E-textiles용 섬유기판 기반 적층형 OTFT-AMOLED 패널 제작

김재선 동아대학교 대학원 2017 국내박사

최근, 웨어러블 (wearable) 전자소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 그중 섬유 전자소자 (e-textile)는 미래에 아주 중요한 연구 분야이다. 현재 섬유 전자소자의 입력 소자는 많은 연구로 여러 가지 제품이 출시되고 있다. 하지만, 출력 소자에 대한 연구는 부족하며 단순히 증착공정으로 여러 층을 쌓아올려 만든 OLED 정도뿐이다. 따라서, 본 논문에서는 섬유 전자소자의 출력 소자를 구현하는 것뿐만 아니라 집적회로를 구동하여 섬유 기판 위에 다양한 소자를 제작할 수 있는 가능성을 확인하였다. 유기 박막 트랜지스터 (Organic Thin Film Transistor : OTFT)는 유연성, 대면적가능성, 저가격 등의 장점을 가지고 있어 플렉시블 디스플레이에 꼭 필요한 핵심 소자이다. 하지만 불안정성으로 인해 상용화를 위해서는 해결해야 할 난제들이 많이 남아 있다. 최근 이러한 문제를 해결할 산화물 (oxide) 반도체 기반의 TFT (Thin Film Transistor)에 대한 연구가 활발히 진행되면서 플렉시블 디스플레이에도 적용한 사례들이 있으나 이는 곡률반경의 한계가 있어 섬유 전자소자에는 적용이 불가능 하다. 또한, 유기 발광 다이오드 (Organic Light Emitting Diode : OLED)는 빠른 응답속도, 넓은 시야각, 저가격, 저 전력 소모 등의 이점이 있어 현재 상용화되었으며 유연성이 좋아 차세대 플렉시블 디스플레이에 적합한 디스플레이 소자이다. 본 논문에서는 섬유 기판 위의 OTFT와 OLED 특성을 바탕으로 가장 기본적인 회로인 2-OTFT, 1-Cap., 1-OLED 구조의 회로를 적용하고 부족한 개구율을 개선하기 위해 전자섬유 적층구조 능동형 유기 발광 다이오드 (e-txtile Active Matrix Organic Light Emitting Diode : e-textile AMOLED)를 제작하고 구동하였다. E-textile AMOLED의 해상도는 64 × 64로 제작하였지만 향후 구동 보드 개발 시 해상도를 10배 이상 향상시킬 수 있도록 제작 공정을 개발하였다. 전자섬유 OTFT 제작 공정은 크게 기판 세척 및 평탄화 공정, 스캔 배선 및 게이트 전극 공정, 게이트 절연막 via hole 형성 공정, 데이터 배선 및 소스-드레인 전극 공정, 유기반도체 성막 공정, ILD (InterLayer Dielectric)성막 및 via hole 형성 공정으로 총 7단계로 나누며, OLED 제작 공정은 애노드 전극 및 VDD 라인 공정, 분리막 via hole 형성 공정, 유기물 적층 공정, 캐소드 전극 형성 공정, 봉지 공정으로 총 5단계로 나눈다. 특히, 비용이 많이 드는 진공 열 증착공정 대신에 잉크-젯 프린팅 (ink-jet printing) 공정을 이용하여 OTFT의 반도체 층을 형성하였으며, 해상도 향상을 위해서 스플릿 뱅크 (split bank)를 적용하였다. 또한, 섬유 기판의 평탄화 공정과 열적 안정화, 화학적 안정화 문제는 언더코팅 공정과 사전 열처리 공정, 사이드 테이핑을 통한 사이드 텐션 확보로 해결하였다. 그리고 잉크젯 프린팅 공정으로 인해 증가한 차단전류는 스플릿 뱅크를 형성하여 반도체 잉크의 범위를 제한함으로 해결하였다. 또한, 기존에 게이트 절연 층으로 사용하던 PVP는 광 형상화 공정이 불가능하여 광 형상화 공정이 가능한 포토 아크릴 (Photo Acrylic : PA)을 최적화 하여 AMOLED에 적용하였다. 불투명한 섬유 기판으로 인해 Top emission OLED를 적용하여 최대 효율을 확보하기 위해 인광구조와 마이크로 캐비티 효과 (Microcavity Effect)를 최적화하였다. 이와 같이 제작된 OTFT와 OLED를 결합하여 전면 발광 구조 AMOLED를 제작하여 e-textile 소자의 출력 소자를 제작하였다. 섬유위에 집적 회로 제작에 성공함으로써 e-textile 소자의 다양한 연구 가능성을 확인하였다. Recently, electronic textiles (e-textile) are attracting much attention because they are considered as ultimate wearable devices. Especially, displays are important electronic devices in wearable electronics for users to keep them everywhere in wearing manner instead of carrying. However, it is a challenge to fabricate a display panel on fabric substrates because of their drapery property, non-uniform surface energy, and rough surface. In this paper, we developed fabrication processes of Organic TFTs (OTFTs) and OLEDs, and fabricated an AMOLED display panel on fabric substrate based on the OTFTs and OLEDs. Polyethylene terephthalate (PET) fabric woven by PET fibers was used for substrate. First, the planarization process of the PET fabric with rough surface was developed to reduce the surface roughness of 10㎛ to a few tens ㎚ by using thermal transferred polyurethane film and spin-caoted photoacryl (PA) layer. Above the planarized PET fabric, the surface energy was controlled for OTFTs and OLEDs able to be fabricated by using the conventional processes, including patterning process of pentacene and TIPS-pentacene, encapsulation process for OTFTs and OLEDs, and a process for transparent cathode electrode of OLEDs. Two types of AMOLED panels were fabircated; side-by-side AMOLED in which OLEDs were placed on the same plane of OTFTs, and stacked AMOLED where OLEDs were stacked on OTFTs. Both panels had 64 x 64 pixels and each pixel was consisted of two OTFTs and one OLED. The side-by-side AMOLED panel has a diagonal size of 14.5 ㎝ and pixel pitch of 1.6 x 1.6 ㎜, and the aperture ratio was 19 %. In the stacked AMOLED panel, the pixel pitch could be reduced to 1 x 0.77 ㎜because the OLED was stacked on the OTFTs and the pixel area was able to be reduced. Thus, the panel size was reduced to 6.4 ㎝ x 4.9 ㎝, the diagonal size of 8.1 ㎝ even with the same pixel array of 64 x 64. The aperture ratio was enhanced to 48 %. Both AMOLED panels were successfully operated and exhibited the drapery property which was a unique characteristics of fabric.

