• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.324-326
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• 2016

In this study, we have investigated indium tin zinc oxide (ITZO) as an active channel for non-volatile memory (NVM) devices. The electrical and memory characteristics of NVM devices using multi-stack gate insulator SiO2/SiOx/SiOxNy (OOxOy) with Si-rich SiOx for charge storage layer were also reported. The transmittance of ITZO films reached over 85%. Besides, ITZO-based NVM devices showed good electrical properties such as high field effect mobility of 25.8 cm2/V.s, low threshold voltage of 0.75 V, low subthreshold slope of 0.23 V/dec and high on-off current ratio of $1.25{\times}107$. The transmission Fourier Transform Infrared spectroscopy of SiOx charge storage layer with the richest silicon content showed an assignment at peaks around 2000-2300 cm-1. It indicates that many silicon phases and defect sources exist in the matrix of the SiOx films. In addition, the characteristics of NVM device showed a retention exceeding 97% of threshold voltage shift after 104 s and greater than 94% after 10 years with low operating voltage of +11 V at only 1 ms programming duration time. Therefore, the NVM fabricated by high transparent ITZO active layer and OOxOy memory stack has been applied for the flexible memory system.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.79-86
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• 2019

For decades, in-memory data structures have been designed for DRAM-based main memory that provides symmetric read/write performances and has no limited write endurance. However, such data structures provide sub-optimal performance for NVM as it has different characteristics to DRAM. With this motivation, we rethink a conventional red-black tree in terms of its efficacy under NVM settings. The original red-black tree constantly rebalances sub-trees so as to export fast access time over dataset, but it inevitably increases the write traffic, adversely affecting the performance for NVM with a long write latency and limited endurance. To resolve this problem, we present a variant of the red-black tree called a hierarchical balanced binary search tree. The proposed structure maintains multiple keys in a single node so as to amortize the rebalancing cost. The performance study reveals that the proposed hierarchical binary search tree effectively reduces the write traffic by effectively reaping the high capacity of NVM.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.288-288
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• 2011

최근 Charge Trap Flash (CTF) Non-Volatile Memory (NVM) 소자가 30 nm node 이하로 보고 되면서, 고집적화 플래시 메모리 소자로 각광 받고 있다. 기존의 CTF NVM 소자의 tunnel layer로 쓰이는 SiO2는 성장의 용이성과 Si 기판과의 계면특성, 낮은 누설전류와 같은 장점을 지니고 있다. 하지만 단일층의 SiO2를 tunnel layer로 사용하는 기존의 Non-Valatile Memory (NVM)는 두께가 5 nm 이하에서 direct tunneling과 Stress Induced Leakage Current (SILC) 등의 효과로 인해 게이트 누설 전류가 증가하여 메모리 보존특성의 감소와 같은 신뢰성 저하에 문제점을 지니고 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로, 최근 CTF NVM 소자의 Tunnel Barrier Engineered (TBE) 기술이 많이 접목되고 있는 상황이다. TBE 기술은 SiO2 단일층 대신에 서로 다른 유전율을 가지는 절연막을 적층시킴으로서 전계에 대한 민감도를 높여 메모리 소자의 쓰기/지우기 동작 특성과 보존특성을 동시에 개선하는 방법이다. 또한 터널링 절연막으로 유전률이 큰 High-K 물질을 이용하면 물리적인 두께를 증가시킴으로서 누설 전류를 줄이고, 단위 면적당 gate capacitance값을 늘릴 수 있어 메모리 소자의 동작 특성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 CTF NVM 소자의 trap layer로 쓰이는 HfO2의 두께를 5 nm, blocking layer의 역할을 하는 Al2O3의 두께를 12 nm로 하고, tunnel layer로 Si3N4막 위에 유전율과 Energy BandGap이 유사한 HfAlO와 ZrO2를 적층하여 Program/Erase Speed, Retention, Endurance를 측정을 통해 메모리 소자로서의 특성을 비교 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.196-197
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• 2010

