초록 ▼

연구의 목적 및 내용
소형 위성 시장이 크게 증가하고 있으며, 이와 더불어 인공위성에 탑재할 SoC들의 전력 효율성이 매우 중요해지고 있음. SoC의 전력 효율성을 높이는 가장 간단한 방법은 공급 전압을 낮추거나 고집적 공정을 사용하는 것임. 하지만, 우주의 극심한 방사능 환경 하에서 이러한 방법을 도입할 경우, SoC 안에 내장된 메모리의 동작 안정성이 방사능 입자들로 인한 소프트에러, TID 효과 등으로 인하여 크게 위협받을 수 있음. 본 연구는 이러한 문제점을 극복하고 30나노 이하의 초고집적 공정, 1V 이하의 낮은 공

연구의 목적 및 내용
소형 위성 시장이 크게 증가하고 있으며, 이와 더불어 인공위성에 탑재할 SoC들의 전력 효율성이 매우 중요해지고 있음. SoC의 전력 효율성을 높이는 가장 간단한 방법은 공급 전압을 낮추거나 고집적 공정을 사용하는 것임. 하지만, 우주의 극심한 방사능 환경 하에서 이러한 방법을 도입할 경우, SoC 안에 내장된 메모리의 동작 안정성이 방사능 입자들로 인한 소프트에러, TID 효과 등으로 인하여 크게 위협받을 수 있음. 본 연구는 이러한 문제점을 극복하고 30나노 이하의 초고집적 공정, 1V 이하의 낮은 공급전압에서 우주의 방사능 환경에 적합한 동작 안정성을 보이는 내장형 메모리 설계　기술을 개발하였음.

연구개발성과
1. 28nm FD-SOI 공정에 TID가 회로에 미치는 영향 분석
- 65nm CMOS 공정에서는 Stress Case와 관계없이 모든 RO 회로가 TID로 인하여 빨라지는 경향이 뚜렷함. 이는 기존의 연구들과 같은 경향성임. 28nm FD-SOI공정에서는 Stress Case와 관계없이 모든 RO 회로가 TID로 인하여 매우 낮은 조사 선량부터 느려지는 경향이 뚜렷함. 이는 기존의 연구결과들로서는 설명이 어려움.
- 28nm FD-SOI의 공정에서, PMOS의 경우 body와 BOX의 경계면에 축적이 되기 시작함. 이 경우 NMOS의 Vt는 거의 영향을 받지 않으나, PMOS의 경우 Vt가 상당히 감소할 것임. 즉 기존의 연구 결과와는 달리 TID가 PMOS의 전류에 큰 영향을 미치며, PMOS의 전류가 TID로 인해 심각하게 감소하므로, 회로가 느려지게 됨
2. 내방사선 SRAM 셀 제안
- 기존의 내방사선 SRAM셀인 Quatro의 경우 Soft-error에 대한 내성은 우수하지만, 미세공정의 공정 변이에 취약하여 실제 적용이 어려움
- 본 연구에서는 we-Quatro라는 새로은 SRAM셀을 제안함. Quatro가 10개의 트랜지스터로 만들어지는 반면, we-Quatro는 12개의 트랜지스터로 이루어짐. 그럼에도 불구하도 두 SRAM셀의 면적은 동일함. 이는 Quatro SRAM 레이아웃의 빈공간을 잘 활용하였기 때문임
- Monte-Carlo simulation 결과 we-Quatro의 경우 0.6V와 같은 낮은 전압에서도 안정적인 동작을 보임. 반면 Quatro의 경우는 쓰기 동작이 매우 불안함을 볼 수 있었음
- Test-chip으로 제작하여 Quatro와 we-Quatro의 읽기 및 쓰기 동작 안정성을 비교한 결과, Simulation 결과와 동일한 결론에 도달함
- 알파 소스 및 뉴트론 가속 실험을 통하여 Quatro와 we-Quatro의 Soft-error내성을 비교하였음. 측정 결과 두 SRAM셀의 Soft-error에 대한 내성은 동등 수준임
- TID 내성 실험에서 0.6V 공급전압에서 we-Quator는 200krad까지 안정적인 동작을 보임. 이는 본 연구 결과의 목표가 달성되었음을 잘 보여줌.

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
기존의 인공위성용 SoC 설계 기술들이 내방사선 성능 확보에만 초점을 맞추었다면, 본 연구는 전력 효율성과 내방사선 성능을 동시에 고려하여 개선할 것이다. 이와 같은 점에서 본 연구는 기존의 연구들과 큰 차별성을 가지고 있으며, 향후 많은 후속 연구를 창출할 수 있을 것으로 기대한다. 본 연구는 소형위성에 탑재되는 SoC 관련 원천기술을 확보할 것이며, 제안된 기술은 인공위성과 동작환경이 유사한 드론 및 전기자동차용 시스템 반도체에 직접적인 적용이 가능하다. 드론과 전기자동차 시장은 폭발적 성장성을 가지고 있으므로, 본 연구에서 제안된 기술들도 큰 시장성을 가진다고 할 수 있다.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 8
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 21
• 3-1. 목표 ... 21
• 3-2. 목표 달성여부 ... 21
• 3-3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책 (후속연구의 필요성 등) ... 22
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 23
• 붙임. 참고문헌 ... 24
• 끝페이지 ... 25