본 연구에서는 기존의 피아노와 다른 음색을 갖는 피아노를 기획하고자 하였다. 이를 위해서 피아노 현의 1/2지점, 1/3지점, 1/17지점을 타격했을 때의 배음의 구성을 EDISON의 pianostring 프로그램을 통해 분석하였다. 440Hz의 진동수를 갖는 A4음을 기음으로 하여 각 지점을 타격했을때의 음을 합성하였다. 또한 기음과 첫 두 배음으로 구성된 화음을 합성하였다. 음색을 분석하기 위해 설문조사를 통해 7개의 항목에 대해 평가하였다. 결과적으로 망치의 타격 지점을 변화시킴으로서 원하는 음색을 얻을 수 있을 것이라 기대한다. 일례로 1/2지점을 타격할 때 단일음과 화음의 음색 차이가 확연하게 드러나 효과적인 감정표현을 할 수 있을 것으로 예상된다.

본 연구에서는 제일 원리 분자 동역학(AIMD, ab-initio Molecular Dynamics) 방법을 이용하여 다양한 크기의 황화 이온 격자 구조에서 리튬 이온의 이온 전도도에 대하여 연구했다. 주어진 격자 구조내에 리튬 이온의 량이 증가할수록 확산도(D, diffusivity)는 감소하는 경향을 보였이지만, 리튬 이온의 농도는 증가 하기 때문에 특정한 농도에서 이온 전도도는 최댓값을 나타냈다. 또한 격자 구조의 부피를 증가 시킬 경우에 리튬 이온의 농도는 감소하지만, 확산도가 증가하여 전체적인 이온 전도도는 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 격자 구조내 이온의 이동에 대한 이해를 높이고 보다 효과적인 새로운 이온 전도체 개발에 도움이 될것이다.

최근 연구 되고 있는 Transition Metal Dichalcogenides(TMD)는 전이금속과 칼코젠족 화합물로, 반도체 소자로써 graphene이 가지고 있던 실질적인 응용의 한계를 극복 할 수 있는 2D 소자로 주목 받고 있다. 본 연구에서는 가장 대표적인 TMD물질인 MoS2를 채널로 가지는 MoS2 FET를 채널의 방향, gate 구조, Equivalent oxide thickness(EOT) 등의 변수에 대하여 시뮬레이션하고, 결과를 종합하여 저전력용 2D FET 모델을 제안하였다.

수소 발생 반응 촉매는 주로 백금(Pt)족 물질로 만들어져왔으나, 그 높은 가격과 희귀성으로 인해 이를 대체할 촉매의 개발이 요구되고 있다. 그중에서 주목받는 물질이 판상 MoS₂인데, 순물질로써의 MoS₂는 오직 모서리 부분만이 촉매로 기능하며 표면은 안정하여 촉매로써 기능을 하지 못한다는 한계가 있었다. 따라서 MoS₂의 표면도 촉매로 기능하여 보다 효율적인 촉매가 될 수 있도록, 자연계에 비교적 풍부한 원소들로 Mo원자를 치환해보고 평면 스트레인을 줌으로써 표면이 촉매로 기능할 수 있는 조건을 밀도 범함수 이론에 근거해 계산해 보았다. 그 결과, Ge로 치환되고 -10% 스트레인이 걸린 MoS₂의 표면이 촉매로 기능할 수 있는 조건을 만족시켰다. 한편 Ge로 치환된 샘플에 수소를 흡착시켰을 때, 치환된 원자와 수소 원자가 반발력을 나타내는 듯한 현상이 관찰되었다.