Solution-processed thin-film-transistors for ultra-flexible electronics

허재상 중앙대학교 대학원 2018 국내박사

Wearable or ultra-flexible electronics are emerging as a platform for next generation human friendly electronic devices. Intuitively, it is considered that a new class of devices with various functionality and amenability for human body is essential. These new conceptual devices are likely to be a set of various functional devices such as displays, sensors, battery etc, which have quite different working conditions, on or in a human body. In these aspects, electronic textiles seem to be highly suitable possibly due to the unique characteristics of textiles such as light weight and flexibility as well as their inherent warm and conformable properties. Therefore, the e-textiles were evolved into a fibre-based electronic apparel or body attachable type in order to foster significant industrialization of the key components with adaptable formats. Although the advances are noteworthy, their electrical performances and device features are still unsatisfactory for consumer level e-textile systems. To solve these issues, innovative structural and material designs, and novel processing technologies have been introduced into the e-textile systems. In this study, we have demonstrated fibre-based metal-oxide (MO) thin-film transistors (TFTs) and sing-walled carbon nanotubes (SWCNTs) transistor on a single fibre substrate. In case of the fibre-based metal-oxide (MO) TFTs, indium-gallium-zinc-oxide (IGZO)-based fibre TFTs were demonstrated on optical fibre substrates. Here, IGZO which was deposited by a dip-coating method and low-temperature photochemical activation was used as a channel layer and an atomic-layer-deposited and solution-processed Al2O3 film as a gate dielectric layer. The fabricated IGZO TFTs exhibited field-effect mobility of ~1.52 cm2 V-1s-1 and an on/off ratio of 105. Furthermore, the NMOS inverter circuit was fabricated by using fibre-based IGZO TFTs and exhibited a gain of 4.79 at a supply voltage of 5 V. Also, fibre TFTs using SWCNTs as channel layers were fabricated by integrating NMOS and PMOS TFTs. Here, the NMOS and PMOS TFTs were realized by selective doping and passivation of CNTs with (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzoimidazol-2-yl)phenyl)-dimethylamine (N-DMBI) and PMMA, respectively. Relatively high field-effect mobilities of 1.62 cm2 V-1s-1 and 3.61 cm2 V-1s-1 were achieved for NMOS and PMOS devices, respectively. Also, a successful demonstration of CMOS inverter circuits was carried out by integrating the NMOS and PMOS TFTs on a single fibre substrate. The SWCNT CMOS inverter circuits demonstrated a gain of 6.76 and relatively good dynamic operation at a supply voltage of 5.0 V. 