WO2025159461A1 - 유기 반도체 화합물, 이를 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하여 삼원색 구분이 가능한 광 시냅스 소자 - Google Patents

유기 반도체 화합물, 이를 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하여 삼원색 구분이 가능한 광 시냅스 소자

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WO2025159461A1
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organic semiconductor
optical
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semiconductor compound
chemical formula
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박희준
박상혁
이종민
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Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Industry Academic Cooperation Foundation of Kongju National University
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Definitions

  • the present invention relates to an organic semiconductor compound, an organic semiconductor layer including the same, and an optical synapse element including the same capable of distinguishing three primary colors, and more particularly, to an organic semiconductor compound which, when applied to a synapse element as a chalcone derivative, outputs differential output signals for each of red light (R), green light (G), and blue light (B), an organic semiconductor layer including the same, and an optical synapse element including the same capable of distinguishing three primary colors.
  • the human visual system is an essential component of the human body, enabling us to perceive complex visual information from the external world.
  • the retina not only uses photoreceptors to convert visual input into electrical signals that are transmitted to the brain, but also performs preprocessing to extract key features from the large-scale input signal.
  • an optoelectronic device capable of converting optical signals into electrical signals while having synaptic plasticity that contributes to local computation of visual information is required. Furthermore, one of the important functions of the retina is the ability to recognize various information, and thus, in order to implement an artificial vision system, the ability to discern multispectral colors is required.
  • An optical synaptic device has been developed to mimic the human visual system, and is a device having synaptic plasticity characteristics that exhibit conductance changes in response to light stimulation.
  • Korean Patent Publication No. 10-2023-0095532 discloses an optical synaptic device based on a HfO 2 /IGZO oxide bilayer, which includes: a substrate; a dielectric layer positioned on the substrate; an IGZO channel layer positioned on the dielectric layer and including IGZO (In-Ga-Zn-O) oxide; source/drain electrodes positioned on the channel layer; and a HfO 2 thin film layer positioned on the source/drain electrodes.
  • Korean Patent Publication No. 10-2023-0069026 discloses an optical synapse transistor including a gate electrode portion; a dielectric portion provided on the gate electrode portion; an electron trap portion provided on the dielectric portion; an opto-electrical conversion portion provided on the electron trap portion; a channel portion provided on the opto-electrical conversion portion; a source electrode portion electrically connected to the channel portion; and a drain electrode portion provided to be spaced apart from the source electrode portion and electrically connected to the channel portion.
  • optical synapse devices are 3-terminal based field effect transistor devices, which have limitations in that they are difficult to achieve high integration and that it is difficult to distinguish and recognize red light (R), green light (G), and blue light (B) in the visible light range.
  • an optical synapse device that can achieve high integration by implementing optical synapse characteristics in a two-terminal memristor structure and outputs differential output signals for each input signal of red light (R), green light (G), and blue light (B), thereby enabling the distinction of various colors.
  • One object of the present invention is to provide an organic semiconductor compound having a large difference in absorption by wavelength within the visible light wavelength range and exhibiting a high dipole moment when absorbing light.
  • Another object of the present invention is to provide an organic semiconductor layer comprising the organic semiconductor compound.
  • Another object of the present invention is to provide an optical synapse device capable of implementing optical synapse characteristics in a two-terminal memristor structure including the organic semiconductor layer and outputting differential output signals for each of red light (R), green light (G), and blue light (B) input signals.
  • the present invention provides a chalcone derivative having a structure represented by the following chemical formula 1 as an organic semiconductor compound:
  • R 0 is -H or is connected to R 6 to form a benzene ring
  • R 1 and R 2 are each independently a proton-donating substituent selected from the group consisting of -H; or -OH, -NH 2 , -NHR and -NRR',
  • R 3 is or and,
  • R 0 is -H
  • R and R' are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • At least one of R 1 and R 2 may be a proton-donating substituent.
  • R 0 is -H or is connected to R 6 to form a benzene ring
  • R 1 and R 2 are each independently -H or -OH, and at least one of R 1 and R 2 is -OH
  • R 3 is or and,
  • R 4 and R 5 are each independently -H or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and when R 0 is -H, R 6 may be -H.
  • the organic semiconductor compound of the above chemical formula 1 may have a structure of the following chemical formula 2 or chemical formula 3:
  • the present invention also provides an organic semiconductor layer comprising the organic semiconductor compound.
  • the present invention also provides an optical synapse device including the organic semiconductor layer.
  • the optical synapse element of the present invention is an optical synapse element including a lower electrode; a switching medium formed on the lower electrode and having a resistance that changes by a voltage or an electric field; and an upper electrode formed on the switching medium, and may include the organic semiconductor layer laminated on or under the switching medium.
  • the switching medium may include at least one switching material selected from the group consisting of nickel oxide (NiO x ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (FeO x ), copper oxide (CuO x ), tin oxide (SnO 2 ), and polymethyl methacrylate (PMMA).
  • NiO x nickel oxide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • FeO x iron oxide
  • CuO x copper oxide
  • SnO 2 tin oxide
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the switching medium can be formed by coating the switching material using a solution process and then performing a heat treatment.
  • the heat treatment during formation of the switching medium can be performed at 400 to 700°C for 30 minutes to 5 hours.
  • the switching medium can be formed by depositing the switching material by sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation, electron-beam evaporation, physical vapor deposition (PVD), molecular beam epitaxy (MBE), or chemical vapor deposition (CVD).
  • ALD atomic layer deposition
  • PLD pulsed laser deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • CVD chemical vapor deposition
  • the organic semiconductor layer can be formed by coating the organic semiconductor compound using a solution process and then performing a heat treatment.
  • the heat treatment during formation of the organic semiconductor layer can be performed at 90 to 120°C for 1 to 60 minutes.
  • the upper electrode and the lower electrode are each independently Al, Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, Pt, Fe or an alloy thereof, TiN, WN, SrTiO 3 , LaNiO 3 , ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), GZO (gallium zinc oxide), IGZO (indium gallium-doped zinc oxide), AZO (aluminum zinc oxide), IGTO (indium gallium-doped tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), ZnO, SnO 2 , TiO 2 , silver nanowire, carbon nanotube (CNT, carbon nanotube), SWCNT (single-walled carbon nanotube), DWCNT (double-walled carbon nanotube), MWCNT (multi-walled carbon nanotube), graphene, PEDOT (polyethylenedioxythiophene) and It may include one or more conductive materials selected from the group consisting of PEDOT:PSS
  • the upper electrode may include an electrically conductive material having a lower work function than the lower electrode.
  • the upper electrode and the lower electrode can be formed independently by sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation, electron-beam evaporation, physical vapor deposition (PVD), molecular beam epitaxy (MBE), chemical vapor deposition (CVD), or solution process.
  • ALD atomic layer deposition
  • PLD pulsed laser deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • CVD chemical vapor deposition
  • the optical synaptic element of the present invention can output differential output signals for each of the input signals of red light (R), green light (G), and blue light (B).
  • the organic semiconductor compound of the present invention exhibits a large difference in absorption by wavelength within the visible light wavelength range and a high dipole moment when absorbing light. Therefore, the conductance inside the switching medium induced according to the applied light intensity can be controlled, so that differentiated output signals can be output for red light (R), green light (G), and blue light (B) input signals, thereby enabling the implementation of an optical synapse element capable of distinguishing various colors.
  • the organic semiconductor compound can exhibit optical synapse characteristics regardless of the type of switching medium of the resistance memory element, and an optical synapse element using the same has excellent integration as a two-terminal memristor-type element.
