보고서 정보
주관연구기관 |
한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute |
연구책임자 |
백용순
|
참여연구자 |
정승준
,
신현출
,
박성준
,
Steve I. Perlmutter
|
보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2021-12 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202200008147 |
DB 구축일자 |
2022-08-13
|
키워드 |
실리콘레이저.메타물질.테라헤르츠.뉴로모픽.뇌-뉴로모픽 인터페이스.Silicon Laser.Meta material.Terahertz.Neuromorphic.Brain-neuromorphic interface.
|
초록
▼
□ 과제수행 목표 및 내용
○ 최종 목표
[광전집적 원천기술개발]
- 고온 동작용 III-V on Si 광원 기술개발
- 광소자(PIC) 및 전자소자(EIC)의 3D 이종/광전 집적 기술개발
- 데이터센터용 3D 광전집적 광송신기 기술개발
- 서브파장 능동메타물질 기반 초소형 광집적소자 원천기술 개발
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 개발
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- SNN 기반 뉴로모픽 신경신호 디코딩-인코딩 인터페이스 원천기술 확보
- 생물학적
□ 과제수행 목표 및 내용
○ 최종 목표
[광전집적 원천기술개발]
- 고온 동작용 III-V on Si 광원 기술개발
- 광소자(PIC) 및 전자소자(EIC)의 3D 이종/광전 집적 기술개발
- 데이터센터용 3D 광전집적 광송신기 기술개발
- 서브파장 능동메타물질 기반 초소형 광집적소자 원천기술 개발
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 개발
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- SNN 기반 뉴로모픽 신경신호 디코딩-인코딩 인터페이스 원천기술 확보
- 생물학적 뉴런·시냅스 기반 SNN-NPU 시뮬레이터, FPGA, 그리고 프로토타입 칩 개발
- 뇌-뉴로모픽 양방향 인터페이스 시스템 구현
- 뉴로모픽 감각신호 디코딩-인코딩 연구
- CMOS 호환 3-단자 뉴로모픽 시냅스·뉴런 어레이 원천기술 개발
○ 1단계
□ 목표
[광전집적 원천기술개발]
- III-V on Si 성장 기반 고온 동작 광원 소자 개발
- 50GHz급 광전집적 모듈 개발
- 광전집적용 40GHz급 전자소자 개발
- 서브파장 능동 메타물질 기반 초고집적 광소자/광부품 개발
- 집적형 테라헤르츠 핵심 모듈 개발
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- 고집적 능동형 생체신호 검출 어레이 기술 개발
- 지능형 생체신호처리 듀얼코어 프로세서 및 생체통신 채널모델 고도화 기술 개발
- 신경 인터페이스 디바이스 플랫폼 2.0 요소기술 개발
- 생물학적 뉴런·시냅스 모델 기반 SNN-NPU 시뮬레이터 개발
- 고 신뢰성 신경전극 어레이 제작 기술 개발
- 촉각자극-단일 신경선유 발화 신호 DB 구축
- 이중-게이트 정련층 구조 전기·광 시냅스 소자 개발
□ 내용
[광전집적 원천기술개발]
• III-V on Si 성장 기반 고온 동작 광원 소자 개발
- III-V on Si 광원 소자용 에피 구조 성장 최적화 개발 (결함밀도: 7x10-6cm-2)
- 85℃ 동작 2mW급 1.3μm 파장대역 III-V on Si 광원 소자 개발
• 50GHz급 광전집적 모듈 개발
- 50GHz 대역폭 Analog IC/Interposer 패키징 기술 개발
- 고속 동작 광송수신 소자 기반 기술 개발
- 열전도도 7W/m·K급 계면접착소재 및 레이저 기반 동시 전사 접합 공정 구현 (일괄 공정 디바이스 수: 10개)
• 광전집적용 40GHz급 전자소자 개발
- 40GHz급 대역폭 광변조기 드라이버 설계
- 40GHz급 광변조기 드라이버 제작 및 측정 (최대이득: 10dB, 최대출력: 1.5Vpp)
• 서브파장 능동 메타물질 기반 초소형 광집적소자 원천기술 개발
