• 대한기계학회논문집B
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• 제41권11호
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• pp.767-773
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• 2017

인쇄기판형 열교환기는 금속박판에 유체의 유로를 형성하여 고온고압 환경에서 금속분자의 확산을 이용하여 접합하는 방식으로 제작하므로 고온고압 유체의 열교환에 유리한 장점을 가지고 있다. 또한 금속박판에 유로를 미세하게 식각하여 형성시킬 수 있으므로 단위체적당 전열면적을 크게 할 수 있어 열교환 집적도가 향상되어 고효율의 열전달 효과를 낼 수 있다. 집적도를 향상시키기 위해서는 금속부분을 줄일수록 유리하나 미세채널 내에 고압 유체가 흐르게 되면 압력에 의한 변형이 발생할 수 있으므로 채널간 금속박판의 변형이 일어나지 않도록 채널 형상 및 구조를 설계하여야 한다. 또한 미세채널이 모여서 배관으로 연결되는 헤더 부분의 내압설계도 중요하다. 본 연구에서는 기존 내압규격을 이용하여 운전 조건에 따라 인쇄기판형 열교환기를 설계할 수 있는 방법론을 제시하고 유동조건에 따른 전산해석을 통하여 설계 결과를 검증해 보고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권10호
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• pp.966-978
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• 2011

분출냉각은 높은 압력과 온도의 가혹한 환경에서 운용되는 고성능 액체로켓과 공기흡입엔진을 위한 가장 효과적인 냉각방법이다. 분출냉각이 적용되는 경우, 연소기 라이너와 터빈 블레이드/베인은 다공질 벽면을 통과하는 냉각재(공기 또는 연료)뿐만 아니라 차단막으로 작용하는 벽면을 빠져나온 냉각재에 의해 냉각된다. 이러한 냉각기술의 실용화는 가용한 다공질 재료의 부재로 인해 제한을 받아왔다. 그러나 금속결합 기술의 발전으로 확산접합과 식각된 얇은 금속판으로 제작한 Lamilloy$^{(R)}$와 같은 다층 기공 구조물이 개발되었다. 그리고 또한 경량 세라믹 매트릭스 복합재료가 개발됨에 따라 분출냉각은 근래 고성능 엔진 냉각을 위한 유망 기술로 여겨지고 있다. 본 논문에서는 분출냉각의 최근 연구동향 및 가스터빈, 액체로켓 및 극초음속 비행체 엔진에 이의 적용사례를 고찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.152-152
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• 1999

1Gb급 이상 기억소자의 캐패시터 재료로 주목받고 있는 (Ba,Sr)TiO3 [BST] 박막의 전극재료로는 Pt, Ru, Ir과 같은 금속전극과 RuO2, IrO2와 산화물 전도체가 유망한 것으로 알려져 있다. 그런데, DRAM의 집적도가 증가하게 되면, BST같은 고유전율 박막을 유전재료로 사용한다 하더라도, 3차원적인 구조가 불가피하게 때문에 기존의 sputtering 방법으로는 우수한 단차피복성을 얻기 힘들므로, MOCVD법이 필수적이다. 본 연구에서는 기존에 연구되었던 Pt에 비해 식각특성이 우수하고, 비교적 낮은 비저항을 갖는 Ru 박막증착에 대한 연구를 행하였다. 본 연구에서는 수직형의 반응기와 저항 가열 방식의 susceptor로 구성된 저압 유기금속 화학증착기를 사용하여 최대 6inch 직경을 갖는 기판 위에 Ru박막을 증착하였다. Precursor로는 기존에 연구된 적이 없는 bis-(ethyo-$\pi$-cyclopentadienyl)Ru (Ru(C5H4C2H5)2, [Ru(EtCp)2])를 사용하였으며, bubbler의 온도는 85$^{\circ}C$로 하였다. Si, SiO2/Si를 사용하였으며, 증착온도 25$0^{\circ}C$~40$0^{\circ}C$, 증착압력 3Torr의 조건에서 Ru 박막을 증착하였다. Presursor를 운반하는 수송기체로는 Ar을 사용하였으며, carbon과 같은 불순물의 제거를 위해 O2를 첨가하였다. 증착된 박막은 XRD, SEM, 4-point probe등을 통해 구조적, 전기적 특성을 평가하였으며, 열역학 계산을 위해서는 SOLGASMIX-PV프로그램을 사용하였다. Ru 박막의 증착에 있어서 산소의 첨가는 필수적이었으며, Ru 박막의 증착속도는 30$0^{\circ}C$~40$0^{\circ}C$의 온도 영역에서 200$\AA$/min으로 일정하였으며, 첨가된 산소의 양이 적을수록 더 치밀하고 평탄한 표면형상을 보였으며, 또한 더 낮은 전기 전도도를 보였다. 그리고 증착된 박막은 12~15$\mu$$\Omega$cm 정도의 낮은 비저항 값을 나타냈으며 이것은 기존의 sputtering 법에 의해 증착된 Ru 박막의 비저항 값들과 비교될만하다. 한편, 높은 온도, 높은 산소분압 조건에서 RuO2의 형성을 관찰하였으며, 이것은 열역학적인 계산을 통해서 잘 설명할 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제20권6호
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• pp.436-441
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• 2011

