초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
상황판단, 형체인식 등 복잡한 기능을 효율적으로 실현할 미래형 반도체의 확률적 연산을 가능하게 하는 소프트웨어 기반의 딥러닝 등과 같은 컴퓨터의 유연성을 더욱 더 발전시키기 위해 하드웨어적인 해결책으로 재구성이 가능한 스위칭 소자와 이의 집적공정을 개발함.
○ [나노스위치 신소자 개발] 실리콘 후공정과 호환가능한 저온공정으로 제작 가능한 나노스위치 신소자의 스위칭 메카니즘을 연구하고 공정을 개발하며 특성을 검증함.
○ [나노스위치 소자 집적공정 개발] 나노스위칭 소자를

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
상황판단, 형체인식 등 복잡한 기능을 효율적으로 실현할 미래형 반도체의 확률적 연산을 가능하게 하는 소프트웨어 기반의 딥러닝 등과 같은 컴퓨터의 유연성을 더욱 더 발전시키기 위해 하드웨어적인 해결책으로 재구성이 가능한 스위칭 소자와 이의 집적공정을 개발함.
○ [나노스위치 신소자 개발] 실리콘 후공정과 호환가능한 저온공정으로 제작 가능한 나노스위치 신소자의 스위칭 메카니즘을 연구하고 공정을 개발하며 특성을 검증함.
○ [나노스위치 소자 집적공정 개발] 나노스위칭 소자를 CMOS와 집적할수 있는 공정을 개발하고, 집적된 나노스위칭 소자의 특성을 검증할 Test Vehicle을 설계하고 제작하여 단위소자 개발에 제공함.
○ [나노스위칭 설계/검증 기반구축] 나노스위칭 소자를 포함한 회로 및 아키텍처를 설계하고 검증할 수 있도록 소자의 거동모델과 압축모델을 개발하고, 나노스위치와 CMOS를 통합설계하는 설계 플랫폼을 구축함.

○ 전체 내용
○ 저온 실리콘 후공정으로 제작 가능한 양이온 이동 기반 대면적 나노스 위치 소자 집적기술 개발
- 유기물을 고체전해질로 사용하고 양이온 이동제어가 가능한 활성화전극을 활용하여 저전력 나노스위칭 소자를 제작하고 대면적 투명 유연소자로 응용가능성 확인
- CMOS공정과 호환성이 있는 소자 구현을 위해 기존 nano bridge 소자에 적용되었던 buffer layer 기술 최적화 이외에도 우수한 재구성로직 소자 특성을 보이는 chalcogenide 전해질의 높은 확산도 특성을 모방하기 위한 산화물 전해질 내 결함발생 등의 공정기술 도입
- 고집적, 고성능, 저전력 대면적 재구성 로직 소자의 원천기술을 확보할수 있는 신개념 나노스위칭 소자 구조 및 신소재 연구
○ 금속스위치 기반 고에너지효율 나노스위칭 소자 재구성회로 구현
- 3차원집적 가능한 NEMS기반 고에너지효율 나노스위칭소자 고집적,대면적 집적화 기술개발
- 고집적, 고성능, 저전력 성능을 가지며 대면적 구현이 가능한 소자의 원천기술을 확보할 수 있는 신개념 나노스위칭 소자 구조 및 신소재 연구
○ 나노스위칭 소자의 모델링 개발 및 설계/검증 환경구축
- 재구성로직 회로 구현을 위한 나노스위칭 소자에 대한 모델 수립 및 파라미터 추출
- 공정, 전압범위, 온도, 구조에 따른 모델 일반화 및 성능지표 정량화
- 회로 및 아키텍처 성능 평가용 시뮬레이션 환경수립
- 실험 평가 결과 반영을 통한 모델의 예측능력 향상 및 모델 정교화
○ 나노스위치 집정공정 개발 및 Test Vehicle 설계/제작
- 실리콘 후속공정과 호환 가능한 저온공정 개발
- 다양하게 연구되는 소자의 다양한 동작전압, 전류, 스피드 등을 평가하기 위해 평가용 웨이퍼 제작을 위한 회로설계 및 후속 학교/연구소 공정을 위한 마스크의 설계 및 제작
- 본 연구에서 개발한 고집적, 고성능 스위칭소자와 CMOS 회로를 집적한 재구성 회로 및 아키텍처의 프로토타입을 제작하고 평가함.
○ TRL 2단계로 개시하여 TRL 5단계로 종료를 목표로 함

