Park, Jee-Eun;Kim, Dong-Sun;Choi, Ho-Jin;Shin, Jang-Kyoo;Kim, Pan-Kyeom;Lim, Geun-Bae
Journal of Sensor Science and Technology
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v.15
no.4
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pp.237-244
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2006
Atomic force microscope (AFM) has become a common tool for the structural and physical studies of biological macromolecules, mainly because it provides the ability to perform experiments with samples in a buffer solution. In this study, structure of proteins and nucleic acids has been studied in their physiological environment that allows native intermolecular complexes to be formed. Cr and Au were deposited on p-Si (100) substrate by thermal evaporation method in sequence with the thickness of $200{\AA}$ and $500{\AA}$, respectively, since Au is adequate for immobilizing biomolecules by forming a self-assembled monolayer (SAM) with semiconductor-based biosensors. The SAM, streptavidin and biotin interacted each other with their specific binding energy and their adsorption was analyzed using the Bio-AFM both in a solution and under air environment. A silicon nitride tip was used as a contact tip of Bio-AFM measurement in a solution and an antimony doped silicon tip as a tapping tip under air environment. Actual morphology could also be obtained by 3-dimensional AFM images. The length and agglomerate size of biomolecules was measured in stages. Furthermore, $R_{a}$ (average of surface roughness) and $R_{ms}$ (mean square of surface roughness) and surface density for the adsorbed surface were also calculated from the AFM image.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.33
no.6
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pp.445-449
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2020
Non-volatile memory is approaching its fundamental limits with the Si3N4 storage layer, necessitating the use of alternative materials to achieve a higher programming/erasing speed, larger storage window, and better data retention at lower operating voltage. This limitation has restricted the development of the charge-trap memory, but can be addressed by using high-k dielectrics. The paper reviews the doping of nitrogen, titanium, and yttrium on high-k dielectrics as a storage layer by comparing MONOS devices with different storage layers. The results show that nitrogen doping increases the storage window of the Gd2O3 storage layer and improves its charge retention. Titanium doping can increase the charge capture rate of HfO2 storage layer. Yttrium doping increases the storage window of the BaTiO3 storage layer and improves its fatigue characteristics. Parameters such as the dielectric constant, leakage current, and speed of the memory device can be controlled by maintaining a suitable amount of external impurities in the device.
Kim, Ung-Seon;Mun, Yeon-Geon;Gwon, Tae-Seok;Park, Jong-Wan
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.180-180
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2010
Thin film transistors (TFTs) based on oxide semiconductors have emerged as a promising technology, particularly for active-matrix TFT-based backplanes. Currently, an amorphous oxide semiconductor, such as InGaZnO, has been adopted as the channel layer due to its higher electron mobility. However, accurate and repeatable control of this complex material in mass production is not easy. Therefore, simpler polycrystalline materials, such as ZnO and $SnO_2$, remain possible candidates as the channel layer. Inparticular, ZnO-based TFTs have attracted considerable attention, because of their superior properties that include wide bandgap (3.37eV), transparency, and high field effect mobility when compared with conventional amorphous silicon and polycrystalline silicon TFTs. There are some technical challenges to overcome to achieve manufacturability of ZnO-based TFTs. One of the problems, the stability of ZnO-based TFTs, is as yet unsolved since ZnO-based TFTs usually contain defects in the ZnO channel layer and deep level defects in the channel/dielectric interface that cause problems in device operation. The quality of the interface between the channel and dielectric plays a crucial role in transistor performance, and several insulators have been reported that reduce the number of defects in the channel and the interfacial charge trap defects. Additionally, ZnO TFTs using a high quality interface fabricated by a two step atomic layer deposition (ALD) process showed improvement in device performance In this study, we report the fabrication of high performance ZnO TFTs with a $Si_3N_4$ gate insulator treated using plasma. The interface treatment using electron cyclotron resonance (ECR) $O_2$ plasma improves the interface quality by lowering the interface trap density. This process can be easily adapted for industrial applications because the device structure and fabrication process in this paper are compatible with those of a-Si TFTs.
Aluminum nitride(AlN) is a compound (III-V group) of hexagonal system with a crystal structure. Its Wurzite phase is a very wide band gap semiconductor material. It has not only a high thermal conductivity, a high electrical resistance, a high electrical insulating constant, a high breakdown voltage and an excellent mechanical strength but also stable thermal and chemical characteristics. This study is on the preferred orientation characteristics of AlN thin films by reactive evaporation using $NH_3$. We have manufactured an AlN thin film and then have checked the crystal structure and the preferred orientation by using an X-ray diffractometer and have also observed the microstructure with TEM and AlN chemical structure with FT-IR. We can manufacture an excellent AlN thin film by reactive evaporation using $NH_3$ under 873 K of substrate temperature. The AlN thin film growth is dependent on Al supplying and $NH_3$ has been found to be effective as a source of $N_2$. However, the nuclear structure of AlN did not occur randomly around the substrate a particle of the a-axis orientation in fast growth speed becomes an earlier crystal structure and is shown to have an a-axis preferred orientation. Therefore, reactive evaporation using $NH_3$ is not affected by provided $H_2$ amount and this can be an easy a-axis orientation method.
