JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제17권2호
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pp.216-222
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2017
The most prominent challenge for MOSFET scaling is to reduce power consumption; however, the supply voltage ($V_{DD}$) cannot be scaled down because of the carrier injection mechanism. To overcome this limit, a new type of field-effect transistor using positive feedback as a carrier injection mechanism (FBFET) has been proposed. In this study we have investigated the electrical characteristics of a $Si_{1-x}Ge_x$ FBFET with one gate and one-sided $Si_3N_4$ spacer using TCAD simulations. To reduce the drain bias dependency, $Si_{1-x}Ge_x$ was introduced as a low-bandgap material, and the minimum subthreshold swing was obtained as 2.87 mV/dec. This result suggests that a $Si_{1-x}Ge_x$ FBFET is a promising candidate for future low-power devices.
Because of a small bandgap energy, a high doping density, and a low operating temperature, the dark current in HgCdTe photodiode is almost composed of a tunneling current. The tunneling current is devided into an indirect tunneling current via traps and a band-to-band direct tunneling current. The indirect tunneling current dominates the dark current for a relatively high temperature and a low reverse bias and forward bias. For a low temperature and a high reverse bias the direct tunneling current dominates. In this paper, to verify the tunneling currents in HgCdTe photodiode, the new tunneling-recombination equation via trap is introduced and tunneling-recombination current is calculated. The new tunneling-recombination equation via trap have the same form as SRH (Shockley-Read-Hall) generation-recombination equation and the tunneling effect is included in recombination times in this equation. Chakrabory and Biswas's equation being introduced, band to band direct tunneling current are calculated. By using these equations, HgCdTe (mole fraction, 0.29 and 0.222) photodiodes are analyzed. Then the temperature dependence of the tunneling-recombination current via trap and band to band direct tunneling current are shown and it can be known what is dominant current according to the applied bias at athe special temperature.
Chemiresistive semiconductor metal oxide (SMO) gas sensors detect gases based on resistance changes caused by gas adsorption/desorption on SMOs. These sensors have witnessed significant advancements with the development of microelectromechanical systems (MEMS) and nanotechnology. MEMS technology has facilitated mass production, miniaturization, and uniformity across sensors. Whereas, nanotechnology has contributed to the development of high-sensitivity gas sensing materials with large surface areas, catalytic coatings, and hybrid SMO junctions. However, SMOs require activation via external energy to overcome their bandgap energy and generate hot electron carriers, which are essential for high sensitivity and fast response/recovery times. Traditionally, embedded heaters have been used for this purpose; however, micro-and nano-heaters are plagued by high power consumption and low durability, which limit their use in mobile applications. Consequently, photoactivated gas sensing using light sources (e.g., lamps and LEDs) has garnered attention as an alternative approach. This study reviewed the progress from early lamp and LED-based research to recent studies on monolithic micro-LED (µLED) based gas sensors. µLED gas sensors facilitate room-temperature operation and ultra-low power consumption within the microwatt range. Consequently, they are highly suitable for integration into consumer electronics, smart farms, smart factories, and mobile gas sensors.
Cho, Seong-Jae;Sun, Min-Chul;Kim, Ga-Ram;Kamins, Theodore I.;Park, Byung-Gook;Harris, James S. Jr.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제11권3호
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pp.182-189
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2011
In this work, a tunneling field-effect transistor (TFET) based on heterojunctions of compound and Group IV semiconductors is introduced and simulated. TFETs based on either silicon or compound semiconductors have been intensively researched due to their merits of robustness against short channel effects (SCEs) and excellent subthreshold swing (SS) characteristics. However, silicon TFETs have the drawback of low on-current and compound ones are difficult to integrate with silicon CMOS circuits. In order to combine the high tunneling efficiency of narrow bandgap material TFETs and the high mobility of III-V TFETs, a Type-I heterojunction tunneling field-effect transistor (I-HTFET) adopting $Ge-Al_xGa_{1-x}As-Ge$ system has been optimized by simulation in terms of aluminum (Al) composition. To maximize device performance, we considered a nanowire structure, and it was shown that high performance (HP) logic technology can be achieved by the proposed device. The optimum Al composition turned out to be around 20% (x=0.2).
Graphene by one of the two-dimensional (2D) materials has been focused on electronic applications due to its ultrahigh carrier mobility, outstanding thermal conductivity and superior optical properties. Although graphene has many remarkable properties, graphene devices have low on/off current ratio due to its zero bandgap. Despite considerable efforts to open its bandgap, it's hard to obtain appropriate improvements. To solve this problem, heterojunction barristor was proposed based on graphene. Mostly, this heterojunction barristor is made by transition metal dichalcogenides (TMDs), such as molybdenum disulfide ($MoS_2$) and tungsten diselenide ($WSe_2$), which have extremely thickness scalability of TMDs. The heterojunction barristor has the advantage of controlling graphene's Fermi level by applying gate bias, resulting in barrier height modulation between graphene interface and semiconductor. However, charged impurities between graphene and $SiO_2$ cause unexpected p-type doping of graphene. The graphene's Fermi level modulation is expected to be reduced due to this p-doping effect. Charged impurities make carrier mobility in graphene reduced and modulation of graphene's Fermi level limited. In this paper, we investigated theoretically and experimentally a relevance between graphene's Fermi level and p-type doping. Theoretically, when Fermi level is placed at the Dirac point, larger graphene's Fermi level modulation was calculated between -20 V and +20 V of $V_{GS}$. On the contrary, graphene's Fermi level modulation was 0.11 eV when Fermi level is far away from the Dirac point in the same range. Then, we produced two types heterojunction barristors which made by p-type doped graphene and graphene treated 2.4% APTES, respectively. On/off current ratio (32-fold) of graphene treated 2.4% APTES was improved in comparison with p-type doped graphene.
