• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제45권5호
• /
• pp.1-11
• /
• 2008

본 논문에서는 디지털 코드 오차 보정 기법을 사용한 15비트 50MS/s CMOS 파이프라인 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 15비트 수준의 고해상도에서 면적과 전력 소모를 최소화하기 위해서 4단 파이프라인 구조를 사용하며 전체 ADC의 아날로그 회로를 변경하지 않고 첫 번째 단에 약간의 디지털 회로만을 추가하는 디지털 코드 오차 보정 기법을 적용한다. 첫 번째 단에서 소자 부정합으로 인해 발생하는 코드 오차는 나머지 세 단에 의해 측정된 후 메모리에 저장되고 정상 동작 시 메모리에 저장된 코드 오차를 디지털 영역에서 제거하여 보정한다. 모든 MDAC 커패시터 열에는 주변 신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 적용하여 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하면서 동시에 첫 번째 단의 소자 부정합을 보다 정밀하게 측정하도록 하였다. 시제품 ADC는 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 15비트 해상도에서 각각 0.78LSB 및 3.28LSB의 수준을 보이며, 50MS/s의 샘플링 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR은 각각 67.2dB 및 79.5dB를 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $4.2mm^2$이며 전력 소모는 2.5V 전원 전압에서 225mW이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.389.1-389.1
• /
• 2014

최근의 환경 및 에너지에 대한 관심으로 수요가 증가하고 있는 하이브리드 및 전기 자동차나 태양광발전, 풍력발전용의 인버터기기에는 고에너지밀도 커패시터가 필수적이 되었다. 높은 에너지 밀도를 요구하는 전력전자, 펄스파워 등의 응용분야에 사용되는 고에너지밀도 커패시터는 PET (Polyethylene terephtalate)와 PP (Polypropylene)와 같은 폴리머 유전체를 사용하는 범용 필름 커패시터가 사용되었으나 사용 요구 조건의 한계에 도달하여, 새로운 유전체를 적용하는 커패시터가 절실히 필요한 상황이다. PET와 PP와 같은 유전체는 유전상수가 2~3의 낮은 값을 가지고 있어 고에너지밀도를 구현하기가 어렵다. 본 연구에서는 새롭게 요구되고 있는 고에너지 밀도 커패시터의의 성능을 만족시키기 위하여 $20{\sim}50{\mu}m$ 두께의 PET 필름상에 세라믹 유전체인 $ZrO_2$ 박막을 스퍼터(Sputter) 증착법에 의해 코팅하여 종래의 필름 커패시터와 세라믹 커패시터의 장점을 갖는 커패시터를 제조하기 위한 박막 유전재료의 개발을 목표로 하였다. 수백 nm~수 ${\mu}m$ 두께의 $ZrO_2$ 박막을 스퍼터링 공정조건에 따라 증착한 후 박막의 결정성, 기판과의 부착성, 증착속도, 유전상수, 절연파괴강도, 온도안정성 등을 XRD, SEM, AFM, EDS, XPS, Impedance analyzer 등에 의해 평가하였다. $ZrO_2$ 유전체막은 상온에서 증착하였음에도 정방정(tetragonal)구조의 결정질로 성장하였고 증착압력이 증가함에 따라 주피크의 세기가 감소하였다. 증착 중 산소가스를 주입하였을 경우에도 결정질막으로 성장하였다. 증착막들은 산소가스의 양이 증가함에 따라 짙은 흰색으로 변하였으며 PET 기판과의 접착력도 약해졌다. 또한 거칠기는 Ar가스만으로 증착한 경우보다 증가하였으며 24~66 nm의 평균 거칠기값을 보였다. PET위에 Ar가스만으로 증착한 $ZrO_2$의 비유전율은 1kHz에서 116~87의 비유전율을 보여 PET에 비해 매우 우수한 특성을 보였다. $ZrO_2$ 막들은 300kV/cm의 전계에서 대략 10-8A 이하의 누설전류를 보였다. 증착가스비를 달리하여 제조된 시편에서도 유사한 누설전류값을 나타내었다. 300 kV/cm 전후의 전계까지 측정한 $ZrO_2$ 막의 P-E (polarization-electric field) 특성을 확인하였는데, 5 mTorr의 압력에서 증착한 막은 253 kV/cm에서 $5.5{\mu}C/cm^2$의 분극값을 보였다. P-E커브의 기울기와 분극량에 따라 에너지밀도가 달라지므로 공정조건에 따라 에너지밀도가 변화됨을 예측할 수 있었다. PET위에 스퍼터 증착한 $ZrO_2$ 유전체막은 5mTorr의 Ar가스분위기에서 제조할 때 가장 안정적인 구조를 보였으며, 고에너지밀도 커패시터에의 적용가능성을 보였다.

