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민병문 漢陽大學校 産業大學院 2001 국내석사
최근 전력계통 규모의 대용량화, 복잡화, 다양화에 따라 전력계통의 안정운영을 위해서는 전력계통 보호용 계전기의 역할이 더욱 중요해지고 있으며, 고도의 신뢰성이 요구되고 있다. 이에따라 전력계통 보호기술도 종래의 전자기계식에서 반도체와 정보통신 기술을 이용한 디지털 보호계전 기술로 발전되었으며, 우리 전력계통의 주요 보호계전 장치로 확대설치, 운용되고 있다. 우리나라 전력계통에는 1980년대에 345kV, 154kV 초고압계통의 보호 계전 장치에 디지털 계전기가 도입설치되어 운영되고 있으며, 1990년대 에 들어서는 23kV배전계통 및 변전소의 154kV급 변압기 보호용 과전류 계전기에도 디지털형 계전기가 설치 운용되고 있다. 그러나 변압기 후비보호용 디지털형 과전류계전기가 변압기 고장과 상관없이 원인불명의 외부영향에 의해 오동작하는 사례가 발생함으로써 고장구간을 신속하게 차단하여 고장파급을 방지해야하는 보호계전기의 기본적인 임무에 역행하는 결과를 초래하게 되었다. 따라서 본 연구과제에서는 디지털 과전류계전기에 대한 동작특성을 시험하여 이를 분석검토 함으로써 오동작 원인을 규명하고 이에대한 대책을 제시하고자 하였다. 이를 위해 변압기보호용 디지털 과전류계전기 설치현황 및 5년간의 오동작 사례를 수집하고 1MHz Burst Disturbance(진동써지 내전압)시험등 7가지 항목에 대해 동작특성 시험을 하고 이에 대해 분석, 검토 하였다.
고에너지 Proton Irradiation에 의한 AlGaN/GaN HEMT 열화와 이에 대한 Post-Deposition Annealing 및 Proton Dose의 영향
GaN 기반 반도체는 우수한 물질적 특성으로 인해 항공우주, 국방, 원자력 등 다양한 극한 환경에서 기존의 Si 기반 반도체를 대체할 중요한 대안으로 주목받고 있다. 그러나 방사선 환경, 특히 인공위성이 존재하는 지구 저궤도에서의 소자 신뢰성 문제는 여전히 해결해야 할 주요 과제 중 하나로 남아 있다. 지구 저궤도에는 양성자를 비롯한 여러 고에너지 입자가 존재하는데, 이러한 고에너지 입자가 소자에 물리적 및 전기적 열화를 유발하여 소자의 성능과 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 고에너지 입자 irradiation으로 인한 열화 메커니즘을 이해하는 것은 방사선 환경에서 GaN 기반 소자의 신뢰성을 향상시키기 위한 필수조건이다. 본 연구는 AlGaN/GaN HEMT 소자의 proton irradiation 전후 특성 변화를 분석하여 소자의 내방사선 특성을 개선하기 위한 기초 데이터를 제공하는 데 목적이 있다. 이를 위해 두 가지 실험적 접근을 수행하였다. 첫째, proton irradiation 이전에 PDA(Post-deposition annealing) 공정을 적용했는지 여부에 따라 normally-on HEMT 소자의 proton irradiation 전후 특성 변화를 비교하였다. 실험 결과, PDA 공정은 proton irradiation 이후 나타나는 off-state 누설전류 증가와 trapping 현상을 완화하였으며, 이는 PDA에 의한 절연체 및 절연체/AlGaN 계면 defect의 개선이 주요 원인으로 보인다. PDA 적용 유무에 따른 버퍼 누설전류 변화는 거의 없으므로, 버퍼 trap보다는 절연체 및 절연체/AlGaN 계면 trap 개선이 PDA의 방사선 내성 향상에 더 큰 영향을 미친 것으로 분석되었다. 둘째, proton dose를 단계적으로 나누어 normally-off HEMT 소자의 특성 변화를 비교하였다. Proton dose 증가에 따라 전달특성의 문턱전압 positive shift와 출력특성의 최대 전류 감소가 심화되었다. 이는 displacement damage로 생성된 defect가 acceptor-like trap으로 작용하여 채널 형성을 방해하였을 뿐만 아니라, proton dose가 증가할수록 displacement damage로 생성되는 defect가 증가한다고 해석된다. 또한 proton irradiation 이후 forward 게이트 전류 증가가 Schottky barrier 높이 감소, ideality factor 감소와 함께 나타났다. 이는 proton irradiation에 의해 p-GaN 층에 생성된 defect가 metal/p-GaN Schottky 접합을 손상시킨 것으로 해석된다. 이러한 변화 역시 proton dose 증가에 따라 심화되었다. 게이트 커패시턴스의 주파수 분산 변화는 proton dose가 증가할수록 displacement damage로 인한 defect 생성이 증가하는 것을 뒷받침한다. 추가적으로, 소자의 앞면과 뒷면을 구분하여 proton irradiation 실험을 진행한 결과, 뒷면에 proton irradiation을 진행한 소자의 열화가 상대적으로 적게 나타났다. 이는 뒷면에 위치한 heat sink와 contact pad 등의 두꺼운 금속층이 proton 차폐재로 작용한 결과로 판단된다. GaN-based semiconductors have gained significant attention as a promising alternative to conventional Si-based semiconductors due to their superior material properties, especially in extreme environments such as aerospace, defense, and nuclear applications. However, reliability issues in radiation-rich environments, particularly in low Earth orbit (LEO), where satellites operate, remain a critical challenge. LEO is characterized by the presence of high-energy particles, including protons, which can induce physical and electrical degradation in devices, thereby deteriorating their performance and reliability. Understanding the degradation mechanisms caused by high-energy particle irradiation is essential for improving the reliability of GaN-based devices in radiation environments. This study aims to analyze the characteristics of AlGaN/GaN HEMTs (High Electron Mobility Transistors) before and after proton irradiation, providing fundamental data for enhancing