Synaptic devices based on two-dimensional layered single-crystal chromium thiophosphate (CrPS4)

전기적 물성 특성이 뛰어나 많은 연구가 되고 있는 2차원 자성 반데르발스 물질 중에서, 전이금속의 종류에 따라 다양한 자기적-전기적 특성을 지닐 것으로 예상되는 TMPSx (TM = transition metal) 가 최근 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 TMPSx 물질 중 하나인 CrPS4를 이용한 conductive-bridge random access memory (CBRAM)를 구현하는데 성공하였다. 이를 통해 Ag/CrPS4/Au 축전기 구조에서 지금껏 관측 된 적이 없던 시냅스 특성을 관측할 수 있었다. 0.3 V 보다 작은 외부 전기장만으로도 다중 상태의 저항 특성을 관측하는데 성공하였다. CrPS4는 기계적 박리법을 통해 원하는 두께를 쉽게 구현할 수 있고, 2차원 반데르발스 물질의 특성을 고려하면 차세대 신축성 시냅스 무기소자로의 응용가능성을 보여준다.

Two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) materials have recently attracted considerable attention due to their excellent electrical and mechanical properties. TmPSx (where Tm = a transition metal), which is a new class of 2D vdW materials, is expected to show various physical phenomena depending on the Tm used. In this paper, the unprecedented synaptic behavior of a vertical Ag/CrPS4/Au capacitor structure, where CrPS4 is a single-crystalline 2D vdW layer, is reported. Multi-stable resistive states were obtained using an external voltage of less than 0.3 V. Both short-term plasticity and long-term potentiation were observed by controlling the interval of the external voltage pulse. Simple mechanical exfoliation was used to develop a synaptic device based on a very thin CrPS4 layer with a thickness of ~17 nm. Therefore, it was demonstrated that vertical Ag/CrPS4/Au capacitors could be promising inorganic synaptic devices compatible with next-generation, flexible neuromorphic technologies.

참여 연구원: 이성민, K. Balamurugan, 박제근

NPG Asia Materials doi: 10.1038/s41427-018-0016-7

https://www.nature.com/articles/s41427-018-0016-7