• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.476-476
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• 2014

서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$과 $0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.361-361
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• 2013

비냉각 적외선 검출소자는 빛이 전혀 없는 환경에서도 사물을 감지하는 열상장비의 핵심소자이다. 마이크로볼로미터 적외선 검출기는 상온에서 동작하며, 온도안정화를 위해 TEC를 장착하여 진공패키지로 조립된다. 패키지는 진공을 유지할 수 있도록 일반적으로 메탈로 제작되며, 단가 감소 및 생산성 증대를 위해 wafer level packaging 방법을 이용한다. 마이크로볼로미터의 특성은 패키지의 진공 변화에 매우 민감하다. 센서의 감도를 증가시키기 위해서는 진공환경을 유지해야 한다. 볼로미터 소자의 특성은 상압에서 열전도는 기판과 멤브레인 사이의 에어갭을 통해 열손실을 야기하므로 센서의 반응도가 현저히 줄어든다. 에어갭이 1 um 정도 되더라도 그 사이에 존재하는 열전도가 가능하므로 진공을 유지하여 열고립 상태를 증대시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 소자의 동작시 압력, 즉 진공도가 볼로미터 소자의 반응도 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 마이크로볼로미터 소자는 $2{\times}8$ 어레이 형태로 제작하였으며, metal pad를 각 단위셀에 배치하였으며, 공통전극으로 한 개의 metal pad를 넣어 설계하였다. 흡수체로써 VOx를 사용하였으며, 열 고립구조를 위해 2.5 um 공명 흡수층의 floating 구조로 멤브레인을 형성하였다. 진공패키지는 메탈패키지를 제작하여 볼로미터 칩을 TEC 위에 장착하였으며, 신호의 감지를 위해 가변저항을 매칭시켰다. 반응도는 신호 대 잡음 값을 획득하여 소자에 도달하는 적외선 에너지에 대해 반응하는 값을 계산에 의해 얻어내는 것이다. 픽셀 크기는 $50{\times}50$ um이며, 패키지 조립 공정 후 온도변화에 따른 저항 측정을 통해 TCR 값을 얻었다. 이때 TCR은 약 -2.5%/K으로 나타났다. $2{\times}8$의 4개 단위소자에 대해 측정한 값은 균일하게 TCR 값이 나타났다. 광반응 특성은 볼로미터 단위소자에 대해서 먼저 고진공(5e-6 torr) 하에서 측정하였으며, 반응도는 25,000 V/W의 값을 나타내었고, 탐지도는 약 2e+8 $cmHz_{1/2}$/W로 나타났다. 패키지의 압력 조절을 위해 TMP 및 로터리 펌프를 이용하여 100 torr에서 1e-4 torr의 범위에서 압력조절 밸브를 이용하여 질소가스의 압력으로 진공도를 변화시켰다. 적외선 반응신호는 압력이 증가함에 따라 감소하였으며, 2e-1 torr의 압력에서 신호의 크기가 감소하기 시작하여 5 torr에서 반응도의 1/2 값을 나타냄을 알 수 있었다. 30 torr 이상에서는 신호가 잡음값 과거의 동일하여 신호대 잡음비가 1로 나타남을 알 수 있었다. 또한 진공도 변화에 대해, 흑체온도에 따른 반응도 및 탐지도의 특성을 조사한 결과를 발표한다. 반응도의 증가를 위해 진공도는 진공도는 1e-2 torr 이하의 압력을 유지해야 함을 본 실험을 통해 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2014.10a
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• pp.581-584
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• 2014

In this paper, a micro-scale photovoltaic(PV) energy harvesting system is proposed where an MPPT(Maximum Power Point Tracking) control is implemented using an energy distribution technique. Miniature PV cells output very low energy and low voltages, and thus, they cannot be used to directly power the MPPT controller. In the proposed system, a start-up circuit boosts an internal Vcp, and the boosted Vcp is used to operate the internal MPPT control block. When the Vcp reaches a predefined value, a detector circuit makes the start-up block turn off and provide a power converter with the energy from the PV cell. When the Vcp decreases such that the MPPT controller can not be operated, the energy transferred to the power converter is blocked and the start-up circuit is reactivated. In this way, the MPPT function is achieved by alternately operating the start-up circuit and the power converter using the energy distribution technique, and the harvested energy is transferred to a load through a PMU(Power Management Unit). The proposed circuit is designed in a 0.35um CMOS process and its functionality has been verified through extensive simulations. The designed chip area including pads is $1430um{\times}1110um$.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.15 no.7
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• pp.4692-4697
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• 2014

A micro-grid including photovoltaic source and Li battery has been installed and operated for several years at the campus of USF and been used as a test bed. Photovoltaic power source has been strongly influenced by the location, weather and climate of the installed area. To compensate for the uncertainty of photovoltaic source's power output, a Li battery is connected directly to the photovoltaic source and supplies electric power to the grid. The Li battery is operated to supply power output to the grid according to the charging or discharging mode of the battery based on the average power output of the photovoltaic source, which is calculated from the monitored data for several years. The grid of the photovoltaic and Li battery system is operated as a severe loading condition and the operating characteristics of PV source and Li battery cells are analyzed in detail.

