1 / 36

Ministry of Science and Technology(MOST) 21 Century Frontier R&D Program

Ministry of Science and Technology(MOST) 21 Century Frontier R&D Program. st. 과기부 금요과학터치 2007.7.13. 전자 한 개로 신호를 처리하는 단전자 나노기술. 최 중 범 충북대 물리학과교수 / 나노과학기술연구소장 테라급 나노소자개발 사업단. 지능형 Home. 가상현실 응용 로봇 간호사. 지능형 자동차. 음성 / 감성 인식 통합 단말기. 10 년 후 이런 지능형 제품 뜬다. 철수로부터 회의에 관한 Fax 가

jayme
Download Presentation

Ministry of Science and Technology(MOST) 21 Century Frontier R&D Program

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Ministry of Science and Technology(MOST) 21 Century Frontier R&D Program st 과기부 금요과학터치 2007.7.13. 전자 한 개로 신호를 처리하는 단전자 나노기술 최 중 범 충북대 물리학과교수/ 나노과학기술연구소장 테라급 나노소자개발 사업단

  2. 지능형 Home 가상현실 응용 로봇 간호사 지능형 자동차 음성/감성 인식 통합 단말기 10년 후 이런 지능형 제품 뜬다 철수로부터 회의에 관한 Fax 가 왔읍니다. 읽어 드릴까요? 읽지마!휴가 중이라 말해

  3.                  테라급 정보 처리력: 10년 이후 필수 소형화, 휴대화, 초고 성능화 SoC (System on a chip) Optical Interconnect Peri. (Amp) SET, CNT, CMOS Logic THz Cash /RTD SRAM Mole- cular Tera-Flash /MRAM/PRAM Substrate ▶ 초저소비 전력, Tera-bit급 집적도, 초고속 Transistor 필수 ▶ Flexible, 실시간, Intelligent, Programmable ▶ HDTV급 실시간 영상 인식화 : 1000 GIPS ▶ 실시간 외국어 자동번역 : 100GIPS 및 Tera급 메모리 • Moore's law predicts that the upper-end estimate of the human brain's processing power will be reachedbefore 2017.

  4. 정보 매체의 시대 별 변화 추이 :adapted from Wada in Proc. IEEE Vol 89, P1147(2001)

  5. 103 1 10-1 10-2 10-3 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 유비쿼토스 전자소자: 2010년 이후 필연적 출처: 동경대 생산기술연구소 Ubiquitous Device Ubiquitous Electronics Device는 환경의 일부가 되고 인간은 무의식 중에 사용 System LSI 조립 컴퓨터 VLSI 인간이 의식해서 Device를 사용 PC LSI Processor 수(개)/ 인 Workstation IC Office Computer TR 대형 Computer 진공관 여명기 • 2010년 경 인간은 100개 정도의 Processor를 무의식 중에 갖음

  6. Computer 역사 1600:Slide Rule 875:Abacus 1822:multi function calculator - Babbage 1946:ENIAC-U.S. Army 1971:-processor Intel 2000:Pentium 4 Intel

  7. 세대별 컴퓨팅 환경 변화 • 제 1세대(70년 대) :Main Frame  One computer/Many Person • 제 2세대(80년 대 이후) :PC  One computer/One Person • 제 3세대(2010년 이후) :Ubiquitous  Many computer/One Person • 제 4세대(2020년 이후) :Implantable  Many computer/Allowed Person ( see; Movie “Minority Report”)

  8. 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001 0.0000001 ’68 ’70 ’72 ’74 ’76 ’78 ’80 ’82 ’84 ’86 ’88 ’90 ’92 ’94 ’96 ’98 ’00 ’02 년도별 트랜지스터 평균 가격 SOURCE : Dataquest/Intel, 12/02 $ Tr. 가격:1 M 배 하락 (현재=100 Nano$)  29%/년 하락

