• Title/Summary/Keyword: Fermi level

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First Principle Studies on Magnetism and Electronic Structure of Perovskite Structured CoFeX3 (X = O, F, S, Cl) (페로브스카이트 구조를 가지는 CoFeX3(X = O, F, S, Cl) 합금의 자성과 전자구조에 대한 제일원리계산)

  • Jekal, Soyoung;Hong, Soon Cheol
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.26 no.6
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    • pp.179-184
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    • 2016
  • For an industrial spin-transfer torque (STT) MRAM, low switching current and high thermal stability are required, simultaneously. For this point of view, it is essential to find magnetic materials which satisfy high spin polarization and strong perpendicular magnetocrystalline anisotropy (MCA). In this paper, we investigate electronic structures and MCA energies of perovskite $CoFeX_3$ (X = O, F, S, Cl). For X = F and Cl, spin polarization at the Fermi level are 97 % and 96 %, respectively, which are close to a half metal. Furthermore, Co-terminated 5-monolayer (ML) $CoFeX_3$ (X = O, F, S, Cl) films show perpendicular MCA. In particular, the MCA energy of the Co-terminated $CoFeCl_3$ is about 1.0 meV/cell which is three times larger than that of a 5-ML CoFe film. Therefore, we expect to realize a magnetic material with high spin polarization and strong perpendicular MCA energy by utilizing group 6 and 7 elements in the periodic table, and to contribute to commercializing of the STT-MRAM.

Electronic Structures of Co-Pd Alloy Films Using Synchrotron Radiation Photoemission Spectroscopy (방사광 광전자 분광법을 이용한 Co-Pd 합금박막의 전자구조 연구)

  • 강정수;권세균;하양장;민병일;조용필;이창섭;정인범;구양모;김건호
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.6 no.6
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    • pp.405-410
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    • 1996
  • Valence band photoemission spectroscopy (PES) measurements have been performed for $Co_{x}Pd_{100-x}$ alloy films using synchrotron radiation (x = 0, 25, 40, 65). Then the partial spectral weight distributions (PSW's) of Co 3d and Pd 4d electrons have been determined. The Co 3d PSW's exhibit some structures which are quite different from those of the Co film for x < 25 %, whereas they become very similar to those of the Co film for x > 40 %. For x < 25 %, the peak near the Fermi level ($E_F$) and a shoulder around 2 eV binding energy in the Co 3d PSW reflect large hybridization between Pd 4d and Co 3d electrons, suggesting that the hybridization might play an inportant role in determining perpendicualr magnetic anisotropy. The Pd 4d PSW's in Co-Pd alloy films are found to have larger FWHM's (full widths at half maximum), larger binding energies of the main peaks, and larger spectral intensities at $E_F$ than the PES spectrum of the Pd film. The FWHM of the Pd 4d PSW increases with decreasing Pd concentration, which are considered to reflect the disordering effect in the alloy formation or the change in the Pd 4d electronic structure due to hybridization between Co 3d and Pd 4d electrons.

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n-type GaN 위에 형성된 Ti/Al/Mo/Au 및 Ti/Al/Ni/Au 오믹 접합의 isolation 누설전류 분석