• 한국진공학회지
• /
• 제2권2호
• /
• pp.246-254
• /
• 1993

DRAM 커패시터에서 축정용량을 증대시키기 위한 기초연구로서 2가지 방법을 시도하였다. 첫째로, 커패시터의 유효 표면적을 증대시키기 위해 HSG(hemispherical grain)와 rugged 형태의 표면형상을 갖는 폴리실리콘 전극을 저압 화학기상증착법을 이용하여 제잘하였다. 그 결과 기존의 평평한 폴리실리콘 전극에 비하여 유효면적이 증대된 폴리실리콘 전극이 형성되었다. 둘째로, 고유 전상수를 갖는 $Ta_2O_5$ 박막을 각각의 전극에 플라즈마 화학기상증착법으로 증착시키고 후열처리한 후 전기적 특성변화를 조사하였다. MIS(metal-insulator-semiconductor) 구조의 커패시터를 제작하여 전기적 특성을 측정한 결과, HSG와 rugged 형상의 표면을 갖는 전극에서 기존의 평평한 표면을 갖는 전극에 비하여 축전용량은 1.2~1.5배까지 증대하였으나, 주설전류는 표면적의 증가에 따라 함께 증가함을 보였다. TDDB 특성에서도 HSG와 rugged 형상의 표면을 갖는 전극들이 평평한 표면형상에 비하여 더 열화되었음을 보여주었다. 이상과 같은 결과는 $Ta_2O_5$ 유전박막을 이용한 차세대 DRAB 커패시터 연구에 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 본다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제35권12호
• /
• pp.1537-1542
• /
• 2011

본 논문은 복합형 하이브리드 굴삭기를 위한 동력전달계 제어기법에 대하여 기술하였다. 하이브리드 굴삭기는 기존 굴삭기의 동력전달계를 하이브리드화 하여 연비향상 및 배출가스 저감을 목표로 개발되고 있다. 특히 복합형 하이브리드 굴삭기는 유압시스템의 일부를 전기시스템으로 대체하여 낮은 유압효율로 인한 에너지 손실을 줄일 수 있도록 구성되어 있다. 해당 굴삭기의 하이브리드 동력 제어기는 동력전달계의 동력 흐름을 관리하여 굴삭기의 연비를 향상 시키고, 슈퍼 커패시터의 충전량을 적절한 범위에서 유지하며, 기존 굴삭기에 준하는 성능을 유지하여야 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 슈퍼 캐패시터의 충전량 기반의 서모스탯(Thermostat)형 제어기와 실시간 최적해를 이용한 ECMS 제어기를 설계하였으며 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 검증하였다. 시뮬레이션 결과, 하이브리드 굴삭기의 연비가 대략 20% 이상 향상될 것으로 기대되며, 특히 등가 연료 개념을 이용한ECMS 제어기의 성능이 서모스탯(Thermostat)형 제어기에 비해 연비 및 슈퍼 커패시터 충전량 관리 측면에서 보다 향상된 것을 확인하였다.

