Low-Power Tri-Layer Synaptic Device with Filament Control by Al₂O₃ Insertion

뉴로모픽 소자에서는 저전력 동작과 전도성 필라멘트의 안정적인 제어가 중요하다. 본 연구에서는 HfO₂/ZnO/Al₂O₃ tri-layer 구조를 도입하고, Al₂O₃ 삽입층 두께(1 nm 및 2 nm)에 따른 전기적 특성을 비교 분석하였다. Al₂O₃ 삽입층 두께가 1 nm인 구조에서는 Fowler–Nordheim(F–N) 터널링 기반 전도 거동이 나타났으며, 평균 SET 전력 300 μW와 RESET 전력 1.31 mW로 계산되어 다른 구조 대비 현저히 낮은 소비 전력을 보였다. 반면, 2 nm 두께의 Al₂O₃ 삽입층을 적용한 구조에서는 내부 필라멘트 형성 경향이 증가하여 구동 전압과 소비 전력이 상승하는 특성을 보였다. 또한 1 nm 삽입층 구조는 forming 및 SET 전압의 변동성이 감소하고 안정적인 retention 특성을 유지하였다. LTP 및 LTD 특성 분석을 통해 점진적인 컨덕턴스 조절이 가능함을 확인하였다. 본 연구 결과는 적정 두께의 Al₂O₃ 삽입층이 저전력 및 고신뢰성 뉴로모픽 소자 구현에 기여할 수 있음을 제시한다.