전기전자뉴스레터-여름호출력

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단율 강
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1 EE-Newsletter Volume / SUMMER

2 02 / EE Newsletter

3 Korea Advanced Institute of Science and Technology / 03

4 introduction Llaboratory 04 / EE Newsletter

5 Korea Advanced Institute of Science and Technology / 05

신개념 양자효과 아날로그/디지털 집적회로 핵심부품 세계최초 개발 양경훈 교수 연구팀 연구성과 소개 양경훈 교수 연구팀이 양자효과 기반의 공명 터널 다이오드 (RTD : Resonant Tunneling Diode)를 이용한 저전력 아날로그 디 지털 집적회로 핵심부품을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.

양경훈 교수 연구팀이 교육과학기술부 21세기 프론티어 테라급 나노 소자 개발사업의 지원을 받아 양자효과 기반의 공명 터널 다이오드 (RTD : Resonant Tunneling Diode)를 이용한 차세대 초고속 저전력 나노소자 집적회로 개발 연구를 수행하여 최근 아날로그와 디지털 통신 용 집적회로의 핵심부품이라 할 수 있는 초고주파 발진기 회로와 40

6 신개념 양자효과 아날로그/디지털 집적회로 핵심부품 세계최초 개발 양경훈 교수 연구팀 연구성과 소개 양경훈 교수 연구팀이 양자효과 기반의 공명 터널 다이오드 (RTD : Resonant Tunneling Diode)를 이용한 저전력 아날로그 디 지털 집적회로 핵심부품을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 공명 터널 다이오드 는 나노 크기에서 일어나는 양자 효과 중 하나 인 공명 터널 현상 을 이용한 반도체 소자를 말한다. 나노전자소자 기술의 획기적인 돌파구를 마련한 것으로 평가 받는 이 연구성 과에 대하여 살펴보기로 하자. 양경훈 교수 연구팀이 교육과학기술부 21세기 프론티어 테라급 나노 소자 개발사업의 지원을 받아 양자효과 기반의 공명 터널 다이오드 (RTD : Resonant Tunneling Diode)를 이용한 차세대 초고속 저전력 나노소자 집적회로 개발 연구를 수행하여 최근 아날로그와 디지털 통신 용 집적회로의 핵심부품이라 할 수 있는 초고주파 발진기 회로와 40 Gb/s 급 4대1 멀티플렉서 회로에서 기존 세계최고 성능 대비 월등히 우 수한 혁신적인 양자효과 회로성능을 얻는데 성공하였다. 개발된 양자효과 기반의 아날로그/디지털 집적회로 기술은 공명 터 널 다이오드 고유의 부성미분저항 (NDR : Negative Differential Resistance) 특성과 초고속 스위칭 특성을 직접적으로 활용하여 얻은 획기적인 기술 혁신으로써, 양자효과 기반 초고주파 발진기 회로의 경 우는 현재 가장 앞선 상용화 기술인 최신 Si CMOS 기반 집적회로 결과 대비 우수한 성능 지표를 지니면서도 99 % 이상의 획기적인 소비전력 감소특성 (1/170 배 감소)을 얻었고, 양자효과 기반 40 Gb/s 급 4대1 멀 <표. 