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dc.contributor.advisor Jang, Jae Eun -
dc.contributor.author Heo, Su Jin -
dc.date.accessioned 2018-03-14T02:03:30Z -
dc.date.available 2018-03-14T02:03:30Z -
dc.date.issued 2018 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000004635 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/6028 -
dc.description.abstract Electrical characteristics of metal-insulator-metal (MIM) tunnel diodes with various materials and structural designs for high speed operation and rectification effects have been studied. Recently, high speed devices have been demanded in many fields such as high performance control process unit (CPU), optoelectric devices and communications. Among various electrical components for high speed working, in here, rectifying diodes have been studied as basic building block structure for the high-speed devices.Traditionally, PN junction diodes and Schottky diodes have been studied intensively for rectifying function. However, the mechanism of the pn junction diode is not suitable for high speed rectification due to the large depletion region width. For Schottky barrier diode, it is more suitable for high-speed switching. Since it has very short reverse recovery time. However, the driving frequency limit of Schottky diode is around 5THz. Therefore, new rectifying mechanism operating at a high frequency should be suggested. As one of the rectifying diode, MIM diode is operated by quantum electron tunneling effect which occurs when a particle passes through a thin potential barrier. So, MIM tunnel diode is enabled high-speed switching and it can have a low operating voltage. In order to increase the high-speed operation and rectification effect of MIM diode structure, the MIM diode should have a thin insulator layer as a tunneling barrier. Moreover, the current-voltage characteristics of the devices should have non-linearity and asymmetry. However, due to the tunneling mechanism of device structure, the non-linearity or asymmetry characteristics should be improved. Therefore, this paper was focused to improve the non-linearity and asymmetry characteristics of MIM diode. To improve the non-linearity and asymmetry characteristics of the diode, the various MIM diode structure were studied different work function of metal, double insulator layers and device design as important parameters. The simple flat MIM didoes, metal-insulator-insulator-metal (MIIM) diode, and vertical metal cylinder structure (VMCS) MIM diode have been studied. The simple flat MIM diode considering material effect together did not show high non-linearity and asymmetric characteristics. However, the flat MIIM diode has good non-linearity and some asymmetry in there I-V characteristics. Although VMCS MIM diode did not have a better non-linearity and asymmetry properties. However, the VMCS MIM diode shows the non-linearity and asymmetry characteristic more improved than simple flat MIM tunnel diode. Therefore, we could show the feasibility of high speed switching and rectification in MIM diode using the vertical metal cylinder structure which is applied the device design as a parameter. These new MIM diode structure can be applied to various field such as new electronic devices, rectifier antennas for energy harvesting, optical devices, infrared/terahertz detectors in high frequency range, and electric high-speed switching devices. ⓒ 2017 DGIST -
dc.description.statementofresponsibility open -
dc.description.tableofcontents Ⅰ. INTRODUCTION 1--

