The true random number generator (TRNG) is demonstrated by using intrinsic stochasticity of the oscillation of a single transistor, essential for non-decryptable hardware-based security devices. Here, we propose a novel and advanced true random number generator utilizing stochastic oscillation behavior of a single transistor exhibiting evident advantages in randomness, scalability, circuit complexity, power consumption. In this work, a single transistor true random number generator is studied by using the single transistor latch (STL) phenomenon in bipolar junction transistor (BJT) operation. The randomness od this device exhibits advantages on previously suggested non-volatile characteristics based True random number generators. And this device’s low power characteristic is advantageous compared to previously reported volatile characteristics-based true random number generators by using analog-to-digital converter to generate random bits. The random number generating operation is shown in both silicon-on-insulator (SOI) and bulk silicon substrate. By using physical floating body, stochastic oscillation is operated on SOI substrate. But it has disadvantages on cost using SOI substrate compare to bulk silicon substrate. The operating principle of stochastic oscillation is based on electrical floating body by biasing voltage on substrate or using deep n-well under p-well body. True random number generator on bulk silicon substrate has advantages on higher scalability and lower cost compare to using SOI substrate. The STL and stochastic oscillation of poly-Si channel MOSFET is also demonstrated so that the possibility of monolithic 3D stackable RNG is suggested. Improved energy efficiency compared to SOI MOSFET is shown thanks to irregular grain boundaries of poly-Si channel.
단일 트랜지스터 고유의 확률적 진동 특성을 이용하여 해독 불가능한 하드웨어 기반 보안 소자에 필수적인 실 난수 발생기를 제안한다. 이 연구에서 무작위성, 확장성, 회로 복잡성, 전력 소비에서 명백한 이점을 나타내는 단일 트랜지스터의 확률적 진동 동작을 활용하여 새롭고 진보된 실 난수 발생기를 제안합니다. 본 연구에서는 BJT 동작에서 STL 현상을 이용하여 단일 트랜지스터 기반 실 난수 발생기를 연구하였다. 이 소자의 난수성은 이전에 제안된 비휘발성 특성 기반 실 난수 발생기에 비해 장점을 나타낸다. 그리고 이 실 난수 발생기는 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 무작위한 비트를 생성함으로써 이전에 보고된 휘발성 특성 기반의 실 난수 발생기에 비해서도 장점을 나타낸다. SOI 기판과 벌크 실리콘 기판 모두에서 난수 생성을 보여주었다. SOI 기판을 사용함에 비해 벌크 실리콘 기판을 사용하면 비용적인 측면과 집적도 면에서 유리한 장점을 가진다. 기판에 전압을 인가하거나 매몰형 도핑 영역을 형성함으로써 전기적 부유 바디를 만들어 확률적 진동 특성을 구현하였다. 또한, 폴리 실리콘 채널에서 확률적 진동 특성을 구현함으로써 모노리식 3D 적층가능한 실 난수 발생기를 제안하였다. 불규칙적인 그레인 경계로 인해 무작위성이 증가해 SOI MOSFET 보다 에너지 효율성이 좋은 폴리 실리콘 채널 기반 실 난수 발생기를 제안하였다
