SONIC Lab(차세대시스템반도체설계 연구실)은 극한 환경에서 동작 가능한 내방사선 전자회로 및 시스템, 고성능 RF/아날로그 회로, 첨단 반도체 소자 및 메모리 회로의 설계와 최적화에 중점을 두고 있는 연구실입니다. 본 연구실은 융합전자공학부를 기반으로, 우주, 군사, 원자력 등 방사선이 존재하는 환경에서의 회로 신뢰성 확보와, 차세대 통신 및 센서 시스템을 위한 고주파 회로 설계 기술을 선도적으로 개발하고 있습니다.
특히, 방사선 영향(SET, TID 등)에 강인한 회로 및 시스템 설계를 위해 실리콘-게르마늄 HBT, CMOS, IGZO 등 다양한 소자 및 공정 기술을 활용한 내방사선 회로 구조, 피드백 네트워크, 인덕터 및 커패시터 활용, 열화 예측 모델링, 실험적 검증(중이온 충돌, 펄스 레이저, X-ray 등)을 종합적으로 수행하고 있습니다. 또한, 극저온 및 고온 환경에서의 동작 특성 분석을 통해 다양한 극한 환경에서의 회로 신뢰성 확보 방안을 제시합니다.
RF/고주파 아날로그 회로 분야에서는 저잡음 증폭기, 전력 증폭기, 위상 배열 시스템, 광대역 송수신단, 디지털 스텝 감쇠기, 전압 제어 발진기 등 다양한 회로의 설계 및 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 5G/6G 통신, 레이더, 위성, IoT, 바이오메디컬 등 첨단 응용 분야에서 요구되는 고성능, 저전력, 소형화, 시스템 통합성을 동시에 달성하기 위한 새로운 토폴로지와 설계 방법론을 개발하고 있습니다.
반도체 소자 및 메모리 회로 분야에서는 소자 물리 기반 모델링, 신뢰성 평가, 전기적/방사선 스트레스에 따른 열화 특성 분석, 그리고 차세대 메모리 소자(ReRAM, Memristor 등)와 이를 활용한 재구성 가능한 논리 회로, 신경망 회로, PUF 등 미래 지향적 응용 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
최근에는 머신러닝 및 인공지능 기반의 회로 설계 자동화, 최적화 알고리즘 개발에도 집중하고 있습니다. 복잡한 회로 파라미터 공간에서 최적의 설계 해를 빠르게 도출하고, 설계 효율성과 품질을 동시에 향상시키는 연구를 통해, 차세대 시스템 반도체 설계 분야의 혁신을 이끌고 있습니다. 다양한 산학연 협력 프로젝트와 정부/산업체 지원 과제를 통해 실용적이고 혁신적인 연구성과를 지속적으로 창출하고 있습니다.
SONIC Lab은 극한 환경에서 안정적으로 동작할 수 있는 내방사선 전자회로 및 시스템 설계에 중점을 두고 있습니다. 우주, 원자력, 군사 등 방사선이 강한 환경에서는 전자회로가 고에너지 입자에 노출되어 단일 이벤트 과도 현상(SET)이나 총 이온화 선량(TID)과 같은 다양한 방사선 영향에 취약해집니다. 본 연구실은 이러한 환경에서 회로의 신뢰성과 내구성을 확보하기 위해 방사선 영향 시뮬레이션, 실험(중이온 충돌, 펄스 레이저, X-ray 등), 그리고 내방사선 설계 기법을 종합적으로 연구합니다.
특히, 실리콘-게르마늄(SiGe) 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 및 CMOS 기반의 RF/아날로그 회로를 대상으로 방사선 내성 강화를 위한 회로 구조, 피드백 네트워크, 인덕터 및 커패시터 활용, 그리고 회로/소자 수준의 열화 예측 모델링을 개발하고 있습니다. 또한, 극저온 및 고온 환경에서의 동작 특성 분석을 통해 다양한 극한 환경에서의 회로 신뢰성 확보 방안을 제시합니다.
이러한 연구는 우주 탐사, 위성 통신, 군사 장비, 원자력 발전소 등 방사선이 존재하는 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하며, 실제 산업체 및 정부기관과의 협력 프로젝트를 통해 실용적인 내방사선 회로 및 시스템 개발에 기여하고 있습니다.
RF/고주파 아날로그 회로 및 시스템 설계
SONIC Lab은 RF 및 고주파 아날로그 회로와 시스템의 설계 및 최적화에 대한 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 RF/microwave 프론트엔드, 위상 배열 시스템, 광대역 송수신단, 저잡음 증폭기(LNA), 전력 증폭기(PA), 디지털 스텝 감쇠기(DSA), 전압 제어 발진기(VCO) 등 다양한 고주파 회로의 설계 기술을 보유하고 있습니다. 이러한 회로들은 5G/6G 통신, 레이더, 위성, IoT, 바이오메디컬 등 첨단 응용 분야에서 필수적인 역할을 합니다.
RF/아날로그 회로 설계에서는 높은 주파수 대역폭, 저잡음, 저전력, 고선형성, 소형화, 그리고 시스템 통합성이 중요한 요소입니다. 본 연구실은 실리콘 기반 BiCMOS, CMOS, SiGe HBT 등 다양한 공정 기술을 활용하여 회로의 성능을 극대화하고, 새로운 토폴로지와 최적화 기법을 도입하여 기존 한계를 극복하고 있습니다. 또한, 회로의 신뢰성 및 내방사선 특성을 동시에 고려한 설계 방법론을 개발하여, 극한 환경에서도 안정적으로 동작하는 고성능 RF 시스템을 구현합니다.
최근에는 머신러닝 및 인공지능 기반의 회로 설계 자동화, 최적화 알고리즘 개발에도 집중하고 있습니다. 이를 통해 복잡한 회로 파라미터 공간에서 최적의 설계 해를 빠르게 도출하고, 설계 효율성과 품질을 동시에 향상시키고 있습니다.
반도체 소자 물리 및 신뢰성, 메모리 회로
SONIC Lab은 반도체 소자의 물리적 동작 원리와 신뢰성, 그리고 메모리 회로의 설계 및 특성 분석에 대한 심도 있는 연구를 수행하고 있습니다. 실리콘-게르마늄 HBT, 나노시트 FET, IGZO 기반 트랜지스터, ReRAM 등 첨단 소자를 대상으로 소자 수준의 물리 기반 모델링, 신호/잡음 특성, 열화 및 신뢰성 평가, 그리고 회로와의 연계 최적화 연구를 진행합니다.
특히, 전기적 스트레스, 방사선, 온도 변화 등 다양한 외부 환경 요인에 따른 소자 특성 변화와 그에 따른 회로 성능 저하를 예측하고, 이를 미연에 방지할 수 있는 소자 및 회로 설계 기법을 개발합니다. 또한, 차세대 메모리 소자(예: ReRAM, Memristor)와 이를 활용한 재구성 가능한 논리 회로, 신경망 회로, PUF(Physically Unclonable Function) 등 미래 지향적 응용 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 반도체 소자의 신뢰성 확보, 고성능/저전력 메모리 회로 개발, 그리고 인공지능 및 뉴로모픽 컴퓨팅 등 미래 정보처리 시스템의 핵심 기술 발전에 크게 기여하고 있습니다.