초고주파 발진기 회로 성능비교> (1) 성능지표 : 발진기의 전체적인 성능 비교(값이 클수록 우수)를 위한 지표로 전체 소비전력에 대해 1 mw 를 기준으로 발진 주파수 영향을 고려한 phase noise특성 비교. (2) 0.64 V / 1.2 V : VCO Core 전압 / 버퍼 전압. <표. 멀티플렉서 회로 성능비교> 06 / EE Newsletter 티플렉서 집적회로의 경우는 최신 Si CMOS 회로 결과 대비 소자수는 1/3 이하이고, 전력소모는 보다 작은 혁신적인 성능향상을 이루었다. 양자효과를 이용한 공명터널 다이오드는 이번에 확보된 결과와 같이, KAIST 자체 공정기술임에도 불구하고 초고주파 발진기 회로에서 1/170 배의 획기적인 소비전력 절감 효과를 얻었다. 이 기술은 향후 선 진 상용화 공정기술로 확대 발전한다면 한층 더 높은 성능 향상을 이룰 수 있는 확고한 기술적 우수성을 보였다. 그리고 고유의 초고속 특성뿐 만 아니라 상온 및 고온에서까지 안정적인 동작특성을 나타냄으로써 실 용성 측면 또한 겸비한 차세대 유망 나노 소자기술 중 하나이다. 특히, 차세대 성장 동력인 친환경 녹색기술에서 무엇보다도 중요시되는 저전 력화 연구의 세계적인 추세에 부합됨으로써, 미래 인간친화적 유비쿼터 스 및 바이오 센서 등의 차세대 NT/IT/BT 시장을 아우르는 나노복합융 합기술로의 발전가능성을 지니고 있다. 개발된 양자효과 초고주파 발진기 회로는 유비쿼터스 센서 네트워크 분야, 체내 이식형 의료기기 및 나노로봇/바이오센서 분야 등에 이용되 는 차세대 저전력 무선정보 교환시스템 내에서 공명터널 다이오드의 응 용가능성을 제시했다는 평가를 받고 있다. 그리고 함께 개발된 양자효 과 40 Gb/s 급 4대1 멀티플렉서는 2008년 6월 발표한 40 Gb/s 급 2대 1 멀티플렉서 회로 개발에 이은 40 Gb/s 급 초고속 광통신 시스템 구현 을 위한 확대 발전 연구로써, 기존 CMOS 기반 멀티플렉서를 즉각적으 로 대체할 수 있는 집적회로에 해당한다. 이번 연구에서 개발된 양자 효과 소자 기반 초고주파 발진기 회로와 40 Gb/s 급 4대1 멀티플렉서 회로 개발은 초고속 아날로그와 디지털 회로 전 분야에서 새로운 패러다임을 제시한 것이고, 양자효과 집적회 로의 현실화에 확고한 기틀을 마련한 것이다. 이번 연구결과는 나노기술분야의 세계적 학술논문 권위지인 IEEE 나노테크놀로지 에 2009년 7월에 발표되었고, 2010년 5월경에 추가 발표될 예정에 있다. 이어서 오는 8월경 IEEE NANO 2010 국제학술 대회에, 6월경 IEEE IPRM 2010 국제학술대회에 발표될 예정이다. 지금까지 관련 연구로서 SCI 국제 학술지 총 10건, 국제 학술대회 총 21건이 게재 완료 및 승인되었고, 관련 특허는 국제 7 건 (출원 4 등록 3), 국내 10 건 (출원 5 등록 5) 이 출원 및 등록되었다. 또한, 기술의 우 수성을 인정받아 2008년 8월 교육과학기술부 기술혁신상을, 2010년 2 월 제 16회 반도체학술대회 우수논문상을 받았다.

