Time-domain Detection of Surface Charge Variation in Nano-scale Devices
나노 소자 표면의 전하 변화를 시간영역에서 감지하는 방법에 관한 연구
- 주제(키워드) Time-domain , nanowire , RF , Microwave
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 황성우
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위구분 박사
- 학과 일반대학원 전자컴퓨터공학과
- 세부전공 마이크로시스템 및 반도체
- 원문페이지 78 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000024660
- 본문언어 영어
- 제출원본 000045641276
초록/요약
This thesis explains the newly developed time-domain detection technique of surface charge dynamics in various nano-devices and their experimental results. The time-domain detection is basically monitoring of real-time current variation due to gate pulses with different amplitudes and frequencies. In addition to the real-time monitoring, a method of using the time-averaged current (the first Fourier component) is also shown to be effective to probe various charge dynamics occurring in the devices. Our technique is applied to measure the frequency dependent characteristics of an in-plane gate field effect transistor (FET) fabricated from a GaAs/AlGaAs wafer and carbon nanotube (CNT) FETs. The characteristic frequencies of the surface traps and bulk deep levels were obtained by fitting the time-averaged current of the in-plane-gate FET, and the fitting results are shown to be consistent with the degradation of the real-time signals. The similar measurement on the CNTFET successfully revealed the relaxation of water molecules adsorbed on CNT surface. The three relaxation times obtained from our measurement are attributed to the relaxation time of individual water molecule, collection of water molecules, and possibly oxygen molecules.
more초록/요약
본 논문은 나노 소자의 전류 변화를 시간영역에서 측정하는 방법과 이를 이용한 실험 결과에 대하여 설명하고 있다. 시간영역에서 전류 변화를 확인하기 위해서는, 신호의 손실을 최대한 줄이고 신호의 왜곡 없이 증폭하는 작업이 매우 중요하다. 50  impedance matching을 위해 substrate와 PCB 마운트에 coplanar wave guide(CPW) 구조가 적용되었다. 시간영역에서 나노 소자의 전류 측정방법은 오실로스코프를 이용한 실시간 전류 측정과 Loss pass 필터를 통과한 DC성분을 측정하는 평균 전류 측정법으로 나뉜다. 두 측정법을 검증하기 위해 저항과 MOSFET를 이용한 실험을 진행하였으며, 이를 통해 측정법을 검증하고, 시간영역 전류 측정의 핵심 역할을 하는 current amplifier의 특징을 확인할 수 있었다. 우선, GaAs/AlGaAs 기반의 in-plane gate 전계효과 트랜지스터를 이용하여 시간영역에서의 전류 측정을 수행하였다. 소자의 게이트에 연속된 pulse를 DC bias와 함께 인가한 후 평균전류 측정법을 이용하여 3GHz까지 drain 전류를 측정하였다. 주파수가 증가함에 따라 전류의 변곡점이 나타남을 확인 할 수 있었다. Trap dynamics에 기반한 분석과 모델링을 이용하여 소자의 surface trap 및 bulk deep level 과 관련된 특성 주파수를 확인 할 수 있었고, 소자가 pulse 변화에 응답 할 수 있는 intrinsic response 주파수 등을 구할 수 있었다. 같은 측정법을 카본나노튜브 소자에 적용하여 카본나노튜브의 표면에 흡착된 물 분자의 변화를 감지할 수 있는 방법을 도출하였다. CPW 구조가 적용된 substrate를 이용하여 카본나노튜브 전계효과 트랜지스터를 제작하였고, 소자의 게이트에 pulse를 인가해 준 후, 그에 따른 드레인 전류의 변화를 공기중과 진공에서 측정하였다. 인가된 Pulse에 따라 변화하는 물 분자의 relaxation dynamics를 이용한 데이터의 분석 및 모델링을 통하여 물 분자의 relaxation processes 와 관련된 characteristic time 등을 확인할 수 있었다.
more목차
ABSTRACT i
TABLE OF CONTENTS iii
LIST OF FIGURES v
LIST OF TABLES viii
Chapter 1. Introduction 1
1.1 Background and Motivation 1
1.2 Organization of the dissertation. 3
References 4
Chapter 2. Time-domain current measurement 6
2.1 Introduction 6
2.2 Measurement scheme 6
2.3 Pulse measurement verification 11
References 20
Chapter 3. Radio frequency electrical pulse characterization of defect states in a GaAs/AlGaAs narrow channel field effect transistor 21
3.1 Introduction 21
3.2 Device fabrication and measurement setup 23
3.3 Pulse measurement data 25
3.4 Analysis and modeling 30
3.5 Conclusions 43
References 44
Chapter 4. Probing continuous radio frequency spectrum of water relaxation using carbon nanotube 50
4.1 Introduction 50
4.2 Device fabrication and measured data 51
4.3 Modeling and analysis 56
4.4 Conclusions 61
References 62
Chapter 5. Conclusions 64
국문 요약 66
