Dual energy versus single energy MDCT: measurement of radiation dose using adult abdominal imaging protocols

RATIONALE AND OBJECTIVES: The aim of this study was to measure the radiation dose of dual-energy and single-energy multidetector computed tomographic (CT) imaging using adult liver, renal, and aortic imaging protocols. MATERIALS AND METHODS: Dual-energy CT (DECT) imaging was performed on a conventional 64-detector CT scanner using a software upgrade (Volume Dual Energy) at tube voltages of 140 and 80 kVp (with tube currents of 385 and 675 mA, respectively), with a 0.8-second gantry revolution time in axial mode. Parameters for single-energy CT (SECT) imaging were a tube voltage of 140 kVp, a tube current of 385 mA, a 0.5-second gantry revolution time, helical mode, and pitch of 1.375:1. The volume CT dose index (CTDI(vol)) value displayed on the console for each scan was recorded. Organ doses were measured using metal oxide semiconductor field-effect transistor technology. Effective dose was calculated as the sum of 20 organ doses multiplied by a weighting factor found in International Commission on Radiological Protection Publication 60. Radiation dose saving with virtual noncontrast imaging reconstruction was also determined. RESULTS: The CTDI(vol) values were 49.4 mGy for DECT imaging and 16.2 mGy for SECT imaging. Effective dose ranged from 22.5 to 36.4 mSv for DECT imaging and from 9.4 to 13.8 mSv for SECT imaging. Virtual noncontrast imaging reconstruction reduced the total effective dose of multiphase DECT imaging by 19% to 28%. CONCLUSION: Using the current Volume Dual Energy software, radiation doses with DECT imaging were higher than those with SECT imaging. Substantial radiation dose savings are possible with DECT imaging if virtual noncontrast imaging reconstruction replaces precontrast imaging.

A Compact Tetrathiafulvalene-Benzothiadiazole Dyad and Its Highly Symmetrical Charge-Transfer Salt: Ordered Donor π-Stacks Closely Bound to Their Acceptors

A compact and planar donor–acceptor molecule 1 comprising tetrathiafulvalene (TTF) and benzothiadiazole (BTD) units has been synthesised and experimentally characterised by structural, optical, and electrochemical methods. Solution-processed and thermally evaporated thin films of 1 have also been explored as active materials in organic field-effect transistors (OFETs). For these devices, hole field-effect mobilities of μFE=(1.3±0.5)×10−3 and (2.7±0.4)×10−3 cm2 V s−1 were determined for the solution-processed and thermally evaporated thin films, respectively. An intense intramolecular charge-transfer (ICT) transition at around 495 nm dominates the optical absorption spectrum of the neutral dyad, which also shows a weak emission from its ICT state. The iodine-induced oxidation of 1 leads to a partially oxidised crystalline charge-transfer (CT) salt {(1)2I3}, and eventually also to a fully oxidised compound {1I3}⋅1/2I2. Single crystals of the former CT compound, exhibiting a highly symmetrical crystal structure, reveal a fairly good room temperature electrical conductivity of the order of 2 S cm−1. The one-dimensional spin system bears compactly bonded BTD acceptors (spatial localisation of the LUMO) along its ridge.

Room temperature absorption in laterally biased Quantum Infrared Detectors fabricated by MBE regrowth

In this paper, we show room temperature operation of a quantum well infrared photodetector (QWIP) using lateral conduction through ohmic contacts deposited at both sides of two n-doped quantum wells. To reduce the dark current due to direct conduction in the wells, we apply an electric field between the quantum wells and two pinch-off Schottky gates, in a fashion similar to a field effect device. Since the normal incidence absorption is strongly reduced in intersubband transitions in quantum wells, we first analyze the response of a detector based on quantum dots (QD). This QD device shows photocurrent signal up to 150 K when it is processed in conventional vertical detector. However, it is possible to observe room temperature signal when it is processed in a lateral structure. Finally, the room temperature photoresponse of the QWIP is demonstrated, and compared with theory. An excellent agreement between the estimated and measured characteristics of the device is found

Investigation of AlInN barrier ISFET structures with GaN capping for pH detection

The pH response of GaN/AlInN/AlN/GaN ion-sensitive field effect transistor (ISFET) on Si substrates has been characterized. We analyzed the variation of the surface potential (ΔVsp/ΔpH) and current (ΔIds/ΔpH) with solution pH in devices with the same indium content (17%, in-plane lattice-matched to GaN) and different AlInN thickness (6 nm and 10 nm), and compared with the literature. The shrinkage of the barrier, that has the effect to increase the transconductance of the device, makes the 2-dimensional electron density (2DEG) at the interface very sensitive to changes in the surface. Although the surface potential sensitivity to pH is similar in the two devices, the current change with pH (ΔIds/ΔpH), when biasing the ISFET by a Ag/AgCl reference electrode, is almost 50% higher in the device with 6 nm AlInN barrier, compared to the device with 10 nm barrier. When measuring the current response (ΔIds/ΔpH) without reference electrode, the device with thinner AlInN layer has a larger response than the thicker one, of a factor of 140%, and that current response without reference electrode is only 22% lower than its maximum response obtained using reference electrode.