○ 1단계
□ 목표
○ Bi-layer electrolyte/Te-filament 나노 스위칭 소자 연구
○ 금속스위치 기반의 고 에너지 효율 나노스위칭 소자 개발
○ 나노스위칭 소자의 모델링 개발 및 설계/검증 환경구축
○ 나노스위칭 소자의 집적공정 개발 및 Test Vehicle 제작
○ Configurable Analog/Logic Block 검증용 평탄형 메모리 셀 개발

□ 내용
○ Bi-layer electrolyte/Te-filament 나노 스위칭 소자 연구
- 원자층증착기와 활성화 전극을 이용한 나노스위칭 소자 array 제작
○ 금속스위치 기반의 고에너지 효율 나노스위칭 소자개발
- 금속스위치 기반의 나노스위칭 소자 개념정립
- Prototype 나노스위칭 소자 구현 및 최적화 연구
○ 나노스위칭 소자의 모델링 개발 및 설계/검증 환경구축
- 나노스위치 소자 특성분석을 통한 예비 모델링
- 나노스위치 소자 I-V 및 C-V 모델 수립
- 요소회로 적용결과 피드백을 통한 소자 모델 검증
○ 나노스위치 집적공정 개발 및 Test Vehicle 제작
- 실리콘 후속공정과 호환 가능한 저온공정 개발
- 여러 참여기관에서 연구하는 다양한 소자의 성능지표(동작전압/전류, 동작속도 등)를 평가하기 위해 평가용 웨이퍼 제작을 위한 회로설계및 학교/연구소의 후속 공정을 위한 마스크의 설계 및 제작
○ CAB/CLB 검증용 평탄형 메모리 셀 개발
- CAB/CLB 및 아키텍처의 사전 검증용 평탄형 메모리셀 개발

○ 2단계
□ 목표
○ 산화물 고체 전해질 기반 고성능 나노스위칭 소자 어레이 제작
○ NEM 스위치 소자 및 이종집적 재구성 가능 회로 개발
○ 나노 스위칭 소자의 모델링 개발 및 설계/검증 환경구축
○ 평탄형 플래시 메모리셀(Planar Memory)을 이용한 재구성회로 개발
○ 나노 스위칭 소자를 이용한 재구성회로 구현

□ 내용
○ 산화물 고체 전해질 기반 고성능 나노스위칭 소자 array 제작
- 이빔리쏘그라피를 이용한 고집적 나노스위칭 소자 array 제작
- 4인치 웨이퍼에 array를 제작하는 저온 공정의 안정성 확보를 통해 높은 on/off 비율의 안정적인 스위칭 특성 구현
○ NEM 스위치 소자 및 이종집적 재구성 가능 회로 개발
- NEM+CMOS 플랫폼 집적 dual-damascene 공정기술 개발
- 65nm 공정 이종집적 재구성가능 회로 구현 및 평가
- NEM + CMOS 회로/시스템의 측정 및 시뮬레이션을 통한 검증
○ 나노 스위칭 소자의 모델링 개발 및 설계/검증 환경구축
- 트랜지스터+나노스위치 집적 회로를 제작, 측정결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 나노스위치 모델 예측능력 향상
- 나노스위치 모델 empirical model 기반 비교 분석
○ 평탄형 플래시 메모리셀(Planar Memory)을 이용한 재구성회로 개발
- 높은 선형성의 전하트랩기반 아날로그 스위칭 소자 개발
- 실리콘 공정에서 뉴로모픽(재구성 가능회로) 구현 및 검증하여, 나노 스위치 집적시스템 구현 준비
○ 나노 스위칭 소자를 이용한 재구성회로 구현
- 8인치 웨이퍼에 Full process 집적 뉴로모픽 아키텍쳐 설계 및 개발