각종 전자 방출원 및 디스플레이 응용 분야에서 뛰어난 가능성을 보이고 있는 탄소나노튜브의 전계 방출 특성을 개선하고 전자방출의 신뢰성을 개선하기 위해 탄소나노튜브의 표면에 수 nm 두께의 금속 코팅을 적용하였다. 탄소나노튜브는 실리콘 기판위에 2 nm 두께의 Invar (52% Fe, 42% Ni, 6% Co alloy) 촉매를 사용하여 $450^{\circ}C$의 온도에서 플라즈마 화학기상 증착법으로 성장시켰다. 성장된 탄소나노튜브의 밀도 제어를 위해 성장 후 질소 플라즈마로 일부를 식각한 후 티타늄(Ti) 금속을 탄소나노튜브 표면에 5~150 nm 두께로 스퍼터링 증착하였다. 5 nm로 티타늄을 탄소나노튜브 표면에 코팅한 경우, 코팅 전에 비해 6 V/${\mu}m$의 전계에서 전류밀도가 4배 이상 증가되었으며, 전계 방출 전류의 요동(fluctuation) 또한 40% 이상 감소됨을 확인할 수 있었다. 이는 티타늄의 일함수가 4.3 eV로 탄소나노튜브의 5 eV에 비해 작을 뿐만 아니라, 탄소나노튜브의 약점으로 지적되는 기판과의 접착성과 접촉저항이 티타늄의 표면 코팅으로 인해 크게 개선된 결과로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.646-646
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• 2013

그래핀은 이차원의 탄소 원자들이 벌집구조를 이루는 탄소 원자 한 층의 물질이다. 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성으로 인해 투명전극, 가스 센서, 트랜지스터 등과 같이 다양한 응용이 가능하고 연구가 행해지고 있다. 최근 몇 년 동안, 그래핀의 우수한 특성을 이용해서 마이크로센서나 신축성 있는 전자소자를 위한 전도막과 같은 응용이 시도되고 있다. 본 연구에서는 화학기상증착법 (CVD)으로 합성한 그래핀을 이용해서 암모니아 가스 센서 소자를 제작, 센서 특성을 관찰하였다. 구리 기판을 이용하여 화학기상증착법으로 그래핀을 합성하였으며 진공로에서 수소(H2)와 메탄(CH4) 가스를 사용하였다. 그래핀 합성 온도, 가스 유량 등을 변화시키며 그래핀을 합성하고, 합성된 그래핀을 구리기판을 식각용액을 이용해 제거하는 방법으로 그래핀을 전사시키는 공정거쳐 Au/Ni 전극패턴 위에 전사시킴으로 가스 센서 소자를 제작하였다. 제작된 센서 소자를 이용해 상온에서 암모니아(NH3) 가스의 유량을 변화시키며 실험하였다. 암모니아 가스가 흐를 때 그래핀에 암모니아 분자가 흡착되어 그래핀의 전기저항을 증가시켜 이를 이용해서 암모니아 가스를 감지할 수 있었다. 본 연구에서 제작한 소자는 상온에서 암모니아 가스에 민감하게 반응했으며 이는 기존의 금속산화물을 이용한 암모니아 센서는 대부분 고온에서 작동하는 점과 비교 하였을 때 가스 센서 소자로써 큰 장점이라고 할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.500-500
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• 2013

