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가중치 소자 및 이의 방법(Weighting Device and Method of the same)

  • 기술번호 : KST2018003835
  • 담당센터 : 대구기술혁신센터
  • 전화번호 : 053-550-1450
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 시냅스(synapse) 특성의 가중치 소자에 관한 것으로, 더 상세하게는 컨택으로 선택 트랜지스터가 연결되고 강유전체층이 도입된 가중치 소자이다.가중치 소자는 포지티브 가중치와 네거티브 가중치를 선형적으로 다단계(multi-level) 제어를 할 수 있으므로 신경망 시냅스(neural network synapse) 기능을 가능하게 한다. 또한, 한 개의 소자로 다단계 제어가 가능하므로 설계가 단순해지고, chip 크기가 증가하는 것을 억제한다.
Int. CL H01L 29/423 (2006.01.01) H01L 29/66 (2006.01.01) H01L 21/28 (2006.01.01) H01L 29/78 (2006.01.01)
CPC H01L 29/4234(2013.01) H01L 29/4234(2013.01) H01L 29/4234(2013.01) H01L 29/4234(2013.01) H01L 29/4234(2013.01)
출원번호/일자 1020160124525 (2016.09.28)
출원인 포항공과대학교 산학협력단
등록번호/일자
공개번호/일자 10-2018-0035251 (2018.04.06) 문서열기
공고번호/일자 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2016.09.28)
심사청구항수 22

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 포항공과대학교 산학협력단 대한민국 경상북도 포항시 남구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 유인경 대한민국 경상북도 포항시 남구
2 서순애 대한민국 서울특별시 광진구 군
3 황현상 대한민국 대구광역시 수성구
4 이장식 대한민국 경상북도 포항시 남구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 특허법인이상 대한민국 서울특별시 서초구 바우뫼로 ***(양재동, 우도빌딩 *층)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 포항공과대학교 산학협력단 대한민국 경상북도 포항시 남구
번호, 서류명, 접수/발송일자, 처리상태, 접수/발송일자의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 행정처리 표입니다.
번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2016.09.28 수리 (Accepted) 1-1-2016-0939138-15
2 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2016.11.10 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
3 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2016.12.20 수리 (Accepted) 9-1-2016-0051760-64
4 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2017.10.12 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2017-0705077-22
5 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2017.11.14 수리 (Accepted) 1-1-2017-1128690-54
6 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2017.11.14 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2017-1128691-00
7 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2018.04.26 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2018-0286867-57
8 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2018.06.14 수리 (Accepted) 1-1-2018-0580458-69
9 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2018.06.14 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2018-0580459-15
10 등록결정서
Decision to grant		 2018.10.22 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2018-0714018-95
11 [명세서등 보정]보정서(심사관 직권보정)
 2019.02.16 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2019-5004366-86
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.11.20 수리 (Accepted) 4-1-2019-5243581-27
13 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.11.22 수리 (Accepted) 4-1-2019-5245997-53
14 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.11.25 수리 (Accepted) 4-1-2019-5247115-68
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