  9. 자동차가 Tr.의 발전 속도를 따랐더라면? If the automobile had followed the same development cycle as the transistor, a Rolls-Royce would today cost $100 and get a million miles per gallon. 롤스로이스 자동차의 현재가격은 100불이며 성능은 1갤론당 백만마일을 달릴 수 있다. -Robert X. Cringely

  10. 속도 와 집적도 측면에서 본 정보소자: adapted from Wada in Proc. IEEE Vol 89, P1147(2001) 집적도(디바이스 1012 109 106 103 100 10-3 ? • 100 103 106 109 1012 1015 • Switching 주파수 (Hz ) / mm2 )

  11. Si 소자: 이미 나노 시대에 진입출처: Mark Bohr, Intel 0.1 100 65 nm Generation 45 nm 32 nm LGATE 22 nm 16 nm 11 nm nm micron 0.01 10 8 nm Evolutionary CMOS Revolutionary CMOS Exotic 0.001 1 2000 2010 2020 Reasonably Familiar Nanotubes Nanowires Really Different

  12. MOSFET 초고집적/초고성능화의 기술적/물리적/경제적 한계 Electron Tunneling 에 의한 누설 전류 기술적 한계 물리적 한계 경제적 한계 RC Delay 열 발생에 의한 작동 불능 MOSFET Limits Below 65 nm node(above 16Gb) 전자 수 2010년: 8 개정도 2020년: 1개 이내 Short channel 에 의한 통계적 에러 열적/양자역학적 Perturbation: 1.5 nm 단일 기업으로 감당 못할 Fab. Cost

  13. Microelectronics의 ‘Big Bang’이 시작되다!! Source : IMEC Spintronics Tubes Semiconductor MOS CMOS Molectronics The big Bang of microelectronics Optoelectronics Nanoelectronics ULSI Biosensor Transistor Molecular nanotechnology NEMS 1950 1960 2000 2020 25년 후 지난 50년간의 소자 발전에 대해Review하게 된다면 21세기 초반에 소자분야에서 Big Bang이 있었음을 발견하게 될 것이다.

  14. 나노소자 구현을 위한 기술 동향 • 점진적(Incremental): 5-10년 이내 • : 새로운 재료/구조 도입 및 Top-down 나노기술 • High-K, Metal Gate, Strained Si, SOI, Fin/DG, MRAM /PRAM • 진화적(Evolutionary): 10-20년 이내 • : Top-down 이 주가 되나, 일부 Bottom-up 도입 • Vertical, 3-D, SET, SEM, CNT Transistor, Spintronics(?) • 혁명적(Revolutionary): 20년 이후(?) • : Bottom-up과 Top-down 병행 • Molecular Transistor, Qbit, DNA Electronics  Interconnection is remained a major concern for any future switching devices

  15. Vg Vd Gate Source Drain Nanoscale Devices: 단전자 소자 (SET) 소자크기가 작아지면 작아질수록 전하양자효과가 전하 이동을 주도 하게 된다. Single-Electron Transistor (SET): the QD island is so small that Coulomb-blockade is enhanced, and only one electron at a time can tunnel through the barriers => 1.Manipulation of single electron charge(even spin) is possble! 2. Tera-bit density & Ultra-Low power Digital electronics QD island 충북대 연구팀이 세계 최초로 개발한 SET-NAND 로직회로

  16. 밀리컨 유적실험 [Millikan's Oil-drop Experiment] R.A. Millikan (1909) QD island  eE-mg = 6πηvR η는공기의 점성도, R는 기름방울의 반경 공기의 저항력과 평형을 이룰때 일정한 속도 v 로 움직임, 측정 모든 물체의 전하량은 1.6 × 10-19C 의 정수배의 값을 갖는다는 것을 보임. 전하의 최소량 e = (1.601844±0.000021)×10-19C => 전자의 전하량 (톰슨)