  • FIG. 1 is a drawing illustrating ESIPT characteristics by mutual conversion of enol and keto forms of an organic semiconductor compound according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of an optical synapse element according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3a and 3b are drawings each explaining the operating principle (a) and energy band diagram (b) of an optical synapse device according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows the results of measuring the absorbance of an organic semiconductor layer according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5a to 5d are graphs showing the transport characteristics of an OFET using organic semiconductor compounds (CH-M, C-M, CH-P, and C-P) according to one embodiment of the present invention, respectively.
  • Figures 6a to 6c are graphs showing output characteristics confirmed through a single pulse input (a), 50 pulse input (b), and 1 to 20 mW RGB pulse input (c) of an optical synapse element according to one embodiment of the present invention, respectively.
  • Figures 7a to 7c each show graphs showing the EPSC characteristics according to the optical pulse amplitude (a), pulse width (b), and pulse interval (c) of an optical synapse element to which CH-M is applied according to one embodiment of the present invention.
  • Figures 8a to 8c each show graphs showing the EPSC characteristics according to the optical pulse amplitude (a), pulse width (b), and pulse interval (c) of an optical synapse element to which CH-P is applied according to one embodiment of the present invention.
  • a component such as a substrate or layer
  • this may include not only cases where it is directly on top of the other component, but also cases where there is another component in between.
  • the present invention relates to an organic semiconductor compound capable of distinguishing various colors by outputting differential output signals for each of red light (R), green light (G), and blue light (B) input signals, an organic semiconductor layer including the compound, and an optical synapse element including the compound.
  • the organic semiconductor compound of the present invention exhibits a large difference in absorption by wavelength within the visible light wavelength range and a high dipole moment upon light absorption. Therefore, the conductance inside the switching medium induced according to the applied light intensity can be controlled, thereby outputting differentiated output signals for each input signal of red light (R), green light (G), and blue light (B), thereby enabling implementation of an optical synapse element capable of distinguishing various colors.
  • the organic semiconductor compound can exhibit optical synapse characteristics regardless of the type of switching medium of the resistance memory element.
  • the organic semiconductor compound of the present invention is a chalcone derivative and can be represented by the following chemical formula 1:
  • R 0 is hydrogen (-H) or is connected to R 6 to form a benzene ring
  • R 1 and R 2 may each independently be a proton-donating substituent selected from the group consisting of hydrogen (-H); or a hydroxyl group (-OH), an amino group (-NH 2 ), and an amine group (-NHR or -NRR'),
  • R 3 is or and,
  • R 0 is hydrogen (-H)
  • R 6 is hydrogen (-H)
  • a halogen group (-F, -Cl, -Br or -I)
  • a fluoroalkyl group (-CF 3 )
  • a sulfonyl group (-SO 3 R)
  • R and R' are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the organic semiconductor compound of the present invention is photosensitized in the visible light range, and can improve photoreactivity by introducing an electron donor (R 3 to R 5 ) and a naphthalene structure formed by the benzene ring formation of R 0 and R 6 or an electron withdrawing group (R 6 ).
  • At least one of R 1 and R 2 may be a proton-donating substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), an amino group (-NH 2 ), and an amine group (-NHR or -NRR').
  • a proton-donating substituent is introduced into a chalcone derivative in this way, a strong dipole moment in an excited state can be formed, and the visible light absorbance can be increased and the difference in absorbance between wavelengths can be increased, thereby improving color discrimination ability.
  • R 0 is hydrogen (-H), or is connected to R 6 to form a benzene ring,
  • R 1 and R 2 may each independently be hydrogen (-H) or a hydroxyl group (-OH), and at least one of R 1 and R 2 is a hydroxyl group,
  • R 3 is or and,
  • R 4 and R 5 are each independently hydrogen (-H) or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
  • R 0 is hydrogen (-H)
  • R 6 can be hydrogen (-H).
  • the organic semiconductor compound may be a compound represented by the following chemical formula 2.
  • the nomenclature of the compound represented by the following chemical formula 2 is (E)-3-(4-(dimethylamino)phenyl)-1-(1-hydroxynaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one, which may be abbreviated as "CH-M" in describing the present invention.
  • the organic semiconductor compound may be a compound represented by the following chemical formula 3.
  • the nomenclature of the compound represented by the following chemical formula 3 is (E)-3-(4-(diphenylamino)phenyl)-1-(1-hydroxynaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one, which may be abbreviated as "CH-P" in describing the present invention.
  • the dimethyl group in CH-M is replaced with a diphenyl group, thereby reducing the optical band gap and increasing the difference in absorption between wavelengths, thereby enabling visible light sensitivity and improving color reactivity.
  • the optical synaptic characteristics and color discrimination ability of the device were superior when CH-P was used compared to CH-M.
  • the organic semiconductor compound of the present invention exhibits excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) characteristics, which are phototautomerization characteristics in which protons move within an excited molecule. This maximizes the energy difference between absorption and emission, thereby minimizing fluorescence reduction and providing advantageous properties for implementing stimulated luminescence.
  • ESIPT excited-state intramolecular proton transfer
  • the organic semiconductor compound of the present invention has a tautomeric molecular structure capable of changing between a stable enol form in the ground state and a stable keto form in the excited state through proton transfer.
  • This interconversion between the enol form and the keto form involves the movement of hydrogen atoms and the subsequent rearrangement of bonding electrons.
  • the organic semiconductor compound used in the present invention has ESIPT characteristics, has no self-absorption, and can have long-wavelength fluorescence, so it can be applied to various purposes such as an organic light-emitting device (OLED), a fluorescent sensor, a chemosensor, a gain media for an organic laser, and a hole transport material.
  • OLED organic light-emitting device
  • the optical synapse device when an optical synapse device is manufactured by forming a semiconductor layer using the organic semiconductor compound of the present invention and positioning the semiconductor layer on a switching medium, multiple wavelengths in the visible light region can be easily detected and identified.
  • the optical synapse device can be implemented as a highly integrated two-terminal memristor type device, and in this case, it is possible to distinguish various colors by outputting differentiated output signals for each input signal of red light (R), green light (G), and blue light (B).
  • the present invention also provides an organic semiconductor layer including the organic semiconductor compound and an optical synapse element including the same.
  • the most crucial element that manifests the optical synaptic properties of a device is an organic semiconductor layer, and the optical synaptic device of the present invention includes an organic semiconductor layer formed of the organic semiconductor compound.
  • the organic semiconductor layer absorbs light, inducing a high dipole moment when the molecule is in an excited state (an excited state), and can delay the time in the excited state due to the ESIPT characteristic.
  • the optical synapse element of the present invention is implemented with a highly integrated two-terminal memristor-type structure, and can be integrated into a three-dimensional (3D) crossbar array structure, and can detect multiple colors without a color filter and peripheral circuits, so that it can be applied to a high-sensitivity image sensor.
  • the optical synapse element of the present invention is an optical synapse element including a lower electrode; a switching medium formed on the lower electrode and having a resistance that changes by a voltage or an electric field; and an upper electrode formed on the switching medium, and may include an organic semiconductor layer laminated on or under the switching medium.
  • the optical synapse element may include a lower electrode, a switching medium formed on the lower electrode, an organic semiconductor layer formed on the switching medium, and an upper electrode formed on the organic semiconductor layer
  • the optical synapse element may include a lower electrode, an organic semiconductor layer formed on the lower electrode, a switching medium formed on the organic semiconductor layer, and an upper electrode formed on the switching medium.
  • FIG. 2 illustrates the structure of an optical synapse element according to one embodiment of the present invention, wherein the optical synapse element may include a lower electrode (10); a switching medium (20) formed on the lower electrode; an organic semiconductor layer (30) formed on the switching medium; and an upper electrode (40) formed on the organic semiconductor layer.
