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전자회로 외

하드웨어 AI 혁신! 1/20 초저전력 시냅스 소자 개발

기술분야

뉴로모픽 반도체

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거래방식

공동연구

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특허판매

노하우

AI 요약

기존 폰 노이만 방식의 AI 하드웨어는 막대한 전력 소모로 휴대용 기기 및 실시간 학습에 한계가 있습니다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 터널링 전계효과 시냅스 소자 및 그의 동작 방법을 제시합니다. 이 소자는 터널링 트랜지스터 구조를 채택하여 기존 MOSFET 대비 1/20 이하의 초저전력으로 동작하며, 생물학적 시냅스의 강화(Potentiation) 및 약화(Depression)를 포함한 STDP 동작을 완벽하게 구현합니다. 단기 및 장기 정보 저장이 가능하여 인공지능 하드웨어의 실용화 가능성을 극대화합니다. 이를 통해 휴대용 인공지능 기기, 사물 인터넷, 자율주행 자동차 등 초저전력 및 실시간 학습이 요구되는 분야에 혁신적인 솔루션을 제공합니다.

기본 정보

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기술명
터널링 전계효과 시냅스 소자와 그의 동작방법
기관명
서강대학교산학협력단
대표 연구자	공동연구자
최우영	-
출원번호	등록번호
1020180029031	1020187920000
권리구분	출원일
특허	2018.03.13
중요 키워드
뇌 모방 컴퓨팅초저전력 AI하드웨어 AI엣지 컴퓨팅기억 소자인공지능 반도체고효율 연산시냅스 소자뉴로모픽 반도체사물 인터넷 반도체터널링 전계효과자율주행 반도체비폰 노이만STDP 동작차세대 반도체전자회로인공지능

기술완성도 (TRL)

기본원리 파악

기본개념 정립

기능 및 개념 검증

연구실 환경 테스트

유사환경 테스트

파일럿 현장 테스트

상용모델 개발

실제 환경 테스트

사업화 상용운영

기본원리 파악

기본개념 정립

기능 및 개념 검증

연구실 환경 테스트

유사환경 테스트

파일럿 현장 테스트

상용모델 개발

실제 환경 테스트

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담당자서강대학교산학협력단

이메일tlo@sogang.ac.kr

연락처02-3274-4863

보유 기술

기계요소 외

동적 슬링샷 기반 저전압 MEMS 스위치 구동 기술 개발

가격 협의

본 발명은 기존 전기기계 스위치의 높은 구동 전압 문제를 해결하는 데 중점을 둡니다. 캔틸리버의 탄성에너지를 효과적으로 활용하고, 동적 슬링샷 제어 기술을 통해 풀백 및 풀인 전압을 정밀하게 제어하여 구동 전압을 획기적으로 낮추는 방법을 제시합니다. 이 기술은 MEMS(미세전기기계시스템) 및 NEM(나노전기기계시스템) 소자의 구동 효율을 극대화하며, 재구성 가능 로직(FPGA)과 같은 차세대 반도체 분야에서 필수적인 저전력, 고성능 스위치 구현에 기여합니다. 특히, 캔틸리버의 물리적 이동에 맞춰 슬링샷 신호를 동기화함으로써 안정적이고 효율적인 저전압 구동을 실현합니다. 본 기술은 인공지능, 데이터 분석 등 확장된 어플리케이션에 적용 가능합니다.

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나노 전기기계 메모리 기반 저전력 고집적 이진 신경망 개발

가격 협의

기존 폰 노이만 아키텍처는 높은 전력 소모와 발열 문제가 있으며, 기존 이진 신경망(BNN) 구현 방식은 집적도와 신뢰성에서 한계를 보였습니다. 본 기술은 나노 전기기계 메모리(NEM) 소자를 활용하여 이러한 문제를 해결하는 이진 신경망 및 그 동작 방법을 제시합니다. NEM 셀을 이용한 XNOR 연산을 통해 시냅스 어레이의 셀 개수와 전력 소모를 크게 줄일 수 있습니다. 또한, 최소한의 NEM 셀로 이진 신경망 어레이의 집적도를 높이고, 우수한 내구성과 신뢰성을 바탕으로 안정적인 시스템을 구현합니다. 이 기술은 차세대 저전력 고집적 인공지능 반도체 개발에 기여할 것입니다.