  17. e- e- Quantum Island Source Cg Drain R2, C2 R1, C1 Gate Vsd Vg SET 단전자 나노기술 필요한 이유는? □2010년 이후 Tera-bit ULS IC(<10nm/Tr): 기존의 CMOS 방식 변화 없이 테라급 집적회로 가면=> 1조 Tr/chip 회로 동작온도=> 태양의 표면온도 => 소자는 타버림 Ex) 모든 모바일 이동통신기기 □긍극적인 해결방안; 스위칭에 필요한 전자의 개수를 파격적으로 줄임 Ex) CMOS: 128Mb DRAM----100,000e/bit SET -- 1e/bit => Ultra-Low power □미국ITRS &유럽 MELARI Projects (2000): “SET is One of the Most Promising Alternatives for Post -CMOS?” CBNU Silicon NanoDevice Lab

  18.   e- e- e- e- e- e- e- e- e- Cg Quantum Island Source Drain e- e- Gate e- e- e- Vsd e- Vg Cg R2, C2 R1, C1 Source Drain Gate Vsd Channel bridge Vg e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- Cg Source Drain Gate Vsd Vg 트랜지스터 동작원리의 차이점 기존의 FET 트랜지스터 1만개-10만개 전자의 동시 이동 (collective transport) SET 단전자 트랜지스터 전자 1개씩 연속적으로 이동 (sequential tunneling) 스위치 ON 스위치 OFF

  19. 단전자 나노기술의 미래 산업적 파급효과 모바일 기기 혁명 나노바이오칩 $15bn by 2015 (Gartner '05 ) 단전자메모리 & 로직회로 Tera-bit Integrated, Ultra-Low power Parallel data processing & Multi-functionality 양자컴퓨팅 Qubit Generation & Read-Out System 휴먼 임플랜티드 & 인공지능 칩

  20. 모바일 정보기기 혁명 Mobile Innovation SET Logic TND-SET inside Ultra-Low Power, Multi-functional & Tbit High density 초 저소비전력 & 다중 복합 스마트 기능 SET Memory Industrial Impact $15bn by 2015 (Data Quest/ Gartner '05 ) * 세계시장 규모이며 통신 및 게임용 모바일기기 포함한 시장 예측으로서 ‘05년 전체 로직시장 180조이며 매년 15% 성장한다고 가정하고 2015년 전체시장의 20% 대체 예상

  21. 안테나 휴대폰 화면 통신기능CPU 미디어기능 CPU D램/S램 메모리 D램 메모리 멀티기능 휴대폰 구조 휴대폰의 핵심 CPU 및 메모리 칩 부분을 모두 SET 소자 집적 회로칩으로 대체 => 소비전력 100배 감소 

  22. 매직아이 MMSP2+ Navigation + DMP, PMP

  23. 초고감도 나노바이오 칩 Nano-Bio Chip • 의료 진단 • 반도체 웨이퍼 결함 진단 • 단백질 상호작용 연구 “ Hyper-sensitive detectivity 10-7 e/Hz’’ RF Circuit SET-installed RF Circuit Diagnosis of charge re-distribution Protein DNA Industrial Impact $1bn by 2015 (Fuji-Keizai '05 ) * 세계시장 규모이며 나노바이오 센서칩 포함한 시장 예측으로서 2015년 전체시장의 20% 대체 예상

  24. 테라급 집적회로 대용량 병렬처리/ 다중복합 기능 초 저소비전력 휴먼 임플랜티드 / 인공지능 칩 SET-installed neural chip Industrial Impact $ by 2015 * 전체 인공지능 AI Robot 시장 포함한 시장 예측으로서 핵심부품의 20% 대체 예상

  25. 반도체 양자컴퓨터 Industrial Impact $ by 2015 세계 국가안보 및 금융전산망 정보보호시스템 시장 대체 예상 • SET Devices for read-out of the spin information Data read out by SET 출력감지 시스템 • Si-based double QD SET devices generate quantum bit to store spin information cg source 큐빗생성 시스템 drain e e Qubit generation by DQD SET sg1 sg2