아조벤젠 (Azobenzene)은 광스위치분자 소자로서 빛에 의해 분자의 구조가 바뀌는 성질을 가지고 있다. 이러한 특성은 전류를 적절히 조절하는 온/오프 기능의 수행 가능성을 제시한다. 빛의 파장에 따라 두 벤젠 고리를 연결하는 원자들 (CNNC)의 광학여기상태가 달라지며, 그 결과로 CNNC 각도의 변화가 나타난다. 이는 아조벤젠 구조의 변화를 가져오며, 크게 cis-, trans-(CNNC 각도 기준으로 각각 0°, 180°)로 나눠진다. 이 연구에서는 LCAO-DFT 제일원리 계산을 이용하여, CNNC 각도에 따른 분자 구조의 변화와 안정성을 바닥상태(S0)와 광학여기상태(S1,nàπ*)로 나누어 살펴보았다. 그 결과 바닥상태에서는 trans- 구조가 가장 안정하였고, 광학여기상태에서는 CNNC 각도가 90° 부근에서 가장 안정한 구조를 가졌다. 또한, 바닥상태에서는 cis-, trans-사이에 에너지 장벽이 있는 반면 광학여기상태에서는 에너지 장벽이 없음을 관찰하였다.

최근 single-layer MoS2와 같은 2차원의 TMD 화합물들이 물분해 광촉매로서 각광받고 있다. TMD 화합물 중 single-layer MoSe2는 수소 발생 반응을 일으킬 수 있으나 산소 발생 반응은 일으킬 수 없어 산화 반응을 진행시킬 추가적인 전극이 필요하다. 이 연구에서는 strain과 doping을 통해 valence band를 아래로 이동시켜 MoSe2를 더 좋은 물분해 광촉매로 변화시키는 방법을 모색하였다. 먼저 Armchair, zigzag, biaxial isotropic, z-axis direction으로 strain을 걸어줄 때 전자구조의 변화를 관찰하였다. z-axis 방향으로 -2.5% strain을 걸어주었을 때 VBM이 0.07eV만큼 감소하였다. 또한 Mo를 Nb로 치환하고 Se를 P, As로 치환한 다음 전자구조를 관찰하였다. Nb와 doping의 경우 VBM이 감소함을 확인하였으며 As doping의 경우 산화반응이 일어날 수 있고 산화력과 환원력이 비슷해짐을 알아내었다. 또한 산화반응과 환원반응이 일어나는 위치가 분리됨을 확인하였다.

Transition metal dichalcogenides (TMDs) such as MoS2 is the thinnest semiconductor, exhibits promising prospects in the applications of optoelectronics, catalysis and hydrogen storage devices. Uniform and high quality MoS2 is highly desirable in large area for its applications on commercial scale and fundamental research. Many experimental techniques i.e CVD have been developed to successfully synthesis MoS2 on large scale, here in this work atomistic detail to understand the growth mechanism is addressed which was greatly overlooked. Here based on first principles calculation we found that polarity of seeding promter (crystal violet considerd in this work) controls the growth mechanism. It is also found that molybdenum destroys the precursor while sulfur adsorption with precursor is favorable.

본 연구에서는 양자역학적 전하수송 모델링을 바탕으로 channel length (Lch), equivalent oxide thickness (EOT), supply voltage (VDS) 등의 소자 파라미터들에 초점을 맞춰 저전력 소자를 구현하였다. 본 연구에서 나타낸 최적의 소자 특성으로부터 ITRS에서 제시하고 있는 2021년 예측되는 소자 특성에 비하여 더 낮은 VDS에서 동작을 하면서 더 높은 Ion과 낮은 SS 로서 구동하는 것이 가능할 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 inverter 동작에 있어서 ideal inverter에 가까운 동작을 할 것으로 기대된다.

It is shown that the maximum value of exchange current is obtained where hydrogen adsorption energy is near 0. This enables to estimate catalytic efficiency of a material with hydrogen adsorption energy, which is relatively easier to calculate with density fuctional theory (DFT) method. Strain dependence of the adsorption energy was studied with DFT method and adsorption energy of 0.04 eV per hydrogen atom is obtained at 30% strain.

