MHEMT 소자의 DC/RF 특성에 대한 시뮬레이션 연구

손명식,Son, Myung-Sik 한국진공학회 2011 Applied Science and Convergence Technology Vol.20 No.5

GaAs나 InP 기반의 high electron mobility transistor (HEMT) 소자들은 우수한 마이크로파 및 밀리미터파 주파수 특성 및 이에 따른 우수한 저잡음 특성을 가지고 있다. GaAs 기판 위에 점진적으로 성장된 메타몰픽(Metamorphic) HEMTs (MHEMTs)는 InP 기판 위에 성정한 HEMT에 비해 비용 측면에서 커다란 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 MHEMT의 DC/RF 소신호 특성을 예측하기 위하여 InAlAs/InGaAs/GaAs MHEMT 소자들의 DC/RF 소신호 주파수 특성을 시뮬레이션하였다. 2차원 소자 시뮬레이터의 hydrodynamic 전송 모델을 사용하여 $In_{0.52}Al_{0.48}As/In_{0.53}Ga_{0.47}As$ 이종접합 구조를 갖는 제작된 0.1-${\mu}m$ ${\Gamma}$-게이트 MHEMT 소자에 대하여 파라미터 보정 작업을 수행한 후, MHEMT 소자들에 대해 DC 특성 및 RF 소신호 주파수 특성을 시뮬레이션하고 실험 데이터와 비교 분석하였다. 또한, 게이트 리세스 구조에 따른 MHEMT 소자들의 DC/RF 특성을 시뮬레이션하고 비교 분석하였다. GaAs-based metamorphic high electron mobility transistors (MHEMTs) and InP-based high electron mobility transistors (HEMTs) have good microwave and millimeter-wave frequency performance with lower minimum noise figure. MHEMTs have some advantages, especially for cost, compared with InP-based ones. In this paper, InAlAs/InxGa1-xAs/GaAs MHEMTs are simulated for DC/RF small-signal analysis. The hydrodynamic simulation parameters are calibrated to a fabricated 0.1-${\mu}m$ ${\Gamma}$-gate MHEMT device having the modulation-doped $In_{0.52}Al_{0.48}As/In_{0.53}Ga_{0.47}As$ heterostructure on the GaAs substrate, and the simulations for RF small-signal characteristics are performed, compared with the measured data, and analyzed for the devices. In addition, the simulations for the DC/RF characteristics of the MHEMTs with different gate-recess structures are performed, compared and analyzed.

고항복전압 MHEMT 전력소자 설계

손명식,Son, Myung-Sik 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.6

본 논문은 InP 식각정지층을 갖는 MHEMT 소자의 항복전압을 증가시키기 위한 시뮬레이션 설계 논문이다. MHEMT 소자의 게이트 리세스 구조 및 채널 구조를 변경하여 시뮬레이션을 수행하였고 비교 분석하였다. MHEMT 소자의 드레인 측만을 완전히 제거한 비대칭 게이트 리세스 구조인 경우 $I_{dss}$ 전류가 90 mA에서 60 mA로 줄어들지만 항복 전압은 2 V에서 4 V로 증가함을 확인하였다. 이는 $Si_3N_4$ 보호층과 InAlAs 장벽층 사이의 계면에서 형성되는 전자-포획 음의 고정전하로 인해 채널층에서의 전자 공핍이 심화되어 나타나는 현상으로 이는 채널층의 전류를 감소시켜 충돌이온화를 적게 형성시켜 항복전압을 증가시킨다. 또한, 동일한 구조의 비대칭 게이트 리세스 구조에서 채널층을 InGaAs/InP 복합 채널로 바꾸어 설계한 구조에서는 항복전압이 5 V로 증가하였다. 이는 높은 드레인 전압에서 InP 층의 적은 충돌이온화와 이동도로 인해 전류가 더 감소했기 때문이다. This paper is for the simulation design to enhance the breakdown voltage of MHEMTs with an InP-etchstop layer. Gate-recess and channel structures has been simulated and analyzed for the breakdown of the MHEMT devices. The fully removed recess structure at the drain side of MHEMT shows that the breakdown voltage enhances from 2 V to almost 4 V as the saturation current at gate voltage of 0 V is reduced from 90 mA to 60 mA at drain voltage of 2 V. This is because the electron-captured negatively fixed charges at the drain-side interface between the InAlAs barrier and the $Si_3N_4$ passivation layers deplete the InGaAs channel layer more and thus decreases the electron current passing the channel layer and thus the impact ionization in the channel become smaller. In addition, the replaced InGaAs/InP composite channel with the same thickness in the same asymmetrically recessed structure increases the breakdown voltage to 5 V due to the smaller impact ionization and mobility of the InP layer at high drain voltage.