  26. 과학기술부 프론티어 21 테라급나노소자사업단 Vision • 반도체소자를 기반으로 최정상 NT기술 비전 추진 • 2010년 반도체 분야 기술 패권을 통한 국부 창출 나노기술에 의해 2010년 세계 최 정상급 테라급나노소자 구현 Micro Nano Mega Giga Tera 메모리 세계 최고수준 반도체 전분야 최정상급

  27. 충북대 나노과학기술연구소(RINST) NanoDevice Lab PhD Candidates: SJ Kim, CK Lee, SJ Shin MS Candidates: SJ Choi, JH Hwang, RS Chung, JJ Lee Graduates: KS Park (Samsung), WH Lee (Hynix), BK Ahn(Hynix), JS Kang (LG-Philips), IB Baek (ETRI), SD Lee(KRISS) CBNU Silicon NanoDevice Lab

  28. Column Ion pump Load Lock Chamber SET Logic & Applications E-beam Lithography at CBNU specimen Detector Sample mount Chamber SEM main body Silicon Nano Device Lab

  29. 세계 최정상의 실리콘 Top-down 나노패터닝기술 World-record patterning width & aspect ratio 5 nm Aspect ratio 30:1 Resist thickness : 1500A Line width : 5 nm Si substrate Silicon Nanowire by EBL with HSQ CBNU Silicon NanoDevice Lab

  30. SET-based Flexible MV Two-input NOR Gate - IEEE-SNW 2006, June 12-15, Hawaii 2006 - The 28th ICPS, July 24-28, Vienna 2006 - SSDM 2006, Sept 12-15, Yokohama 2006 SET/FET NOR Logic Gate Photo/SEM Pictures Frontier 21/ Tera-bits NanoElectronics

  31. SET Logic & Applications • SET-based Flexible MV Two-input NAND Gate • IEEE-SNW 2006, June 12-15, Hawaii 2006 • The 28th ICPS, July 24-28, Vienna 2006 • SSDM 2006, Sept 12-15, Yokohama 2006 SET/FET NAND Logic Gate Photo/SEM Pictures Frontier 21/ Tera-bits NanoElectronics

  32. 세계 주요 경쟁 SET연구그룹과의 기술 비교/분석 - SET 논리회로기술: 한국=> two-input 회로 일본=> one-input 회로 (일) NTT/ Inokawa & Ono group one-input literal gate ----------------------------------- (한) 충북대/JB Choi group two-input NAND & NOR (일) Toshiba/ Ushida group one-input inverter (일) Tokyo Univ./ Hiramoto group one-input inverter CBNU Silicon NanoDevice Lab

  33. GND VM IO GND VM VDD Vdd M7 WWL MSE WWL BL M8 M13 M8 M14_4 MSE SN Vdd RWL Out M2 M9 M14_1 M15 M1 I0 OEb M10 GND M14_3 M11_1 M14_2 M14_3 M11_2 SET GND M2 M7 M14_2 OEB M14_4 M11_3 M15 Output Buffer M1 M12 VS M14_1 M12 SNOUT VOUT GND SET M11 WTE M9 VS Write driver M13 VWD M4 PCHE M10 VDD Iload switch SNOUT ILOAD M5 M4 <Schematic of new SETDRAM test pattern > M5 ILOAD RWL WTE VWD PCHE SET Logic & Applications Type II: Low-Power SET-RAM :다중메모리, 초저소비전력 SET-FET On-chip 통합 공정 중 BMT CBNU Frontier 21/ Tera-bits NanoElectronics

  34. Plan for IP & Industrialization ( 원천기술IP 확보 및 사업화 플랜) 테라급 단전자로직회로 개발 로드맵 ☞ 현재 SET Tech 관련 30여개의 원천기술 특허보유 및 향후 IP 확보 지속 => 2012년 기술이전 CBNU Silicon NanoDevice Lab

  35. APPENDIX

More Related