• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.129-129
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• 2011

ISFET (ion sensitive field effect transistor)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액 속의 이온들이 감지막의 표면에서 속박되어 막의 표면전위의 변화를 유발하는 것을 이용한다. 그 결과, ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. ISFET의 높은 pH감지능력을 얻기 위하여 높은 high-k물질 들이 감지막으로서 연구되었다. Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수, non-ideal 효과에 대한 immunity 그리고 높은 pH 감지능력 등 많은 장점을 가지고 있는 물질로 알려졌다. 본 연구에서는, SiO2/HfO2/Al2O3 (OHA) 적층막을 이용한 EIS (electrolyte- insulator-silicon) pH센서를 제작하였다. EIS구조는 ISFET로의 적용이 용이하며 ISFET보다 제작 방법과 소자 구조가 간단하다는 장점이 있다. HfO2은 22~25의 높은 유전상수를 가지며 높은 pH 감지능력으로 인하여 감지막으로서 많은 연구가 이루어지고 있는 물질이다. 하지만 HfO2의 물질이 가진 고유의 특성상 화학적 용액에 대한 non-ideal 효과는 다른 금속계열 산화막에 비하여 취약한 모습을 보인다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 이러한 물질들의 성질을 고려하여 OHA의 새로운 감지막의 적층구조를 생각하였다. 먼저 Si과 high-k물질의 양호한 계면상태를 이루기 위하여 5 nm의 얇은 SiO2막을 완충막으로서 성장시켰다. 다음으로 높은 유전상수를 가지고 있는 8 nm의 HfO2을 증착시킴으로서 소자의 물리적 손상에 대한 안정성을 향상시켰다. 최종적으로 화학용액과 직접적인 접촉이 되는 부분은 non-ideal 효과에 강한 Al2O3을 적층하여 소자의 화학적 손상에 문제점을 개선시켰다. 결론적으로 감지막의 적층 모델링을 통하여 각각의 high-k 물질이 가진 고유의 특성에 대한 한계점을 극복함으로써 높은 pH 감지능력뿐만 아니라 신뢰성 있는 pH 센서가 제작 되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.152-153
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• 2012

Ion sensitive field effect transistor (ISFET)는 전해질 속 각종 이온농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. 이 소자의 기본 구조는 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)에서 고안되었으며 게이트 컨택 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다 [1]. ISFET는 기존의 반도체 CMOS 공정과 호환이 가능하고 제작이 용이할 뿐만 아니라, pH용액에 대한 빠른 반응 속도, 비표지 방식의 생체물질 감지능력, 낮은 단가 및 소자의 집적이 용이하다는 장점을 가지고 있다. ISFET pH센서의 감지특성에 결정하는 요소 중 가장 중요한 것은 소자의 감지막이라고 할 수 있다. 감지막은 감지 대상 물질과 물리적으로 직접 접촉되는 부분으로서 일반적으로 기계적/화학적 강도가 우수한 실리콘 산화막(SiO2)이 많이 사용되어져 왔다. 최근에는 기존의 SiO2 보다 성능이 향상된 감지막을 개발하기 위하여 Al2O3, HfO2, ZrO2, 그리고 Ta2O5와 같은 고유전 상수(high-k)를 가지는 물질들을 EIS 센서의 감지막으로 이용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 지속적인 high-k 물질들에 대한 연구에도 불구하고 각각의 물질이 갖는 한계점이 드러났다. 본 연구에서는 SOI기판에서 SiO2 /HfO2 (OH), SiO2/Al2O3 (OA) 이단 적층 그리고 SiO2/HfO2/Al2O3 (OHA) 삼단적층 감지막을 갖는 ISFET을 제작하고 각 감지막의 특성을 평가하였다. 평가된 특성의 결과가 아래의 표1에 요약되었다. 그 결과, 각 high-k 물질이 갖는 한계점을 극복하기 위하여 제안된 OHA감지막은 기존에 OH, OA가 갖는 장점을 취하면서 단점을 최소화 시키는 최적화된 감지막의 감지특성을 보였다.

