Understanding Low Work Function Perovskite Thermionic Emission Materials

Lin, Lin ProQuest Dissertations & Theses The University of 2022 해외박사(DDOD)

Work function, the surface energy barrier for electron migration towards vacuum, is one of the most important properties in science and technology involving material surfaces and interfaces such as vacuum and solid-state electronics, catalysis, energy harvesting, etc. However, there has been widely existing confusion on work function definition, measurement, and interpretation. Pursuing lower work function emitters is particularly crucial for thermionic emission cathodes used in vacuum electronics, as it will boost the emission performance, especially with intrinsically polar materials such as perovskite oxides, since it is possible with these materials to overcome shortcomings of contamination and lifetime existing in current dispenser cathodes. However, the experimentally measured work functions of the perovskites are generally much higher than the DFT predictions, leaving a question on whether such proposed polar material idea is practical. In this dissertation, deeper understanding of work function physics has been developed with an electrostatic energy treatment, together with the realization of the roles of external and patch fields. Such treatment clarifies the confusions in interpreting the work function definition and measurements. Also, the work function is understood as the benchmark for relative energy level alignment that is critical in a vast array of applications, and the two main strategies of tuning work functions, namely tuning bulk electronic structures and surface dipoles, are emphasized. The experimental demonstrations of low work function perovskites SrVO3 and BaMoO3 have benefited a lot from the development fundamental understanding of work function. Particularly, with the recognition and proper treatment on surface oxidation and patch field effect, SrVO3 has shown low 2.3 to 2.7 eV effective work function with thermionic emission, which is the lowest work function observed from a bulk monolithic conductive oxide material, promising for work function engineering including thermionic emission applications. BaMoO3 indicated multi-scale patch fields, with the micron-scale patch field being fully overcome, further proving the patch field theory. On the other hand, significant phase transformation that might be associated with Ba migration similar as dispenser cathodes is observed, possibly suggesting a simpler approach for cathode fabrication, although future research is still necessary to more thoroughly understand the properties of BaMoO3.

Synthesis of functionalized MoS2 flakes via ultrasonic-assisted dispersion in pure water and their application for triboelectric nanogenerator

Park, Sunyoung Sungkyunkwan university 2021 국내석사

Contacting the two dissimilar materials against each other results in electron flow from low to high work function material, replenishing the gap of work function. During separation of these two materials, electron moves back through tunneling. Tunneling rate dramatically decreases with increase in the distance between the surfaces, thereby residual electrons remain on the side of high work function material, resulting in electric potential difference. This is called triboelectrification. By connecting the rubbing pair with electrodes, it is feasible to fabricate a triboelectric nanogenerator (TENG). The electric potential generated by the triboelectrification drives the flow of electrons through the electrodes during separation process in rubbing. Accordingly, the performance of the TENG can be predicted from the difference between the work function of rubbing pair. Two-dimensional (2D) materials have attracted interest in a TENG because of their extraordinary mechanical strength, corrosion resistance, surface-to-volume ratio, etc. MoS2 has a high work function (4.6 eV) among various 2D materials, leading engineers to exploit MoS2 in the TENG. Exfoliation and dispersion of MoS2 in pure water are cost-effective and eco-friendly, therefore this synthesis process is promising mass production technique for practical applications of MoS2 flakes in the TENG. Herein, we exfoliated and dispersed bulk MoS2 in pure water, and fabricated 2D MoS2 flakes. With the Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), it is identified that MoS2 flakes are functionalized with the hydroxyl groups during exfoliation and dispersion. Kelvin probe force microscopy (KPFM) was employed to measure the work function of functionalized MoS2 flakes, and the results reveal that the work function was enhanced up to approximately 5.35 eV by functional groups. These results imply that the dispersed MoS2 flakes in pure water is a promising material for electrically negative side in the TENG. To observe the effect of functional groups on the performance of the TENG, we prepared TENG based on MoS2 with and without functional groups. This study indicates that functionalized MoS2 can modulate work function for enhancement of TENG performance. 마찰전기 나노발전기 (triboelectric nanogenerator, TENG)는 바람, 물, 사람 등에 의한 역학적 에너지를 마찰전기를 발전시키는 에너지 변환 장치이기 때문에 차세대 친환경 에너지 발전소자로 부상하고 있다. 2차원 물질은 매우 얇기 때문에 고분자 물질에 혼합하는 것이 용이하고 투명한 유연소자를 제작하기에 유리하다. 이러한 2차원 물질의 특성을 이용하여 TENG의 성능을 향상시킨 연구가 다양하게 진행 중이며 그 중, molybdenum disulfide (MoS2)를 이용한 TENG의 성능은 다른 물질에 비해 높다고 알려진 바 있다. MoS2는 일함수 값이 다른 2차원 물질에 비해 음의 방향으로 커서 TENG 소자 내 접촉 물질 간의 contact potential difference 값이 증가하기 때문이다. 이러한 장점을 갖는 MoS2를 산업에 응용하기 위해 2차원 물질을 대량 생산할 수 있는 공정이 필요하다. 이를 위해 활용되는 방법은 용매에서 2차원 물질을 분산하는 것이 일반적이다. 그 중에서 물을 이용한 분산이 친환경적이기 때문에 환경적인 측면에서는 유리한 공정법이라 여겨진다. 따라서 본 연구에서는 친환경적인 공정을 통해 MoS2 플레이크를 대량 생산하였다. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석으로 MoS2 플레이크가 물 분산 중에 작용기의 일종인 하이드록실 (hydroxyl, -OH) 기와 탄소-하이드로젠 (carbon-hydrogen, -CH)기가 형성되는 것을 발견하였다. 이후, Kelvin probe force microscopy (KPFM)을 이용하여 작용기가 형성된 MoS2 플레이크의 일함수를 측정하였고 그 결과, 음의 방향으로 최대 5.35 eV까지 증가한 것을 보였다. 따라서 물 분산된 MoS2 플레이크는 TENG의 성능을 향상시킬 수 있는 재료로의 응용 가능성을 확인하였다. 이후, 작용기가 TENG에 미치는 영향을 관찰하기 위해 물 분산시킨 MoS2를 고온 열처리하여 작용기를 제거하여 이를 TENG로 제작하여 그 성능을 평가하였다. 그 결과, 작용기가 형성된 MoS2 기반의 TENG의 성능이 작용기가 제거된 것보다 3.1 V 정도 높은 것을 확인하였다. 이러한 결과를 산업에 응용하기 위해 polyimide (PI) 필름에 MoS2를 섞어 TENG를 제작하고 그 성능을 평가하였다. 그 결과, PI필름에 물 분산된 MoS2가 섞여있는 TENG가 그렇지 않은 것에 비해 34.5 V 정도 높은 성능을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 친환경 공정법으로 초순수에 MoS2를 대량 생산하였고 분산된 MoS2 플레이크의 일함수 값을 조절하여 마찰전기 나노발전기에 적용하였다. 이러한 결과는 향후 반도체와 같은 소자를 제작하는 실제 산업에서의 응용 가능성을 보인다.

