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Sapphire SiC, Si 기판에 따른 AlGaN/GaN HEMT의 DC 전기적 특성의 시뮬레이션과 분석
김수진,김동호,김재무,최홍구,한철구,김태근,Kim, Su-Jin,Kim, Dong-Ho,Kim, Jae-Moo,Choi, Hong-Goo,Hahn, Cheol-Koo,Kim, Tae-Geun 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.4
In this paper, we report on the 2D (two-dimensional) simulation result of the DC (direct current) electrical and thermal characteristics of AlGaN/GaN HEMTs (high electron mobility transistors) grown on Si substrate, in comparison with those grown on sapphire and SiC (silicon carbide) substrate, respectively. In general, the electrical properties of HEMT are affected by electron mobility and thermal conductivity, which depend on substrate material. For this reason, the substrates of GaN-based HEMT have been widely studied today. The simulation results are compared and studied by applying general Drift-Diffusion and thermal model altering temperature as 300, 400 and 500 K, respectively. With setting T=300 K and $V_{GS}$=1 V, the $I_{D,max}$ (drain saturation current) were 189 mA/mm for sapphire, 293 mA/mm for SiC, and 258 mA/mm for Si, respectively. In addition, $G_{m,max}$ (maximum transfer conductance) of sapphire, SiC, Si was 38, 50, 31 mS/mm, respectively, at T=500 K. 본 논문에서는 최근 고출력 및 고온 분야의 반도체 분야에 널리 이용되고 있는 AlGaN/GaN 고 전자 이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT) 에 대해 DC (direct current) 특성과 열 특성을 기판을 달리하며 시뮬레이션을 수행하였다. 일반적으로 HEMT 소자의 전자 이동도 및 열전도 특성은 기판의 영향이 그 특성을 크게 좌우한다. 이러한 문제점으로 인해 GaN 기반의 HEMT 소자의 기판에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서, 일반적인 Drift-Diffusion 모델과 열 모델을 이용하여 Si, sapphire, SiC (silicon carbide)으로 각각 기판을 변화시키며 시뮬레이션을 하였다. 열 모델 시뮬레이션은 온도를 각각 300, 400, 500K로 변화시키며 그 결과를 비교, 해석 하였다. 전류-전압 (I-V) 특성을 T= 300 K, $V_{GS}$=1 V의 조건에서 시뮬레이션 한 결과, 드레인 포화전류 ($I_{D,max}$)의 값과 sapphire 기판은 189 mA/mm, SiC 기판은 293 mA/mm, Si 기판은 258 mA/mm 를 나타내었다. 또한 T= 500 K에서 최대 전달컨덕턴스($G_{m,max}$)는 각각 38, 50, 31 mS/mm 를 나타내었다.
열처리 분위기에 따른 유로퓸 실리케이트 박막의 특성 변화
김은홍,신영철,임시종,한철구,김태근,Kim, Eun-Hong,Shin, Young-Chul,Leem, Si-Jong,Hahn, Cheol-Koo,Kim, Tae-Geun 한국전기전자재료학회 2007 전기전자재료학회논문지 Vol.20 No.3
We investigate the influence of the ambient gas during thermal annealing on the photoluminescence (PL) properties of europium-silicate thin films. The films were fabricated on substrates by using a radio-frequency magnetron sputtering method and subsequent rapid thermal annealing (RTA). The mechanism for the formation of the europium silicates during the annealing process was investigated by using X-ray diffraction (XRD) spectroscopy, Auger electron spectroscopy (AES) and transmission electron microscopy (TEM). A series of narrow PL spectra from $Eu^{3+}$ ions was observed from the film annealed in $O_2$ ambient. Broad PL spectra associated with $Eu^{2+}$ ions, with a maximum intensity at 600 nm and a FWHM of 110 nm, were observed from the thin film annealed at $1000^{\circ}C$ in $N_2$ ambient.
