In this study, we synthesized pH-controlled resorcinol-formaldehyde (RF) gels through the polymerization of two starting materials: resorcinol and formaldehyde. The prepared RF gels were dried using an acetone substitution method, and they were subsequently carbonized under nitrogen atmosphere to obtain carbon xerogels (CX_Y) prepared at different pH (Y). The carbon xerogels were utilized as active materials for coin-type organic supercapacitor electrodes to investigate the influence of pH on the electrochemical properties of the carbon xerogels. The carbon xerogels prepared at lower pH (CX_9.5 and CX_10) exhibited sufficient particle growth, with a three-dimensional network of particles during the RF gel formation, resulting in the development of abundant mesopores. Conversely, the carbon xerogels prepared at higher pH (CX_11 and CX_12) retained densely packed structures of small particles, leading to pore collapse and low specific surface areas. Consequently, CX_9.5 and CX_10 showed high specific surface areas, and provided ample adsorption sites for the formation of electric double layers with electrolyte ions. Moreover, the three-dimensional particle network in CX_9.5 and CX_10 significantly enhanced electrical conductivity. The presence of well-developed mesopores in these materials further facilitated the effective transport of electrolyte ions, contributing to their superior performance as organic supercapacitor electrodes. This study confirmed that pH-controlled carbon xerogels are one of the promising active materials for organic supercapacitor electrodes. Furthermore, we concluded that pH during RF gel formation is a crucial factor determining the electrode performance of the carbon xerogels, highlighting the need for precise pH control to obtain high-performance carbon xerogel electrodes.
Kyung Hee Kim;Kyeong Min Kim;Yeong Hwan Kim;Jong Beom Im;Gyu Ho Choi;In Man Kang;Young Jun Yoon
Journal of IKEEE
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v.28
no.3
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pp.369-374
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2024
This paper addresses the design optimization of capacitorless DRAM(one-transistor DRAM., 1T-DRAM), which has gained attention as a next-generation memory technology. To overcome the limitations of conventional capacitor-based DRAM, an asymmetric dual-gate structure is proposed to enhance retention time and overall performance. The zero-temperature coefficient (ZTC) point is set at 1.25 V to minimize performance degradation due to temperature variations. Current-voltage characteristics were analyzed at various temperatures (300K-400K), confirming stable memory operation at the ZTC point, even under temperature fluctuations. The proposed design demonstrates reliable operation at high temperatures, proving the potential for high-efficiency, highly reliable memory technology. As a result, the 1T-DRAM device can make a significant contribution to the development of next-generation memory devices.
Sa, Doo-Hwan;Choi, Hee-Cheol;Kim, Young-Lok;Lee, Seung-Hoon
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.11
s.353
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pp.58-68
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2006
This work proposes a 10b 250MS/s $1.8mm^2$ 85mW 0.13um CMOS A/D Converter (ADC) for high-performance integrated systems such as next-generation DTV and WLAN simultaneously requiring low voltage, low power, and small area at high speed. The proposed 3-stage pipeline ADC minimizes chip area and power dissipation at the target resolution and sampling rate. The input SHA maintains 10b resolution with either gate-bootstrapped sampling switches or nominal CMOS sampling switches. The SHA and two MDACs based on a conventional 2-stage amplifier employ optimized trans-conductance ratios of two amplifier stages to achieve the required DC gain, bandwidth, and phase margin. The proposed signal insensitive 3-D fully symmetric capacitor layout reduces the device mismatch of two MDACs. The low-noise on-chip current and voltage references can choose optional off-chip voltage references. The prototype ADC is implemented in a 0.13um 1P8M CMOS process. The measured DNL and INL are within 0.24LSB and 0.35LSB while the ADC shows a maximum SNDR of 54dB and 48dB and a maximum SFDR of 67dB and 61dB at 200MS/s and 250MS/s, respectively. The ADC with an active die area of $1.8mm^2$ consumes 85mW at 250MS/s at a 1.2V supply.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.11
s.353
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pp.37-47
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2006
This work proposes a 10b 25MS/s $0.8mm^2$ 4.8mW 0.13um CMOS A/D Converter (ADC) for high-performance wireless communication systems such as DVB, DAB and DMB simultaneously requiring low voltage, low power, and small area. A two-stage pipeline architecture minimizes the overall chip area and power dissipation of the proposed ADC at the target resolution and sampling rate while switched-bias power reduction techniques reduce the power consumption of analog amplifiers. A low-power sample-and-hold amplifier maintains 10b resolution for input frequencies up to 60MHz based on a single-stage amplifier and nominal CMOS sampling switches using low threshold-voltage transistors. A signal insensitive 3-D fully symmetric layout reduces the capacitor and device mismatch of a multiplying D/A converter while low-noise reference currents and voltages are implemented on chip with optional off-chip voltage references. The employed down-sampling clock signal selects the sampling rate of 25MS/s or 10MS/s with a reduced power depending on applications. The prototype ADC in a 0.13um 1P8M CMOS technology demonstrates the measured DNL and INL within 0.42LSB and 0.91LSB and shows a maximum SNDR and SFDR of 56dB and 65dB at all sampling frequencies up to 2SMS/s, respectively. The ADC with an active die area if $0.8mm^2$ consumes 4.8mW at 25MS/s and 2.4mW at 10MS/s at a 1.2V supply.