비침습적 경두개 뇌자극술이 정상인의 인지 기능 향상에 미치는 영향

온석훈 연세대학교 대학원 2007 국내석사

1.Milner B, Squire LR, Kandel ER. Cognitive neuroscience and the study of memory. Neuron 1998;20:445-468.2.Baddeley A. Working memory. Science 1992;255:556-559.3.Constantinidis C, Procyk E. The primate working memory networks. Cogn Affect Behav Neurosci 2004;4:444-465.4.Gazzaley A, Rissman J, Desposito M. Functional connectivity during working memory maintenance. Cogn Affect Behav Neurosci 2004;4:580-599.5.Smith EE, Jonides J. Storage and executive processes in the frontal lobes. Science 1999;283:1657-1661.6.Barker AT, Jalinous R, Freeston IL. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet 1985;1:1106-1107.7.Bourland JD, Mouchawar GA, Nyenhuis JA, Geddes LA, Foster KS, Jones JT, et al. Transchest magnetic (eddy-current) stimulation of the dog heart. Med Biol Eng Comput 1990;28:196-198.8.George MS, Nahas Z, Kozel FA, Li X, Denslow S, Yamanaka K, et al. Mechanisms and state of the art of transcranial magnetic stimulation. 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Effects of transcranial direct current stimulation on working memory in patients with Parkinson's disease. J Neurol Sci 2006;249:31-38.30.Fregni F, Boggio PS, Nitsche M, Bermpohl F, Antal A, Feredoes E, et al. Anodal transcranial direct current stimulation of prefrontal cortex enhances working memory. Exp Brain Res 2005;166:23-30.31.Wassermann EM, Grafman J. Recharging cognition with DC brain polarization. Trends Cogn Sci 2005;9:503-505.32.Mull BR, Seyal M. Transcranial magnetic stimulation of left prefrontal cortex impairs working memory. Clin Neurophysiol 2001;112:1672-1675.33.Mottaghy FM, Krause BJ, Kemna LJ, Topper R, Tellmann L, Beu M, et al. Modulation of the neuronal circuitry subserving working memory in healthy human subjects by repetitive transcranial magnetic stimulation. Neurosci Lett 2000;280:167-170.34.Rami L, Gironell A, Kulisevsky J, Garcia-Sanchez C, Berthier M, Estevez-Gonzalez A. Effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on memory subtypes: a controlled study. Neuropsychologia 2003;41:1877-1883.35.Jahanshahi M, Profice P, Brown RG, Ridding MC, Dirnberger G, Rothwell JC. The effects of transcranial magnetic stimulation over the dorsolateral prefrontal cortex on suppression of habitual counting during random number generation. Brain 1998;121 (Pt 8):1533-1544.36.Pascual-Leone A, Walsh V, Rothwell J. Transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience--virtual lesion, chronometry, and functional connectivity. Curr Opin Neurobiol 2000;10:232-237.37.Boroojerdi B, Phipps M, Kopylev L, Wharton CM, Cohen LG, Grafman J. Enhancing analogic reasoning with rTMS over the left prefrontal cortex. Neurology 2001;56:526-528.38.Iyer MB, Mattu U, Grafman J, Lomarev M, Sato S, Wassermann EM. Safety and cognitive effect of frontal DC brain polarization in healthy individuals. Neurology 2005;64:872-875.39.Fregni F, Boggio PS, Lima MC, Ferreira MJ, Wagner T, Rigonatti SP, et al. A sham-controlled, phase II trial of transcranial direct current stimulation for the treatment of central pain in traumatic spinal cord injury. Pain 2006;122:197-209.AbstractEffects of non-invasive transcranial brain stimulationon the enhancement of cognitive function in normal personSuk Hoon OhnDepartment of MedicineThe Graduate School, Yonsei University(Directed by Professor Chang-Il Park)In the maintaining process of inputted