Study on Diluted Magnetic Semiconductors doped with Mn

Ziyodbek, Yunusov 동국대학교 2018 국내박사

희석 된 자기 반도체 (DMS)는 전자의 전하와 스핀을 동시에 이용하는 새로운 개념을 기반으로하는 스핀 트로닉 (spintronic) 소자에서의 잠재적 인 응용 때문에 집중적 인 관심을 받았다. 산화물 기반의 DMS는 가능한 높은 퀴리 온도 때문에 가장 유망한 후보자이다. 실온보다 높은 퀴리 온도는 전자 장치에서 스핀 분극을 이용하기 위해 중요한다. 현재의 DMS 재료의 주된 단점은 퀴리 온도가 실온 미만이어서 일상적인 응용 분야에서 자기 정렬이 손실된다는 것이다. 예를 들어, Ga1-xMnxAs, Mn 도핑 III-V DMS에 대해 얻은 가장 높은 퀴리 온도는 150K이므로 기존 전자 장치에 포함시킬 수 없다. 이들 도펀트의 도입에 대한 또 다른 주요 문제점은 성장 및 화학적 안정성 중 하나이다. 망간은 GaAs, ZnO, CuO에 낮은 용해도를 가지며 x> 0.1의 큰 농도에서 금속과 같은 전도를 일으킴으로써 반도체 거동을 제거한다. 이러한 맥락에서 DMS의 개념이 등장했습니다. DMS는 몇 퍼센트의 자성 원소 (주로 전이 금속 (TM))가 도핑 된 비 자성 반도체로, 기존 반도체와 쉽게 통합 될 수있을뿐만 아니라 높은 스핀 편극도 기대기대된다. 그러나 그러한 물질의 발견과 이해는 고체 상태 과학에서 굉장한 도전 과제임이 입증되었다. 자기 및 전자 도핑이 모두 요구되고 열적으로 견고한 도펀트 스핀 캐리어 커플 링을 달성하기 위해 자기 도펀트 스핀과 자유 캐리어 간의 상호 작용이 조작되어야하기 때문에 재료 도전은 크다. 최근의 이론적 연구는 자성 이온으로 도핑 된 산화물 반도체 (ZnO와 같은)가 희석 된 자기 반도체 (DMS)임을 예측하였다. DMS에서 자성 이온은 호스트 반도체의 양이온 자리를 대체하고 자유 캐리어에 의해 결합되어 강자성을 일으킨다. 이 연구에서 나는 ZnO, CuO, GaAs와 같은 Mn 도핑 된 전이 금속을 제시하고, 또한 GaMnAs 및 트리 플루오로 에틸렌 P (VDF-TrFE) 멀티 이닉 페로 나노 구조 소자를 이용한 강유전성 폴리 비닐 리덴 플루오 라이드의 개발을 제시한다. 먼저, p 형 실리콘 샘플의 Mn- 도핑 된 강자성 상태가 조사되었다. Si : (Mn, B)의 강자성 상태의 두 가지 유형이 관찰되었다. Mn 농도가 비교적 높은 시료는 실온 이상의 퀴리 온도로 강자성 상태를 나타낸다. 그러나, 이러한 강자성은 MnxBy 강자성 클러스터의 존재에 기인한다. 저온에서 적당한 농도의 Mn을 갖는 샘플은 매개체 인 캐리어 (홀) 온 강자성 상태를 나타낸다. 이 샘플들은 100K 이하의 온도에서 비정상 홀 효과와 퀴리 온도에 가까운 네가티브 자기 저항률 피크를 보여준다. 열 확산율 측정은 적당한 Mn 농도를 갖는 샘플에서 2 차상 전이의 존재를 입증한다. 열확산도 측정으로 결정된 특정 열 임계 지수 α = 0.5는 이러한 샘플에서 자기 교환 상호 작용의 장거리 특성을 확인한다. ZnO 및 CuO 기반의 경우에는 초음파 분무 열분해 시스템을 사용하여 DMS 물질을 성장시켰다. 요구되는 응용에 따르면, ZnO 박막의 증착은 스퍼터링, 반응 증발, 펄스 레이저 증착 및 화학 기술 - 졸 - 겔, chemical bath, 화학 기상 증착, CVD, 초음파 분무 열분해 시스템 (USP) 등라 같이 상이한 물리적 기술에 의해 성공적으로 수행 될 수있다. 이러한 증착 기술 중에서도 USP는 저비용 장비를 사용하여 대 면적 증착을 직접 구현하기 때문에 수년 동안 개선되었다. 또한 투명 도체의 경우, as-grown 필름을 스프레이 할 때 별도의 어닐링 단계가 필요하지 않으며 나노 스케일 제조의 향후 개발을위한 핵심 기술로 간주 될 수 있다. Mg (10 %, 20 %)와 Mn (5 %, 10 %)의 다중 값을 지니고, 이부분적으로 질소 도핑된 ZnMgMnO 초음파 분무 열분해 방법으로성정되였다. Mg 농도의 변화는 XRD 패턴과 PL 스펙트럼에서 처음 보였다. 자기장 및 온도 의존성에 대한 자화는 강자성 및 2 차 위상 전이의 존재를 보여준다. 10 %의 Mg와 5 %의 Mn을 추가로 첨가 한 ZnO의 열확산도 측정은 2 차 상전이의 존재를 나타내는 T ≈ 104 K에서 거꾸로 된 λ 자형 피크를 보여준다. 열확산도 및 비열 측정을 이용하여 Mn 및 Co로 도핑 된 ZnO 박막의 자기 상 변이에 대한 실험 결과는 성의 열 확산 온도 의존성에서 관측 된 반전 된 람다 형 피크가 2 차 이러한 샘플에서 상전이. 비열로부터 유도 된 자기 엔트로피는 자기 정렬에 관련된 자기 이온의 수를 제공합니다. 여러 값의 Mn (1 - 5 %)을 가진 CuMnO와 질소 공동 도핑도 여기에 설명 된 초음파 분무 열분해 법으로 성장시켰다. 획득 된 SQUID 측정은 Mn 샘플로 도핑 된 5 %에서 300K에서의 강자성 거동을 보여준다. XRD 패턴은 CuO 구조에 상응하는 [110] 및 [111] 방향에서 강한 피크를 나타내며 XRD 검출 한계로 인해 다른 침전물이 발견되지 않았다. 트라이 플루오로 에틸렌 P (VDF-TrFE) 다중 구조 나노 구조를 갖는 강자성 반도체 GaMnAs 및 강유전성 폴리 비닐 리덴 플루오 라이드의 퀴리 온도에 대한 전계 효과가 조사되었다. GaMnAs 층의 퀴리 온도는 제로 자기장에서의 저항률의 온도 의존성과 비정상적인 홀 효과 측정으로부터 결정되었다. 강유전성 게이트에 인가 된 다른 극성의 전기장 전위 하에서는 GaMnAs의 퀴리 온도의 이동이 관찰되었다. TC의 변화는 게이트 전계에 의해 유도 된 강자성 층의 정공 농도의 변화에 기인한다. Diluted magnetic semiconductors (DMSs) have received intensive attention because of their potential applications in spintronic devices, which are based on novel concepts utilizing both the charge and spin of the electron. Oxide based DMSs are the most promising candidates owing to their possible high Curie temperature. A Curie temperature that is above room temperature is crucial in order to exploit spin polarization in electronic devices. The main disadvantage of current DMS materials is that their Curie temperatures are below room temperature and result in a loss of magnetic ordering in everyday applications. For example, the highest Curie temperature obtained for Ga1-xMnxAs, a Mn-doped III-V DMS, is 150 K, rendering it unfeasible for inclusion in existing electronics. Another key issue with the introduction of these dopants is one of growth and chemical stability. Manganese has a low solubility in GaAs, ZnO, CuO and at large concentrations, x > 0.1, results in metallic-like conduction, eliminating the semiconducting behaviour. It was in this context that the concept of DMS emerged. DMSs are non-magnetic semiconductors doped with a few percent of magnetic elements, usually transition metals (TM), and are expected to be not only easily integrable with existing semiconductors but also highly spin-polarized. However, the discovery and understanding of such materials are proving to be a grand challenge in solid state science. The materials challenge is great because both magnetic and electronic doping is required, and the interaction between magnetic dopant spins and free carriers must be engineered to achieve thermally robust dopant spin