초록 ▼

연구개요
본 연구개발의 목표는 Beyond Moore 시대에 접어든 반도체 산업에서 scale-down 방법 이후의 새로운 패러다임으로 추구되는 초저전력 반도체 소자기술을 차세대 고효율 고속반도체인 GaN를 활용하여 개발하는 것이다. 연구 개발의 목표는 기존 Si CMOS의 가장 큰 문제점 중 고집적화 될수록 자체 발열(self heating)에 의한 특성 저하, 낮은 전류밀도 문제를 극복할 수 있는 차세대 고효율 고속 반도체인 GaN를 활용하여 개발하는 것으로 기존 Si 기반의 CMOS의 특성보다 높은 전류밀도 및 낮은 누설

연구개요
본 연구개발의 목표는 Beyond Moore 시대에 접어든 반도체 산업에서 scale-down 방법 이후의 새로운 패러다임으로 추구되는 초저전력 반도체 소자기술을 차세대 고효율 고속반도체인 GaN를 활용하여 개발하는 것이다. 연구 개발의 목표는 기존 Si CMOS의 가장 큰 문제점 중 고집적화 될수록 자체 발열(self heating)에 의한 특성 저하, 낮은 전류밀도 문제를 극복할 수 있는 차세대 고효율 고속 반도체인 GaN를 활용하여 개발하는 것으로 기존 Si 기반의 CMOS의 특성보다 높은 전류밀도 및 낮은 누설전류 특성을 갖는 것을 목표로 한다. 최종 성능 목표는 문턱전압 이하 기울기 (subthreshold slope) < 50 mV/dec, 최대 허용전류 밀도 > 300 mA/mm, on/off ratio > 10⁹로 Si CMOS 성능을 넘어서는 기술 개발을 통하여 GaN를 이용한 NCFET 원천기술 확보를 목표로 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구개발의 최종 목표인 50 mV/dec 이하의 문턱전압 이하 기울기를 가지는 새로운 구조의 소자를 GaN를 사용하여 이론 한계치를 극복하는 초저전력 FET를 개발하였다. 특히 NCFET 기술을 성공적으로 구현하기 위해서는 강유전체 물질 자체가 가지고 있는 특수한 성질에 대한 심도 있는 연구가 필수적이기 때문에 ALD 기반의 HfO₂ 강유전체 개발을 함께 수행하였으며, 제작 된 강유전체 박막 대한 최종 목표항목 중 잔류분극과 항복전압의 경우 8 uC/cm²와 5 MV/cm의 특성을 얻었으며 항전기장은 1.6 MV/cm의 값을 얻었다. GaN NCFET의 경우 가장 중요한 S.S. 목표치인 50 mV/dec 보다 훨씬 낮은 20 mV/dec를 얻었고 특히 GaN 물질의 넓은 밴드갭 특성으로 인하여 약 5 x 10⁸의 on/off ratio의 특성을 보이는 고무적인 결과를 얻었다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 최근 극단적 에너지 절감형 초절전 반도체 기술이 요구되고 있는 상황에서 기하급수적으로 증가하는 전력소모 문제를 해결할 수 있는 초저전력 반도체 소자 기술을 개발한 것에 대해 큰 학문적 파급 효과가 기대된다. 또한, 고효율, 스위칭 특성을 가지고 있는 차세대 반도체 물질로 각광받고 있는 GaN을 이용하여 초저전력 반도체를 위한 연구를 진행했다는 점에서 그 의미가 높다. 본 과제의 성공적인 연구개발을 통하여 초저전력 반도체 연구로써 원천기술을 확보할 수 있었으며 추후 발전적이고 완성도가 높은 연구 과제를 도출할 수 있는 풀뿌리 발판이 될 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 17
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 33