2차원 화합물 반도체인 Metal monochalcogenides (MMC)는 원자 4층으로 이루어진 tetralayer (TL)가 층상으로 쌓여진 구조이다. 서로 이웃한 tetralayer들이 쌓이는 방법에 따라 4가지의 stacking sequence를(β, ε, γ, δ) 고려할 수 있으며 물질에 따라 상대적인 안정성이 달라진다. GaS는 β-type이 가장 안정하다고 알려져 있다. 이 연구에서는 GaS의 층수를 4층까지 쌓으며, β와 ε의 stacking sequence의 모든 경우를 다루어 van der Waals interaction을 고려한 LCAO-DFT 제일원리 계산을 수행하였다. 그 결과를 원자구조의 변화, 에너지 안정성, 전자구조의 변화로 나누어 분석하였다. TL 층이 많을수록 TL의 thickness가 감소하고 더 높은 에너지 안정성을 나타냈다. 또한 stacking sequence를 고려하였을 때 ε stacking을 한 결과가 더 안정한 에너지가 나왔다. 이후 ε stacking을 하였을때의 전자구조 변화를 energy band와 projected density of states를 이용해 관찰하였다.

이황화 몰리브덴(Molybdenum disulfide: MoS2)을 채널(Channel) 물질로 이용하여 metal-oxide-semiconductor(MOS) 구조를 제작하고, 효율적인 제작과정을 제시하였고 특히, Source/Drain의 Doping concentration을 조절하여 효과적인 MoS2 Transistor를 제작 및 시뮬레이션 하였다. 그 후 여러 MOSFET의 특성 분석을 통하여 소자로서의 기능을 확인해보았다. 그리고 특히 채널의 전기적인 특성을 분석하고 채널 내 그리고 contact 사이의 저항 및 mobility의 특성을 알아보았는데, 그 중 Source/Drain Doping Effect와 performance 분석을 통해, 최적화된 MoS2 Transistor를 찾아보았다.

2차원 반도체 소재의 경우 물질종류마다 내포하고 있는 고유결함에 의해서 Fermi-Level Pinning 이 발생하여 이로 인한 Schottky Barrier transistor로 동작을 하게 되며, 이는 접합부에 Carrier Injection 정도와 Schottky Barrier을 통과하는 Tunneling 정도에 의해서 소자의 특성이 결정 된다. 본 연구에서는 시뮬레이션을 통하여 2차원 반도체인 MoS2소자를 설계하고, S/D Doping에 따라 접촉 저항 개선 효과와 소자의 동작특성이 어떠한 영향을 미치는지 연구하여 최대 250cm2/V·sec의 field effect mobility 의 결과를 얻었다. 또한 S/D doping 에 따라 각 저항 성분의 영향을 분석하였으며 면저항 및 접촉 저항 둘 다 doping 농도가 증가함에 따라 감소하는 결과를 나타내며, S/D doping의 영향은 접촉저항에서 더 크게 나타났다. 더불어 2차원 반도체의 Resistance network model 을 제안하여 subthreshold 영역에서는 Ric, saturation 영역에서는 Rish 가 전체저항에서 주요한 변수로 전체저항식에 포함되어야 한다는 것을 시뮬레이션을 통해서 검증하였다.

In this paper, the physics-based analytical model of transition metal dichalcogenide (TMD)-based double-gate (DG) tunneling field-effect transistors (TFETs) is proposed. The proposed model is derived by using the two-dimensional (2-D) Landauer formula and the Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) approximation. For improving the accuracy, nonlinear and continuous lateral energy band profile is applied to the model. 2-D density of states (DOS) and two-band effective Hamiltonian for TMD materials are also used in order to consider the 2-D nature of TMD-based TFETs. The model is validated by using the tight-binding non-equilibrium Green’s function (NEGF)-based quantum transport simulation in the case of monolayer molybdenum disulfide (MoS2)-based TFETs.

Safety is the most important factor in skyscrapers. The fact that skyscrapers can contain many facilities and people is one of its many advantages. However external pressure such as earthquakes or wind might make accidents that lead to casualties. Because of its large size, small accidents still make big scale of damage. In this paper, we tried to find out what kind of factors affected the movement of skyscrapers using the ‘One Dimentional Forced Damped Oscillation Interpretation Software’. Then we researched how to minimize the damage caused by it and the way to correspond to it.

