• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.45 no.6
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• pp.89-95
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• 2008

In this paper, we designed a low power face detection hardware and analysed its power consumption. The face detection hardware was fabricated using Samsung 0.18um CMOS technology and it can detect multiple face locations from a 2-D image. The hardware is composed of 6 functional modules and 11 internal memories. We introduced two operating modes(SLEEP and ACTIVE) to save power and a clock gating technique was used at two different levels: modules and registers. In additional, we divided an internal memory into several pieces to reduce the energy consumed when accessing memories, and fully utilized low power design option provided in Synopsis Design Compiler. As a result, we could obtain 68% power reduction in ACTIVE mode compared to the original design in which none of the above low power techniques were used.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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• v.36C no.4
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• pp.31-43
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• 1999

The main goal of this paper is to design a high performance SVP(Stack based Video Processor) for network applications. The SVP is a comprehensive scheme; 'better' in the sense that it is an optimal selection of previously proposed enhancements of a stack machine and a video processor. This can process effectively object-based video data using a S-RISC(Stack-based Reduced Instruction Set Computer) with a semi -general-purpose architecture having a stack buffer for OOP(Object-Oriented Programming) with many small procedures at running programs. And it includes a vector processor that can improve the MPEG coding speed. The vector processor in the SVP can execute advanced mode motion compensation, motion prediction by half pixel and SA-DCT(Shape Adaptive-Discrete Cosine Transform) of MPEG-4. Absolutors and halfers in the vector processor make this architecture extensive to a encoder. We also designed a VLSI stack-oriented video processor using the proposed architecture of stack-oriented video decoding. It was designed with O.5$\mu\textrm{m}$ 3LM standard-cell technology, and has 110K logic gates and 12 Kbits SRAM internal buffer. The operating frequency is 50MHz. This executes algorithms of video decoding for QCIF 15fps(frame per second), maximum rate of VLBV(Very Low Bitrate Video) in MPEG-4.

• The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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• v.27 no.8B
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• pp.787-795
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• 2002

This paper presents the architecture and the implementation of a 2K/4K/8K-point complex Fast Fourier Transform(FFT) processor for Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) system. The architecture is based on the Cooley-Tukey algorithm for decomposing the long DFT into short length multi-dimensional DFTs. The transposition memory, shuffle memory, and memory mergence method are used for the efficient manipulation of data for multi-dimensional transforms. Booth algorithm and the COordinate Rotation DIgital Computer(CORDIC) processor are employed for the twiddle factor multiplications in each dimension. Also, for the CORDIC processor, a new twiddle factor generation method is proposed to obviate the ROM required for storing the twiddle factors. The overall 2K/4K/8K-FFT processor requires 600,000 gates, and it is implemented in 1.8 V, 0.18 ${\mu}m$ CMOS. The processor can perform 8K-point FFT in every 273 ${\mu}s$, 2K-point every 68.26 ${\mu}s$ at 30MHz, and the SNR is over 48dB, which are enough performances for the OFDM in DVB-T.

• The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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• v.36 no.3C
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• pp.175-182
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• 2011

This paper presents a novel eight-parallel 128/256-point mixed-radix multi-path delay commutator (MRMDC) FFT/IFFT processor for orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) systems. The proposed FFT architecture can provide a high throughput rate and low hardware complexity by using an eight-parallel data-path scheme, a modified mixed-radix multi-path delay commutator structure and an efficient scheduling scheme of complex multiplications. The efficient scheduling scheme can reduce the number of complex multipliers at the second stage from 88 to 40. The proposed FFT/IFFT processor has been designed and implemented with the 90nm CMOS technology. The proposed eight-parallel FFT/IFFT processor can provide a throughput rate of up to 27.5Gsample/s at 430MHz.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.138-138
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• 2017