웨어러블 스마트 디바이스 (Wearable Smart Device) 및 시스템은 유비쿼터스 컴퓨팅 분야와 착용 할 수 있는 컴퓨터 역사와 개발에 깊은 관련이 있다. 이처럼, 웨어러블 기술은 1980년대 중반 미국의 MIT의 MEDIA LAB에서 최초로 개념을 제시 하였고, 이후 스마트폰의 급속한 발전과 더불어, 1999년 MIT의 케빈 애시턴 (Kevin Ashton)이 말한 IoT(사물인터넷, Internet of Things)와 개념이 융합됨으로써, 사물과 사람이 네트워크를 통해 정보를 공유할 수 있게 되었다. 특히, 그 중에서 웨어러블 스마트 디바이스 (wearable smart device)는 우리의 일상을 더욱 편리하게 도와주고 있으며 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있게 되었다. 웨어러블 스마트 디바이스는 신체 또는 사물 등에 부착하여 외부 컴퓨터등과 연동되어 상세한 정보수집, 분석, 신체적 변화 및 치유 행위를 할 수 있어, 헬스케어 (건강) 분야 쪽에서 각광을 받고 있다. 웨어러블 디바이스는 스마트폰처럼 간편하게 휴대할 수 있는 형태의 제품으로 안경, 시계, 팔찌(밴드) 형태의 휴대가 가능한 포터블 (portable) 디바이스, 피부에 부착하여 심박, 체온 등의 신체변화 및 운동에너지를 에너지원으로 이용해 센싱과 네트워크 연결 기능까지 할 수 있는 어태처블 (attachable) 디바이스, 그리고 신체에 직접 이식하거나 복용할 수 있는 이식형 (implantable) 디바이스로 구분이 될 수 있다. 현재, 웨어러블 디바이스는 안경이나 시계, 팔찌와 같은 액세서리형으로 대부분을 차지하고 있지만, 가까운 미래에는 의복형 혹은 피부 부착형으로 발전할 것으로 예상되며, 이에 따라 센서도 부착형 및 이식형 웨어러블용으로 활용할 수 있는 초유연 스마트 센서에 대한 연구가 활발히 진행 될 것이다. 하지만, 전자소자 및 센서가 부착된 웨어러블 스마트 디바이스가 직접 피부에 밀착되어 있어야 하는데, 일반적으로 전자기기는 딱딱하고 금속재질의 차가움으로 인해 착용자에게 거부감을 주고 때로는 딱딱함으로 행동에 제약을 주게 된다. 따라서 인체와 밀착해 사용하는 웨어러블 전자기기에서는 착용에 아무런 거부감이 없고 편안하게 사용할 수 있으며, 행동에 제약을 주지 않는 기기의 개발이 필요하며 이런 관점에서 볼 때 인간과 매우 친숙한 소재인 섬유(Textile) 또는 Fabric 기반의 웨어러블 스마트 디바이스가 가장 적합한 기술이라고 할 수 있겠다. 이처럼, 전자섬유 기반 웨어러블 디바이스 시스템을 구현하기 위해서는 트랜지스터, 센서, 디스플레이, 그리고 배터리와 같은 다양한 전자 디바이스가 섬유 기판과의 집적화와 함께 개발 되어야 한다. 일반적으로, 2차원 섬유 (Fabric)에 전자기기를 직접 인쇄하거나 그 위에 적층 및 부착을 하여 제작이 이루어지고 있다. 이를 이용해 집적화 하는 것은 제작이 용이 하지만, 섬유 제직 기술인 심플한 Reel-to-Reel 공정 및 Weaving 기술을 이용해 복잡하고 대면적인 전자섬유를 구현하기 위해서는 어려움을 가지고 있어, 2차원 구조가 보단 1차원 구조를 지닌 전자섬유가 적합하다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 전자섬유 기반 웨어러블 헬스케어 시스템 개발을 위해 크게 두 가지 소재를 적용하여 연구개발을 진행하였다. 첫 번째로는, 금속 산화물 (Metal-Oxide)의 우수한 전기적 특성, 높은 투명도, 용액공정 가능성 등과 같은 장점들을 이용하여 1차원 구조 Fiber-Field-Effect Transistors (F-FETs)를 성공적으로 구현을 하였다. 특히, 저온 (<150 ℃)의 광활성화 공정 (Photochemical Activation)과 딥코팅 (Dip-coating) 공정을 이용하여 dense하고 우수한 특성을 갖는 금속 산화물 박막을 형성하였다. 또한, 이를 이용하여 제작 된 전자섬유 기반 트랜지스터는 3.7 cm2/Vs의 높은 이동도와 높은 전류 on/off ratio (>106)를 보였다. 이러한 전자섬유 기반 금속 산화물 트랜지스터를 이용하여 최초로 NMOS 인버터 회로를 성공적으로 구현하여 차세대 전자섬유 시스템의 새로운 가능성을 보여주었다. 두 번째로는 높은 이동도, 유연성, 용액공정 가능성을 갖는 단일벽 탄소나노튜브 (SWCNT)를 이용하여 1차원 구조 Fiber 트랜지스터 및 회로를 제작하였다. 이 연구는, 1차원 광섬유 기판을 기반으로 고성능 실 (Thread) 형태의 CMOS 로직 회로를 성공적으로 구현하였다. 선택적 패시베이션 구조 설계뿐만 아니라 선택적 n-type 도핑 및 광화학적 패터닝 공정 (DUV Irradiation) 도입으로 1차원 광섬유 기판에 p-type 및 n-type을 모두 갖는 단일벽 탄소나노튜브 (SWCNT) 트랜지스터를 성공적으로 구현을 하였다. 또한, 최적화 된 Reel 코팅 공정은 균일하게 잘 배열 된 단일벽 탄소나노튜브 (SWCNT) 채널 형성 시켜, 전자소자의 전기적 성능을 향상 시킬 수 있었다. 이러한 n-type과 p-type의 단일벽 탄소나노튜브 (SWCNT)는 각각 2.15 cm2/Vs, 4.03 cm2/Vs 의 높은 이동도를 보였으며, 단일벽 탄소나노튜브 (SWCNT) CMOS 인버터 회로는 6.76의 이득 (gain)과 우수한 다이나믹 특성까지 보여주었다. 이 연구는 단일벽 탄소나노튜브 (SWCNT) CMOS 트랜지스터와 회로가 다양한 전자섬유 응용분야로 적용될 수 있으며 차세대 전자섬유 시스템의 Building Block을 위한 유망한 후보가 될 수 있음을 보여주었다.

