In this paper, an energy-efficient 11.49-bit successive approximation register (SAR) capacitance-to-digital converter (CDC) for capacitive sensors with a figure of merit (FoM) of 31.6 pJ/conversion-step is presented. The CDC employs a SAR algorithm to obtain low power consumption and a simplified structure. The proposed circuit uses a capacitive sensing amplifier (CSA) and a dynamic latch comparator to achieve parasitic capacitance-insensitive operation. The CSA adopts a correlated double sampling (CDS) technique to reduce flicker (1/f) noise to achieve low-noise characteristics. The SAR algorithm is implemented in dual operating mode, using an 8-bit coarse programmable capacitor array in the capacitance-domain and an 8-bit R-2R digital-to-analog converter (DAC) in the charge-domain. The proposed CDC achieves a wide input capacitance range of 29.4 pF and a high resolution of 0.449 fF. The CDC is fabricated in a $0.18-{\mu}m$ 1P6M complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) process with an active area of 0.55 mm2. The total power consumption of the CDC is $86.4{\mu}W$ with a 1.8-V supply. The SAR CDC achieves a measured 11.49-bit resolution within a conversion time of 1.025 ms and an energy-efficiency FoM of 31.6 pJ/step.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.41.2-41.2
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2011
Recently, scaling down of ULSI (Ultra Large Scale Integration) circuit of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) based electronic devices become much faster speed and smaller size than ever before. However, very narrow interconnect line width causes some drawbacks. For example, deposition of conformal and thin barrier is not easy moreover metallization process needs deposition of diffusion barrier and glue layer. Therefore, there is not enough space for copper filling process. In order to overcome these negative effects, simple process of copper metallization is required. In this research, Cu-V thin alloy film was formed by using RF magnetron sputter deposition system. Cu-V alloy film was deposited on the plane $SiO_2$/Si bi-layer substrate with smooth and uniform surface. Cu-V film thickness was about 50 nm. Cu-V layer was deposited at RT, 100, 150, 200, and $250^{\circ}C$. XRD, AFM, Hall measurement system, and XPS were used to analyze Cu-V thin film. For the barrier formation, Cu-V film was annealed at 200, 300, 400, 500, and $600^{\circ}C$ (1 hour). As a result, V-based thin interlayer between Cu-V film and $SiO_2$ dielectric layer was formed by itself with annealing. Thin interlayer was confirmed by TEM (Transmission Electron Microscope) analysis. Barrier thermal stability was tested with I-V (for measuring leakage current) and XRD analysis after 300, 400, 500, 600, and $700^{\circ}C$ (12 hour) annealing. With this research, over $500^{\circ}C$ annealed barrier has large leakage current. However V-based diffusion barrier annealed at $400^{\circ}C$ has good thermal stability. Thus, thermal stability of vanadium-based thin interlayer as diffusion barrier is good for copper interconnection.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.54
no.7
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pp.29-35
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2017
This paper presents a high-throughput area-efficient mixed-radix fast Fourier transform (FFT) processor using the efficient scheduling schemes. The proposed FFT processor can support 64, 128, 256, and 512-point FFTs for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems, and can achieve a high throughput using mixed-radix algorithm and eight-parallel multipath delay commutator (MDC) architecture. This paper proposes new scheduling schemes to reduce the size of read-only memories (ROMs) and complex constant multipliers without increasing delay elements and computation cycles; thus, reducing the hardware complexity further. The proposed mixed-radix MDC FFT processor is designed and implemented using the Samsung 65nm complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology. The experimental result shows that the area of the proposed FFT processor is 0.36 mm2. Furthermore, the proposed processor can achieve high throughput rates of up to 2.64 GSample/s at 330 MHz.
