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비휘발성 MNOS 기억소자의 기억전하주입과 기억유지특성에 관한 연구
본 연구는 비휘발성 MNOS 기억소자의 주입조건에 따른 기억전하주입 특성 및 기억유지특성을 조사하여, 제작한 소자에서의 기억유지 향상을 위한 주입조건을 구하는데 목적을 두고 있다. 이를 위해서, 산화막 23Å, 질화막 530Å인 비휘발성 MNOS 기억소자의 주입조건(펄스전압크기 및 펄스폭)에 따른 스윗칭특성을 조사하여, 기존에 제안된 주입모델(modified Fowler Nordheim 터널링, trap-assisted 터널링, 직접터널링)을 best fitting 함으로써 주입조건에 따른 기억전하주입특성을 조사하였다. 그리고 주입조건에 따른 기억유지특성 및 기억유지특성 향상을 위한 주입조건을 조사하였다. 그 결과 펄스전압의 크기가 14V∼20V일때는 trap-assisted 터널링이, 22V∼26V 일때는 modified Fowler-Nordheim 터널링이 주도적이었고, 100ms 이하의 짧은 펄스폭일때는 직접터널링이, 100ms∼100sec의 긴 경우에는 trap-assisted 터널링이 주도적이었다. 그리고 질화막내 기억트랩밀도는 7.85×10^(25)m^(-3)이며, 질화막 전도대 하단을 기준으로 한 트랩준위는 0.45eV이고, 터널링시정수 τ_(0)는 4.98×10^(-13)sec이었다. 감쇠율은 펄스폭이 길어 질수록 그리고 펄스전압의 크기가 커질수록 증가하였다. 초기 flatband전압 이동량(ΔV_(FBi))이 대략 10V이하인 경우에는 거의 변화가 없다가 10V 이상인 경우 크게 증가하였다. 기억유지특성은 같은 초기 flatband전압 이동량을 갖는 주입조건들에 대해서 펄스전압의 크기가 크고 폭이 짧은 경우보다 크기가 작고 폭이 긴 경우에 대해 향상된 특성을 보였다. The purpose of this study is obtaining an injection condition(pulse height and pulse width) to improve memory retention in the fabricated nonvolatile MNOS memory devices by investigating the memory charge injection and the memory retention characteristics with the injection condition. The switching characteristics with the injection condition of nonvolatile MNOS memories with 23Å oxide and 530Å nitride was measured, which is used to examine the memory charge injection characteristics by the best fitting a previously injection models(modified Fowler-Nordheim tunneling, trap-assisted tunneling and direct tunneling). The memory retention characteristics with the injection condition and the injection condition for the improvement of the memory retention characteristics were investigated. As a result, trap-assisted tunneling and modified Fowler-Nordheim tunneling dominated for the pulse height 14V∼20V, 22V∼26V, respectively. Direct tunneling and trap-assisted tunneling dominated short pulse width below 100ms and long pulse width 100ms∼100sec, respectively. The memory trap density within the nitride was 7.85×10^(25)m^(-3), the trap level was 0.45eV from the lower conduction band and the tunneling time constant τ_(0) was 4.98×10^(-13)sec. The decay rate had a tendency to increase for longer pulse width and larger pulse height. For less than 10V of initial flatband voltage shift(ΔV_(FBi)) the decay rate was not changed but above 10V it was increased rapidly. The retention characteristics was improved for lower pulse height and longer width than inverse conditions in the same initial flatband voltage shift.
Polyethylene film의 注入電荷 測定에 關한 硏究
In this paper, various kind of polymer matter inside electric charge injection and injected. electric charge by a high electric field of the Polyethylene Film in polymer matter were measured. The high electric field making use of TSC the injected electric charge measured results is as follows ; 1) The inside of Polyethylene Film electric charge injection is confirmed in a theory of metal - insulator joining. 2) If injection of electric charge includes existing trap on the inside of Polythylene Film, there is a change of electric charge depend on bias voltage, collecting voltage. 3) The Poole Frenkel effect in electric charge divison depending on the trap is confirmed. 4) The result of experimentation with trap existing the average from 16[㎛] the neighbourhood of injected surface.