  • the optical synapse element may include a lower electrode (10); a switching medium (20) formed on the lower electrode; an organic semiconductor layer (30) formed on the switching medium; and an upper electrode (40) formed on the organic semiconductor layer.
  • the optical synaptic device of the present invention may include a substrate that can serve as a support for the device under the lower electrode.
  • the substrate may be at least one substrate selected from the group consisting of glass, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene (PE), stainless steel, wool, silicon (Si), and SiO 2 .
  • the lower electrode is Al, Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, Pt, Fe or an alloy thereof, TiN, WN, SrTiO 3 , LaNiO 3 , ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), GZO (gallium zinc oxide), IGZO (indium gallium-doped zinc oxide), AZO (aluminum zinc oxide), IGTO (indium gallium-doped tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), ZnO, SnO 2 , TiO 2 , silver nanowire, carbon nanotube (CNT, carbon nanotube), SWCNT (single-walled carbon nanotube), DWCNT (double-walled carbon nanotube), MWCNT (multi-walled carbon nanotube), graphene, PEDOT (polyethylenedioxythiophene) and It may include at least one conductive material selected from the group consisting of PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedi
  • the above switching medium exhibits a characteristic in which resistance changes according to voltage or electric field, and may include at least one switching material selected from the group consisting of nickel oxide (NiO x ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (FeO x ), copper oxide (CuO x ), tin oxide (SnO 2 ), and polymethyl methacrylate (PMMA).
  • NiO x nickel oxide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • FeO x iron oxide
  • CuO x copper oxide
  • SnO 2 tin oxide
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the above switching medium can be formed by coating a switching material using a solution process and then heat treating it, and the coating process can be performed using a coating technique such as spin coating, spray coating, bar coating, dip coating, curtain coating, slot coating, roll coating, or gravure coating.
  • the heat treatment after coating can be performed at 400 to 700°C for 30 minutes to 5 hours.
  • the switching medium may be formed by depositing a switching material by sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation, electron-beam evaporation, physical vapor deposition (PVD), molecular beam epitaxy (MBE), or chemical vapor deposition (CVD).
  • ALD atomic layer deposition
  • PLD pulsed laser deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • CVD chemical vapor deposition
  • ESIPT excited-state intramolecular proton transfer
  • Figures 3a and 3b respectively illustrate the operating principle (a) and the energy band diagram (b) of the optical synapse device according to the present invention.
  • a built-in potential is generated due to the difference in work functions between the lower electrode and the upper electrode, which causes an induced dipole moment.
  • the organic semiconductor layer has a high dipole moment, which further increases the built-in potential, resulting in an effect equivalent to applying an external electric field to a device in a stable state. This increases the conductance within the switching medium, thereby exhibiting optical synapse characteristics.
  • the optical synapse element of the present invention can exhibit optical synapse characteristics by enhancing the dipole moment of the organic semiconductor layer according to the application of light, thereby increasing the conductance of the switching medium.
  • Such characteristics of the present invention can be applied regardless of the type of switching medium, thereby providing a wide range of material selectivity when developing an image sensor module to which the optical synapse element is applied.
  • the above organic semiconductor layer can be formed by coating an organic semiconductor compound using a solution process and then heat treating, and the coating process can be performed using a coating technique such as spin coating, spray coating, bar coating, dip coating, curtain coating, slot coating, roll coating, or gravure coating.
  • the heat treatment after coating can be performed at 90 to 120°C for 1 to 60 minutes.
  • the upper electrode may be the same as or different from the lower electrode, and is preferably formed of an electrically conductive material having a lower work function than the lower electrode. Examples of the conductive material forming the upper electrode are the same as those described in the description of the lower electrode, so they are omitted.
  • the lower electrode and the upper electrode can be formed independently by any one of sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation, electron-beam evaporation, physical vapor deposition (PVD), molecular beam epitaxy (MBE), chemical vapor deposition (CVD), and solution process.
  • ALD atomic layer deposition
  • PLD pulsed laser deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • CVD chemical vapor deposition
  • the shapes of the upper and lower electrodes can be appropriately modified and manufactured according to the structure of the device.
  • the lower electrode may be formed in the form of a substrate
  • the upper electrode may be formed in the form of a pattern including a plurality of electrode units spaced apart from each other.
  • the lower and upper electrodes may be formed in the form of a cross-bar array in which they intersect in a cross (+) shape.
  • the optical synapse device of the present invention is a 2-terminal-based memristor-type device that can be 3D-stacked, the circuit integration can be increased compared to a 3-terminal transistor-type optical synapse device.
  • the optical synapse element of the present invention can be applied to a device to which a machine vision system is applied, and due to the characteristics of the optical synapse element, it can receive data from external visual information and perform data preprocessing before transmitting the data to a processing and storage device, so that when applied to an image sensor module, it can efficiently process a large amount of image data.
  • the optical synapse device of the present invention can be applied to various fields such as MRI and CT scan technology in the medical field requiring real-time visual information recognition and analysis, autonomous driving system technology in the automotive industry, and drone and aerial photography (terrain mapping, object detection technology) in the military field.
  • (E)-3-(4-(diphenylamino)phenyl)-1-(1-hydroxynaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one (CH-P) was synthesized to improve color recognition ability by improving the donor-acceptor (D-A) ability of the molecule through substitution of the electron donating group by replacing the dimethyl group of CH-M.
  • An optical synapse device having a two-terminal memristor-type structure was fabricated using the organic semiconductor compound of the present invention.
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • Nickel oxide (NiO x ) a switching medium, was coated on the lower electrode through a solution spinning process (2,000 rpm, 30 s). Water was used as a solvent for the nickel oxide solution, and the concentration was adjusted to 50 mg/mL.
  • the substrate coated with a nickel oxide thin film was heated to 550°C for 10 minutes in an oven-type furnace, then heat treated at 550°C for 2 hours and then taken out.
  • the organic semiconductor compound of Synthesis Example 1 or 2 was ionized on a magnetic stirrer for 30 minutes using chlorobenzene (CB) as a solvent.
  • CB chlorobenzene
  • the ionized organic semiconductor compound was spin-coated (2,000 rpm, 30 s) on a nickel oxide-coated substrate, and then heat-treated on a hot plate at 100°C for 10 minutes.
  • silver (Ag) was deposited as an upper electrode using a thermal evaporator to fabricate an optical synapse device.
  • Figure 4 shows the results of the absorbance measurement, and CH-M and CH-P each had higher absorbance in the visible light range than C-M and C-P, and in particular, CH-P had higher absorbance at 450 nm and a large difference in absorbance between wavelengths of 450 and 650 nm.
  • Figures 5a to 5d show the transport characteristics (I DS vs. V GS ) of OFETs under V DS -15 V conditions for the cases where CH-M, CM, CH-P, and CP were applied, respectively.
  • the V T values of OFETs with CH-M and CH-P which have absorbance in the visible light region, decreased significantly when irradiated with visible light (blue light, 450 nm, 5 mW/cm 2 ), but no significant change was observed under the same conditions when CM and CP were used.
  • Experimental Example 3 Analysis of the electrical output characteristics of an optical synapse device according to visible light input.
  • an optical synapse element using CH-P was manufactured using the method of Manufacturing Example 1, and the electrical output characteristics for visible light (RGB) input were confirmed.
  • Fig. 6a shows the output characteristics of the optical synapse element for each single pulse input of red light (R), green light (G), and blue light (B), and Fig. 6b shows the output characteristics confirmed through 50 pulse inputs of each of RGB. In addition, Fig. 6c shows the output characteristics confirmed through RGB pulse inputs of 1 to 20 mW.
  • Figures 7a to 7c and 8a to 8c show the excitatory postsynaptic current (EPSC) response characteristics of a memristor to which CH-M ( Figures 7a to 7c) and CH-P ( Figures 8a to 8c) are applied, respectively.
