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기판 상에 형성되되 기판의 표면으로부터 돌출된 형태로 이루어진 제1 반도체 영역;상기 제1 반도체 영역에 순차적으로 연결되어 형성된 제1, 제2, 제3 및 제4 도핑 영역들;제1 반도체 영역 중 상기 제2 도핑 영역과 상기 기판의 사이, 및 상기 제3 도핑 영역과 상기 기판의 사이에 형성되어, 상기 제2 도핑 영역과 제3 도핑 영역을 기판으로부터 일정 거리 이격되도록 하여 제2 도핑 영역과 제3 도핑 영역을 기판과 전기적으로 절연시키는 제1 절연막;제2 도핑 영역의 일 측면에 위치하되, 제2 도핑 영역과 전기적으로 분리된 제1 게이트 전극; 및 상기 제1 게이트 전극이 위치한 상기 제1 반도체 영역의 일 측면에 적어도 구비된 제1 게이트 절연막 스택; 상기 제1 및 제4 도핑영역과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극;을 구비하고, 상기 제1 게이트 절연막 스택에 의해 상기 제1 게이트 전극과 상기 제2 도핑 영역이 서로 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하며,상기 제1 및 제3 도핑영역은 동일한 유형의 불순물로 도핑되고, 제2 및 제4 도핑 영역은 동일한 유형의 불순물로 도핑되고, 상기 제1 및 제3 도핑영역은 상기 제2 및 제4 도핑영역과 반대 유형의 불순물로 도핑된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제1항에 있어서, 상기 제1 게이트 전극이 위치한 제2 도핑 영역의 일 측면과 마주보는 다른 측면에 위치하되, 제2 도핑 영역과 전기적으로 절연되도록 형성된 제2 게이트 전극; 및상기 제1 게이트 절연막 스택이 위치한 상기 제1 반도체 영역의 일측면과 대향되는 다른 측면에 구비된 제2 게이트 절연막 스택;을 더 구비하고,상기 제2 게이트 절연막 스택에 의해 상기 제2 게이트 전극과 상기 제2 도핑 영역이 서로 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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3
제1항에 있어서, 상기 제1 게이트 전극이 위치한 제2 도핑 영역의 일 측면과 마주보는 다른 측면에 위치하되, 제2 도핑 영역과 전기적으로 절연되도록 형성된 제2 게이트 전극; 제3 도핑 영역의 일측면에 위치하되, 제3 도핑 영역과 전기적으로 절연되도록 형성된 제3 게이트 전극; 및 상기 제1 게이트 절연막 스택이 위치한 상기 제1 반도체 영역의 일측면과 대향되는 다른 측면에 형성된 제2 게이트 절연막 스택; 을 더 구비하고,상기 제1, 제2 및 제3 게이트 전극들은 서로 전기적으로 분리되고,상기 제2 및 제3 게이트 전극은 상기 제2 게이트 절연막 스택에 의해 제1 반도체 영역과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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4
제1항에 있어서, 상기 제1 게이트 전극이 위치한 제2 도핑 영역의 일 측면과 마주보는 다른 측면에 위치하되, 제2 도핑 영역과 전기적으로 절연되도록 형성된 제2 게이트 전극; 제3 도핑 영역의 일측면에 위치하되, 제3 도핑 영역과 전기적으로 절연되도록 형성된 제3 게이트 전극; 제4 도핑 영역의 일측면에 위치하되, 제4 도핑 영역과 전기적으로 절연되도록 형성된 제4 게이트 전극,제1 도핑 영역의 일측에 위치하되, 제1 도핑 영역과 전기적으로 절연되도록 형성된 제5 게이트 전극, 및 상기 제1 게이트 절연막 스택이 위치한 상기 제1 반도체 영역의 일측면과 대향되는 다른 측면에 형성된 제2 게이트 절연막 스택; 을 더 구비하고,상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 게이트 전극들은 서로 전기적으로 분리되고,상기 제2, 제3, 제4 및 제5 게이트 전극은 상기 제2 게이트 절연막 스택에 의해 제1 반도체 영역과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제1항에 있어서, 상기 제1 게이트 절연막 스택은 단일 절연막으로 구성되거나, 또는 적어도 전하저장층과 절연막을 포함한 다수 개의 층이 적층된 스택 구조로 구성된 것을 특징으로 한 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 절연막 스택은 단일 절연막으로 구성되거나, 또는 적어도 전하저장층과 절연막을 포함한 다수 개의 층이 적층된 스택 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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7
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 절연막 스택은 단일 절연막으로 구성되거나, 또는 적어도 전하저장층과 절연막을 포함한 다수 개의 층이 적층된 스택 구조로 구성된 것을 특징으로 하며, 상기 제1 및 제2 게이트 절연막 스택이 각각 전하 저장층을 포함하는 경우, 제1 및 제2 게이트 절연막 스택의 전하 저장층들은 서로 전하 저장 기간이 상이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제5 항에 있어서, 제1 게이트 전극에 인가되는 전압이 조절되도록 하거나 제1 게이트 절연막 스택이 전하저장층을 포함하는 경우 양 또는 음의 전하가 integrate 기간 동안 저장되도록 하여, 제2 또는 제3 도핑 영역에서 positive feedback 동작이 trigger되도록 하고 제1 내지 제4 도핑영역을 통해 전류를 급격히 증가시킴으로써, 뉴런의 integrate-and-fire 기능을 구현 한 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제7 항에 있어서, 제1 또는 제2 게이트 전극에 인가되는 전압이 조절되도록 하거나 제1 및 제2 게이트 절연막 스택에 전하저장층이 포함된 경우 양 또는 음의 전하가 integrate 기간 동안 저장되도록 하여, 제2 또는 제3 도핑 영역에서 positive feedback 동작이 trigger되도록 하고 제1 내지 제4 도핑영역을 통해 전류를 급격히 증가시킴으로써, 뉴런의 integrate-and-fire 기능을 구현 한 