고구동 전류 셀렉터를 위한 칼코제나이드 기반 멤리스터 소자 및 뉴로모픽 광시냅스 소자 연구

RIAZ MUHAMMAD 세종대학교 과학기술대학원 2024 국내석사

최근 몇 십 년간 무어의 법칙에 의해 주도된 정보 기술의 급속한 발전은 의료, 교통, 통신 시스템, 데이터 관리 및 저장을 포함한 삶의 거의 모든 측면에 혁명을 일으켰다. 사물인터넷(IoT)과 스마트 홈 기기의 확산은 개인의 편의성을 크게 향상시켰다. 메모리 소자는 정보 저장 및 검색의 주요 수단인 집적 회로, 항공우주 기술, 국방 시스템 및 군사 작전 발전에 중추적인 역할을 한다. 그러나 무어의 법칙을 계속 지켜오기에는 기존의 전하 기반 메모리 소자는 크기를 더 이상 낮추기 어려운 상황이며, 이에 대한 해결책으로 낮은 에너지 소비, 제조 비용 절감, 성능 향상 및 단순화된 제조 공정의 필요성이 대두되고 있다. 미래 기술 발전에는 뛰어난 성능을 제공하는 지능적이고 혁신적인 메모리 기술이 요구되고 있다. 이러한 발전에는 폰 노이만 아키텍처의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시하는 뇌에서 영감을 받은 뉴로모픽 시스템이 있다.이 시스템은 컴퓨팅 기능과 메모리의 통합을 통해 뉴로모픽 컴퓨팅은 뉴런과 시냅스를 사용하여 인간 두뇌의 구조와 기능을 모방하도록 설계되었다. 그러나 대규모 데이터 세트와 복잡한 신경망을 처리할 때 대역폭과 연결 밀도 간의 균형을 맞추는 데 어려움을 겪고 있으며, 이로 인해 작동 속도가 제한되고 상호 연결에서 높은 전력 소비가 발생할 수 있다. 최근 뉴로모픽 컴퓨팅의 발전을 위해 광자 시냅스 가소성을 모방하는 빛에 반응하는 인공 시냅스 장치 개발에 상당한 관심이 집중되고 있다. 광자 응용은 데이터 저장 및 처리에 빛을 활용하여 비교할 수 없는 대역폭과 속도를 제공한다. 특정 광 파장을 사용하여 원격으로 제어할 수 있는 2단자 광자 멤리스터는 온칩 통합, 저전력 소비, 다단계 데이터 저장 및 광범위한 가변성 등의 이점을 제공한다. 이러한 특성으로 인해 광자 컴퓨팅과 뉴로모픽 컴퓨팅 모두에서 매우 유망한 응용 분야를 가지고 있다. 본 논문에서는 모노칼코게나이드(GeS 및 GeS/GeTe)를 기반으로 하는 멤리스터의 광시냅스 특성을 광전자 뉴로모픽 시스템 및 메모리 셀렉터(1S1R)에 적용할 수 있는지 연구했다. GeS를 활용하는 새로운 광시냅스 멤리스터는 광 조정 가능한 전하 트래핑 메커니즘을 사용하는 결함 엔지니어링을 통해 처음으로 개발되었다. 이 장치는 순수한 GeS와 결함 가공 GeS에서 각각 빠른 광 응답 및 지속적인 광전도성(PPC) 동작을 나타낸다. 이러한 장치는 빛 노출 시 광전류가 생성되어 신경 세포의 행동을 모방하는 것을 보여주며, 필수 시냅스 기능인 흥분성 시냅스 후 전류(EPSC), 쌍 펄스 촉진(PPF), 단기 기억(STM)에서 장기 기억(LTM)으로의 전환을 나타낸다. 또한 이 장치는 인공 생물학적 신경망막을 모방한 뛰어난 이미지 메모리와 광파장 민감성 반응을 보여준다. GeS의 높은 감광성 덕분에 이 장치는 0.1V의 낮은 전압에서 작동하고 이벤트당 최대 85pJ의 에너지를 소비할 수 있다. 광검출기로 사용되는 경우, 반응 속도와 감광성(Rλ), 특정 검출성(D*) 및 외부 양자 효율(EQE)과 같은 주요 매개변수가 평가되었다. 또한 광전자 시뮬레이션에는 논리 기능 "AND"가 통합되었다. 이 연구에서 제시된 결과는 단일 광전자 장치 내에서 고급 기능을 달성하기 위한 새로운 접근 방식을 소개할 뿐만 아니라 정교한 로봇 비전 시스템을 통합하고 뉴로모픽 컴퓨팅 기능을 발전시키는 길을 열었다. The rapid advancement of modern information technology, driven by Moore's Law over recent decades, has revolutionized nearly every aspect of life, including healthcare, transportation, communication systems, data management, and storage. The widespread adoption of the Internet of Things (IoT) and smart devices for homes has greatly enhanced convenience for individuals. Memory plays a critical role in electronic devices and computers, pivotal for advancing integrated circuits, aerospace technology, defense systems, and military operations as the primary means of information storage and retrieval. However, in keeping with Moore's Law, traditional charge-based memory architectures are facing scaling challenges similar to those encountered by other electronic devices. These limitations include the need for low energy consumption, reduced manufacturing costs, improved performance, and simplified fabrication processes. Future technological advancements demand intelligent and innovative memory technologies that offer exceptional performance. On the other hand, the brain-inspired neuromorphic system has garnered significant attention for overcoming the limits of von Neumann-based architecture through the integration of computer functions and memory. Neuromorphic computers represent a change from Von Neumann architecture, designed to emulate the structure and function of the human brain using neurons and synapses. Computation and memory in neuromorphic systems are managed by these neural elements. They encounter challenges when scaling up to handle large data sets and complex neural networks. These challenges include trade-offs between bandwidth and connection density, which can limit operational speed and lead to high power consumption in interconnections. Recently, there has been significant