Nanowire-FET은 Gate-All-Around (GAA) 구조로 차세대 반도체 소자 구조로 여겨지고 있다. Nanowire-FET은 채널 두께에 따라 ID-VG curve에 매우 중요한 영향을 끼친다. 따라서 본 논문은, Edison 시뮬레이션을 이용하여 Nanowire-FET의 Silicon Thickness에 따른 여러 특성을 비교하여 최적 Silicon Thickness에 대해 연구하였다.

본 논문에서는 dopant density에 의존적인 pn junction의 breakdown 특성을 향상시키기 위하여, doping density와 doping profile에 대하여 분석했다. Doping density와 doping profile은 역방향 junction breakdown voltage를 결정하는 중요한 요소인 공핍영역의 두께와 공핍영역 내에 인가되는 electric field를 결정한다. Uniform doping profile과 Gaussian doping profile을 비교했고, 고전압 환경에서 사용할 수 있는 소자를 제작하는데 더욱 적절한 doping profile과 doping 농도에 대해 기술했다.

이황화몰리브덴을 활용한 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor)는 채널 물질의 우수한 특성으로 차세대 저전력 고성능 스위치와 광전소자로 주목받고있다. Underlap 게이트 구조에서 게이트 길이(L_G), 절연체 두께(T), 절연체 상대유전율(εr)에 따라 변화하는 소자 특성을 분석하여 저전력 고성능 MoS2 전계효과트랜지스터를 위한 게이트 구조 최적화방법을 모색하였다. EDISON simulator 중 Tight-binding NEGF 기반 TMD FET 소자 성능 및 특성 해석용 S/W를 활용하여 게이트 구조에 따른 게이트 전압 - 드레인 전류 상관관계(transfer characteristic)를 얻고, Y-function method를 이용하여 채널 유효전하이동도(Effective Mobility), Sub-threshold Swing, on/off 전류비(on/off current ratio)를 추출하여 비교 분석하였다. 시뮬레이션으로 추출한 소자의 최대 채널 유효전하이동도는 37 cm2V-1s-1, on/off 전류비는 104 ~ 105, Sub-threshold Swing은 ~38mV/dec 수준을 보였다.

본 논문에서는 MOS(Metal Oxide Semiconductor) Capacitor의 산화막내에 다양한 원인에 의해 존재하는 비이상적인 전하들 중 Fixed Oxide Charge가 소자의 문턱전압에 어떤 영향을 주는지 분석했다. 분석한 결과 n+ polysilicon Gate를 가지고, 산화막인 SiO2의 두께가 3nm이고, 도핑농도가 1018cm-2인 P형 실리콘 기판으로 이루어진 MOS Capacitor에서 Fixed Oxide Charge Density가 C/cm2 이상일 때 문턱전압을 0.01V 이상 감소시키고 C/cm2 이하일 때 문턱전압을 0.01V 이상 증가시켰다.

제일원리 전자구조 계산을 통하여 현재 활발하게 연구가 진행되고 있는 MoS2 layer 1. 에 다양한 전이금속 물질을 치환하여 수소 흡착에너지를 구해보고, 수소 발생 촉매로서 적합한 구조를 구해 보았다. 또한 계산된 density of state의 형태를 분석하여 수소발생반응의 가능성을 알아보았다. 계산 결과, MoS2 layer의 경우 ground states에서 약 2.53eV의 흡착에너지를 가졌고, Ge과 Ir을 치환한 구조에 경우에 대해서는 각각 0.02eV와 -0.12eV로 계산되었다.

We calculated Li ion migration energy barrier, applying three different models on Li ion insertion into TiO2 nanolayers to elucidate the previously reported high rate of charge-discharge. With the existence of additional Li ion on the surface of TiO2 structure, spontaneous insertion of Li ion into the second layer from the first layer was observed. Using this result, we showed the intrinsic property of TiO2 structure and it has a contribution to the reported performance. In the end, we give a suggestion on the fabrication of TiO2-Graphene hybrid structure for Li ion battery electrode.