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  • 김남영교수 (전자공학과) 연구팀, 뉴로모픽 컴퓨팅 응용을 위한 투명 광소자 멤리스터 개발 성공

    조회수 521 | 작성일 2023.12.06 | 수정일 2023.12.06 | 홍보팀

  • 광운대 김남영교수 (전자공학과) 연구팀

    뉴로모픽 컴퓨팅 응용을 위한 투명 광소자 멤리스터 개발 성공

    - JCR 1% Q1, IF: 19.069 과학전문지 Nano Energy 게재 -

    - 뉴로모픽 컴퓨팅 응용을 위한 투명 호모 구조 광전자

    멤리스터 개발에 성공 -

     

    본교 김남영교수 연구팀(전자공학과)은 왕문효 박사과정(1 저자)과 함께 뉴로모픽 컴퓨팅 응용을 위한 투명 호모 구조 광전자 멤리스터 개발에 성공했다고 밝혔다.

     

     

    <(좌)왕문효 박사과정 연구원 (우)김남영 교수>
 

    <()왕문효 박사과정 연구원 ()김남영 교수>

     

    본 연구에서는 뇌에서 연상 학습의 복잡한 과정을 복제할 수 있는 원자층 증착 기법을 사용하여 투명한 Ta2O5-3x/Ta2O5-x 호모 구조 광전자 멤리스터를 개발하였다. 인간의 뇌와 같은 뉴로모픽 구조는 차세대 컴퓨팅 아키텍처와 인공 지능 개발에서 매우 중요하며, 전기 자극이 있는 상태에서 기본적인 시냅스 가소성을 성공적으로 에뮬레이션하고, 장기 강화/우울 특성의 가중치 업데이트 규칙에 따라 인공 신경망을 구성하여 필기 인식 정확도 84.61%를 성취하였다. Ta2O5-3x/Ta2O5-x 인터페이스에서 광전자 효과와 캐리어 역학을 활용하여 빛으로 유도된 시냅스 가소성과 광전자 상승적 반응을 달성하였다. 뇌에서 연상 학습 동작은 빛을 조건 자극(conditioned stimuli, CS)으로, 전기 자극을 무조건 자극(unconditioned stimuli, US)으로 효과적으로 학습하였으며. 한 측면은 기기에 무조건 자극과 조건 자극을 동시에 적용하여 고전적인 조건화 동작을 검증하였다. 또한 조건 자극의 트리거 동작을 제어하기 위해 강화되거나 소멸된 미국을 사전에 적용하여 정교한 작동 조건화를 달성하였다. 본 연구는 적응형 지능형 감지 시스템과 자율 로봇 공학 측면에서 상당한 가능성을 보여주는 정교한 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 광전자 운영 플랫폼을 제공한다.

     

     

    [광전자 멤리스터 특성 (a) 인간 눈 깜빡임 반사 및 그 신경 경로의 개략도. (b) 제안된 장치에서 인간 눈 깜빡임 반사의 장치 구조 및 에뮬레이션의 개략도. (c) Ta2O5-3x/Ta2O5-x /ITO 구조의 단면 TEM 이미지. (d) Ta2O5-3x 및 (e) Ta2O5-x 필름의 AFM 이미지(2.5 × 2.5μm2 스캔 크기). (f) Ta2O5-3x 및 Ta2O5-x 필름의 Ta4f 및 (g) 1s 코어 레벨. (h) ITO/ Ta2O5-3x/Ta2O5-x /ITO 장치의 투과성 스펙트럼.] 

    [광전자 멤리스터 특성 (a) 인간 눈 깜빡임 반사 및 그 신경 경로의 개략도. (b) 제안된 장치에서 인간 눈 깜빡임 반사의 장치 구조 및 에뮬레이션의 개략도. (c) Ta2O5-3x/Ta2O5-x /ITO 구조의 단면 TEM 이미지. (d) Ta2O5-3x (e) Ta2O5-x 필름의 AFM 이미지(2.5 × 2.5μm2 스캔 크기). (f) Ta2O5-3x Ta2O5-x 필름의 Ta4f (g) 1s 코어 레벨. (h) ITO/ Ta2O5-3x/Ta2O5-x /ITO 장치의 투과성 스펙트럼.]

     

    이번 연구는 교육부에서 지원하는 한국연구재단(NRF) 중점연구소 지원사업 (2018R1A6A1A0302524)MIST RS-2023-00302751의 지원을 받았습니다. 연구결과는 그 성과를 인정받아 Elsevier에서 발간하는 국제 저명 논문지인 Nano Energy (IF=19.069) “Operant Conditioning Reflex Implementation in a Transparent Ta2O5-3x/Ta2O5-x Homo-structured Optoelectronic Memristor for Neuromorphic Computing Application”제목으로 20231118일에 실렸다.

    (https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109102)