  • EPC excitatory postsynaptic current
  • Figures 7a and 8a show the results of analyzing the characteristics according to the amplitude of the light pulse for a blue light pulse (450 nm, width 1 s), and Figures 7b and 8b show the results of analyzing the characteristics according to the pulse width for a blue light pulse (450 nm, 5 mW/cm 2 ).
  • Figures 7c and 8c show the paired-pulse facilitation (PPF) index (Read voltage 0.05 V) according to the interval ( ⁇ t) between two consecutive pulses.
  • PPF paired-pulse facilitation
  • a memristor using the organic semiconductor compound of the present invention can exhibit long-term plasticity that converts short-term memory into long-term memory.

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Abstract

본 발명은 칼콘 유도체 구조를 갖는 유기 반도체 화합물, 이를 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하여 삼원색 구분이 가능한 광 시냅스 소자에 관한 것이다. 본 발명의 유기 반도체 화합물은 가시광 파장 범위 내에서 파장별 흡수도 차이가 크고 광 흡수시 높은 쌍극자 모멘트를 나타낸다. 따라서, 인가되는 광 세기에 따라 유도되는 스위칭 미디엄 내부의 컨덕턴스(conductance)를 조절할 수 있는바, 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B) 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하도록 하여, 다양한 색 구분이 가능한 광 시냅스 소자 구현이 가능하다. 또한, 상기 유기 반도체 화합물은 저항 메모리 소자의 스위칭 미디엄 종류와 관계없이 광 시냅스 특성을 나타낼 수 있고, 이를 이용한 광 시냅스 소자는 2-단자 멤리스터형 소자로서 집적도가 우수하다.

Description

유기 반도체 화합물, 이를 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하여 삼원색 구분이 가능한 광 시냅스 소자
본 발명은 유기 반도체 화합물, 이를 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하여 삼원색 구분이 가능한 광 시냅스 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칼콘(chalcone) 유도체로서 시냅스 소자에 적용시 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하도록 하는 유기 반도체 화합물, 이를 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하여 삼원색 구분이 가능한 광 시냅스 소자에 관한 것이다.
인간의 시각 시스템은 복잡한 외부 세계의 시각 정보를 인식할 수 있게 해주는 인체의 필수 요소이다. 망막은 광수용체를 사용하여 시각적 입력을 전기 신호로 변환하여 뇌로 이동시키는 것뿐만 아니라, 사전 처리를 통해 대규모 입력 신호에서 주요 특성을 추출하는 기능을 한다.
따라서, 망막을 모방하여 효율적인 인공 시각 시스템을 구현하기 위해서는 시각 정보의 국지적 계산에 기여하는 시냅스 가소성을 가지면서 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있는 광전자 장치가 필요하다.　더욱이, 망막의 중요한 기능 중 하나는 다양한 정보를 인식하는 능력으로서, 인공 시각 시스템을 구현하기 위해서는 다중 스펙트럼 색 식별 능력이 요구된다.
광 시냅스 소자는 이와 같이 인간의 시각 시스템을 모방하기 위해 개발된 것으로, 광 자극에 대해 컨덕턴스 변화를 나타내는 시냅스 가소성 특성을 갖는 소자이다. 이와 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2023-0095532호에서는 기판; 상기 기판 상에 위치하는 유전층; 상기 유전층 상에 위치하며 IGZO(In-Ga-Zn-O) 산화물을 포함하는 IGZO 채널층; 상기 채널층 상에 위치하는 소스/드레인 전극; 및 상기 소스/드레인 전극 상에 위치하는 HfO2 박막층을 포함하는, HfO2/IGZO 산화물 이중층 기반의 광 시냅스 소자를 개시하고 있다.
또 다른 예시로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2023-0069026호에서는 게이트 전극부; 상기 게이트 전극부 상에 마련되는 유전체부; 상기 유전체부 상에 마련되는 전자트랩부; 상기 전자트랩부 상에 마련되는 광전기변환부; 상기 광전기변환부 상에 마련되는 채널부; 상기 채널부에 전기적으로 연결되는 소스 전극부; 및 상기 소스 전극부와 이격되게 마련되며, 상기 채널부에 전기적으로 연결되는 드레인 전극부를 포함하는 광 시냅스 트랜지스터를 기재하고 있다.
그러나, 종래 대부분의 광 시냅스 소자는 3-단자 기반의 전계 효과 트랜지스터 소자로서 고집적화가 어렵거나, 가시광 영역에서 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각을 구별하여 인식하기는 어렵다는 한계가 있었다.
이에 따라, 2-단자 멤리스터(memristor) 구조에서 광 시냅스 특성을 구현하여 고집적화가 가능하고, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하도록 하여 다양한 색 구분이 가능한 광 시냅스 소자의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 가시광 파장 범위 내에서 파장별 흡수도 차이가 크고 광 흡수시 높은 쌍극자 모멘트를 나타내는 유기 반도체 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 반도체층을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 유기 반도체층을 포함하여 2-단자 멤리스터(memristor) 구조에서 광 시냅스 특성을 구현할 수 있고 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력할 수 있는 광 시냅스 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유기 반도체 화합물로서 하기 화학식 1의 구조를 갖는 칼콘(chalcone) 유도체를 제공한다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R0는 -H이거나, R6와 서로 연결되어 벤젠 고리를 형성하고,
R1 및 R2는, 각각 독립적으로, -H; 또는 -OH, -NH2, -NHR 및 -NRR'로 구성된 군에서 선택되는 양성자 제공 치환기이며,
R3은 또는 이며,
R4 및 R5는, 각각 독립적으로, -H, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, -O-C(=O)-R, -OR, -C=O-NRR', -NHR 또는 -NRR'이고,
R0가 -H인 경우, R6는 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CF3, -C=O-R, -SO3R, -CN, -NO2 또는 -NR3 +이며,
R 및 R'은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
바람직하게, 상기 화학식 1에서, R1 및 R2 중 하나 이상은 양성자 제공 치환기일 수 있다.
바람직하게, 상기 화학식 1에서, R0는 -H이거나, R6와 서로 연결되어 벤젠 고리를 형성하고, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, -H 또는 -OH이며, 상기 R1 및 R2 중 하나 이상이 -OH이고,
R3은 또는 이며,
R4 및 R5는, 각각 독립적으로, -H 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, R0가 -H인 경우, R6는 -H일 수 있다.
본 발명에서, 상기 화학식 1의 유기 반도체 화합물은 하기 화학식 2 또는 화학식 3의 구조를 가질 수 있다:
[화학식 2]
[화학식 3]
본 발명은 또한, 상기 유기 반도체 화합물을 포함하는, 유기 반도체층을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 유기 반도체층을 포함하는 광 시냅스 소자를 제공한다.
