연구성과
Research Activities

신경모사컴퓨팅

Nature has always been inspiration for inventors.

신경모사컴퓨팅

인공지능 (Artificial Intelligence)의 정의:

무생물이 학습에 기반하여 스스로 판단을 내릴 수 있는 능력

인공지능

인공지능의 필요성:

무인기기 (무인자동차, 로봇, 무인기)의 보급은 기술개발의 megatrend이며 핵심기술은 사람을 대신할 인지/학습능력을 가진 인공지능의 개발임

인공지능의 필요성

신경모사 반도체의 필요성:

포유류의 뇌를 모방한 신경모사 반도체에 인지/학습능력을 부여할 수 있으며 소프트웨어 기반 인공지능에 비해 하기의 장점이 있음

  • • 초저전력 소모
  • • 모바일 기기 응용
  • • 막대한 양의 정보를 매우 빠르고 효율적으로 처리 가능하므로 high-end 인공지능에 응용 가능
  • • 플랫폼 기술이므로 범용적 응용이 가능

신경모사 반도체 레이아웃

연구목표

5세 어린이 수준의 사물인식이 가능한 아날로그/디지털 하이브리드 신경모사 반도체 칩 제작

아날로그/디지털 하이브리드 신경모사 반도체

연구내용 1

신경망 동작 수학적 모델링 (세부과제 1)

신경망 동작 수학적 모델링 (세부과제 1)

단위 신경망의 수학적 모델링 및 단위 신경망 간의 연결의 수학적 기술

신경망 동작 수학적 모델링

수학모델 하드웨어 구현 (세부과제 2)

- 단위 신경망의 수학적 모델링 및 단위 신경망 간의 연결의 수학적 기술

- 단위 뉴런 및 시냅스 아날로그 집적회로 설계

수학모델 하드웨어 구현

연구내용 2

집적회로 설계 및 제작 원천기술 (세부과제 3)

- 집적회로 설계 및 미세 반도체 공정을 이용한 집적회로 제작

집적회로 설계 및 제작 원천기술

초미세소자 제작 공정 및 재료 최적화 (세부과제 4)

- 단원자층증착법 등의 극박막 및 초미세 패턴에 적합한 증착 공정 개발

초미세소자 제작 공정 및 재료 최적화

기대효과

  • • 정체 중인 반도체 분야의 새로운 성장동력 제공

        - 메모리 반도체 일변도의 국내 반도체 산업에 새로운 성장동력을 제공하여 반도체 분야의 위상을 공고히 함

  • • 인공지능분야 신산업 창출
  • • 신경모사 반도체에 근거한 새로운 뇌과학 방법론 개발

        - 거대 in silico 신경망을 이용하여 계산 뇌과학의 한계를 극복할 수 있는 뇌과학 연구 방법론 등장

광자-원자기반 양자컴퓨팅 원천기술 개발

Nature has always been inspiration for inventors.

연구추진 배경

  • • 21세기는 나노기술 시대에서 양자기술 시대로의 기술 패러다임 전환기
  • • 양자기술 확보를 위한 국가간 경쟁 심화
  • • 양자컴퓨터는 KIST의 고유 미션인 기초원천기술 개발에 해당하는 유망 연구분야로, 국내외 전문가 그룹과의 공동연구를 통해 연구개발 추진

연구추진 배경

세부 연구내용

1. 양자광학기반 양자컴퓨팅
• Scaling-up Hilbert space
- Hyper-entanglement
- Multi-photon entanglement
• On-chip photonic quantum
     information processing
- Single-photon sources
- Quantum gate operations
2. Large-scale 양자컴퓨팅
• 다이아몬드 결함 생성 및 양자인터페이스
- 나노포토닉스 기반 양자인터페이스
• 다이아몬드 결함 기반 양자정보처리
- 단일광자 생성 및 제어
- Stationary qubit 연구
- 광자-원자 상호작용 연구

연구 비전•목표 revisited

연구 비전·목표 revisited

고성능 저전력 Post-Si 반도체소자 기술

Development of low-power consumption and high performance semiconductor 3-5 on Si device for post-Si era