차세대 CMOS 소자의 지속적인 고직접화를 위해서는 높은 gate capacitance와 낮은 gate leakage current를 확보를 위한, 적절한 metal gate electrode와 high-k dielectric 물질의 개발이 필수적으로 요구된다. 특히, gate dielectric으로 적용하기 위한 다양한 high-k dielectric 물질 후보군 중에서, 높은 dielectric constant와, 낮은 leakage current, 그리고 Si과의 우수한 열적 안정성을 가지는 Zr silicates 또는 Hf silicates(ZrSiO4와 HfSiO4) 물질이 높은 관심을 받고 있으며, 이를 원자층 증착법을 통해 구현하기 위한 노력들이 있어왔다. 그러나, 현재까지 보고된 원자층 증착법을 이용한 Zr silicates 및 Hf silicates 공정의 경우, 개별적인 Zr(또는 Hf)과 Si precursor를 이용하여 ZrO2(또는 HfO2)과 SiO2를 반복적으로 증착하는 방식으로 Zr silicates 또는 Hf silicates를 형성하고 있어, 전체 공정이 매우 복잡해지는 문제점 뿐 아니라, gate dielectric 내에서 Zr과 Si의 국부적인 조성 불균일성을 야기하여, 제작된 소자의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점을 나타내왔다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 하나의 precursor에 Zr (또는 Hf)과 Si 원소를 동시에 가지고 있는 DNS-Zr과 DNS-Hf bimetallic precursor를 이용하여 새로운 ZrSiO4와 HfSiO4 ALD 공정을 개발하고, 그 특성을 살펴보고자 하였다. H2O와 O3을 reactant로 사용한 원자층 증착법 공정을 통하여, Zr:Si 또는 Hf:Si의 화학양론적 비율이 항상 일정한 ZrSiO4와 HfSiO4 박막을 형성할 수 있었으며, 이들의 전기적 특성 평가를 진행하였으며, dielectric constant 및 leakage current 측면에서 우수한 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로, bimetallic 전구체를 이용한 ALD 공정은 차세대 고성능 논리회로의 게이트 유전물질에 응용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.129-129
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• 2011

ISFET (ion sensitive field effect transistor)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액 속의 이온들이 감지막의 표면에서 속박되어 막의 표면전위의 변화를 유발하는 것을 이용한다. 그 결과, ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. ISFET의 높은 pH감지능력을 얻기 위하여 높은 high-k물질 들이 감지막으로서 연구되었다. Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수, non-ideal 효과에 대한 immunity 그리고 높은 pH 감지능력 등 많은 장점을 가지고 있는 물질로 알려졌다. 본 연구에서는, SiO2/HfO2/Al2O3 (OHA) 적층막을 이용한 EIS (electrolyte- insulator-silicon) pH센서를 제작하였다. EIS구조는 ISFET로의 적용이 용이하며 ISFET보다 제작 방법과 소자 구조가 간단하다는 장점이 있다. HfO2은 22~25의 높은 유전상수를 가지며 높은 pH 감지능력으로 인하여 감지막으로서 많은 연구가 이루어지고 있는 물질이다. 하지만 HfO2의 물질이 가진 고유의 특성상 화학적 용액에 대한 non-ideal 효과는 다른 금속계열 산화막에 비하여 취약한 모습을 보인다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 이러한 물질들의 성질을 고려하여 OHA의 새로운 감지막의 적층구조를 생각하였다. 먼저 Si과 high-k물질의 양호한 계면상태를 이루기 위하여 5 nm의 얇은 SiO2막을 완충막으로서 성장시켰다. 다음으로 높은 유전상수를 가지고 있는 8 nm의 HfO2을 증착시킴으로서 소자의 물리적 손상에 대한 안정성을 향상시켰다. 최종적으로 화학용액과 직접적인 접촉이 되는 부분은 non-ideal 효과에 강한 Al2O3을 적층하여 소자의 화학적 손상에 문제점을 개선시켰다. 결론적으로 감지막의 적층 모델링을 통하여 각각의 high-k 물질이 가진 고유의 특성에 대한 한계점을 극복함으로써 높은 pH 감지능력뿐만 아니라 신뢰성 있는 pH 센서가 제작 되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.152-153
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• 2012

Ion sensitive field effect transistor (ISFET)는 전해질 속 각종 이온농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. 이 소자의 기본 구조는 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)에서 고안되었으며 게이트 컨택 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다 [1]. ISFET는 기존의 반도체 CMOS 공정과 호환이 가능하고 제작이 용이할 뿐만 아니라, pH용액에 대한 빠른 반응 속도, 비표지 방식의 생체물질 감지능력, 낮은 단가 및 소자의 집적이 용이하다는 장점을 가지고 있다. ISFET pH센서의 감지특성에 결정하는 요소 중 가장 중요한 것은 소자의 감지막이라고 할 수 있다. 감지막은 감지 대상 물질과 물리적으로 직접 접촉되는 부분으로서 일반적으로 기계적/화학적 강도가 우수한 실리콘 산화막(SiO2)이 많이 사용되어져 왔다. 최근에는 기존의 SiO2 보다 성능이 향상된 감지막을 개발하기 위하여 Al2O3, HfO2, ZrO2, 그리고 Ta2O5와 같은 고유전 상수(high-k)를 가지는 물질들을 EIS 센서의 감지막으로 이용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 지속적인 high-k 물질들에 대한 연구에도 불구하고 각각의 물질이 갖는 한계점이 드러났다. 본 연구에서는 SOI기판에서 SiO2 /HfO2 (OH), SiO2/Al2O3 (OA) 이단 적층 그리고 SiO2/HfO2/Al2O3 (OHA) 삼단적층 감지막을 갖는 ISFET을 제작하고 각 감지막의 특성을 평가하였다. 평가된 특성의 결과가 아래의 표1에 요약되었다. 그 결과, 각 high-k 물질이 갖는 한계점을 극복하기 위하여 제안된 OHA감지막은 기존에 OH, OA가 갖는 장점을 취하면서 단점을 최소화 시키는 최적화된 감지막의 감지특성을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.284-284
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• 2011