Transparent organic light emitting diodes (OLEDs) are nowadays recognizing new technology for advanced display. This technology can appear as an ordinary window which allows a clear view of everything behind. Transparent OLEDs have only transparent component (substrate, anode, organic, cathode). Among them, transparent electrodes are very important component because it decides transmittance of devices as well as device performances. Among the structure of transparent electrodes, the most competitive candidate is thin metal layer with functional layers to improve transparency and resistance. In case of thin metal layer structure, it is important to get a good morphology of thin metal film in improving transmittance and resistance because all of electrical and optical characteristics are affected by the thin metal layer. In this study, two efficient electron-injecting materials are found and the surface-modifying mechanism by EIL was demonstrated and highly transparent OLED introduced the EIL was investigated. A lot of materials were introduced as EIL and we found good materials which enhance the transmittance and sheet resistance of electrode by improving Ag surface morphology. This enhancement of surface morphology is because of the formation of Ag oxide between EIL and Ag film. EIL has a role as nucleation seed for forming closed film quickly by interacting with Ag. The Ag oxide seems to behave as a buffer layer and enhanced the surface morphology of Ag film. These characteristics were shown on LiMn2O4, Li2CO3 which containing oxygen inner molecule. When we apply these materials as transparent cathode, transmittance at 550 nm is 90.6%, 91.2%, respectively. Sheet resistance is 5.4 Ω/□. We fabricated transparent OLEDs with LiMn2O4 or Li2CO3 EIL. Luminance ratio of bottom emission and top emission is 2.1 : 1 which correspond to LiMn2O4 device, 2.0 : 1 which correspond to Li2CO3 device, and CIE color coordinate of bottom emission and top emission is rarely changed. Transmittance of full device of LiMn2O4 and Li2CO3 device is 90.6% and 91.2% respectively. To reduce sheet resistance of transparent cathode, we increased thickness of Ag film of Li2CO3 device from 12 nm to 17 nm. Then, sheet resistance of the transparent cathode is 2.9Ω/□, and transmittance is 80.9%. As a result of applying the transparent cathode, luminance ratio of bottom emission and top emission is 3.15 : 1, and CIE color coordinate of bottom emission and top emission is rarely changed. Transmittance of full device is 63.5%.
김혜인 Graduate School, Yonsei University 2014 국내석사
Energy level alignments at the interface of N,N′-di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine (NPB) / VO2 / fluorine-doped tin oxide (FTO) were investigated by photoemission spectroscopy. The hole injection barrier between FTO and NPB was reduced from 1.38 eV to 0.59 eV with the insertion of VO2 hole injection layer (HIL). This is due to the direct hole injection from FTO to NPB through shallow valence band maximum (VBM) of VO2. Interestingly, VO2 can also act as a charge generation layer (CGL) at the same time due to its small band gap of 0.7 eV. Its conduction band minimum(CBM) is relatively close to the Fermi level, thus electrons from the highest occupied molecular orbital (HOMO) of NPB can be easily extracted when a bias is applied under device operation.
신동근 Graduate School, Yonsei University 2013 국내석사
Organic electronic devices (OEDs) have been of interest for over a decade and many techniques have been developed to improve device performance. The most important progress is the adoption of organic multilayer structures. An appropriate hole injection layer (HIL) is necessary to achieve highly efficient hole injection from an anode to a hole transport layer (HTL) in OEDs. The various working mechanisms of HIL have been studied in the thermal equilibrium state, e.g. the energy level alignments with photoelectron spectroscopy (PES) measurements. Comprehensive models have been suggested. However, a working device should be understood with an applied bias through the device, that is, dynamic analysis is highly required We analyzed the hole injection in hole only devices with the structures of Al/N,N’- bis(1-naphthyle)-N,N’-diphenyl-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine (NPB)/ITO and Al/NPB/cobalt phthalocyanine (CoPc)/ITO. Using the combined dynamic analysis of current density-voltage and impedance spectroscopy, we investigated the charge transport mechanism based on the injection limited current model. We found that the NPB single layer shows Richardson-Schottky type thermionic emission in the entire applied bias range. On the other hand, the device with the CoPc hole injection layer (HIL) shows thermionic emission until the applied bias reaches 3.7 V. Increasing the bias further, Fowler-Nordheim tunneling dominates the charge transport. We discussed the hole transport mechanism by evaluating the energy level alignment in the dynamic charge flow condition.
