Ab initio DFT 계산을 통해서 $Si/SiO_2$ 계면의 Band offset을 계산 했다. Si과 $SiO_2$ 각각의 물질을 계산한 결과로 얻은 로컬 퍼텐셜을 기준으로 Valence band와 Conduction band의 band edge의 위치를 결정할 수 있다. 그리고 계면 계산으로 얻은 로컬포텐셜을 이용하여 두물질의 로컬 퍼텐셜의 상대적인 위치를 결정할 수 있고 이를 이용하여 Band offset을 결정 할 수 있었다.
We analysed perovskite $CH_3NH_3PbI_{3-x}Cl_x$ inverted planer structure solar cell with nickel oxide (NiO) and spiroMeOTAD as hole conductors. This structure is free from electron transport layer. The thickness is optimized for NiO and spiro-MeOTAD hole conducting materials and the devices do not exhibit any significant variation for both hole transport materials. The back metal contact work function is varied for NiO hole conductor and observed that Ni and Co metals may be suitable back contacts for efficient carrier dynamics. The solar photovoltaic response showed a linear decrease in efficiency with increasing temperature. The electron affinity and band gap of transparent conducting oxide and NiO layers are varied to understand their impact on conduction and valence band offsets. A range of suitable band gap and electron affinity values are found essential for efficient device performance.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.26
no.6
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pp.225-231
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2016
The valence band maximum (VBM) and conduction band minimum (CBM) of Al-doped GaInAsSb alloys substrated on GaSb are calculated by using an analytic approximation based on the tight binding method. The relative positions of the VBM and CBM between Al-GaInASSb and GaSb determine band alignement type, valence band offset (VBO) and conductin band offset (CBO) for the heterojunctions. In this study, aluminium doping is assumed to be substituted in the cation site and limited up to 20 % because it can easily oxidize and degrade materials. It is found that the Al-doped alloys exhibit type-II band alignments over the entire composition range and make the band gaps increase, whereas the VBO and CBO decrease. The decreasing rate of VBO is higher than that of CBO, which implies the Al components play a decisive role in controlling electrons at the interface. The Al-dopled GaInAsSb alloy has a direct band gap induced by $E({\Gamma})$ with a considerable distance from the E(L) and E(X), however, $E({\Gamma})$ approaches to E(L) and E(X) in the high Sb concentration (Sb > 0.7-0.8) which might affect the electron mobility and degrade the optical quality.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.381-381
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2010
$(ZrO_2)_{0.66}(HfO_2)_{0.34}$ thin films as gate dielectrics have been proposed to overcome the problems of tunneling current and degradation mobility inachieving a thin equivalent oxide thickness. An extremely thin $SiO_2$ layer is used in order to separate the carrier in MOSFET channel from the dielectric field fluctuation caused by phonons in the dielectric which decreases the carrier mobility. The electronic and optical properties influenced the device performance to a great extent. $(ZrO_2)_{0.66}(HfO_2)_{0.34}$ dielectric films on p-Si (100) were grown by atomic layer deposition method, for which the conduction band offsets, valence band offsets and band gapswere obtained by using X-ray photoelectron spectroscopy and reflection electron energy loss spectroscopy. The band gap, valence and conduction band offset values for $(ZrO_2)_{0.66}(HfO_2)_{0.34}$ dielectric thin film, grown on Si substrate were about 5.34, 2.35 and 1.87 eV respectively. This band alignment was similar to that of $ZrO_2$. In addition, The dielectric function (k, $\omega$), index of refraction n and the extinction coefficient k for the $(ZrO_2)_{0.66}(HfO_2)_{0.34}$ thin films were obtained from a quantitative analysis of REELS data by comparison to detailed dielectric response model calculations using the QUEELS-$\varepsilon$(k, $\omega$)-REELS software package. These optical properties are similar with $ZrO_2$ dielectric thin films.
