최근 반도체 분야에서 칩내뿐 만 아니라 패키지 레벨에서의 전력 전송의 중요성이 부각되고 있습니다. 특히 칩 사이즈가 증가하고 scaling에 따른 배선의 저항증가로 인해 IR drop 및 이에 따른 전력 손실이 매우 큰 문제가 되고 있습니다. 또한 칩당 사용하는 전력 수준이 상승함에 따라 전력 전송에 따른 전력 손실은 지속적으로 증가하고 있는 추세입니다.
 
이를 본질적으로 해결하기 위해서 본 연구에서는 고전압으로 전력을 전송하고 이를 칩의 후면에서 하전하여 전원을 공급하는 방안을 제안합니다. 전압이 높은 상태로 전력을 전송함으로써 전력 전송시의 손실을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다. 이는 우리 주변의 전력 전송과 유사하다고 할 수 있습니다. (수백~수천kV로 전송하고 가정에서 220V로 사용) 이러한 전력 공급 방식을 구현하기 위해 필요한 온칩 Voltage regulator (VR) 제작 기술을 개발하고자 합니다.

온칩 VR은 칩내 전력/전원 자원을 효율적으로 활용하기 위하여 Power gating컨셉 이후로 회로 연구자들에 의하여 활발히 연구되고 있지만 제시된 회로 topology에 필요한 인덕터나 캐패시터 같은 수동소자들의 사이즈가 과도하게 비대하여 완전히 칩내에 구현하는 데에는 한계가 존재했습니다. 더불어 Si CMOS소자를 VR에 활용 시, 동작 주파수 등의 물질 한계가 존재하여 이를 근본적으로 해결할 소자/공정 측면의 접근이 중요해지고 있습니다.

따라서 본 연구에서는 특히 소재적 잠재력이 가장 우수한 GaN을 스위치로 이용하고 기존에는 on chip집적이 불가능했던 capacitor를 강유전체를 이용하여 소형화 하여 이를 후면전력공급망 (BSPDN)에 집적하고자 합니다. 이러한 소자/공정 기술을 기반으로 BSPDN에 집적된 On-chip VR를 세계 최초로 구현하는 것이 최종 목표입니다.

최근 HPC에서의 칩당 전력 소모 증가 및 칩 사이즈 비대화 동향에 따라 전력 전송의 중요성은 이후 지속적으로 각인될 것으로 예상됨에 따라 이를 궁극적으로 해결하고자 하는 본 연구는 학술적/산업적/사회적 다양한 관점에서의 임팩트가 기대됩니다.