information into the brain, it is called to working memory that makes the inputted information maintained for a seconds and plays a basic role of long term memory, language, and executive function. For the modulation of brain function, the noninvasive brain stimulation methods such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) were proved to be effective. Recently, for the enhancement of memory, these two methods are being massively investigated. However, the optimal site of stimulation or dose of stimulation for the enhancement of memory function is not well established. It is also not well investigated how long the stimulation effect is lasted after stimulation. The objectives of this study are to determine the effective stimulation site, dose, and residual effect of rTMS and tDCS for the enhancement of working memory. For these purpose, rTMS with the intensity of 100 % motor threshold and the frequency of 10Hz, and tDCS with 1 mA were applied in the twenty normal persons.The results of this study were as follow;1. After 1,000 pulses of real rTMS, the correct rate and accuracy were improved compared to the baseline and the previous test (p<0.05).2. rTMS effect was maintained for 30 minutes after the end of stimulation (p<0.05).3. The error rate and reaction time were not changed by rTMS.4. After 20 minutes of real tDCS, the correct rate and accuracy were improved compared to the baseline and the previous test (p<0.05). After 30 minutes of real tDCS, the correct rate and accuracy were improved compared to the previous test (p<0.05).5. tDCS effect was maintained for 30 minutes after the end of stimulation (p<0.05).6. The error rate and reaction time were not changed by tDCS.7. Side effect did not occur during or after rTMS and tDCS.With these results, both rTMS and tDCS were considered as effective and safe brain stimulation methods to enhance working memory in normal person. For the enhancement of verbal working memory by tDCS and rTMS, the left prefrontal cortex seemed to be a proper site of stimulation. By tDCS at 1mA, stimulation time more than 20 minutes was required, whereas by 10 Hz rTMS at the intensity of 100 % motor threshold, 1,000 pulses were needed to obtain the positive effect of stimulation. 뇌에 입력된 정보를 유지하는 여러 복잡한 과정 중, 입력된 정보를 짧은 시간 동안 유지하여 장기간 기억, 언어 학습 및 실행 기능에 기초가 되는 과정을 작업 기억이라고 한다. 반복 경두개자기자극, 경두개직류자극 같은 비침습적 경두개 뇌자극술은 뇌기능을 조절하기 위한 방법으로 그 효과가 입증되었으며 최근에는 기억 기능을 향상시키기 위한 방법으로 이 두 가지 자극술이 연구되고 있다. 이 두 가지 비침습적인 뇌 자극 방법을 이용하여 기억 기능이 일시적으로 향상 또는 억제된다는 결과가 발표되고 있으나, 기억 기능의 향상을 위한 효과적인 자극 영역, 자극 시간 및 자극 강도에 대해서는 아직 비교 발표된 바 없다. 따라서, 본 연구에서는 정상인을 대상으로 하여 반복 경두개자기자극은 운동 역치의 100%, 10Hz로 1000회 자극하였고, 경두개직류자극은 1mA로 30분 자극하여 작업 기억 능력을 향상시키기 위한 자극 정도 및 효과 지속 시간 등을 알아보고자 하였다.본 연구의 결과는 다음과 같다.1. 반복 경두개자기자극으로 1000회 자극 후, 정답율 및 정확도가 자극 전과 500회 자극 후에 비해 향상되었다(p<0.05).2. 반복 경두개자기자극 효과는 자극 종료 후 30분까지 유지되었다(p<0.05).3. 반복 경두개자기자극에 의해 오답율 및 반응시간은 변화가 없었다.4. 경두개직류자극으로 20분 자극 후, 정답율 및 정확도가 자극 전과 10분 자극 후에 비해 향상되었다(p<0.05). 30분 자극 후에는 20분 자극 후에 비해 정답율 및 정확도가 계속 향상되었다(p<0.05).5. 경두개직류자극 효과는 자극 종료 후 30분까지 유지되었다(p<0.05).6. 경두개직류자극에 의해 오답율 및 반응시간은 변화가 없었다.7. 두 가지 자극을 하는 동안 특이 부작용은 나타나지 않았다.이상의 결과를 통하여 반복 경두개자기자극 및 경두개직류자극은 작업 기억 기능을 향상시키기 위한 효과적이고 안전한 뇌 자극 방법으로 생각되며, 작업 기억 기능을 향상시키기 위해 전전두엽은 효과적인 자극 부위임을 알 수 있었다. 작업 기억 기능의 향상을 위해서는 운동 역치의 100%, 10Hz 로 반복 경두개자기자극을 하였을 때 1000회 자극이 필요하며, 1mA로 경두개직류자극을 하였을 때 20분 이상의 자극이 필요함을 알 수 있었고, 두 자극 종료 후 30분까지 작업 기억 향상 효과가 지속됨을 알 수 있었다.