carrier coupling. Recently theoretical works predict that oxide semiconductors (e.g. ZnO) doped with magnetic ions are diluted magnetic semiconductors (DMS). In DMS magnetic ions substitute cation sites of the host semiconductor and are coupled by free carriers resulting in ferromagnetism. In this work I present Mn-doped transition metals, like ZnO, CuO, GaAs, and also the exploitation of GaMnAs and ferroelectric polyvinylidene fluoride with trifluoroethylene P(VDF-TrFE) multiferroic nanostructure device. At first, the ferromagnetic states in Mn-doped of p-type silicon samples were investigated. Two different types of ferromagnetic states in Si: (Mn,B) have been observed. The samples with a relatively high concentration of Mn reveal the ferromagnetic state with the Curie temperature above room temperature. However, this ferromagnetism is due to existence of MnxBy ferromagnetic clusters. The samples with a moderate concentration of Mn at low temperatures reveal the ferromagnetic state which is the carriers (holes) mediated. These samples demonstrate the Anomalous Hall effect at temperatures below 100 K and the negative magneto-resistivity peak close to the Curie temperature. The thermal diffusivity measurement demonstrates the existence of a second order phase transition in the samples with moderate Mn concentration. The specific heat critical exponent α = 0.5, determined from the thermal diffusivity measurements, confirms the long-range nature of the magnetic exchange interaction in these samples. In case of ZnO- and CuO-based DMS materials were grown using Ultrasonic Spray Pyrolysis system. According to the required application, the deposition of ZnO thin films can be done successfully by different physical techniques, as is the case of sputtering, reactive evaporation, pulsed laser deposition, and chemical techniques—sol-gel, chemical bath, chemical vapor deposition (CVD), and Ultrasonic Spray Pyrolysis System (USP). Among these deposition techniques, USP has been refined over the years due to the direct implementation of large area deposition using low cost equipment. Additionally, for transparent conductors, sprayed as-grown films do not require an extra annealing step and it can also be considered as a key technique for future developments in nanoscale manufacturing. ZnMgMnO with multiple values of Mg (10%, 20%) and Mn (5%, 10%) and also partially doped with nitrogen grown by the Ultrasonic Spray Pyrolysis method demonstrated here. The altering in Mg concentration was first seen in XRD patterns and PL spectrum. The Magnetization on the magnetic field and temperature dependencies show the presence of ferromagnetism and second order phase transition. The thermal diffusivity measurement of ZnO with 10% of Mg and 5% of Mn additionally doped with N, shows the inverted λ-shaped peak at T ≈ 104 K indicative of the existence of a second-order phase transition. The results on experimental study of magnetic phase transitions in ZnO thin films doped by Mn and Co by using the thermal diffusivity and specific heat measurements here are inverted lambda-shaped peaks observed in the temperature dependencies of the thermal diffusivity demonstrate the existence of the second order phase transitions in these samples. The magnetic entropy derived from the specific heat gives the number of magnetic ions involved in the magnetic ordering. CuMnO with multiple values of Mn (1 – 5%) and also with nitrogen co-doping also were grown by the Ultrasonic Spray Pyrolysis method demonstrated here. Obtained SQUID measurements show ferromagnetic behaviour at 300K in 5% doped with Mn samples. XRD patterns show strong peaks at [110] and [111] directions corresponding to CuO structure and no other precipitates were found due to XRD detection limit. The electric-field effect on the Curie temperature of the ferromagnetic semiconductor GaMnAs and ferroelectric polyvinylidene fluoride with trifluoroethylene P(VDF-TrFE) multiferroic nanostructures have been investigated. The Curie temperatures of GaMnAs layers were determined from the temperature dependencies of the resistivity at zero magnetic field and the anomalous Hall Effect measurements. Under the electric-field potential with different polarities applied to the ferroelectric gate the shift of the Curie temperature in GaMnAs has been observed. The shift of TC is due to the variation of the hole concentration in the ferromagnetic layer induced by the gate electric field.

