Simulations of parasitic and intrinsic capacitances related to Multiple-Gate-Field-Effect Transistor architectures

Report for the scientific sojourn carried out at the Université Catholique de Louvain, Belgium, from March until June 2007. In the first part, the impact of important geometrical parameters such as source and drain thickness, fin spacing, spacer width, etc. on the parasitic fringing capacitance component of multiple-gate field-effect transistors (MuGFET) is deeply analyzed using finite element simulations. Several architectures such as single gate, FinFETs (double gate), triple-gate represented by Pi-gate MOSFETs are simulated and compared in terms of channel and fringing capacitances for the same occupied die area. Simulations highlight the great impact of diminishing the spacing between fins for MuGFETs and the trade-off between the reduction of parasitic source and drain resistances and the increase of fringing capacitances when Selective Epitaxial Growth (SEG) technology is introduced. The impact of these technological solutions on the transistor cut-off frequencies is also discussed. The second part deals with the study of the effect of the volume inversion (VI) on the capacitances of undoped Double-Gate (DG) MOSFETs. For that purpose, we present simulation results for the capacitances of undoped DG MOSFETs using an explicit and analytical compact model. It monstrates that the transition from volume inversion regime to dual gate behaviour is well simulated. The model shows an accurate dependence on the silicon layer thickness,consistent withtwo dimensional numerical simulations, for both thin and thick silicon films. Whereas the current drive and transconductance are enhanced in volume inversion regime, our results show thatintrinsic capacitances present higher values as well, which may limit the high speed (delay time) behaviour of DG MOSFETs under volume inversion regime.

What do older people with high support needs want and value from life? Involving older people in shaping 'A Better Life'

JRF has recently embarked on a major new programme: 'A Better Life', the central question of which is: 'How can we ensure a better life and better choices for older people who need high levels of support?' JRF now want to commission a project to work with older people with high support needs (current and future generations) and with JRF to ensure that older people with high support needs are at the heart throughout this programme.The deadline for receipt of full proposals is 12 noon on Tuesday 24 November 2009 for decision by 18 December.

Resource management research in Passive Optical Networks (PON)

Next Generation Access Networks (NGAN) are the new step forward to deliver broadband services and to facilitate the integration of different technologies. It is plausible to assume that, from a technological standpoint, the Future Internet will be composed of long-range high-speed optical networks; a number of wireless networks at the edge; and, in between, several access technologies, among which, the Passive Optical Networks (xPON) are very likely to succeed, due to their simplicity, low-cost, and increased bandwidth. Among the different PON technologies, the Ethernet-PON (EPON) is the most promising alternative to satisfy operator and user needs, due to its cost, flexibility and interoperability with other technologies. One of the most interesting challenges in such technologies relates to the scheduling and allocation of resources in the upstream (shared) channel. The aim of this research project is to study and evaluate current contributions and propose new efficient solutions to address the resource allocation issues in Next Generation EPON (NG-EPON). Key issues in this context are future end-user needs, integrated quality of service (QoS) support and optimized service provisioning for real time and elastic flows. This project will unveil research opportunities, issue recommendations and propose novel mechanisms associated with the convergence within heterogeneous access networks and will thus serve as a basis for long-term research projects in this direction. The project has served as a platform for the generation of new concepts and solutions that were published in national and international conferences, scientific journals and also in book chapter. We expect some more research publications in addition to the ones mentioned to be generated in a few months.

Flame Hardened Snow Plow Blades

Underbody plows and High Speed Ice Blades are an integral part of clearing Iowa roads of snow and ice during winter operations. Changing these blades requires crews to suspend plowing operations and return to the garage decreasing time spent clearing roads and increasing workplace hazards. A blade with a longer lifespan is desired. The Department is determining if using plow blades that have been flame hardened increase longevity of use over the Departments current underbody plow blades that are oven baked. This would reduce downtime and employee exposure to workplace hazards and increase productivity per dollar spent.