  • Hwang, Dae;Ha, Min-U;No, Jeong-Hyeon;Choe, Hong-Gu;Song, Hong-Ju;Lee, Jun-Ho;Park, Jeong-Ho;Han, Cheol-Gu
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2011.08a
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    • pp.266-267
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    • 2011
  • 질화갈륨(GaN)은 높은 전자이동도 및 높은 항복전계를 가지며 낮은 온저항으로 인하여 에너지효율이 우수하기 때문에 고출력 전력소자 분야에서 많은 관심을 받고 있다. GaN을 이용한 고출력 전력소자의 경우 상용화 수준에 근접할 만한 기술적 진보가 있었으나, 페르미 레벨 고정(Fermi-level pinning) 현상, 소자의 누설전류 등 아직 해결되어야 할 문제를 갖고 있다. 본 연구에서는 실리콘 기판 위에 성장된 GaN 에피탁시를 활용한 고출력 전력소자의 누설전류를 억제시키기 위해 오믹 접합 중 Au의 상호확산을 억제하는 중간층 금속(Mo or Ni)을 변화시켰으며 오믹 열처리 온도에 따른 특성을 비교 연구하였다. $Cl_2$$BCl_3$를 이용하여 0.6 ${\mu}m$ 깊이의 메사 구조가 활성영역을 형성하였고, Si 도핑된 n-GaN 위에 Ti/Al/Mo/Au (20/100/25/200 nm) 와 Ti/Al/Ni/Au (20/100/25/200 nm) 오믹 접합을 각각 설계, 제작하였다. 오믹 열처리시의 GaN 표면오염을 방지하기 위해 $SiO_2$ 희생층을 증착하였다. 오믹 접합 형성을 위해 각 750$^{\circ}C$, 800$^{\circ}C$, 850$^{\circ}C$에서 30초간 열처리를 진행 하였으며, 이후 6 : 1 BOE 용액으로 $SiO_2$ 희생층을 제거하였다. 750, 800, 850$^{\circ}C$에서 Ti/Al/Mo/Au 구조의 오믹 접합 저항은 각 2.56, 2.34, 2.22 ${\Omega}$-mm 이었으며, Ti/Al/Ni/Au 구조의 오믹 접합 저항은 각 43.72, 2.64, 1.86 ${\Omega}$-mm이었다. Isolation 누설전류를 측정하기 위해서 두 개의 오믹 접합 사이에 메사 구조가 있는 테스트 구조를 제안하였다. Isolation 누설전류는 Ti/Al/Mo/Au 구조에서 두 오믹 접합 사이의 거리가 25 ${\mu}m$이고 100 V일 때 750, 800, 850 $^{\circ}C$의 열처리 온도에서 각 1.25 nA/${\mu}m$, 2.48 nA/${\mu}m$, 8.76 nA/${\mu}m$이었으며, Ti/Al/Ni/Au 구조에서는 각 1.58 nA/${\mu}m$, 2.13 nA/${\mu}m$, 96.36 nA/${\mu}m$이었다. 열처리 온도가 증가하며 오믹 접합 저항은 감소하였으나 isolation 누설전류는 증가하였다. 750$^{\circ}C$ 열처리에서 오믹 접합 저항은Ti/Al/Mo/Au 구조가 Ti/Al/Ni/Au 구조보다 약 17배 우수하였고, 850$^{\circ}C$ 고온의 열처리 경우 Ti/Al/Mo/Au 구조의 isolation 누설전류는 8.76 nA/${\mu}m$로 Ti/Al/Ni/Au의 누설전류 96.36 nA/${\mu}m$보다 약 11배 우수하였다. Ti/Al/Mo/Au가 Ti/Al/Ni/Au 보다 오믹 접합 저항과 isolation 누설전류 측면에서 전력용 GaN 소자에 적합함을 확인하였다.

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Pd/Pd3Fe Alloy Catalyst for Enhancing Hydrogen Production Rate from Formic Acid Decomposition: Density Functional Theory Study (개미산 분해 반응에서 수소 생산성 증대를 위한 Pd/Pd3Fe 합금 촉매: 범밀도 함수 이론 연구)

  • Cho, Jinwon;Han, Jonghee;Yoon, Sung Pil;Nam, Suk Woo;Ham, Hyung Chul
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.55 no.2
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    • pp.270-274
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    • 2017
  • Formic acid has been known as one of key sources of hydrogen. Among various monometallic catalysts, hydrogen can be efficiently produced on Pd catalyst. However, the catalytic activity of Pd is gradually reduced by the blocking of active sites by CO, which is formed from the unwanted indirect oxidation of formic acid. One of promising solutions to overcome such issue is the design of alloy catalyst by adding other metal into Pd since alloying effect (such as ligand and strain effect) can increase the chance to mitigate CO poisoning issue. In this study, we have investigated formic acid deposition on the bimetallic $Pd/Pd_3Fe$ core-shell nanocatalyst using DFT (density functional theory) calculation. In comparison to Pd catalyst, the activation energy of formic acid dehydrogenation is greatly reduced on $Pd/Pd_3Fe$ catalyst. In order to understand the importance of alloying effects in catalysis, we decoupled the strain effect from ligand effect. We found that both strain effect and ligand effect reduced the binding energy of HCOO by 0.03 eV and 0.29 eV, respectively, compared to the pure Pd case. Our DFT analysis of electronic structure suggested that such decrease of HCOO binding energy is related to the dramatic reduction of density of state near the fermi level.