DMS 모델을 이용한 단독어 인식에 관한 연구

변용규 광운대학교 1991 국내박사

국문요약 본 연구는 단독어의 음성 인식을 위한 표준 패턴으로, 단어 패턴 중 유사한 특성의 정보를 이용해 모델화한 DMS(Dynamic Multi-Section)모델을 제안한다. 이 모델은 각각의 단어를 몇 개 구간(section)의 시계열로 분할하고, 각각의 구간 모두에 지속 시간 정보와 구간을 대표하는 특징벡터를 구간의 정보로 등록해 둔 것으로, 단어 패턴에서 모델을 작성하는 절차는, 지속 시간의 정보를 직접 반영하면서 단어 패턴과 모델과의 매칭을 반복하여 매칭에 의한 누적 거리가 최소로 되도록 하는 것이다. 이 모델을 이용하여 화자 독립의 단독어 인식 실험을 수행하는데, 인식 대상어로는 전국의 146개 DDD지역명을 선정하였으며, 특징 파라메터로는 12차 LPC?스트럼(cepstrum)계수를 사용하였다. 본 연구에서 제안한 모델에 의한 인식 실험을 수행하는 것 이외에도 비교를 위하여 DP방법, HMM방법 및 MSVQ방법에 의한 음성인식 실험을 같은 조건하에서 같은 데이터로 수행하였다. 또한, 본 연구에서 제안하는 DMS모델을 이용한 음성 인식시에도 DMS/DP방법에 의한 인식 및 DMS/VQ방법에 의한 인식 실험을 수행하여 비교하였다. 실험 결과, DP에 의한 인식률은 93.4%이고, HMM에 의한 인식률은 91.6%이며, MSVQ에 의한 인식률은 89.3%이다. 또한 DMS모델을 이용한 DMS/DP에 의한 인식률은 95.8%이고, DMS/VQ에 의한 인식률은 96.8%이다. 그러므로, DMS모델을 이용한 DMS/VQ방법에 의한 인식이 일반적으로 많이 이용되고 있는 DP방법이나 HMM방법 및 MSVQ방법과 비교해 볼 때 인식률도 가장 우수하며, 기억 용량 및 계산량도 감소되어, 본 연구에서 제안하는 DMS모델의 유용성이 입증되었다.

