실리신의 single vacancy에 Sc부터 Zn까지 전이금속을 넣고 이에 따른 실리신의 자기 모멘트와 구조 변화를 density funtional theory(DFT) 계산을 통해 알아보았다. 실리신은 그래핀(Graphene)과는 다소 다른 경향을 보였으며, 이는 실리신의 buckled 구조와 결합 길이의 차이로 인한 것으로 생각된다. 자기 모멘트는 전이금속 impurity에 큰 영향을 받았다.

최근 각광을 받았던 그래핀이 상용화 되기도 전에, 기존의 반도체 기술로도 처리 가능하고 그래핀보다 기존의 전자 장치들에 더 쉽게 집적될 수 있는 실리센이 발견되었다. 그래핀과 실리센은 벌집 격자구조로 구성되어 있는 점은 같지만 2차원 평면구조로 된 그래핀과 다르게 실리센은 bulk를 가진 3차원 구조로 나타난다. [1,2] 이러한 구조로 인하여 실리센은 구조 변경이 어려웠던 그래핀의 단점을 보완하고 그래핀에서는 불가능했던 작업들을 가능하게 만들었다. 본 논문에서는 EDISON 시뮬레이션을 이용하여 안정한 실리센의 기계적, 전기적 특징과 기계적 변형을 주었을 때 실리센이 자가도핑 되는 것에 대해 연구하였다.

We have calculated binding energies between bilayer graphene and lithium atom for the application of cathode of lithium-ion batteries. In this study, it is found that LiC8 structure is the most stable structure among various lithium-graphene compound structure.

쇼트키 장벽 모스펫(Schottky barrier MOSFETs : SB-MOSFETs)은 SB높이(ΦB)에 매우 민감하다. 그래서 ΦB를 줄이는 공정 방법에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 ΦB를 측정할 때, SB-MOSFETs에서가 아닌 SB 다이오드에서 측정이 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 ΦB를 SB-MOSFETs에서 측정 할 수 있는 방법을 제안하고 전산모사를 통하여 채널의 길이와 두께, Overlap / Underlap 구조, 온도 등에 대한 의존성을 살펴 보았다. 그 결과 채널의 길이와 두께, Overlap / Underlap 구조에 따른 의존성은 없는 것으로 확인되었다. 하지만 20nm 이하의 채널의 소자에 대해서는 소스/드레인간 터널링 전류로 인해 정확한 ΦB 측정이 불가능하였다. 그리고 저온에서 측정할 때 정확도가 높아짐을 확인하였다.

In this work, we studied the interactions of the complexes of a DNA base inserted between graphene layers through density functional theory (DFT) calculations. We find that there exists the negligible energy barrier as well as robust and distinguishable electronic fingerprints during the translocation of the DNA bases. Our result shows that the bilayer graphene can be a possible candidate for the future-generation of DNA sequencing device platform.

MoS2 monolayer에 Au 원자를 흡착시켰을 때 가장 안정한 위치를 찾아 내기위한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 MoS2 1x1 unit cell 위의 on-top, bridge, hollow 위치에 Au 원자를 놓고 DFT 기반 제일원리 계산을 통하여 최적화된 구조에서의 에너지를 계산, 비교하였다. 그 결과 S 원자 위에 Au 원자가 흡착 되었을 때 가장 안정한 구조를이루는 것을 알 수 있었다.

"We have calculated binding energies between bilayer graphene and lithium atom for the application of cathode of lithium-ion batteries. In this study, it is found that LiC8 structure is the most stable structure among various lithium-graphene compound structure."

본 연구에서는 제일원리 계산을 이용하여 Si(100)/SiO2 계면 내부에서 발생하는 point defect들의 거동에 대해 살펴보았다. Defect 계산에 앞서 안정한 Si/SiO2 계면을 찾아보았고 찾은 계면을 바탕으로 계면에서 point defect의 formation energy를 계산해 보았고 이를 통해 Si defect의 경우 Si층 쪽 보다는 SiO2 층에서, 그리고 계면 내부 보다는 계면 경계 근처에서 발생할 가능성이 높음을 보였다.

Si nanowire는 트랜지스터, 배터리 등 광범위한 응용이 가능한 물질로서 이의 효율적 활용을 위해서는 그 다양한 구조에 대한 물성 변화의 연구가 중요하다. 이 연구에서는 [110] 방향의 4×3, 6×4, 8×5 Si nanowire에 대하여 DFT 기반 제일원리적 계산을 수행함으로써, 6 ~ 14Å 범위에서 nanowire 지름의 변화에 따른 전자구조 의존성에 대하여 연구하였다. 그 결과, bulk와 비교하여 Si nanowire의 경우 bandwidth 감소 및 bandgap의 증가가 나타나며, 이러한 경향은 nanowire 지름이 커질수록 점진적으로 약화됨을 알 수 있었다.

EDISON 나노물리 사이트에 탑재된 Drift-Diffusion 기반 bulk P/N Junction Diode 특성 해석용 SW를 이용해 P-N접합의 특성을 파악해보았다. n과 p영역에서의 순수 도너와 억셉터 농도를 통해 내부 전위 장벽을 구한다. 구한 내부 전위 장벽을 통해 공핍폭 W를 구할 수 있다. 이 논문에서는 일방접합의 공핍영역폭을 표현하는 식과 시뮬레이션을 통해 얻어진 공핍영역폭을 비교 분석하였다.

Combining the quantum transport theory with new field of Spin Caloritronics, we investigate on the influence of thermal gradient on the magneto tunnel junction structure under various circumstances. The results indicate enhancement in performance of spintronic device is possible using thermal energy.