運動中인 플라즈마層으로 덮인 導體 上의 開口面에 依한 輻射電磁界 解析

김남태 漢陽大學校 1992 국내박사

전자장 수치해석 기반의 진상운전을 고려한 대용량 권선형 수차발전기 제정수 추출 및 설계특성

이동수 성균관대학교 일반대학원 2016 국내박사

본 논문에서는 16.67MVA급의 대용량 권선형 수차발전기에 대한 특성 해석기법과 제정수 추출을 통한 모의 성능평가 해석기법을 제시한다. 이러한 특성해석 및 제정수 추출은 대용량 전력기기에서 주로 적용되던 등가회로법과는 달리, 해석에 대한 정확성 향상을 위해 전자장 수치해석 기반의 해석기법으로 다양한 성능에 대해 검토하였다. 특히 발전기 운전특성(무부하, 단락, 부하, 진상운전 등)에 대한 다양한 해석을 통해 성능을 분석하고 검토하여, 이를 토대로 실제로 제작된 수차발전기의 실험치와 비교검토를 통해 해석기법의 타당성을 제시하였다. 우선, 해석의 정밀도 향상을 위해 자계포화가 고려된 비선형의 전자장 수치해석법을 적용하였으며, 운전특성에 대한 단락비 산정과 효율, V커브, 발전기 최대 출력가능곡선(P-Q커브) 등에 대한 해석기법과 그에 따른 결과를 검토하였다. 한편, 대부분의 전력기기들은 유도성 부하로서 지상운전으로 구동하지만, 대용량 수차발전기의 경우에는 경부하 혹은 무부하시 송전선로의 충전전류에 의한 자기여자현상으로, 그에 따른 전압상승을 방지하기 위해 진상운전으로 구동하게 된다. 이러한 이유로, 지상운전 뿐만 아니라 진상운전 특성에 대한 해석과 검토를 수행하였으며, 특히 진상운전시 발생하는 고정자 단부의 발열 및 철손 문제에 대한 원인 분석을 하고, 고정자 단부 형상 변경에 따른 철손 저감기법을 제시한다. 이러한 해석은 2D 전자계 해석 뿐만 아니라 3D 전자계 해석으로 고정자 및 계자 권선의 엔드링, 댐퍼, 고정자 단부 등 실제 제작모델에 가까운 Full 모델링을 구성하여 발전기 특성검토를 수행하였다. 아울러, 본 논문에서는 대용량 수차발전기의 순간단락에 대한 큰 단락 전류를 효과적으로 제어하기 위해, 동기상태에서의 d-q축 리액턴스뿐만 아니라 단락시 발생하는 d-q축 과도(Transient) 및 차과도(Sub-transient) 리액턴스와 시정수를 전자장 수치해석을 이용하여 추출하였으며, 이를 바탕으로 수차발전기의 모의 성능평가 분석을 위한 파라미터로 적용하였다. 한편, 모의 성능평가 해석을 수행하기 위해, 전력시스템에 필요한 주요 부품(발전기, RLC 3상 부하, 회로차단기)등을 분석하고, 샘플계통 모델링을 구축하여, 부하변동에 따른 입출력으로 발전기의 성능을 검토하였다. 이와 같은 해석기법을 통해, 대용량 수차발전기에 대한 해석결과를 시험결과의 측정치와 비교함으로서, 해석치의 타당성을 검증하기에 충분하고, 특히 파라미터 추출로 인한 부가적인 특성 평가에도 예측치에 많이 부합하고 있음을 확인하였다.