고전압 응용분야를 위한 GaN 쇼트키 다이오드의 산화 공정
하민우(Min-Woo Ha),한민구(Min-Koo Han),한철구(Cheol-Koo Hahn) 대한전기학회 2011 전기학회논문지 Vol.60 No.12
1 ㎸ high-voltage GaN Schottky diode is realized using GaN-on-Si template by oxidizing Ni-Schottky contact. The Auger electron spectroscopy (AES) analysis revealed the formation of NiOx at the top of Schottky contact. The Schottky contact was changed to from Ni/Au to Ni/Ni-Au alloy/Au/NiOx by oxidation. Ni diffusion into AlGaN improves the Schottky interface and the trap-assisted tunneling current. In addition, the reverse leakage current and the isolation-leakage current are efficiently suppressed by oxidation. The isolation-leakage current was reduced about 3 orders of magnitudes. The reverse leakage current was also decreased from 2.44 A/㎠ to 8.90 ㎃/㎠ under -100 V-biased condition. The formed group-III oxides (AlOx and GaOx) during the oxidation is thought to suppress the surface leakage current by passivating surface dangling bonds, N-vacancies and process damages.
선택적 분자선 에픽택시 방법에 의한 1D-2DEG 혼성 나노선 FET의 구현
김윤주,김동호,김은홍,서유정,노정현,한철구,김태근,Kim, Yun-Joo,Kim, Dong-Ho,Kim, Eun-Hong,Seo, Yoo-Jung,Roh, Cheong-Hyun,Hahn, Cheol-Koo,Ogura, Mutsuo,Kim, Tae-Geun 한국전기전자재료학회 2006 전기전자재료학회논문지 Vol.19 No.11
High quality three-dimensional (3D) heterostructures were constructed by selective area (SA) molecular beam epitaxy (MBE) using a specially patterned GaAs (001) substrate to improve the efficiency of tarrier transport. MBE growth parameters such as substrate temperature, V/III ratio, growth ratio, group V sources (As2, As4) were varied to calibrate the selective area growth conditions and the 3D GaAs-AlGaAs heterostructures were fabricated into the ridge type and the V-groove type. Scanning micro-photoluminescence $({\mu}-PL)$ measurements and the following analysis revealed that the gradually (adiabatically) coupled 1D-2DEG (electron gas) field effect transistor (FET) system was successfully realized. These 3D-heterostructures are expected to be useful for the realization of high-performance mesoscopic electronic devices and circuits since it makes it possible to form direct ohmic contact onto the (quasi) 1D electron channel.
트렌치 구조의 소스와 드레인 구조를 갖는 AlGaN/GaN HEMT의 DC 출력특성 전산모사
정강민,이영수,김수진,김동호,김재무,최홍구,한철구,김태근,Jung, Kang-Min,Lee, Young-Soo,Kim, Su-Jin,Kim, Dong-Ho,Kim, Jae-Moo,Choi, Hong-Goo,Hahn, Cheol-Koo,Kim, Tae-Geun 한국전기전자재료학회 2008 전기전자재료학회논문지 Vol.21 No.10
We present simulation results on DC characteristics of AlGaN/GaN HEMTs having trench shaped source/drain Ohmic electrodes. In order to reduce the contact resistance in the source and drain region of the conventional AlGaN/GaN HEMTs and thereby to increase their DC output power, we applied narrow-shaped-trench electrode schemes whose size varies from $0.5{\mu}m$ to $1{\mu}m$ to the standard AlGaN/GaN HEMT structure. As a result, we found that the drain current was increased by 13 % at the same gate bias condition and the transconductance (gm) was improved by 11 % for the proposed AlGaN/GaN HEMT, compared with those of the conventional AlGaN/GaN HEMTs.