- In-Plane 메타물질 기반 초소형 광필터 및 능동형 광변조기 설계 (4μm 이하 크기, 소광비 10dB 이상)
- In-Plane 메타물질 기반 능동형 1x2 광스위치 설계
- 주기 1/5λ 이하 초고집적 메타물질 제조 공정 기술 개발
• 테라헤르츠 reflectometry 시스템 개발
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 설계 및 데이터 처리 기술 개발
- 테라헤르츠 태그 형성 및 테라헤르츠 영상획득 기술 (처리시간: < 2초, 해상도: < 1.5mm, 주파수: > 400GHz, 데이터용량 : 32 bit/cm2)
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
• 능동형 생체신호 검출 및 자극 프론트엔드 복합 어레이 기술 및 생체 검사 /치료용 NEMS 공진기/초소형 엑스선 튜브 기술 개발
- 프론트엔드 구동소자 어레이를 위한 고유연 기판 구조 및 TFT 소자 기술
- 능동형 생체신호 검출 및 자극 프론트엔드 복합 어레이 구현을 위한 픽셀 구조 및 집적 공정 기술
- 수동형 생체신호 프론트엔드 복합 어레이 시스템 집적화 및 생체환경에서의 신뢰성 개선 기술
- 인체이식형 연속혈당 측정 NEMS 공진기 모듈 개발
- 초고밀도 전계방출 전자원 및 초소형 생체검사/근접치료용 엑스선 튜브 및 모듈 제작기술 개발
- 고 신뢰성 대뇌피질 이식용 신경전극 어레이 제작 기술 개발
• 생체신호 처리/전송 통합 프로토타입 개발 및 디바이스 플랫폼 1.0 응용시제품 적용 시험
- 생체신호처리 NZV 프로세서 칩 성능 검증시험
- 생체신호처리 테스트벤치 및 SW API 개발
- 생체신호 처리/전송 통합 프로토타입 개발 및 시험
- 임플란터블 디바이스 플랫폼1.0 응용시제품 적용 시험
• 디바이스 플랫폼 1.0 제작 및 동물적용 신경 인터페이스 구현
- 신경신호 감지 및 자극 집적 회로 칩
- 신경 인터페이스 디바이스 플랫폼 1.0 회로 통합 제작
- 디바이스 플랫폼 1.0 활용 동물적용 신경 인터페이스 구현
• SNN 기반 뉴로모픽 프로세서 기술 개발
- 생물학적 뉴런/시냅스 모델 기반 SNN-NPU 시뮬레이터 개발
- 생물학적 아날로그 뉴런/시냅스 단위 회로 개발
- 생물학적 아날로그 뉴런/시냅스를 위한 전원/바이어스 회로 설계
- 생물학적 뉴런 모델 FPGA 프로토타입 하드웨어 설계
- 생물학적 뉴런 모델 검증용 FPGA 프로토타입 보드 개발
• 뇌-뉴로모픽 양방향 인터페이스 기술 개발
- 화소 내 신호 증폭 가능한 능동형 전극 구조 개발
- In vitro 실험을 위한 저온-생체적합 패키징 기술
- 고해상도 복합 어레이용 TFT 미세 피치 공정 기술
- 고 신뢰성 신경전극 어레이 기술 개발
• 감각신호 디코딩-인코딩 연구
- 영장류 운동대뇌피질(motor cortex) 신경활동 신호 획득
- 쥐 두렁신경(Saphenous nerve) 단일 신경섬유 발화 신호 획득
- 촉각 자극-감각신경 반응 모델링
- 신경신호 감지자극 연산처리용 디바이스
- 양방향 신경인터페이스 및 폐-루프 제어
• 뉴로모픽 시냅스 뉴런 연구
- 이중-게이트 절연 층 구조 시냅스 소자 연구
- 이중-게이트 절연 층 구조 광 시냅스 소자 연구
- 하부 게이트용 투명전극 식각 기술
- Flash cell 기반 시냅스 소자 연구
- ALD 산화물 기반 뉴런 소자 연구
○ 2단계
□ 목표
[광전집적 원천기술개발]
- 100℃ 고온동작 10mW 1.3um III-V on Si 양자점 레이저
- 3D 이종/광전 집적 기반 100Gbaud 광송신 모듈 개발기술개발
- In-Plane 서브파장 능동 메타물질 기반 초고집적 광소자/광부품 기술 개발
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 및 태그 영상획득 기술 고도화
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- 생물학적 뉴런 및 시냅스 기반 SNN-NPU FPGA, 프로토타입 칩 개발
- in vitro & in vivo 양방향 수동 및 능동 뇌-뉴로모픽 디코딩-인코딩 플랫폼 개발
- SNN 기반 뇌-감각신경 디코딩 연구
- STDP 학습 기능을 가지는 CMOS 호환 3-단자 멤리스터 어레이 개발
□ 내용
[광전집적 원천기술개발]