Spin-orbit Coupling Effect on the Structural Optimization: Bismuth Telluride in First-principles (스핀-궤도 각운동량 상호작용의 구조 최적화에 대한 효과: 비스무스 텔루라이드의 제일원리 계산의 경우)

  • Tran, Van Quang;Kim, Miyoung
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.23 no.1
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    • pp.1-6
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    • 2013
  • Spin-orbit coupling (SOC) effect is known to be the physical origin for various exotic magnetic phenomena in the low-dimensional systems. Recently, SOC also draws lots of attention in the study on magnetically doped thermoelectric alloys to determine their properties as the thermoelectric application as well as the topological insulator via the exact electronic structures determination near the Fermi level. In this research, aiming to investigate the spin-orbit coupling effect on the structural properties such as the lattice constants and the bulk modulus of the most widely investigated thermoelectric host material, $Bi_2Te_3$, we carried out the first-principles electronic structure calculation using the all-electron FLAPW (full-potential linearized augmented plane-wave) method. Employing both the local density approximation (LDA) and the generalized gradient approximation (GGA), the structural optimization is achieved by varying the in-plane lattice constant fixing the perpendicular lattice constant and vice versa, to find that the SOC effect increases the equilibrium lattices slightly in both directions while it markedly reduces the bulk modulus value implying the strong orientational dependence, which are attributed to the material's intrinsic structural anisotropy.

Half-metallicity and Magnetism of Co2ZrSi/ZnTe(001) Interface: A First-principles Study (Co2ZrSi/ZnTe(001)계면의 자성과 반쪽금속성에 대한 제일원리 연구)

  • Jin, Y.J.;Lee, J.I.
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.17 no.4
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    • pp.147-151
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    • 2007
  • We have investigated the half-metallicity and magnetism for the Heusler ferromagnet $Co_2$ZrSi interfaced with semiconductor ZnTe along the (001) plane by using the full-potential linearized augmented plane wave (FLAPW) method. We considered low types of possible interfaces: ZrSi/Zn, ZrSi/Te, Co/Zn, and Co/Te, respectively. From the calculated density of states, it was found that the half-metallicity was lost at all the interfaces, however for the Co/Te system the value of minority spin density of states was close to zero at the Fermi level. These facts are due to the interface states, appeared in the minority spin gap in bulk $Co_2$ZrSi, caused by the changes of the coordination and symmetry and the hybridizations between the interface atoms. At the Co/Te interface, the magnetic moments of Co atoms are 0.68 and $0.78{\mu}_B$ for the "bridge" and "antibridge" sites, respectively, which are much reduced with respect to that ($1.15{\mu}_B$) of the bulk $Co_2$ZrSi. In the case of Co/Zn, Co atoms at the "bridge" and "antibridge" sites have magnetic moments of 1.16 and $0.93{\mu}_B$, respectively, which are almost same or slightly decreased compared to that of the bulk $Co_2$ZrSi. On the other hand, for the ZrSi/Zn and ZrSi/Te systems, the magnetic moments of Co atoms at the sub-interface layers are in the range of $1.13{\sim}1.30\;{\mu}_B$, which are almost same or slightly increased than that of the bulk $Co_2$ZrSi.

Interfacial disruption effect on multilayer-films/GaN : Comparative study of Pd/Ni and Ni/Pd films