데이타 베이스 보안을 위한 KEY-LOCK 페어 메카니즘 구현 : DMS-1100을 중심으로

김선수 崇實大學校 産業大學院 1989 국내석사

펄스레이저 증착법으로 제작한 (In - Sn Cr )₂O₃박막의 스핀 물성

지성화 忠南大學校 2005 국내석사

Diluted magnetic semiconductor (DMS) are materials of much attention because their promising potential for spin electronics or spintronics.1 A key technology in DMS for practical device applications is how to promote the Curie temperature, being well above room temperature. Various researches have accomplished to overcome this problems.2 S.J. Pearton et al.3 reported that wide bandgap semiconductors are the most promising for achieving high Curie temperature. The laser system was operated at 5 Hz, which focused though a 50 cm focal length lens onto a rotating target at a 45 degree angle of incidence. The laser spot size at the target surface was ~ 0.03 ㎠, which resulted in a fluence of ~ 5 J/㎠ on the target. The substrate was located at a distance of 4.5 cm. The base pressure was 3 × 10^(-6) Torr and deposition time was 40 min. The substrate temperature and the oxygen pressure were fixed at 400 ºC and 100 mtorr, respectively. The thicknesses of the deposited films were 800 nm - 1000 nm. Room-temperature ferromagnetism is observed in indium tin oxide (ITO) by Cr doping. Pure (In_(0.95)Sn_(0.05))₂O₃ [ITO] and 5 mol% Cr-doped (In_(0.90)Sn_(0.05)Cr_(0.05))₂O₃ [ITO:Cr] films are grown on SiO₂(200nm) /Si(100) substrates by pulsed laser deposition at substrate temperature of 400℃ in an oxygen pressure of 100 mtorr, using sintered targets synthesized by standard solid-state reaction method. They are carefully examined by x-ray diffraction, transmission electron microscopy, and magnetic and transport measurements. Structural analysis indicates that (100)-oriented ITO:Cr films of bixbyite structure are grown without any detectable formation of secondary phases. The magnetic measurements for ITO:Cr clearly establish the presence of ferromagnetic ordering with a Curie temperature above room temperature and a saturation magnetization of ~0.7 emu/㎤ at 300K, while pure ITO shows diamagnetism. The ITO:Cr films exhibit n-type semiconduction character with an electron concentration of 1.22×1020 cm-3 and a resistivity of 1.45×10^(-2) Ωcm at 300K. It was found that the film exhibited ferromagnetism with optical band gap of ~3.45 eV, which observed n-type semiconductor character with an electron concentration of 1.22×10^(20) cm^(-3) at room temperature. The magnetoresistance behavior observed can be explained in terms of weak localization, s-d exchange coupling between the conducting carrier and localized spins of Cr ions, and spin-disorder scattering.

Alignment and optical switching of liquid crystals sandwiched between ion-beam spurted graphene oxide, DMS/PEDOT:PSS and GQDs/PEDOT:PSS thin layers