저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전하 주입 스트레스에 의한 전기적 특성 변화에 관한 연구
최근 중·소형 디스플레이 시장에서 AMOLED 패널이 각광받고 있다. 중·소형 AMOLED 패널의 기판 (backplane)에는 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 (LTPS TFT)가 사용된다. 하지만 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 꺼진 상태에서 누설전류가 발생하여 디스플레이의 화질 저하를 야기한다. 그러므로 추가 공정 없이 누설전류를 감소시키는 전하 주입 스트레스를 이용한 방법이 널리 이용되고 있다. 본 논문에서는 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 전하 주입 스트레스를 주었을 때 드레인 근처 게이트 절연막에 트랩되는 전하의 양과 영역을 알아보았다. 또한, 그 결과가 채널 길이에 따라서 스트레스 전, 후 전기적 특성 차이에 영향을 미치는지 확인하였다. 그리고 전하 주입 스트레스 후 단일 게이트 구조와 듀얼 게이트 구조에서 전기적 특성 차이가 나타나는 원인에 관하여 연구하였다. 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 측정결과와 technology computer-aided design (TCAD)의 모델의 특성을 피팅하기 위하여 density of states (DOS)를 모델링 하였다. 전하 주입 스트레스 후 드레인 근처 게이트 절연막에 전하가 트랩된 양과 영역을 확인하기 위하여 모델링한 소자의 fixed oxide charge density (Qf)의 값과 Qf가 적용되는 범위를 TCAD 모의실험을 이용하여 확인하였다. 여기서 채널 길이에 따라 Qf의 값과 Qf가 적용되는 범위에 차이가 없으므로, 채널 길이가 짧아짐에 따라 스트레스 전, 후 문턱전압 차이가 커지는 것을 확인하였다. 또한, 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 단일 게이트 구조와 듀얼 게이트 구조에서 전하 주입 스트레스 후 역방향 측정 결과에서 전달특성에 차이가 나타나는 것을 확인하였다. 원인을 분석하기 위하여 TCAD 모의실험을 이용하였으며, 가전자대 에너지 밴드 다이어그램의 높이 차이로 인하여 측정결과가 달라지는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 위 결과들을 통하여 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 전하 주입 스트레스 방법을 사용할 때, 화소 회로 설계 시 고려해야 할 점을 제안한다. Recently, AMOLED panels are attracting attention in the small and medium display market. Typically, low-temperature polycrystalline silicon (LTPS) thin-film transistor (TFT) is used in backplane of small and medium AMOLED displays. However, the LTPS TFT generates an off-current in an off state, thereby causing deterioration of the display quality. Therefore, a method using charge-injection stress that reduces the off-current without additional process is widely used. In this thesis, we investigated the number and the region of the charge trapped in the gate insulator near the drain when charge-injection stress was given to the low-temperature polycrystalline silicon thin film transistor. In addition, investigated the effect of the results in the on the difference of electrical characteristics before and after stress according to the channel length. Also, it investigated the cause of the difference in electrical characteristics between a single gate structure and a dual gate structure after charge-injection stress. A density of states (DOS) was modeled to fit the measurement results of the LTPS TFT and the characteristics of the technology computer aided design (TCAD) model. To verify the number and region of charge trapped in the gate insulator near the drain after stress, a fixed oxide charge density (Qf) and a charge-injection length (LCI) of the modeled device were confirmed using the TACD simulation. Here, since there is no difference between the Qf value and the Qf applied length according to the channel length, it is confirmed that the difference in the threshold voltage before and after the stress inceases as the channel length becomes shorter. It was confirmed that there is a difference in transfer characteristics between the single gate structure and the dual gate structure of the LTPS TFT in the reverse measurement results after the charge-injection stress. In order to analyze the cause, we used TCAD simulation and confirmed that the measurement results are different due to the barrier height difference of the energy band diagram of the valence band. In this thesis, we propose some considerations for designing pixel circuits of AMOLED when charge-injection stress method is used for LTPS TFT.