위상부도체(Topological insulator, (TI))는 특이한 금속성 표면 성질을 가지며 이 물질에 대해 많은 물성연구가 이루어져 오고 있다. TI 물질 중 하나인 Bi2Se3 는 스핀트로닉스 또는 양자 컴퓨팅 분야에 전망이 밝은 물질이다. 본 논문에서는 Bi2Se3 (111) 표면의 산화농도에 대해 조사하였다. 결함이 없는 깨끗한 표면에서는 산소의 농도가 높을 때 에너지적으로 안정하며 표면결함이 있을 때에는 표면결함과 결합한 산소의 농도가 낮을 때 에너지적으로 안정한 것으로 나타났다. Bi2Se3 (111) 표면 산화 연구에서는 표면 점결함의 존재와 산소 농도를 함께 고려해야 할 것이다 .

Nitrogen이 도핑된 graphene에서의 hydrogen evolution에 대한 촉매효과에 대해서 연구를 진행하였다. Reaction free energy를 계산하기 위해서 많은 N-doped graphene 모델을 계산하였으며 pH 조건, silicon cathode의 영향 그리고 zero point energy의 효과를 고려하였다. Volcano plot에 의하면 “pyrol” like model 과 N-doped armchair graphene model (aGNR-N1) 이 좋은 촉매효과를 가짐을 밝혔다. 또한 free energy diagram을 통하여 “pyrol”과 “aGNR-N1”이 좋은 active site가 될 수 있음을 확인하였고 pH가 증가함에 따라 H+ 의 에너지가 증가함에 따라 촉매 효과가 줄어듬을 확인하였다.

Graphene have renewed considerable interest in inorganic, two-dimensional materials for future electronics. However, graphene does not have a bandgap, it is limited to apply directly to transistors and logic devices. Hence, other layered materials such as molybdenum disulphide (MoS2) have been investigated to address this challenge. Here, we find that the nature of contacts plays a more important role than the semiconductor itself. In order to understand the nature of MoS2/metal contacts, we perform density functional theory electronic structure calculations based on linear combination of atomic for the geometry, bonding, binding energy, PDOS, LDOS and electronic structure. We choose Au as a contact metal because it is the most common contact metal. In this paper, we demonstrate MoS2/Au contacts have a more promising potential in flexible nanoelectronics than MoS2 itself.

Self-assembly of the molecular system of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride (PTCDA) is of such potential importance for organic semiconductor devices that PTCDA molecule on a variety of substrates has been extensively studied. Therefore we studied the density of states (DOS), the charge densities, and intermolacular bond lengths for PTCDA, and investigated PTCDA absorptioni sites on Si(111)In-8×8 at room temperature using the density functional theory calculations.

Carbon nanotubes (CNTs) have been intensively investigated since they have been considered as building blocks of nanoscience and nanotechnology. Theoretical and computational studies on CNTs have revealed their physical and chemical properties and helped researchers build various experimental devices to study them in depth. However, there have been only few systematic studies on detailed changes in electronic structures of CNTs due to geometrical structure modifications. In this regard, it is necessary to perform systematic investigations of the modifications in electronic structures of CNTs, as their geometrical configurations are altered, using the first-principles density functional theory. In other words, it is essential to determine the true equilibrium structure of CNTs. We are going to construct different atomic configurations of each nanotube by maintaining the original symmetries, but changing all the other bonding types one by one. Furthermore, as for CNTs, for example, the way the graphene sheet is wrapped is represented by a pair of indices (n,m) and electronic structures of CNTs vary depending on different indices. Therefore, we plan to study and discuss all the significant couplings between electronic and geometric structures in CNTs.

유기 반도체 물질로서 활발히 연구되고 있는 CuPC의 기체 및 고체상에 대한 전자구조 분석을 진행하였다. CuPC는 기체상에서는 4 eV 이상의 큰 HOMO-LUMO gap을 가지고 있지만 고체가 되면 ~2 eV 정도의 gap을 나타내게 된다는 것을 밝혔다. 특히 GW 계산을 이용하여 고체에서 전자의 screening 효과는 IP와 EA를 기체에 비해 상당히 변화시킨다는 것을 알아냈고 이는 CuPC와 같은 유기 분자로 이루어진 고체의 전자구조 결정에 polarizable medium을 잘 기술하는 것이 중요한 역할을 한다는 것을 발견하였다.

We investigate the effect of hydrogen on adsorption of hydrocarbon molecules on graphene with density functional theory (DFT) calculations. In this study, we calculate the binding energies of hydrogen molecule, carbon atom and other hydrocarbon fragments such as CHx (x=1, 2, 3, 4) on graphene to find the most stable adsorption site. Then, to study the effect of hydrogen, we investigate the adsorption of hydrocarbon fragments in the presence of hydrogen atoms on graphene.

MoS2 bulk에 Lithium을 intercalate했을 때 가자 안정한 위치와 그 위치에서의 결합에너지에 대한 분석을 진행하였다. 이를 위해 Density Functional Theory를 기반으로 한 계산을 실행하였으며 MoS2 bulk 내의 여러 위치에서의 에너지를 구하여 Li이 가장 안정하게 흡착되는 비율과 Li원자가 안정한 흡착 위치를 계산했다. 그 결과 Li원자가 1/4 monolayer을 형성할 때 가장 안정하며 그 때 Li원자는 Hollow site에 결합한다는 결론을 얻었다.

In this paper, quantum mechanical simulations of the double-gate ultra-thin body (DG-UTB) MOSFETs are performed according to the International Technology Roadmap of Semiconductors (ITRS) specifications planned for 2020, to devise the way for on-current (Ion) improvement. We have employed non-equilibrium Green’s function (NEGF) approach and solved the self-consistent equations based on the parabolic effective mass theory [1]. Our study shows that the [100]/<001> Ge and GaSb channel devices have higher Ion than Si channel devices under the body thickness (Tbd) <5nm condition.