Liu, Yang Graduate School, Yonsei University 2017 국내박사

전기 광학적 특성은 고품질 액정 디스플레이 (liquid crystal display) 제작에서 매우 중요하다. 특히 이온빔 (ion beam) 조사 방법은 액정의 앵커링 에너지 (anchoring energy)를 향상 시키는데 매우 효율적이다. 본 논문에서는 이온빔을 조사한 Graphene oxide (GO) 과 Graphene quantum dot, dimethyl sulfate (DMS)를 도핑한 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) 그리고 (GQD)을 도핑한 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS)을 배향막으로 하는 액정셀을 제작하여 액정 분자의 배향 상태와 전기 광학적 특성을 확인하였다. 첫째, 이온빔 조사한 Graphene oxide 를 배향막으로 하여 액정 배향을 확인 하였다. 수평 (homogeneous) 액정 배향 상태를 확인 할 수 있었고, 이온빔 조사 각도에 따라 배향 상태가 달라짐을 확인 할 수 있었다. 이온빔 조사각도 45도 에서 프리틸트각 (pretilt angle)과 앵커링 에너지를 통해 안정적이고 균일한 수평 액정 배향 상태를 확인 할 수 있었다. 전압 인가시 Graphene oxide 배향막에 전기장 집중 효과로 인해 낮은 인가 전압에도 액정분자가 동작 하는 것을 확인 할 수 있었고, 기존 polyimide 배향막과 비교하여 매우 빠른 응답속도를 보여주는 것을 확인 할 수 있었다. 둘째, 이온빔 조사한 DMS/PEDOT:PSS 배향막을 이용하여 액정 분자의 정렬과 전기 광학적 특성 향상을 확인 하였다. 전도 특성 증가와 함께 앵커링 에너지의 증가를 확인 할 수 있었다. 기존의 polyimide 배향막과 비교 하여 3keV의 이온빔 세기로 조사된 DMS/PEDOT:PSS 배향막은 응답속도에서 38% 향상되고, 93% 낮아진 잔류 전하 (residual directcurrent) 특성을 보여주었다. 이는 집중된 전기장 특성과 전화 풀림(charge-releasing) 이 효율적으로 이루어 졌기 때문으로 보여진다. 마지막으로, GQD이 도핑된 PEDOT:PSS를 이온빔 조사하여 배향막으로 사용 하였다. 수평 배향 특성을 보여 주었고, GQD와 이온빔 세기에 따라 특성이 변화는 것을 확인 할 수 있었다. GQD에 의해 전자 수송 특성이 향상 되었기 때문에 매우 뛰어난 잔류 전하 특성을 확인 할 수 있었다. 위에서 언급된 세가지 재료들은 뛰어난 전기광학특성으로 인하여 고품질의 액정 디스플레이를 구현하기 위한 배향막으로써 큰 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다. The electro-optic (EO) performances of liquid crystals (LC) sandwiched between substrates coated with alignment layers are significant essential for liquid crystal (LC) devices, and ion beam (IB) spurting among a large amount of LC alignment methods is effective to enhance the anchoring energy of the liquid crystals. In this manuscript, the alignment and the E-O performances of LC sandwiched between IB spurted graphene oxide (GO) thin layers, graphene quantum dots (GQDs) doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) thin layers, and dimethyl sulfate (DMS) doped PEDOT:PSS thin layers are investigated. Firstly, GO thin layers were utilized to align LC via an IB-spurting pre-treatment process. LCs were homogeneously aligned between sandwiched GO thin layers, and the alignment of LCs was found to be sensitive to IB spurting direction. GO thin layers spurted by IB with an incident angle of 45o was most effective to generate most uniform and stable LC alignment as indicted by corresponding pre-tilt angle and anchoring energy. Competitive E-O switching properties of the cell equipped with GO alignment layers were obtained because the concentrated electric field was strong enough to polarize the LC at a comparatively lower driving voltage. The strong anchoring of LC on IB spurted GO thin layers also contributes to the LC's faster response both in the rise time and the decay time. Secondly, IB-spurted DMS/PEDOT:PSS thin layers with improved E-O performance are presented for aligning liquid crystals. IB spurting is effective for enhancing the conductivity of such layers, as well as the anchoring energy of the liquid crystals sandwiched between them. Compared with a commercial twisted-nematic cell assembled with polyimide alignment layers, the same cell assembled with 3.0-keV IB-spurted DMS/PEDOT:PSS alignment layers shows a 38% faster switching and a 93% lower residual directcurrent. The improved E-O performance here is likely due to the enhanced electric field effect and the charge-releasing ability of thin IB-spurted DMS/PEDOT:PSS layers. Finally, GQDs-doped PEDOT:PSS composite layers were utilized to align LCs via an IB-spurting pre-treatment process. LCs were homogeneously aligned between sandwiched GQDs/PEDOT:PSS composite thin layers, and the alignment of LCs was found to be affected by both the quantity of doped GQDs and IB spurting intensity. Competitive E-O switching properties and non-residual DC performance of the cell equipped with GQDs/PEDOT:PSS composite alignment layers were obtained because of the enhanced field effect and charge transport induced by doped GQDs. Notably, using IB spurted GO thin layers, GQDs/PEDOT:PSS layers and GQDs/PEDOT:PSS layers as alignment layers for next generation high-performance LCD is promising.

Direct Multiple-Shooting 기법을 이용한 헬리콥터 비행 제어기 설계

이정환 건국대학교 대학원 2009 국내석사

본 논문에서는 헬리콥터 모델에 최적 제어이론을 적용하여, 헬리콥터가 갖는 다양한 비행 기동 속성을 이용한 비행제어기 설계를 연구 하였다. 본 연구에서는 헬리콥터 비행제어기 설계를 위한 개별 알고리즘 연구에 초점을 맞추었다. 헬리콥터의 다양한 기동 비행 문제를 최적제어 문제로 정식화하여 Direct multiple-shooting(DMS) 기법을 적용하여 문제를 해석하였다. DMS기법은 제어변수, 상태변수의 파라미터화, 이산화를 통하여 비선형 프로그래밍 문제(NLP)를 풀이하는 기법으로, 시스템이 갖는 제약조건을 쉽게 다룰 수 있으며, 다른 기법들과 비교 시, 넓은 수렴구간을 갖기 때문에 비행제어기 설계와 같은 일반적인 최적제어 문제를 해석하는데 이용되고 있다. 비선형 프로그래밍 문제는 미분과 Hessian matrix의 효율적인 계산을 위하여 matrix exponential을 이용하여 해석하였다. 일반적으로, DMS기법은 비선형모델의 최적제어 문제를 풀기위한 방법으로, 본 논문에서는 선형 모델을 이용하여 추후 비선형모델로의 확장을 목표로 연구를 진행하고 있다. 본 연구에서는 헬리콥터의 제자리 비행 상태에서의 bop-up, sidestep 기동과 전진 방향의 속도가 주어졌을 시 hurdle hop, turn, slalom 그리고 가속, 감속 기동을 최적제어 문제로서 정식화하여 해석 하였다. 해석된 기동의 속성을 통하여 본 제어방법의 계산 알고리즘의 타당한 검증과 헬리콥터 모델을 적용한 비행 제어기 설계에 효과적으로 적용될 수 있음을 파악하였다. The purpose of this paper is to design flight controller using the various flight maneuver control properties of helicopter with direct multiple-shooting method of optimal control theory. Ultimately this study focused on each algorithm research to design helicopter flight controller. The problems are transformed into nonlinear problems and solved direct multiple-shooting technique. That is, this paper deals with the direct multiple-shooting technique to resolve nonlinear optimal control problem. This technique is preferred for nonlinear optimal control analysis because handling constraints is easy and it has large convergence radius compared to other strategies. When parameterized with piecewise constant controls, the problems become most effectively tractable because the search direction is easily estimated by solving the structured Karush-Kuhn-Tucker system. However, generally the computation of functions, gradients, and Hessian matrices has considerably time-consuming for complex system such as helicopter. This approximated a solution with matrix exponential to deal effectively with these points. Generally, DMS method is way to solve the problem with nonlinear model. But this paper made progressed with linear model before nonlinear model because these progresses are of help to verify each algorithm. Also this research with nonlinear model is now under-way. The proposed method of this study is applied to the trajectory tracking problems of various maneuver like bob up, sidestep in hover state and hurdle hop, slalom, transient turn, acceleration and deceleration with forward speed of helicopter. This applications show the present approach can be used to solve critical areas of helicopter flight dynamics problems.