Aluminum nitride (AlN) is used by the semiconductor industry, and is a compound that is required when manufacturing high thermal conductivity. The AlN films with c-axis orientation and thermal conductivity characteristic were deposited by using the Pulsed Laser Deposition (PLD). The AlN thin films were characterized by changing the deposition conditions. In particular, we have researched the AlN thin film deposited under optimal conditions for growth atmosphere. The epitaxial AlN films were grown on sapphire ($c-Al_2O_3$) single crystals by PLD with AlN target. The AlN films were deposited at a fixed temperature of $650^{\circ}C$, while conditions of nitrogen ($N_2$) pressure were varied between 0.1 mTorr and 10 mTorr. The quality of the AlN films was found to depend strongly on the $N_2$ partial pressure that was exerted during deposition. The X-ray diffraction studies revealed that the integrated intensity of the AlN (002) peak increases as a function the corresponding Full width at half maximum (FWHM) values decreases with lowering of the nitrogen partial pressure. We found that highly c-axis orientated AlN films can be deposited at a substrate temperature of $650^{\circ}C$ and a base pressure of $2{\times}10^{-7}Torr$ in the $N_2$ partial pressure of 0.1 mTorr. Also, it is noted that as the $N_2$ partial pressure decreased, the thermal conductivity increased.
Sharma, Aditya;Varshney, Mayora;Chae, Keun Hwa;Won, Sung Ok
Current Applied Physics
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v.18
no.11
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pp.1458-1464
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2018
An improved method for the preparation of g-$C_3N_4$ is described. Currently, heating (> $400^{\circ}C$) of urea is the common method used for preparing the g-$C_3N_4$. We have found that sonication of melamine in $HNO_3$ solution, followed by washing with anhydrous ethanol, not only reduce the crystallite size of g-$C_3N_4$ but also facilitate intriguing electronic structure and photoluminescence (PL) properties. Moreover, loading of metal (Pt and Ag) nanoparticles, by applying the borohydride reduction method, has resulted in multicolor-emission from g-$C_3N_4$. With the help of PL spectra and local electronic structure study, at C K-edge, N K-edge, Pt L-edge and Ag K-edge by X-ray absorption spectroscopy (XAS), a precise mechanism of tunable luminescence is established. The PL mechanism ascribes the amendments in the transitions, via defect and/or metal states assimilation, between the ${\pi}^*$ states of tris-triazine ring of g-$C_3N_4$ and lone pair states of nitride. It is evidenced that interaction between the C/N 2p and metal 4d/5d orbitals of Ag/Pt has manifested a net detraction in the ${\delta}^*{\rightarrow}LP$ transitions and enhancement in the ${\pi}^*{\rightarrow}LP$ and ${\pi}^*{\rightarrow}{\pi}$ transitions, leading to broad PL spectra from g-$C_3N_4$ organic semiconductor compound.
Woo-Sung, Yoo;Yeon-Su, Seok;Kyu-Hyeok, Hwang;Ki-Jun, Kim
Journal of IKEEE
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v.26
no.4
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pp.537-544
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2022
This paper analyzes the occurrence and cause of bond wires fusing used in the manufacture of pulsed high power amplifiers. Recently GaN HEMT has been spotlight in the fields of electronic warfare, radar, base station and satellite communication. In order to produce the maximum output power, which is the main performance of the high-power amplifier, optimal impedance matching is required. And the material, diameter and number of bond wires must be determined in consideration of not only the rated current but also the heat generated by the transient current. In particular, it was confirmed that compound semiconductor with a wide energy band gap such as GaN trigger fusing of the bond wire due to an increase in thermal resistance when the design efficiency is low or the heat dissipation is insufficient. This data has been simulated for exothermic conditions, and it is expected to be used as a reference for applications using GaN devices as verified through IR microscope.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.115-116
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2012
The demand for flexible electronic systems such as wearable computers, E-paper, and flexible displays has increased due to their advantages of excellent portability, conformal contact with curved surfaces, light weight, and human friendly interfaces over present rigid electronic systems. This seminar introduces three recent progresses that can extend the application of high performance flexible inorganic electronics. The first part of this seminar will introduce a RRAM with a one transistor-one memristor (1T-1M) arrays on flexible substrates. Flexible memory is an essential part of electronics for data processing, storage, and radio frequency (RF) communication and thus a key element to realize such flexible electronic systems. Although several emerging memory technologies, including resistive switching memory, have been proposed, the cell-to-cell interference issue has to be overcome for flexible and high performance nonvolatile memory applications. The cell-to-cell interference between neighbouring memory cells occurs due to leakage current paths through adjacent low resistance state cells and induces not only unnecessary power consumption but also a misreading problem, a fatal obstacle in memory operation. To fabricate a fully functional flexible memory and prevent these unwanted effects, we integrated high performance flexible single crystal