Fabrication and characterization of PHOLED using inorganic electron transport layers

김강훈 成均館大學校 2016 국내석사

본 논문에서는 유기발광소자(Organic Light-Emitting Diode)에 들어가는 전자 수송 층(Electron Transport Layer)를 유기막이 아닌 무기막을 사용하여 제대로 역할을 할 수 있는지 여부에 대해 확인했다. 사용 되어진 무기 재료로는 Cu2O, CuO, WO3, ZnS, Al:LiF를 사용하였고, 여러 조건의 조합의 실험을 통하여 기존 Reference대비 소자 특성을 확보했다. 또한 무기 전자 수송 층 특성 확보 후 화학 약품 처리를 한 후 전기적, 광학적 특성과 단면 사진을 통하여 화학 약품에 대한 보호박 역할을 할 수 있는지에 대하여 확인했다. 기본적인 Reference 소자는 Anode/HIL/HTL/EML/HBL/ETL/Cathode 구조로 이루어져 있으며, Anode로는 ITO, HIL로는 HAT-CN. HTL로는 NPB, EML에는 Host에는 CBP, Dopant로는 Ir(ppy)3를 사용했고, HBL로는 TPBi , 마지막으로 ETL에는 Alq3를 사용했다. 여기서 평가를 위해서 Alq3 전체 혹은 일부를 무기 재료를 사용하여 무기 전자 수송 층으로 사용했고, 그 결과 ZnS가 무기 수송 층 역할에서는 가장 좋은 평가를 보여주었다 하지만 ZnS의 경우 화학 약품에 대하여 보호막 역할은 하지 못했다. 반면에 CuO는 전자 수송 층 역할은 재현 성이 없게 나왔으나 화학 약품에 대하여 보호막 역할이 우수했다.

섬유기판에 TIPS-pentacene TFT 제작 및 밴딩 특성 분석

성현석 동아대학교 대학원 2015 국내석사

섬유기판에 TIPS-pentacene TFT 제작 및 밴딩 특성 분석 Fabrication of TIPS-pentacene TFTs on fabric substrate and analysis of performance variation under bending test 전자공학과 성 현 석 지 도 교 수 송 정 근 플렉서블(Flexible) 전자 소자는 일반적으로 사용하는 유리 기판이 아닌 플라스틱과 같은 유연한 기판을 이용한 휘거나 구부릴 수 있는 전자 소자를 뜻한다. 무게가 가볍고 깨지지 않는 플렉서블 전자 소자의 특성 때문에 기존의 유리 기판 소자에 비해 휴대성 측면에서 큰 장점을 가지고 있다. 플렉서블 전자 소자의 휘거나 구부릴 수 있는 특성에 더해 최근에는 입을 수 있는 웨어러블(Wearable) 전자 소자에 대한 관심이 많아지고 있다. 그 중에서도 전자 섬유(E-textile)는 직물 또는 천과 같은 섬유을 이용한 전자 소자를 의미하며, 플렉서블 전자 소자 보다 한 단계 발전된 차세대 전자 소자 중 하나로 손꼽히고 있다. E-textile 은 플라스틱을 이용한 소자에 비해 뛰어난 유연성을 가지며, 옷과 같이 입을 수 있다는 특징을 가지므로 특히 의학 관련 분야에서 유용하게 적용이 될 것이라 예상한다. 연구 초창기 E-textile의 개념은 섬유가 자체적으로 전도도를 가지는 전도성 섬유(Conducting fibers)을 이용하여 가벼운 공정을 통한 OFET와 같은 소자 제작 연구가 한창 진행되었으며 최근에는 TFT, OLED 등과 같은 전자 소자를 섬유 위에 직접 제작하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 유리 기판을 이용한 소자에 비해 낮은 성능, 제조 공정의 한계를 극복해야 한다는 과제들이 남아 있다. 플렉서블 혹은 웨어러블 전자 소자의 경우, 휘어지는 특성 때문에 평평한 상태가 아닌 휘어진 상태 및 밴딩 횟수에 따른 소자의 성능변화를 확인하는 밴딩 실험을 진행하게 된다. 밴딩 실험을 통하여 기판의 휘어진 상태 및 반경에 따라서 소자의 구조 또한 바뀔 수 있기 때문에 평평한 상태에서의 성능과 비교하였을 때 어떠한 차이가 있으며, 차이가 나는 원인 및 소자의 유연성 정도 등 소자의 밴딩 특성을 확인해 볼 수 있다. 본 논문에서는 활성층이 되는 반도체 물질을 용액 공정이 가능한 TIPS-pentacene을 사용하여 섬유 기판을 이용한 TFT를 제작하였으며, 다양한 밴딩 반경과 휘어진 형태에 따른 소자의 성능 변화를 확인하였다. 제작된 섬유 TFT의 이동도는 0.2 ㎠/V∙s, 전류 점멸비는 1.2 ×107, 동작전압은 4.7 V, 부 문턱전압 기울기는 1.16 V/dec 그리고 Off 상태 전류는 5×10-4㎀/㎛의 성능을 나타내었다. 그리고 29mm부터 7mm 까지 총 6가지의 밴딩 반경 및 채널에 대해 휘어지는 방향이 수평(parallel), 수직(vertical), 인장(tension), 압축(compression) 총 4가지의 형태에서 소자의 성능을 평가하는 파라메터를 확인하였다. 이 중 TFT의 주요 파라메터인 전계 이동도의 변화량는 소자가 압축 형태가 되었을 경우 밴딩 반경이 가장 작은 7mm에서 평평할 때 대비 40% 가량 증가하였으며 소자가 인장 형태가 되었을 경우 밴딩 반경 7mm에서 평평할 때 대비 25% 가량 감소하였다.

