• 공업화학
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• 제24권1호
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• pp.1-9
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• 2013

의료의 패러다임이 질병 치료에서 질변 예방 및 조기 진단으로 변화하면서 미량의 생분자를 측정할 수 있는 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 미량의 생분자를 측정할 수 있는 다양한 기술이 존재하는데 여기서는 성숙된 반도체 기술을 이용한 바이오센서에 대해 언급하고자 한다. 이의 이해를 돕기 위해 반도체의 기본 소자인 MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)의 구조와 원리를 소개하고, 이를 응용한 ISFET (Ion sensitive FET), BioFET (Biologically modified FET), Nanowire FET, 그리고 IFET (Ionic FET)에 대한 소개와 이의 생명공학에 대한 응용에 대해 논하고자 한다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제7권5호
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• pp.376-382
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• 1994

In this study we developed a program(DEVSIM) to simulate the two dimensional distribution of the electrostatic potential and the electric field of the arbitrary structure consisting of GaAs/AlGaAs semiconductor and metal as well as dielectric. By the comparision of the electric field distribution of GaAs MESFETs with the various recess gates we proposed a suitable device structure to improve the breakdown characteristics of MESFET. According to the results of simulation the breakdown characteristics were improved as the thickness of the active epitaxial layer was decreased. And the planar structure, which had the highly doped layer under the drain for the ohmic contact, was the worst because the highly doped layer prevented the space charge layer below the gate from extending to the drain, which produced the narrow spaced distribution of the electrostatic potential contours resulting in the high electric field near the drain end. Instead of the planar structure with the highly doped drain the recess gate structure having the highly doped epitaxial drain layer show the better breakdown characteristics by allowing the extention of the space charge layer to the drain. Especially, the structure in which the part of the drain epitaxial layer near the gate show the more improvement of the breakdown characteristics.

• 정보처리학회논문지A
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• 제15A권4호
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• pp.211-216
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• 2008

본 논문에서는 핫 케리어 효과, 항복전압 전하, 트랜지스터 Id Vg 특성곡선, 전하 트래핑, SILC와 같은 특성들을 비교하기 위하여 HP 4145 디바이스 테스터를 사용하여 습식 산화막과 질화 산화막으로된 $0.2{\mu}m$ NMOSFET를 만들어 측정하였다. 그 결과 질화 산화막으로 만들어진 디바이스가 핫 케리어 수명(질화 산화막은 30년 이상인 반면에 습식 산화막 소자는 0.1년임), Vg의 변화, 항복전압, 전계 시뮬레이션, 전하 트래핑면에서도 습식 산화막 소자보다 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권3호
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• pp.811-816
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• 2019

초고진공 화학기상증착장치(UHV-CVD)에 의해 성장된 실리콘-흡착된 산소(Si-O) 초격자가 실리콘 양자전자소자를 위한 에피택셜 장벽으로 소개되었다. 전류-전압 측정 결과 높은 브레이크다운 전압을 갖는 매우 안정하고 양호한 절연특성을 나타내었다. 에피택셜 성장된 Si-O 초격자는 SOI(silicon on insulator)를 대체할 수 있는 절연층으로도 사용될 수 있음을 보여준다. 이 두꺼운 장벽은 전계효과트랜지스터(FET)의 절연 게이트로 유용하게 사용될 수 있어 FET 위에 또 다른 FET를 제작할 수 있으므로 미래 실리콘계 3차원 집적회로의 궁극적인 목표에 한층 더 다가갈 수 있는 가능성을 보여주는 것이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권6호
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• pp.1-7
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• 2004