Min Byoung-Han;Park Hee-Won;Chae Hee-Sung;Sa Doo-Hwan;Lee Seung-Hoon
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.42
no.12
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pp.53-60
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2005
This work proposes a 10b 100 MS/s $1.4\;mm^2$ CMOS ADC for low-power multimedia applications. The proposed two-step pipeline ADC minimizes chip area and power dissipation at the target resolution and sampling rate. The wide-band SHA employs a gate-bootstrapping circuit to handle both single-ended and differential inputs with 1.2 Vp-p at 10b accuracy while the second-stage flash ADC employs open-loop offset sampling techniques to achieve 6b resolution. A 3-D fully symmetrical layout reduces the capacitor and device mismatch of the first-stage MDAC. The low-noise references are integrated on chip with optional off-chip voltage references. The prototype 10b ADC implemented in a 0.18 um CMOS shows the maximum measured DNL and INL of 0.59 LSB and 0.77 LSB, respectively. The ADC demonstrates the SNDR of 54 dB, the SFDR of 62 dB, and the power dissipation of 56 mW at 100 MS/s.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.12
s.354
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pp.23-32
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2006
Fast and accurate power bus design (FAPUD) method for multi-layers high-speed digital boards is devised for the power supply network design tool for accurate and precise high speed board. FAPUD is constructed, based on two main algorithms of the PBEC (Path Based Equivalent Circuit) model and the network synthesis method. The PBEC model exploits simple arithmetic expressions of the lumped 1-D circuit model from the electrical parameters of a 2-D power distribution network. The circuit level design based on PBEC is carried with the proposed regional approach. The circuit level design directly calculates and determines the size of on-chip decoupling capacitors, the size and the location of off-chip decoupling capacitors, and the effective inductances of the package power bus. As a design output, a lumped circuit model and a pre-layout of the power bus including a whole decoupling capacitors are obtained after processing FAPUD. In the tuning procedure, the board re-optimization considering simultaneous switching noise (SSN) added by I/O switching can be carried out because the I/O switching effect on a power supply noise can be estimated over the operation frequency range with the lumped circuit model. Furthermore, if a design changes or needs to be tuned, FAPUD can modify design by replacing decoupling capacitors without consuming other design resources. Finally, FAPUD is accurate compared with conventional PEEC-based design tools, and its design time is 10 times faster than that of conventional PEEC-based design tools.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.12
s.354
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pp.55-64
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2006
This work proposes a calibration-free 14b 70MS/s 0.13um CMOS ADC for high-performance integrated systems such as WLAN and high-definition video systems simultaneously requiring high resolution, low power, and small size at high speed. The proposed ADC employs signal insensitive 3-D fully symmetric layout techniques in two MDACs for high matching accuracy without any calibration. A three-stage pipeline architecture minimizes power consumption and chip area at the target resolution and sampling rate. The input SHA with a controlled trans-conductance ratio of two amplifier stages simultaneously achieves high gain and high phase margin with gate-bootstrapped sampling switches for 14b input accuracy at the Nyquist frequency. A back-end sub-ranging flash ADC with open-loop offset cancellation and interpolation achieves 6b accuracy at 70MS/s. Low-noise current and voltage references are employed on chip with optional off-chip reference voltages. The prototype ADC implemented in a 0.13um CMOS is based on a 0.35um minimum channel length for 2.5V applications. The measured DNL and INL are within 0.65LSB and l.80LSB, respectively. The prototype ADC shows maximum SNDR and SFDR of 66dB and 81dB and a power consumption of 235mW at 70MS/s. The active die area is $3.3mm^2$.