interest in developing light-responsive artificial synaptic devices to emulate photonic synaptic plasticity for advancing neuromorphic computing. Photonics applications leverage light for storing and processing data, offering unparalleled bandwidth and speed. Two-terminal photonic memristors, which can be remotely controlled using specific light wavelengths, provide benefits such as on-chip integration, low power consumption, multilevel data storage, and extensive variability. These attributes make them highly promising for applications in both photonic and neuromorphic computing. In addition, while optoelectronic memristor crossbar arrays hold promise for parallel programming and deep neural networks (DNNs), a significant obstacle in their advancement is sneak-path current. This phenomenon causes crosstalk interference between adjacent memory cells, known as sneak path currents, which can compromise the accuracy and efficiency of read and write operations on cross-point devices. Various types of selector devices coupled with resistive memory at each X-point cell have been extensively studied recently to mitigate the sneak path problem. However, two- terminal selector devices are more conducive to X-point integration, known as the one- selector-one-resistor (1S1R) configuration. Selector devices need to provide a high on-state current to support memory operations, especially for the RESET function. Additionally, selectors must avoid electroforming, which typically introduces significant device-to-device variations and potential damage to 1S1R cells due to high voltages and currents. In this dissertation, the photo-synapses characteristics in memristor based on monochalcogenide (GeS and GeS/GeTe) were investigated for their possible applications in optoelectronic neuromorphic systems and memory selector (1S1R), respectively. A novel photo-synaptic memristor utilizing monochalcogenide GeS has been developed for the first time through defect engineering, employing light-tunable charge-trapping mechanisms. Interestingly, this device exhibits rapid photo-response and persistent photoconductivity (PPC) behavior in fresh and defect engineered GeS, respectively, attributed to distinct trapping state relaxations. Consequently, these devices demonstrate the generation of photocurrent upon light exposure, mimicking neuronal behavior. Moreover, they exhibit essential synaptic functionalities such as excitatory postsynaptic current (EPSC), paired-pulse facilitation (PPF), and the transition from short-term memory (STM) to long-term memory (LTM). More importantly, the device exhibits outstanding image memory and optical wavelength sensitive responses mimicked to an artificial biological neuromorphic retina. Thanks to GeS's high photosensitivity, these devices can operate at a low voltage of 0.1 V and consume ~85 pJ of energy per event. In contrast, when employed as photodetectors, their response speed, and key parameters such as photoresponsivity (Rλ), specific detectivity (D*), and external quantum efficiency (EQE) were evaluated. Furthermore, the optoelectronic simulation incorporates the logic function "AND". The findings presented in this study not only introduce a novel approach to achieving advanced functionalities within a single optoelectronic device but also pave the way for integrating sophisticated robotic vision systems and advancing neuromorphic computing capabilities. Keywords: Memristor, Photo-synapses, monochalcogenides Materials, Hybrid monochalcogenides, Threshold Resistive Switching, Bipolar Resistive Switching, neuromorphic Systems.