수동형 포토다이오드 어레이 신호처리를 위한 잡음 저감기법
오해찬 아주대학교 일반대학원 2026 국내석사
본 논문에서는 포토다이오드 센서 어레이를 위한 전하 안정화 수동형 픽셀 어레이 구조 및 적응형 전하 안정화 회로를 제안한다. 전하 안정화 수동형 픽셀 어레이 구조는 선택되지 않은 포토다이오드 노드를 기준 전압으로 고정하여 부유 상태를 방지하고 스위칭 과정에서 발생하는 전하 주입을 구조적으로 제거함으로써 종래의 수동형 픽셀 어레이 대비 정착 시간(settling time)과 잡음 특성을 크게 개선한다. 제안된 구조는 가시광 통신(VLC) 기반 다중 채널 광 수신 시스템에 적용되어 그 효과가 실험적으로 검증되었다. 적응형 전하 안정화 회로는 180-nm CMOS 공정으로 구현되었으며, 스위칭 과정에서 발생하는 전하 주입을 능동적으로 상쇄하고, 적응형 버퍼 구동을 통해 트랜지스터 기생 정전용량(30–60 pF)의 변화에도 불구하고 균일한 정착 동작을 유지한다. 이를 통해 출력 정착 시간은 10 ns 이하로 단축된다. 이와 같은 구조적 보상 방식과 능동 보상 회로는 PD 어레이 기반의 고속·저잡음 판독 시스템에 효과적인 해결책을 제공한다. 주제어 ― 포토다이오드 센서 어레이, 수동형 픽셀 어레이, 전하 주입, 가시광 통신, 전하 제거
구조적 변화를 통한 비휘발성 메모리 소자의 전기적 동작 특성 변화 관찰
김우석 국립한밭대학교 대학원 2025 국내석사
비휘발성 메모리는 전원 공급이 중단되어도 정보를 그대로 보존할 수 있는 메모리 소자이다. 최근 인공지능 시스템의 발전과 함께 처리해야 할 정보 의 양이 급격히 증가함에 따라, 휘발성 메모리와 함께 정보 유지 및 전력 효율 특성이 뛰어난 비휘발성 메모리에 대한 수요가 높아지고 있다. 이러한 배 경 속에서 비휘발성 메모리의 낮은 소비 전력, 고집적도, 대용량 저장 공간 확보를 위해 소자 구조적으로 접근한 연구들이 많이 진행되어 왔다. 메모리 소자 구조적인 측면에서 박막 형성 공정은 매우 중요한 공정이다. 현재 널리 사용되고 있는 박막 증착 공정은 고가의 진공 장비가 필요로 하며, 공정 속 도가 느리기 때문에 생산 비용이 높다는 단점을 가지고 있다. 반면, 사용하고자 하는 물질을 용매에 용해시켜 용액으로 만들고, 기판에 도포하여 박막을 형성하는 용액 공정은 공정이 간단하고, 비용이 저렴하며, 대면적 공정에 적합하다는 장점을 지닌다. 그중에서도, 스핀 코팅은 다른 용액 공정과 비교 하여 직관적인 박막 두께 제어가 가능하며, 박막의 균일성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 본 논문은 용액 공정을 활용하여 제작한 비휘발성 메모리에 소자 구조적 접근을 시도하고, 그에 따른 메모리 소자의 전기적 특성 변화를 분석하였다. 본 논문의 전반부에서는 어닐링 온도에 따라 물성 변화가 큰 고분자 물질인 poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE))를 멤리스터의 고체 전해질 층으로 사용하여, 어닐링 온도 조건에 따른 멤리스터 소자의 전기 적 특성 변화를 분석하였다. 각 온도 조건으로 어닐링한 P(VDF-TrFE) 박막을 원자현미경과 두께측정장비를 통해 분석하여 어닐링 온도가 박막의 표면 거칠기와 두께에 영향을 준다는 것을 확인하였고, 이러한 박막 표면 특성 차이는 멤리스터의 소자 구조적 특성의 차이로 이어졌다. 200℃에서 어닐링한 P(VDF-TrFE) 박막의 큰 표면 거칠기와 얇은 두께로 인해, 멤리스터의 상부 전극과 하부 전극 사이에 강한 국소 전기장이 형성된다. 이로 인해 200℃에 서 어닐링한 P(VDF-TrFE) 박막을 가지는 멤리스터 소자는 100℃에서 어닐 링한 박막을 사용한 멤리스터에 비해 더 낮은 Vset와 더 높은 Vreset를 보이며, 우수한 메모리 유지 특성을 보였다. 이를 통해 고분자 멤리스터의 전기적 특성을 효과적으로 제어하는 데 있어 P(VDF-TrFE) 어닐링 온도의 중요성을 제시한다. 본 논문의 후반부에서는 이중 전극 구조를 활용하여 poly[2,5- bis(2-octyldodecyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H,5H)-dione–3,6-diyl)-alt-(2,2’ ;5’,2’’;5’’,2’’’-quaterthiophen-5,5’’’-diyl)] (PDPP4T) 기반 전하 트랩 메모리(Charge Trap Memory, CTM)의 전기적 지우기 동작의 한계를 극복하였다. 