본 발명의 광 시냅스 소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성되고, 전압 또는 전기장에 의해 저항이 변화하는 스위칭 미디엄; 및 상기 스위칭 미디엄 상에 형성된 상부 전극을 포함하는 광 시냅스 소자로서, 상기 스위칭 미디엄 상부 또는 하부에 적층되는 상기 유기 반도체층을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 스위칭 미디엄은 산화니켈(NiOx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeOx), 산화구리(CuOx), 산화주석(SnO2) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 스위칭 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 스위칭 미디엄은, 상기 스위칭 물질을 용액 공정으로 코팅한 후 열처리하여 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 스위칭 미디엄 형성 시 열처리는 400 내지 700℃에서 30분 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명에서, 상기 스위칭 미디엄은, 상기 스위칭 물질을 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD), 열 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation), 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 증착하여 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 유기 반도체층은, 상기 유기 반도체 화합물을 용액 공정으로 코팅한 후 열처리하여 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 유기 반도체층 형성 시 열처리는 90 내지 120℃에서 1 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
본 발명에서, 상기 상부 전극 및 하부 전극은, 각각 독립적으로, Al, Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, Pt, Fe 또는 이들의 합금, TiN, WN, SrTiO3, LaNiO3, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), IGZO(indium gallium-doped zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IGTO(indium gallium-doped tin oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide), ZnO, SnO2, TiO2, 은나노와이어, 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube), SWCNT(single-walled carbon nano tube), DWCNT(double-walled carbon nano tube), MWCNT(multi-walled carbon nano tube), 그래핀(graphene), PEDOT(polyethylenedioxythiophene) 및 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 도전성 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 상부 전극은, 상기 하부 전극에 비해 일함수가 작은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 상부 전극 및 하부 전극은, 각각 독립적으로, 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD), 열 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation), 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 용액공정법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 광 시냅스 소자는, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 유기 반도체 화합물은 가시광 파장 범위 내에서 파장별 흡수도 차이가 크고 광 흡수시 높은 쌍극자 모멘트를 나타낸다. 따라서, 인가되는 광 세기에 따라 유도되는 스위칭 미디엄 내부의 컨덕턴스(conductance)를 조절할 수 있는바, 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B) 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하도록 하여, 다양한 색 구분이 가능한 광 시냅스 소자 구현이 가능하다. 또한, 상기 유기 반도체 화합물은 저항 메모리 소자의 스위칭 미디엄 종류와 관계없이 광 시냅스 특성을 나타낼 수 있고, 이를 이용한 광 시냅스 소자는 2-단자 멤리스터형 소자로서 집적도가 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 화합물의 엔올(enol) 및 케토(keto) 형태의 상호 변환에 의한 ESIPT 특성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광 시냅스 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 및 3b는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광 시냅스 소자의 동작 원리(a) 및 에너지 밴드 다이어그램(b)을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체층의 흡광도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 화합물(CH-M, C-M, CH-P 및 C-P)을 적용한 OFET의 수송 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 6c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광 시냅스 소자의 단일 펄스 입력(a), 50 펄스 입력(b) 및 1 내지 20mW의 RGB 펄스 입력(c)을 통해 확인한 출력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7a 내지 7c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 CH-M을 적용한 광 시냅스 소자의 광 펄스 진폭(a), 펄스 폭(b) 및 펄스 사이 간격(c)에 따른 EPSC 특성을 확인한 결과 그래프를 나타낸다.
도 8a 내지 8c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 CH-P를 적용한 광 시냅스 소자의 광 펄스 진폭(a), 펄스 폭(b) 및 펄스 사이 간격(c)에 따른 EPSC 특성을 확인한 결과 그래프를 나타낸다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 명세서에서, 기판 또는 층과 같은 구성 요소가 다른 구성 요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 경우를 포함할 수 있다.
본 발명은 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하도록 하여 다양한 색 구분이 가능한 유기 반도체 화합물, 이를 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하는 광 시냅스 소자에 관한 것이다.
본 발명의 유기 반도체 화합물은 가시광 파장 범위 내에서 파장별 흡수도 차이가 크고 광 흡수시 높은 쌍극자 모멘트를 나타낸다. 따라서, 인가되는 광 세기에 따라 유도되는 스위칭 미디엄 내부의 컨덕턴스(conductance)를 조절할 수 있는바, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하도록 하여, 다양한 색 구분이 가능한 광 시냅스 소자 구현이 가능하다. 또한, 상기 유기 반도체 화합물은 저항 메모리 소자의 스위칭 미디엄 종류와 관계없이 광 시냅스 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 유기 반도체 화합물은 칼콘(chalcone) 유도체로서, 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R0는 수소(-H)이거나, R6와 서로 연결되어 벤젠 고리를 형성하고,
R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소(-H); 또는 히드록시기(-OH), 아미노기(-NH2) 및 아민기(-NHR 또는 -NRR')로 구성된 군에서 선택되는 양성자 제공 치환기일 수 있고,
R3은 또는 이며,
R4 및 R5는, 각각 독립적으로, 수소(-H), 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 에스터기(-O-C(=O)-R), 알콕시기(-OR), 아마이드기(-C=O-NRR') 또는 아민기(-NHR 또는 -NRR')이고,
R0가 수소(-H)인 경우, R6는 수소(-H), 할로겐기(-F, -Cl, -Br 또는 -I), 플루오로알킬기(-CF3), 카보닐기(-C=O-R), 설포닐기(-SO3R), -CN, -NO2 또는 -NR3 +이며,
R 및 R'은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
본 발명의 유기 반도체 화합물은 가시광 영역에 감광하며, 전자 주개(electron donor, R3 내지 R5)와, R0 및 R6의 벤젠 고리 형성에 의한 나프탈렌 구조 또는 전자 끌개(electron withdrawing group, R6)를 도입하여 광 반응성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 화학식 1에서, R1 및 R2 중 하나 이상이 히드록시기(-OH), 아미노기(-NH2) 및 아민기(-NHR 또는 -NRR')로 구성된 군에서 선택되는 양성자 제공 치환기일 수 있다. 이와 같이 칼콘 유도체에 양성자 제공 치환기를 도입하는 경우 여기 상태의 쌍극자 모멘트를 강하게 형성할 수 있으며, 가시광 흡광도가 높고 파장 간 흡광도의 차이가 증가하여 색 식별 능력을 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 화학식 1에서 R0는 수소(-H)이거나, R6와 서로 연결되어 벤젠 고리를 형성하고,
R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소(-H) 또는 히드록시기(-OH)일 수 있으며, R1 및 R2 중 하나 이상이 히드록시기이고,
R3은 또는 이며,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소(-H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
R0가 수소(-H)인 경우, R6는 수소(-H)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 유기 반도체 화합물은 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다. 하기 화학식 2의 화합물의 명명법은 (E)-3-(4-(dimethylamino)phenyl)-1-(1-hydroxynaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one로서, 본 발명을 설명함에 있어서, 약칭 "CH-M"으로 지칭될 수 있다.
[화학식 2]
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 유기 반도체 화합물은 하기 화학식 3의 화합물일 수 있다. 하기 화학식 3의 화합물의 명명법은 (E)-3-(4-(diphenylamino)phenyl)-1-(1-hydroxynaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one로서, 본 발명을 설명함에 있어서, 약칭 "CH-P"로 지칭될 수 있다.
[화학식 3]
상기 CH-P의 경우 CH-M에서 디메틸기를 디페닐기로 대체한 것으로, 이로써 광학 밴드갭을 줄이고 파장 간 흡수도 차이를 높여 가시광 감광이 가능하면서 색에 대한 반응성을 향상시킬 수 있다. 관련하여, 본 발명의 실시예에서는 CH-P를 이용하는 경우 CH-M에 비해 소자의 광 시냅스 특성 및 색 식별 능력이 우수한 결과를 확인하였다.
본 발명의 유기 반도체 화합물은 여기 상태 분자 내 양성자 전이(excited-state intramolecular proton transfer, ESIPT) 특성을 갖는 것으로, ESIPT 특성이란 여기된 분자 내에서 양성자가 이동하는 광 호변성(phototautomerization)이다. 이에 의해 흡수 및 방출 간의 에너지 차가 극대화되어 형광 감소를 극소화하면서 자극 발광 구현에 유리한 특성을 갖는다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 유기 반도체 화합물은 양성자의 전송을 통해 그라운드 상태(ground state)에서 안정한 엔올(enol) 형태와 여기 상태(excited state)에서 안정한 케토(keto) 형태 간 변경이 가능한 호변성(tautomerism) 분자 구조를 갖는다. 이러한 엔올 형태 및 케토 형태 간의 상호 변환은 수소 원자의 이동 및 이에 따른 결합 전자의 재편성을 수반한다.