The p-type nanowire field-effect transistor (FET) with a SiGe shell channel on a Si core is optimally designed and characterized using in-depth technology computer-aided design (TCAD) with quantum models for sub-10-nm advanced logic technology. SiGe is adopted as the material for the ultrathin shell channel owing to its two primary merits of high hole mobility and strong Si compatibility. The SiGe shell can effectively confine the hole because of the large valence-band offset (VBO) between the Si core and the SiGe channel arranged in the radial direction. The proposed device is optimized in terms of the Ge shell channel thickness, Ge fraction in the SiGe channel, and the channel length (Lg) by examining a set of primary DC and AC parameters. The cutoff frequency (fT) and maximum oscillation frequency (fmax) of the proposed device were determined to be 440.0 and 753.9 GHz when Lg is 5 nm, respectively, with an intrinsic delay time (τ) of 3.14 ps. The proposed SiGe-shell channel p-type nanowire FET has demonstrated a strong potential for low-power and high-speed applications in 10-nm-and-beyond complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.15
no.9
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pp.770-775
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2002
We present the band lineups of G $e_{1-}$x S $n_{x}$ G $e_{1-}$y S $n_{y(001)}$ heterostructures for the new devices. The energy gap of the bulk G $e_{1-}$x S $n_{x}$ alloy is calculated by taking into account the Vegard's law. The change of the energy gap due to the strain is understood in terms of the deformation Potential theory The valence band offset is obtained from the average bond energy model, where the changes of the band offset due to alloy compositions and strain are included. It is found that Ge/G $e_{1-}$y S $n_{y(001)}$ heterostructure has a staggered lineup type for 0$\leq$0.06 and a straddling one for 0.06$\leq$0.26. Meanwhile, Ge/G $e_{l-y}$ S $n_{y(001)}$ heterostructure has a staggered lineup type for 0$\leq$0.19 and a broken-gap one for 0.19$\leq$0.26. As a result, the various type of the G $e_{1-}$x S $n_{x}$ G $e_{1-}$y S $n_{y(001)}$ heterostructure can be applied for the useful device.evice.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.347-347
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2012
Nickel Oxide (NiO) is a transition metal oxide of the rock salt structure that has a wide band gap of 3.5 eV. It has a variety of specialized applications due to its excellent chemical stability, optical, electrical and magnetic properties. In this study, we concentrated on the application of NiO thin film for transparent conducting oxide. The energy band structure, electronic and optical properties of Nickel Oxide (NiO) thin films grown on Si by using electron beam evaporation were investigated by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy (REELS), and UV-Spectrometer. The band gap of NiO thin films determined by REELS spectra was 3.53 eV for the primary energies of 1.5 keV. The valence-band offset (VBO) of NiO thin films investigated by XPS was 3.88 eV and the conduction-band offset (CBO) was 1.59 eV. The UV-spectra analysis showed that the optical transmittance of the NiO thin film was 84% in the visible light region within an error of ${\pm}1%$ and the optical band gap for indirect band gap was 3.53 eV which is well agreement with estimated by REELS. The dielectric function was determined using the REELS spectra in conjunction with the Quantitative Analysis of Electron Energy Loss Spectra (QUEELS)-${\varepsilon}({\kappa},{\omega})$-REELS software. The Energy Loss Function (ELF) appeared at 4.8, 8.2, 22.5, 38.6, and 67.0 eV. The results are in good agreement with the previous study [1]. The transmission coefficient of NiO thin films calculated by QUEELS-REELS was 85% in the visible region, we confirmed that the optical transmittance values obtained with UV-Spectrometer is the same as that of estimated from QUEELS-${\varepsilon}({\kappa},{\omega})$-REELS within uncertainty. The inelastic mean free path (IMFP) estimated from QUEELS-${\varepsilon}({\kappa},{\omega})$-REELS is consistent with the IMFP values determined by the Tanuma-Powell Penn (TPP2M) formula [2]. Our results showed that the IMFP of NiO thin films was increased with increasing primary energies. The quantitative analysis of REELS provides us with a straightforward way to determine the electronic and optical properties of transparent thin film materials.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.619-619
