In this study, broadband photoresponsivity of single transistor latch characteristics of an InGaAs biristor neuron for a neuromorphic visual system is shown. Electrical characteristics and photoresponsivity are measured on the vertical mesa of an epitaxially-grown N+InGaAs/P-InGaAs/N+InGaAs wafer. When a proper current bias is applied on a biristor, it makes a spiking voltage signal with a corresponding value. A photoresponsive InGaAs biristor neuron suitable for neuromorphic visual systems is demonstrated. It receives optical signals, converts them to electrical signals, and simultaneously transmits spiking signals to a neural network. This feature is attractive for an input neuron in spiking neural networks (SNNs). A visible and infrared (IR) light photoresponse with near 1 V operation was achieved thanks to the narrow bandgap energy of the InGaAs. This permits broadband detection with lower energy consumption and higher speed compared to previous Si-based neurons. Furthermore, monolithic 3D integration (M3D) of photoresponsive neurons over the synapses is available to construct a 3D neuromorphic visual system, which also minimizes the interconnect bottleneck because of its inherently low temperature fabrication.
본 연구에서는 InGaAs의 바이리스터의 단일 트랜지스터 래치 특성이 가시광선 및 적외선 대역에서 변화함을 이용하여 뉴로모픽 비쥬얼 시스템의 뉴런 소자로서 기능할 수 있음을 보였다. 에피택시 성장된 N+InGaAs/P-InGaAs/N+InGaAs 웨이퍼에 수직으로 메사를 형성하여 전기적 특성과 광반응성을 동시에 측정하였다. 바이리스터에 전류 바이어스가 가해지면 그에 따른 스파이킹 전압 신호를 생성한다. 광반응성 InGaAs 바이리스터 뉴런 소자는 광학 신호를 받아 전기적 신호로 변환함과 동시에 뉴럴 네트워크로 스파이킹 신호를 전송한다. 이러한 성질은 스파이킹 뉴럴 네트워크를 이루는 입력 뉴런에 적합하다. 또한 InGaAs의 낮은 밴드갭으로 인해 가시광선 영역에 더해 적외선 대역에 반응할 수 있으며 1V에 달하는 낮은 작동전압을 갖는다. 이로 인해 기존 실리콘 기반 뉴런에 비해 낮은 전력 소모와 높은 속도를 가지는 적외선 대역 감지가 가능하게 되었다. 또한, 저온 공정을 사용하기 때문에 시냅스 상단에 광반응성 뉴런을 모놀리식 3D 방식으로 집적할 수 있으며, 이로 인해 연결부 병목을 최소화하여 3차원 뉴로모픽 비쥬얼 시스템을 구현할 수 있다.