Differences in children’s executive function according to go level and age

Yu An Sungkyunkwan University 2020 국내석사

Go is an abstract strategy board game with two players, aiming to gain more territory on the board than the opponent. Recent research displayed that board games are involved in many aspects of cognitive function. Some neuroimaging studies have indicated that board games like Go are associated with the abilities of executive function and problem solving. Many school-aged children in many countries as well China have enjoyed playing Go game, but little known about the role of executive function in Go game in children. Thus, it is necessary to study the relationship between Go and executive function. Therefore, The purpose of this study is to investigate the effect of the difference in executive function on children’s Go level according to age. The participants were 60 children ages 7 to 14 who belong to lower grades (7-10 years old) and upper grades (11-14 years old) in several Go institutes in Shandong, China. The executing function task was made in backward digit span task, Flanker task, Stroop Color and Word Test and Children’s Color Trails Test. The results were as follows: First, working memory varies according to age. Children in upper grades perform better in working memory tasks than those in lower grades, which gives support to the result of precedent studies that children, from the age of 4 to adolescence, can develop better executive function with age. In addition, working memories also varies a lot according to their Go level. Children of advanced groups can get higher scores of working memory than the beginner group, because they are more likely to use strategies skillfully, which is closely related to the development of executive functions. Second, inhibition varies according to age, which means children in upper grades do better in inhibition than those in lower grades. Therefore, such results can be said to support the results of precedent research that cognitive inhibition also continues to develop with age in childhood. Third, based on the difference in age of children, shifting had significant difference. Children in upper grades perform better in shifting tasks than those in lower grades. There is a sharp change in shifting between children in lower and upper grades of primary school, which is similar to the result of the research trend in Western Europe taking children as the subject. 바둑은 두 명이 하는 전략적인 보드 게임으로, 바둑판에서 상대보다 더 많은 영역을 얻는 것이 목표이다. 바둑과 같은 보드게임 연구에 따르면 보드게임은 실행기능 및 문제해결 능력과 관련이 있다는 뇌신경 연구가 있었다. 많은 국가들과 중국의 학령기 아동들이 바둑을 좋아하지만 바둑이 실행기능에 어떻게 영향을 주는지 잘 모른다. 그러므로 본 연구의 목적은 아동의 바둑수준과 연령에 따른 아동의 실행기능이 차이가 있는지를 확인하고자 하였다. 연구대상은 중국 산동성에 소재한 여러 바둑학원에서 저학년과 고학년에 해당하는 만 7세부터 만 14세의 아동 총 60명을 선정하였다. 실행기능의 세 하위요인인 작업기업, 억제, 전환을 각각 측정하기 위해 숫자 거꾸로 따라 하기 검사, 플랭커(Flanker) 과제, 스트룹(Stroop)아동 색상-단어 검사, 아동 색 선로 검사를 사용하였다. 연구결과를 종합하면, 실행기능의 하위요인 작업기억, 억제, 전환이 모두 연령에 유의한 차이가 나타났기 때문에 이는 만 4세에서 청소년기까지 아동의 연령이 증가함에 따라 실행기능이 발달한다는 선행연구들을 지지라는 결과라 할 수 있다. 특히, 저학년과 고학년 사이의 급격한 전환 발달 양상은 서구의 아동을 대상으로 한 연구와 그 추세가 유사하다. 바둑수준에 따라 실행기능에 차이가 있었던 것은 고급수준의 바둑 집단은 전략들을 더 능숙하게 사용하는 경향이 있으며, 실행기능 중 작업기억 능력에 발달되어 있는 아동이 바둑을 잘 한다는 것을 예측할 수 있다.