• 센서학회지
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• 제13권2호
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• pp.90-95
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• 2004

Protein and gene detection have been growing importance in medical diagnostics. Field effect transistor (FET) - type biosensors have many advantages such as miniaturization, standardization, and mass-production. In this work, we have fabricated metal-oxide-semiconductor (MOS) FET that operates as molecular recognitions based electronic sensor. Measurements were taken with the devices under phosphate buffered saline solution. The drain current ($I_{D}$) was decreased after forming self-assembled mono-layers (SAMs) used to capture the protein, which resulted from the negative charges of SAMs, and increased after forming protein by 11.5% at $V_{G}$ = 0 V due to the positive charges of protein.

• 전력전자학회논문지
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• 제25권5호
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• pp.412-419
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• 2020

In this study, a 70 W buck converter using GaN metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) is developed. This converter exhibits over 97 % efficiency, high power density, and 48 V-to-12 V/1.2 V/1 V (triple output). Three gate drivers and six GaN MOSFETs are placed in a 1 ㎠ area to enhance power density and heat dissipation capacity. The theoretical switching and conduction losses of the GaN MOSFETs are calculated. Inductances, capacitances, and resistances for the output filters of the three buck converters are determined to achieve the desired current, voltage ripples, and efficiency. An equivalent circuit model for the thermal analysis of the proposed triple-output buck converter is presented. The junction temperatures of the GaN MOSFETs are estimated using the thermal model. Circuit operation and temperature analysis are evaluated using a circuit simulation tool and the finite element analysis results. An experimental test bed is built to evaluate the proposed design. The estimated switch and heat sink temperatures coincide well with the measured results. The designed buck converter has 130 W/in³ power density and 97.6 % efficiency.

• Journal of Power Electronics
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• 제17권6호
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• pp.1469-1479
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• 2017

Primary-side regulation (PSR) scheme is widely applied in low power applications, such as cell phone chargers, network adapters, and LED drivers. However, the efficiency and standby power requirements have been improved to a high standard due to the new trends of DOE (Department Of Energy) Level VI and COC (Code Of Conduct specifications) V5. The major drawbacks of PSR include poor regulation due to inaccurate feedback and difficulty in acquiring acceptable regulation. A novel adaptive blanking strategy for constant current and constant voltage regulation is proposed in this paper. An accurate model for the sample blanking time related to transformer leakage inductance and the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) parasitic capacitance is established. The proposed strategy can achieve accurate detection for ultra-low standby power. In addition, numerous control factors are analyzed in detail to eliminate the influence of leakage inductance on the loop stability. A dedicated controller integrated circuit (IC) with a power MOSFET is fabricated to verify the effectiveness of the proposed control strategy. Experimental results demonstrated that the prototype based on the proposed IC has excellent performance.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제39권5호
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• pp.1-7
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• 2002

Deep sub-micron bulk CMOS circuits require gate electrode materials such as metal silicide and titanium silicide for gate oxides. Many authors have conducted research to improve the quality of the sub-micron gate oxide. However, few have reported on the electrical quality and reliability of an ultra-thin gate. In this paper, we will recommend a novel shallow trench isolation structure and a two-step TiS $i_2$ formation process to improve the corner metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) for sub-0.1${\mu}{\textrm}{m}$ VLSI devices. Differently from using normal LOCOS technology, deep sub-micron CMOS devices using the novel shallow trench isolation (STI) technology have unique "inverse narrow-channel effects" when the channel width of the device is scaled down. The titanium silicide process has problems because fluorine contamination caused by the gate sidewall etching inhibits the silicide reaction and accelerates agglomeration. To resolve these Problems, we developed a novel two-step deposited silicide process. The key point of this process is the deposition and subsequent removal of titanium before the titanium silicide process. It was found by using focused ion beam transmission electron microscopy that the STI structure improved the narrow channel effect and reduced the junction leakage current and threshold voltage at the edge of the channel. In terms of transistor characteristics, we also obtained a low gate voltage variation and a low trap density, saturation current, some more to be large transconductance at the channel for sub-0.1${\mu}{\textrm}{m}$ VLSI devices.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제11권7호
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• pp.665-670
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• 2016