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고유전율막 에어갭 적용, 초저전력 TFET 개발

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기존 터널링 전계효과 트랜지스터(TFET)는 낮은 구동 전류, 이극성 동작, 기생 커패시턴스 문제로 인해 고성능 구현에 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하고자 게이트 절연막 대신 터널링 접합 부위에는 고유전율막을, 나머지 부위에는 에어갭을 형성하는 혁신적인 구조와 제조 방법을 제안합니다. 이를 통해 터널링 접합부의 에너지 밴드 경사를 크게 하여 구동 전류를 높이고, 기생 커패시턴스를 최소화하여 저전력 고속 동작을 가능하게 합니다. 또한, 이극성 동작 문제를 근본적으로 해결하며, 공정 간소화의 이점도 제공합니다. 차세대 반도체 소자 개발을 위한 핵심 기술로, 성능과 효율성을 극대화하는 데 기여합니다.

MOSFET 대체 기술TFET이란?고유전율막기생 커패시턴스나노 소자

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낮은 전압으로 신뢰성 높인 전기기계 스위칭 소자 개발

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기존 전기기계 스위칭 소자는 높은 스트레스로 인한 신뢰성 저하와 동작전압 감소의 한계를 가지고 있습니다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 복수 개의 도전성 캔틸레버 빔을 수평으로 나란히 구비하여 상호 구동하도록 설계된 수평 구동 전기기계 스위칭 소자 및 그 제조방법을 제공합니다. 이 혁신적인 구조는 캔틸레버 빔의 이동 범위를 줄여 소자의 신뢰성을 획기적으로 높이고 동작전압을 현저히 낮추는 효과를 가져옵니다. 재구성가능 논리회로의 스위칭 소자뿐만 아니라, 비휘발성 또는 휘발성 메모리 소자로도 활용될 수 있어 다양한 응용 분야에서 효율적이고 신뢰성 높은 솔루션을 제공합니다. 본 기술은 차세대 전자소자 개발에 기여할 것입니다.

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5배 빠른 AI 칩? 저전력 TFET 제조 기술 개발

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기존 트랜지스터의 전력 효율 한계와 터널링 트랜지스터의 구동 전류 문제를 해결하는 혁신적인 제조 방법을 제안합니다. 본 발명은 다면 터널링을 유도하여 구동 전류를 획기적으로 개선하고, 밴드 간 터널링이 발생하는 소스와 채널 사이에 전계를 효과적으로 중첩하여 높은 성능을 구현합니다. 또한, 일반 실리콘 반도체 기판을 사용하여 별도의 마스크 없이 소자 간 격리가 가능하므로 제조 단가를 크게 낮출 수 있습니다. 이 기술은 차세대 저전력 고성능 반도체 소자 개발의 핵심 돌파구를 제공합니다.

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저전력 고성능 TFET, 다마신 공정으로 제조 효율화 개발

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기존 MOSFET은 저전력 동작 시 문턱전압 이하 기울기의 물리적 한계로 누설 전류 증가 및 성능 저하 문제가 있었습니다. 또한, 종래의 터널링 전계효과 트랜지스터(TFET)는 급격한 ON/OFF 전류 변화를 구현하기 어려웠습니다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 동일 평면에 있는 이중층의 밴드간 터널링을 통해 효율적으로 제조 가능한 터널링 전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제시합니다. 특히, 다마신 공정을 통해 언더랩 영역을 안정적으로 형성하여 적은 비용으로도 우수한 성능을 구현합니다. 이 기술은 낮은 구동 전압 조건에서도 고성능을 보이는 차세대 반도체 소자 개발에 기여할 것입니다.