기존 단일 금속의 소스 및 드레인 (Source & Drain, SD) 전극을 사용한 CTM 소자는 SD 전극에서 반도체층으로 전자 주입이 제한적이다. 이 러한 전하 주입 특성으로 인해서 지우기 동작에 필요한 전압의 하한을 보였다. 이중 전극은 단일 금 전극보다 낮은 일함수를 갖도록 80nm-알루미늄 /10nm-금 구조로 설계하였다. 이중 전극을 SD 전극으로 사용하며 전자 주입 특성이 향상되었고, 지우기 동작 중 전하 트랩층 전체 영역에 더 강한 수직 전기장을 동반하게 하여 지우기 전압과 쓰기 전압 간의 균형을 맞추었다. 또 한, 소스 전극과 드레인 전극에 서로 다른 구조의 금속 박막을 적용함으로써, 온-전류가 감소하던 트레이드오프를 해결한 CTM을 제작하였다. 본 논문에서는 용액 공정을 이용하여 다양한 비휘발성 메모리 소자를 제작하였으며, 비휘발성 메모리 소자의 구조적인 변화가 소자의 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 서술하였다.
전면 발광 양자점 발광 다이오드의 소자 효율 향상에 관한 연구
Top Emission-Quantum dot Light-Emitting Diode (TE-QLED) is an electroluminescence (EL) device using quantum dots (QDs) in the light emitting layer and has advantages such as high color purity and wide viewing angle. Researches have been conducted to improve the efficient and life-time of the QLED. ITO (Indium-Tin-Oxide) used as an electrode of bottom-emission structure has high charge mobility, transmittance, and excellent stability. However, when ITO is used as a flexible display electrode, cracks are formed and sheet resistance increases because ITO has crystallinity. In addition, it has a disadvantage that the process must be performed at a high temperature. Therefore, research on a top-emission structure that improves aperture ratio and lifetime is being conducted. In addition, in order to improve the efficiency of the device, research is being conducted to improve charge balance in the emission layer. In this study, an electrode material to replace ITO and applied as an anode of a top-emission structure was studied. The designed device structure is PEDOT:PSS (25 nm) / Ag, Pt, Au (150 nm) / PEDOT:PSS (25 nm) / PVK (40 nm) / QD (10 nm) / Mg0.1Zn0.9O (x nm) / Ag (x nm). PEDOT:PSS was used as an anode buffer layer to improve conductivity and adhesion, and the electrical and optical properties of Ag, Pt, and Au were analyzed. The device with Ag as an anode has the best electrical properties and the best current efficiency at 41.63 cd/A, so Ag was applied as the anode. However, a leakage current occurred due to a short circuit of the electrode. To solve this problem, SU-8 2002 was formed as a bank layer to improve current efficiency to 55.33 cd/A. To improve the charge injection balance, the