• 공업화학
• /
• 제18권5호
• /
• pp.522-526
• /
• 2007

산화처리 탄소로부터 상분해시킨 코크스의 구조 및 전기화학적 특성을 조사하였고, KOH 활성화 코크스와 비교하였다. $NaCLO_3$/니들 코크스의 비율이 7.5 이상의 조건에서 산화처리를 행한 graphene 층간 구조를 가진 니들 코크스($d_{002}=3.5{\AA} $)는 산화흑연 구조로 상변화가 일어나고, 이 때 산소함량의 증가와 함께 층간 간격은 $6.9{\AA} $으로 증가하였다. 산화처리 탄소를 $200^{\circ}C$에서 열처리 건조를 하면 상분해가 일어나서 다시 graphene 층간 구조로 복원하고, 층간 간격은 $3.6{\AA} $으로 감소하였다. 그러나, KOH 활성화 과정에서 니들 코크스의 층간 변화는 관찰되지 않았다. 한편, 1차 충전에서 전해질 이온들에 의한 상분해 코크스에의 침입은 1.0 V에서 일어나고, 이는 KOH 활성 코크스보다 작은 수치이다. 상분해 코크스를 이용한 커패시터 셀은 1 kHz에서 $0.57{\Omega}$의 내부저항을 나타내고, 2 전극 시스템에서 0~2.5 V 범위 내에서 측정한 상분해 코크그의 중량 또는 전극 부피 당 용량은 각각 30.3 F/g과 26.9 F/mL을 나타내었고, 이들 특성은 KOH 활성 코크스보다 우수하였다. 상분해 코크스의 우수한 전기화학적 특성은 산화처리-상분해 과정에서의 층간 팽창-수축에 따른 층간 결함과 관련 있는 것으로 판단된다.

• 공업화학
• /
• 제17권5호
• /
• pp.527-531
• /
• 2006

본 연구는 커패시터(capacitor) 등의 유전재료로서 응용이 가능한 고분자로 코팅된 무기입자 및 이를 이용하여 제조된 유전율이 높은 폴리이미드(polyimide; PI) 나노복합재에 관한 것이다. 무기입자로는 높은 유전상수를 가지는 barium titanate(BT)를 선정하였고, 이를 유기 고분자인 나일론 6으로 표면 코팅하여 매트릭스 고분자인 폴리이미드와의 친화력을 향상시켰다. FT-IR과 TEM을 통하여 5 nm 두께의 고분자 셀(shell)이 형성된 친유기화된 무기입자(BTN)를 확인하였으며, 나일론 6이 코팅된 BT의 내경과 외경의 비, 그리고 $\alpha$와의 관계를 나타낸 모식도를 통해 고분자 코팅 두께를 조절할 수 있음을 제안하였다. 제조된 BTN과의 복합화를 통하여 폴리아믹산 나노복합용액을 제조하였으며, 이를 탈수 고리화하여 열적 및 전기적 특성이 우수한 폴리이미드 나노복합필름을 제조하였다. SEM을 통하여 BTN이 매트릭스 고분자 내에 균일 분산상을 형성함을 확인하였으며, TGA와 전기적 측정을 통하여 BTN의 함량에 따른 폴리이미드 나노복합필름의 열안정성 지수, 적분 열분해 온도 및 유전율의 변화를 각각 조사하였다.

• 디지털융복합연구
• /
• 제12권11호
• /
• pp.289-298
• /
• 2014

최근 들어, 보다 효율적이고 경제성을 갖춘 전기자동차 기술이 등장함에 따라 철도의 전통적인 기술적 패러다임이 변화하고 있다. 오래전에 제안되었지만 이상적인 개념으로 평가받던 수요응답형 순환교통(PRT) 시스템의 경우에도 전기자동차 플랫폼의 활용을 통해서 실현 가능성을 높여가고 있다. 특히, 배터리에 의해 구동되는 차량의 경우 안정적이고 효율적인 운영의 측면에서 기술적인 어려움에 직면하고 있다. 그렇지만, 무선 급전에 의한 급속충전 기술과 고에너지 밀도의 슈퍼커패시터 적용은 이러한 기술적인 난제를 극복하고 도시 미관의 향상을 통해서 전기 에너지를 기반으로 한 신교통수단의 보급을 증대하는데 기여할 것으로 생각된다. 본 논문에서는 한국형 PRT 차량의 전력공급 시스템의 설계, 에너지 소모량 및 장치의 성능 해석과 하드웨어 제작 및 시험에 이르는 일련의 개발과정에 대해서 논한다. 그 결과, 테스트베드에서의 전력공급 모듈의 시험평가 결과가 요구하는 성능에 부합하는 것으로 확인되었다.