재난 기능 시소러스 구축을 위한 재난 관리 업무 분석 연구 : 위기관리 표준매뉴얼을 중심으로

엄소영 전북대학교 일반대학원 2018 국내석사

초절전 CMOS 반도체 기술을 위한 스팁스위칭 소자 및 일함수 변인 연구 : Study of Steep Switching Devices and WFV(Work-Function Variation)-induced Random Variation for Ultra-Low Power CMOS Technology

이영택 서울시립대학교 대학원 2017 국내석사

Recently, one of the most critical issues in semiconductor industry is ever-increasing power dissipation in complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) devices. In the past few decades, performance of integrated circuit (IC) chips has been successfully improved by scaling the feature size of CMOS following Moore’s law. However, power consumption of the IC chips has been exponentially increased because power supply voltage (VDD) of the CMOS devices was not scaled down as fast as the feature size was scaled down. The root causes of non-scalability of the VDD lie on fundamental limit of metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) and process-induced random variation. In order to scale the VDD for low power CMOS technology, we study negative capacitance (NC) FET and work-function variation (WFV) in this dissertation. In chapter 2, we experimentally observe NC effect in organic/ferroelectric capacitor, so that we verify the possibility of NCFET as a steep switching device which overcomes the fundamental limit of MOSFET. In chapter 3, WFV-induced threshold voltage variation (VTH) in tunnel FET, which is another promising alternative of MOSFET, is quantitatively estimated using ratio of average grain size to gate area (RGG) plot. In chapter 4, we investigate WFV-induced VTH variation in gate-all-around (GAA) nanowire (NW) FET, and elucidate the physical reason of suppressed WFV-induced VTH variation in GAA NW FET. In chapter 5, we investigate the impact of equivalent oxide thickness (EOT) on WFV-induced VTH variation in multi-gate device. As a result, we confirm that higher-k engineering should be adopted in CMOS technology in order to alleviate WFV-induced VTH variation. 최근, 반도체 업계의 가장 중요한 이슈 중 하나는 지속적으로 증가하는 complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) 소자의 전력 소모이다. 과거 몇 십 년간, 무어의 법칙에 따라 CMOS의 최소 선 폭을 감소시키며 집적회로의 성능은 성공적으로 향상되어 왔다. 하지만 CMOS 소자의 전력 공급 전압 (VDD)이 최소 선 폭이 감소되는 만큼 빠르게 감소되지 않았기 때문에 집적회로 칩의 전력 소모가 지수함수적으로 증가해왔다. VDD가 감소되지 않은 근본 원인은 바로 metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) 자체의 근본적인 한계와 공정에서 발생하는 random variation이다. 따라서 본 논문에서는VDD를 감소시켜 초절전 CMOS 반도체 기술을 구현하고자 negative capacitance (NC) FET과 work-function variation (WFV)에 대해 연구했다. Chapter 2에서는, 유기물/강유전체 capacitor에서의 NC 효과를 실험적으로 측정했고 steep switching 소자로써의 NCFET의 가능성을 확인하였다. Chapter 3에서는, MOSFET의 또 다른 대안인 tunnel FET에서의 WFV로 인한 문턱전압 (VTH) variation을 RGG (ratio of average grain size to gate area) 도표를 이용하여 정량적으로 평가하였다. Chapter 4에서는 gate-all-around (GAA) nanowire (NW) FET에서의 WFV로 인한 VTH variation을 연구했다. 또한, FinFET과 비교했을 때, GAA NW FET에서 WFV로 인한 VTH variation이 감소하는 원인을 분석했다. Chapter 5에서는 equivalent oxide thickness (EOT)가 WFV로 인한 VTH variation에 미치는 영향에 대해 연구했다. 그 결과, WFV로 인한 VTH variation을 완화시키기 위해서는 higher-k 기술이 CMOS 반도체 기술에 도입되어야 함을 확인했다.

