다중게이트 구조인 나노 와이어 n-채널 무접합(junctionless) 및 반전모드(inversion mode) MuGFET에서 문턱전압 이하의 급격히 작은 기울기 (subthreshold slope)가 온도에 따라 변하는 것을 비교 분석하였다. 온도가 증가함에 따라 무접합 및 반전모드 소자의 문턱전압 아래 기울기는 증가하는 것으로 관측 되었다. 문턱전압 아래 기울기 증가는 반전모드 소자보다 무접합 소자에서 더 심함을 알 수 있었다. 소자의 핀 폭이 다른 소자의 문턱전압 아래 기울기의 온도 의존성은 비슷한 것으로 관측되었다. 그리고 기판 전압에 따른 문턱전압 아래 기울기의 온도 의존성 측정으로부터 기판전압이 증가함에 따라 문턱전압 아래 기울기 변화는 심하지 않는 것으로 관측되었다. 기판에 양의 전압을 인가하므로 무접합 MuGFET 소자를 이용하여 400K 온도에서도 문턱전압 아래 기울기가 41mV/dec 이하인 소자를 구현할 수 있었다.
본 연구에서는 다중게이트 구조인 나노 와이어 n-채널 무접합(junctionless)와 반전모드(inversion mode) 다중게이트 MOSFET(Multiple-Gate MOSFET : MuGFET)의 PBTI에 의한 소자 특성 저하를 비교 분석하였다. PBTI에 의해서 무접합 및 반전모드 소자의 문턱전압이 증가하는 것으로 관측되었으며 무접합 소자의 문턱전압 변화가 반전모드 소자보다 작음을 알 수 있었다. 그러나 소자특성 저하 비율은 반전모드 소자가 무접합 소자보다 큰 것으로 관측되었다. 특성저하 활성화 에너지는 반전모드 소자가 무접합 소자보다 큰 것을 알 수 있었다. PBTI에 의한 소자 특성 저하가 무접합 소자보다 반전모드 소자가 더 심한 것을 분석하기 위하여 3차원 소자 시뮬레이션을 수행하였다. 같은 게이트 전압에서 전자의 농도는 같으나 수직방향의 전계는 반전모드 소자가 무접합 소자보다 큰 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 muller법과 regular falsi법에 의한 CMOS 반전 증폭 회로를 해석하는 방법을 제안한다. Muller법과 regular falsi법을 이용하여 회로의 절점전압과 branch 전류를 예측하였고 회로의 출력 절점에서 KCL을 만족하도록 하였다. CMOS 반전 증폭 회로의 모의실험을 수행한 결과 MEDICI에 사용된 결합법에 비해 전압특성과 전류특성은 각각 5%와 5.4%의 최대상대오차를 보였다.
본 논문에서는 계단근사법이 아닌 다중 box분할기법을 이용하여 증가형 MOSFET의 강반전조건하에서의 I-V 모델링을 제안한다. 즉, 이온주입된 MOSFET의 강반전층의 깊이를 다중box분할기법에 의하여 구하고, 이 깊이에서의 이동전하농도 및 수직전계의존 LMS이동도 모델에 의한 이동도를 구하였다. 그리도 이들 파라메터들을 바탕으로 드레인전압에 대한 드레인 전류식을 유도하였다. 제안 드레인전류식의 타당성을 검증하기 위하여 게이트 전압을 변화시켜 가면서, 제안된 I-V 모델링에 대해 모의 실험을 수행하고 Charge-sheet 모델에 의해서 구한 드레인 전류치와 비교하였다. 모의실험수행결과 유사한 I-V 특성을 나타냄을 확인하였다.
본 연구에서는 고속 및 저전력 스위칭 소자 응용을 위하여 n-채널 무접합 및 반전모드 MuGFET 와 p-채널 무접합 및 축적모드 MuGFET의 기판전압에 따른 전류-전압 특성을 측정하고 비교 분석하였다. 기판전압에 따른 문턱전압과 포화 드레인 전류 변화로부터 n-채널 소자에서는 반전모드 소자가 무접합 소자보다 변화량이 크며 p-채널 소자에서는 무접합 소자가 축적모드 소자보다 변화량이 큰 것을 알 수 있었다. 전달컨덕턴스 변화는 n-채널 소자보다 p-채널 소자의 변화량이 큰 것을 알 수 있었다. 그리고 subthreshold swing 특성으로부터 n-채널 소자와 p-채널 무접합 소자는 기판전압 변화에 따라 S값의 변화가 거의 없지만 p-채널 축적모드 소자는 기판전압이 양의 방향으로 증가할 때 S 값이 증가하는 것으로 관측되었다. 기판전압을 이용한 고속 및 저전력 스위칭 소자 응용 측면에서는 n-채널 소자에서는 반전모드 소자가 p-채널 소자에서는 무접합 소자가 더 좋은 특성을 보였다.