그래핀 기반 3단자 NEMS 스위칭 소자 설계 및 동작 시뮬레이션 연구

권오근,강정원,이규영 인문사회과학기술융합학회 2018 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.8 No.6

본 논문에서는 그래핀의 우수한 전기적 기계적 특성을 이용하여 정전기 인력에 의하여 휘어지는 그래핀이 수직 팁 게이트에 접촉 여부에 따라서 스위칭이 이루어지도록 조절할 수 있는 3단자 그래핀 NEMS 스위칭 소자에 대하여 연구하였다. 전형적인 MEMS 제작 공정을 이용하여 3단가 그래핀 NEMS 스위칭 소자 제작을 위한 공정을 설계하였고, 그 동작의 핵심 역학은 그래핀에 작용하는 정전 기력과 그래핀 자체의 탄성력에 의하여 스우칭의 기계적인 동작이 설명될 수 있었다. 전기적인 동작에서는 그래핀과 핀 전극 사이의 접촉에 의한 접촉 전류와 그래핀이 전극에 접촉하지 않았음에도 그래핀과 핀 전극 사이의 강한 전기장으로 인한 방출전류가 흐를 수 있을 것으로 예상되었다. 실제 기계적인 동작에서 원자단위에서의 움직임을 분석하기 위하여 분자동력학 시뮬레이션 방법을 사용하여 수직 팁 게이트를 가지는 그래핀 기반 3단자 NEMS 스위치 동작에 관하여 연구하여, 기계적인 동작에 따라서 발생되는 다양한 현상들을 분자동력학 시뮬레이션을 통하여 연구함으로써 원자단위에서 이루어지는 다양한 역학들을 살펴보았다. In this work, we present simple schematics for a three-terminal graphene-based nanoelectromechanical switch with the vertical electrode, and we investigated their operational dynamics via classical molecular dynamics simulations. The main structure is both the vertical pin electrode grown in the center of the square hole and the graphene covering on the hole. The potential difference between the bottom gate of the hole and the graphene of the top cover is applied to deflect the graphene. By performing classical molecular dynamic simulations, we investigate the nanoelectromechanical properties of a three-terminal graphene-based nanoelectromechanical switch with vertical pin electrode, which can be switched by the externally applied force. The elastostatic energy of the deflected graphene is also very important factor to analyze the three-terminal graphene-based nanoelectromechanical switch. This simulation work explicitly demonstrated that such devices are applicable to nanoscale sensors and quantum computing, as well as ultra-fast-response switching devices.

발산제약 이동최소자승법 기반 벡터장을 생성하기 위한 효율적인 학습 표현

장지원(Jiwon Jang),이수빈(Subin Lee),김종현(Jong-Hyun Kim) 한국컴퓨터정보학회 2024 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.32 No.1

본 논문에서는 다항식 보간법의 일종인 이동최소자승법(Moving least squares, MLS)을 네트워크로 학습하여, Divergence-constrained MLS 벡터장을 효율적으로 표현하는 방법을 제안한다. 벡터장을 구성하기 위해 MLS는 스칼라가 아닌 벡터 보간을 해야 하므로 행렬과 벡터의 크기가 더 커지며, 이는 계산량이 커짐을 나타낸다. 고차 보간(High-order interpolation)이 가능한 특징은 장점이 되지만, 계산량이 매우 크기 때문에 시뮬레이션에는 활용이 어렵다. Divergence-constrained MLS를 유체 시뮬레이션에 적용한 경우가 있지만, 실제로 슈퍼컴퓨터(Supercomputer)를 해야 장면 제작이 가능하므로 효용성이 떨어진다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 네트워크 학습을 통한 Divergence-constrained MLS 벡터장을 표현할 수 있는 결과를 보여준다.

