KAIST, 향후 인공지능 및 사물인터넷 분야에 유용한 지침 될 것
KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 임성갑 교수 연구팀이 가천대(총장 이길여) 전자공학부 유호천 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 더 높은 데이터 처리 효율성과 집적도를 제공할 신개념 디지털 논리 회로 구현을 세계 최초로 성공했다.
연구 배경
이종 접합 트랜지스터로 불리는 p형 반도체와 n형 반도체가 서로 부분적으로 접합되어 있는 트랜지스터를 활용하였을 때, 음의 트랜스컨덕턴스(NTC) 특성을 통해 추가 트랜지스터 없이 3진법 논리 회로를 구현해낼 수 있다는 것이 보고된 바 있다.
하지만 이종 접합 트랜지스터의 NTC 특성을 결정하는 두 반도체의 전하 밀도(charge density)가 동일한 게이트 전압에 의해 영향을 받으며 3진법 논리 체계의 각 논리에 대한 노이즈 마진 여유(33.3%)는 기존 2진법 논리 체계의 노이즈 마진 여유(50%)보다 더 제한적이기 때문에 NTC 특성을 적절한 형태로 최적화하여 목표 응용 분야인 3진법 논리 회로에 활용하는 것이 이종 접합 트랜지스터를 활용한 3진법 논리 회로의 걸림돌이 되고 있다.
연구 내용
연구에서는 비-휘발성 메모리 기능을 이종 접합 트랜지스터에 접목하여 NTC 특성의 동적 제어가 가능한 이종 접합 비-휘발성 메모리 트랜지스터(H-MTR)를 개발했다.
이종 접합 비-휘발성 메모리 트랜지스터의 동적 NTC 특성을 인버터에 적용하면, 메모리 상태에 따라 2진법 체계와 3진법 체계 전환이 자유로운 논리 회로를 구현할 수 있다.
연구에서 구현하는 2진법과 3진법 논리 체계 전환 방식은 인버터의 공급 전압의 변화를 요구하지 않기 때문에, 각각의 인버터가 2진법/3진법 전환이 가능한 형태로 더 높은 수준으로 집적될 수 있다. 연구에서는 개념 증명 차원으로 2개의 2진법/3진법 논리 전환 인버터를 직렬 연결한 회로(2-stage inverter)를 3진법 기반 재구성 가능 논리 회로로서 구현하였다.
기대 효과
제안하는 이종접합 비-휘발성 메모리 트랜지스터, 2진법/3진법 논리 전환 인버터는 기존 CMOS 회로의 설계를 따르며, 반도체가 이종 접합을 형성함으로써 NTC 특성을 구현할 수 있어야 한다는 것을 제외하고는 소자에 사용되는 재료에 제한을 부과하지 않는다.
따라서 추후 다진법 체계 기반 논리 회로 연구 및 차세대 회로 개발 시, 연구에서 선보인 소자의 개념이 범용적으로 사용될 수 있으며 유용한 지침이 될 것으로 기대된다.
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