External forcings, oceanographic processes and particle flux dynamics in Cap de Creus submarine canyon, NW Mediterranean Sea

Particle fluxes (including major components and grain size), and oceanographic parameters (near-bottom water temperature, current speed and suspended sediment concentration) were measured along the Cap de Creus submarine canyon in the Gulf of Lions (GoL; NW Mediterranean Sea) during two consecutive winter-spring periods (2009 2010 and 2010 2011). The comparison of data obtained with the measurements of meteorological and hydrological parameters (wind speed, turbulent heat flux, river discharge) have shown the important role of atmospheric forcings in transporting particulate matter through the submarine canyon and towards the deep sea. Indeed, atmospheric forcing during 2009 2010 and 2010 2011 winter months showed differences in both intensity and persistence that led to distinct oceanographic responses. Persistent dry northern winds caused strong heat losses (14.2 × 103 W m−2) in winter 2009 2010 that triggered a pronounced sea surface cooling compared to winter 2010 2011 (1.6 × 103 W m−2 lower). As a consequence, a large volume of dense shelf water formed in winter 2009 2010, which cascaded at high speed (up to ∼1 m s−1) down Cap de Creus Canyon as measured by a current-meter in the head of the canyon. The lower heat losses recorded in winter 2010 2011, together with an increased river discharge, resulted in lowered density waters over the shelf, thus preventing the formation and downslope transport of dense shelf water. High total mass fluxes (up to 84.9 g m−2 d−1) recorded in winter-spring 2009 2010 indicate that dense shelf water cascading resuspended and transported sediments at least down to the middle canyon. Sediment fluxes were lower (28.9 g m−2 d−1) under the quieter conditions of winter 2010 2011. The dominance of the lithogenic fraction in mass fluxes during the two winter-spring periods points to a resuspension origin for most of the particles transported down canyon. The variability in organic matter and opal contents relates to seasonally controlled inputs associated with the plankton spring bloom during March and April of both years.

Evaluation of Lightweight Profilers for Construction Smoothness Evaluation, MLR-02-02, 2004

High-speed non-contact laser profilers have become the standard testing equipment for pavement management ride quality testing. The same technology used in the high-speed profilers is now being used in lightweight profilers for construction smoothness testing. The lightweight profilers have many advantages over the California 25-ft profilograph. Despite the many advantages of the lightweight profilers, there is resistance from the contracting industry toward eliminating the 25-ft profilograph for construction ride testing. One way to reduce or overcome the resistance is to evaluate and demonstrate the advantages/disadvantages of the lightweight profiler in actual field use in Iowa. The objective of the study was to purchase a lightweight profiler and to evaluate its suitability for construction smoothness quality verification and quality acceptance on Iowa projects. A lightweight profiler, an Ames Engineering, Inc. LISA single laser unit, was received in February 2003 for the study. Based on the work done during the 2003 construction season, the following conclusions can be made: (1) For hot mix asphalt surfaces, the LISA correlated well with the contractors' profilographs; (2) LISA results are significantly affected by longitudinal tining on portland cement concrete pavements, requiring a laser system upgrade to give accurate results; (3) A significant timesaving was realized by using the LISA; (4) Increasing visibility and reducing time in the construction zone improved safety; (5) One person with limited lifting capabilities could set up and operate the LISA; and (6) With the current Iowa Department of Transportation specification, the LISA cannot totally replace the profilograph, since bridges and short segments with no adjoining pavement would still require a profilograph.

Suurnopeushilaohjain IGB-transistoreille

Hilalta ohjattavien tehokytkimien, kuten IGBT tai MOSFET, ohjaaminen toteutetaan ohjausjännitettä muuttamalla. Hilaohjaimen tehtävä on ladata tehokytkimen hilakapasitanssia ohjattuun jännitteeseen. Hilaohjaimen siirtämän varauksen suuruuteen vaikuttaa hilakapasitanssin todellinen suuruus ja käytettävä ohjausjännite. Hilaohjaimen virrankäsittelykyky määrittää hilaohjaimen nopeuden siinä mielessä, että ohjattavan komponentin hilavaraus tulisi pystyä lataamaan ja purkamaan tietyssä suhteessa kytkentätaajuuteen. Kytkentätaajuuksien kasvaessa myös hilaohjaimen virrankäsittelykyky sekä hilaohjaimen teho joutuvat uudelleen arvioitaviksi. Työssä perehdytään IGBT:n toimintaan ja hilaohjainratkaisuihin suurilla kytkentätaajuuksilla. Työssä ontutkittu mahdollisuutta rakentaa IGBT:n hilaohjain jo markkinoilla olevista MOSFET:ien hilaohjaimista. Suurnopeushilaohjaimesta suunnitellaanja rakennetaan prototyyppi. Prototyypin suoriutumista tehtävistään tarkastellaan tekemällä mittauksia. Lopuksi arvioidaan asioita joiden tulee muuttua matkalla kohti megahertsien kytkentätaajuuksia.