1.1 Theoretical background 1--

1.1.1 PN junction diode & Schottky barrier diode 1--

1.1.2 Tunnel diode 3--

1.1.2.1 Quantum tunneling effect 3--

1.1.2.2 Tunnel diode (Esaki diode) 4--

1.1.3.MIM tunnel diode 6--

1.1.3.1 Conduction mechanism of MIM diode 8--

1.1.3.2 Characteristics of MIM diode 10--

1.1.3.3 Theoretical model of MIM diode 12--

1.1.3.4 Structural tendency of MIM diode 14--

1.2 Objective 16--

II. FABRICATION 17--

2.1 Fabrication of simple flat MIM diode 17--

2.2 Fabrication of flat MIIM diode 21--

2.3 Fabrication of vertical metal cylinder structure MIM diode 24--

III. ELECTRIC CHARACTERISTICS AND RESULT 27--

3.1 Electrical characteristics of simple flat MIM diode 27--

3.2 Electrical characteristics of flat MIIM diode 33--

3.3 Electrical characteristics of vertical metal cylinder structure MIM diode 40--

IV. CONCLUSION 49--

REFERENCE 51
-
dc.format.extent 54 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject MIM diode -
dc.subject MIIM diode -
dc.subject Vertical Metal Cylinder Structure -
dc.subject non-linearity -
dc.subject asymmetry -
dc.subject MIM 다이오드 -
dc.subject MIIM 다이오드 -
dc.subject 수직 금속 실린더 구조 -
dc.subject 비선형성 -
dc.subject 비대칭성 -
dc.title Metal-Insulator-Metal tunnel diode with various materials and structural designs for rectifying effect -
dc.title.alternative 정류 효과를 위한 다양한 재료 및 구조적 디자인의 금속-절연체-금속 터널 다이오드 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.200000004635 -
dc.description.alternativeAbstract 초고속 동작 및 정류 효과를 위하여 다양한 물질과 구조적인 디자인을 이용한 금속-절연체-금속 (MIM) 터널 다이오드의 전기적인 특성이 연구되어지고 있다. 최근 초고속 소자는 고성능 CPU, 광전기적 소자 그리고 통신과 같은 많은 영역에서 요구되어진다. 고속 동작을 위한 다양한 전기적 성분 중, 본 논문에서는 고속 소자를 위한 기본적인 구성요소인 정류 다이오드에 대하여 연구하였다. 전통적으로, pn접합 다이오드와 쇼트키 다이오드가 정류 효과를 위해 집중적으로 연구되어졌다. 그러나, pn접합 다이오드의 작동 메커니즘은 큰 공핍 영역 때문에 고속 정류소자로는 적합하지 않다. 쇼트키 장벽 다이오드의 경우, 매우 짧은 역 회복 시간을 가지기 때문에 고속 동작에 적합하다. 하지만, 쇼트키 다이오드의 작동 주파수가 5THz로 제한이 된다. 그러므로 높은 주파수 범위에서 작동하는 새로운 정류 소자에 대한 연구가 필요하다. 정류 다이오드 중 하나인 MIM 다이오드는, 입자가 매우 얇은 포텐셜 장벽을 통과할 때 발생하는 터널링 메커니즘에 따라 작동한다. 따라서 MIM터널 다이오드는 고속 스위칭이 가능하고 낮은 작동 전압을 가진다. MIM 다이오드 구조의 고속 작동과 정류 효과를 증가시키기 위해서, MIM 다이오드는 터널링 장벽으로 매우 얇은 절연막을 가져야한다. 대부분 소자의 전류-전압 특성은 비 선형성과 비 대칭성을 가져야만 한다. 소자의 터널링 메커니즘에 의해서 비선형성과 비대칭적 특성이 향상 되어야한다. 따라서 본 논문에서는 MIM 다이오드의 전류-전압 특성의 비선형성과 비대칭성을 향상 시키는 것에 초점을 두었다. 다이오드의 비선형성과 비 대칭성 특성을 향상시키기 위해, MIM 다이오드는 다른 일 함수를 갖는 금속, 두 층의 절연막 그리고 소자의 구조가 중요한 변수로 작용하였다. Simple flat MIM 다이오드, 금속-절연체-절연체-금속의 이중 절연막 구조를 갖는 MIIM 다이오드 그리고 수직적인 금속 실린더 구조를 갖는 MIM 다이오드에 대해 연구하였다. 물질적인 효과를 고려한simple flat MIIM 다이오드는 비선형성과 비대칭성 특성을 거의 나타내지 않는다. 그러나 flat MIIM 다이오드는 전류-전압 특성에서 좋은 비선형성, 비대칭성 특성을 나타내었다. 수직 금속 실린더 구조의 MIM 다이오드는 비선형성과 비대칭성은 부족하지만, simple flat MIM 다이오드에 비해 향상된 비대칭성과 비선형성 특성을 확인 할 수 있었다. 따라서 소자의 구조가 중요한 변수로 적용된 수직 금속 실린더 구조를 갖는 MIM 다이오드는 정류 및 고속 동작으로의 실현가능성을 보여준다. 이러한 새로운MIM 다이오드는 다양한 새로운 전자소자, 에너지 하베스팅을 위한 정류 안테나, 광학 소자, 고 주파수 영역에서의 적외선/테라 헤르츠 검출기 그리고 전기적인 고속 스위치 소자 등 다양한 분야에서 응용 될 수 있다. -
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Information and Communication Engineering -
dc.contributor.coadvisor Cho, Chang Hee -
dc.date.awarded 2018. 2 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2018-01-05 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 정보통신융합전공 -
dc.contributor.alternativeName 허수진 -
dc.contributor.alternativeName 장재은 -
dc.contributor.alternativeName 조창희 -
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Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Master

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