Production of negative hydrogen ions by backscattering of H^(+) and H_(2+) ions fr5om low work function metal surfaces

권혁진 Stevens Institute of Technology 1994 해외박사

Metal 표면에 수직으로 입사된 incoming energy 가 2eV 부터 30eV 인 Hydrogen ions(H+, H2+)이 cesiated low work function metal 표면으로 부터 backscattering 된 후 surface charge transfer 를 통한 H- ions production rate, H- yield 를 측정하였다. 입사 된 H+, H2+ ions 에 상관 없이 동일한 H- yield/nucleus가 얻어 졌으며 이는 H2+ ion이 low work function metal surface에 충돌하기 전에 완전한 dissociation이 되었음을 입증한다. 개선된 maximum H- Yield 27%가 incoming ion energy 20eV 에서 얻어졌으며 이때 사용된 metal target은 precesiated Mo이였다. Precesiated metal surface로부터 측정한 H- yield는 metal 표면의 hydrogen adsorption으로 연속적인 감소가 일어났으며, 이때 precesiated metal work function은 증가하였다. 이와 같은 hydrogen contamination은 metal target을 240℃로 유지하면서 cesium을 연속적으로 supply함으로서 크게 개선됨을 알 수 있으며, 이는 hydrogen adsorption이 target온도를 올림에 따라 감소됨을 입증한다. Cs surface diffusion을 이용하여 Hot Mo 245℃에서 cesiation한 Mo target을 이용하여 optimum H- yield (27%)의 life time을 기존의 3분 정도에서 30분 이상 증가시킬 수 있다. Hot Target를 이용한 dynamic cesiation Theory를 세웠으며 이 이론을 근거로 low work function을 얻기위한(optimum cesium coverage를 유지 하기 위한) cesium supply 와 diffusion flux density에 관한 중요한 information울 분석하였다.

Twist Angle-Dependent Transport Properties and applications of Twisted Bilayer Graphene

김진홍 건국대학교 대학원 2024 국내박사

Two-dimensional (2D) materials research is advancing through the development of more complex heterostructures with tailored functions. Lattice constant and crystal orientation within these structures play a critical role in determining their electronic and chemical properties. Twisted bilayer graphene (tBLG), with its tunable electronic and chemical characteristics arising from the relative twist angle between its two graphene layers, offers valuable insights in this context. This dissertation investigates the optimization and applicability of tBLG using excimer UV treatment. We systematically studied the influence of twist angle (0°-30°) on the electrical transport properties of tBLG and tBLG field-effect transistors (FETs). Notably, tBLG with a high twist angle (9°-30°) exhibited enhanced conductivity and mobility compared to its low twist angle counterpart (0°-9°) Additionally Scanning Kelvin Probe Microscopy (SKPM) confirmed work function values consistent with theoretical calculations, validating the observed trends. These finding provide a foundation for understanding how twist angle influences the functionality of tBLG devices. Furthermore, we investigated the complex interplay between various fabrication techniques and subsequent UV treatment on tBLG. Our findings reveal a multifaceted relationship between twist angle, interlayer interaction, stacking configuration, surface oxidation, and ultimately, electronic transport properties. Notably, UV treatment offers a promising avenue for engineering surface properties, potentially leading to tailored functionalities in future tBLG-based devices. This comprehensive understanding of the relationship between fabrication methods, UV treatment, and resulting properties provides opportunities for designing and optimizing tBLG-based devices with tailored functionalities for future electronic applications. 2차원 (2D) 물질 연구는 점점 더 다양하고 복잡한 기능성 물질의 이종 구조 (heterostructure)의 탐구를 통해 빠르게 발전하고 있다. 이러한 이종 구조에서 격자 상수 (lattice constant)와 결정방향 (crystal orientation)은 전자 및 화학적 특성을 결정하는 중요한 역할을 한다. Twisted Bilayer Graphene (tBLG)의 연구는 이러한 구조에서 동일한 격자구조를 가지지만 두 그래핀 층 사이의 twist angle에 따른 조절가능한 전자 및 화학적 특성을 제공한다. 이 학위논문에서는 엑시머 UV처리를 사용하여 tBLG의 최적화 및 응용 가능성을 확인하였다. 우리는 0º ~ 30º 범위에서 twist angle이 tBLG의 전하수송특성에 미치는 영향을 체계적으로 조사하였다. 또한 Moiré pattern의 영향을 받는 tBLG 전계효과 트랜지스터 (FET)의 전기적 특성을 조사했다. 주목할만한 점으로는 높은 twist angle (9º ~ 30º)의 tBLG는 낮은 twist angle (0º ~ 9º)의 tBLG에 비해 향상된 전기전도도 및 전하 이동성을 나타냈다. 또한 Scanning Kelvin Probe Microscopy (SKPM)을 통해 얻은 일함수와 이론적계산을 통해 얻은 일함수를 비교하여 동일한 경향을 확인했다. 이러한 연구결과는 twist angle이 tBLG FET 소자의 기능에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 기초가 될 것이다. 표면 기능화 연구는 Bilayer graphene (BLG)의 계층 상호작용 연구에 중요하다. 이 연구는 다양한 BLG 제작 기술과 이후 UV 처리 사이의 복합적인 상호작용을 제시하였다. 이 발견은 twist angle, 계층간 상호작용, 적층 구성, 표면 산화 및 전자전달 특성 사이의 다면적인 관계를 보여준다. 특히, UV 처리는 표면 특성 엔지니어링을 위한 방법을 제공하여 잠재적으로 향후 tBLG 기반 장치의 맞춤형 기능으로 이어질 수 있다. 이러한 tBLG 제조방법, UV 처리 및 결과들은 미래 전자응용 분야를 위한 맞춤형 기능을 갖춘 tBLG 기반 소자를 최적화 하기위한 가능성을 시사한다.