• The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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• v.23 no.3
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• pp.306-313
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• 2012

In order to enhance the isolation level between two dual-band E-slot microstrip patch antennas, EBG structure which operates in UMTS Tx(1.92~1.98 GHz) and Rx(2.11~2.17 GHz) band is proposed. The proposed EBG structure made with a periodic array of two different size EBG unit cells which has a modified mushroom-type for isolation improvement between two antennas. They do not share a common ground plane of the microstrip patch antenna. Overall size of the fabricated antenna is $210.5mm{\times}117mm$. The two different EBG unit cell sizes are $15.6mm{\times}4mm$ and $17.4mm{\times}4mm$, respectively. It was etched on the FR-4 substrate(thickness=3.93 mm, ${\varepsilon}_r$=4.6). The experiment results show that the isolation level between antennas in Tx/Rx band were improved by about 9 dB and 12 dB, respectively, through the use of the proposed EBG structure.

• The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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• v.3 no.2
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• pp.39-45
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• 2010

In this paper, an equally spaced $3{\times}2$ microstrip patch array antenna based on the fundamental infinite wavelength supported by the composite right/left-handed (CRLH) transmission line (TL) is proposed. The proposed CRLH TL unit cell consists of an inter-digit capacitor to realize left-handed (LH) series capacitance and non-symmetric shunt meander line with a shorted via to realize LH shunt inductance. At the infinite wavelength frequency of 2.09 GHz a 6-port series power divider consisting of a 19 unit cells shows a maximum magnitude difference of 0.73 dB and a $0.52^{\circ}$ maximum phase difference between output ports. The measured resonant frequency and maximum gain of the fabricated array antenna is 2.09 GHz and 10.98 dBi, respectively.

• Corrosion Science and Technology
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• v.17 no.3
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• pp.129-137
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• 2018

The resistance to corrosion of additive manufactured (3D printing) Ti-6Al-4V alloys was investigated using micro-electrochemical tests. In terms of corrosion resistance, the acicular martensitic ${\alpha}^{\prime}$ phase in such additive manufactured Ti-6Al-4V was the focus of attention, and its behavior was distinct from that of conventional subtractive manufactured Ti-6Al-4V. To order to identify ${\alpha}^{\prime}$ phase, XRD tests were performed and micro Vickers hardness was measured for different grains (bright and dark grains) in the additive manufactured Ti-6Al-4V alloy. Micro-electrochemical tests were performed to measure corrosion resistance of bright and dark grains in the additive manufactured Ti-6Al-4V alloy with specially designed electrochemical micro-droplet cell. Critical pitting temperature (CPT) measurement was performed to evaluate the resistance to pitting corrosion of additive manufactured Ti-6Al-4V alloys with different volumes of ${\alpha}^{\prime}$ phase and subtractive manufactured Ti-6Al-4V alloy. The dark grains of the laminated Ti-6Al-4V alloy distributed broader than the bright grains measured with low microhardness. The dark grains of the Ti-6Al-4V alloy, which was rich in martensite ${\alpha}^{\prime}$, had lower general corrosion and pitting resistance than bright grains. As the fraction of martensite ${\alpha}^{\prime}$ phase increased, the resistance to the pitting corrosion decreased.

• The KIPS Transactions:PartC
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• v.11C no.7 s.96
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• pp.1023-1032
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• 2004

It is generally known that handoff delay degrades the QoS by packet drop, packet delay and jitter. Moreover. handoff highly effects on QoS in beyond 3G system because not only micro cells for achieving high capacity and fast moving nodes induce the frequent handoff but also hard handoff must be carried out in OFDM system. Therefore, study on a handoff algorithm for guaranteeing QoS is required. Related works on handoff for beyond 3G system mainly focused on reducing the L3 handoff delay or packet loss. That is, these schemes try to compensate L2 delay rather directly eliminate it. However, remained 1.2 delay degrades QoS, especially delay-sensitive realtime traffic. Therefore, we proposed the seamless handoff algorithmwhich can minimize the L2 handoff delay.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.4
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• pp.89-94
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• 2019

Glass base sealant is required as a ceramic-ceramic joining material between α-alumina insulation cap and β-alumina electrolyte tube in the development of NaS battery cell package for electrical energy storage system. The fabrication of glass frit by thermal quenching method, phase analysis, particle size analysis, coefficient of thermal expansion and surface roughness according to the glass compositions were analyzed for the fabrication of glass sealing paste for ceramic-ceramic joining. Also, a new evaluation method of the adhesion strength of glass sealant at the small area in ceramic-ceramic joining component was proposed using conventional Dage bond tester that was used to measure the adhesion of solder ball joint.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.30 no.3
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• pp.73-77
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• 2023

In this study, we developed a Multi-level FeRAM (Ferroelectrics random access memory) device utilizing different ferroelectric materials and analyzed its operation through C-V analysis using simulations. To achieve Multi-level operation, we proposed an MFM (Multi-Ferroelectric Material) structure by depositing two different ferroelectric materials with distinct properties horizontally on the same bottom electrode and subsequently adding a gate electrode on top. By analyzing C-V peaks based on the polarization phenomenon occurring under different voltage conditions for the two materials, we confirmed the feasibility of achieving Multi-level operation, where either one or both of the materials can be polarized. Furthermore, we validated the process for implementing the proposed structure using semiconductor fabrication through process simulations. These results signify the significance of the new structure as it allows storing multiple states in a single memory cell, thereby greatly enhancing memory integration.