0.8 μm의 채널길이를 갖는 pMOSFET 소자의 짧은 채널 특성 개선에 관한 연구

서용진 대불대학교 1995 論文集 Vol.1 No.2

Short channel effects of submicron pMOSFET device fabricated with twin-well CMOS process were studied. Initial conditions of ion implantation and process were guessed using SUPREM process simulation. The experimental results of submicron pMOS device with device dimension of 50/0.8 μm demonstrate good device characteristics such as good drain current-voltage characteristics, low body effects and threshold voltage of ±1.0 V, high breakdown voltage of ≥10 V, low subthreshold swing(S.S) of ≤ 105 mV/decade.

압전 콜로이드 소자의 전기 전도도 변화에 대한 이론적 연구

최은영,김진웅,이상욱 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.1

CNT가 코팅된 압전 콜로이드 소자의 외부 압력에 따른 전기전도도 변화를 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 해석하였다. 외부 압력하에서 콜로이드 입자와 코팅된 CNT 구조가 변형된다. 이때, 인장/수축 의한 CNT 구조 변형을 체계적으로 설계하였고, 외부 전기장에 의한 효과 및 CNT-CNT간 접촉에 의한 전기전도도 변화를 해석하여 압전 콜로이드 소자의 센싱 메커니즘을 해석하였다.

다이아몬드형 강자성체의 종횡비 변화에 따른 스핀기저상태의 마이크로자성시뮬레이션

김동현,박홍광,유성초,오석근,주하나데데 한국물리학회 2008 새물리 Vol.57 No.1

We investigated the transitional behavior of the spin ground state for diamond-shaped ferromagnets with a systematic variation of the aspect ratio by means of a micromagnetic simulation. With changing aspect ratio from 1 : 6 to 1 : 1, the spin ground state was observed to a exhibit a transition from a flux-closure to a single-domain state. Repeated simulations for various aspect ratios between 1 : 3 to 1 : 2 produced two states, regardless of the initial spin condition. A detailed analysis was made around the transitional region where the spin configuration changed from a simple single-domain state to a 4-domain Landau state with a magnetic vortex at the center. We further analyzed the magnetic energies of two possible states working as two potential wells in the magnetic energy landscape. 마이크로자성 시뮬레이션을 통해 다이아몬드형 강자성체의 종횡비 변화에 따른 스핀기저상태를 연구하였다. 다이아몬드의 종횡비를 1:6으로부터 1:1까지 변화시키면서 외부자기장이 없는 조건하에 스핀이 초기 임의적 상태로부터 출발하여 어떻게 기저상태로 변하는지를 관찰하였다. 종횡비가 작을 경우 단일자구 (single magnetic domain)상태로 되고 비율이 클 경우 자기소용돌이 (magnetic vortex)포함 4-자구 Landau 형태로 배열됨을 반복 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 종횡비 변화에 따라 스핀상태가 어떻게 단일자구형으로부터 4-자구형으로 변화되는가를 관찰하며, 변환영역에서 총 자기에너지 변화를 정량적으로 관찰하며 스핀기저상태의 전이과정을 분석하였다.