유전자 발현 조절제로서 siRNA 역할과 그 기술의 중요성

김기범 세종대학교 과학기술대학원 2004 국내석사

mRNA로부터 단백질 합성을 방해하는 siRNA가 치료제로 개발 가능성이 있는지의 표적을 평가하는데 있어서 매우 유용한 도구로 주목받고 있다. 유전자가 발현해 단백질을 생산하는 과정은 일련의 여러 단계로 구분될 수 있다. RNAi은 이 같은 연속 과정 가운데 DNA 정보를 단백질 정보로 전달하는 과정에 관여하는 mRNA를 파괴함으로써 유전자 발현을 차단한다. mRNA가 제거되면 해당 유전자로부터 단백질이 발현되지 못하기 때문에 마치 유전자가 역할을 하지 못하게 된다. 이같은 기작은 인체에 유해한 단백질 발현을 막는데 유용하게 응용될 수 있다. RNAi를 인체에 발생하는 질병 치료에 사용하기 위해서는 이 기작을 선택적으로 조절하는 기술이 마련되어야 하는데, 수많은 과학자들이 연구하여 성과를 이루고 있다. 이러한 연구로 바이러스성 질병에 대한 새로운 치료법의 가능성이 높아졌다. 이 기술을 이용하여 간염(hepatitis)을 일으키는 바이러스의 특정 유전자 발현을 억제할 경우 바이러스 증식을 차단함으로써 질병의 진행을 막을 수 있다. 유전성 질환에 대한 치료 기술도 향상될 전망인데, 특히 돌연변이 유전자가 정상 유전자에 대하여 우성으로 작용하는 질병의 경우 유용하게 활용될 수 있을 것이다. RNA interference(RNAi) is one of the most exciting discoveries of the past decade in functional genomics. RNAi is a post-transcriptional process triggered by the introduction of double-strand RNA(dsRNA) which leads to gene silencing in a sequence-specific manners. The common key player in RNA silencing is a small RNA of 21~28 nucleotides in length. Two classes of small RNAs are involved in RNA silencing: small interfering RNAs(siRNAs) and miRNAs(miRNA). Because of the exquisite specificity and efficiency, RNAi has drawn much attention as a powerful gene knockdown technique. Researches employed long dsRNAs which instead of triggering RNAi generated on overall decrease in mRMA eventually leading to apoptosis, a response mediated by the dsRNA-dependent protein kinase. UI professor in internal medicine, neurology, and physiology and biophysics, suggested that one possible siRNA-based therapy might be reducing the viral load of hepatitis in the liver. siRMA delivered by gene therapy to liver cells would silence genes associated with the viral infection. The technique also could have important therapeutic implications for dominant inherited diseases. These are genetic diseases where one mutated copy of a gene (inherited from one parent) dominates the normal gene (inherited from the other parent) and causes the genetic disorder in the offspring.

