This work aims to study and analyze the various operating modes of universal power converter which is powered by solar and thermoelectric generators. The proposed converter is operated in a DC-DC (buck or boost mode) and DC-AC (single phase) inverter with high efficiency. DC power sources, such as solar photovoltaic (SPV) panels, thermoelectric generators (TEGs), and Li-ion battery, are selected as input to the proposed converter according to the nominal output voltage available/generated by these sources. The mode of selection and output power regulation are achieved via control of the metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) switches in the converter through the modified stepped perturb and observe (MSPO) algorithm. The MSPO duty cycle control algorithm effectively converts the unregulated DC power from the SPV/TEG into regulated DC for storing energy in a Li-ion battery or directly driving a DC load. In this work, the proposed power sources and converter are mathematically modelled using the Scilab-Xcos Simulink tool. The hardware prototype is designed for 200 W rating with a dsPIC30F4011 digital controller. The various output parameters, such as voltage ripple, current ripple, switching losses, and converter efficiency, are analyzed, and the proposed converter with a control circuit operates the converter closely at 97% efficiency.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.20
no.2
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pp.137-142
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2022
Monolithic three-dimensional (M3D) logics such as M3D-NAND, M3D-NOR, M3D-buffer, M3D 2×1 multiplexer, and M3D D flip-flop, consisting of modularized M3D inverters (M3D-INVs), have been proposed. In the previous M3D logic, each M3D logic had to be designed separately for a standard cell library. The proposed M3D logic is designed by placing modularized M3D-INVs and connecting interconnects such as metal lines or monolithic inter-tier-vias between M3D-INVs. The electrical characteristics of the previous and proposed M3D logics were simulated using the technology computer-aided design and Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis with the extracted parameters of the previously developed LETI-UTSOI MOSFET model for n- and p-type MOSFETs and the extracted external capacitances. The area, propagation delay, falling/rising times, and dynamic power consumption of the proposed M3D logic are lower than those of previous versions. Despite the larger space and lower performance of the proposed M3D logic in comparison to the previous versions, it can be easily designed with a single modularized M3D-INV and without having to design all layouts of the logic gates separately.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.399-399
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2013
Metal silicides는 Si 기반의microelectronic devices의 interconnect와 contact 물질 등에 사용하기 위하여 그 형성 mechanism과 전기적 특성에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 이 중 Rare-earth(RE) silicides는 저온에서 silicides를 형성하고, n-type Si과 낮은 Schottky Barrier contact (~0.3 eV)을 이룬다. 또한 낮은 resistivity와 Si과의 작은 lattice mismatch, 그리고 epitaxial growth의 가능성, 높은 thermal stability 등의 장점을 갖고 있다. RE silicides 중 ytterbium silicide는 가장 낮은 electric work function을 갖고 있어 n-channel schottky barrier MOSFETs의 source/drain으로 주목받고 있다. 또한 Silicon 기반의 CMOSFETs의 성능 향상 한계로 인하여 germanium 기반의 소자에 대한 연구가 이루어져 왔다. Ge 기반 FETs 제작을 위해서는 낮은 source/drain series/contact resistances의 contact을 형성해야 한다. 