미세유체 소자를 위한 중공광섬유의 특성 분석

김선아,김은선,황인각,오경환 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.9

We studied the optical characteristics of a hollow optical fiber with an air hole at the center of a core. The dependencies of effects of the hole on the intensity distribution, the bending loss,and the modal dispersion on the hole sizes and the refractive indices were analyzed. This study will provide important guidelines for microfluidic devices based on hollow optical fibers. 본 연구에서는 코어 중앙에 공기구멍을 갖는 중공광섬유의 광학적인특성에 대해 분석하였다. 유한요소법을 사용하여 중공 광섬유의 구부림손실과 모드 분포 계산을 하여 이를 실험결과와 비교하였다. 또공기구멍의 크기 및 내부에 주입된 물질의 굴절율에 따라 전파되는 모드개수, 분산 특성, 그리고 내부 물질과의 모드 겹침 등을 조사하였다. 이결과들은 중공 광섬유를 기반으로 한 미세유체 소자를 개발하는데유용하게 사용될 것이다.

Chip-in-Board 패키지의 열전달 해석

박준형(Joon Hyoung Park),심희수(Hee Soo Shim),김선경(Sun Kyoung Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.1

반도체 수요의 폭발적인 증가와 기술의 진보로 단위면적당 소자수가 늘어나고 있다. 그에 따라 단위면적당 발열량이 더욱 높아져서 반도체의 수명과 신뢰성 보장을 위한 냉각문제의 해결이 점점 중요해지고 있다. 특히, 집적도를 높이기 위해 소자를 기판에 매립하는 chip-in-board (CIB) 패키지에서는 방열이 더욱 심각한 문제가 된다. 본 논문에서는 각기 다른 재질의 층으로 구성된 열 전달모형을 설정하고, 3 차원 열 전달 해석으로 적절한 경계 조건에 맞추어 계산하였다. 이를 토대로 발열량을 정량적으로 예측하여 실제모델에 적용 될 수 있는 설계자료로 이용하고자 한다. Demands for semiconductor devices are dramatically increasing, and advancements in fabrication technology are allowing a step-up in the number of devices per unit area. As a result, semiconductor devices require higher heat dissipation, and thus, cooling solutions have become important for guaranteeing their operational reliability. In particular, in chip-in-board packages, in which chips and passives are embedded in the substrates for efficient device layout, heat dissipation is of greater importance. In this study, a thermal model for layers of different materials has been proposed, and then, the heat transfer has been simulated by imposing a set of appropriate boundary conditions. Heat generation can be predicted based on the results, which will be utilized as practical data for actual package design.

압전소자를 이용한 철도차량용 스마트 좌석 기술 적용성 검토

강동훈(Donghoon Kang),김헌영(Heon-Young Kim),김대현(Dae-Hyun Kim) 한국비파괴검사학회 2014 한국비파괴검사학회지 Vol.34 No.5

본 연구에서는 압전소자를 이용한 철도차량용 스마트 좌석 기술에 대한 적용성을 검토하였다. 이를 위해 스마트 좌석 기술에 대한 개념을 정립하였고, 실제 철도차량용 좌석을 단순화한 축소 모형을 제작하여 압전소자를 적용한 후 스마트 좌석의 기능에 대한 시뮬레이션 시험을 수행하였다. 시험을 통해, 본 연구에서 제안한 실시간 착석 확인 및 도착알림기능이 포함된 압전소자기반 스마트 좌석 시스템의 실현 가능성을 검증하였다. 본 연구 결과는 향후 실용화를 통해 검토 업무 효율화를 통한 고소철도 서비스의 질적 향상에 기여할 수 있을 것이다. A study on smart seats for railroad vehicles was conducted using piezoelectric (PZT) sensors. For this purpose, the concept of passenger friendly smart seats was defined, and a PZT sensor was selected as the optimum sensor based on this concept. Using PZT sensors, simulation tests were performed using a sub-scale model railroad vehicle. In these tests, the main functions of the smart seats were extracted and simplified to improve the effectiveness of the simulation tests. Based on the test results, the system for smart seats proposed in this paper was successfully verified using PZT sensors and the dedicated operation software for the system. This paper will contribute to the improvement of services in high-speed rail systems through advances in ticket checking tasks.