Method for electrical evaluation of graphene using a GFET structure

n this work, we explain a method to characterize graphene using electrical measurements in graphene field-effect transistors (GFET) devices. Our goal is to obtain the material electronic properties from the output characteristics of one GFET device. For the previous purpose, we will need to apply a physical model that allows us to correlate the electronic behavior of a GFET with the material properties.

Cleavage planes in frog eggs are altered by strong magnetic fields

Early cleavages of Xenopus embryos were oriented in strong, static magnetic fields. Third-cleavage planes, normally horizontal, were seen to orient to a vertical plane parallel with a vertical magnetic field. Second cleavages, normally vertical, could also be oriented by applying a horizontal magnetic field. We argue that these changes in cleavage-furrow geometries result from changes in the orientation of the mitotic apparatus. We hypothesize that the magnetic field acts directly on the microtubules of the mitotic apparatus. Considerations of the length of the astral microtubules, their diamagnetic anisotropy, and flexural rigidity predict the required field strength for an effect that agrees with the data. This observation provides a clear example of a static magnetic-field effect on a fundamental cellular process, cell division.

Análise Conformacional e estudo das interações eletrônicas de algumas α-fenilseleno-α-dietóxifosforilacetofenonas para-substituídas

A presente Dissertação relata a síntese e o estudo conformacional das α-fenilseleno-α-dietóxifosforilacetofenonas para-substituídas p-X-Φ-C(O)CH[SeΦ][P(O)(OEt2] (X=OMe 1, Me 2, H 3, F 4, Cl 5, Br 6 e NO2 7) através da banda de estiramento da carbonila no infravermelho, em solventes de polaridade crescente apoiado por cálculos ab initio HF/6-3IG**. A comparação entre a freqüência e a intensidade relativa dos componentes do dubleto, para os derivados 6 e 7, e do singleto para os derivados 1-5, no solvente apolar tetracloreto de carbono, e dos componentes do dubleto, nos solventes de polaridade crescente (clorofórmio, diclorometano e acetonitrila), para os derivados 1-7, com os dados do cálculo ab initio de 3 (composto de referência), indicou que ambas as conformações estáveis (g1 e g2) apresentam a ligação C-Se na geometria anti-clinal (gauche) em relação à carbonila (C=O), enquanto que a ligação C-P assume uma geometria sin-periplanar (cis) em relação à carbonila. A análise dos contatos interatômicos de átomos relevante em comparação com a soma de seus raios de van der Waals, indicou que ambas as conformações g1 e g2 são fortemente estabilizadas pelo sinergismo das interações orbitalares e eletrostáticas π*(CO) / nSe e Oδ-[CO].....Pδ+[PO]. Analogamente, as interações mais fracas Oδ-[OR]..... Cδ+[CO], 0-Hδ+[SeΦ]....Oδ-[PO] e 0-Hδ+[ΦC(O)]....Oδ-[CO] estabilizam as conformações g1 e g2, aproximadamente na mesma extensão. No entanto, somente a conformação g1 é estabilizada pela interação eletrostática (ligação de hidrogênio) Hδ+[α-CH].....Oδ-[OR], enquanto que sómente a conformação g2 é desestabilizada pelo Efeito de Campo Repulsivo entre os dipolos Cδ+=.Oδ- e Pδ+-ORδ- Assim sendo, pode-se concluir que no dubleto de VCO no IV, o componente de maior freqüência e de menor intensidade corresponde à conformação menos estável g2 (do cálculo) enquanto que o componente de menor freqüência e mais intenso corresponde à conformação mais estável g1 (do cálculo). Estes dados estão de pleno acordo com os deslocamentos de freqüência mais negativos da carbonila (ΔVCO) do confôrmero mais estável g1 em relação ao menos estável g2.

Estudo de transistores de tunelamento induzido por efeito de campo (TFET) construídos em nanofio.