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나노 전기기계 메모리 기반 저전력 고집적 이진 신경망 개발

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저비용 고효율 C2-함산소화합물 루테늄 촉매 개발

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기존 합성가스 기반 C2-함산소화합물 제조 방식은 고온/고압 조건과 촉매 선택성의 문제점을 안고 있습니다. 본 기술은 루테늄 나노입자를 지지체에 담지시킨 새로운 불균일계 촉매를 개발하여 이러한 한계를 극복합니다. 이 촉매는 귀금속인 루테늄의 사용량을 현저히 줄이면서도 아세트산 및 에탄올 등 C2-함산소화합물의 우수한 전환율과 선택도를 제공합니다. 또한, 물 첨가 및 반응 조건 최적화를 통해 생산 효율을 극대화하며, 촉매의 장기적인 안정성을 확보하여 C2-함산소화합물 제조 공정의 경제성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 혁신적인 해결책입니다.

C2-함산소화합물CO2 수소화 반응고부가 화합물고선택도 기술공정 효율 개선

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방사성의약품 카세트 조립 불량, 두 카메라로 즉시 판별하는 검사장치 개발

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방사성의약품 생산 과정에서 1회용 카세트의 조립 불량은 생산 실패와 경제적 손실을 초래합니다. 기존에는 생산 완료 후 불량 여부를 확인하여 사전 예방이 어려웠습니다. 본 기술은 이러한 문제점을 해결하고자, 방사성의약품 카세트의 조립성을 생산 전 단계에서 정확히 검사하는 장치를 제안합니다. 제1 카메라로 수평 조립 부품의 정렬 및 루어 조립 적정성을, 제2 카메라로 수직 조립 부품의 체결 깊이(콕 높이)를 평가하여 불량품을 신속하게 판별합니다. 이 시스템은 듀얼 카메라 영상 분석을 통해 카세트의 정확한 체결 깊이와 정렬 상태를 확인함으로써, 방사성의약품 생산 수율을 획기적으로 향상시키고 경제성을 높이는 데 기여합니다.

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고속 색 변화로 위조 방지, VOC 감지하는 광결정 구조 개발

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기존의 특정 물질 감지 기술은 높은 비용과 긴 분석 시간으로 인해 실시간 활용에 어려움이 있었습니다. 본 발명은 광결정 복합 구조물을 활용하여 특정 물질의 흡수량에 따른 부피 변화를 광학적(색) 변화로 극대화하고, 식별 영역별로 특정 물질의 통과 특성을 달리하는 부가 커버층을 통해 다차원 식별을 가능하게 하여 이러한 한계를 극복합니다. 이 기술은 휘발성 유기 화합물(VOC) 검출 센서, 지폐나 보안 카드의 진위 식별 등 보안 분야에 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 고속 응답성과 명확한 색 변화를 통해 정밀하고 신뢰도 높은 물질 식별 및 진위 판별이 가능합니다.

PDMS 복합체VOC 감지고속 응답 센서광결정 센서광학적 식별

기계요소 외

동적 슬링샷 기반 저전압 MEMS 스위치 구동 기술 개발

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AI 반도체FPGAMEMS 스위치고성능 컴퓨팅구동 전압 저감

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바이러스 감염, 수화젤 센서로 빠르고 정확한 진단 키트 개발

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기존 바이러스 진단 방식은 높은 비용, 전문성 요구, 혹은 낮은 민감도 등 여러 한계에 직면해 있었습니다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA) 및 폴리스티렌 나노입자(PSNPs)를 포함하는 수화젤 센서를 적용한 바이러스 감염 진단 키트를 제안합니다. 이 혁신적인 수화젤 센서는 바이러스 스파이크 단백질과 같은 항원 단백질의 고정력을 획기적으로 높여, 친수성 및 소수성 단백질 모두에 대한 검출 민감도를 극대화합니다. 결과적으로, 기존 진단법 대비 빠르고 정확한 현장 진단(POCT)을 가능하게 하여, 바이러스 감염 여부를 더욱 신뢰성 있게 진단할 수 있습니다. 본 기술을 통해 정밀하고 신속한 바이러스 진단의 새로운 기준을 경험하시길 바랍니다.

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