PEMBE를 이용하여 성장된 강자성(Ga,Mn)N 박막의 특성 연구

허광수 연세대학교 대학원 2003 국내석사

현재 Si나 GaAs 등을 재료로 사용하는 반도체의 한계를 극복하기 위하여 전자의 전하와 스핀을 동시에 제어하여 이용하는 스핀트로닉스의 개념이 도입되었다. 이러한 스핀트로닉스의 응용에 중요한 강자성 물질로 초기에는 금속 강자성체를 사용하였으나, 이 경우 기존의 반도체와의 계면 불일치로 인하여 여러 가지 문제들이 발생하게 되었다. 따라서 이에 대한 대안으로 기존의 반도체에 전이금속을 첨가하여 강자성을 나타나게 하는 DMS(diluted magnetic semiconductor)에 관심을 가지게 되었다. DMS를 이용하면 기존 반도체와의 계면 불일치로 인한 문제는 다소 해결할 수 있으나 DMS의 큐리 온도(Curie temperature, TC)가 낮다는 치명적인 문제점이 있다. 이에 본 논문에서는 비 평형상태에서 박막성장이 가능한 PEMBE를 이용하여 III-V족 화합물 반도체인 GaN에 전이금속인 Mn을 첨가하여 상온 이상에서 강자성 특성을 나타내는 (Ga,Mn)N DMS 박막을 제작하고자 하였다. 2 ㎛ 두께의 GaN template 위에 Ga effusion cell 온도와 N_2 flow rate를 고정시키고, 플라즈마 파워와 Mn effusion cell 온도를 각각 250 W - 400 W와 570 ℃ - 800 ℃의 범위 내에서 변화시키면서 750 ℃의 온도에서 성장하였다. 또한, 사파이어 (0001) 기판 위에 200 Å 두께의 GaN 버퍼층을 성장하고 Mn effusion cell 온도를 변화시켜 가며 (Ga,Mn)N 박막을 성장하였다. 성장 온도가 박막 중 Mn의 농도에 미치는 영향을 고려하기 위하여, 성장 온도를 저온에서 유지하며 박막을 성장하여 비교하였다. 이러한 기판, 플라즈마 파워, Mn flux, 성장 온도가 박막의 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여, XRD, surface profiler, SEM, AGM, SQUID, PPMS 측정을 하였다. 본 연구에서는 SIMS 분석 및 x-선 회절 분석을 통하여 PEMBE로 성장한 (Ga,Mn)N 박막에서는 제 2 상의 생성 없이, 박막 내에 Mn이 균일하게 분포된다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, x-선 회절 패턴의 이동을 통하여 Mn이 Ga을 효과적으로 치환하고 있음을 확인할 수 있었다. AGM 분석 결과는 성장된 (Ga,Mn)N 박막이 상온에서 ferromagnetic ordering을 갖는다는 사실을 확인시켜 주었다. 또한, 박막의 자기적 특성이 박막 내의 Mn 농도에 의존한다는 사실을 확인하였다. SQUID에 의해 측정된 (Ga,Mn)N DMS 박막의 M-T 곡선을 통하여 박막의 TC가 550 - 700 ℃인 것을 예측할 수 있었다. GaN 버퍼층을 도입하여 사파이어 (0001) 기판 위에 직접 성장시킨 (Ga,Mn)N 박막의 경우에도 상온에서 강자성 특성이 나타났으며, Mn의 농도에 비례하여 포화자화(M_s)값이 증가하였다. 박막 내에 Mn의 농도가 증가하여 Mn이 Ga을 치환할수록 박막의 격자상수가 증가되는 것이 x-선 회절 분석을 통해 관찰되었다. 성장 온도를 낮추어 비평형 상태의 성장을 촉진시켜 Mn의 농도를 증가시킨 박막의 경우 고온에서 성장된 박막에 비하여 약 1.5 배정도 큰 M_s 값을 나타내었다. In recent years, there is much interest in the science and technological applications of spin-electronics (or spintronics), where both spin and charge of electron can be used to enhance the performance and provide new functionality of devices such as spin transistor, magnetic random access memory, and quantum computer. Although ferromagnetic metals were used as spin injecting contacts in the early stage of development, it was difficult to achieve practical applications in spintronics due to the problems resulting from the mismatch between semiconductors and ferromagnetic metals. In order to replace this ferromagnetic metals with semiconductors, the research of ferromagnetic diluted magnetic semiconductors(DMSs) has been performed. It is very important to obtain the Curie temperature (TC) of DMSs exceeding room temperature for practical device applications. Last decade, II-VI and III-V DMSs systems have been studied, but exhibit the practical limit of low Curie temperatures (TC) for spintronics, i.e., ∼110 K for (Ga,Mn)As, ∼35 K for (In,Mn)As and ∼116 K for MnGe. Wide bandgap semiconductors are of particular importance with respect to Curie temperature, since Dietl et al. predicted on the basis of the mean-field Zener model of ferromagnetism that TC of GaN and ZnO can be higher than room temperature. In the basis of this theory, recently, p-type (Ga,Mn)N and n-type (Ga,Mn)N DMSs with TC exceeding room temperature have been reported in several groups. In this study, the room temperature ferromagnetism and structural, electrical properties were discussed in the epitaxial (Ga,Mn)N films on GaN template and sapphire substrate with different Mn concentrations grown by plasmaenhanced molecular beam epitaxy (PEMBE). The low temperature growth characteristics of (Ga,Mn)N films were also investigated. The epitaxial (Ga,Mn)N films were found to exhibit n-type conductivity, ferromagnetic ordering with TC exceeding room temperature. The films grown on GaN template exhibited the saturation magnetization (M_s) of 0.3 - 1.9 emu/cm^3, negative MR in the temperature range 4-300 K. The TC of the films calculated by mean field theory was in the range of 550 - 700 ℃. In the case of the films grown on sapphire substrate, it was observed that the M_s increased from 1.3 to 2.0 emu/cm^3 and the lattice constant expanded as Mn effusion cell temperature increased. The III-V flux ratio closed to one when the growth temperature and Ga effusion cell temperature were 550 and 970 ℃, respectively. As Ga effusion cell temperature increased, Mn concentration in the films decreased due to the competition of Ga and Mn, which resulted in the improvement of magnetic properties of the films. The (Ga,Mn)N films grown at 550 ℃ exhibited 1.5 times higher M_s value than the films grown at 750 ℃.