NAND형 charge trap flash (CTF) non-volatile memory (NVM) 소자가 30nm node 이하로 고집적화 되면서, 기존의 SONOS형 CTF NVM의 tunnel barrier로 쓰이는 SiO2는 direct tunneling과 stress induced leakage current (SILC)등의 효과로 인해 data retention의 감소 등 물리적인 한계에 이르렀다. 이에 따라 개선된 retention과 빠른 쓰기/지우기 속도를 만족시키기 위해서 tunnel barrier engineering (TBE)가 제안되었다. TBE NVM은 tunnel layer의 전위장벽을 엔지니어드함으로써 낮은 전압에서 전계의 민감도를 향상 시켜 동일한 두께의 단일 SiO2 터널베리어 보다 빠른 쓰기/지우기 속도를 확보할 수 있다. 또한 최근에 각광받는 high-k 물질을 TBE NVM에 적용시키는 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 Si3N4와 HfAlO (HfO2 : Al2O3 = 1:3)을 적층시켜 staggered의 새로운 구조의 tunnel barrier Capacitor를 제작하여 전기적 특성을 후속 열처리 온도와 방법에 따라 평가하였다. 실험은 n-type Si (100) wafer를 RCA 클리닝 실시한 후 Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD)를 이용하여 Si3N4 3 nm 증착 후, Atomic layer deposition (ALD)를 이용하여 HfAlO를 3 nm 증착하였다. 게이트 전극은 e-beam evaporation을 이용하여 Al를 150 nm 증착하였다. 후속 열처리는 수소가 2% 함유된 질소 분위기에서 $300^{\circ}C$와 $450^{\circ}C$에서 Forming gas annealing (FGA) 실시하였고 질소 분위기에서 $600^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$까지 Rapid thermal annealing (RTA)을 각각 실시하였다. 전기적 특성 분석은 후속 열처리 공정의 온도와 열처리 방법에 따라 Current-voltage와 Capacitance-voltage 특성을 조사하였다.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2007년도 7th International Meeting on Information Display 제7권2호
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• pp.1284-1287
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• 2007

Titanium dioxide ($TiO_2$) is promising candidate for fabricating blocking layer of gate dielectrics in non-volatile memory (NVM). In this work, we investigated $TiO_2$ as high dielectric constant material instead of silicon dioxide ($SiO_2$), which is generally used as blocking layer for NVM.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제21권4호
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• pp.86-91
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• 2022

Cache bypassing is a scheme to prevent unnecessary cache blocks from occupying the capacity of the cache for avoiding cache contamination. This method is introduced to alleviate the problems of non-volatile memories (NVMs)-based memory system. However, the prior works have been studied without considering wear-out attack. Malicious writing to a small area in NVMs leads to the failure of the system due to the limited write endurance of NVMs. This paper proposes a novel scheme to prolong the lifetime with higher resistance for the wear-out attack. First, the memory reference pattern is found by modified reuse distance calculation for each cache block. If a cache block is determined as the target of the attack, it is forwarded to higher level cache or main memory without updating the NVM-based cache. The experimental results show that the write endurance is improved by 14% on average and 36% on maximum.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제20권8호
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• pp.368-374
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• 2020

저널링 파일 시스템은 저널로 알려진 데이터 구조에 커밋되지 않은 파일 시스템의 변경 사항을 관리하여 예기치 않은 장애 발생 시 파일 시스템을 복원한다. 저널링에 필요한 추가 쓰기 연산은 저널링 파일 시스템의 성능에 부정적인 영향을 미친다. 최근 출시된 바이트 수준 접근이 가능한 고성능 비휘발성 메모리는 비휘발성 메모리 공간을 저널용 스토리지로 제공함으로써 저널링 파일 시스템의 성능 문제를 쉽게 해결할 수 있을 것으로 기대되었다. 그러나 고성능 비휘발성 메모리를 사용하더라도 저널링 파일 시스템의 트랜잭션 관리에 내재된 확장성 문제로 성능 문제는 여전히 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 파일 시스템 트랜잭션 처리를 위해 확장 가능한 성능을 제공하는 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 트랜잭션 처리 상에서 락프리 자료구조를 사용하고 여러 입출력 채널을 지원하는 고성능 저장 장치에 동시에 입출력 여러 요청들을 처리할 수 있도록 한다. 성능 평가를 위해 제안하는 기법을 ext4 파일 시스템에 구현하였고, 멀티코어 서버에서 구현된 파일 시스템과 기존 ext4 파일 시스템과 최근에 제안된 비휘발성 메모리 기반 저널링 파일 시스템을 여러 벤치마크 프로그램을 사용하여 비교했고, 이를 통해 본 연구에서 구현한 파일 시스템이 ext4 파일 시스템과 최근의 비휘발성 메모리 기반 저널링 파일 시스템보다 각각 2.9/2.3배 더 나은 성능을 보인다는 것을 보여준다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제17권1호
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• pp.1-6
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• 2017