Kim, Hyungsuk;Kim, Ilsoo;Lee, Jaehyung;Lee, Hye-young;Lee, Eungjang;Jeong, Du-Won;Kim, Ju-Jin;Choi, Heon-Jin
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.407-407
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2014
Nanotechnology, especially vertically grown silicon nanowires, has gotten great attentions in biology due to characteristics of one dimensional nanostructure; controllable synthetic structure such as lengths, diameters, densities. Silicon nanowires are promising materials as nanoelectrodes due to their highly complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) - and bio-compatibility. Silicon nanowires are so intoxicated that are effective for bio molecular delivery and electrical stimulation. Vertical nanowires with integrated Au tips were fabricated for electrical intracellular interfacing with PC-12 cells. We have made synthesized two types of nanowire devices; one is multi-nanowires electrode for bio molecular sensing and electrical stimulation, and the other is single-nanowires electrode respectively. Here, we demonstrate that differentiation of Nerve Growth Factor (NGF) treated PC-12 cells can be promoted depending on different magnitudes of electrical stimulation and density of Si NWs. It was fabricated by both bottom-up and top-down approaches using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) with high vacuuming environment to electrically stimulate PC-12 cells. The effects of electrical stimulation with NGF on the morphological differentiation are observed by Scanning Electron Microscopy (SEM), and it induces neural outgrowth. Moreover, the cell cytosol can be dyed selectively depending on the degree of differentiation along with fluorescence microscopy measurement. Vertically grown silicon nanowires have further expected advantages in case of single nanowire fabrication, and will be able to expand its characteristics to diverse applications.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.408-408
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2012
It is well known that magnetic random access memory (MRAM) is nonvolatile memory devices using ferromagnetic materials. MRAM has the merits such as fast access time, unlimited read/write endurance and nonvolatility. Although DRAM has many advantages containing high storage density, fast access time and low power consumption, it becomes volatile when the power is turned off. Owing to the attractive advantages of MRAM, MRAM is being spotlighted as an alternative device in the future. MRAM consists of magnetic tunnel junction (MTJ) stack and complementary metal- oxide semiconductor (CMOS). MTJ stacks are composed of various magnetic materials. FePt thin films are used as a pinned layer of MTJ stack. Up to date, an inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE) method of MTJ stacks showed better results in terms of etch rate and etch profile than any other methods such as ion milling, chemical assisted ion etching (CAIE), reactive ion etching (RIE). In order to improve etch profiles without redepositon, a better etching process of MTJ stack needs to be developed by using different etch gases and etch parameters. In this research, influences of $O_2$ gas on the etching characteristics of FePt thin films were investigated. FePt thin films were etched using ICPRIE in $CH_4/O_2/Ar$ gas mix. The etch rate and the etch selectivity were investigated in various $O_2$ concentrations. The etch profiles were studied in varying etch parameters such as coil rf power, dc-bias voltage, and gas pressure. TiN was employed as a hard mask. For observation etch profiles, field emission scanning electron microscopy (FESEM) was used.
Purpose: The smartphone is actively being used in many research fields, primarily in medical and diagnostic applications. However, there are cases in which smartphone-based systems have been developed for agriculture, environment, and food applications. The purpose of this review is to summarize the research cases using smartphone cameras in agriculture, environment, and food. Methods: This review introduces seventeen research cases which used smartphone cameras in agriculture, food, water, and soil applications. These were classified as systems involving "smartphone-camera-alone" and "smartphone camera with optical accessories". Results: Detecting food-borne pathogens, analyzing the quality of foods, monitoring water quality and safety, gathering information regarding plant growth or damage, identifying weeds, and measuring soil loss after rain were presented for the smartphone-camera-alone system. Measuring food and water quality and safety, phenotyping seeds, and soil classifications were presented for the smartphone camera with optical accessories. Conclusions: Smartphone cameras were applied in various areas for several purposes. The use of smartphone cameras has advantages regarding high-resolution imaging, manual or auto exposure and focus control, ease of use, portability, image storage, and most importantly, programmability. The studies discussed were achieved by sensitivity improvements of CCDs (charge-coupled devices) and CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) on smartphone cameras and improved computing power of the smartphone, respectively. A smartphone camera-based system can be used with ease, low cost, in near-real-time, and on-site. This review article presents the applications and potential of the smartphone and the smartphone camera used for various purposes in agriculture, environment, and food.
Chang, Woojin;Lee, Jong-Min;Kim, Seong-Il;Lee, Sang-Heung;Kang, Dong Min
ETRI Journal
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v.42
no.5
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pp.781-789
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2020
In this study, an E-band low-noise amplifier (LNA) monolithic microwave integrated circuit (MMIC) has been designed using silicon-germanium 130-nm bipolar complementary metal-oxide-semiconductor technology to suppress unwanted signal gain outside operating frequencies and improve the signal gain and noise figures at operating frequencies. The proposed impedance-controllable filter has series (Rs) and parallel (Rp) resistors instead of a conventional inductor-capacitor (L-C) filter without any resistor in an interstage matching circuit. Using the impedance-controllable filter instead of the conventional L-C filter, the unwanted high signal gains of the designed E-band LNA at frequencies of 54 GHz to 57 GHz are suppressed by 8 dB to 12 dB from 24 dB to 26 dB to 12 dB to 18 dB. The small-signal gain S21 at the operating frequencies of 70 GHz to 95 GHz are only decreased by 1.4 dB to 2.4 dB from 21.6 dB to 25.4 dB to 19.2 dB to 24.0 dB. The fabricated E-band LNA MMIC with the proposed filter has a measured S21 of 16 dB to 21 dB, input matching (S11) of -14 dB to -5 dB, and output matching (S22) of -19 dB to -4 dB at E-band operating frequencies of 70 GHz to 95 GHz.