본 연구에서는 저접촉 저항 contact material로서 ytterbium germanide의 가능성에 대해 고찰하고자 하였다. HRTEM과 EDS를 이용하여 ytterbium germanide의 미세구조 분석과 면저항 및 Schottky Barrier Heights 등의 전기적 특성 분석을 진행하였다. Low doped n-type Ge (100) wafer를 1%의 hydrofluoric (HF) acid solution에 세정하여 native oxide layer를 제거하고, 고진공에서 RF sputtering 법을 이용하여 ytterbium 30 nm를 먼저 증착하고, 그 위에 ytterbium의 oxidation을 방지하기 위한 capping layer로 100 nm 두께의 TiN을 증착하였다. 증착 후, rapid thermal anneal (RTA)을 이용하여 N2 분위기에서 $300{\sim}700^{\circ}C$에서 각각 1분간 열처리하여 ytterbium germanides를 형성하였다. Ytterbium germanide의 미세구조 분석은 transmission electron microscopy (JEM-2100F)을 이용하였다. 면 저항 측정을 위해 sulfuric acid와 hydrogen peroxide solution (H2SO4:H2O2=6:1)에서 strip을 진행하여 TiN과 unreacted Yb을 제거하였고, 4-point probe를 통하여 측정하였다. Yb germanides의 면저항은 열처리 온도 증가에 따라 감소하다 증가하는 경향을 보이고, $400{\sim}500^{\circ}C$에서 가장 작은 면저항을 나타내었다. HRTEM 분석 결과, deposition 과정에서 Yb과 Si의 intermixing이 일어나 amorphous layer가 존재하였고, 열처리 온도가 증가하면서 diffusion이 더 활발히 일어나 amorphous layer의 두께가 증가하였다. $350^{\circ}C$ 열처리 샘플에서 germanide/Ge interface에서 epitaxial 구조의 crystalline Yb germanide가 형성되었고, EDS 측정 및 diffraction pattern을 통하여 안정상인 YbGe2-X phase임을 확인하였다. 이러한 epitaxial growth는 면저항의 감소를 가져왔으며, 열처리 온도가 증가하면서 epitaxial layer가 증가하다가 고온에서 polycrystalline 구조의 Yb germanide가 형성되어 면저항의 증가를 가져왔다. Schottky Barrier Heights 측정 결과 또한 면저항 경향과 동일하게 열처리 증가에 따라 감소하다가 고온에서 다시 증가하였다.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.7
no.1
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pp.1-6
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2006
Hot carrier degradation and roll off characteristics of threshold voltage ($V_{t1}$) on NMOSFETs as I/O transistor are studied as a function of Lightly Doped Drain (LDD) structures. Pocket dose and the combination of Phosphorus (P) and Arsenic (As) dose are applied to control $V_{t1}$ roll off down to the $10\%$ gate length margin. It was seen that the relationship between $V_{t1}$ roll off characteristic and substrate current depends on P dopant dose. For the first time, we found that the n-p-n transistor triggering voltage ($V_{t1}$) depends on drain current, and both $I_{t2}$ and snapback holding voltage ($V_{sp}$) depend on the substrate current by characterization with a transmission line pulse generator. Also it was found that the improved lifetime for hot carrier stress could be obtained by controlling the P dose as loosing the $V_{t1}$ roll off margin. This study suggests that the trade-off characteristic between gate length margin and channel hot carrier (CHC) lifetime in NMOSFETs should be determined by considering Electrostatic Discharge (ESD) characteristic.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.24
no.11
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pp.1091-1097
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2013
This paper presents a rectifier with comparator using unbalanced body biasing in $0.11{\mu}m$ RF CMOS process. It is composed of MOSFETs and two comparators. The comparator is used to reduce reverse leakage current which occurs when the load voltage is higher than input voltage. For the comparator, unbalanced body biasing is devised. By using unbalanced body biasing, reference voltage for comparator changing from high state to low state is increased, and it reduces time interval for leakage current to flow. 13.56 MHz 2 Vpp signal is used for input and $1k{\Omega}$ resistor and 1 nF capacitor are used for output load for simulation and experimental environment. In simulation environment, voltage conversion efficiency(VCE) is 87.5 % and Power conversion efficiency(PCE) is 50 %. When the rectifier is measured, VCE shows 90.203 % and PCE shows 45 %.