This paper presents an optimized adoption of NVM for the storage system of heterogeneous applications. Our analysis shows that a bulk of I/O does not happen on a single storage partition, but it is varied significantly for different application categories. In particular, journaling I/O accounts for a dominant portion of total I/O in DB applications like OLTP, whereas swap I/O accounts for a large portion of I/O in graph visualization applications, and file I/O accounts for a large portion in web browsers and multimedia players. Based on these observations, we argue that maximizing the performance gain with NVM is not obtained by fixing it as a specific storage partition but varied widely for different applications. Specifically, for graph visualization, DB, and multimedia player applications, using NVM as a swap, a journal, and a file system partitions, respectively, performs well. Our optimized adoption of NVM improves the storage performance by 10-61%.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.80-90
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• 2019

최근에 소개된 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory)를 저장장치로 사용하는 경우에도 데이터를 접근하기 위해서는 페이지 테이블이 구축되어야 한다. 이 점에 착안하여 본 논문에서는 페이지 테이블 자체를 비휘발성 메모리에 유지하는 영속적 페이지 테이블 (Persistent Page Table) 기법을 설계한다. 실제 페이지 테이블의 구조는 프로세서마다 다르다. 또한 비휘발성 메모리의 물리주소와 가상주소는 종종 저장장치가 시스템에 연결되기 전까지 알 수 없기 때문에 연결 시점까지는 실제로 동작하는 페이지 테이블을 만들 수 없다. 따라서 영속적 페이지 테이블은 주소와 시스템으로부터 독립적인 구조를 가져야 하며, 저장장치가 동작하는 시점에 영속적 페이지 테이블을 기반으로 시스템 종속적인 페이지 테이블이 생성되어야 한다. 또한 영속적 페이지 테이블 엔트리는 원자적으로 변경되어야 하며, 본 논문에서는 이러한 영속적 페이지 테이블의 설계에 대해 설명한다. 다음으로 파일시스템이 영속적 페이지 테이블이 제공하는 교환 연산을 활용하여 저널링 오버헤드를 감소시킬 수 있음을 보인다. 교환 연산을 활용하도록 Linux Ext4 파일시스템을 변경하였으며, Filebench 워크로드를 이용한 성능 측정 결과를 보면 영속적 페이지 테이블과 교환 연산은 파일시스템의 성능을 최대 60% 향상시킨다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.65-70
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• 2021

최근 모바일 앱의 수가 급증하면서 스마트폰의 메모리 크기 또한 크게 증가하고 있다. 메모리 매체인 DRAM은 모든 셀이 지속적인 전원재공급 연산을 수행해야 내용이 유지되는 휘발성 매체로 메모리 크기 증가 시 전력 소모도 그에 비례해 늘어난다. 최근 스마트폰의 메모리로 DRAM이 아닌 저전력의 비휘발성 메모리를 사용하여 배터리 소모를 줄이고자 하는 시도가 늘고 있다. 그러나, 비휘발성 메모리는 쓰기 연산에 취약성을 가지고 있어 이를 해결하기 위한 분석이 필요하다. 본 논문은 모바일 앱의 메모리 쓰기 참조 트레이스를 추출하고 그 특성을 다양한 각도에서 분석하였다. 본 논문의 연구 결과는 비휘발성 메모리가 메인 메모리로 채택되는 미래의 스마트폰 시스템에서 쓰기 효율성을 가진 메모리 관리 기법 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.