• 100℃ 고온동작 10mW 1.3um III-V on Si 양자점 레이저
- 고온/고출력 동작을 위한 양자 구조 최적화
- 100℃ 동작 10mW급 1.3μm 파장대역 III-V on Si 광원 소자 개발
• 3D 이종/광전 집적 기반 100Gbaud 광송신 모듈 개발기술개발
- 60GHz급 대역폭 광변조기 드라이버 성능개선
- 3D 광전집적 모듈에 적용
- 80GHz 대역폭 인터포저 기반 이종/광전 집적 연결 기술 개발
- InP/SiN 이종 집적 광소자의 포토닉 와이어본딩 기술 최적화
- 열전도도 11W/m.K급 계면접착소재 개발
- 레이저 기반 동시 전사 접합 공정 구현(일괄 공정 디바이스 수: 30개)
- SiN 도파로 ECL 및 PC(Polarization Coupler) 구조 개발
- SiN 플랫폼 기반 NRZ 및 코히어런트 광 송신 모듈 개발
- 대역폭 60GHz급 변조기 개발
- 100GBaud 이종/광전 집적 광송신 모듈 시제품 제작 (4채널 NRZ / 2채널 IQ 변조기 적용)
• In-Plane 서브파장 능동 메타물질 기반 초고집적 광소자/광부품 기술 개발
- In-Plane 메타물질 기반 초소형 광필터 개발 (2μm 이하크기, 삽입손실 1dB 이하)
- In-Plane 메타물질 기반 능동형 광변조기 개발 (4μm 이하크기, 삽입손실 1dB 이하, 소광비 10dB 이상)
- 1/10λ 이하 주기 초고집적 메타물질 제조 공정 기술 개발
• 테라헤르츠 reflectometry 시스템 및 태그 영상획득 기술 고도화
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 고도화 (분해능: 100㎛)
- 테라헤르츠 편광 주파수 제어 기반 태그 영상획득 기술 (처리시간: < 1초, 해상도: < 1mm, 주파수: > 500GHz, 데이터용량: 128 bit/cm2)
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
• SNN 기반 뉴로모픽 프로세서 기술 개발
- 생물학적 뉴런/시냅스 모델을 지원하는 SNN-NPU 시뮬레이터 고도화
- 생물학적 기능 탑재 아날로그 단위 뉴런/시냅스 회로를 연결한 통합회로 설계
- 고정소수점 모델 기반 SNN-NPU FPGA 프로토타입 아키텍처 개발 및 하드웨어 설계
- 생물학적 뉴런과 시냅스 어레이로 구성된 SNN-NPU 프로토타입 칩 개발
• 뇌-뉴로모픽 양방향 인터페이스 기술 개발
- 스파이크 검출 기능 in vivo OLED 수동 복합 어레이 기술 개발
- 스파이크 검출 기능 in vitro OLED 능동 복합 어레이 기술 개발
- OLED 광원을 포함하는 in vitro 3-D MEA 구현
- in vitro 및 in vivo 신경전극의 신뢰성(독성 및 기록과 자극 내구성) 확보
- 금 나노다공성 구조 최적화를 통한 임피던스 및 자극 성능 향상
• 감각신호 디코딩-인코딩 연구
- 복합자극-다발신경 반응 DB 구축
- 감각피질신호-말초신경신호 연관성 확보
- 정적/동적 기계적 촉각 자극-신경신호 모델링
- 실시간 스파이크 분류 기술 개발
• 뉴로모픽 시냅스 뉴런 연구
- 이중-게이트 절연 층 구조 시냅스 선형성 및 상태 수 향상
- 이중-게이트 절연 층 구조 3-단자 뉴로모픽 시냅스 모델링
- 이중-게이트 절연 층 구조 3-단자 뉴로모픽 시냅스 어레이 (32X32) 제작
- 이중-게이트 절연 층 구조 3-단자 뉴로모픽 시냅스 어레이 MNIST 테스트
□ 과제 수행과정 및 내용
ㅇ 과제 수행과정
[광전집적 원천기술개발]
• III-V on Si 성장 기반 고온 동작 광원 소자 개발
- 실리콘 기판 상에 GaAs 성장시 결함 전파를 억제하기 위해 열처리 기법과 DFL(defect filter layer)를 도입하여 결함 전파 억제. 양자우물안에 양자점을 성장하여 고밀도 고품질의 1.3um 파장대역의 양자점 성장
• 50GHz급 광전집적 모듈 개발
- Si interposer에 Cu TSV를 공정을 확보하여 3D 적층하여 고밀도 광전소자를 제작하고, 포토닉와 이어본딩 저가 고속 패키징 기술을 확보
• 광전집적용 40GHz급 전자소자 개발
- 40GHz급 광변조기 드라이버 설계, 제작 및 측정 (최대이득: 10dB, 최대출력: 1.5Vpp)
• 서브파장 능동 메타물질 기반 초고집적 광소자/광부품 개발