특정한 유기 물질에 전류를 인가했을 때 발광을 하는 특성을 이용한 Organic Light Emitting Diode (OLED)는 뛰어난 색재현성, 적은 전력소모, 간단한 제조공정, 넓은 시야각 등으로 인해 PDP, LCD, LED에 이은 차세대 디스플레이 소자로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 OLED는 각기 다른 굴절률을 가지는 다층구조로 되어있어 실질적으로 소자 밖으로 나오는 빛은 원래 생성된 빛의 20% 정도 밖에 되지 않는다. 이러한 광 손실을 줄이기 위해 Photonic Crystal (PC)이나 마이크로 렌즈 어레이(MLA) 부착 등과 같이 특정한 크기를 갖는 주기적인 나노 구조물을 이용한 광추출 효율 상승 방법은 특정 파장의 빛에서만 효과가 있는 한계가 있었으며 고가의 공정과정을 거쳐야 했으므로 OLED 소자의 가격 향상에 일조하였다. 이의 해결을 위해 본 연구는 유리기판 위에 랜덤한 분포를 가지는 나노 구조물 제작 공정법을 제안한다. 먼저 유리기판 위에 스퍼터로 금속 박막을 입혀 이를 Rapid thermal annealing (RTA) 공정을 이용하여 랜덤한 분포의 Island를 가지는 마스크를 제작하였다. 그 후 플라즈마 식각을 이용하여 유리기판에 나노 구조물을 형성하였고 기판 위에 남아있는 마스크는 Ultrasonic cleaning을 이용하여 제거하였다. 제작된나노구조물은 200~300 nm의 높이와 약 200 nm 폭을 가지고 있다. 제작된 유리기판의 OLED 소자로의 적용가능성을 알아보기 위한 광학특성 조사결과는 300~900 nm의 파장영역에서 맨유리와 거의 비슷한 수직 투과율을 보이면서 최대 50%정도의 Diffusion 비율을 나타내고 있고 임계각(41도) 이상의각도에서 인가된 빛의 투과율에 대해서도 향상된 결과를 보여주고 있다. 제안된 공정의 전체과정 기존의 PC, MLA 등의 공정에 비해 난이도가 쉽고 저가로 진행이 가능하며 추후 OLED 소자에 적용될 시 대량생산에 적합한 후보로 보고 있다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.289-292
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• 2009

본 연구에서는 감광유리를 이용한 PEM 마이크로 연료전지 바이폴라 플레이트의 제작 공정을 확립하고 성능 측정을 수행하였다. 감광유리는 무게가 가볍고 내화학성이 뛰어나며 제작이 용이하다. 비등방성 식각, 열 및 UV 접합, 그리고 금속 층 적층을 통한 MEMS 제작 공정이 확립되었다. 성능 측정 결과 활성화 영역에 은이 적층된 마이크로 연료전지의 성능이 그렇지 않은 것보다 우수하였으며 두 경우에서 측정된 마이크로 연료전지의 성능은 모두 국내외 마이크로 연료전지 연구 수준과 동등한 수준이었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 추계학술대회 논문집 Vol.17
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• pp.151-154
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• 2004