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2013
The interfacial state between $Ta_2O_5$ and a Si substrate during the growth of $Ta_2O_5$ films by atomic layer deposition (ALD) was investigated using in-situ synchrotron radiation photoemission spectroscopy (SRPES). A newly synthesized liquid precursor Ta($N^tBu$) $(dmamp)_2Me$ was used as the metal precursor, with Ar as a purging gas and $H_2O$ as the oxidant source. After each half reaction cycle, samples were analyzed using in-situ SRPES under ultrahigh vacuum at room temperature. SRPES analysis revealed that Ta suboxide and Si dioxide were formed at the initial stages of $Ta_2O_5$ growth. However, the Ta suboxide states almostdisappeared as the ALD cycles progressed. Consequently, the $Ta^{5+}$ state, which corresponds with the stoichiometric $Ta_2O_5$, only appeared after 4.0 cycles. Additionally, tantalum silicate was not detected at the interfacial states between $Ta_2O_5$ and Si. The measured valence band offset between $Ta_2O_5$ and the Si substrate was 3.22 eV after 3.0 cycles.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.283.2-283.2
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2013
The variation of chemical and interfacial state during the growth of Ta2O5 films on the Si substrate by atomic layer deposition (ALD) was investigated using in-situ synchrotron radiation photoemission spectroscopy. A newly synthesized liquid precursor Ta(NtBu)(dmamp)2Me was used as the metal precursor, with Ar as a purging gas and H2O as the oxidant source. The core-level spectra of Si 2p, Ta 4f, and O 1s revealed that Ta suboxide and Si dioxide were formed at the initial stages of Ta2O5 growth. However, the Ta suboxide states almost disappeared as the ALD cycles progressed. Consequently, the Ta5+ state, which corresponds with the stoichiometric Ta2O5, only appeared after 4.0 cycles. Additionally, tantalum silicate was not detected at the interfacial states between Ta2O5 and Si. The measured valence band offset value between Ta2O5 and the Si substrate was 3.08 eV after 2.5 cycles.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.362-362
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2014
Atomic layer deposition (ALD) can be regarded as a special variation of the chemical vapor deposition method for reducing film thickness. ALD is based on sequential self-limiting reactions from the gas phase to produce thin films and over-layers in the nanometer scale with perfect conformality and process controllability. These characteristics make ALD an important film deposition technique for nanoelectronics. Tantalum pentoxide ($Ta_2O_5$) has a number of applications in optics and electronics due to its superior properties, such as thermal and chemical stability, high refractive index (>2.0), low absorption in near-UV to IR regions, and high-k. In particular, the dielectric constant of amorphous $Ta_2O_5$ is typically close to 25. Accordingly, $Ta_2O_5$ has been extensively studied in various electronics such as metal oxide semiconductor field-effect transistors (FET), organic FET, dynamic random access memories (RAM), resistance RAM, etc. In this experiment, the variations of chemical and interfacial state during the growth of $Ta_2O_5$ films on the Si substrate by ALD was investigated using in-situ synchrotron radiation photoemission spectroscopy. A newly synthesized liquid precursor $Ta(N^tBu)(dmamp)_2$ Me was used as the metal precursor, with Ar as a purging gas and $H_2O$ as the oxidant source. The core-level spectra of Si 2p, Ta 4f, and O 1s revealed that Ta suboxide and Si dioxide were formed at the initial stages of $Ta_2O_5$ growth. However, the Ta suboxide states almost disappeared as the ALD cycles progressed. Consequently, the $Ta^{5+}$ state, which corresponds with the stoichiometric $Ta_2O_5$, only appeared after 4.0 cycles. Additionally, tantalum silicide was not detected at the interfacial states between $Ta_2O_5$ and Si. The measured valence band offset value between $Ta_2O_5$ and the Si substrate was 3.08 eV after 2.5 cycles.
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