 1024) 등을 포함할 수 있다. 롬(1022)은 뉴로모픽 장치(1080)의 학습, 패턴 인식 등을 처리하고 제어하기 위하여 중앙 처리 장치(1010)에 이용되는 다양한 프로그램 또는 데이터를 저장하는 기능을 수행할 수 있다. ROM(1024)은 롬(1022)의 프로그램 또는 데이터를 다운로드하여 저장하거나, 또는, 아날로그-디지털 변환기(1070)에 의해 변환 및 분석된 음성, 영상 등의 데이터를 저장할 수 있다. The memory device 1020 may store various information required to be stored in the pattern recognition system 1000 and may include different kinds of memories for this purpose. For example, the memory device 1020 may include a ROM (ROM) 1022, a RAM (RAM) 1024, and the like. The ROM 1022 may store various programs or data used in the central processing unit 1010 to process and control learning, pattern recognition, and the like of the neuromorphic apparatus 1080. [ The ROM 1024 may download and store the program or data of the ROM 1022 or may store data such as voice and image converted and analyzed by the analog-to-digital converter 1070.

통신 제어 장치(1030)는 인식된 음성, 영상 등의 데이터를 네트워크(1040)를 통하여 다른 통신 제어 장치와 교환할 수 있다.The communication control device 1030 can exchange the recognized voice and video data with another communication control device through the network 1040. [

패턴 출력 장치(1050)는 인식된 음성, 영상 등의 데이터를 다양한 방식으로 출력할 수 있다. 예컨대, 패턴 인식 장치(1050)는 프린터, 디스플레이 유닛 등을 포함할 수 있으며, 음성을 파형으로 보여주거나 이미지를 디스플레이할 수 있다.The pattern output device 1050 can output the recognized voice, video, and other data in various ways. For example, the pattern recognition apparatus 1050 can include a printer, a display unit, and the like, and can display a voice as a waveform or an image.

패턴 입력 장치(1060)는 아날로그 형태의 음성, 영상 등을 입력받는 부분으로서, 마이크로폰, 카메라 등을 포함할 수 있다. The pattern input device 1060 receives a voice, an image, and the like in an analog form, and may include a microphone, a camera, and the like.

아날로그-디지털 변환기(1070)는 패턴 입력 장치(1060)로부터 입력된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 수 있고 이 디지털 데이터의 분석을 실행할 수도 있다. The analog-to-digital converter 1070 can convert the analog data input from the pattern input device 1060 into digital data and perform analysis of the digital data.

뉴로모픽 장치(1080)는 아날로그-디지털 변환기(1070)로부터 출력된 데이터를 이용하여 학습, 인식 등을 수행할 수 있고, 인식된 패턴에 대응하는 데이터를 출력할 수 있다. 뉴로모픽 장치(1080)는 전술한 실시예들의 뉴로모픽 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 뉴로모픽 장치(1080)는 뉴런 회로를 연결하기 위하여 제1 내지 제N 로우 배선(여기서, N은 2 이상의 자연수)과 제1 내지 제M 컬럼 배선(여기서, M은 2 이상의 자연수)의 교차점에 위치하고, 직렬 연결된 가변 저항 소자 및 제1 트랜지스터를 포함하는 시냅스; 및 제t 컬럼 배선(여기서, t는 1 이상 M 이하의 자연수)에 연결된 상기 제1 트랜지스터의 게이트가 공통적으로 접속되는 제t 게이트 배선을 포함할 수 있다. 이를 통해 뉴로모픽 장치(1080)의 학습 및 인식의 정확도가 향상된다. 이로써, 패턴 인식 시스템(1000)의 동작 특성 및 패턴 인식의 정확도가 향상될 수 있다. The neuromotor apparatus 1080 can perform learning, recognition, and the like using data output from the analog-digital converter 1070, and can output data corresponding to the recognized pattern. The neurometer device 1080 may include one or more of the neurometric devices of the embodiments described above. For example, the neurometer device 1080 may include first to Nth row wires (where N is a natural number of 2 or more) and first to Mth column wires (where M is a natural number of 2 or more) A synapse located at an intersection, the synapse including a variable resistor element and a first transistor connected in series; And a tenth gate wiring to which the gates of the first transistors connected to the tth column wiring (where t is a natural number equal to or greater than 1 and equal to or less than M) are commonly connected. This improves the accuracy of learning and perception of the neurometer device 1080. In this way, the operating characteristics of the pattern recognition system 1000 and the accuracy of pattern recognition can be improved.