EDM에 의한 마이크로 버어 생성에 관한 연구

이달호 세종대학교 과학기술대학원 2004 국내석사

최근 반도체 부품, 광학 부품, 전자 부품, 자동차 부품, 항공기 및 인공위성과 같은 첨단 분야의 부품 연구 개발이 매우 활발하게 증가되고 있다. 이와 같은 첨단 분야의 부품은 급속하게 소형화, 정량화, 고정밀화, 미세화되고 있어 부품의 마이크로 가공이 필수적이라 하겠다. 현재까지 상용화 되어 있는 마이크로 가공기술은 가공 원리에 따라 EDM, 레이저빔 가공, 초음파 가공, 전해화학 가공 등이 있다. 이러한 마이크로 가공 기술 중에서도 EDM은 실제 산업 현장에서 가장 많이 응용되고 있으며 그 적용 분야도 매우 다양하다. 특히, EDM은 다른 가공기술 등에서는 쉽게 얻을 수 없는 고 에스펙트 비를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 도전성 재료라면 일반적으로 절삭가공이 곤란한 �칭강, 초경합금, 공업용 다이아몬드 및 전도성 세라믹스 같은 매우 경한 재료도 용이하게 가공할 수 있다. 이 때문에 EDM은 엔진 노즐, 그래픽 화상 처리를 위한 전자총, 마이크로 연결부, IC용 리드프레임 및 잉크제트 노즐 등의 가공에 있어서 매우 활발하게 적용되고 있다. 이러한 우수한 가공성과 폭넓은 활용에도 불구하고 EDM에 의해 가공된 가공물의 모서리 부분에는 소성변형으로 인한 원하지 않는 버어가 생성된다. 이러한 버어는 기계적, 물리적으로 가공 정밀도를 크게 저해시키는 요인으로 작용되고 있어 가공 제품의 품질 저하에 매우 커다란 영향을 미치고 있다. 무엇보다도, 현재의 EDM 기술은 더욱더 정밀화, 미세화되고 있기 때문에 생성되는 버어는 일반적인 가공에서와 달리 마이크론의 치수를 갖는 마이크로 버어로 생성되고 있다. 그러나, 아직까지 가공 현장에서는 EDM에 의해 생성된 마이크로 버어가 제품의 고정밀화, 미세화를 크게 저해하는 중요한 인자로서 바로 인식되지 않고 있기때문에 마이크로 버어에 관한 심각성은 거의 대두되지 않고 있어 관련 연구 또한 매우 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 지금까지 그 활용성과 중요성에 비해 연구가 매우 미흡했던 EDM에서의 마이크로 버어 생성에 관한 연구를 수행하였다. 특히 본 연구에서는 다양한 방전가공인자에 대한 버어 생성의 상호 영향을 고찰하였다. 그 결과, 피크전류치, 콘덴서 용량, 방전 전압 및 가공액의 배출 압력 등의 방전가공인자는 증가할수록 마이크로 버어 생성을 증가시키며 서어보 전압은 증가될수록 마이크로 버어 생성을 감소시키는 것을 알 수 있었다. Currently, development of high technology parts such as semi-conductor elements, optical elements, electron elements, parts of an automobile, aircraft and satellites component is increased very actively. Micromachining is the foundation of the technology to realize such micro parts. Micromachining is very various with EDM, LBM, ECM and USM etc. Among others EDM is one of the most powerful methods fer micromachining in metal and in other electrically conductive materials. However, when machining a workpiece with EDM, heat affected zone is formed at the surface of the workpiece, micro burr is formed at the edge of the workpiece. Especially, micro burrs cause many problems in inspection, assembly, edge finishing precision micro parts. Despite these many problems, state of the art of micro burr formation by EDM is not enough yet. Thus, this study was carried out an experiment to observe micro burr formation in several different materials by EDM, particularly was carried out an experiment to observe micro burr formation by EDM parameters. As a result in this study was observed effect of micro burr size, shape and formation mechanism of micro burr by EDM.

플랜트 건설산업의 VE 활용 및 활성화 방안에 관한 연구 : Power Plant를 중심으로

김성일 세종대학교 과학기술 대학원 2002 국내석사

한국의 플랜트 건설산업은 해외 선진업체에 비해 기술 및 가격 경쟁력의 취약 등 위기 상황에 직면하고 있다. 이에 플랜트 건설산업의 위기 극복을 위한 노력의 일환으로 VE 기법을 적극적으로 활용하여 가격 경쟁력의 회복과 창의적인 고부가가치 산업으로 한 단계 상승시킬 필요성이 있다. 본 논문의 목적은 발전플랜트를 중심으로 한 VE저해요인, 시나리오 분석, 적용영역별 인식도 조사를 통하여 플랜트 건설산업의 VE활성화 방안을 개발하는데 있다. 연구의 범위 및 방법에 있어서 VE에 대한 문헌적 고찰을 통해 기존 연구성과를 분석하고 플랜트 배관공사를 중심으로 실제 데이터를 적용하여 가상 시나리오의 구성 및 제시, 플랜트 전문가 집단의 설문과 인터뷰를 분석·종합하여 전략적 대안을 제시하였으며 본 논문의 주요 결과는 다음과 같다. 플랜트건설 VE 활동 시 지침서 또는 모델을 통하여 추진한다면 정확성과 활성화를 기할 수 있으며, 민간발주공사에서 공공부문의 VE 제도를 활용한다면 플랜트건설의 부가가치를 극대화 할 수 있다. 이에 엔지니어 스스로가 낭비요소를 찾아 개선하는 도구로서 VE 활동은 필수적이며, 관련 전(全)분야 종사자 집단의 협조가 필요하다 하겠다. 발주자는 프로젝트의 경제성 추구의 역점을 두며 대기업군은 신기술 개발에, 중·소기업은 시공기술 개발에 주안점을 두는 등 유기적 협조가 필요하다, 그밖에 VE 추진을 위한 업무절차의 간소화, 파트너링, 지속적인 교육 및 홍보 등에서 찾을 수 있다. 결론적으로 이는 PM(CM)등의 운영방식하에서 추진되는 내용이 대부분 포함되어 있어 VE 활성화를 위해서는 플랜트 건설산업의 PM 운영방식의 제도적 활성화가 필요하다고 할 수 있다.