Esse trabalho de mestrado teve como estudo o transistor Túnel-FET (TFET) fabricado em estrutura de nanofio de silício. Este estudo foi feito de forma teórica (simulação numérica) e experimental. Foram estudadas as principais características digitais e analógicas do dispositivo e seu potencial para uso em circuitos integrados avançados para a próxima década. A análise foi feita através da extração experimental e estudo dos principais parâmetros do dispositivo, tais como inclinação de sublimiar, transcondutância (gm), condutância de saída (gd), ganho intrínseco de tensão (AV) e eficiência do transistor. As medidas experimentais foram comparadas com os resultados obtidos pela simulação. Através do uso de diferentes parâmetros de ajuste e modelos de simulação, justificou-se o comportamento do dispositivo observado experimentalmente. Durante a execução deste trabalho estudou-se a influência da escolha do material de fonte no desempenho do dispositivo, bem como o impacto do diâmetro do nanofio nos principais parâmetros analógicos do transistor. Os dispositivos compostos por fonte de SiGe apresentaram valores maiores de gm e gd do que aqueles compostos por fonte de silício. A diferença percentual entre os valores de transcondutância para os diferentes materiais de fonte variou de 43% a 96%, sendo dependente do método utilizado para comparação, e a diferença percentual entre os valores de condutância de saída variou de 38% a 91%. Observou-se também uma degradação no valor de AV com a redução do diâmetro do nanofio. O ganho calculado a partir das medidas experimentais para o dispositivo com diâmetro de 50 nm é aproximadamente 45% menor do que o correspondente ao diâmetro de 110 nm. Adicionalmente estudou-se o impacto do diâmetro considerando diferentes polarizações de porta (VG) e concluiu-se que os TFETs apresentam melhor desempenho para baixos valores de VG (houve uma redução de aproximadamente 88% no valor de AV com o aumento da tensão de porta de 1,25 V para 1,9 V). A sobreposição entre porta e fonte e o perfil de dopantes na junção de tunelamento também foram analisados a fim de compreender qual combinação dessas características resultariam em um melhor desempenho do dispositivo. Observou-se que os melhores resultados estavam associados a um alinhamento entre o eletrodo de porta e a junção entre fonte e canal e a um perfil abrupto de dopantes na junção. Por fim comparou-se a tecnologia MOS com o TFET, obtendo-se como resultado um maior valor de AV (maior do que 40 dB) para o TFET.

Caracterização elétrica de túnel-FET em estrutura de nanofio com fontes de SiGe e Ge em função da temperatura.

Este trabalho teve como objetivo estudar os transistores de tunelamento por efeito de campo em estruturas de nanofio (NW-TFET), sendo realizado através de analises com base em explicações teóricas, simulações numéricas e medidas experimentais. A fim de avaliar melhorar o desempenho do NW-TFET, este trabalho utilizou dispositivos com diferentes materiais de fonte, sendo eles: Si, liga SiGe e Ge, além da variação da espessura de HfO2 no material do dielétrico de porta. Com o auxílio de simulações numéricas foram obtidos os diagramas de bandas de energia dos dispositivos NW-TFET com fonte de Si0,73Ge0,27 e foi analisada a influência de cada um dos mecanismos de transporte de portadores para diversas condições de polarização, sendo observado a predominância da influência da recombinação e geração Shockley-Read-Hall (SRH) na corrente de desligamento, do tunelamento induzido por armadilhas (TAT) para baixos valores de tensões de porta (0,5V > VGS > 1,5V) e do tunelamento direto de banda para banda (BTBT) para maiores valores tensões de porta (VGS > 1,5V). A predominância de cada um desses mecanismos de transporte foi posteriormente comprovada com a utilização do método de Arrhenius, sendo este método adotado em todas as análises do trabalho. O comportamento relativamente constante da corrente dos NW-TFETs com a temperatura na região de BTBT tem chamado a atenção e por isso foi realizado o estudo dos parâmetros analógicos em função da temperatura. Este estudo foi realizado comparando a influência dos diferentes materiais de fonte. O uso de Ge na fonte, permitiu a melhora na corrente de tunelamento, devido à sua menor banda proibida, aumentando a corrente de funcionamento (ION) e a transcondutância do dispositivo. Porém, devido à forte dependência de BTBT com o campo elétrico, o uso de Ge na fonte resulta em uma maior degradação da condutância de saída. Entretanto, a redução da espessura de HfO2 no dielétrico de porta resultou no melhor acoplamento eletrostático, também aumentando a corrente de tunelamento, fazendo com que o dispositivo com fonte Ge e menor HfO2 apresentasse melhores resultados analógicos quando comparado ao puramente de Si. O uso de diferentes materiais durante o processo de fabricação induz ao aumento de defeitos nas interfaces do dispositivo. Ao longo deste trabalho foi realizado o estudo da influência da densidade de armadilhas de interface na corrente do dispositivo, demonstrando uma relação direta com o TAT e a formação de uma região de platô nas curvas de IDS x VGS, além de uma forte dependência com a temperatura, aumentando a degradação da corrente para temperaturas mais altas. Além disso, o uso de Ge introduziu maior número de impurezas no óxido, e através do estudo de ruído foi observado que o aumento na densidade de armadilhas no óxido resultou no aumento do ruído flicker em baixa frequência, que para o TFET, ocorre devido ao armadilhamento e desarmadilhamento de elétrons na região do óxido. E mais uma vez, o melhor acoplamento eletrostático devido a redução da espessura de HfO2, resultou na redução desse ruído tornando-se melhor quando comparado à um TFET puramente de Si. Neste trabalho foi proposto um modelo de ruído em baixa frequência para o NW-TFET baseado no modelo para MOSFET. Foram realizadas apenas algumas modificações, e assim, obtendo uma boa concordância com os resultados experimentais na região onde o BTBT é o mecanismo de condução predominante.