본 논문에서는 IoT(Internet of Things) 시스템의 기본 구성이 되는 센서 네트워크에 사용될 수 있는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 Sub-threshold 동작을 이용하는 OP-AMP(Operational amplifier) 설계를 제안한다. MOSFET의 Sub-threshold 동작은 전원전압을 낮추는 효과로 회로 시스템을 초저전력으로 유도할 수 있는 특징이 있기 때문에 배터리를 사용하는 IoT의 센서 네트워크 시스템의 초저전력화에 매우 유용한 회로설계 기술이라고 할 수 있다. $0.35{\mu}m$ 공정을 이용한 시뮬레이션 결과, VDD를 0.6 V로 설계할 수 있었으며, OP-AMP 의 Open-loop Gain은 43 dB, 또한 설계한 OP-AMP의 소비전력은 $1.3{\mu}W$가 계산되었다. 또한, Active Layout 면적은 $64{\mu}m{\times}105{\mu}m$이다. 제안한 OP-AMP는 IoT의 저전력 센서 네트워크에 다양한 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제12권6호
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• pp.262-266
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• 2011

A simulation study of a current-mode direct current (DC)-DC boost converter is presented in this paper. This converter, with a fully-integrated power module, is implemented by using bipolar complementary metal-oxide semiconductor (BiCMOS) technology. The current-sensing circuit has an op-amp to achieve high accuracy. With the sense metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) in the current sensor, the sensed inductor current with the internal ramp signal can be used for feedback control. In addition, BiCMOS technology is applied to the converter, for accurate current sensing and low power consumption. The DC-DC converter is designed with a standard 0.35 ${\mu}m$ BiCMOS process. The off-chip inductor-capacitor (LC) filter is operated with an inductance of 1 mH and a capacitance of 12.5 nF. Simulation results show the high performance of the current-sensing circuit and the validity of the BiCMOS converter. The output voltage is found to be 4.1 V with a ripple ratio of 1.5% at the duty ratio of 0.3. The sensing current is measured to be within 1 mA and follows to fit the order of the aspect ratio, between sensing and power FET.

• KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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• 제4C권3호
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• pp.91-95
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• 2004

The pulsed power system is widely available for use in pulse generator applications. Generally, the pulse generator is required for very short pulse width and high peak value. We have designed and fabricated our own pulsed type power system and through its use, we investigated microbe removal characteristics. This paper introduces a simple pulsed power system for removing various microbes caused by dirty water. This system includes a 2 times power supply circuit, IR2110 operated by using a fixed voltage regulator 7812 and 7805, and the switching MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). We can also control this process by using a PIC one chip microprocessor. As a result, we can obtain good removing characteristics of various microbes by adjusting the charging voltage, the pulse repetition rate and the electrical field inducing time.

• Journal of Power Electronics
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• 제13권6호
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• pp.1080-1089
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• 2013

In this paper, the superposition principle of a heat sink temperature rise is verified based on the mathematical model of a plate-fin heat sink with two mounted heat sources. According to this, the distributed coupling thermal impedance matrix for a heat sink with multiple devices is present, and the equations for calculating the device transient junction temperatures are given. Then methods to extract the heat sink thermal impedance matrix and to measure the Epoxy Molding Compound (EMC) surface temperature of the power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) instead of the junction temperature or device case temperature are proposed. The new thermal impedance model for the power converters in Switched Reluctance Motor (SRM) drivers is implemented in MATLAB/Simulink. The obtained simulation results are validated with experimental results. Compared with the Finite Element Method (FEM) thermal model and the traditional thermal impedance model, the proposed thermal model can provide a high simulation speed with a high accuracy. Finally, the temperature rise distributions of a power converter with two control strategies, the maximum junction temperature rise, the transient temperature rise characteristics, and the thermal coupling effect are discussed.