Moniensiöinen muuntaja taajuudenmuuttajakäytössä

Suuritehoisissa pumppu- ja puhallinkäytöissä käytetään usein suurnopeusmoottoria,jota syötetään välijännitteellä. Suurjännitetaajuudenmuuttajat ovat kalliita, eikä niitä ole aina edes mahdollista valmistaa. Tutkimuksen kohteena on rinnakkaisilla pienjännitetaajuudenmuuttajilla toteutettu sähkökäyttö, jossa pienjännite nostetaan moniensiöisellä muuntajalla suurjännitteeksi (6,6 kV) ja syötetään edelleen kuormana olevalle suurnopeusmoottorille. Opinnäytetyössä tutkitaan moniensiöisen muuntajan syöttöä rinnakkaisilla taajuudenmuuttajilla sekä niiden aiheuttamia häiriöitä toisilleen. Työssä tutkitaan myös harmonisten yliaaltojen vaikutuksia muuntajan häviöihin ja magnetointiominaisuuksiin. Taajuudenmuuttajan lähtöjännite ja -virta suodatetaan sinisuotimella, jonka parametreja simuloidaan Simulink- ohjelmistolla. Tavoite on löytää optimaaliset parametrit taajuudenmuuttajanlähtösuotimelle käyrämuotojen ja suotimeen jäävän tehon suhteen. Työssä tarkasteltiin sinisuodinta, johon jää 3 prosenttia syöttöjännitteestä. LC-suodin kompensoi sähkökäytön loistehon lähes kokonaan, joten taajuudenmuuttajien antotehon kannalta suotimet ovat perusteltuja. Taajuudenmuuttajan näennäisteho putoaa 22 prosenttia, joten taajuudenmuuttajat voidaan vastaavasti mitoittaa pienemmiksi.

The Architecture of a Fourth Generation Mobile Network

Neljännen sukupolven mobiiliverkot yhdistävät saumattomasti televerkot, Internetin ja niiden palvelut. Alkuperin Internetiä käytettiin vain paikallaan pysyviltä tietokoneilta perinteisten televerkkojen tarjotessa puhelin- ja datapalveluita. Neljännen sukupolven mobiiliverkkojen käyttäjät voivat käyttää sekä Internetiin perustuvia että perinteisten televerkkojen palveluita liikkuessaankin. Tämä diplomityö esittelee neljännen sukupolven mobiiliverkon yleisen arkkitehtuurin. Arkkitehtuurin perusosat kuvaillaan ja arkkitehtuuria verrataan toisen ja kolmannen sukupolven mobiiliverkkoihin. Aiheeseen liittyvät Internet-standardit esitellään ja niiden soveltuvuutta mobiiliverkkoihin pohditaan. Langattomia, lyhyen kantaman nopeita liitäntäverkkotekniikoita esitellään. Neljännen sukupolven mobiiliverkoissa tarvittavia päätelaitteiden ja käyttäjien liikkuvuuden hallintamenetelmiä esitellään. Esitelty arkkitehtuuri perustuu langattomiin, lyhyen kantaman nopeisiin liitäntäverkkotekniikoihin ja Internet-standardeihin. Arkkitehtuuri mahdollistaa yhteydet toisiin käyttäjiin ilman tietoa heidän senhetkisestä päätelaitteesta tai sijainnista. Internetin palveluitavoidaan käyttää missä tahansa neljännen sukupolven mobiiliverkon alueella. Yleiskäytöistä liikkuvuuden hallintamenetelmää yhden verkon alueelle ehdotetaan. Menetelmää voidaan käyttää yhdessä esitellyn arkkitehtuurin kanssa.