Morphology Change of C60 Islands on Organic Crystals Observed by Atomic Force Microscopy

Organic-organic heterojunctions are nowadays highly regarded materials for light-emitting diodes, field-effect transistors, and photovoltaic cells with the prospect of designing low-cost, flexible, and efficient electronic devices.1-3 However, the key parameter of optimized heterojunctions relies on the choice of the molecular compounds as well as on the morphology of the organic-organic interface,4 which thus requires fundamental studies. In this work, we investigated the deposition of C60 molecules at room temperature on an organic layer compound, the salt bis(benzylammonium)bis(oxalato)cupurate(II), by means of noncontact atomic force microscopy. Three-dimensional molecular islands of C60 having either triangular or hexagonal shapes are formed on the substrate following a "Volmer-Weber" type of growth. We demonstrate the dynamical reshaping of those C60 nanostructures under the local action of the AFM tip at room temperature. The dissipated energy is about 75 meV and can be interpreted as the activation energy required for this migration process.

Controlling Long-Range Ordered Self-assembly of Solid-Binding Peptide Monolayers on Atomically Flat Layered Materials

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Assembly of a high-dielectric constant thin TiOX layer directly on H-terminated semiconductor diamond

A high-dielectric constant (high-k) TiOx thin layer was fabricated on hydrogen-terminated diamond (H-diamond) surface by low temperature oxidation of a thin titanium layer in ambient air. The metallic titanium layer was deposited by sputter deposition. The dielectric constant of the resultant TiOx was calculated to be around 12. The capacitance density of the metal-oxide-semiconductor (MOS) based on the TiOx/H-diamond was as high as 0.75 µF/cm2 contributed from the high-k value and the very thin thickness of the TiOx layer. The leakage current was lower than 10-13 A at reverse biases and 10-7A at the forward bias of -2 V. The MOS field-effect transistor based on the high-k TiOx/H-diamond was demonstrated. The utilization of the high-k TiOx with a very thin thickness brought forward the features of an ideally low subthreshold swing slope of 65 mV per decade and improved drain current at low gate voltages. The advantages of the utilization high-k dielectric for diamond MOSFETs are anticipated.

Controlled growth of carbon nanotubes for high performance nanoelectronics

Unique electrical and mechanical properties of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) have made them one of the most promising candidates for next-generation nanoelectronics. Efficient utilization of the exceptional properties of SWNTs requires controlling their growth direction (e.g., vertical, horizontal) and morphologies (e.g., straight, junction, coiled). ^ In this dissertation, the catalytic effect on the branching of SWNTs, Y-shaped SWNTs (Y-SWNTs), was investigated. The formation of Y-shaped branches was found to be dependent on the composition of the catalysts. Easier carbide formers have a strong tendency to attach to the sidewall of SWNTs and thus enhance the degree of branching. Y-SWNTs based field-effect transistors (FETs) were fabricated and modulated by the metallic branch of the Y-SWNTs, exhibiting ambipolar characteristics at room temperature. A subthreshold swing of 700 mV/decade and an on/off ratio of 105 with a low off-state current of 10-13 A were obtained. The transport phenomena associated with Y- and cross-junction configurations reveals that the conduction mechanism in the SWNT junctions is governed by thermionic emission at T > 100 K and by tunneling at T < 100 K. ^ Furthermore, horizontally aligned SWNTs were synthesized by the controlled modification of external fields and forces. High performance carbon nanotube FETs and logic circuit were demonstrated utilizing the aligned SWNTs. It is found that the hysteresis in CNTFETs can be eliminated by removing absorbed water molecules on the CNT/SiO2 interface by vacuum annealing, hydrophobic surface treatment, and surface passivation. SWNT “serpentines” were synthesized by utilization of the interaction between drag force from gas flow and Van der Waals force with substrates. The curvature of bent SWNTs could be tailored by adjusting the gas flow rate, and changing the gas flow direction with respect to the step-edges on a single-crystal quartz substrate. Resistivity of bent SWNTs was observed to increase with curvature, which can be attributed to local deformations and possible chirality shift at curved part. ^ Our results show the successful synthesis of SWNTs having controllable morphologies and directionality. The capability of tailoring the electrical properties of SWNTs makes it possible to build an all-nanotube device by integrating SWNTs, having different functionalities, into complex circuits. ^