손쉽게 사용이 가능하며 국내 사망원인의 2위와 3위를 차지하는 심혈관 질 환을 예방할 수 있다고 전망되는 스마트 파스에 대한 원리와 전망에 대해 살펴보기로 한다. 최근에 실린 기사를 보면, 미국에서는 암으로 인한 사망률이 감소하 고 있으며 심혈관 질환(심장질환과 혈관질환), 특히 심장병으로 인한 사 망률이 증가되고 있다고 한다.

7 가슴에 부착하여 심장의 건강상태를 체크하는 스마트 파스 개발 유회준 교수 연구팀 연구성과 소개 유회준 교수 연구팀은 세계 최초로 파스처럼 가슴에 붙여 심장의 건강상태를 체크하는 스마트 파스 를 개발하였다. 스마트 파 스 는 파스 안에 고성능 반도체 직접회로(헬스케어 칩)가 장착되어 있고, 파스 표면의 25개의 전극이 형성되어 있으며 이를 통해 심 장의 수축, 이완 능력과 심전도 신호를 검출할 수 있다. 손쉽게 사용이 가능하며 국내 사망원인의 2위와 3위를 차지하는 심혈관 질 환을 예방할 수 있다고 전망되는 스마트 파스에 대한 원리와 전망에 대해 살펴보기로 한다. 최근에 실린 기사를 보면, 미국에서는 암으로 인한 사망률이 감소하 고 있으며 심혈관 질환(심장질환과 혈관질환), 특히 심장병으로 인한 사 망률이 증가되고 있다고 한다. 또한 우리나라에서도 암 다음으로 사망 원인의 50%가 넘게 차지하고 있는 것이 심혈관 질환이다. 이러한 추세 에 유회준 교수 연구실에서는 심장의 건강상태를 손쉽게 체크할 수 있 는 기술을 개발했다고 한다. 이번 유회준 교수 연구실에서는 직물 위에 전극 및 회로기판을 직접 인쇄할 수 있는 Planar Fashionable Circuit Board(P-FCB)기술을 이 용하여 기존의 심장의 건강상태를 확인하는 방법보다 간편하고 저렴하 면서도 심전도뿐만 아니라 심혈관 임피던스를 동시에 다양하게 측정하 는 기술을 개발했다. 기존의 심장용 헬스케어 기술은 대부분 심장의 전 기적 특성 즉 심전도 신호 또는 심박을 검출하는데 그쳤다. 또한 측정기 기가 크고 이물감, 외부와의 저전력 무선통신의 어려움 등의 문제로 일 상생활에서 저렴하게 널리 사용되지 못하고 있다. 이에 비해, 스마트 파 스는 가격이 저렴하고 파스처럼 심장에 부착하여 휴대폰 등의 휴대용 단 말기를 통해 원격제어는 물론, 고속 무선 통신을 지원하며 심장의 전기 적, 기계적 상태를 장시간 동안 모니터링 할 수 있다는 것이 장점이다. 스마트 파스는 총 4층 적층 구조로 형성되어 있으며 15cm x 15cm 크기에 두께는 1mm정도이다. 가슴에 부착하는 면인 제 1층은 25개의 전극 배열로 형성되며 4개의 전류 주입 전극과 16개의 전압 측정 전극 및 5개의 기준 전극으로 구성되어 있다. 전극의 제작은 P-FCB 기술을 이용하여 전도성 잉크를 헝겊 위에 스크린 프린팅하는 방식으로 이루어 진다. 제 2층은 직물형 인덕터로 스마트 파스의 원격제어를 위한 안테 나로서 동작한다. 제 3층은 쉽게 휘어지는 배터리로 10 시간 이상 지속적인 동작을 위하여 파스 내에 내장되어 있다. 제 4층은 직물형 인쇄 회로 기판으로 그 위에 저 전력 고성능 반도체 칩이 장착되어 있다. - 스마트 파스의 4층 적층 구조 - 통하여 증폭 후 10bit 디지털 변환하여 디지털 신호처리를 하게 된다. 처리된 데이터는 내장되어 있는 20kB의 메모리에 저장이 되고 약 10초 에 한 번씩 고속으로 외부 휴대용 단말기기와 인체를 이용한 고속무선 통신을 함으로써 에너지 효율성을 극대화 시켰다. 이렇게 인체를 이용 한 duty cycled 무선통신기법을 사용함으로써 저전력 구현은 물론, 외 부 신호 간섭에 강인하고 몸에 부착되어 있는 전극을 안테나처럼 사용 할 수 있어 큰 안테나의 구현이 필요가 없다. 특히 고성능 반도체 칩 내에 구현되어 있는 차동 사인전류주입기 (differential sinusoidal current injector)와 multi-input high CMRR 검출회로를 통하여 3V/W 이상의 심혈관 임피던스 검출감도와 1% 미만의 신호왜곡 성능을 얻을 수 있으며 인덕티브 커플링과 인체통 신 등 다양한 저전력 무선 인터페이스 지원한다. 기대하건대, 스마트 파스 기술이 한층 더 성숙되면 자신의 심장건 강상태를 병원이 아닌 일상 생활 속에서 실시간으로 간편하고 저렴하게 자가진단이 가능하며 특히 지속적인 관리가 필요한 만성 심부전 환자, 고혈압 환자 등을 포함한 심혈관 질병이 있는 사람들에게 안성 맞춤이 다. 이는 심혈관 질병 관리를 위한 건강관리 비용을 크게 줄이며 더 나 아가 앞서 언급한 사망률 감소에도 도움이 될 것으로 생각한다. - 스마트 파스를 사용하는 모습 - 바쁘신 와중에도 인터뷰에 응해주시고, 스마트 파스의 원리에 대한 설명을 친절하게 해주신 유회준 교수님 연구실의 엄용 학우께 감사의 말을 전합니다. 사용자는 휴대폰이나 디지털 손목시계 등의 형태로 제작이 가능한 휴 대용 단말기기를 통하여 원격으로 스마트 파스의 동작을 제어할 수 있 으며, 인체에 부착된 25개의 전극으로부터 16가지 다양한 심전도 신호 와 심혈관 임피던스값을 반도체 칩 내에 집적되어 있는 센서검출부를 Korea Advanced Institute of Science and Technology / 07