기타, 패턴 인식 시스템(1000)은 자신의 기능을 적절히 수행하기 위하여 필요한 다른 구성 요소들을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 패턴 인식 시스템(1000)의 구동을 위한 다양한 파라미터나 셋팅 조건 등을 입력하기 위한 입력 유닛으로서 키보드, 마우스 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the pattern recognition system 1000 may further include other components necessary for properly performing its function. For example, the input unit may further include a keyboard, a mouse, and the like as an input unit for inputting various parameters and setting conditions for driving the pattern recognition system 1000.

이상으로 해결하고자 하는 과제를 위한 다양한 실시예들이 기재되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자진 자라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 명백하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, .

100: 프리 시냅틱 뉴런 120: 로우 배선
200: 포스트 시냅틱 뉴런 220: 컬럼 배선
300: 시냅스
400: 드레인 전압 인가 회로 420: 추가 로우 배선
100: Presynaptic neuron 120: Low wiring
200: Post Synaptic Neuron 220: Column Wiring
300: Synapse
400: drain voltage application circuit 420: additional row wiring

Claims (19)

제1 방향으로 연장하는 복수의 로우 배선;
상기 제1 방향으로 연장하는 복수의 추가 로우 배선;
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 복수의 컬럼 배선; 및
상기 로우 배선, 상기 추가 로우 배선 및 상기 컬럼 배선의 교차 영역에 위치하는 시냅스를 포함하고,
상기 시냅스는,
플로팅 게이트를 갖고, 상기 플로팅 게이트와 절연된 제어 게이트가 상기 로우 배선에 접속되고, 제1 접합이 상기 추가 로우 배선에 접속되고, 제2 접합이 상기 컬럼 배선에 접속되는 트랜지스터를 포함하는
뉴로모픽 장치.
A plurality of row lines extending in a first direction;
A plurality of additional row wirings extending in the first direction;
A plurality of column lines extending in a second direction intersecting the first direction; And
And a synapse located in an intersection area of the row wiring, the additional row wiring, and the column wiring,
The synapse,
And a transistor having a floating gate, a control gate insulated from the floating gate, the transistor being connected to the row wiring, the first junction being connected to the additional row wiring, and the second junction being connected to the column wiring
New LomoPick device.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 로우 배선으로 특정 데이터에 해당하는 전압 펄스가 인가되는
뉴로모픽 장치.
The method according to claim 1,
A voltage pulse corresponding to specific data is applied to the plurality of row wirings
New LomoPick device.
제2 항에 있어서,
상기 트랜지스터는,
상기 플로팅 게이트로 소정 전하가 트랩되는 경우 감소하는 문턱 전압을 갖는
뉴로모픽 장치.
3. The method of claim 2,
The transistor comprising:
Having a threshold voltage that is reduced when a predetermined charge is trapped in the floating gate
New LomoPick device.
제3 항에 있어서,
상기 플로팅 게이트에 트랩되는 전하의 양은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가하는
뉴로모픽 장치.
The method of claim 3,
The amount of charge trapped in the floating gate increases as the number of voltage pulses increases
New LomoPick device.
제3 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 감소하는
뉴로모픽 장치.
The method of claim 3,
The threshold voltage of the transistor decreases as the number of the voltage pulses increases
New LomoPick device.
제3 항에 있어서,
상기 제1 접합과 상기 제2 접합 사이의 전류 흐름은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가하는
뉴로모픽 장치.
The method of claim 3,
The current flow between the first junction and the second junction increases as the number of voltage pulses increases
New LomoPick device.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 추가 로우 배선으로, 상기 전압 펄스와 동일한 극성을 갖는 전압이 인가되는
뉴로모픽 장치.
3. The method of claim 2,
A voltage having the same polarity as the voltage pulse is applied to the plurality of additional row wirings
New LomoPick device.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 추가 로우 배선으로 인가되는 상기 전압은, 상기 전압 펄스와 동일한 크기를 갖는
뉴로모픽 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the voltage applied to the plurality of additional row wirings has the same magnitude as the voltage pulse