상기 유기 반도체 화합물의 분자 구조에 있어서, 케토 형태는 카르보닐기(-C=O)를 포함할 수 있고, 엔올 형태는 이중결합된 탄소원자들 중 하나에 결합된 히드록시기(C=C-OH)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 유기 반도체 화합물은 ESIPT 특성을 가져 자기 흡수(self-absorption)가 없고 장파장의 형광을 가질 수 있으므로, 유기발광소자(OLED), 형광센서(fluorescent sensor), 화학센서(chemosensor), 유기레이저(organic laser)용 게인물질(gain media), 정공전달물질(hole transport material) 등 다양한 용도에 적용될 수 있다.
특히, 본 발명의 유기 반도체 화합물로 반도체층을 형성하고 상기 반도체층이 스위칭 미디엄 상에 위치하는 광 시냅스 소자를 제작하는 경우, 가시광 영역의 다중 파장을 용이하게 감지하고 식별할 수 있다. 본 발명에서는 광 시냅스 소자를 집적도 높은 2-단자 멤리스터형 소자로 구현할 수 있으며, 이 경우 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)의 각 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하도록 하여 다양한 색 구분이 가능하다.
이에 따라, 본 발명은 또한, 상기 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 반도체층 및 이를 포함하는 광 시냅스 소자를 제공한다.
소자의 광 시냅스 특성을 발현하는 가장 핵심적인 요소는 유기 반도체층으로, 본 발명의 광 시냅스 소자는 상기 유기 반도체 화합물로 형성된 유기 반도체층을 포함한다. 상기 유기 반도체층은 빛을 흡수하여 분자가 여기 상태(들뜬 상태)가 되었을 때 높은 쌍극자 모멘트가 유도되며, ESIPT 특성에 의해 여기 상태에서의 시간을 지연시킬 수 있다.
본 발명의 광 시냅스 소자는 집적도 높은 2-단자 멤리스터형 구조로 구현되어 3차원(3D) 크로스바 어레이 구조로 집적이 가능하고, 컬러필터 및 주변 회로 없이 다중 색상 감지가 가능하여 고감도 이미지 센서에 적용될 수 있다.
본 발명의 광 시냅스 소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성되고, 전압 또는 전기장에 의해 저항이 변화하는 스위칭 미디엄; 및 상기 스위칭 미디엄 상에 형성된 상부 전극을 포함하는 광 시냅스 소자로서, 상기 스위칭 미디엄 상부 또는 하부에 적층되는 유기 반도체층을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 형태에서, 광 시냅스 소자는 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 형성된 스위칭 미디엄, 상기 스위칭 미디엄 상에 형성된 유기 반도체층, 및 유기 반도체층 상에 형성된 상부 전극을 포함할 수 있으며, 다른 실시 형태에서, 광 시냅스 소자는 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 형성된 유기 반도체층, 상기 유기 반도체층 상에 형성된 스위칭 미디엄, 및 상기 스위칭 미디엄 상에 형성된 상부 전극을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광 시냅스 소자의 구조를 나타낸 것으로, 광 시냅스 소자는 하부 전극(10); 상기 하부 전극 상에 형성된 스위칭 미디엄(20); 상기 스위칭 미디엄 상에 형성된 유기 반도체층(30); 및 상기 유기 반도체층 상에 형성된 상부 전극(40)을 포함할 수 있다.
본 발명의 광 시냅스 소자는 하부 전극 아래에 소자의 지지체 역할을 할 수 있는 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 글라스, PEN(polyethylene naphthalate), PET(polyethylene terephthalate), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PVC(polyvinyl chloride), PVP(polyvinylpyrrolidone), PE(polyethylene), 스테인리스 스틸(stainless steel), 모직 원단, 실리콘(Si) 및 SiO2로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기판일 수 있다.
상기 하부 전극은 Al, Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, Pt, Fe 또는 이들의 합금, TiN, WN, SrTiO3, LaNiO3, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), IGZO(indium gallium-doped zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IGTO(indium gallium-doped tin oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide), ZnO, SnO2, TiO2, 은나노와이어, 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube), SWCNT(single-walled carbon nano tube), DWCNT(double-walled carbon nano tube), MWCNT(multi-walled carbon nano tube), 그래핀(graphene), PEDOT(polyethylenedioxythiophene) 및 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 스위칭 미디엄(저항 변화층)은 전압 또는 전기장에 의해 저항이 변화하는 특성을 나타내는 것으로, 산화니켈(NiOx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeOx), 산화구리(CuOx), 산화주석(SnO2) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 스위칭 물질을 포함할 수 있다.
상기 스위칭 미디엄은 스위칭 물질을 용액 공정으로 코팅한 후 열처리하여 형성될 수 있으며, 상기 코팅 공정은 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating), 커튼 코팅(curtain coating), 슬롯 코팅(slot coating), 롤 코팅(roll coating), 그라비어 코팅(gravure coating) 등의 코팅 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 코팅 후 열처리는 400 내지 700℃에서 30분 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 미디엄은 스위칭 물질을 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD), 열 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation), 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 증착하여 형성될 수도 있다.
상기 스위칭 미디엄에 접하는 유기 반도체층은 빛 흡수에 의한 여기 상태에서 높은 유도 쌍극자 모멘트를 갖고, 여기 상태 지연을 위해 양성자 전송을 통해 바닥 상태에서 안정한 엔올 형태(enol form, C=C-OH)와 여기 상태에서 안정한 케토 형태(keto form, -C=O) 사이를 변경할 수 있는 호변성(excited-state intramolecular proton transfer, ESIPT) 특성을 나타내는 것으로, 상술한 본 발명의 유기 반도체 화합물을 포함할 수 있다.
도 3a 및 3b는 각각 본 발명에 따른 광 시냅스 소자의 동작 원리(a) 및 에너지 밴드 다이어그램(b)을 나타낸 것으로, 유기 반도체 물질이 적층된 소자는 하부 전극과 상부 전극의 일함수 차이에 의해 내장 전위가 발생하게 되며, 이로 인해 유도 쌍극자 모멘트가 발생한다. 상기 광 시냅스 소자에 빛을 인가하게 되면, 유기 반도체층이 높은 쌍극자 모멘트를 가지게 되면서 내장 전위는 더욱 커지게 되어, 안정 상태의 소자에 외부 전기장을 인가한 것과 같은 효과를 유발한다. 이로 인해 스위칭 미디엄 내 컨덕턴스가 증가하여 광 시냅스 특성이 발휘된다.
즉, 본 발명의 광 시냅스 소자는 빛의 인가에 따라 유기 반도체층의 쌍극자 모멘트가 향상되고, 이에 따라 스위칭 미디엄의 컨덕턴스가 증가하여 광 시냅스 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 본 발명의 특성은 스위칭 미디엄의 종류에 관계 없이 적용 가능하여, 광 시냅스 소자가 적용된 이미지 센서 모듈 개발 시 폭넓은 소재 선택성을 제공할 수 있다.
상기 유기 반도체층은 유기 반도체 화합물을 용액 공정으로 코팅한 후 열처리하여 형성될 수 있으며, 상기 코팅 공정은 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 바 코팅(bar coating), 딥 코팅(dip coating), 커튼 코팅(curtain coating), 슬롯 코팅(slot coating), 롤 코팅(roll coating), 그라비어 코팅(gravure coating) 등의 코팅 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 코팅 후 열처리는 90 내지 120℃에서 1 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
상기 상부 전극은 하부 전극과 동일하거나 다를 수 있으며, 하부 전극에 비해 일함수가 작은 전기 전도성 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 상부 전극을 이루는 전도성 물질의 예시로는 상기 하부 전극에 대한 설명에서 서술한 바와 동일하므로 생략한다.