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제2항에 있어서, 제1 및 제2 게이트 전극은 서로 다른 일함수를 갖는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 절연막 스택이 전하 저장층과 절연막을 포함하는 경우, 프로그램이나 이레이져 동작을 수행함에 있어 제1 및 제2 게이트 전극 중 적어도 어느 한 전극으로부터 캐리어(전자 또는 정공)가 프로그램 또는 이레이져 되거나, 상기 제2 및 제3 도핑 영역 중 적어도 어느 한 영역으로부터 캐리어가 프로그램 또는 이레이져되는 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 절연막 스택이 전하 저장층과 절연막을 포함하는 경우, 프로그램과 이레이져 동작을 수행함에 있어 제1 및 제2 게이트 전극 중 적어도 어느 한 전극으로부터 캐리어(전자 또는 정공)가 프로그램되고 상기 제2 및 제3 도핑 영역 중 적어도 어느 한 영역으로 캐리어가 이레이져되거나 그 반대로 이레이져되어 프로그램되는 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제6항에 있어서, 제1 및 제2 게이트 전극 중 적어도 어느 한 전극의 전압을 조절함으로써 제2 도핑 영역의 캐리어 농도를 조절할 수 있게 하거나, 제1 및 제2 게이트 절연막 스택이 전하 저장층을 포함하는 경우 저장된 전하량을 조절하여 상기 제2 및 제3 도핑 영역의 캐리어 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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제1항에 있어서, 제1 및 제4 도핑 영역 중 적어도 어느 한 영역이 상기 기판에 연결되어 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 기판과 연결된 상기 영역의 불순물 유형이 기판의 불순물 유형과 같으면, 상기 영역은 기판의 불순물 유형과 반대 유형의 불순물로 도핑된 웰(well) 속에 형성된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방소자
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제2항에 있어서, 제1 및 제4 도핑 영역 중 적어도 어느 한 영역이 상기 기판에 연결되어 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 기판과 연결된 상기 영역의 불순물 유형이 기판의 불순물 유형과 같으면, 상기 영역은 기판의 불순물 유형과 반대 유형의 불순물로 도핑된 웰(well) 속에 형성된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방소자
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제1항에 있어서, 상기 제1 게이트 전극은 상기 제2 도핑 영역의 일 측면, 마주보는 측면, 그리고 상부에 위치하되, 제2 도핑 영역과 전기적으로 분리되도록 상기 제1 게이트 절연막 스택이 상기 제2 도핑 영역의 일 측면, 마주보는 측면, 그리고 상부에 적어도 구비된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 소자
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뉴런 모방 소자; 상기 뉴런 모방 소자에 연결되어 전류를 전압으로 바꾸는 전류-전압 변환 회로; 및 상기 뉴런 모방 소자의 일측에 연결된 하나 이상의 스위치 소자;를 구비하고,상기 뉴런 모방 소자는, 기판 상에 형성되되 상기 기판으로부터 돌출된 형태로 이루어진 제1 반도체 영역;상기 제1 반도체 영역에 순차적으로 연결되어 형성된 제1, 제2, 제3, 제4 도핑 영역; 제1 반도체 영역 중 상기 제2 도핑 영역과 상기 기판의 사이, 및 상기 제3 도핑 영역과 상기 기판의 사이에 형성되어, 상기 제2 도핑 영역과 제3 도핑 영역을 기판으로부터 일정 거리 이격되도록 하여 제2 도핑 영역과 제3 도핑 영역을 기판과 전기적으로 절연시키는 제1 절연막;제2 도핑 영역의 일 측면에 위치하되, 제2 도핑 영역과 전기적으로 절연된 제1 게이트 전극;상기 제2 도핑 영역의 일 측면과 상기 제1 게이트 전극 사이에 형성된 제1 게이트 절연막 스택;상기 제1 게이트 전극이 위치한 제2 도핑 영역의 일 측면과 마주보는 다른 측면에 위치하되, 제2 도핑 영역과 전기적으로 절연된 제2 게이트 전극;제1 게이트 절연막 스택이 위치한 상기 제2 도핑 영역의 일측면과 대향되는 다른 측면과 상기 제2 게이트 전극 사이에 형성된 제2 게이트 절연막 스택;상기 제1 및 제4 도핑영역과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극;을 구비하고, 상기 뉴런 모방 소자의 상기 제1 및 제3 도핑영역은 동일한 유형의 불순물로 도핑되고, 제2 및 제4 도핑 영역은 동일한 유형의 불순물로 도핑되고, 상기 제1 및 제3 도핑영역은 상기 제2 및 제4 도핑영역과 반대 유형의 불순물로 도핑된 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 회로
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제18항에 있어서, 상기 뉴런 모방 회로에서 상기 뉴런 모방 소자의 제1 또는 제2 게이트 전극 중 어느 한 전극은 전류 미러 (current mirror) 회로를 통해 시냅스 어레이와 연결된 것을 특징으로 하며, 상기 전류-전압 변환 회로의 출력을 시냅스 어레이로 feedback하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 회로
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제18항에 있어서, 상기 전류-전압 변환 회로의 출력에서 전압으로 변환된 fire 신호가 상기 뉴런 모방소자의 제1 또는 제2 게이트 전극 중 어느 하나에 자동으로 인가되도록 하여 상기 뉴런 모방 소자의 fire 문턱 전압이 조절되게 함으로써, 뉴런의 firing rate을 조절하여 항상성(homeostasis) 기능을 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 뉴런 모방 회로
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