New LomoPick device.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 컬럼 배선 각각에 서로 다른 데이터가 학습되는
뉴로모픽 장치.
3. The method of claim 2,
Different data are learned in each of the plurality of column wirings
New LomoPick device.
제9 항에 있어서,
상기 특정 데이터를 상기 복수의 컬럼 배선 중 제1 컬럼 배선에 학습하는 과정에서, 기 학습된 제2 컬럼 배선은 플로팅 상태인
뉴로모픽 장치.
10. The method of claim 9,
In the process of learning the specific data to the first column wiring among the plurality of column wirings,
New LomoPick device.
기판;
상기 기판 상에 위치하고, 제1 방향으로 연장하는 하부 배선;
상기 하부 배선 상에 위치하고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 상부 배선;
상기 하부 배선과 상기 상부 배선의 사이에서 상기 하부 배선과 상기 상부 배선의 교차 영역에 위치하는 반도체 기둥;
상기 반도체 기둥의 측면을 순차적으로 둘러싸는 터널 절연막, 플로팅 게이트 및 전하 차단막; 및
상기 전하 차단막의 측면을 둘러싸면서 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 연장하는 제어 게이트를 포함하고,
상기 반도체 기둥, 상기 터널 절연막, 상기 플로팅 게이트, 상기 전하 차단막 및 상기 제어 게이트는, 시냅스를 형성하는
뉴로모픽 장치.
Board;
A lower wiring located on the substrate and extending in a first direction;
An upper wiring located on the lower wiring and extending in a second direction intersecting with the first direction;
A semiconductor column located between the lower wiring and the upper wiring at a crossing region of the lower wiring and the upper wiring;
A tunnel insulating film, a floating gate, and a charge blocking film sequentially surrounding side surfaces of the semiconductor pillars; And
And a control gate surrounding the side surface of the charge blocking film and extending in the first direction or the second direction,
Wherein the semiconductor column, the tunnel insulating film, the floating gate, the charge blocking film, and the control gate form a synapse
New LomoPick device.
제11 항에 있어서,
상기 제어 게이트로 특정 데이터에 해당하는 전압 펄스가 인가되는
뉴로모픽 장치.
12. The method of claim 11,
A voltage pulse corresponding to specific data is applied to the control gate
New LomoPick device.
제12 항에 있어서,
상기 시냅스는,
상기 플로팅 게이트로 소정 전하가 트랩되는 경우 감소하는 전도도를 갖는
뉴로모픽 장치.
13. The method of claim 12,
The synapse,
Having a conductivity decreasing when a predetermined charge is trapped in the floating gate
New LomoPick device.
제13 항에 있어서,
상기 플로팅 게이트에 트랩되는 전하의 양은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가하는
뉴로모픽 장치.
14. The method of claim 13,
The amount of charge trapped in the floating gate increases as the number of voltage pulses increases
New LomoPick device.
제13 항에 있어서,
상기 시냅스의 전도도는 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 감소하는
뉴로모픽 장치.
14. The method of claim 13,
The conductivity of the synapse decreases as the number of voltage pulses increases
New LomoPick device.
제13 항에 있어서,
상기 반도체 기둥을 통하는 전류 흐름은 상기 전압 펄스의 개수가 증가할수록 증가하는
뉴로모픽 장치.
14. The method of claim 13,
The current flow through the semiconductor column increases as the number of voltage pulses increases
New LomoPick device.
제12 항에 있어서,
상기 하부 배선 및 상기 상부 배선 중 어느 하나로, 상기 전압 펄스와 동일한 극성을 갖는 전압이 인가되는
뉴로모픽 장치.
13. The method of claim 12,
A voltage having the same polarity as the voltage pulse is applied to either the lower wiring or the upper wiring
New LomoPick device.
제17 항에 있어서,
상기 하부 배선 및 상기 상부 배선 중 어느 하나로 인가되는 상기 전압은, 상기 전압 펄스와 동일한 크기를 갖는
뉴로모픽 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the voltage applied to any one of the lower wiring and the upper wiring has the same magnitude as the voltage pulse
New LomoPick device.
제17 항에 있어서,
상기 하부 배선 및 상기 상부 배선 중 다른 하나로 특정 데이터가 저장되는
뉴로모픽 장치.
18. The method of claim 17,
Specific data is stored in the other of the lower wiring and the upper wiring
New LomoPick device.
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KR20210095712A (en) * 2019-01-29 2021-08-02 실리콘 스토리지 테크놀로지 인크 Neural Network Classifier Using an Array of 4-Gated Non-Volatile Memory Cells

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