창원대학교 전자공학과 SoC Design Lab
2011-06-08
하판봉 (panbong)
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창원대학교 SoC (System on a Chip) 설계 실험실은 하판봉교수와 김영희교수가 공동 운영하고 있는 연구실입니다. MCU (Microcontroller Unit)나 RFID (Radio Frequency Identification) 용 내장형 메모리 IP, CMOS 및 X-Ray 영상 센서, 디스플레이 구동 등의 칩을 설계하고 있습니다. 특히 NVM (Non-Volatile Memory) 분야에서 세계 1위의 연구실이 되도록 노력하고 있습니다. 저희 연구실에서는 현재 10명의 석, 박사 과정의 학생들이 NVM 메모리 IP, CMOS 및 X-Ray 영상 센서, 디스플레이 구동 같은 다양한 분야의 연구실과의 협동 연구 및 정기적인 국, 내외 학회 참석을 통해 자신의 능력을 펼치고 있습니다.
저희 연구실에서는 그림 1과 같은 연구분야를 다루고 있으며 또한 핵심 설계 기술을 보유하고 있습니다. 크게 NVM IP와 Image Sensor라는 두 가지 연구분야에 대해서 소개하려 합니다. 첫 번째로 NVM은 그림 1과 같이 RFID Tag Chip, Touch Screen Controller, MCU 등에 이용되는 비휘발성 메모리로는 OTP (One-Time Programmable) 메모리, MTP (Multi-Time Programmable) 메모리, EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), Flash 메모리 등이 있습니다. 메모리 용량과 재기록 횟수에 따른 EEPROM과 Flash 메모리에 대한 응용 분야에 대해서 그림 2에 보였다.
저희 실험실에서 다루고 있는 Image Sensor로는 CMOS Image Sensor와 X-Ray Image Sensor가 있습니다. 그리고 X-Ray Image Sensor는 Integration Type과 Photon Counting Type으로 나눌 수 있습니다. 최근 기존의 Integration Type X-Ray Image Sensor보다 SNR (Signal to Noise Ratio) 측면에서 훨씬 뛰어난 Photon Counting Type X-Ray Image Sensor에 대한 연구가 전세계적으로 진행되고 있습니다.
저희 실험실에서는 Hynix, MagnaChip, Dongbu HiTek, TSMC, Tower, Siltera 공정을 이용하여 EEPROM, OTP 메모리, MTP 메모리를 설계 검증하였습니다. EEPROM이나 Flash 메모리에 비해서 OTP 메모리는 추가공정이 필요하지 않습니다. 셀로는 eFuse와 antifuse를 사용하는데 eFuse는 폴리 실리콘 게이트에 과전류를 흘러 eFuse를 태워 전기적으로 개방시키는 데에 반하여 antifuse는 얇은 게이트 산화막을 가진 MOS 트랜지스터에 높은 전압을 인가하여 파괴시켜 전기적으로 단락시킴으로써 프로그램하는 방식입니다. 그림 3에 eFuse의 특성을 나타내었고 그림 4에 각 셀에 대한 특성을 비교한 것을 보였습니다. 각 공정에서 제공된 표준 셀을 이용하여 설계도 하지만 저희 랩에서 설계된 셀을 이용하여 IP를 설계를 할 수도 있습니다.
저희 실험실에서는 CMOS Image Sensor (CIS)와 X-RAY Image Sensor에 대해서 또한 연구를 하고 있습니다. CIS는 모바일 폰에 많이 이용되고 있습니다. X-Ray Image Sensor는 의료 진단용으로 널리 이용되고 있고 의료 진단용에서 요구되는 사양을 그림 5에 보이고 있습니다. X-Ray Image Sensor로는 Integration Type과 Photon Counting Type이 있는데 SNR 측면에서 훨씬 뛰어난 Photon Counting Type에 대한 연구가 현재 진행되고 있습니다. 기존의 Integration Type는 X-Ray에 의해서 생성된 EHPs (Electron-Hole Pairs)를 적분하여 저장하는 반면에 Photon Counting Type는 임계 에너지보다 높은 에너지를 가진 입사된 Photons 수를 헤아리므로 적은 피폭량으로도 SNR이 높은 고화질의 영상을 얻을 수 있습니다. 현재 널리 사용되고 있는 Integration Type Image Sensor로는 Photoconductor을 사용하는 Direct Conversion 방식과 X-Ray를 쬐면 발광하는 물질 Scintillator을 사용하는 Indirect Conversion 방식이 있습니다. 이들의 구조와 장, 단점을 그림 6에 보였습니다.
저희 연구실은 아침 8시에 시작하여 저녁 10시까지 토요일, 일요일도 없이 모든 구성원이 SoC 설계에서 특히 Embedded NVM IP 설계에 있어서 세계 1위의 기술을 갖도록 서로 독려하며 회사보다도 더 긴밀한 실험실 분위기를 만들어 나갑니다. 두분 교수님을 비롯한 연구실 구성원들은 연구란 적극적인 태도와 구성원의 화합을 통해 이루어 진다고 생각하고 있습니다. 일년에 서너 차례 국내 워크샵과 한차례의 해외 워크샵으로 기술 교류 및 친목을 도모하고 있습니다.
마지막으로, 저희 연구실은 설립된 이후에 2008년에 MagnaChip 반도체의 Campus Champion University에 선정되었고 2009년부터 Dongbu HiTek의 산학 장학생을 양성하고 있으며, 졸업생들은 LG 전자, Hynix 반도체, MagnaChip 반도체, Dongbu HiTek, STX 등에 진출하여 반도체 관련 업무에 많은 공헌을 하고 있습니다. 연구실 소개의 기회를 주신 KOSEN 관계자 분들께 감사드리며, 지금 이 글을 읽고 계신 모든 분들께도 감사 드립니다.
우리 연구실은 창원대학교 55호관 401호 (실험실)와 406호 (세미나실)에 위치하고 있습니다. 연구에 관심과 열정이 있으신 분들에게 저희 연구실은 언제나 열려 있습니다.
창원대학교 바로 옆에 창원중앙역이 있어 KTX나 열차로 오시는 분은 창원중앙역에 내려 도보로 계단을 내려오시면 됩니다. 부산 김해공항에서도 30분 거리에 위치하고 있어서 비행기로 오실 경우 김해공항에서 내리셔서 공항에서 창원 오는 리무진을 타시고 창원병원 앞에서 내리시고, 고속버스로 오실 경우 창원 고속버스 터미널에서 내리셔서 시내버스나 택시로 오시면 됩니다.
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