초록 ▼

□ 연구개요
● 최종 목표: 양자 전송 소자 시뮬레이터 개발을 통해, 차세대 유연 메모리 소자용 2차원 강유전체 물질 기반 메모리 소자의 성능 평가 및 성능 향상을 위한 디자인 가이드라인 제시
2차원 강유전체를 활용한 차세대 메모리 반도체 소자 안에서, 강유전체의 분극과 그 영향을 고려한 전하 전송을 이론적으로 계산할 수 있는 양자 전송 기반의 소자 시뮬레이터 개발을 통하여, 2차원 강유전체 메모리 소자 내의 전하 전송 현상을 명확히 이해하고, 이를 바탕으로 소자의 성능 향상을 위한 소자 설계 방향을 제시하여 2차원 강유

□ 연구개요
● 최종 목표: 양자 전송 소자 시뮬레이터 개발을 통해, 차세대 유연 메모리 소자용 2차원 강유전체 물질 기반 메모리 소자의 성능 평가 및 성능 향상을 위한 디자인 가이드라인 제시
2차원 강유전체를 활용한 차세대 메모리 반도체 소자 안에서, 강유전체의 분극과 그 영향을 고려한 전하 전송을 이론적으로 계산할 수 있는 양자 전송 기반의 소자 시뮬레이터 개발을 통하여, 2차원 강유전체 메모리 소자 내의 전하 전송 현상을 명확히 이해하고, 이를 바탕으로 소자의 성능 향상을 위한 소자 설계 방향을 제시하여 2차원 강유전체 물질의 차세대 유연소자용 메모리 소자로의 응용 가능성을 연구한다.
● 연차별 연구 목표 및 내용
1) 1년차
- 2차원 강유전체 물성 연구
- 강유전체의 분극을 고려한 프아송 솔버 구현
2) 2년차
- 2차원 강유전체 터널 접합 메모리 소자 시뮬레이터 개발 및 소자 특성 연구
- 2차원 강유전체 전계효과 트랜지스터 메모리 소자 시뮬레이터 개발 및 소자 특성 연구

□ 연구 목표대비 연구결과
세부 목표별 달성한 연구결과는 다음과 같음
● 강유전체 물성 연구
- 강유전체 complex band structure 계산 완료
- 강유전체 complex band structure 묘사할 수 있는 k·p Hamiltonian 모델 개발 완료
- 강유전체 P-E hysteresis loop 모델 개발 완료
● 강유전체의 분극을 고려한 프아송(Poisson) 솔버 구현
- FTJ 소자 potential 모델 개발 완료
- 2D FeFET 소자 potential 모델 개발 완료
● 2차원 강유전체 터널 접합 메모리 소자 시뮬레이터 개발 및 소자 특성 연구
- 양자 전송을 이용한 FTJ 소자 시뮬레이터 개발 완료
- CIPS 기반 FTJ 소자와 HZO 기반 FTJ 소자 동작 특성 연구 및 benchmarking 완료
● 2차원 강유전체 전계효과 트랜지스터 메모리 소자 시뮬레이터 개발 및 소자 특성 연구
- 해석적 모델을 이용한 2D FeFET 소자 시뮬레이터 개발 완료
- 2D FeFET 소자 특성 연구 및 성능 향상 방향 연구 완료

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 양자역학 기반의 엄밀한 시뮬레이션 토대 제공
본 연구를 통해 개발된 강유전체 소자 시뮬레이터는 엄밀한 물리학적 접근을 바탕으로 기존 접근 방법으로는 확보할 수 없는 수준의 높은 정확도의 시뮬레이션 결과를 제공하여 강유전체 기반 차세대 메모리 소자를 이론적으로 연구할 수 있는 탄탄한 기반을 구축함.
● 신개념 유연 메모리 소자 개발
대부분의 차세대 메모리는 기존의 실리콘 플랫폼 기반 안에서 연구되었음. 본 연구를 통해 2차원 강유전체 물질의 유연 소자용 차세대 메모리 소자로서 응용 가능성을 평가할 수 있음.
● 강유전체 기반 차세대 메모리 소자의 성능 최적화 방향 제시
시뮬레이션을 통해서 각 소자의 성능에 영향을 미치는 요인을 정확히 파악하여 성능을 최적화할 수 있는 방향을 제시하여 효율적인 실험 연구를 위한 올바른 방향을 제공할 것.
● 실험 데이터를 명확하기 이해하기 위한 시뮬레이션 툴 제공
본 연구실에서 개발될 소자 시뮬레이터는 소자 내부에서 일어나고 있는 물리적 현상들을 명확하게 보여줄 수 있어, 실험에서 측정된 데이터를 이해하는데 큰 도움을 줄 수 있음.
● 강유전체 기반 차세대 소자 아이디어 평가와 지식 재산권 출원
본 연구를 통해 개발될 소자 시뮬레이터를 활용하여 전혀 새로운 FTJ 소자의 동작을 이론적으로 예측할 수 있음. 이를 통해 다양한 차세대 소자 아이디어들을 평가할 수 있고, 이러한 과정 중에 얻어지는 혁신적인 소자 아이디어들은 여러 개의 특허로 연결된 것이라 기대함.
● 소자 시뮬레이터의 타 분야로의 확장성
본 연구를 통해 개발될 소자 시뮬레이터는 negative capacitance FET와 같은 다양한 강유전체 기반 차세대 소자 시뮬레이터로 확장 가능함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목표 및 연구범위 ... 4
• 2) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 2차원 강유전체 터널 접합 메모리 소자 (2D FTJ) 시뮬레이터 개발 및 소자 특성 연구 ... 5
• 2) 2차원 강유전체 전계효과 트랜지스터 메모리 소자 (2D FeFET) 시뮬레이터 개발 및 소자 특성 연구 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 1) 양자역학 기반의 엄밀한 시뮬레이션 토대 제공 ... 12
• 2) 신개념 유연소자 메모리 개발을 위한 이론적 토대 제공 ... 13
• 3) 강유전체 기반 차세대 메모리 소자의 성능 최적화 방향 제시 ... 13
• 4) 실험 데이터를 명확하기 이해하기 위한 시뮬레이션 툴 제공 ... 13
• 5) 강유전체 기반 차세대 소자 아이디어 평가와 지식 재산권 출원 ... 13
• 6) 소자 시뮬레이터의 타 분야로의 확장성 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 1) 신개념 FTJ 소자 시뮬레이터로 확장 개발 ... 13
• 2) 새로운 강유전체 기반의 FTJ 소자 연구에 활용 ... 13
• 3) 회로 시뮬레이션이 가능한 2D FeFET 소자 Spice Model로 확장 개발 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 20