- In-Plane 메타물질 기반을 기반으로 하는 초소형 광필터, 능동형 광변조기, 및 광스위치 설계를 통하여 1/5λ 이하 초고집적 메타물질 광소자 제조 원천 공정 확보
• 집적형 테라헤르츠 핵심 모듈 개발
- 테라헤르츠 핵심 모듈을 개발하여 다양한 응용 기술 개발. 테라헤르츠 테크 기술, 테라헤르츠 영상 확득 기술등에 응용
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- SNN 기반 뉴로모픽 프로세서 기술개발의 목표는 뇌-뉴로모픽 디코딩-인코딩플랫폼에 최적화된 NPU 프로토타입 칩 개발임
- 이를 위해 1단계 2차년도에는 생물학적 뉴럴 네트워크를 모사할 수 있는 뉴런 및 시냅스 모델 개발 및 이를 적용한 NPU 상위수준 시뮬레이터 개발함
- 2단계에는 1단계에 개발한 NPU 시뮬레이터를 레퍼런스로 활용하여 NPU 코어를 하드웨어로 구현한 NPU FPGA 프로토타입을 개발하고, 이를 기반으로 하여 NPU 코어에 대한 칩 설계 및 검증을 거쳐NPU 프로토타입 칩을 개발하며, 최종적으로 뉴로모픽 디코딩-인코딩 플랫폼에 통합하여 시험 검증함
- 1단계까지 개별적으로 개발되어온 광 자극과 전기 자극 기술을 2단계에 융합하여 128-채널 뇌-뉴로모픽 디코딩-인코딩 in vitro 플랫폼을 개발할 예정임
- 광 자극-전기자극 in vivo 복합 플랫폼은 2단계까지 생물학적 안정성과 성능적 측면에서의 이식 내구성 등을 확보할 계획임
ㅇ 과제 수행내용
[광전집적 원천기술개발]
• III-V on Si 성장 기반 고온 동작 광원 소자 개발
- 실리콘 기판 상에 저결함 GaAs 버퍼 성장 기술 (결함밀도: 7x106cm-2)
- 85℃ 동작 2mW급 1.3μm 파장대역 III-V on Si 광원 소자 개발
• 50GHz급 광전집적 모듈 개발
- 50GHz 대역폭 Analog IC/Interposer 패키징 기술 개발
- 고속 동작 광송수신 소자 기반 기술 개발
- 열전도도 7W/m·K급 계면접착소재 및 레이저 기반 동시 전사 접합 공정 구현 (일괄 공정 디바이스 수: 10개)
• 광전집적용 40GHz급 전자소자 개발
- 40GHz급 광변조기 드라이버 설계, 제작 및 측정 (최대이득: 10dB, 최대출력: 1.5Vpp)
• 서브파장 능동 메타물질 기반 초고집적 광소자/광부품 개발
- In-Plane 메타물질 기반 초소형 광필터 및 능동형 광변조기 설계 (4μm 이하 크기, 10단계 이상 변조)
- In-Plane 메타물질 기반 능동형 1x2 광스위치 설계
- 메타물질 기반 고해상도 광필터 부품 개발 및 주기 1/5λ 이하 초고집적 메타물질 제조 원천 공정 기술 개발
• 집적형 테라헤르츠 핵심 모듈 개발
- 안테나 하이브리드 집적 THz파 발생 및 검출 모듈 개발 (발진주파수: 300GHz, 출력: > 50㎼)
- 안테나 집적형 RTD 모듈 개발 (발진주파수: 300GHz, 출력: > 100㎼)
- 테라헤르츠 태그 형성 및 THz 영상획득 기술(처리시간: < 2초, 해상도: < 1.5mm, 주파수: > 400GHz, 데이터용량: 숫자 24자리)
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- 1단계 1차 년도까지는 신경신호의 디지털 처리를 기반으로 하는 전통적인 BCI를 위한 임플란터블 디바이스/시스템을 개발하였으며, 1단계 2차 년도부터는 SNN을 기반으로 하는 차세대 BCI를 위한 핵심원천기술 개발로 전환됨
- 이를 위해 뇌-뉴로모픽 양방향 소통을 추진하며, 이를 위한 뇌-뉴로모픽 디코딩-인코딩 플랫폼을 개발하고자 함
- 효율적인 추진을 위하여 뇌 과학-뇌 인터페이스-뉴로모픽 공학의 유기적인 협력 수행 체계를 구축함
□ 과제 수행결과 및 목표달성도
ㅇ 과제 수행결과
정량
정성
2020년도 (성과)
[광전집적 원천기술개발]
• 저결함GaAs/Si 버퍼 성장 기술 확보( < 1x107cm-2)
• InP mHEMT공정 기술 확보
• WG-PD/TIA/FPCB 3D 집적 공정 확보
• In-plan 메타 물질 기반 5um 이하 능동 광부품 제작
• 고열전도도 계면 접합 소재 개발(8.17W/mK)
• 전사-접합 동시공정 개발
• 고속 스켄THz 태깅시스템 개발
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
