반도체 트랩전하를 활용하여 뉴런의 활동전위 발생을 모방한 뉴리스터 소자의 이론적 고찰 (Theoretical Study on a Neuristor Mimicking Generation of Action Potentials of Neuron using Trap-charge in Semiconductor)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 / 58권 / 11호 / 29 ~ 38페이지
· 저자명 : 송정근

초록

본 논문은 뉴로몰픽 컴퓨터의 핵심소자로 사용할 수 있는 뉴리스터(Neuristor)에 관한 것으로 특히 뉴런의 활동전위 펄스 발생 동작을 모방하는 것을 특징으로 하는 뉴리스터의 해석적 모델을 제시한다. 본 모델에서는 반도체 트랩의 전자 충돌이온화와 전자포획에 의한 공간전하 형성 및 소멸의 시간적 변화, 그리고 공간전하의 유도전계에 의한 전류의 급격한 시간적 증감에 의한 전류펄스 발생을 묘사하는 해석적 수식을 도출하였다. 본 뉴리스터는 바이어스 전압이 인가된 상태에서 전류펄스를 지속적으로 생성하고, 펄스 주파수는 바이어스 전압에 대해서 시그모이드 관계를 나타냄으로써 뉴런의 활동전위 펄스와 유사한 동작을 나타낸다. 시뮬레이션 결과 실리콘 반도체에서 에너지 준위가 0.5 eV되는 트랩 불순물(O, Fe)을 1017 cm-3 농도로 도핑하고, 실리콘-전극 계면에 쇼트키 장벽 에너지 0.5 eV 형성하는 전극재료(Ni, Sb)를 사용하면 동작전압 2V에서 뉴런의 동작을 모방하는 뉴리스터를 구현할 수 있다.

영어초록

This paper is regarding to a semiconductor neuristor characterized by mimicking the generation of the action potentials of neuron, especially to the analytical model to describe the generation of the neuron-like current pulses. In this model the mathematical expressions were derived to express the generation of current pulses under a bias voltage by analyzing the time variation of space charge produced by impact ionization of electrons on traps in semiconductor and the time variation of the injection current caused by the space-charge-induced electric field at the contact. According to simulation, it was identified that the neuristor operating with the bias voltage of 2 V can be realized by doping the deep impurities such as O or Fe into silicon with the trap energy of 0.5 eV and the density of 1017 cm-3, together with the Schottky contact such as Ni or Sb having the barrier energy of 0.5 eV to Si semiconductor. The neuristor can be considered as a core device for neuromorphic computer.

참고자료

· 없음