재구성 가능한 시각적 감지를 위한 높은 투명도를 갖는 산화물 기반 뉴로모픽 소자연구

Abstract

본 논문에서는 FTO/ZnO/NiO/AgNW 와 FTO/TiO2/AgNW 2가지 멤리스터 금속산화물 기반 뉴로모픽 소자를 제작하여 인간의 신경계를 모방한 소자를 제작했다. FTO/ZnO/NiO/AgNW의 경우 금속산화물 맴리스터 소자를 이용하여 기본적인 시냅스의 기능들의 특성을 확인했고, 좀 더 명확한 원인 파악을 위해서 FTO/TiO2/AgNW를 통해 다양한 분석을 진행했다. 또한 기본적인 광 반응 소자를 넘어서 FTO/TiO2/AgNW 소자를 통해서 넓은 각도를 감지할 수 있는 뉴로모픽 소자를 제작했다. FTO/ZnO/NiO/AgNW소자 연구의 경우 UV-Vis를 통해서 다양한 파장대에서의 투과도를 확인했으며, 가시광선 영역대에서 80%가 넘는 투과도를 갖는 것을 확인했다. 이는 투명한 소자로서 응용 가능성을 보여줬다. UV 자외선 영역대에서 낮은 투과도를 갖는 것을 통해 UV자외선 영역의 빛을 흡수한다는 것을 확인했고, UV 자외선 영역대의 파장을 사용하여 소자의 광전류 특성을 확인했다. 광전류 특성뿐만 아니라 전기적인 자극에 의해서도 소자가 반응하는 것을 확인했고, 시냅스의 가소성을 확인했다. FTO/TiO2/AgNW 소자 연구의 경우 TiO2 와 AgNW 사이의 계면에서 일어나는 trapping/de-trapping을 이용하여 인간의 시냅스 기능을 모방했다. 가시광선 영역대에서 60% 이상의 투과도를 갖으며 이는 앞으로 투명소자로서 가능성을 확인했다. TiO2 와 AgNW가 쇼트키 접합을 형성하였고, XPS 그리고 KPFM 분석을 진행했다. 두 계면사이에서의 defect을 이용하여 전자의 trapping/de-trapping을 하는 과정을 통해서 인간의 시냅스 모방을 진행했다. 전기적인 자극과 UV 자외선 영역의 빛의 자극에 의해서 소자가 작동하는 것을 확인했다. 또한 AgNW의 입체적인 구조를 이용하여 소자가 넓은 각도를 감지할 수 있는 소자를 착안했다. 빛이 조사되는 각도에 따라서 빛이 닿는 유효면적이 달라지고, 그에 따라 광전류 값이 다르다는 것을 이용하여 각도를 감지했다. 또한 3x3 어레이 픽셀을 통해서 빛의 세기, 빛의 자극의 수 그리고 각도 등 다양한 조건에 대한 실험을 진행했다. 인간의 시각적 인식 및 환경적으로 적용 가능한 넓은 각도의 시공간 정보를 회로 수준으로 모방했다. 앞으로 광 검출기, 로봇 공학 응용 프로그램 및 데이터 처리 등에 사용할 가능성을 제시한다.