상기 하부 전극 및 상부 전극은, 각각 독립적으로, 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD), 열 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation), 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 및 용액공정법 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 상부 전극 및 하부 전극의 형태는 소자의 구조에 따라 적절하게 변형하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 하부 전극은 기판 형태로 형성되고, 상부 전극은 서로 이격된 복수개의 전극 유닛을 포함하는 패턴 형태로 형성될 수 있다. 또는, 하부 전극 및 상부 전극이 십자(+) 형태로 교차된 크로스바 어레이(Cross-bar array) 형태로 형성될 수도 있다.
본 발명에서는 파장별 흡광도 차이가 높은 유기 반도체 화합물을 도입하여 파장별 광 입력 신호에 대해 차등된 출력신호가 나오도록 하는 접근 방법을 통해, 가시광 범위의 다중 색 인식 및 식별이 가능한 효과를 구현할 수 있다. 이에 따라, 컬러필터나 주변 회로 구성 없이도 단일 소자 자체만으로 가시광 식별이 가능하다. 또한, 본 발명의 광 시냅스 소자는 2-단자 기반의 멤리스터형 소자로서 3D 적층이 가능하므로, 3-단자 트랜지스터형 광 시냅스 소자에 비해 회로 집적도를 높일 수 있다.
본 발명의 광 시냅스 소자는 머신 비전 시스템이 적용된 기기에 적용 가능하며, 광 시냅스 소자 특성상 외부 시각 정보로부터 데이터를 받아들이고 처리 및 저장 장치에 데이터를 전송하기 전 데이터 전처리가 가능하여, 이미지 센서 모듈에 적용 시 방대한 양의 이미지 데이터를 효율적으로 처리할 수 있다.
따라서, 본 발명의 광 시냅스 소자는 실시간 시각정보 인식 및 분석을 요하는 의료 분야의 MRI, CT 스캔 기술, 자동차 산업 분야의 자율 주행 시스템 기술, 군사분야의 드론 및 항공 사진 촬영(지형 매핑, 객체 감지 기술) 등 다양한 분야에 적용 가능하다.
실시예
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위하여 일부 실험방법과 조성을 나타낸 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
합성예 1: 유기 반도체 화합물 CH-M 합성
칼콘계 유기 반도체 화합물로서 (E)-3-(4-(dimethylamino)phenyl)-1-(1-hydroxynaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one (CH-M)를 합성하였다.
1.5g (8.06mmol)의 2-아세틸-1-나프톨(2-acetyl-1-naphthol)과 1.2g (8.06mmol)의 (디메틸아미노)벤즈알데히드((dimethylamino)benzaldehyde)를 100mL 용량의 둥근 바닥 플라스크에 넣고 30mL의 에탄올에 녹였다. 이후 0.662mL의 피롤리돈(pyrrolidine)을 상기 둥근 바닥 플라스크에 들어있는 용액에 첨가하고 실온에서 밤새 뒤섞었다. 피롤리딘 첨가 후 용액의 색상이 노란색에서 빨간색으로 변하면서 반응을 완료하고, 혼합물을 여과한 후 차가운 에탄올로 세척하였다.
MgSO4를 사용하여 여과액을 건조시킨 후, 에틸아세테이트(ethylacetate, EA)와 n-헥산(n-hexane)을 25:75의 중량비로 사용하여 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 컬럼 정제하였다. 정제된 파우더는 약 1.93g으로, 수율이 약 64.5%임을 확인하였다.
합성예 2: 유기 반도체 화합물 CH-P 합성
CH-M의 디메틸 그룹을 대체하여 전자 공여 그룹의 치환을 통해 분자의 공여-수용체(D-A) 능력을 개선하여 색상 인식 능력을 향상시킬 수 있는 (E)-3-(4-(diphenylamino)phenyl)-1-(1-hydroxynaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one (CH-P)를 합성하였다.
1.5g (8.06mmol)의 2-아세틸-1-나프톨과 2.2g (8.06mmol)의 (디페닐아미노)벤즈알데히드((diphenylamino)benzaldehyde)를 100mL 용량의 둥근 바닥 플라스크에 넣고 30mL의 에탄올에 녹였다. 이후 0.662mL의 피롤리돈을 상기 둥근 바닥 플라스크에 들어있는 용액에 첨가하고 실온에서 밤새 뒤섞었다. 피롤리딘 첨가 후 용액의 색상이 노란색에서 빨간색으로 변하면서 반응을 완료하고, 혼합물을 여과한 후 차가운 에탄올로 세척하였다.
MgSO4를 사용하여 여과액을 건조시킨 후, 에틸아세테이트(ethylacetate, EA)와 n-헥산(n-hexane)을 20:80의 중량비로 사용하여 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 컬럼 정제하였다. 정제된 파우더는 약 1.34g으로, 수율이 약 37.7%임을 확인하였다.
제조예 1: 광 시냅스 소자 제작
본 발명의 유기 반도체 화합물을 이용하여 2-단자 멤리스터형 구조를 갖는 광 시냅스 소자를 제작하였다.
먼저, 유리 기판 상에 하부 전극으로서 플루오린 도핑 주석산화물(FTO)를 코팅하였다. 상기 하부 전극 상에 스위칭 미디엄인 산화니켈(NiOx)을 용액 스핀 공정(2,000rpm, 30s)을 통해 코팅하였다. 산화니켈 용액의 용매로는 물을 이용하였으며, 농도는 50mg/mL로 조절하였다.
산화니켈 박막이 코팅된 기판을 오븐형 퍼니스 내에서 550℃까지 10분 동안 승온한 후, 550℃에서 2시간 동안 열처리 과정을 수행한 다음 밖으로 빼냈다.
그 후, 클로로벤젠(CB)을 용매로 하여 합성예 1 또는 2의 유기 반도체 화합물을 30분 동안 자석 교반기 위에서 이온화시켰다. 이온화된 유기 반도체 화합물을 산화니켈이 코팅된 기판 상에 스핀 코팅(2,000rpm, 30s)으로 코팅한 다음, 핫플레이트 위에서 100℃, 10분 조건으로 열처리하였다. 그 후, 열증착기(thermal evaporator)를 이용하여 상부 전극으로 은(Ag)을 증착하여 광 시냅스 소자를 제작하였다.
실험예 1: 유기 반도체 화합물에 따른 소자 특성 분석
합성예 1 및 2의 CH-M 및 CH-P 화합물을 석영 유리에 캐스팅하여 형성된 유기 반도체 박막의 흡광도를 측정하였다. 비교를 위하여, CH-M 및 CH-P에서 히드록시기를 제외한 (E)-3-(4-(dimethylamino)phenyl)-1-(naphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one (C-M) 및 (E)-3-(4-(diphenylamino)phenyl)-1-(naphthalen-2-yl)prop-2-en-1-one (C-P) 화합물에 대해서도 동일한 실험을 수행하였다.
도 4는 상기 흡광도 측정 결과를 나타낸 것으로, CH-M 및 CH-P는 각각 C-M 및 C-P에 비해 가시광 영역에서의 흡광도가 높았으며, 특히 CH-P의 경우 450nm에서의 흡광도가 높고 450 및 650nm 파장 간 흡광도 차이가 큰 결과가 나타났다.
이에 따라 본 발명의 유기 반도체 화합물, 특히 CH-P를 이용하면 광 시냅스 특성 및 색 식별 능력이 우수한 소자를 제작할 수 있음을 알 수 있었다.