A heterojunction $SnS_2/p-Si$ photodetector was fabricated by RF magnetron sputtering system. $SnS_2$ was formed with 2-inch $SnS_2$ target. Al was applied as the front and the back metal contacts. Rapid thermal process was conducted at $500^{\circ}C$ to enhance the contact quality. 2D material such as $SnS_2$, MoS2 is very attractive in various fields such as field effect transistors (FET), photovoltaic fields such as photovoltaic devices, optical sensors and gas sensors. 2D material can play a significant role in the development of high performance sensors, especially due to the advantages of large surface area, nanoscale thickness and easy surface treatment. Especially, $SnS_2$ has a indirect bandgap in the single and bulk states and its value is 2 eV-2.6 eV which is considerably larger than that of the other 2D material. The large bandgap of $SnS_2$ offers the advantage for the large on-off current ratio and low leakage current. The $SnS_2/p-Si$ photodetector clearly shows the current rectification when the thickness of $SnS_2$ is 80 nm compared to when it is 135 nm. The highest photocurrent is $19.73{\mu}A$ at the wavelength of 740 nm with $SnS_2$ thickness of 80 nm. The combination of 2D materials with Si may enhance the Si photoelectric device performance with controlling the thickness of 2D layer.
본 논문에서는 MEMS 가속도센서를 위한 CMOS 인터페이스 회로를 설계하였다. 설계된 CMOS 인터페이스 회로는 CVC(Capacitance to Voltage Converter), 그리고 SC-Integrator와 Comparator를 포함하는 ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator로 구성되어 있다. 회로에 일정한 Bias를 공급할 수 있도록 Bandgap Reference를 이용하였으며, 저주파 잡음과 offset을 감소시키기 위하여 ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator에 CHS(Chopper-Stabilization) 기법을 사용하였다. 그 결과 설계된 ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator의 출력은 입력 전압 진폭이 100mV가 증가할 때 duty cycle은 10%의 비율로 증가하고, 전체 회로의 Sensitivity는 x, y축은 0.45V/g, z축은 0.28V/g의 결과를 얻을 수 있었다. 제안된 CMOS 인터페이스 회로는 CMOS 0.35um공정을 이용하여 설계되었다. 입력 전압은 3.3V이며, 샘플링 주파수는 2MHz이다. 설계된 칩의 크기는 PAD를 포함하여 $0.96mm{\times}0.85mm$이다.
Molybdenum oxide ($MoO_3$) offers pivotal advantages for high optical transparency and low light reflection. Considering device fabrication, n-type $MoO_3$ semiconductor can spontaneously establish a junction with p-type Si. Since the energy bandgap of Si is 1.12 eV, a maximum photon wavelength of around 1,100 nm is required to initiate effective photoelectric reaction. However, the utilization of infrared photons is very limited for Si photonics. Hence, to enhance the Si photoelectric devices, we applied the wide energy bandgap $MoO_3$ (3.7 eV) top-layer onto Si. Using a large-scale production method, a wafer-scale $MoO_3$ device was fabricated with a highly crystalline structure. The $MoO_3/p-Si$ heterojunction device provides distinct photoresponses for long wavelength photons at 900 nm and 1,100 nm with extremely fast response times: rise time of 65.69 ms and fall time of 71.82 ms. We demonstrate the high-performing $MoO_3/p-Si$ infrared photodetector and provide a design scheme for the extension of Si for the utilization of long-wavelength light.
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) based on titanium dioxide ($TiO_2$) have been extensively studied because of their promising low-cost alternatives to conventional semiconductor based solar cells. DSSCs consist of molecular dye at the interface between a liquid electrolyte and a mesoporous wide-bandgap semiconductor oxide. Most efforts for high conversion efficiencies have focused on dye and liquid electrolytes. However, interface engineering between dye and electrode is also important to reduce recombination and improve efficiency. In this work, for interface engineering, we deposited semiconducting ferroelectric $BiFeO_3$ with bandgap of 2.8 eV on $TiO_2$ nanoparticles and nanotubes. Photovoltaic properties of DSSCs were characterized as a function of thickness of $BiFeO_3$. We showed that ferroelectric $BiFeO_3$-coated $TiO_2$ electrodes enable to increase overall efficiency of DSSCs, which was associated with efficient electron transport due to internal electric field originating from electric polarization. It was suggested that engineering the dye-$TiO_2$ interface using ferroelectric materials as inorganic modifiers can be key parameter for enhanced photovoltaic performance of the cell.
Gallium oxide (Ga2O3) thin films were grown on c-, a-, m-, r-plane sapphire substrates using a mist chemical vapor deposition system. Various growth temperature range of 400~600℃ was applied for Ga2O3 thin film deposition. Then, several structural properties were characterized such as film thickness, crystal phase, lattice orientation, surface roughness, and optical bandgap. Under the certain growth temperature of 500℃, all grown Ga2O3 featured rhombohedral crystal structures and well-aligned preferred orientation to sapphire substrate. The films grown on c-and r-plane sapphire substrates, showed low surface roughness and large optical bandgap compared to those on a-and m-plane substrates. Therefore, various sapphire orientation can be potentially applicable for future Ga2O3-based electronics applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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