10 nm 이하 Stacked Nanowire FET의 랜덤 베리에이션 연구

박진영 서울시립대학교 일반대학원 2018 국내석사

미래 10nm 이하 CMOS 소자 구조 중 하나로써, gate-all-around nanowire FET (GAA NWFET)가 유망한 후보로 제안되고 있다. GAA NWFET 구조는 기존 planar MOSFET 구조에 비하여 좋은 gate controllability를 가지며, short channel effects를 효과적으로 저하할 수 있다. 게다가 nanowire를 적층한 형태의 stacked nanowire 구조는 여러 개의 channel이 적층되기 때문에 electrostatic integrity를 향상시킬 수 있으며, 높은 layout efficiency를 가진다. 최근 MOSFET 소자 크기의 scaling이 계속되면서, line edge roughness (LER), random dopant fluctuation (RDF), 그리고 work-function variation (WFV)와 같은 현상이 무작위 요소로 고려되고 있다. 이들은 소자의 성능과 안정성에 부정적인 역할로써 작용하며, 공정 과정을 거치면서 불가피하게 소자에 생기는 현상이다. LER은 photolithography 공정 과정에 의해 소자 측벽이 불균일하게 형성되는 것을 일컫는다. 기술이 발전하며, 소자의 물리적 크기가 줄어드는 것만큼 LER의 크기도 줄어들지 못하기 때문에 심각한 부정적 요소로 고려되고 있다. 한편, 최근에 high-k/metal-gate 기술이 적용되면서 gate capacitance를 향상시키고 gate leakage를 줄이는 긍정적인 효과를 얻었다. 하지만 gate의 metal grain granularity 현상으로 소자성능에 무작위 요소로 작용하는 work-function variation (WFV)도 또 다른 하나의 부정적 요소가 되었다. 또한, SiO2 interfacial layer의 defect states로 인하여 발생하는 random interface traps (RIT)도 추가적인 무작위 요소로 고려되고 있다. 이 논문에서는 stacked NWFET에서 LER를 줄일 수 있는 요소를 제안하고 (섹션2), LER와 RIT의 상관관계를 살피며 (섹션3), WFV에 의한 영향을 살펴본다 (섹션 4). As one of the promising candidates for sub-10-nm CMOS devices, gate-all-around nanowire FETs (GAA NWFETs) have been proposed. The GAA NWFET structure can achieve a better gate controllability as well as effectively suppress short-channel effects. Moreover, the stacked nanowire structure has improved the electrostatic integrity, because it has multiple stacked channels. The stacked multiple-channel structure can provide great layout efficiency. As MOSFETs continue to scale, line edge roughness (LER), random dopant fluctuation (RDF), and work-function variation (WFV) have brought forward great concerns regarding their negative effects on the device performance and stability. The LER is a fluctuation of edges along the lines patterned by the photolithography process. The LER has become a larger portion of the physical channel length in MOSFETs because it is not scaled down as much as the physical channel length. Owing to the scaling down of the gate oxide in MOSFETs, high-k/metal-gate (HK/MG) CMOS technology has been introduced. The technology reduces gate leakage and improves the gate capacitance by increasing the physical oxide thickness and reducing the electrical oxide thickness. The metal grain granularity (MGG) of the gate, however, has become one of the variability sources and has induced the work-function variation (WFV). Further, the HK/MG technology introduced an additional variation source—random interface traps (RIT), although the semiconductor industry has adopted the technology to reduce the gate leakage current as well as to improve the gate controllability. The RIT indicates the defect states in the SiO2 interfacial layer between high-k material and silicon. This dissertation will suggest the variation-immunity on LER in the stacked nanowire FET (Section 2), the impacts of LER and RIT in stacked nanowire FET (Section3) , and the WFV-induced variation in stacked nanowire FET (Section 4).