• 수동 및 능동 복합 어레이 개발 (OPD 0.7mW/mm2)
• 광접착-광패턴 동시구현 패시베이션 기술 개발
• 저 전압(0.63 V) 구동 NZV 프로세서 개발
• 저잡음 신경인터페이스디바이스 플랫폼 1.0제작
• 연속혈당 측정 나노공진기모듈 개발
• 초고밀도 전계방출 전자원 개발
• 임플란터블 X-선모듈 개발
2021년도 (성과)
[광전집적 원천기술개발]
• 1.3um 양자점 실리콘 레이저 상온 펄스 발진
• 3D 집적용 SiInterposer 대역폭특성개선(70GHz@3dB)
• 국내 최초로 단일모드 기반 WG의 PWB 손실 1.17 dB 확보
• 40GHz 광변조기 드라이버 설계
• 능동메타기반초소형 광필터 (3.6μm), 광스위치(2.5μm)설계
• 테라헤르츠Reflectometry 시스템 개발
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
• SNN-NPU 시뮬레이터 프레임워크 개발
• 아날로그 뉴런 시냅스 모델 개발
• 수동 및 능동 복합 어레이 성능향상 (OPD 1.5mW/mm2)
• 수동 및 능동 복합 어레이 생체친화성 검증
• 고 신뢰성 신경전극 제작 기술 및 생체친화성 검증
• 단일 촉감 반응 DB 구축
• Deep trap site 제어 기술 도출
[광전집적 원천기술개발]
• III-V on Si 성장 기반 고온 동작 광원 소자 개발
- 1.3μm 파장대역 저결함 III-V on Si 광원 소자용 에피 성장 최적화(결함밀도: 7x106cm-2)
- 상온 펄스 발진 III-V on Si BSLD 제작( /th= 270mA, 출력 P = 120 mW@500 mA, 400x40 um2)
• 50GHz급 광전집적 모듈 개발
- 50GHz 대역폭 인터포저를 이용한 광소자(PIC) 및 전자소자(EIC)의 3D 이종/광전 집적 기술
- 50GHz급 PIC & EIC on Interposer간 방열 최적화된 구조 개발
- 열전도도 9W/m·K급 계면접착 소재 및 레이저 기반 동시 전사 접합공정 구현(일괄공정 디바이스 수: 10개)
- 레이저 기반 동시 전사 접합공정 구현(일괄공정 디바이스 수: 10개)
- 저손실 고집적 SiN 광 도파로 공정기술 개발
- 포토닉 와이어 기반으로하는 WG-PD(InP)/AWG(SiO2) 기반 광수신모듈 제작
- SiN 광도파로 기반 위상 변조기 실장 플랫폼 기술 개발
• 광전집적용 40GHz급 전자소자 개발
- 광전집적용 40GHz급 전자소자 개발을 위한 능동/수동소자 모델링
- 광변조기 드라이버 설계 - 최대이득: 10dB, 최대출력>1.9Vpp, 대역폭>60GHz
- 4인치 InP mHEMT 공정을 적용하여 광변조기 드라이버 제작
• 서브파장 능동 메타물질 기반 초고집적 광소자/광부품 개발
- In-plane 메타 물질 기반 능동형 광스위치능동형 광스위치 /저손실 능동형 광스위치 설계
- 주기 1/5λ 이하 초고집적 메타물질 제조 공정 기술 개발
- 나노임프린트 공정 기반 초고집적 메타물질 제조 공정 기술 개발
• 집적형 테라헤르츠 핵심 모듈 개발
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 setup
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템의 성능 검증용 기초 실험
- 테라헤르츠 태그 형성 및 고속 영상획득 기술 (연속파 시스템 기반)
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
• SNN 기반 뉴로모픽 프로세서 기술 개발
- 생물학적 뉴런·시냅스 모델 기반 SNN-NPU 시뮬레이터 개발
- 생물학적 아날로그 뉴런·시냅스 단위 회로 개발
- 생물학적 아날로그 뉴런·시냅스를 위한 전원·바이어스 회로 설계
- 생물학적 뉴런 모델 FPGA 프로토타입 하드웨어 설계
- 생물학적 뉴런 모델 FPGA 프로토타입 보드 설계
• 뇌-뉴로모픽 양방향 인터페이스 플랫폼 기술 개발
- 생체신호 측정 및 광자극을 위한 복합 어레이 기술 개발
- 능동형 전극 어레이 기술 개발
- 저온 생체적합봉지 구조 개발
- 고 신뢰성 신경전극 어레이 기술 개발
• 감각신호 디코딩-인코딩 연구
- 원숭이 운동 대뇌피질 신호 획득 및 분석