실험예 2: 유기 반도체층에 유도되는 쌍극자 모멘트 분석
합성예 1 및 2의 유기 반도체 화합물을 게이트 유전층으로 적용한 SiO2/유전층/Al2O3 구조의 유기 전계효과 트랜지스터(organic field-effect transistor, OFET)를 제작하고, 이를 이용하여 전기장 및 광조사 하에서 유기 반도체층에 유도된 쌍극자 모멘트 생성을 확인하였다. 비교를 위하여, 실험예 1과 동일하게 C-M 및 C-P에 대해서도 동일한 실험을 수행하였다.
도 5a 내지 5d는 각각 CH-M, C-M, CH-P 및 C-P를 적용한 경우에 대해 VDS -15V 조건에서 OFET의 수송 특성(IDS vs. VGS)을 나타낸 것으로, 가시광 영역에서 흡광도를 갖는 CH-M 및 CH-P를 갖는 OFET의 V T 수치는 가시광 조사(청색광, 450nm, 5mW/cm2) 시 매우 크게 감소하였으나, C-M 및 C-P를 이용한 경우 동일한 조건에서 유의적인 변화가 나타나지 않았다.
이에 따라, 본 발명에 따른 유기 반도체 화합물을 적용하는 경우 여기 상태의 쌍극자 모멘트가 강하게 형성됨을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 가시광 입력에 따른 광 시냅스 소자의 전기적 출력 특성 분석
본 발명의 유기 반도체 화합물의 전기적 출력 특성을 확인하기 위하여, 제조예 1의 방법으로 CH-P를 이용한 광 시냅스 소자를 제작하고, 가시광(RGB) 입력에 대한 전기적 출력 특성을 확인하였다.
도 6a는 광 시냅스 소자의 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 단일 펄스 입력에 대한 출력 특성을 나타내며, 도 6b는 RGB 각각의 50 펄스(pulse) 입력을 통해 확인한 출력 특성을 나타낸다. 또한, 도 6c는 1 내지 20mW의 RGB 펄스 입력을 통해 확인한 출력 특성을 나타낸다.
상기 출력 측정 결과, RGB 파장 신호간 약 100배의 차이를 갖는 결과가 나타났으며, 이에 따라 CH-P를 적용한 광 시냅스 소자의 경우 RGB 간 신호 구별특성이 뚜렷함을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 광 시냅스 소자의 EPSC 특성 분석
도 7a 내지 7c 및 8a 내지 8c는 각각 CH-M (도 7a 내지 7c) 및 CH-P (도 8a 내지 8c)를 적용한 멤리스터의 흥분성 시냅스후 전위(excitatory postsynaptic current, EPSC) 응답 특성을 나타낸 것이다.
도 7a 및 8a는 청색광 펄스(450nm, 폭 1s)에 대해 광 펄스의 진폭에 따른 특성을 분석한 결과이며, 도 7b 및 8b는 청색광 펄스(450nm, 5mW/cm2)에 대해 펄스 폭에 따른 특성을 분석한 결과이다. 또한, 도 7c 및 8c는 두 연속 펄스 사이의 간격(△t)에 따른 쌍-펄스 촉진(paired-pulse facilitation, PPF) 지수(Read voltage 0.05V)를 나타낸 것이다.
실험 결과, 본 발명의 유기 반도체 화합물인 CH-M 및 CH-P를 적용한 멤리스터는 청색광(450nm)에 효율적으로 반응할 수 있고, EPSC 및 PPF 거동을 나타내는 것을 확인하였다. 멤리스터의 PPF 거동은 시냅스의 단기 기억을 의미하며, 비휘발성 메모리로서 펄스 이후에도 컨덕턴스의 증가를 동반하였다.
이러한 비휘발성 특성에 따라, 본 발명의 유기 반도체 화합물을 적용한 멤리스터가 단기 기억을 장기 기억으로 전환하는 장기 가소성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
이상으로 본 발명의 내용의 특정부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 형태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
[부호의 설명]
10: 하부 전극
20: 스위칭 미디엄
30: 유기 반도체층
40: 상부 전극

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1의 구조를 갖는, 유기 반도체 화합물:
    [화학식 1]
    상기 화학식 1에서,
    R0는 -H이거나, R6와 서로 연결되어 벤젠 고리를 형성하고,
    R1 및 R2는, 각각 독립적으로, -H; 또는 -OH, -NH2, -NHR 및 -NRR'로 구성된 군에서 선택되는 양성자 제공 치환기이며,
    R3은 또는 이며,
    R4 및 R5는, 각각 독립적으로, -H, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, -O-C(=O)-R, -OR, -C=O-NRR', -NHR 또는 -NRR'이고,
    R0가 -H인 경우, R6는 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CF3, -C=O-R, -SO3R, -CN, -NO2 또는 -NR3 +이며,
    R 및 R'은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2 중 하나 이상은 양성자 제공 치환기인, 유기 반도체 화합물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1에서,
    R0는 -H이거나, R6와 서로 연결되어 벤젠 고리를 형성하고,
    R1 및 R2는, 각각 독립적으로, -H 또는 -OH이며, 상기 R1 및 R2 중 하나 이상이 -OH이고,
    R3은 또는 이며,
    R4 및 R5는, 각각 독립적으로, -H 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
    R0가 -H인 경우, R6는 -H인, 유기 반도체 화합물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1의 유기 반도체 화합물이 하기 화학식 2 또는 화학식 3의 구조를 갖는, 유기 반도체 화합물:
    [화학식 2]
    [화학식 3]
    .
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 유기 반도체 화합물을 포함하는, 유기 반도체층.
  6. 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 형성되고, 전압 또는 전기장에 의해 저항이 변화하는 스위칭 미디엄; 및 상기 스위칭 미디엄 상에 형성된 상부 전극을 포함하는 광 시냅스 소자로서,
    상기 스위칭 미디엄 상부 또는 하부에 적층되는 제 5 항의 유기 반도체층을 포함하는, 광 시냅스 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위칭 미디엄이 산화니켈(NiOx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeOx), 산화구리(CuOx), 산화주석(SnO2) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 스위칭 물질을 포함하는, 광 시냅스 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 미디엄이, 상기 스위칭 물질을 용액 공정으로 코팅한 후 열처리하여 형성되는, 광 시냅스 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열처리가 400 내지 700℃에서 30분 내지 5시간 동안 수행되는, 광 시냅스 소자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 미디엄이 상기 스위칭 물질을 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD), 열 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation), 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 증착하여 형성되는, 광 시냅스 소자.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기 반도체층이, 상기 유기 반도체 화합물을 용액 공정으로 코팅한 후 열처리하여 형성되는, 광 시냅스 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열처리가 90 내지 120℃에서 1 내지 60분 동안 수행되는, 광 시냅스 소자.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 전극 및 하부 전극이, 각각 독립적으로, Al, Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, Pt, Fe 또는 이들의 합금, TiN, WN, SrTiO3, LaNiO3, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), IGZO(indium gallium-doped zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IGTO(indium gallium-doped tin oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide), ZnO, SnO2, TiO2, 은나노와이어, 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube), SWCNT(single-walled carbon nano tube), DWCNT(double-walled carbon nano tube), MWCNT(multi-walled carbon nano tube), 그래핀(graphene), PEDOT(polyethylenedioxythiophene) 및 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 도전성 물질을 포함하는, 광 시냅스 소자.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 전극이, 상기 하부 전극에 비해 일함수가 작은 전기 전도성 물질을 포함하는, 광 시냅스 소자.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 전극 및 하부 전극이, 각각 독립적으로, 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD), 열 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation), 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 용액공정법으로 형성되는, 광 시냅스 소자.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 시냅스 소자가, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 입력 신호에 대해 차등된 출력 신호를 출력하는, 광 시냅스 소자.
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