DMS (Zn,Mn)Te 단결정 박막 및 양자우물의 성장과 특성 분석

유영문 충남대학교 대학원 2002 국내박사

ZnTe epilayers were grown under the optimum condition by hot-wall epitaxy and the photoluminescence(PL) characteristics at 10 to 300 K were studied. The near band excitonic emissions were clearly separated and they were very sharp. Y-band and oxygen bound exciton peaks were much weaker. The light hole (LH) free exciton emissions of the ground state and the first excited state were observed. And the low temperature doublet of the heavy hole (HH) free exciton was also observed. From the splitting energy between the ground and the first-excited LH excitonic peak, the exciten binding energy is found to be 12.7 meV and the effective mass to be 0.095 m_(0). From the temperature dependence of the free exciton peak, the temperature dependence of ZnTe epilayer is found with the energy gap 2.278 eV at room temperature. The activation energy of the thermal quenching of the PL intensity reveals that the free exciton is dissociated into the conduction band. The FWHM shows that the LO phonon interaction is dominant at high temperatures. For the bound exciton, the binding energy is found to be 4.9 meV and the two step quenching mechanism bound-exciton to free-excitoii at low temperature and bound exciton to the conduction band at high temperature was observed. Deep level emissions such as Y-band and oxygen-bound emission are also studied. Zn_(1-x),Mn_(x)Te epilayers have been grown on GaAs(100) by hot wall epitaxy. Mn composition in films was studied as a function of vapor pressure of Mn and ZnTe. X-ray diffraction revealed that all Zn_(1-x),Mn_(x)Te films had a zincblende structure and it was observed from high resolution x-ray diffraction spectra that the crystal quality got worse with increasing Mn composition. Mn composition was determined with Rutherford back scattering and energy dispersive x-ray spectroscopy and the relation of Mn composition and lattice constant was found. With no magnetic field, the PL spectra at 10 K showed that the intra-Mn^(2+) transition at 2.0 eV was dominant and that it weakly shifted to the higher energy with increasing Mn composition. The temperature- and excitation-dependence of the PL showed that the near band edge emission was excitonic and the low energy side peak was found to be a donor-acceptor pair transition. It was found that the excitonic emission peak energy linearly increased with Mn composition. ZnTe/ZnMnTe single quantum well of high quality was grown by hot-wall epitaxy, in which ZnMnTe layer was used as a barrier. It was found that ZnTe well layer was under severe strain. Very sharp luminescent peak of the LH exciton (el-lhl) and weak peak of the HH exciton (el-hhl) were observed from the PL measurement. As the well layer thickness increases, the peaks associated with excitons of (el-hhl) and (el-lhl) were shifted toward the lower energy side. The temperature dependence of the PL peak intensity was explained by the thermal activation theory. From the temperature dependence of the PL study at 5 to 30 K, the exciton magnetic polaron formation is demonstrated in ZnTe/ZnMnTe single quantum wells thinner than 3 nm. And the temperature dependence of exciton magnetic polaron energy was determined from the pico- second time-resolved PL study.