  • 김종호;강희재;김차연;전용석;서재명
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2000.02a
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    • pp.113-113
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    • 2000
  • 직접천이형 wide band gap(3.4eV) 반도체중의 하나인 GaN를 청색 및 자외선 laser diode, 고출력 전자장비 등으로 응용하기 위해서는 낮은 접합저항을 갖는 Ohmic contact이 선행되어야 한다. 그러나 만족할만한 p-type GaN의 Ohmic contact은 아직 실현되고 있지 못하며, 이는 GaN와 접합 금속과의 구체적인 반응의 연구를 필요로 한다. 본 연구에서 앞서 Pt, Pt, Ni등의 late transition metal을 p-GaN에 접합시킨 결과 이들은 접합 당시 비교적 평탄하나 후열 처리과정에서 비교적 낮은 온도에서 기판과 열팽창계수의 차이로 인하여 평탄성을 잃어버리면서 barrier height가 증가한다는 사실을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 이러한 열적 불안정성을 극복하기 위하여 Ni과 Pd를 차례로 증착하고 가열하면서 interfacial reaction, film morphology, Fermi level의 움직임을 monchromatic XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 와 SAM(scanning Auger microscopy) 그리고 ex-situ AFM을 이용하여 밝히고자 하였다. 특히 후열처리에 의한 계면 반응에 수반되는 구성 금속원소 간의 합금현상과 금속 층의 평탄성이 밀접한 관계가 있다는 것을 확인하였다. 이러한 합금과정에서 나타나는 금속원소들의 중심 준위의 이동을 체계적으로 규명하기 위해서 Pd1-xNix와 Pd1-xGax 합금들의 표준시료를 arc melting method로 만들어 농도에 따른 금속원소들의 중심 준위의 이동을 측정하여, Pd/Ni/p-GaN 및 Ni/Pd/p-GaN 계에서 열처리 온도에 따른 interfacial reaction을 확인하였다. 그 결과 두 계가 상온에서 nitride 및 alloy를 형성하지 않고 고르게 증착되고, 열처리 온도를 40$0^{\circ}C$에서 $650^{\circ}C$까지 증가시킴에 따라 계면반응의 부산물인 metallic Ga은 증가하고 있으마 nitride는 여전히 형성되지 않는 것을 확인하였다. 증착당시 Ni이 계면에 있는 Pd/Ni/p-GaN의 경우에는 52$0^{\circ}C$까지의 열처리에 의하여 Ni과 Pd가 골고루 섞이고 그 평탄성도 유지되고 barier height의 변화도 없었다. 더 높은 $650^{\circ}C$ 가열에 의해서는 surface free energy가 작은 Ga의 활발한 편석 현상으로 인해 표면은 Ga이 풍부한 Pd-Ga의 합금층으로 덮이고, 동시에 작은 pinhole들이 발생하며 barrier height도 0.3eV 가량 증가하게 된다. 반면에 증착당시 Pd이 계면에 있는 Ni/Pd/p-GaN의 경우에는 40$0^{\circ}C$의 가열까지는 두 금속이 그들 계면에서부터 섞이나, 52$0^{\circ}C$의 가열에 의해 이미 barrier height가 0.2eV 가량 증가하기 시작하였다. 더 높은 $650^{\circ}C$가열에 의해서는 커다란 pinhole, 0.5eV 가량의 barrier height 증가, Pd clustering이 동시에 관찰되었다. 따라서 Ni과 Pd의 일함수는 물론 thermal expansion coefficient가 거의 같으며 surface free energy도 거의 일치한다는 점을 감안하면, 이렇게 뚜렷한 열적 안정성의 차이는 GaN와 contact metal과의 반응시작 온도(disruption onset temperature)의 차이에 기인함을 알 수 있었다. 즉 계면에서의 반응에 의해 편석되는 Ga에 의해 박막의 strain이 이완되면, pinhole 등의 박막결함이 줄어 들고, 이는 계면의 N의 out-diffusion을 방지하여 p-type GaN의 barrier height 증가를 막게 된다.

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A Graphene-electrode-based Infrared Fresnel Lens with Multifocal Function (다초점 기능을 갖는 그래핀 전극 기반 적외선 프레넬 렌즈)

  • Nam, Guk Hyun;Lee, Jong-Kwon
    • Korean Journal of Optics and Photonics
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    • v.33 no.1
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    • pp.28-34
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    • 2022
  • We study through computational simulation the focal performance of an infrared (IR) Fresnel lens, composed of a multilayer-graphene zone plate formed under a graphene electrode. Here the Fermi level EF of the patterned multilayer graphene is adjusted by the overlying graphene electrode. The Fresnel lens effect, with respect to the reflectance contrast between the graphene electrode and the 8-layer graphene zone plate placed on a glass substrate, has been analyzed over a broad wavelength range from 4 to 30 ㎛. As the optimal wavelength of 8 ㎛ (considering the reflectance and the reflectance-contrast ratio) is incident upon the Fresnel lens with a focal length of 240 ㎛, the focal intensity is enhanced by a factor of 4.3 as the EF of multilayer graphene increases from 0.4 eV to 1.6 eV, and is improved by a factor of 5.8 as the number of graphene layers increases from two to eight. As a result, an all-graphene-based IR Fresnel zone-plate lens, exhibiting multifocal function (240 ㎛ and 360 ㎛) according to the selected EF, is proposed as an ultrathin lens platform.