IGZO를 이용한 저전력 Ferroelectric Tunneling Junction 시냅스 소자

초록

인공지능 시대가 도래하면서 기존의 폰노이만 아키텍처 방식이 한계에 도달하게 되며, 인간의 뇌로부터 영감을 얻은 뉴로몰픽(Neuromorphic) 아키텍처가 새로운 연구 분야로 떠오르고 있다.[1] 특히 이미지 인식과 같은 데이터 중심적 어플리케이션은 하나씩 순차적으로 데이터를 처리하는 폰노이만 방식에 비해 뉴로몰픽 시스템에서 효율적인 컴퓨팅이 가능하다.[2] 이를 위해 인간의 신경계를 모방한 전자 시스템을 구현하였으며, 전도도를 조절할 수 있는 비휘발성 메모리(NVM)를 시냅스 소자로서 활용하고 있다. 그러나 뉴로몰픽 시스템의 인식률을 높이기 위해선 많은 hidden layer가 필요하며 그에 따라 많이 시냅스 소자가 요구된다. 이로 인해 전력 소모가 급증하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 본 연구에서는 IGZO 물질을 이용한 Ferroelectric Tunneling Junction(FTJ)을 뉴로몰픽 시스템의 시냅스 소자에 적용하고자 한다. FTJ는 2단자 비휘발성 메모리 소자로서 간단한 공정으로 어레이 제작이 가능하여 높은 직접도를 확보할 수 있으며 또한, 빠른 스위칭 속도와 안정적인 신뢰성 가진다. 특히, IGZO 층을 삽입하여 동작 전압은 유지한 채 동작, 누설 전류를 동시에 감소시킬 수 있다. 이를 통해 저전력으로 동작하는 시냅스 소자로의 적용을 기대해볼 수 있다.