목표
  • - 최종목표 : 저에너지 소비를 위한 Post-Si 반도체 소자 기술 개발
  • - 단기목표 : [1단계] 3-5 CMOS 원천 소자 구현 : 상용화 spec실시

    3-5 소자 on Si 에피/접합 원천기술 확보 이를 통한 Si-compatible LD/PD 단위소자 및 3-5 CMOS on Si 소자 개발.
    3-5 on Si에 대한 국내외 산학연의 기술적 Center확립; 상용화 spec 실시, World leading Group.
    In(Ga)As(Sb) n,p-FET on SiIoff < 100pA/um, Ion > 200uA/um, Ron < 100 ohm.um @ <0.5V

  • •> 1300 nm 파장대의 DFB LD on Si 발진
  • • 초고속, 저전력용 III-V 화합물반도체 채널 on Si 설계 및 제작 기술 개발
  • •ㅇ III-V on Si 3-5 CMOS 및 TFET 소자 기술 개발, 상용가능 spec 시현
  • • Post-Si 반도체 핵심 재료/계면제어/소자설계기술은 KIST 독자 연구로 진행, 10nm이하의 공정 및 고주파수 측정은 외부 선두그룹과 공동 개발
내용
  • • > 1300 nm 파장대의 DFB LD on Si 발진

    - DFB LD 설계기술 확보

    - DFB pattern공정 기술 확보

    - DFB상 양자점 LD커플링을 통한 Si상 DFB LD발진

  • • SPEC: ~ >1300nm, LD on Si (문턱 전류 밀도 1kA/cm2), 1mW 이상
  • • 초고속, 저전력용 III-V 화합물반도체 채널 구조 설계 및 제작 기술 개발 : 기존 CMOS에서 n-MOS와 p-MOS의 역할을 할 수 있는 전자 및 정공 이동도가 월등히 향상된
        III-V 화합물반도체 채널과 이차원 전자계 및 정공계 구조를 설계하고 초고진공 분자선 증착법을 이용하여 제조하는 기술을 개발하는 것이다.
  • • III-V 단층 및 다층 박막구조의 다중 전사프린팅 기술 최적화 : 복수의 단층 박막을 비롯한 다층박막 소자구조들을 실리콘 기판에 정렬시키기 위한 다중 전사프린팅 기술을
        개발하고 최적화시키는 것이다.
  • • III-V on Si MOSFET 및 TFET 소자 기술 개발 : 실리콘 기판 상에 전사된 III-V 화합물반도체 MOSFET 및 TFET 구현하고 0.5V 이하의 구동전압과 1E6 이상의 on/off
         ratio오르 초고속 저전력의 차세대 post-Si CMOS를 실현하는 것이다.
  • • SPEC: 3-5 CMOS, ~10nm 내외 크기, 모든 n, p채널에서, 전압 0.5V, Off전류 ~ < 100pA/um, On전류 ~ > 100 uA/um, On저항 <100 ohm.um, 단일 논리회로 동작
기대효과
  • • 우주, 국방, 항공 산업용으로 주로 사용된 고성능의 III-V 화합물반도체 소자를 고생산성의 실리콘 반도체 기술 및 인프라와 접목시켜 고성능/신기능/저가격의 민수산업용
         융합소자로 개발하여 신산업 창출을 견인하고, 또한 물리적 한계에 도달한 Si CMOS 기술을 연장 또는 대체하는 기술 개발로 고성능 시스템 반도체 시장에 진입할 수 있다.
  • • 현재는 아직 시장 형성 단계이므로, 정부 및 각 연구소 주도하에 Si photonics 기반 집적 기술을 확보한다면 관련 기반 산업 확대와 세계 시장 진입, 학계의 원천 기술 확보,
         인재 양성 및 일자리 창출을 수반하는 고부가가치 산업을 창조할 수 있다.

Flagship- 3-5 Devices on Si for low-power consumption era

Flagship- 3-5 Devices on Si for low-power consumption era