멤리스터 기반의 섬유형 웨어러블 전자소자 및 회로 기술Memristive Functional Device and Circuit on Fabric for Fibertronics
섬유 기반의 점자 섬유 (e-textile)은 컴퓨터 및 전자소자 응용분야에 편리성을 제공할 수 있는 웨어러블 전자소자 시스템의 기본적인 구성요소이다. 그러나, e-textile 기술은 현재 상당한 기술적 어려움에 직면해있다. 이러한 기술적 제한 요소는 물질 자체의 고유한 특성에서 기인하는 공정의 어려움, 기계적-화학적 안정성 및 전력소비 문제 등을 포함한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 실제 섬유를 이용하여 멤리스터 기반 기능성 회로를 세계최초로 개발하였다. 앞서 진행한 연구와 같이 실위에 전극으로 사용될 알루미늄을 증착하고, 그 위에 임성갑 교수 도움으로 pEGDMA물질을 iCVD를 이용하여 증착하였다. pEGDMA의 전기적 특성은 선행 연구에서 이미 검증하였으며, 코팅된 실을 격자로 구성하였다. iCVD 증착법은 매우 균일한 막을 나노급으로 상온에서 증착할 수 있는 향상된 기술이다. 이렇게 코팅된 실이 격자로 구성되면 각 교차점은 ‘금속-절연막- 금속’ 형태의 memristor용 RRAM 소자가 된다. 이런 교차 배열 형태의 멤리스터 소자 (pEGDMA-textile memristor: ETM)는 직조방식으로 제작할 수 있는 특징이 있다. 이러한 섬유기반의 멤리스터 소자를 기반으로 NOT, NOR, OR, AND, NAND 및 Half Adder와 같은 논리 회로를 세계 최초로 개발하였다. 또한, 궁극적인 웨어러블 전자소자 구현을 위해 세탁 시에도 기계적, 화학적으로 내구성이 매우 강한 것을 실험적으로 검증하였다. 또한, 저전압 동작이 가능하며, 비휘발성 멤리스터 소자를 이용하여 전력공급이 없을 때에 저장된 정보를 유지할 수 있어 대기전력 (static power) 소모가 0 W에 가깝기 때문에 전력 효율면에서도 매우 우수한 회로임을 입증하였다.Fabric-based electronic textiles (e-textiles) are the fundamental components of wearable electronic systems, which can provide convenient hand-free access to computer and electronics applications. However, e-textile technologies presently face significant technical challenges. These challenges include difficulties of fabrication owing to the delicate nature of the materials, and limited operating time, a consequence of the conventional normally-on computing architecture, with volatile power-hungry electronic components, and modest battery storage. we report a novel poly(ethylene glycol dimethacrylate) (pEGDMA)-textile memristive nonvolatile logic-in-memory circuit, enabling normally-off computing, that can overcome those challenges. To form the metal electrode and resistive switching layer, strands of cotton yarn were coated with aluminum (Al) using a solution dip coating method, and the pEGDMA was conformally applied using an initiated chemical vapor deposition (iCVD) process. The intersection of two Al/pEGDMA coated yarns becomes a unit memristor in the lattice structure. The pEGDMA-Textile Memristor (ETM), a form of crossbar array, was interwoven using a grid of Al/pEGDMA coated yarns and untreated yarns. The former were employed in the active memristor and the latter suppressed cell-to-cell disturbance. We experimentally demonstrated for the first time that the basic Boolean functions, including a half adder as well as NOT, NOR, OR, AND, and NAND logic gates, are successfully implemented with the ETM crossbar array on a fabric substrate. This research may represent a breakthrough development for practical wearable and smart fibertronics.
- Description
- 한국과학기술원 : 전기 및 전자공학부
- Publisher
- 한국과학기술원
- Issue Date
- 2017
- Language
- kor
- Description
KAIST 2017 대표 연구성과 10선
- Link
- https://archives.kaist.ac.kr/research.jsp?year=2017&view=view05
https://archives.kaist.ac.kr/eng/research.jsp?year=2017&view=view05
- Appears in Collection
- 2017 KAIST 대표 연구성과 10선
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