자동 ΔVFB 측정장치를 이용한 MNOS구조의 비휘발성 기억특성에 관한 연구

이형옥 광운대학교 1993 국내박사

국문요약 산화막의 두께가 23A이며 질화막의 두께가 각각 53OA, 1000A인 커패 시터형 UNOS 소자를 제작하여 질화막의 두께변화에 따른 전자주입특성,전자방출특성, 기억유지특성』 그리고 열화특성을 비교분석하여 비휘발성 기억소자로의 웅용가능성을 조사하였다. 모든 측정은 자동ΔVFB 측정장치를 설계 및 제작하여 사용하므로써MNOS 기억소자의 비휘발성 기억특성을 비교적 정확하게 측정할 수 있음을 확인하였다. 인가 펄스크기에 대한 플랫밴드전압의 변화가 선형적으로 증가하는 영역(dn=530A; VP≤28V, dn=1000A; Vp≤52V)에서는 전자가 실리콘으로 부터 기억트랩으로 주입되는 산화막 전류가, 포화영역에서는 트랩된 전자의철화막내 이동으로 인한 질화막 전류가 우세하다. 기억트랩밀도는 질화막의 두께가 530A, 1000A인 소자에서 각각2.01 × 10l6 m-3, 1.82 × 10l6 m-s 이고, 이탈진동수는 9.58× 10-s s-1, 1.61 f10-14 5-1 01다. 전자가 주입되는 산화막 전계는 질화막 두께가 530A 인 소자에서4.86× 10" V/m이며, 1000A인 소자에서는 5.17× 10" V/m 로 질화막 두깨가 얇은 소자가 두꺼운 소자보다 낮은 산화막 전계(EoB=9.09 × 108 V/m)에서 플랫벤드전압의 변화량이 포화된다. 산화막 전계에 대한 전자의 산화막 터널확률은 높은 전계에서 보다 낮은전계에서 산화막의 두께 의존성이 크며, 질화막의 비유전율이 클 수록 인가 펄스크기에 대한 터널확률과 플랫밴드전압의 변화량이 현저하게 증가하였다. 전자주입특성에서 포화가 시작되는 전압은 인가 펄스크기와 펄스폭에 크 게 의존하지만 기억트램의 초기 트랩된 전자의 양과는 무관하였고, 펄스크기가 비교적 낮은 영역(dn. 53OA; Vp< 24V, dn= 1000A; Vp<46v) 에서는 질화막 두께에 관계없이 온도 의존성은 나타나지 않았으나, 질화막 두께가 1000A인 소자는 온도(T>8323K)와 펄스크기가 높온 영역에서 포화현상을 나타내다가 Poole-Frenkel전류 성분이 우세함에 따라 플랫밴드전압의변화량이 감소하였다. 소거동작은 트랩되어 있던 전자의 방출이 주도적이나, 실온 이상의 온도영역에서는 실리콘으로 부터 소수캐리어인 정공주입이 동시에 일어나는 것으로 관측되었으며, 기록시보다 103배 이상 긴 펄스폭을 필요로 하였다. 기억유지특성은 전자의 주입조건과 트램된 전자의 유지조건에 관계없이시간이 정과함에 따라 대수함수적으로 감소하였다. 전자주입후 104sec까지 측정한 트랩된 전자의 유지율은 VFB유지인 경우질화막 두께가 530A인 소자에서 93.1%, 1000A인 소자에서 90.05%이며,OV유지인 경우는 각각 78.95%, 73.05%로 질화막 두께에 관계없이 VFb 유지인 상태가 OV로 유지한 상태보다 우수하다. 또한 유지조건에 관계없이질화막 두께가 않은 소자쪽이 두꺼운 소자보다 기억유지특성이 우수하게나타났다. 전자주입 10sec후의 초기감쇠율은 VFB유지인 경우 질화막 두께가 530A인 소자에서 0.025 %/sec, 1000인 소자에서 0.026 %/sec, OV유지인 경우는 질화막 두께에 관계없이 0.2 %/sec 이었다. 트랩된 전자의 감쇠는 질화막 두께에 관계없이 VFB유지인 경우는 게이트를 통한 외부방출이 우세하며, 펄스쪽이 짧고 펄스크기가 낮을 수록 감쇠율이 낮다. 그러나 OV유지에서는 실리콘쪽으로의 역터널링으로 인한 감쇠가 주도적이었으며, 펄스폭이 길고 펄스크기가 높을 수록 감쇠율은 낮다. 온도가 상승함에 따라 트랩된 전자의 유지율은 7%로 감소하여 기억유지 특성이 악화되었으며, 이때 직접터널링으로 인한 감쇠보다 열적여기로 인한 감쇠가 우세하게 나타났다. 고온 바이어스 스트레스회수가 중가함에 따라 인가 펄스크기에 따른 플랫밴드전압의 변화는 질화막의 두께가 530A인 소자에서 7.98V에서 5.09V,1000A인 소자에서 7.80V에서 4.05V로 각각 열화되었으며, 트캡된 전자의유지율은 열화전 초기상태보다 더욱 감소하였다.