Mittausmenetelmien kehittaminen kuplakolonnille

Kuplakolonnireaktoreiden CFD-mallinnus on talla hetkella voimakkaasti kehittyva tutkimusalue. Kaksifaasivirtauksen luotettava simulointi ja mallintaminen on haastavaa kuplakolonnireaktorissa tapahtuvien ilmioiden monimutkaisuuden vuoksi. Reaktorin kayttaytymiseen vaikuttavat tekijat, kuten kolonnin hydrodynamiikka ja aineensiirto, tulee tuntea hyvin ennen mallien tekoa. Tassa tyossa on kokeellisesti tutkittu erilaisten mittausmenetelmien soveltuvuutta kuplakolonnin hydrodynamiikan tutkimiseen. Mittausmenetelmissa on keskitytty erityisesti CFD-mallien vaatimiin paikallisiin mittauksiin. Lisaksi tyossa on arvioitu mittausmenetelmien soveltuvuutta j a luotettavuutta CFD-mallien validointiin. Tyon kirjallisuusosassa on perehdytty kuplakolonnireaktorin hydrodynaamiseen kayttaytymiseen ja siihen vaikuttaviin tekijoihin. Naita ovat mm. reaktorityypit, kaasun dispergointi, virtaustyypit ja -alueet, kaasun tilavuusosuus, kaasukuplan koko ja kuplan nousunopeus. Mittauksia tehtiin kahdessa erikokoisessa kuplakolonnissa, joista pienemman halkaisija oli 0,078 m ja suuremman 0,182 m. Molempien kolonnien nestepinnan korkeus oli 4,62 m. Mittaukset tehtiin vesijohtovedella ja epaorgaanisella prosessiliuoksella. Hydrodynaamisista ominaisuuksista mitattiin kaasun tilavuusosuus, kaasukuplan koko seka kaasukuplan nousunopeus. Kaasun tilavuusosuusmittaukset tehtiin paaasiassa paine-eromittauksella ja joissakin tapauksissa pinnanmittausmenetelmalla. Kuplakoko- ja kuplan nousunopeusmittaukset tehtiin suumopeusvideokameralla ja laser Doppler-anemometrilla. Mittauksissa kaytettiin kahdeksaa erilaista kaasunjakolaitetta, joilla selvitettiin kaasunjakolaitteen ominaisuuksien vaikutusta kolonnin hydrodynamiikkaan. Tuloksista havaittiin, etta nestefaasin ominaisuuksilla oli suuri vaikutus kolonnin hydrodynaamiseen kayttaytymiseen. En kaasunjakolaitteilla vesijohtovedella mitatut hydrodynaamiset ominaisuudet eivat poikenneet paljoa toisistaan, kun taas prosessiliuoksella kaasunjakolaitteiden valille saatiin huomattavat erot. Mittausmenetelmista laser Doppler-anemometri ei kaytettavissa olleella optiikalla soveltunut kaasukuplien mittaamiseen. Kuplat olivat menetelmalle liian suuria. Suumopeusvideokamerallaja paine-eromittauksella paastiin hyviin tuloksiin.

Sähkökäyttöjen kaapelivärähtelyt

Taajuudenmuuttajan kytkennän synnyttämä nopea jännitemuutos aiheuttaa pitkään moottorikaapeliin sähköisen värähtelyilmiön. Ilmiö on tullut erityisesti esille uusien nopeasti kytkevien puolijohdetehokytkimien ilmestyttyä markkinoille. Taajuudenmuuttajan lähtöön asennettu jännitteen nousunopeutta rajoittava suodin vähentää kaapelivärähtelyä, mutta riittävän pitkässä kaapelissa värähtely on voimakasta lähtösuotimesta huolimatta. Kaapelivärähtelyilmiön seurauksena moottorikaapelin taajuudenmuuttajan puoleiseen päähän syntyy voimakas virtavärähtely ja moottorin puoleiseen päähän voimakas jännitevärähtely. Sähkökäyttöjen vektorisäätöalgoritmit tekevät ohjauspäätöksiä moottorikaapelin taajuudenmuuttajan päästä tehtyjen virtamittausten perusteella. Säädön päätösväli on niin lyhyt, että kaapelin virtavärähtely ehtii häiritä säädön toimintaa. Tässä työssä on esitetty kaapelivärähtelyä kuvaava taajuudenmuuttajan lähtösuotimen huomioon ottava siirtofunktioperustainen matemaattinen malli. Mallin avulla kaapelivärähtelyilmiötä voi analysoida lineaarisen säätöteorian menetelmillä. Virtavärähtelyn moottorisäätöön tuomiin ongelmiin ratkaisuksi on esitetty virran mittasignaalin käsittelemistä analogisella ja digitaalisella suotimella. Simulointitulosten perusteella ratkaisua voidaan pitää toimivana. Lopuksi esitetään, kuinka avaruusvektoriteorian mukaista induktiomoottorimallia ja kaapelivärähtelymallia voidaan simuloida yhdessä.