본 논문에서는 2차원 양자 역학적 모델링 및 시뮬레이션(quantum mechanical modeling and simulation)으로써, 자기정렬 이중게이츠 구조(self-aligned double-gate structure)인 FinFET에 관하여 결합된 푸아송-슈뢰딩거 방정식(coupled Poisson and Schrodinger equations)를 셀프-컨시스턴트(self-consistent)한 방법으로 해석하는 수치적 모델을 제안한다. 시뮬레이션은 게이트 길이(Lg)를 10에서 80nm까지, 실리콘 핀 두께($T_{fin}$)를 10에서 40nm까지 변화시켜가며 시행되었다. 시뮬레이션의 검증을 위한 전류-전압 특성을 실험 결과값과 비교하였으며, 문턱 전압 이하 기울기(subthreshold swing), 문턱 전압 롤-오프(thresholdvoltage roll-off), 그리고 드레인 유기 장벽 감소(drain induced barrier lowering, DIBL)과 같은 파라미터를 추출함으로써 단채널 효과를 줄이기 위한 소자 최적화를 시행하였다. 또한, 고전적 방법과 양자 역학적 방법의 시뮬레이션 결과를 비교함으로써,양자 역학적 해석의 필요성을 확인하였다. 본 연구를 통해서, FinFET과 같은 구조가 단채널 효과를 줄이는데 이상적이며, 나노-스케일 소자 구조를 해석함에 있어 양자 역학적 시뮬레이션이 필수적임을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.566-566
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• 2012

그래핀(Graphene)은 모든 탄소 동소체의 기본구성 요소로 2 차원 결정구조를 가지며, 양자홀 효과(quantum Hall effect), 뛰어난 열 전도도, 고 탄성, 광학적 투과성 등과 같은 탁월한 물리적 성질을 보이는 물질이다. 이러한 그래핀의 우수한 특성은 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor), 화학/바이오 센서, 투명 전극(transparent electrode) 등의 다양한 전자소자를 개발하는 응용 가능하다. 그 중, 그래핀 투명전극의 제조는 가장 응용가능성이 높은 분야이다. 현재 투명전극 물질로는 인듐-주석 산화물(indium tin oxide; ITO)가 널리 이용되고 있으나, 인듐의 고갈로 인한 공급부족 문제 및 고 생산비용, 휘어지지 않는 취성 등의 단점을 지니고 있다. 따라서, 우수한 광학적 투과성과 전기전도성을 지닌 그래핀이 ITO의 대체 물질로서 각광받고 있다.[1-5] 본 연구에서는 그래핀의 투명전도필름의 응용을 위해 면저항을 낮추기 위한 방법으로 화학적 도핑(doping)을 이용하였다. 그래핀은 구리(copper; Cu) 호일을 촉매로 사용하여 열 화학증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 합성하였다. 합성된 그래핀은 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 전사법을 이용하여 산화실리콘(SiO2) 기판에 전사 후, 염화은(AgCl)과 클로로벤젠(C6H5Cl)으로 만든 콜로이드(colloid) 용액에 디핑(dipping)하여 그래핀에 은 입자를 도핑 하였다. 그 결과, 은 입자 도핑 농도에 따라 면저항이 감소하는 양상을 보였다. 제작된 그래핀 투명전도성 필름의 투과도는 자외선-가시광선-근적외선 분광법(UV-Vis-NIR spectroscopy)를 이용하여 측정하였고, 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 통해 그래핀 필름의 질적 우수성과 성장 균일도를 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.616-616
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• 2013

그래핀(Graphene)은 열전도도가 높고 전자 이동도(200,000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET), 유기 전자 소자(Organic electronic device)와 광전자 소자(Optoelectronic device) 같은 반도체 소자에 응용 가능하다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ionirradiation)등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization)등의 방법으로 그래핀의 전도도를 향상시킬 수 있었다. 그러나 이러한 방법들은 기판의 표면을 거칠게 하며, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가조립 단층막법(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면, 자가조립 단층막의 기능기에 따라 그래핀의 일함수를 조절 가능하고 운반자 농도나 도핑 유형을 변화시켜 소자의 전기적 특성을 최적화 할 수 있다 [1-3]. 본 연구에서는 PET(polyethylene terephthalate) 기판에 SAMs를 이용하여 유연하고 투명한 그래핀 전극을 제작하였다. 산소 플라즈마와 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)를 이용하여 PET 기판 표면 위에 하이드록실 기(Hydroxyl group; -OH)와 아민 기(Amine group; -NH2)를 순차적으로 기능화 하였고, 그 위에 화학적 기상 증착법을 이용하여 합성한 대면적의 균일한 그래핀을 전사하였다. PET 기판 위에 NH2 그룹이 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)과 X-선 광전자 분광법(Xray photoelectron spectroscopy: XPS)을 통해 확인하였으며, NH2그룹에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 전류-전압 특성곡선(I-V characteristic curve)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 유연하고 투명한 기판 위에 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권7호
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• pp.5-12
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• 2005