폴리머 스폰지법을 이용한 주물용 세라믹 필터의 제조 및 특성

조상연 세종대학교 과학기술대학원 2002 국내석사

스크린 프린팅법으로 제조된 MgO-Al_(2)O_(3)-Fe_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)-(Co_(3)O_(4))와 NiO-Mn_(3)O_(4)-ZrO_(2) 후막형 NTC 서미스터의 전기적 특성

방대영 세종대학교 과학기술대학원 2002 국내석사

스크린 프린팅법을 이용하여 알루미나 기판 위에 여러 다른 조성을 가지는 Mg-Al-Fe-Cr-(Co)계와 Ni-Mn-Zr계 산화물 NTC 서미스터 후막을 인쇄하고, 이 후막의 소결온도를 변화 시키며 미세구조와 전기적 특성을 연구하였다. 제조한 후막형 NTC 서미스터는 알루미나 기판/감지물/Pt 전극의 계면에 반응 생성물이 없이 적당한 결합을 하였다. Mg-Al-Fe-Cr-(Co)계 산화물에서는 A1203의 양이 증가함에 따라 소결체 입자의 크기가 감소하였고, Ni-Mn-Zr계 산화물에서는 ZrO2의 양이 증가함에 따라 Ni-Mn-Zr 산화물고용체로부터 상분해된 ZrO2 상의 양이 증가하였다. 제조한 모든 소결체는 대부분 스피넬 입방정 결정구조를 가지는 산화물 고용체 이였다. 제조한 NTC 서미스터의 전기적 특성은 조성과 소결온도에 크게 의존하는 것을 관찰하였다. Ni~Mn-Zr 산화물계 NTC 서미스터의 경우, ZrO2의 함량과 소결 온도가 증가함에 따라 전기저항, B 정수 및 활성화 에너지가 크게 증가하였다. 제조한 모든 후막형 NTC 서미스터의 로그 저항(logR)과 절대 온도의 역수(1/T) 관계는 직선적이었다. Mg-Al-Fe-Cr-(Co)-O and Ni-Mn-Zr-O thick film NTC thermistors were coated on an alumina substrate by screening printing technique. The microstructure and electrical properties of the thermistors, as a function of composition and sintering temperature, were investigated. As the amounts of Al_zO₃in the Mg-Al-Fe-Cr-(Co)-O NTC thermistors increased, the grain size decreased. Also, with increasing the amounts of Z_rO₂in the Mn-Ni-Zr-O NTC thermistors, the Z_rO₂phase increased. The electrical properties of the NTC thermistors strongly depended on the chemical composition and sintering temperature. The resistivity, B constant, and activation energy of the thermistors increased with increasing Z_rO₂contents and sintering temperatues. All the NTC thermistors showed a linear relationship between log resistance and the reciprocal of the absolute temperature, indicative of NTC characteristics.

신약전달기술체계인 유전자 치료의 현재까지의 개발동향

배윤성 세종대학교 과학기술대학원 2002 국내석사

고아핵 수용체 SHP에 의한 B형 간염 바이러스 인핸서 활성조절에 관한 연구

박지영 세종대학교 과학기술대학원 2002 국내석사

수용성 isoflavone의 미세캡슐화에 관한 연구

김재순 세종대학교 과학기술 대학원 2002 국내석사

This study was carried out to investigate the addition of water-soluble isoflavone into milk by means of microencapsulation technique. The yield of Microencapsulation, sensory attributes, and capsule stability of water-soluble isoflavone microcapsules in milk were measured during 12 days. Coating materials used were polyglycerol monostearate (PGMS) and medium-chain triacylglycerol (MCT), and core material was water-soluble isoflavone. The encapsulation yield of water-soluble isoflavone with MCT was 74.5 Yo and was 67.2 % with PGMS when the ratio of coating material to core material was 15 : 1 . The rates of water-soluble isoflavone release were 15, 20, and 25% when stored at 4, 20, and 30°C for 12 days in milk, respectively. In sensory evaluation, beany flavor and color of microcapsuled water-soluble isoflavone added milk were significantly different from control and uncapsuled water-soluble isoflavone added milk, however, bitterness was not significantly different. In vitro study, microcapsules of water-soluble isoflavone in simulated gastric fluid with the range of 3 to 6 pHs were released 3.0 to 15.0%, however, the capsules in simulated intestinal fluid with pH 7 were released 95.7% for 40 min incubation time. In conclusion, this study provided that MCT and PGMS as coating materials were suitable for the microencapsulation of water-soluble isoflavone, and the capsule containing milk did not affect to sensory attribute.

프리온 질환의 사회 과학적 접근 및 향후 전망에 관한 연구

류석준 세종대학교 과학기술대학원 2002 국내석사