표절에 의한 저작권침해판단의 적용기준에 관한 연구 : 드라마 「여우와 솜사탕」사건을 중심으로

송윤석 연세대학교 법무대학원 2003 국내석사

본 논문은 국내 영상저작물의 저작권침해판단을 사례로 들어 법원의 판단기준을 귀납적으로 고찰하고, 드라마 「여우와 솜사탕」의 저작권침해여부 판단의 고려요소로 참고할 수 있도록 하였다. 저작권침해는 일반적으로 저작자의 권리를 침해하는 것이지만, 저작권을 최광의로 분류하면 저작자의 권리뿐만 아니라 저작인접권과 출판권도 저작권으로 분류할 수 있다. 저작권침해는 보호받는 저작물을 전제로 저작자의 허락이나 정당한 권원없이 무단이용하는 것이다. 따라서, 저작권침해를 논의 하기위해서는 저작물의 특성별로 보호범위가 달라질 수 있음을 고려하여야 하며, 무단이용행위의 태양을 함께 고찰해야 한다. 같은 저작물이라 할지라도 기능적 저작물보다 문예적 저작물의 보호범위가 넓으며, 문예적 저작물중에서도 다양하게 표현방식을 선택할 수 있는 산문체 저작물이 더욱 보호범위가 넓다. 이는 저작권은 아이디어가 아니라 창작적인 표현에만 미치는 것과 유관하다. 표절은 저작권침해의 한 유형으로서 타인의 '저작물'을 자신의 것인 양 제시하는 것에서, 일반적인 저작권침해보다 행위의 비난가능성이 높은 것이다. 표절을 판단하기 위해서는 '자신의 것인 양 제시한다는 고의'의 요소를 포함한 의거관계의 강한 입증이 필요하다. 국내 영상저작물 관련한 기존의 판례를 검토해보면, 의거관계의 추정에 의심이 가는 경우에는 양 저작물간에 상당한 유사성이 인정된다 하더라도 우연의 일치로 인정되어 저작권침해를 구성하지 않는 경우가 대부분이다. 저작권침해의 결정적인 증거로 의거관계의 존부를 이용하면서도 아직까지는 입증의 곤란함을 들어 피고가 입증책임을 지도록 되어있다. 그러나, 계약관계가 없는 등 피고가 의거관계를 강력하게 부인할 경우에는 의거관계에 대한 보다 세밀한 심리가 진행되어야 할 것이다. 저작권침해의 일반이론과 그 동안의 판례에 비추어보면, 드라마 「여우와 솜사탕」사건의 가처분 결정은 침해판단기준으로 상당부분 다른 입장을 보이고 있음을 발견할 수 있다. 저작권침해에서 의거요건의 증거로 이용되는 현저한 유사성이란 저작자 개인으로부터 연원되는 창작적 표현만을 대비하여야 하고, 드라마 저작물 성립의 특징적 요소는 유형화된 등장인물과 일상회화라는 제한 된 표현도구를 사용함으로 인하여 산문체 저작물과 비교할 때 보호범위가 좁아져야 함에도 가처분 재판부는 넓어야 한다는 전제에서 저작권침해를 판단하고 있다. 드라마는 일응 편집저작물의 성격을 가지고 있으므로, 부분적인 장면에서 대사의 일치여부를 실질적 유사성의 판단기준으로 삼아서는 아니되며, 남녀주인공이 만나는 계기, 등장인물들 간의 갈등구조, 이야기 전개의 시간적 순서 등 이야기가 진행되는 세밀한 전개과정이 보호될 가능성이 큰 것이다. 편집저작물의 유사성을 판단하는 것은 편집저작물을 구성하는 개별 저작물이 아니라 개별저작물로 구성된 전체의 저작물로서 소재의 선택과 배열에 창작성이 있는 부분만 추출하여 실질적 유사성을 판단하는 것이기 때문이다. The traditional approach to determining copyright infringement is that a plaintiff must show ownership of a valid copyright and copying by the defendant. In most cases, direct evidence of copying by defendant is rare and the court demands a plaintiff prove copying by showing access and substantial similarity. But the plagiarism is different from the copyright infringement. The plagiarism means unauthorised using other's works and publishing as if his own works. It is not the elements of determining the plagiarism that the works is whether protected or not. Just as copying is and essential element of infringement, so substantial similarity between the plaintiff and defendant's works is an essential element of copying. The range of protection is varied by the characteristic of the works. The general dialogue is the main tools of dramatic works. It is important to avoid confusing the elements that substantial similarity includes the protected expression and unprotected tools. The court should separate the elements by the protected expression criteria. Courts initially should consider as a matter of law whether any protected expression appears in both works or only unprotected ideas. The plaintiff should prove that the substantial similarities lies ing the protected expression between the accused works This evidence should analyzed to determine objectively whether it should be inferred that the defendant copied from the plaintiff and did not create its word independently.