GIDL 유도 앰비폴라 전류특성 nMOSFET 사용한 1T-TCAM
1T-TCAM with GIDL-Induced Ambipolar nMOSFET
- 주제(키워드) Ambipolar , GIDL , CTL , NVM-TCAM , Simulation
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김장현
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035631
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Ternary Content-addressable memory (TCAM)은 데이터를 직접 검색하고 일치한 정보를 가진 주소를 반환하는 메모리이다. 단일 메모리 내에서 비교 연산을 수행함으로써 매우 빠른 검색 속도를 제공하므로, TCAM은 In-Memory Computing (IMC) 기반 가속기로 적용될 수 있는 잠재력을 가진다. 특히, TCAM 기반 IMC 가속기는 입력 간 유사도를 계산하는 추론 모델이나, 조건에 따라 분류를 수행하는 Tree 기반 알고리즘에 적용되고 있다. 한편, Complementary Metal–Oxide–Semiconductor (CMOS) 기반 TCAM 구조는 복잡한 셀 구성과 높은 전력 소모라는 한계를 가지므로 Non-Volatile Memory (NVM) 소자를 도입하여 TCAM 아키텍처 간소화가 제안되어 왔다. 그러나 여전히 최소 2개의 트랜지스터가 필요하며 상보적인 동작 방식이 요구된다. 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 Gate-Induced Drain Leakage (GIDL)에 의해 유도되는 앰비폴라 (Ambipolar) 전류 특성과 high-κ 기반 Charge trap layer (CTL) 구조를 결합한 1T-TCAM 구조를 제안하였다. 본 연구는 제안된 구조의 실현 가능성과 TCAM의 필수 동작을 검증하는 데 있으며, 이를 위해 소자 제작과 모델링 (Modeling) 및 시뮬레이션을 수행했다. 제작된 n-channel MOSFET (nMOSFET) 기반 소자는 GIDL 현상을 이용한 앰비폴라 전류 특성을 보였으며, CTL 구조를 통해 ternary state 저장 및 문턱 전압 이동 특성을 확보하였다. 또한, 실측 데이터를 기반으로 BSIM-BULK 기반의 컴팩 모델 (Compact model)을 구축하고 시뮬레이션을 수행함으로써, 단일 TCAM 셀 수준에서의 Search 동작 가능성을 검증하였다. 나아가, Tree 기반 모델을 TCAM 어레이 (Array)에 직접 적용하여 병렬 동작 특성을 확인하였다. 본 연구에서는 GIDL 유도 앰비폴라 nMOSFET이 1T-TCAM을 구현할 수 있음을 검증하였다.
more목차
제 1장. 연구 배경과 제안 1
제 1.1절 TCAM introduction 1
제 1.2절 TCAM 아키텍처 5
제 1.3절 1T-TCAM 구조 제안 9
제 2장. 소자 제작 및 전기적 특성 측정 13
제 2.1절 실험 방법 13
제 2.2절 GIDL 유도 앰비폴라 nMOSFET 제작 과정 14
제 2.3절 AZA MIS 구조의 프로그래밍 특성 21
제 2.4절 GIDL 유도 앰비폴라 nMOSFET 전기적 특성 23
제 3장. TCAM 검증 26
제 3.1절 컴팩 모델 형성 26
제 3.2절 TCAM 단일 셀 검증 29
제 3.3절 TCAM 어레이 검증 37
제 4장. 결론 44
참고문헌 46