화합물 반도체 단일 나노선의 에칭 효과를 보기 위하여 에칭 용액과 시간을 달리하면서 전류-전압 특성을 측정하였다. 측정을 위한 단일 나노선 소자는 Electron beam lithography를 이용하여 전극을 top contact 방식으로 만들었다. 에칭은 식각과정에서 현상된 상태의 패턴에서 수행하며 금속 전극과 나노선 접합 부분만을 에칭 하였다. 에칭용액은 Buffered Oxide Etchant(BOE)을 이용하였으며 에칭 시간은 수 십초에서 수 십분까지 다양하게 하였다. 전압-전류 특성 측정결과에서 에칭 용액과 에칭 시간에 따라 전류가 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 효과는 나노선 외곽에 비정질 산화층의 제거 효과로 인한 것으로 설명할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.398.2-398.2
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• 2014

유기태양전지는 낮은 공정 단가, 저온공정 및 기계적 유연성과 같은 다양한 장점을 지니고 있어서 실리콘 기반의 태양전지를 대체하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 유기태양전지는 실리콘 기반의 태양전지에 비해서 낮은 광전변환효율을가지고 있기 때문에 효율을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 엑시톤 분리 효율을 높이기 위한 방안으로 나노 구조가 많이 연구되고 있다. 하지만 나노 구조를 제작하기 위해서는 식각 과정을 거치거나, 금속 템플레이트를 사용하여 공정상 복잡하고 어려움을 갖는다. 본 연구에서는 간단한 용액 공정을 이용하여 초음파 처리시간 변화에 따른 나노 구조를 가지는 광활성층을 제작하였다. 전자주게 물질인 P3HT를 혼합 용매에 녹여서 초음파 처리를 통해서 나노 구조를 제작하였고, 초음파 처리 시간에 따른 구조의 변화를 광류미네에센스 측정과 원자간 힘 현미경으로 관찰하였다. 나노 구조를 가지는 태양 전지는 엑시톤을 분리할 수 있는 전자주게와 전자받게의 계면이 증가함으로 엑시톤 분리 효율이 향상되는 장점을 가진다. 초음파 처리 사긴 변화에 따른 나노 구조 P3HT 층을 가진 태양전지의 전류밀도-전압 측정을 통해 효율의 변화를 비교하였다. 15분 동안 초음파 처리를 하였을 때, 가장 높은 효율을 가지는 것을 확인할 수 있었고, 나노 구조를 가지지 않는 유기태양전지에 비해서 20% 정도 효율이 향상되는 결과를 볼 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.244.2-244.2
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• 2014

금속, 플라스틱, 유리 등의 재료 표면에 다양한 색상을 표현하기 위해 일반적으로 습식 도금을 많이 적용하고 있다. 하지만 습식 도금은 공정 수가 많을 뿐만 아니라 위험물질 및 오염물질을 많이 사용하기 때문에 산업사고, 환경오염 등을 야기 시킨다. 따라서 본 연구에서는 친환경적 방법인 물리적기상증착(PVD ; Physical Vapor Deposition) 방식의 한 종류인 스퍼터링(Sputtering)으로 색상을 구현하였다. PVD 방식의 증착은 습식 도금 방식에 비해 친환경적이며, 전처리에서 후처리까지 한 공정으로 가능하다는 점이다. 스퍼터링은 PVD의 다른 방식인 E-beam 방식에 비해 대량생산을 할 수 있다는 장점이 있다. 양산형 스퍼터링 장비(${\Phi}1200mm{\times}H1400mm$)로 실험을 진행하였으며, 증착 물질은 Ti, Al, Cr 을 사용하였고, 반응성 가스(Reactive Gas) 로는 N2, C2H2 가스를 사용하였다. 전처리는 LIS (Linear Ion Source)로 식각(Etching) 하였고, 펄스직류전원공급장치(Pulsed DC Power Supply)를 사용하여 증착 하였으며, 증착시 기판에 bias (-100 V)를 인가 하였다. 그 결과 회색계열, 갈색계열 등 여러가지 색을 구현할 수 있었으며, 증착된 박막의 특성을 알아보기 위하여 색차계, 내마모 시험기, 연필경도 시험기를 사용하였다. 향후 후처리 공정으로 내지문(AF ; anti fingerprint coating) 박막 등과 같은 실용적인 박막을 증착할 계획이다.