가변 집적회로 응용을 위한 공명터널다이오드 (RTD)-저항 기반 기본 게이트의 설계

Abstract

본 연구에서는 기존에 이론적으로만 발표되었던 RTD 및 memristor 를 이용한 reconfigurable IC 의 구현을 위한 과정에서, 석사 연구를 통해 이에 필요한 기본 회로를 RTD 및thin-film resistor로 실제 제작 및 실험적으로 동작을 검증하였다. 제작된 RTD-resistor 기반 basic gate는 RTD-memristor reconfigurable system의 기본이 되는 basic cell의 기능을 구현하기 위해 기존의 architecture를 개선하여 실제 제작 가능하도록 설계되었으며, 공정의 편의성을 고려하여 자체 제작 기술로 가장 안정적으로 구현 가능한 $10 \times 10 \mu m^{2}$ RTD emitter size를 사용해 제작 및 측정하였다. 측정 결과 threshold gate및 inverting threshold gate의 동작을 확인하였고 이를 바탕으로 bias를 조절하여 모든 basic gate function에 대한 동작을 확인할 수 있었다. 최종적으로 RTD-memristor 기반 reconfigurable system의 대표적 기능을 simula-tion으로 확인하였다. RTD 기반 reconfigurable IC의 대표적인 예로는 RTD-resistor 구조의 programmable logic array와, RTD-memristor 구조의 차세대 neuromorphic IC를 살펴보았다. 특히 기존 Boolean 방식의 정보 처리 효율을 뛰어넘는 신경세포 모방 정보처리 회로인 neuromorphic architecture는, 회로의 가변성을 극도로 필요로 하므로 RTD-memristor architecture 의 장점을 가장 잘 보여줄 수 있는 system application이라 할 수 있다. 먼저 programmable logic으로 구현 가능한 무수한 logic 기능 중 하나로 full-adder를 예시로 선정하였다. 또한 full-adder의 구현 방식으로 single gate 기반 full-adder와, 전형적인 programmable logic array 의 AND-OR 구조를 이용한 AND-OR array 기반 full adder 두 가지를 선정하였다. 한편, neuromorphic system application에 대응하는 func-tion의 예시로는, 최근 거의 대부분의 neuromorphic분야에서 구현 기능으로 삼고 있는 image pattern recognition을 선정하였다. Simulation 결과 확인된 특성을 통해, 추후 RTD-memristor reconfigurable IC 공정을 통해 system을 실제로 구현할 경우 RTD-memristor 응용 architecture 고유의 특성에 의해 낮은 전력 소모와 delay 특성 등 우수한 성능을 보일 것을 예상할 수 있었다.