DTC-induktiomoottorikäytön soveltaminen keskitaajuusalueelle

Työssä tarkastellaan olemassa olevan suoraa vääntömomentin säätöä käyttävän taajuudenmuuttajan soveltamista keskitaajuusalueella toimiviin induktiomoottorikäyttöihin. Keskinopeusalueen sovellusten pyörimisnopeudet ovat tyypillisesti 6000…30000rpm. Tällöin invertterin lähtötaajuuden on nelinapaista moottoria ohjattaessa ulotuttava 1000Hz:iin. ABB:n ACS600 taajuudenmuuttajan nykyinen syöttötaajuus ulottuu noin 400Hz:iin ja sen keskimääräinen kytkentätaajuus on luokkaa 3kHz. Taajuudenmuuttajan keskimääräistä kytkentätaajuutta ei haluta tästä merkittävästi nostaa, koska tällöin pääteasteen mitoitusta ja rakennetta on muutettava. Tarkastelussa keskitytään täten jännitemodulointiin, joka määrittelee invertterin lähtöjännitteen käyrämuodon ja pääteasteen tehokytkimien kytkentätaajuuden. Työssä esitetään suoran käämivuon säädön periaatetta soveltava 30-kulmainen modulointimenetelmä (30-modulointi), jolla moottorin syöttövirrasta voidaan eliminoida 5. ja 7. yliharmoninen komponentti. Yliharmonisten komponenttien eliminointi mahdollistaa passiivisilla komponenteilla toteutetun alipäästösuodattimen asentamisen invertterin lähtöön, jolloin moottorissa tapahtuvat tehohäviöt saadaan pieniksi. 30-moduloinnin ohjaukseen ja säätöön esitetään menetelmät, jotka mahdollistavat sen toteuttamisen nykyiseen taajuudenmuuttajaan ohjelmallisesti ilman suuria laitteistomuutoksia. 30-moduloinnin ominaisuuksia tarkastellaan analyyttisin menetelmin ja sen toimintaa testataan esitettyjen teorioiden perusteella simuloimalla. 30-moduloinnin ohjelmallinen implementointi nykyiseen ACS600:een mahdollistaa periaatteessa noin 600Hz:n syöttötaajuuden saavuttamisen. Tällöin invertterin keskimääräinen kytkentätaajuus voidaan säätää koko pyörimisnopeusalueella alle 4kHz:n tasolle.

Speed limit laws in America: economics, politics and geography

The regulation of speed limits in the US had been centralized at the federal level since 1974, until decisions were devolved to the states in 1995. However, the centralization debate has reemerged in recent years. Here, we conduct the first econometric analysis of the determinants of speed limit laws. By using economic, geographic and political variables, our results suggest that geography -which affects private mobility needs and preferences- is the main factor influencing speed limit laws. We also highlight the role played by political ideology, with Republican constituencies being associated with higher speed limits. Furthermore, we identify the presence of regional and time dependence effects. By contrast, poor road safety outcomes do not impede the enactment of high speed limits. Overall, we present the first evidence of the role played by geographical, ideological and regional characteristics, which provide us with a better understanding of the formulation of speed limit policies.

Fast and sensitive supercritical fluid chromatography - tandem mass spectrometry multi-class screening method for the determination of doping agents in urine.

This study shows the possibility offered by modern ultra-high performance supercritical fluid chromatography combined with tandem mass spectrometry in doping control analysis. A high throughput screening method was developed for 100 substances belonging to the challenging classes of anabolic agents, hormones and metabolic modulators, synthetic cannabinoids and glucocorticoids, which should be detected at low concentrations in urine. To selectively extract these doping agents from urine, a supported liquid extraction procedure was implemented in a 48-well plate format. At the tested concentration levels ranging from 0.5 to 5 ng/mL, the recoveries were better than 70% for 48-68% of the compounds and higher than 50% for 83-87% of the tested substances. Due to the numerous interferences related to isomers of steroids and ions produced by the loss of water in the electrospray source, the choice of SFC separation conditions was very challenging. After careful optimization, a Diol stationary phase was employed. The total analysis time for the screening assay was only 8 min, and interferences as well as susceptibility to matrix effect (ME) were minimized. With the developed method, about 70% of the compounds had relative ME within the range ±20%, at a concentration of 1 and 5 ng/mL. Finally, limits of detection achieved with the above-described strategy including 5-fold preconcentration were below 0.1 ng/mL for the majority of the tested compounds. Therefore, LODs were systematically better than the minimum required performance levels established by the World anti-doping agency, except for very few metabolites.

High performance thin layer chromatographic determination of nifedipine in human serum after liquid-liquid extraction

A method using HPTLC for quantitation of nifedipine in serum was developed and validated. It includes a liquid-liquid extraction, and carbamazepine as internal standard. Chloroform: ethyl acetate: cyclohexane (19:2:2, v/v/v) was the mobile phase. The method showed good relationship (r = 0.996) (2.00 to 25.00 ng/band, corresponding to 0.02 and 0.25 ng/µL in serum). The % RSD of intra-assay and inter-assay, were between 0.57 and 3.56 and 1.16 to 3.60, respectively. LOD and LOQ were 0.72 and 0.86 ng/band, respectively. The recovery values were between 93 and 102%. Rf for nifedipine and carbamazepine were 0.31 and 0.10, respectively.