□ 연구개발성과
○ 대면적 나노스위치 소자 집적기술 개발
- 고체전해질 유기믈, 활성화전극을 활용한 저전력 나노스위칭 소자 제작
- 이빔리쏘그라피를 이용한 고집적 나노스위칭 소자 array 제작
○ 나노스위칭 소자를 이용한 재구성 회로구현
- NEMS 기반 고에너지효율 나노스위칭소자 고집적,대면적 집적화 기술개발
○ 나노스위칭 소자의 모델링 개발 및 설계/검증 환경구축
- 모델 수립 및 파라미터 추출
- Compact model 수립
- 설계 플랫폼 구축
○ 나노스위치 집정공정 개발 및 Test Vehicle 설계/제작
- 실리콘 후속공정과 호환 가능한 저온공정 개발
- 평가용 웨이퍼를 위한 회로설계 및 후속 공정을 위한 마스크 설계 및 제작
- 나노 스위칭소자가 집적된 재구성 회로 및 아키텍처 프로토타입 제작 평가
○ 정량적 연구성과
- 국내/국외 논문: 국외 60편 (목표치 대비 2배 이상), 국내 9편
- 국내/국외 특허: 21건 출원(출원 목표치 대비 1.2배), 6건 등록
- 추가 성과 :언론 보도 성과 및 포상 수상실적 다수

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ [인공지능 개발 핵심기술 선점] 자율주행자동차나 지능형로봇의 핵심기능인 형태인식, 행동인식, 상황인식 등은 확정적 연산을 통해서는 수많은 컴퓨터가 엄청난 에너지를 소비하면서 통계적 소프트웨어 알고리즘을 활용해 제한된 기능만 수행할 수 있으나, 재구성이 가능한 로직 하드웨어가 제공되어 소프트웨어 알고리즘과 공조한다면 인식기능의 통계적 컴퓨팅을 실현할 수 있을 것으로 기대함. 재구성이 가능한 스위치에 대한 원천기술의 확보를 통해 인공지능 개발의 핵심 전략기술을 확보함.
○ [차세대 반도체 신성장 동력 제공] 신소자 연구성과가 집적회로 및 시스템 구현까지 이어지는 구체적 연구 경로를 개척하는 파일럿 연구로서, 소자연구의 완성도를 높이고 회로 및 시스템 연구에 기반 소자 특성이 연구초반부터 반영되는 연구방법론을 제공함. 반도체 연구의 다양한 분야에서의 혁신적 연구 결과를 결합하여 차세대 ICT 분야의 핵심 반도체 기술을 확보함으로써 전통적인 반도체에서 공고히 구축한 반도체기술의 주도권을 차세대 반도체까지 이어갈 수 있는 신성장동력을 제공함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 1) 연구 개발 목표 ... 6
• 2) 연구 개발의 개요 ... 6
• 3) 연구 개발의 추진전략·방법 및 추진 체계 ... 8
• 5) 연구 개발 성과의 활용 방안 및 기대효과 ... 11
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 12
• 1) 과제별 연구개발 목표 ... 12
• 2) 연차별 연구내용 및 일정 ... 13
• 3) 연구수행내용 및 성과 ... 15
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 48
• 1) 연구수행 결과 ... 48
• 2) 목표 달성 수준 ... 56
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 59
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 59
• 2) 자체 보완활동 ... 59
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 59
• 4) 프로토타입 재구성 로직 시스템 구현 과정 ... 59
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 63
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 64
• 7. 연구의 신규성, 진보성 ... 64
• 끝페이지 ... 66