electrical properties of the EOD device with varying thickness of Mg0.1Zn0.9O was analyzed. When the thickness was thin, the electron injection characteristics were high, but the efficiency of the device fell due to the excessive injection of electrons. When the thickness was increased, the amount of electron injection decreased, but the efficiency of the device improved due to the balance of charge injection. The current efficiency was improved to 90.92 cd/A at the electron transport layer thickness of 30 nm. In addition, electrical and optical characteristics were analyzed by changing the thickness of the cathode of the top-emission structure at the optimized thickness. A high-efficiency quantum dot light-emitting diode with the best characteristics at a cathode thickness of 25 nm and a maximum current efficiency of 116.55 cd/A was developed. 전면 발광 양자점 발광 다이오드 (TE-QLED; Top Emission-Quantum dot Light-Emitting Diode)는 발광층에 양자점 (QD; Quantum dot)을 이용한 전계 발광 자발광 소자로 높은 색 순도와 넓은 시야각 등의 장점을 가지고 있다. QLED의 효율과 수명 향상을 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 배면 발광 방식의 전극으로 사용되는 ITO (Indium Tin Oxide)는 높은 전하 이동도와 투과율을 가지고, 안정성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 플렉서블 디스플레이 전극으로 사용할 경우, 결정성을 가지고 있기 때문에 crack이 형성되어 면저항이 증가한다는 점과, 고온에서 공정이 이루어져야 한다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 개구율과 수명을 향상시키는 전면 발광 방식의 구조를 이용한 연구가 진행되고 있다. 또한, 소자의 효율을 향상시키기 위해 발광층에서 전하 평형 개선을 위한 연구도 진행되고 있다. 본 연구에서는 ITO를 대체하고, 전면 발광 방식 구조의 양극으로 적용하기 위한 전극 재료를 연구하였다. 설계된 소자 구조는 PEDOT:PSS (25 nm)/Ag, Pt, Au (150 nm) / PEDOT:PSS (25 nm) / PVK (40 nm) / QD (10 nm) / Mg0.1Zn0.9O (x nm) / Ag (x nm)이다. PEDOT:PSS를 양극의 버퍼층으로 사용하여 전도성과 접착력을 향상시키고, 은 (Ag), 백금 (Pt), 금 (Au)의 전기적ㆍ광학적 특성을 분석하였다. 양극으로 Ag를 적용한 소자의 전기적 특성이 가장 우수하고, 전류효율은 41.63 cd/A로 가장 우수하여 양극으로 Ag를 적용하였다. 하지만 전극의 단락 현상으로 누설 전류가 발생하는 문제가 발생하여 SU-8 2002를 뱅크층으로 형성하여 전류효율 성능을 55.33 cd/A까지 향상시켰다. 전하 주입 평형을 향상시키기 위해 Mg0.1Zn0.9O NPs의 두께 변화에 따른 EOD 소자의 전기적 특성을 분석했다. 두께가 얇은 경우 전자 주입 특성이 높았지만, 전자의 과잉 주입으로 인해 소자의 효율은 떨어졌다. 두께가 두꺼워질 경우 전자 주입량은 줄어들었지만, 전하 주입의 평형으로 인해 소자의 효율이 향상되었다. 전자수송층 30 nm 두께에서 전류효율 90.92 cd/A까지 향상시켰다. 또한, 최적화된 두께에서 전면 발광 구조의 음극의 두께 변화를 통해 전기적ㆍ광학적 특성 분석을 진행하였다. 음극 두께 25 nm에서 가장 우수한 특성을 보였고, 최대 전류효율 116.55 cd/A를 가지는 고효율의 양자점 발광 다이오드를 개발하였다.