Park, Hong-Sun;Kim, Chong-Eun;Kim, Chol-Ho;Moon, Gun-Woo;Lee, Joong-Hui
Journal of Power Electronics
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v.7
no.4
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pp.343-352
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2007
This paper proposes a modularized charge equalization converter for hybrid electric vehicle (HEV) lithium-ion battery cells, in which the intra-module and the inter-module equalizer are Implemented. Considering the high voltage HEV battery pack, over approximately 300V, the proposed equalization circuit modularizes the entire $M^*N$ cells; in other words, M modules in the string and N cells in each module. With this modularization, low voltage stress on all the electronic devices, below roughly 64V, can be obtained. In the intra-module equalization, a current-fed DC/DC converter with cell selection switches is employed. By conducting these selection switches, concentrated charging of the specific under charged cells can be performed. On the other hand, the inter-module equalizer makes use of a voltage-fed DC/DC converter for bi-directional equalization. In the proposed circuit, these two converters can share the MOSFET switch so that low cost and small size can be achieved. In addition, the absence of any additional reset circuitry in the inter-module equalizer allows for further size reduction, concurrently conducting the multiple cell selection switches allows for shorter equalization time, and employing the optimal power rating design rule allows fur high power density to be obtained. Experimental results of an implemented prototype show that the proposed equalization scheme has the promised cell balancing performance for the 7Ah HEV lithium-ion battery string while maintaining low voltage stress, low cost, small size, and short equalization time.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.6
no.1
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pp.22-29
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2006
We demonstrate highly manufacturable Multi-channel Field Effect Transistor (McFET) on bulk Si wafer. McFET shows excellent transistor characteristics, such as $5{\sim}6 times higher drive current than planar MOSFET, ideal subthreshold swing, low drain induced barrier lowering (DIBL) without pocket implantation and negligible body bias dependency, maintaining the same source/drain resistance as that of a planar transistor due to the unique feature of McFET. And suitable threshold voltage ($V_T$) for SRAM operation and high static noise margin (SNM) are achieved by using TiN metal gate electrode.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.1
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pp.101-105
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2024
4H-SiC power metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) have been developed to achieve lower specific-on-resistance (Ron,sp), and the gate oxides have been thermally grown. The poor channel mobility resulting from the high interface trap density (Dit) at the SiO2/4H-SiC interface significantly affects the higher switching loss of the power device. Therefore, the development of novel fabrication processes to enhance the quality of the SiO2/4H-SiC interface is required. In this paper, NO post-oxidation annealing (POA) by using the conditions of N2 diluted NO at a high temperature (1,300℃) is proposed to reduce the high interface trap density resulting from thermal oxidation. The NO POA is carried out in various NO ambient (0, 10, 50, and 100% NO mixed with 100, 90, 50, and 0% of high purity N2 gas to achieve the optimized condition while maintaining a high temperature (1,300℃). To confirm the optimized condition of the NO POA, measuring capacitance-voltage (C-V) and current-voltage (I-V), and time-of-flight secondary-ion mass spectrometry (ToF-SIMS) are employed. It is confirmed that the POA condition of 50% NO at 1,300℃ facilitates the equilibrium state of both the oxidation and nitridation at the SiO2/4H-SiC interface, thereby reducing the Dit.
Han In-Shik;Ji Hee-Hwan;Kim Kyung-Min;Joo Han-Soo;Park Sung-Hyung;Kim Young-Goo;Wang Jin-Suk;Lee Hi-Deok
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.3
s.345
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pp.1-8
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2006
In this paper, reliability (HCI, NBTI) and device performance of nano-scale CMOSFETs with different channel stress were investigated. It was shown that NMOS and PMOS performances were improved by tensile and compressive stress, respectively, as well known. It is shown that improved device performance is attributed to the increased mobility of electrons or holes in the channel region. However, reliability characteristics showed different dependence on the channel stress. Both of NMOS and PMOS showed improved hot carrier lifetime for compressive channel stress. NBTI of PMOS also showed improvement for compressive stress. It is shown that $N_{it}$ generation at the interface of $Si/SiO_2$ has a great effect on the reliability. It is also shown that generation of positive fixed charge has an effect in the NBTI. Therefore, reliability as well as device performance should be considered in developing strained-silicon MOSFET.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.7
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pp.1657-1662
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2014
In this paper, the impact of substrate bias($V_{BS}$) on the zero capacitor RAM(Z-RAM) in n-channel junctionless multiple gate MOSFET(MuGFET) has been analyzed experimentally. Junctionless transistors with fin width of 50nm and 1 fin exhibits a memory window of 0.34V and a sensing margin of $1.8{\times}10^4$ at $V_{DS}=3.5V$ and $V_{BS}=0V$. As the positive $V_{BS}$ is applied, the memory window and sensing margin were improved due to an increase of impact ionization. When $V_{BS}$ is increased from 0V to 10V, not only the memory window is increased from 0.34V to 0.96V but also sensing margin is increased slightly. The sensitivity of memory window with different $V_{BS}$ in junctionless transistor was larger than that of inversion-mode transistor. A retention time of junctionless transistor is better than that of inversion-mode transistor due to low Gate Induced Drain Leakage(GIDL) current. To evaluate the device reliability of Z-RAM, the shifts in the Set/Reset voltages and current were measured.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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