Park, Yong-Hyun;Lee, Kyung-Hoon;Choi, Hee-Cheol;Lee, Seung-Hoon
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.12
s.354
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pp.65-73
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2006
This work presents a 14b 200KS/s $0.87mm^2$ 1.2mW 0.18um CMOS algorithmic A/D converter (ADC) for intelligent sensors control systems, battery-powered system applications simultaneously requiring high resolution, low power, and small area. The proposed algorithmic ADC not using a conventional sample-and-hold amplifier employs efficient switched-bias power-reduction techniques in analog circuits, a clock selective sampling-capacitor switching in the multiplying D/A converter, and ultra low-power on-chip current and voltage references to optimize sampling rate, resolution, power consumption, and chip area. The prototype ADC implemented in a 0.18um 1P6M CMOS process shows a measured DNL and INL of maximum 0.98LSB and 15.72LSB, respectively. The ADC demonstrates a maximum SNDR and SFDR of 54dB and 69dB, respectively, and a power consumption of 1.2mW at 200KS/s and 1.8V. The occupied active die area is $0.87mm^2$.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.52
no.5
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pp.51-57
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2015
In this paper, in order to design the A / D converter with a high resolution of 14 bits or more for the biological signal processing, CMOS delta sigma modulator that is a 1.8V power supply voltage - were designed. we propose a new structure of The fourth order delta-sigma modulator that needs four op amps but we use only two op amps. By using a time -interleaving technique, we can re-construct the circuit and reuse the op amps. Also, we proposed a KT/C noise reduction circuit to reduce the thermal noise from a noisy resistor. We adjust the size of sampling capacitor between sampling time and integrating time, so we can reduce almost a half of KT/C noise. The measurement results of the chip is fabricated using a Magna 0.18um CMOS n-well1 poly 6 metal process. Power consumption is $828{\mu}W$ from a 1.8V supply voltage. The peak SNDR is measured as a 75.7dB and 81.3dB of DR at 1kHz input frequency and 256kHz sampling frequency. Measurement results show that KT/C noise reduction circuit enhance the 3dB of SNDR. FOM of the circuit is calculated to be 142dB and 41pJ / step.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.53
no.7
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pp.27-38
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2016
This work proposes a 12b 30MS/s 0.18um CMOS SAR ADC based on low-power composite switching with an active die area of $0.16mm^2$. The proposed composite switching employs the conventional $V_{CM}$-based switching and monotonic switching sequences while minimizing the switching power consumption of a DAC and the dynamic offset to constrain a linearity of the SAR ADC. Two equally-divided capacitors topology and the reference scaling are employed to implement the $V_{CM}$-based switching effectively and match an input signal range with a reference voltage range in the proposed C-R hybrid DAC. The techniques also simplify the overall circuits and reduce the total number of unit capacitors up to 64 in the fully differential version of the prototype 12b ADC. Meanwhile, the SAR logic block of the proposed SAR ADC employs a simple latch-type register rather than a D flip-flop-based register not only to improve the speed and stability of the SAR operation but also to reduce the area and power consumption by driving reference switches in the DAC directly without any decoder. The measured DNL and INL of the prototype ADC in a 0.18um CMOS are within 0.85LSB and 2.53LSB, respectively. The ADC shows a maximum SNDR of a 59.33dB and a maximum SFDR of 69.83dB at 30MS/s. The ADC consumes 2.25mW at a 1.8V supply voltage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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