표적 IC 칩에 대한 고출력 전자파의 효과도 분석을 위한 진단회로 설계

유민균 서울시립대학교 대학원 2011 국내석사

In this paper, high-power electromagnetic radiation from outside the target when the IC chip on the surface of conductor current and accordingly the organic destruction of electronic equipment malfunctions, turning point has been verified by many studies. The recent rise in the efficiency of electronic equipment in order to speed the processing of data is increasingly becoming more concentrated. These faster data processing speed of the GHz ~ THz is conducted by using a high frequency. Therefore, the internal components of the chip and chip equipment between and among significant interference was unintentional. In this case, the high-power electromagnetic signals coming from outside the line and give a great impact on the chip itself and became more important. Therefore, people from around the world for high-power electromagnetic interference is a lot of research in progress. In contrast, many of these high-power electromagnetic waves to prevent interference by the susceptibility of the study is in progress. However, these studies precisely because of the high-power electromagnetic interference is difficult to analyze. In this paper, therefore outside the intended target on the IC chip when high-power electromagnetic waves incident on the chip to analyze the effect of the new measurement system is proposed. Optical probing of the system used in optical communication systems based on frequency-to-use equipment to measure because no current flows through the induction of the chip, the signal can be analyzed accurately. Laser Diodes (Laser diode) using high-power electromagnetic influence of the extent electrical signals directly to an optical signal and convert it to a photodiode (Photo diode) using a high-power electromagnetic influence of outside the scope of optical signals into electrical signals again to convert. This method has been produced for the laser module, E/O conversion circuit was designed. Designed E/O conversion circuits inside the IC chip input and output coupling, the target coupler and laser modules to operate with a DC voltage to supply external RF signals simultaneously Bias-T was used. The circuit itself to reduce the size of the active components were miniaturized to the size of the circuit. After the diagnostic circuit design Analog switch chip, Digital inverter chip, Low noise amplifier IC chip selected and the three targets were analyzed for high-power electromagnetic waves. Analog switch chip for each of the legs induced by high-power electromagnetic signals were analyzed quantitatively, Digital inverter chip is a distortion of the square wave phenomena and Low noise amplifier gain characteristics of high power electromagnetic waves through a malfunction of the changes and quantitative analysis of these effects could be analyzed. 본 논문에서는 기존에 존재하는 *Optical probing 시스템을 기반으로 새로운 EMC(ElectroMagnetic Compatibility)를 측정하는 새로운 측정 방법을 제안하였다. 고출력 전자파가 외부에서 표적 IC 칩에 방사되었을 때 도체에 표면 전류가 유기되고 이에 따라 전자 장비가 오작동 또는 파괴되는 점은 많은 연구를 통하여 검증되었다. 또 최근에 전자장비의 효율을 상승시키기 위하여 데이터의 처리속도가 점점 높아져 가고 있다. 이러한 빠른 데이터의 처리속도는 수 GHz~THz의 고주파를 사용함으로써 이루어지고 있다. 그렇기 때문에 칩과 칩 사이와 장비의 내부 요소들 사이에 의도하지 않은 간섭이 중요하게 되었다. 이러한 경우에 외부에서 유입되는 고출력 전자파는 신호 라인이나 칩 자체에 큰 영향을 주게 된다. 그렇기 때문에 전 세계 각국에서 사람들은 고출력 전자기파의 간섭에 대하여 많은 연구를 진행하고 있고 반대로 많은 사람들은 이러한 고출력 전자기파에 의한 간섭을 막으려는 전자파 내성에 대한 연구도 진행하고 있다. 그러나 이러한 연구는 고출력 전자기파의 간섭 때문에 정확하게 분석하기가 쉽지 않다. 그렇기 때문에 본 논문에서는 표적 IC 칩에 외부에서 의도한 고출력 전자기파가 입사 되었을 때 칩이 받는 영향에 대해서 분석할 수 있는 새로운 측정 시스템을 제안한다. 이 시스템은 Optical probing 시스템을 기반으로 광통신에 쓰이는 주파수를 사용하기 때문에 측정하려는 장비에 유도전류가 흐르지 않고, 칩의 신호를 정확하게 분석 할 수 있다. 레이져 다이오드(Laser diode)를 사용하여 고출력 전자기파의 영향 범위 안에서 전기 신호를 바로 광 신호로 변환하고, 포토 다이오드(Photo diode)를 이용하여 고출력 전자기파의 영향 범위 외부에서 광 신호를 전기 신호로 다시 변환한다. 이런 방법을 위해 레이져 모듈이 제작되었고, *E/O 변환회로가 설계되었다. 설계된 E/O 변환 회로 내부에는 표적 IC 칩의 입출력을 커플링하는 커플러와 레이져 모듈을 동작시키기 위한 DC 전압과 외부 RF 신호를 동시에 공급하기 위한 Bias-T도 사용되었다. 또 회로 자체의 크기를 줄이기 위하여 능동 소자를 사용하여 회로의 크기를 소형화 하였다. 이러한 진단회로를 설계한 후에 Analog switch chip, Digital inverter chip, Low noise amplifier의 세 가지 표적 IC 칩을 선정하고 고출력 전자파에 대한 영향을 분석하였다. Analog switch chip의 각 다리에 고출력 전자파에 의해 유도되는 신호를 정량적으로 분석 하였으며, Digital inverter chip의 사각파의 왜곡되는 현상과 Low noise amplifier의 이득 특성의 변화를 통하여 고출력 전자파의 오동작과 이러한 영향들을 정량적으로 분석할 수 있었다.