Ion sensitive field effect transistor (ISFET)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액의 수소이온이 막의 표면에 속박되어 표면전위의 변화를 유발하는 것에 기인한다. 그 결과, 수소이온의 농도에 따라 ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. 한편, ISFET의 좋은 pH감지특성과 높은 출력특성을 얻기 위하여 high-k물질들이 감지막으로써 지속적으로 연구되어져 왔다. 그 중 Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수와 좋은 pH 감지능력으로 인하여 많은 연구가 이루어져온 물질이다. 하지만 HfO2는 높은 유전상수를 갖음에도 불구하고 화학용액에 대한 non-ideal 효과에 취약하다는 보고가 있다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 본 연구에서는, 이러한 각각의 high-k 물질들의 단점을 보안하기 위하여 SiO2/HfO2/Al2O3(OHA) 적층막을 이용한 ISFET pH 센서를 제작하였으며 SOI 기판에서 구현되었다. SOI기판에서 OHA 적층막을 이용한 ISFET 제작이 이루어짐에 따라서 소자의 signal to noise 비율을 증대 시킬것으로 기대된다. 실제로 SOI-ISFET와 같이 제작된 SOI-MOSFET는 1.8${\times}$1010의 높은 on/off 전류 비율을을 보였으며 65 mV/dec의 subthreshold swing 값을 갖음으로써, 우수한 전기적 특성을 보이는 ISFET가 제작이 되었음을 확인 하였다. OHA 감지 적층막의 각 층은 양호한 계면상태, 높은 출력특성, 화학용액에 대한non-ideal 효과에 강한 immunity을 위하여 적층되었다. 결론적으로 SOI과 OHA 적층감지막을 이용하여 우수한 pH 감지 특성을 보이는 pH 센서가 제작되었다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.19 no.9
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• pp.808-812
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• 2006

In this dissertation, Ru-Zr metal gate electrode deposited on two kinds of dielectric were formed for MOS capacitor. Sample co-sputtering method was used as a alloy deposition method. Various atomic composition was achieved when metal film was deposited by controlling sputtering power. To study the characteristics of metal gate electrode, C-V(capacitance-voltage) and I-V(current-voltage) measurements were performed. Work function and equivalent oxide thickness were extracted from C-V curves by using NCSU(North Carolina State University) quantum model. After the annealing at various temperature, thermal/chemical stability was verified by measuring the variation of effective oxide thickness and work function. This dissertation verified that Ru-Zr gate electrodes deposited on $SiO_{2}\;and\;ZrO_{2}$ have compatible work functions for NMOS at the specified atomic composition and this metal alloys are thermally stable. Ru-Zr metal gate electrode deposited on $SiO_{2}\;and\;ZrO_{2}$ exhibit low sheet resistance and this values were varied with temperature. Metal alloy deposited on two kinds of dielectric proposed in this dissertation will be used in company with high-k dielectric replacing polysilicon and will lead improvement of CMOS properties.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.20 no.2
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• pp.343-350
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• 2016

A secure and effective on-chip bus for detecting and preventing malicious attacks by infected IPs is presented in this paper. Most system inter-connects (on-chip bus) are vulnerable to hardware Trojan (Malware) attack because all data and control signals are routed. A proposed secure bus with modifications in arbitration, address decoding, and wrapping for bus master and slaves is designed using the Advanced High-Performance and Advance Peripheral Bus (AHB and APB Bus). It is implemented with the concept that arbiter checks share of masters and manage infected masters and slaves in every transaction. The proposed hardware is designed with the Xilinx 14.7 ISE and verified using the HBE-SoC-IPD test board equipped with Virtex4 XC4VLX80 FPGA device. The design has a total gate count of 39K at an operating frequency of 313MHz using the $0.13{\mu}m$ TSMC process.