선택적 다중이온 질량분석기(SIFT-MS)를 응용한 해양 기원의 휘발성 유기 황 화합물의 분석법

박정은 고려대학교 대학원 2021 국내석사

해양 기원 디메틸 설파이드(Dimethyl sulfide, DMS)는 휘발성 유기 황화합물로 전지구적 황순환에 기여할 뿐만 아니라 대기의 광화학적 반응을 통해 기후에 영향을 줄 수 있다. 미량 가스로 존재하는 DMS의 양을 빠르고 정확하게 정량화 하는 것은 기후에 어떤 영향을 주는지 파악할 수 있기 때문에 빠른 정량 분석을 위한 선행 연구로 P&T-기체 크로마토그래피, 막 도입 질량 분석법, 양성자 전이 반응 질량 분석법 등 다양한 연구가 진행되어왔다. 가장 대중적으로 사용하는 가스 크로마토그래피의 분석법은 분석 전 장비의 안정화와 시료 1개의 분석시간에 긴 시간이 소요됐다 (~≥1시간). 선택적 다중 이온 질량 분석기를 응용하여 황 화합물 분석법을 통해 낮은 에너지 준위와 cooling gas를 이용한 반응물 이온의 안정화라는 장점으로 DMS표준 가스를 높은 정확성(약 99%, range: 0.2~100 ppbv)과 낮은 오차(~〈 5% )로 실시간 정량을 할 수 있었다. 20 nM DMSP-Cl 표준 액체시료 5 mL의 실험을 통해 적절한 가스유량(200 mL min-1 N2)을 제시하였다. 이를 통해 10분 안에 86%의 회수율과 1.79% 이하의 낮은 오차 및 유량에 따른 압력에 변화가 없음(~≤2 mTorr)을 확인할 수 있었다. 저농도(1 nM-2 nM) 표준 시료를 활용하여 적합한 시료의 양을 제시하였다. 10 mL의 시료 양일 때 5%미만의 오차와 89%의 회수율을 얻을 수 있었고, 고농도의 경우 10분 안에 94%의 회수율을 얻을 수 있었다. 다만 저농도 시료 용량에 대한 회수율 실험은 본 연구에 사용된 수분 제거 필터 외의 추가적인 보강을 통해 수분 간섭을 제어하기 위한 실험이 진행되어야 할 것으로 생각한다.

GaMnAs / GaAs 접합의 터널링 비등방 자기저항 연구

정상균 세종대학교 대학원 2008 국내석사

We have fabricated epitaxial p-n and p-i-n diode structures, containing a single (Ga,Mn)As layer with 3% Mn concentration, by molecular beam epitaxy. For vertical transport measurements, the samples were patterned into mesa structures by using standard photolithography. Low temperature magnetoresistance showed strong bias voltage dependence, even including sign-changes. The magnetoresistance seems to originate from inherent in-plane magnetic anisotropy and spin-orbit interaction of (Ga,Mn)As, called tunneling anisotropic magnetoresistance. The bias voltage dependence is (partly) in accord with theoretical calculations based on a coherent tunneling model. 자성과 반도체의 특성을 동시에 가진 자성반도체로, DMS는 반도체 소자에 효율적인 스핀 주입과 반도체로만 구성된 스핀 소자에 대한 가능성을 보여주었다. 본 연구에서는 DMS 가운데 III-V 반도체인 GaAs에 소량의 Mn을 넣어 만든 (Ga,Mn)As를 p-type 반도체로 사용하여 다이오드 접합을 제작하였고, 외부에서 수직으로 자기장을 인가하여 자기저항을 측정하였다. 시료는 p-type/n-type의 p-n 구조와 p-type/insulator/n-type의 p-i-n 구조이며 LT-MBE로 GaAs 웨이퍼에 epitaxial하게 성장시켰다. (Ga,Mn)As의 전이 온도는 SQUID로 자성을 측정하여 얻었다. 시료들은 포토 리소그래피로 디스크 형태의 마스크로부터 20 ㎛ 크기의 패턴을 만들었고 습식식각 방법으로 원기둥 형태로 깎아내었다. Contact pad는 Ti/Au를 증착하고 lift-off layer 방법으로 만들었는데 p-type과 n-type 박막 사이의 diffusion이나 annealing 효과를 막기 위해 열처리는 하지 않았다. 상온과 저온 I-V Characteristic에서 Esaki Diode의 NDR 특성은 보이지 않았으나 single magnetic layer (Ga,Mn)As에 의한 자기 저항 현상을 보았고, 저온(T=15 K)에서부터 (Ga,Mn)As 전이 온도까지의 자기 저항을 측정하여 (Ga,Mn)As의 강자성에 의해 일어난 현상임을 확인하였다. 자기저항은 바이어스에 따라 대칭적이지 않은 모습으로 측정되었는데, 이러한 결과는 coherent tunneling model로 설명되었다.