- 마우스 감각 신경 신호 획득 및 분석
- 실시간 스파이크 신호 연산용 신경 인터페이스 디바이스 개발
• 뉴로모픽 시냅스·뉴런 연구
- 이중 게이트 절연 층 구조 시냅스 소자 연구
- 하부 게이트용 투명전극 식각 기술
- Flash cell 기반 시냅스 소자 연구
- ALD 산화물 기반 뉴런 소자 연구
ㅇ 과제 수행 목표달성도
가. 과제 수행 목표달성도(기술개발성과지표)
[광전집적 원천기술개발]
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
나. 공통지표
□ 관련 분야에 대한 기여
◯ 관련 분야 과학적·기술적·경제적·사회적 기여
과학적
• 실리콘 기판 상에저결함 GaAs 버퍼 성장 기술, 결함 밀도 1x107cm-2이하 제어 ETRI저널 게재
• 고속 광소자 패키징 기술, 상위 20% SCI 논문 게재(J. Light wave tech)
• 능동 메타물질 기반 컬러 필터 원천 기술 개발 : SCI 상위 10% 논문 게재
• 나노격자 기반 컬러 구현 기술 개발 SCI 상위 10% 논문 게재
• 테라헤르츠 고속 영상을 획득하는 시스템을 개발, 8cm x 8cm 이미지를 영상 획득 및 후처리와 표시까지 걸리는 시간을 2초 이내로 달성, 상위 20% SCI저널인 IEEE의 Journal of Lightwave Technology 게재
• “테라헤르츠 소자/실리콘 기반 안테나의 집적화 기술”, 미국 특허 츨원
기술적
• 국내 최초로 MOCVD를 이용하여 실리콘 기판상에 결함밀도 1x107cm-2 이하의 저결함 버퍼 성장기술 확보
• 포토닉와이어 본딩 국산화 기술: 국내에서 최초로 단일모드 기반 WG의 PWB 손실 1.17 dB 확보
• 레이저 기반 동시 전사 접합 기술: 기술 가치 평가(60억원)으로 현재 기술이전 추진 중
• Reflectometry system 자체 제작하여 테라헤르츠주파수별 고분해능 이미지 획득 성공
경제적
• 나노전계 에미터 및 디지털 엑스선 튜브: 국내 중소기업 기술 이전 1억원
• 나노 패턴 대면적 제작 기술: 국내 중소기업 기술 이전 0.64억원
• 고전도 저비용 금속 페이스트 소재: 국내 중소기업 기술이전 9백만원
• 저전력 시물데이터 수집 기술: 기술이전 0.15억원
사회적
◯ 후속 과제에 도움을 줄 수 있는 연구 결과
- 실리콘 기판 상에 GaAs 저결함 버퍼 성장 기술은 향후 실리콘 기판 상에 저결함 InP 버퍼 성장기술의 기반 기술로 활용 가능
- 이종 물질 접합 기술 및 포토닉 와이어 본딩 기술은 향후 실리콘 포토닉스 연구에 활용 가능
- 메타 물질을 활용한 초소형 광소자 개발 기술은 향후 고집적 광소자 연구에 활용 가능
- 테라 reflectometry 시스템은 막의 코팅 두께나 균일도 분석, 선박 또는 차량의 페인트 코팅 분석 등에 활용
- 생물학적인 뉴런과 시냅스의 동작을 충실히 모사할 수 있는 SNN 기술과 새로운 멤리스터/뉴리스터 소자 기술을 접목시킴으로써 기존의 딥 러닝 기술과 artificial neural network 기술보다 훨씬 생물학적으로 유사한 신경모사기술을 개발하고 이를 응용
- ‘감각운동 신경인터페이스 디바이스 플랫폼’을 다양한 동물 실험을 위한 실험용 연구 플랫폼 구축하여 뇌 연구의 허브역할
□ 성과관리 및 활용계획
◯ 성과관리 현황
- (데이터 생산 및 관리) 전자현미경, SEM, TEM, XRD, PL, XRF, Raman 분석 등의 결정성, 고주, 전기 화학 분석 장비를 통한 데이터 수집. in vitro 및 in vivo 신경전극어레이와 기록시스템을 이용한 신경활동 및 감각 신호 수집
- (연구데이터 저장 및 보존) 측정 장비 PC 내 원본 연구 데이터 저장. 수행 단계별로 생성된 연구 데이터를 기술문서 형태로 연구관리 시스템에 등록, 생성된 데이터를 백업
- (데이터 공동활용)학회나 학술지를 통한 선별적 공개. 공유된 정보의 지적재산권 보호를 위해, 연구개발을 위한 시제품 개발에만 적용 및 향후 사업화를 위한 활용 시 별도의 기술이용료 납부에 동의하는 기관에만 공개
◯ 성과활용 계획
기술적
기술 - 실리콘 기판 상에 저결함 버퍼 성장 기술
활용 - 대면적 실리콘 기판을 이용한 실리콘 레이저 기술은 국내 중소기업에 기술이전을 통한 초소형, 고집적, 저가의 반도체 레이저 기술 확산을 유도하고, 초고속 고밀도 광전집적 기술을 통해 데이터 통신, 센서, 디스플레이 등에 접목하여 타분야 산업으로 확산