• 전자공학회논문지
• /
• 제50권11호
• /
• pp.70-77
• /
• 2013

본 논문에서는 새로운 기법의 PWM 발생기를 이용한 저면적, 고효율 SMPS를 제안한다. 제안된 회로에서 PWM의 duty ratio는 pseudo relaxation-oscillation technique를 이용한 PWM 발생기의 내부 커패시터 전압 기울기를 제어하는 방식으로 결정된다. 기존의 SMPS들에 비해, 제안된 제어 방식은 loop bandwidth 보상을 위해 기존의 아날로그 제어방식의 SMPS에서 요구되는 필터회로나 디지털 제어방식의 SMPS에서 요구되는 디지털 compensator가 필요 없기 때문에 단순한 구조로 구성된다. 또한, 제안된 회로는 PWM 발생기의 내부 캐패시터 용량 변화를 통해 1MHz~10MHz까지 스위칭 주파수를 사용자가 선택할 수 있다. 시뮬레이션 수행결과 제안된 SMPS는 10MHz 스위칭 주파수를 선택했을 때 내부회로에서 소모되는 전류는 최대 2.7mA, 파워 Trail을 제외한 전체 시스템의 전류 소모는 15mA였다. 또한, 제안된 SMPS는 시뮬레이션으로 3.3V출력에서 9mV의 최대 리플 전압이 발생하였다. 본 논문에서는 동부하이텍 BCD $0.35{\mu}m$ 공정 파라미터를 이용한 시뮬레이션 및 칩 테스트를 통해 제안된 회로를 검증하였다.

• 전자공학회논문지
• /
• 제50권5호
• /
• pp.61-66
• /
• 2013

본 논문에서는 절연물체로 $Si_3N_4$를 사용한 MIM 커패시터의 정합특성의 온도에 대한 의존성에 대해 분석하였다. 온도가 올라감에 따라 정합특성이 열화 되는 현상이 나타났다. 즉, $25^{\circ}C$, $75^{\circ}C$ 그리고 $125^{\circ}C$에서 $Si_3N_4$ MIM 커패시터의 정합특성 계수는 각각 0.5870, 0.6151, $0.7861%{\mu}m$으로 측정 되었다. 이러한 현상은 온도가 증가함에 따라 커패시터 내부의 캐리어들의 이동도가 감소하고 전하의 농도가 많아지기 때문이라고 할 수 있다. 따라서 고온에서의 $Si_3N_4$ MIM 커패시터의 정합특성의 분석은 아날로그 집적회로나 SoC (System on Chip)에 아주 중요하고 필수적인 연구라고 할 수 있다.

• 전기화학회지
• /
• 제13권2호
• /
• pp.103-109
• /
• 2010

$LiNO_3$, $Li(CH_3COO){\cdot}2H_2O$ 그리고 $Mn(CH_3COO)_2{\cdot}4H_2O$를 출발물질로 하여 $Li_4Mn_5O_{12}$를 합성 하였으며 합성방법은 연소합성법을 사용하였다. $Li_4Mn_5O_{12}$는 $400^{\circ}C$ 이상의 열처리 온도에서 얻을 수 있었으나 $400^{\circ}C$로 열처리 하였을 때 $Mn_2O_3$가 같이 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. $400^{\circ}C$에서 5시간동안 열처리한 $Li_4Mn_5O_{12}$를 3.7~4.4 V의 전압범위에서 1C-rate로 충방전 하였을 때 가장 좋은 첫 번째 방전용량(41.5 mAh/g)을 나타내었다. 이것을 하이브리드 커패시터에 적용하였을 때 100 mA/g의 전류밀도에서 24.74 mAh/g (10.46 mAh/cc)의 방전용량을 나타내었으며 이때의 에너지 밀도는 39 Wh/kg (16.49Wh/cc)으로 우수하였다.