8 08 / EE Newsletter

9 Korea Advanced Institute of Science and Technology / 09

10 유담동문메사추세츠공과대학기술개발프로그램조교수로임용 10 / EE Newsletter

11 Korea Advanced Institute of Science and Technology / 11

12 The World s Largest Professional Association for the Advancement of Technology 학회 Award program IEEE-SA 12 / EE Newsletter

13 반도체기술의길라잡이, ITRS Korea Advanced Institute of Science and Technology / 13

Intro. to Android Android What is Android? On Nov.5th 2007, Google announced an open source operating system of mobile phone based on Linux platform named Android.

It also contains a rich set of APIs that allows developers to write managed code in the Java language, controlling the device via Google-developed Java libraries.

Moving up, the next is the application framework which is the toolkit that all applications use. All developers have full access of framework APIs. The final layer on the top is the application layer.

14 Intro. to Android Android What is Android? On Nov.5th 2007, Google announced an open source operating system of mobile phone based on Linux platform named Android. Android is the first free, open source, and fully customizable mobile platform. Android offers a full stack: an operating system, middleware, and key mobile applications. It also contains a rich set of APIs that allows developers to write managed code in the Java language, controlling the device via Google-developed Java libraries. As a result, Android enables developers to build extremely rich and innovative applications. Android architecture Below is a diagram of Android architecture. Moving up, the next is the application framework which is the toolkit that all applications use. All developers have full access of framework APIs. The final layer on the top is the application layer. The application includes Home, Contact, Phone, Browser and your own applications. They share the same application framework by the layers below. What s in Android market now? On Feb 16, 2010 Google announced that 60,000 cell phones with Android are shipping every day. You may also have the intent to purchase such a cell phone with numerous applications and games available in Android market. One of the featured applications is the Google Sky Map turns your Android phone into a dynamic window on the night sky. When you point your phone up you will see a map of the brightest stars, constellations, and planets in that part of - skymap the sky. Does it sound romantic? If you visit the website you will be able to learn far more applications including Google map, Facebook for Android, Amazon.com, SprotsTab and so on. - system-architecture - We will start overview of the system architecture from the bottom and work up. Android system is based on the Linux kernel which is used as a hardware abstraction layer. Whenever you want to bring up Android on a new device, the first thing you do is to bring up your Linux and place hardware drivers in place. The next layer up is a set of C/C++ libraries used by various components of the Android system. Next is the Android runtime that includes core libraries written in Java (blue colored). The main component of runtime is the Dalvik virtual machine. The Android runtime is specifically designed for Android to meet the needs of running in an embedded environment where you have limited battery, limited memory and limited CPU. Dalkiv executes files in the Dalvik Executable(.Dex) which is optimized for minimum memory. The result of that is a device can run multiple VMs efficiently. 14 / EE Newsletter Try on your own? You may write your own Android application. To get started, the easiest way is to use Eclipse IDE for Java to write an Android application. Before building your application, you should have Android SDK and Eclipse IDE installed. Then find abundant related tutorials ready online. Follow the steps to build a user interface, code the application and then test your application. Furthermore, if you are an EE student, you might have a chance to do it for your lab course in KAIST. Wish you a great time with the Android!

15 U-City in Korea Korea Advanced Institute of Science and Technology / 15

16 16 / EE Newsletter

17 Korea Advanced Institute of Science and Technology / 17

18 18 / EE Newsletter

19 제대로살려면 미쳐라 Korea Advanced Institute of Science and Technology / 19

전기전자뉴스레터-여름호수정2

전기전자뉴스레터-여름호수정2 EE-Newsletter 2011. Volume 2 02 04 05 06 2011 / SUMMER 08 09 10 12 14 16 18 20 02 / EE Newsletter Korea Advanced Institute of Science and Technology / 03 04 / EE Newsletter Korea Advanced Institute of