다중 대역 송신을 위한 디지털 사전 왜곡 기법을 이용한 비선형 전력 증폭기의 고조파 신호 선형화
오경태(Kyungtae Oh),구현철(Hyunchul Ku),김동수(Dongsu Kim),한철구(Cheol-Koo Hahn) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.12
본 논문에서는 입력 복소 포락선 신호와 m차 고조파 대역의 출력 복소 포락선 신호 사이의 비선형성 관계를 이론적으로 분석하고, 이를 모델링하기 위하여 AM/AMm, AM/PMm을 정의하였다. 제안된 모델을 측정 데이터로부터 추출하는 방안을 제안하였고, InGaP 전력 증폭기에 대하여 기본 주파수 대역과 3차 고조파 대역에서의 신호를 측정하여 제안된 모델 및 기법의 유효성을 검증하였다. 또한, 제안된 고조파 신호 대역에 대한 모델을 기반으로 고조파 대역 신호의 선형화를 위한 디지털 사전 왜곡 기법을 제안하였다. 디지털 사전 왜곡기에서 비선형 역함수 구현을 위해 수치 해석적인 방법과 Look-Up Table(LUT) 방식을 이용하였다. 고조파 신호 선형화를 위한 디지털 사전 왜곡기를 포함하는 송신기를 구현하고 16-QAM과 64-QAM의 입력 신호에 대해서 3차 고조파 출력신호의 스펙트럼과 I/Q 신호 성상도를 측정하였다. 고조파 대역에서 비선형 왜곡에 의해서 의미 없는 신호는 제안된 기법으로 구성된 송신기에 의해 선형화되었으며, 그 결과 각 신호에 대한 Error-Vector Magnitudes(EVM)이 6.4 %와 6.5 %로 측정되었다. 제안된 기법은 향후 SDR과 CR 등의 차세대 다중 대역 송신 시스템에 적용될 수 있을 것으로 사료된다. In this paper, a nonlinear relationship between an input complex envelope and an output complex envelope of m-th harmonic zone is theoretically analyzed, and AM/AMm and AM/PMm are defined. A scheme to extract these characteristics from measured in-phase and quadrature-phase data is suggested. The proposed analysis is verified with a fundamental-fundamental and fundamental-third harmonic measurements for a InGaP power amplifier(PA). Based on the harmonic-band nonlinear analysis and extraction scheme, a new technique to send a signal in m-th harmonic band with a harmonic signal Linearization Digital Predistortion(DPD) scheme is presented. A numerical analysis and a Look-Up Table(LUT) based DPD algorithms to linearize output signal on m-th harmonic zone are developed. For a 16- and a 64-QAM input signals, a DPD for third harmonic signal linearization is implemented, and output spectrum and signal constellation are measured. The wholly distorted signals are linearized, and thus the measured Error Vector Magnitudes (EVM) are 6.4 % and 6.5 % respectively. The results show that a proposed scheme linearizes a nonlinearly distorted harmonic band signals. The proposed nonlinear analysis and predistortion scheme can be applied to multiband transmitter in next generation software defined radio(SDR)/cognitive radio(CR) wireless system.
고전압 GaN 쇼트키 장벽 다이오드의 완충층 누설전류 분석
황대원(Dae Won Hwang),하민우(Min-Woo Ha),노정현(Cheong Hyun Roh),박정호(Jung Ho Park),한철구(Cheol-Koo Hahn) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.48 No.2
본 논문에서 실리콘 기판 위에 성장된 GaN 에피탁시를 활용하여 고전압 쇼트키 장벽 다이오드를 제작하였으며, 금속-반도체 접합의 열처리 조건에 따른 GaN 완충층 (buffer layer) 누설전류와 제작된 다이오드의 전기적 특성 변화를 연구하였다. Ti/Al/Mo/Au 오믹 접합과 Ni/Au 쇼트키 접합이 제작된 소자에 설계 및 제작되었다. 메사를 관통하는 GaN 완충층의 누설전류를 측정하기 위하여 테스트 구조가 제안되었으며 제작하였다. 700℃에서 열처리한 경우 100 V 전압에서 측정된 완충층의 누설전류는 87 ㎁이며, 이는 800℃에서 열처리한 경우의 완충층의 누설전류인 780 ㎁보다 적었다. GaN 쇼트키 장벽 다이오드의 누설전류 메커니즘을 분석하기 위해서 Auger 전자 분광학 (Auger electron spectroscopy) 측정을 통해 GaN 내부로 확산되는 Au, Ti, Mo, O 성분들이 완충층 누설전류 증가에 기여함을 확인했다. 금속-반도체 접합의 열처리를 통해 GaN 쇼트키 장벽 다이오드의 누설전류를 성공적으로 감소시켰으며 높은 항복전압을 구현하였다. We have fabricated GaN Schottky barrier diode (SBD) for high-voltage applications on Si substrate. The leakage current and the electrical characteristics of GaN SBD are investigated by annealing metal-semiconductor junctions. Ohmic junctions of Ti/Al/Mo/Au and Schottky junctions of Ni/Au are used in the fabrication. A test structure is proposed to measured buffer leakage current through a mesa structure. When annealing temperature is increased from 700℃ to 800℃, measured buffer leakage current is also increased from 87 ㎁ to 780 ㎁ at the width of 100 ㎛. The diffusion of Au, Ti, Mo, O into GaN buffer layer increases the leakage current and that is verified by Auger electron spectroscopy. Experimental results show that the low leakage current and the high breakdown voltage of GaN SBD are achieved by annealing metal-semiconductor junctions.