기술 - 포토닉와이어본딩 기술
활용 - 포토닉 와이어 본딩 기술 국산화 및 핵심 기술 확보를 통한 기술 이전 실행
기술 - 서브파장 메타물질
활용 - 서브파장 메타물질 신구조를 능동적으로 제어하는 기술을 접목하여, 초고집적 광회로에 적용할 수 있는 능동 메타물질 기반 초소형 광소자 컴포넌트를 개발하여 국내 관련 산업계에 확산함
사회문제 해결
기술 - 테라헤르츠 태그
활용 - 제품의 내부에 직접 영구적으로 부착 또는 포함이 가능한 은닉형 태그 기술을 개발, 위조·변조가 치명적인 분야, 특시 식품이나 고가 재질의 원산지 속이기 등에 대한 해결책으로 제시하는 기술을 개발, 활용
기술 - 테라헤르츠 reflectometry 기술
활용 - 대기 오염, 생물학적 위험, 신체 생리적 건강 상태 등의 분석에 활용 가능한 기술로 개발, 건강 사회에 기여
기술 - 고 신뢰성 및 뉴로모픽 뇌 인터페이스 기술
활용 - 지능형 뇌 조절(neuromodulation) 기술의 구현에 기여함으로써 고령화에 수반되는 다양한 뇌 신경계 질환에 대해 적극적인 대응을 통해 신경계 장애인의 경제 사회적 활동을 지원하는 것이 가능함
사업화 전략
기술 - 3D 나노 프린팅 기반의 포토닉 와이어 본딩
활용 - 포토닉화이어 본딩 장비 국산화 및 관련 요소 기술 특허 확보를 통하여 국내 광통신 패키징 기업에 기술이전을 통해 사업화 추진
기술 - 레이저 기반 동시 전사 접합 기술
활용 - 기업 가치 평가를 통하여 기술 가치를 정량화하고 본 기술이 활용 가능한 분야의 기업에 기술 이전를 통하여 사업화
기술 - 테라헤르츠 고속 이미징 기술
활용 - 기존의 비파괴 검사 기술로 판별이 부정확 했던 분야, 예를 들어 박막의 코팅 두께나 균일도 분석, 선박 또는 차량의 페인트 코팅 분석 등에 활용
기술 - 뇌-뉴로모픽 양방향 인터페이스 기술
활용 - 차세대 BCI 분야, 신경조절과 전자 약 등 뇌 질환 치료 분야, 뇌 질환 치료제 개발, 뇌 과학 기초연구 분야의 고도화에 활용 가능성 있음
□ 향후 과제 수행계획
◯ 다음 단계(2단계: ’22~’24년) 연구개발 계획
1) 연구개발 목표 및 내용
가) 연구개발목표
[광전집적 원천기술개발]
- 고온동작 III-V on Si 광원 개발
- 80GHz급 인터포저 기반 3D 이종/광전 집적 기술 개발
- SiN 플랫폼 이종 집적 기반 100Gbaud 광송신 모듈 개발
- 광전집적 IC용 60GHz급 전자소자 최적화 개발 및 모듈 적용 시험
- 서브파장 능동 메타물질 기반 초고집적 광소자/광부품 기술 개발
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 및 편광 태그 영상획득 기술 개발
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- 생물학적 뉴런 및 시냅스 기반 SNN-NPU FPGA, 프로토타입 칩 개발
- in vitro & in vivo 양방향 수동 및 능동 뇌-뉴로모픽 디코딩-인코딩 플랫폼 개발
- SNN 기반 뇌-감각신경 디코딩 연구
- STDP 학습 기능을 가지는 CMOS 호환 3-단자 멤리스터 어레이 개발
나) 연구개발내용
[광전집적 원천기술개발]
- 100℃ 동작 10mW급 1.3μm 파장대역 III-V on Si 광원 소자 개발
- InP/SiN 이종 집적 광소자의 포토닉 와이어본딩 기술 최적화
- 레이저 기반 동시 전사 접합 공정 구현(일괄 공정 디바이스 수: 30개)
- 고방열부품용 계면접착소재 신뢰성 최적화(열전도도 11W/m·K급)
- 100GBaud 이종/광전 집적 광송신 모듈 시제품 제작(4채널 NRZ / 2채널 IQ 광변조기 적용)
- 60GHz급 광변조기 드라이버 제작(최대이득: 10dB, 최대출력: 2Vpp)
- In-Plane 메타물질 기반 초소형 광필터, 광변조기, 광스위치 개발
- 테라헤르츠 reflectometry 시스템 고도화(100um)
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
• SNN 기반 뉴로모픽 프로세서 기술 개발
- 생물학적 뉴런/시냅스 모델을 지원하는 SNN-NPU 시뮬레이터 고도화
- 생물학적 기능 탑재 아날로그 단위 뉴런/시냅스 회로를 연결한 통합회로 설계