본 논문에서는 결합된 슈뢰딩거-푸아송 방정식과 전류연속방정식을 셀프-컨시스턴트하게 계산함으로써, 나노-스케일 center-channel (CC) double-gate (DG) MOSFET 디바이스의 전기적 특성 및 구조해석에 관한 연구를 시행하였다. 10-80 nm 게이트 길이의 조건에서 수행한 CC-NMOS의 시뮬레이션 결과를 DG-NMOS 구조에서 시행한 시뮬레이션 결과와의 비교를 통하여 CC-NMOS 구조에서 나타나는 CC 동작특성 메커니즘과, 이로 인한 전류 및 G$_{m}$의 상승을 확인하였다. 문턱 전압 이하 기울기, 문턱 전압 롤-오프, 드레인 유기 장벽 감소의 파라미터를 통하여 단채널 효과를 최소화하기 위한 디바이스 최적화를 수행하였다. 본 나노-스케일 전계 효과 트랜지스터를 위한 2차원 양자역학적 수치해석의 관한 연구를 통하여, CC-NMOS를 포함한 DG-MOSFET 구조가 40나노미터급 이하 MOSFET 소자의 물리적 한계를 극복하기 위한 이상적인 구조이며, 이와 같은 나노-스케일 소자의 해석에 있어서 양자역학적 모델링 및 시뮬레이션이 필수적임을 알 수 있었다.

• 센서학회지
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• 제23권2호
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• pp.114-121
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• 2014

We report a polysilicon active area membrane field effect transistor (PSAFET) pressure sensor for low stress deflection of membrane. The PSAFET was produced in conventional FET semiconductor fabrication and backside wet etching. The PSAFET located at the front side measured pressure change using 300 nm thin-nitride membrane when a membrane was slightly strained by the small deflection of membrane shape from backside with any physical force. The PSAFET showed high sensitivity around threshold voltage, because threshold voltage variation was composed of fractional function form in sensitivity equation of current variation. When gate voltage was biased close to threshold voltage, a fractional function form had infinite value at $V_{tn}$, which increased the current variation of sensitivity. Threshold voltage effect was dominant right after the PSAFET was turned on. Narrow transistor channel established by small current flow was choked because electron could barely cross drain-source electrodes. When gate voltage was far from threshold voltage, threshold voltage effect converged to zero in fractional form of threshold voltage variations and drain current change was mostly determined by mobility changes. As the PSAFET fabrication was compatible with a polysilicon FET in CMOS fabrication, it could be adapted in low pressure sensor and bio molecular sensor.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.342-348
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• 2023

최근 웨어러블 소자를 이용한 신체와 주변 온도의 실시간 모니터링에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 그래핀 기반 써미스터가 고성능 유연 온도 센서로 개발되어 왔다. 본 연구에서는 단일층 그래핀의 온도 측정 성능을 개선하기 위하여 표면에 polyethylenimine(PEI)를 코팅하여 저항 온도 계수(TCR)를 조절하였다. 화학기상증착법(CVD)에 의해 합성한 단일층 그래핀은 습식 전사 공정을 통해 원하는 기판에 전사되었다. PEI에 의한 계면 도핑을 유도하기 위하여, 소수성의 그래핀 표면을 산소 플라즈마 처리를 통해 결함을 최소화하면서 친수성으로 제어하였다. PEI 도핑 효과를 전계효과트랜지스터(FET)를 이용하여 확인하였다. PEI 도핑에 의해서 CVD 그래핀의 TCR 값이 30~50℃의 온도 범위에서 -0.49(±0.03)%/K로 향상된 것을 확인하였다.