초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제에서는 반도체 기술 3대 챌린지(전력 소비, 누설 전류, 공정 변이)를 설계기술로 극복하고 사물인터넷의 데이터 보존을 위한 대기모드 전력 소비 문제를 해결하기 위해, 차세대 저장소자(MTJ)를 이용한 저가변성 비휘발성 MCU를 개발하여, 저전력 사물인터넷의 상용화를 앞당기는 것을 최종 목표로 한다. 본 목표 달성을 위한 세부 연구 주제는 저가변성 센스 엠프 및 저가변성 비휘발성 플립플롭 설계이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
저가변성 센스 엠프 (SA) : SA의 input 전압의 범위는

□ 연구개요
본 연구과제에서는 반도체 기술 3대 챌린지(전력 소비, 누설 전류, 공정 변이)를 설계기술로 극복하고 사물인터넷의 데이터 보존을 위한 대기모드 전력 소비 문제를 해결하기 위해, 차세대 저장소자(MTJ)를 이용한 저가변성 비휘발성 MCU를 개발하여, 저전력 사물인터넷의 상용화를 앞당기는 것을 최종 목표로 한다. 본 목표 달성을 위한 세부 연구 주제는 저가변성 센스 엠프 및 저가변성 비휘발성 플립플롭 설계이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
저가변성 센스 엠프 (SA) : SA의 input 전압의 범위는 비휘발성 메모리와 sensing circuit (SC)의 증폭 특성상 full range (GND ~ VDD)가 되어야 하며, SA는 개선된 SC에도 적용 가능해야 한다. 본 연구에서는 도전적으로 모든 SC에도 적용이 가능한 범용적이면서 full-range-input 전압 범위를 갖는 저가변성 SA 설계를 목표로 설정하였다. 이에 대한 연구 결과로는, 1차년도에 이론 및 시뮬레이션 기반으로 저가변성 SA에 대한 comparative analysis를 수행하였으며, 이를 기반으로 2차년도에 논문 게재를 하였다 (TCAS-II, 2021). 또한, rise time 조절 기반 저가변성 SA를 제안하고 학회 발표를 하였다 (IEIE ICEIC2021 학회 발표). 추가적으로 body-biasing 기반 SC 제안 및 논문 게재를 하였다 (IEIE JSTS, 2021). 3차년도에는 개선된 저가변성 SA를 제안하고 반도체 chip tape-out 수행 및 chip test 결과를 바탕으로 논문 작업을 완료하였다. 현재 논문 revision 중에 있다 (TCAS-I).
저가변성 비휘발성 플립플롭 (NV-FF) : NV-FF 설계는 FF의 기본 동작에 영향을 주지 않으면서 데이터 복원 모드에서의 목표 수율 (4σ) 달성이 최우선시되어야 한다. 본 연구에서는 FF 기본 동작 영향 제로 및 데이터 복원 수율 4σ 이상을 만족시키는 저가변성 NV-FF 설계를 수행하여 면적과 전력소비를 최소화하는 것을 목표로 설정하였다. 연구 결과로는, 1차년도에 제안하는 저가변성 NV-FF 아이디어를 바탕으로 국내 특허 출원 및 논문 게재를 하였다 (IEEE Access, 2020). 또한, 저전력 동작시에 대한 insight를 주는 논문도 게재하였다 (MDPI Electronics, 2020). 2차년도에는 개선된 저가변성 NV-FF 아이디어를 바탕으로 국내 특허 출원을 하였으며, pre-/post-layout 시뮬레이션 결과를 바탕으로 논문 작성에 집중하였다. 3차년도에는 1/2차년도에 출원된 특허가 등록되었으며, 저가변성 NV-FF에 대한 논문 작성을 완료하였다. 현재 논문 revision 중에 있다 (TVLSI).

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 개발된 성과는 비휘발성 시스템에 적용이 가능한 현실적인 솔루션으로 대기전력 제로 특징으로부터 비휘발성 메모리의 상용화 및 비휘발성 시스템 구현에 크게 이바지할 것이며 사물인터넷의 배터리 수명을 증가시키는 데 큰 기여을 할 것이다.
본 연구를 통해 개발된 IP (국내특허 등록 2건, 출원 3건) 뿐만 아니라 아직 특허로 IP화 하지 않은 여러 아이디어들을 모두 전략적으로 IP화 하여 기술이전이나 타 연구의 응용에 활용할 계획이다. 기업화와 연계되는 타 연구과제에도 적극 활용 가능할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구의 필요성 ... 4
• 1.2. 연구의 배경 및 최종 목표 ... 5
• 1.3. 최종 목표 달성을 위한 3대 연구 주제 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
• 2.1. 연차별 연구목표 ... 10
• 2.2. 연구 추진전략 ... 10
• 2.3. 연차별 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 24