the radiation tolerance of these devices. Two experimental approaches were employed. First, the impact of pre-irradiation PDA (Post-deposition annealing) processes on normally-on HEMTs was investigated by comparing the device characteristics before and after proton irradiation. The results show that the PDA process mitigated the increase in off-state leakage current and trapping effects observed after proton irradiation. This improvement is attributed to the reduction of defects at the insulator/AlGaN interface and within the insulator layer itself. Furthermore, since there was minimal change in buffer leakage current due to PDA application, it is concluded that the improvement in radiation tolerance is more closely related to the reduction of traps at the insulator and insulator/AlGaN interface than those in the buffer. Second, the effects of proton dose on normally-off HEMTs were analyzed by categorizing the dose levels. As the proton dose increased, a positive shift in threshold voltage and a reduction in maximum output current were observed, indicating that defects created by displacement damage acted as acceptor-like traps, hindering channel formation. Additionally, as the proton dose increased, the number of defects generated by displacement damage also grew. Forward gate current increased after proton irradiation, accompanied by a reduction in the Schottky barrier height and the ideality factor, which is attributed to the defects created in the p-GaN layer damaging the metal/p-GaN Schottky junction. These changes intensified with higher proton doses. The frequency dispersion observed in gate capacitance further supports the increased defect generation due to displacement damage as the proton dose increased. Additionally, a comparative analysis of front-side and back-side proton irradiation was conducted, revealing that devices subjected to back-side irradiation exhibited relatively less degradation. This reduction in degradation is attributed to the presence of thick metallic layers, such as heat sinks and contact pads, on the back side, which acted as effective proton shields.
기동오차 개념을 이용한 임의형상 비행궤적 추종을 위한 유도법칙에 관한 연구
In this thesis, a guidance laws applicable to aircraft tracking pre-designated trajectory in three dimensional space is proposed. The concept of miss distance, which is commonly used in the missile guidance laws, and Lyapunov stability theorem are effectively combined to obtain the aircraft's trajectory-tracking guidance law. Guidance commands are given in terms of speed and flight path angles, but they perfectly reflect any position and velocity errors between real aircraft trajectory and reference one. The proposed guidance law is easily integrated into the existing flight control system. The new guidance law was extensively tested with various mission scenario and the fully nonlinear 6-DOF aircraft model. Also effects on the performance of the proposed guidance with respect to design parameters was analyzed with linear aircraft system. Complete 6-DOF nonlinear aircraft system is integrated with nonlinear aerodynamic and engine characters were calculated by using linear interpolation, limited actuator servo for control surface, various stability and control augmentation systems, and flight path control systems. In the end of this thesis, the new guidance law was compared with previous guidance schemes in nonlinear simulation. Results from the numerical simulation, the proposed guidance law yields better performance than previous one.