고주파 드라이버 변조 기반 KAERI S-band 고주파 선형 전자가속기의 9 / 6 MeV 이중에너지 구현

이병노 성균관대학교 일반대학원 2014 국내박사

고주파 선형 가속기는 교번하는 전기장을 이용하여 전자 또는 입자를 빛의 속도 혹은 그와 유사한 속도로 가속시키는 장치로, 1924년 스웨덴의 물리학자 Gustav Ising 에 의해 처음 고안되었으며 전자총, 가속관, 고주파 발생 및 전송 시스템, 진공 시스템, 냉각 시스템, 제어 시스템 등 다양한 부분으로 이루어져 있다. 고주파 선형 전자가속기는 일반적으로 하나의 에너지를 발생시킨다. 그러나 전자총 혹은 고주파 발생장치 등을 변조시키면 다중에너지 동시발생이 가능하며 이를 통해 물질의 투과력 차이를 발생시켜 유·무기물의 구별이 가능한 비파괴 검사장비 개발 등 다양한 응용이 가능해진다. 본 논문에서는 고주파 드라이버 변조방식을 이용하여 S-band 고주파 전자가속기의 9 / 6 백만전자볼트(MeV) 이중에너지 구현에관한 연구를 다룬다. 이중에너지 구현에 필요한 고주파 드라이버, 전송계, 가속관 등을 설계 및 제작하고, 최종적으로 구축된 전자가속기를 빔 진단 장치들을 이용하여 이중에너지 구현을 검증하였다. 본 연구를 통해 비파괴검사 및 방사선 치료에 활용될 수 있는 이중에너지 고주파 선형 전자가속기 설계 및 구현을 검증하였다. 연구결과는 향후, 실제크기의 컨테이너 검색 시스템 구축 및 방사선 치료기 개발에 사용될 예정이며, 산업, 국방 및 의료용 고주파 선형전자가속기 개발에 활용 가능할 것으로 기대한다.

경사진 QRD를 이용한 전자파 잔향실 내 전자기장 균일도 향상을 위한 연구

이병준 한양대학교 대학원 2007 국내석사

전자파 장해 및 내성에 대한 테스트를 위해 사용되고 있는, 전자파 잔향실(Reverberation Chamber)의 내부 전자기장 균일도를 높이기 위하여 확산기(Diffuser)를 사용하였다. 기존에는 Schroeder 방식의 QRD(Quadratic Residue Diffuser)를 사용하여 전자기장 균일도를 향상시켰으나 본 논문에서는 경사진 QRD를 사용하여 전자파 잔향실 내의 전자기장 균일도를 향상시켰다. 경사진 QRD의 형태는 전자파가 반사되는 확산기의 반사면을 0°, 11.25°, 22.5°, 33.75°, 45°의 5 단계로 변화시켜 설계하였으며, 각각의 확산기를 전자파 잔향실 내부에 장착하고 각도 변화에 따른 시뮬레이션을 수행하여 전자기장 균일도의 변화에 대해 비교 분석하였다. 전자기장 균일도에 대한 해석은 FDTD(Finite-Difference Time-Domain)수치해석 방식을 이용하여, 2~ 3 GHz 대역에서의 전자파 잔향실 내의 필드 분포 해석을 하였다. 경사각도의 변화와 경사 방향의 전환으로 전자파 잔향실 내의 E_(x),E_(y),E_(z)에 대한 표준편차가 향상되었으며, 전자기장 분포에 있어서도 균일도가 향상되었다. 또한 경사각도가 33.75°, 45°인 경우, 테스트 면의 공차(Tolerance)가 6 dB 이하로 전자파 잔향실로서의 조건을 만족시켰다. The field uniformity inside the reverberation chamber is improved with inclined Quadratic Residue Diffuser sets. An analysis of the field uniformity inside the reverberation chamber for 2~ 3 GHz band was performed by FDTD (Finite-Difference Time-Domain) method. With various angles and orientations of inclined surfaces of the QRDs, the standard deviation of E field components () and the field uniformities are improved.