- 고정소수점 모델 기반 SNN-NPU FPGA 프로토타입 아키텍처 개발 및 하드웨어 설계
- 생물학적 뉴런과 시냅스 어레이로 구성된 SNN-NPU 프로토타입 칩 개발
• 뇌-뉴로모픽 양방향 인터페이스 기술 개발
- 스파이크 검출 기능 in vivo OLED 수동/능동 복합 어레이 기술 개발
- OLED 광원을 포함하는 in vitro 3-D MEA 구현
- in vitro 및 in vivo 신경전극의 신뢰성(독성 및 기록과 자극 내구성) 확보
- 금 나노다공성 구조 최적화를 통한 임피던스 및 자극 성능 향상
• 감각신호 디코딩-인코딩 연구
- 복합자극-다발신경 반응 DB 구축
- 감각피질신호-말초신경신호 연관성 확보
- 정적/동적 기계적 촉각 자극-신경신호 모델링
- 실시간 스파이크 분류 기술 개발
• 뉴로모픽 시냅스 뉴런 연구
- 이중-게이트 절연 층 구조 시냅스 선형성 및 상태 수 향상
- 이중-게이트 절연 층 구조 3-단자 뉴로모픽 시냅스 모델링, 어레이 (32X32) 제작 및 어레이 MNIST 테스트
2) 국내외 분야 환경변화
3) 연구개발 추진전략
[광전집적 원천기술개발]
- ICT 창의연구소 내 3개 부서(광무선원천연구본부, 미래원천연구본부, 소재원천연구본부) 간 협력을 통해 이종접합 광전 집적 원천기술을 확보
- 이종접합 광전소자/모듈 개발은 광무선원천연구본부, 메타물질을 이용한 초소형 광소자 개발은 미래원천연구본부에서 연구하고, 이종물질 접합과 검사를 위한 원천기술은 미래기술연구본부에서 수행
- 2단계에서는 개발된 원천기술을 검증하기 위한 100Gbaud 광송신모듈 제작하고, 또한, 관련 원천·기반기술 확보를 통한 지속적인 응용 분야 발굴로 신규 사업 창출
[뉴로모픽 디코더-인코더 원천기술 연구개발]
- ICT 창의연구소의 관련 전문연구실과 인공지능연구소의 초경량지능형반도체연구실과의 협력을 통하여 뉴로모픽 프로세서 설계 연구, 생물학적 뉴런네트워크와 SNN 기반 뉴로모픽 프로세서 양방향 인터페이스 연구, 뉴로모픽 운동-감각 연구, 그리고 뉴로모픽 시냅스 소자 원천기술 개발
- 생물학적 수준의 연구와 동물 실험 등은 KAIST와 Univ. Washington 등과의 대외 협력을 통해 수행
- 한국 뇌 연구원(KBRI), KIST, 그리고 학계 뇌 과학자들의 자문과 전문가 세미나 등을 통한 소통으로 뇌연구 이해 증진 도모
4) 연구개발 일정 및 기대 성과
- 기대성과
5) 다음 단계 연구개발비 사용계획
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요약문 ... 2
- 목차 ... 12
- 1. 과제 개요 ... 13
- 1.1. 과제 수행계획 ... 13
- 1.2. 현황 및 접근방법 ... 18
- 2. 과제목표 및 수행과정 ... 52
- 2.1. 과제목표 ... 52
- 2.2. 과제 연차별 수행과정 및 내용 ... 54
- 2.3. 과제수행기간 추진체계 및 방법 ... 58
- 3. 과제 수행결과 및 목표달성도 ... 63
- 3.1. 과제 수행결과 ... 63
- 3.2. 목표달성도 ... 184
- 3.3. 목표 미달 시 원인분석 ... 186
- 4. 관련 분야에 대한 기여 ... 188
- 4.1. 과학적·기술적·경제적·사회적 파급효과 ... 188
- 4.2. 후속 과제에 도움을 줄 수 있는 연구 결과 ... 190
- 5. 성과관리 및 활용계획 ... 192
- 5.1. 성과관리 현황 ... 192
- 5.2. 성과활용 계획 ... 193
- 6. 향후 과제 수행계획 ... 194
- 6.1. 과제 목표 및 내용 ... 194
- 6.2. 국내외 관련 분야 환경변화 ... 203
- 6.3. 과제수행 추진전략 ... 204
- 6.4. 과제수행 일정 및 기대 성과 ... 207
- 6.5. 다음 단계 연구개발비 사용계획 ... 210
- 6.6. 사업화 추진 계획 ... 211
- 6.7. 연구개발 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 211
- 7. 연구개발비 사용실적 ... 217
- 8. 중요 연구변경 사항 ... 219
- 끝페이지 ... 220
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.