silicon transistors with an amorphous titanium oxide (a-TiO2) based memristor to control the logic state of memory. The $8{\times}8$ NOR type 1T-1M RRAM demonstrated the first random access memory operation on flexible substrates by controlling each memory unit cell independently. The second part of the seminar will discuss the flexible GaN LED on LCP substrates for implantable biosensor. Inorganic III-V light emitting diodes (LEDs) have superior characteristics, such as long-term stability, high efficiency, and strong brightness compared to conventional incandescent lamps and OLED. However, due to the brittle property of bulk inorganic semiconductor materials, III-V LED limits its applications in the field of high performance flexible electronics. This seminar introduces the first flexible and implantable GaN LED on plastic substrates that is transferred from bulk GaN on Si substrates. The superb properties of the flexible GaN thin film in terms of its wide band gap and high efficiency enable the dramatic extension of not only consumer electronic applications but also the biosensing scale. The flexible white LEDs are demonstrated for the feasibility of using a white light source for future flexible BLU devices. Finally a water-resist and a biocompatible PTFE-coated flexible LED biosensor can detect PSA at a detection limit of 1 ng/mL. These results show that the nitride-based flexible LED can be used as the future flexible display technology and a type of implantable LED biosensor for a therapy tool. The final part of this seminar will introduce a highly efficient and printable BaTiO3 thin film nanogenerator on plastic substrates. Energy harvesting technologies converting external biomechanical energy sources (such as heart beat, blood flow, muscle stretching and animal movements) into electrical energy is recently a highly demanding issue in the materials science community. Herein, we describe procedure suitable for generating and printing a lead-free microstructured BaTiO3 thin film nanogenerator on plastic substrates to overcome limitations appeared in conventional flexible ferroelectric devices. Flexible BaTiO3 thin film nanogenerator was fabricated and the piezoelectric properties and mechanically stability of ferroelectric devices were characterized. From the results, we demonstrate the highly efficient and stable performance of BaTiO3 thin film nanogenerator.
Kim, Do-Kywn;Sindhuri, V.;Kim, Dong-Seok;Jo, Young-Woo;Kang, Hee-Sung;Jang, Young-In;Kang, In Man;Bae, Youngho;Hahm, Sung-Ho;Lee, Jung-Hee
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.14
no.5
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pp.601-608
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2014
In this paper, we have characterized the electrical properties related to gate leakage current in AlGaN/GaN MISHFETs with varying the thickness (0 to 10 nm) of $Al_2O_3$ gate insulator which also serves as a surface protection layer during high-temperature RTP. The sheet resistance of the unprotected TLM pattern after RTP was rapidly increased to $1323{\Omega}/{\square}$ from the value of $400{\Omega}/{\square}$ of the as-grown sample due to thermal damage during high temperature RTP. On the other hand, the sheet resistances of the TLM pattern protected with thin $Al_2O_3$ layer (when its thickness is larger than 5 nm) were slightly decreased after high-temperature RTP since the deposited $Al_2O_3$ layer effectively neutralizes the acceptor-like states on the surface of AlGaN layer which in turn increases the 2DEG density. AlGaN/GaN MISHFET with 8 nm-thick $Al_2O_3$ gate insulator exhibited extremely low gate leakage current of $10^{-9}A/mm$, which led to superior device performances such as a very low subthreshold swing (SS) of 80 mV/dec and high $I_{on}/I_{off}$ ratio of ${\sim}10^{10}$. The PF emission and FN tunneling models were used to characterize the gate leakage currents of the devices. The device with 5 nm-thick $Al_2O_3$ layer exhibited both PF emission and FN tunneling at relatively lower gate voltages compared to that with 8 nm-thick $Al_2O_3$ layer due to thinner $Al_2O_3$ layer, as expected. The device with 10 nm-thick $Al_2O_3$ layer, however, showed very high gate leakage current of $5.5{\times}10^{-4}A/mm$ due to poly-crystallization of the $Al_2O_3$ layer during the high-temperature RTP, which led to very poor performances.
Kim, Ji Young;Lee, Gang Seok;Park, Min Ah;Shin, Min Jeong;Yi, Sam Nyung;Yang, Min;Ahn, Hyung Soo;Yu, Young Moon;Kim, Suck-Whan;Lee, Hyo Suk;Kang, Hee Shin;Jeon, Hun Soo;Sawaki, Nobuhiko
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.23
no.5
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pp.213-217
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2013
The GaN layer was typical III-V nitride semiconductor and was grown on the sapphire substrate which cheap and convenient. However, sapphire substrate is non-conductivity, low thermal conductivity and has large lattice mismatch with the GaN layer. In this paper, the poly GaN epilayer was grown by HVPE on the metallic compound graphite substrate with good heat dissipation, high thermal and electrical conductivity. We tried to observe the growth mechanism of the GaN epilayer grown on the amorphous metallic compound graphite substrate. The HCl and $NH_3$ gas were flowed to grow the GaN epilayer. The temperature of source zone and growth zone in the HVPE system was set at $850^{\circ}C$ and $1090^{\circ}C$, respectively. The GaN epilayer grown on the metallic compound graphite substrate was observed by SEM, EDS, XRD measurement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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