게이트 전극;상기 게이트 전극 상에 형성된 제1 전도성 삽입층;상기 제1 전도성 삽입층 상에 형성된 바이폴라리티(bi-polarity) 특성의 스위처블 재료층;상기 스위처블 재료층 상에 형성된 제2 전도성 삽입층;상기 제2 전도성 삽입층 상에 형성된 제1 유전체층;상기 제1 유전체층 상에 형성된 제1 반도체층을 가지는 제1 트랜지스터; 및상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 반도체층을 가지는 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 포함하는 노드(node)의 동작은 스위처블 재료층의 분극 상태로 제어되는 가중치 노드인 것을 특징으로 하는 가중치 소자
2 2
제1항에 있어서,상기 스위처블 재료층은 멀티페로익(multiferroic) 물질이고, HoMnO3, TbMnO3, BuMnO3, ErMnO3
3 3
제1항에 있어서,상기 제1 전도성 삽입층 및 상기 제2 전도성 삽입층은 SrRuOx, IrOx, RuOx, MnOx, NiOx, CoMnOx 및 La1-xSrxCoO3로 이루어진 전도성 산화물군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가중치 소자
4 4
제1항에 있어서, 상기 스위처블 재료층은 강유전체 물질이고, Pb(ZrxTi1-x)O3(0≤x≤1), SrBiTaO9, Bi4Ti3O12, BaTiO3, HfOx, PbTiO3, HfZrOx 및 Poly(methyl methacrylate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가중치 소자
5 5
제1항에 있어서,상기 제1유전체층은 SiO2, HfO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, SiNx, Si3N4, Ta2O5 및 SrTiO3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가중치 소자
6 6
제1항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터는,n타입 전이금속 디칼코게니드(Transition Metal Dichalcogenide, TMD)인 제1 반도체층;상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 소스 전극; 및상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 소스 전극과 대향하는 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가중치 소자
7 7
제1항에 있어서, 상기 제2 트랜지스터는,p타입 전이금속 디칼코게니드(Transition Metal Dichalcogenide, TMD)인 제2 반도체층;상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 소스 전극; 및상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 소스 전극과 대향하는 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가중치 소자
8 8
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 전이금속 디칼코게니드는 n 타입 또는 p 타입이고, ZrSe2, TaSe2, TaS2, NbSe2, WSe2, MoTe2, MoSe2, MoS2, SnSe2 및 SnS2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 군들 중 어느 하나에 도핑(doping)을 하여 n 타입 또는 p 타입으로 제작하는 것을 특징으로 하는 가중치 소자
9 9
제1항에 있어서,상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 TFT인 것을 특징으로 하는 가중치 소자
10 10
제1항에 있어서,상기 제1 반도체층은 n 타입 전이금속 다이칼코겐나이드(Transition Metal Dichalcogenide, TMD)로 형성되고,상기 제2 반도체층은 p 타입 전이금속 다이칼코겐나이드(Transition Metal Dichalcogenide, TMD)로 형성되는 것을 특징으로 하는 가중치 소자
11 11
제6항에 있어서, 상기 드레인 전극과 컨택 전극을 통해 전기적으로 연결되어 있는 선택 트랜지스터(select transistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가중치 소자
12 12
제11항에 있어서, 상기 선택 트랜지스터는, 게이트(gate) 전극;상기 게이트 전극 상을 덮는 형상의 제2 유전체층;상기 제2 유전체층 상에 형성된 제3 반도체층;상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결된 제3 소스 전극;상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되고, 상기 제3소스 전극과 대향하는 제2 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가중치 소자
13 13
제12항에 있어서,상기 제3 반도체층은 전이금속 디칼코게니드, 실리콘 박막, 비정질 실리콘 및 산화물 반도체 박막으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가중치 소자
14 14
제11항에 있어서,상기 가중치 노드와 상기 선택 트랜지스터를 일대일로 연결하고, 상기 가중치 노드가 평면상으로 배열된 구조의 배열층과 상기 선택 트랜지스터가 평면상으로 배열된 구조의 배열층이 번갈아 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 가중치 소자
15 15
제11항에 있어서,적층으로 상기 가중치소자를 제작하고, 상기 선택 트랜지스터는 TFT인 것을 특징으로 하는 가중치 소자
16 16