Choi, Yong Ho;Jeong, Young Hun;Yun, Ji Sun;Paik, Jong Hoo;Hong, Youn Woo;Cho, Jeong Ho
Journal of Sensor Science and Technology
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v.28
no.1
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pp.41-46
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2019
In order to develop novel thermal imaging materials for microbolometer applications, $[(Ni_{0.3}Mn_{0.7})_{1-x}Cu_x]_3O_4$ ($0.18{\leq}x{\leq}0.26$) thin films were fabricated using metal-organic decomposition. Effects of Cu content on the electrical properties of the annealed films were investigated. Spinel thin films with a thickness of approximately 100 nm were obtained from the $[(Ni_{0.3}Mn_{0.7})_{1-x}Cu_x]_3O_4$ films annealed at $380^{\circ}C$ for five hours. The resistivity (${\rho}$) of the annealed films was analyzed with respect to the small polaron hopping model. Based on the $Mn^{3+}/Mn^{4+}$ ratio values obtained through x-ray photoelectron spectroscopy analysis, the hopping mechanism between $Mn^{3+}$ and $Mn^{4+}$ cations discussed in the proposed study. The effects of $Cu^+$ and $Cu^{2+}$ cations on the hopping mechanism is also discussed. Obtained results indicate that $[(Ni_{0.3}Mn_{0.7})_{1-x}Cu_x]_3O_4$ thin films with low temperature annealing and superior electrical properties (${\rho}{\leq}54.83{\Omega}{\cdot}cm$, temperature coefficient of resistance > -2.62%/K) can be effectively employed in applications involving complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) integrated microbolometer devices.
Kim, Gyuhyun;Cho, Sung-Ho;Jung, Hyun-Key;Lee, Hyosun;Son, Jeong-Sul
Journal of the Korean earth science society
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v.34
no.6
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pp.588-601
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2013
In geophysics and geophysical exploration fields, we can use information about inclination and azimuth in various ways. These include borehole deviation logging for inversion process, real-time data acquisition system, geophysical monitoring system, and so on. This type of information is also necessarily used in the directional drilling of shale gas fields. We thus need to develop a subminiature, low-powered, multi-functional inclination and azimuth measurement system for geophysical exploration fields. In this paper, to develop real-time measurement system, we adopt the high performance low power Micro Control Unit (made with state-of-the-art Complementary Metal Oxide Semiconductor technology) and newly released Micro Electro Mechanical Systems Attitude Heading Reference System sensors. We present test results on the development of a multifunctional real-time inclination and azimuth measurement system. The developed system has an ultra-slim body so as to be installed in 42mm sonde. Also, this system allows us to acquire data in real-time and to easily expand its application by synchronizing with a depth encoder or Differential Global Positioning System.
An optical televiewer is a geophysical logging device that produces continuous high-resolution full-azimuth images of a borehole wall using a light-emitting-diode and a complementary metal-oxide semiconductor image sensor to provide valuable information on subsurface discontinuities. Recently, borehole imaging logging has been applied in many fields, including ground subsidence monitoring, rock mass integrity evaluation, stress-induced fracture detection, and glacial annual-layer measurements in polar regions. Widely used commercial borehole imaging logging systems typically have limitations depending on equipment specifications, meaning that it is necessary to clearly verify the scope of applications while maintaining appropriate quality control for various borehole conditions. However, it is difficult to directly check the accuracy, implementation, and reliability for outcomes, as images derived from an optical televiewer constitute in situ data. In this study, we designed and constructed a modular fractured borehole model having similar conditions to a borehole environment to report unprecedented results regarding reliable data acquisition and processing. We investigate sonde magnetometer accuracy, color realization, and fracture resolution, and suggest data processing methods to obtain accurate aperture measurements. The experiment involving the fractured borehole model should enhance not only measurement quality but also interpretations of high-resolution and reliable optical imaging logs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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