Ti 확산 리튬나오베이트 채널 광도파로의 z-축 분극을 주기적으로 $180^{\circ}$ 위상 변화시키는 Ti:PPLN 제작 공정을 검토하고, 개선하였다. 분극반전 공정에 적합한 지그와 Labview 프로그램을 이용하여 전하량 제어시스템을 고안하였다. 분극반전에 필요한 전하량으로부터 분극에 적절한 고전압 펄스와 duty-cycle을 조절하였으며, 분극에 필요한 임계 전압 보다 작은 전압을 인가한 상태에서 누설전류의 변화를 관찰하여 절연파괴 현상을 또한 최소화하였다.
본 논문에서는 트랜지스터 동작영역에 독립적인 일정 트랜스컨덕턴스 rail-to-tail 입력회로 및 AB-급 출력회로를 갖는 2단 연산증폭기를 제시한다. rail-to-rail 입력회로는 추가 NMOS 및 PMOS 차동 입력단 구조를 사용하여, 전체 동상 입력 전압에서 항상 일정한 트랜스컨덕턴스를 갖도록 하였다. 이러한 입력단 회로는 기존 MOS의 정확한 전류-전압 관계식을 사용하지 않고, 트랜지스터의 동작영역에서, 즉 강 반전 및 약 반전, 독립적인 새로운 광역 선형 전류관계를 제안한다. 본 논문에서 제안한 입력단 회로를 SPICE를 사용하여 모의실험 결과, 전체 동상 입력 전압에 대해서 4.3%의 변화율이 나타남을 검증하였다. AB-급 출력단 회로는 공급 전압원에 독립적인 일정한 동작 전류값을 갖고, 출력 전압은 Vss+0.1에서 Vdd-0.15까지 구동하는 전압 특성을 나타내었다. 또한 출력단은 AB-급 궤환 제어 방식을 사용하여 저전압에서 동작 할 수 있다. 전체 연산 증폭기의 단일-이득 주파수 및 DC 전압이득 변화율은 각각 4.2% 및 12%로 나타냈다.
고전압 DC 전원 응용에 사용되는 높은 입출력 전압 변환비의 특성을 가지는 새로운 극성 반전형 dc/dc 전력 변환 회로를 제안하였다. 제안안 회로의 특징은 기존회로보다 소자의 전압 스트레스가 감소된다. 제안한 회로의 동작원리를 분석하고 특징을 비교하였다. 제안한 회로의 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션결과와 실험결과를 비교 분석 하였다.
본 연구에서는 강유전성 고분자를 이용하여 제작된 100 nm 이하 두께를 가지는 박막형 커페시터의 측정 주파수에 따른 분극 반전 특성을 측정, 분석하였다. 고정된 박막 두께에 대해, 인가되는 최고 전기장의 세기가 증가할수록 더 높은 항전계에서 분극 반전이 발생되었다. 고정된 최고 전기장에 대해, 박막의 두께에 무관하게 같은 항전계에서 분극 반전이 발생되었다. 모든 측정에서 로그스케일 전기장 및 로그스케일 주파수의 관계에서 약 $0.12{\pm}0.01$의 비례 상수를 보였다. 결과적으로, 강유전체 고분자 커페시터가 40 nm 두께까지는 size effect 없이 일정한 분극 반전 특성을 보였다. 본 연구는 저전압 동작 고분자 메모리 소자의 동작 예측에 유용할 것이므로 저전압에서 동작 가능한 고분자 메모리 소자의 가능성을 보여준다.
본 논문은 낮은 입력 DC전압에서 높은 음의 DC전압을 출력하는 높은 전환 비의 극성 반전 형 DC/DC 전력 변환 회로에 관한 것으로써, 하나의 스위치, 하나의 인덕터, 그리고 다수개의 캐패시터와 다이오드로 구성된다. 기존의 극성 반전 형 DC/DC 컨버터 회로와 비교하여, 고압 변환 트랜스포머 대신에 인덕터를 사용할 수 있어, 자기 소자의 부피 및 크기는 물론 원가저감이 가능하다. 또한 자려 발진(Self Oscillation) 방식을 사용하여 별도의 제어 IC가 필요 없으므로, 회로구성이 대단히 간단하고, 저가격의 전원 회로를 만들 수 있다. 또한 다이오드들의 전압 스트레스가 감소하여 저가격 고성능의 고압 변환장치 구현이 가능하다. 제안된 회로의 동작원리를 설명하고, 타당성을 Simulation 및 실험을 통하여 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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