기판 상에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 형성된 제1 전도성 삽입층, 상기 제1 전도성 삽입층 상에 형성된 바이폴라리티(bi-polarity) 특성의 스위처블 재료층, 상기 스위처블 재료층 상에 형성된 제2 전도성 삽입층, 상기 제2 전도성 삽입층 상에 형성된 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 상에 형성된 제1 반도체층을 가지는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 반도체층을 가지는 제2 트랜지스터를 포함하는 가중치 소자에 있어서, 상기 게이트 전극에 게이트 전압(Vp)을 인가하고, 상기 제1 유전체층과 상기 스위처블 재료층에 부분적으로 전압을 인가하는 단계; 및상기 게이트 전압(Vp)와 상기 제1 유전체층 전압(Vox)의 차이값인 스위처블 재료층에 인가되는 전압(VF)이 상기 스위처블 재료층의 보자 전압(coercive voltage)보다 크도록 하되, 잔류 분극량이 균일하게 변하도록 조정하는 단계를 포함하는 가중치 소자의 동작 방법
17 17
제16항에 있어서,상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터가 컨택 전극을 통해 전기적으로 연결된 선택 트랜지스터를 포함하는 상기 가중치 소자에 있어서,상기 게이트 전극이 접지되어 있고, 상기 선택 트랜지스터를 통해 상기 컨택 전극에 전압(Vb)을 인가하는 단계; 및상기 컨택 전극에 인가된 전압(Vb)과 상기 제1 유전체층에 인가된 전압(Vox)의 차이값인 스위처블 재료층에 인가되는 전압(VF)이 상기 스위처블 재료층의 보자 전압(coercive voltage) 보다 크도록 하되, 잔류분극량이 균일하게 변하도록 조정하는 역단계를 포함하는 가중치 소자의 동작 방법
18 18
제16항에 있어서,상기 가중치 소자에 있어서,잔류 분극량을 균일하게 제어함으로써 선형성(linearity)를 얻기 위하여 인가 펄스(pulse)의 전압, 펄스폭(pulse width) 및 펄스 전류(pulse current)를 제어하는 단계를 포함하는 가중치 소자의 동작 방법
19 19
제18항에 있어서,상기 가중치 소자에 있어서,선형성(linearity) 제어를 네거티브 폴라리티(negative polarity 또는 polarization)에서 포지티브 폴라리티(positive polarity 또는 polarization)까지 선택 트랜지스터를 이용하여 다단계로 수행하는 단계를 포함하는 가중치 소자의 동작 방법
20 20
제16항에 있어서,상기 가중치 소자에 있어서,스위처블 재료층의 표면 상태를 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터로 동시에 검출하여 포지티브 가중치(positive weights)와 네거티브 가중치(negative weights)에 의한 전류 방향과 크기를 동시에 구별하는 단계를 포함하는 가중치 소자의 동작 방법
21 21
기판 상에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 형성된 제1 전도성 삽입층, 상기 제1 전도성 삽입층 상에 형성된 바이폴라리티(bi-polarity) 특성의 스위처블 재료층, 상기 스위처블 재료층 상에 형성된 제2 전도성 삽입층, 상기 제2 전도성 삽입층 상에 형성된 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 상에 형성된 제1 반도체층을 가지는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 반도체층을 가지는 제2 트랜지스터를 포함하는 가중치 소자에 있어서,특정 펄스폭을 가진 특정 전압 펄스를 상기 게이트 전극에 인가하는 단계;상기 스위처블 재료층이 최대 네거티브(maximum negative) 잔류 분극량을 갖도록 상기 특정 전압 펄스를 네거티브 리셋 펄스(negative reset pulse)로 상기 게이트 전극에 인가하는 단계; 상기 스위처블 재료층이 특정 포지티브(positive) 잔류 분극량을 갖도록 상기 특정 전압 펄스를 포지티브 펄스(positive pulse)로 상기 게이트 전극에 인가하는 단계; 상기 네거티브 리셋 펄스 및 상기 포지티브 펄스의 피크값을 변경하여 상기 게이트 전극에 인가하는 단계; 및상기 가중치 소자에 특정 포지티브 가중치가 변경되는 단계를 포함하는 가중치 소자의 동작 방법
22 22
기판 상에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 형성된 제1 전도성 삽입층, 상기 제1 전도성 삽입층 상에 형성된 바이폴라리티(bi-polarity) 특성의 스위처블 재료층, 상기 스위처블 재료층 상에 형성된 제2 전도성 삽입층, 상기 제2 전도성 삽입층 상에 형성된 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 상에 형성된 제1 반도체층을 가지는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 반도체층을 가지는 제2 트랜지스터를 포함하는 가중치 소자에 있어서,특정 펄스폭을 가진 특정 전압 펄스를 상기 게이트 전극에 인가하는 단계;상기 스위처블 재료층이 최대 포지티브(maximum positive) 잔류 분극량을 갖도록 상기 특정 전압 펄스를 포지티브 리셋 펄스(positive reset pulse)로 상기 게이트 전극에 인가하는 단계; 상기 스위처블 재료층이 특정 네거티브(negative) 잔류 분극량을 갖도록 상기 특정 전압 펄스를 네거티브 펄스(negative pulse)로 상기 게이트 전극에 인가하는 단계;상기 포지티브 리셋 펄스 및 상기 네거티브 펄스의 피크값을 변경하여 상기 게이트 전극에 인가하는 단계; 및상기 가중치 소자에 특정 네거티브 가중치가 변경되는 단계를 포함하는 가중치 소자의 동작 방법
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순번 연구부처 주관기관 연구사업 연구과제
1 미래창조과학부 포항공과대학교 산학협력단 미래유망융합기술파이오니어사업 뉴로모픽 소자용 고집적 시냅스 소자 및 집적공정 개발