• Journal of the KSME
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• v.33 no.6
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• pp.515-522
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• 1993

센서는 자연현상을 감지하는 소자로 계측 및 제어시스템의 구성요소로 이용되며, 센서를 이용 하여 Closed-loop System의 구성을 가능케 하며, 지능화된 시스템을 구현 할 수 있다. 센서는 압력, 유량, 온도, 자장, 광 등을 측정하는 물리적 센서, pH, 이온, 산소 등의 구성물을 감지하는 화학센서, 인체의 혈당량, 뇌의 상태, 냄새 등을 측정하는 바이오 센서로 대별될 수 있다. 이중 물리적 센서는 기계적 시스템에 많이 이용되며, 특히 압력, 유량센서는 자동차에 있어서 엔진의 Manifold, 엔진오일, 브레이크 오일, 타이어, 연료 등의 상태를 측정하는데 사용되고 있다. 예를 들어 1980년대에는 미국 Ford와 Motorola사가 공동으로 반도체공정 기술을 이용한 용량 형(capacitive) 압력센서를 개발하여 엔진의 컨트롤시스템에 이용하였다. 이러한 압력센서는 1988년에 15억불의 매출을 기록하였으며, 1955년에는 30억불로 늘어날 전망으로 있어 가장 많이 사용되는 센서로 각광을 받고 있다. 이글에서 압력센서의 원리 및 종류에 대하여 알아보고, 마 이크로머시닝 기술 등의 제작방법과 이의 응용에 대하여 논의하려 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.436-436
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• 2014

본 연구에서는 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 나노바이오센서 분야 중 가장 주목을 받고 있는 LSPR 원리를 이용한 바이오센서를 제작하였다. 금속 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명현상에 의한 주위환경에 민감하게 반응하는 특성은 고감도 광학형 바이오센서, 화학물질 검출 센서등에 응용된다. 특히 금 나노막대와 같은 1차 나노구조물은 나노막대의 주변 환경 변화에 따라 뚜렷한 플라즈몬 흡수 밴드 변화를 나타냄으로 센서로 적용 했을 때 고감도의 측정이 가능하다. 본 연구에서는 다공성인 알루미늄 양극산화 박막 주형틀을 이용하여 다양한 종횡비를 가지는 금 나노막대를 합성하고, 나노막대 어레이 형태의 박막을 제작하였다. 금 나노막대의 합성은 알루미늄 양극산화막을 사용한 주형제조 방법(template method)을 사용하는 전기화학 증착법을 사용하였다. 우선 부도체인 알루미늄 양극 산화막의 한쪽면을 열증착 장비를 사용하여 금을 증착하여 작업 전극(working electrode)을 형성하였다. 백금 선(platinum wire)을 보조 전극(counter electrode)으로 사용하고 Ag/AgCl 전극을 기준 전극(reference electrode)으로 사용하여 삼전극계(three-electrode system)를 형성하였으며, 금 도금 용액(orotemp 24 gold plating solution, TECHNIC INC.)을 사용하여, 800 mV 전압에서 금 나노 막대를 합성하였다. 금 나노막대의 길이는 테플론 챔버를 통과한 전하량 또는 전기 증착 시간에 비례하여 결정된다. 금 나노막대를 성장시킨 알루미늄 양극산화막을 실리콘 웨이퍼에 은 페이스트를 사용하여 고정시킨 후 수산화나트륨 (NaOH)용액을 사용하여 알루미늄 양극산화막을 녹여내어 수직방향으로 정렬되어 있는 나노 막대 어레이 박막을 제조 하였다. 또한 제작된 금 나노막대 어레이의 광학적 특성을 평가하였다. 본 연구에서와 같이 나노막대를 직경방향으로 측정할 경우, 직경방향의 transverse mode만 측정된다. 금 나노 막대가 알루미늄 양극산화막 안에 포함된 상태로 측정된 금 나노로드 어레이 박막의 광 스펙트럼 분포는 금 나노막대의 가시광영역에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였을시 직경 및 길이에 따라 transverse mode의 ${\lambda}$ max (최대 흡광)의 위치가 변화됨을 나타낸다. 실험 결과를 바탕으로 나노막대의 종횡비가 증가함에 따라 흡수 스펙트럼의 transverse mode ${\lambda}$ max가 미약하게 단파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 원기둥 형태의 금 나노막대의 흡수 스펙트럼에 대한 이론적인 예측과 부합한다. 바이오센서로의 적용 가능성을 확인하기 위하여 자기조립단분자막을 형성하여 항체를 고정하고 CRP에 대한 응답특성을 평가하였다. CRP 항원-항체의 면역반응에 대한 실험 결과 CRP 항원의 농도가 증가함에 따라 넓은 측정범위에서 선형적으로 흡광도가 증가하는 결과를 나타내었으며, CRP 10 fg/ml의 농도까지 검출할 수 있었다. 센서의 선택성을 확인하기 위하여 감지하고자하는 대상물질이 아닌 Tn T 항원을 감지막에 반응시켜 흡광도 변화를 분석하였다. 결과적으로 제작된 센서칩은 선택성을 가지고 측정하고자하는 물질에만 반응함을 확인하였다. 이러한 결과는 다양한 직경을 사용한 부가적인 LSPR현상의 연구에 활용될 수 있을 것이다.

• KSBB Journal
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• v.24 no.3
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• pp.227-238
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• 2009

In the recent years, some organic toxic chemicals were used for obtaining high-yield productivity in agriculture. The undegraded pesticides may remain in the agricultural foods through atmosphere, water, and soil and cause public health problems to environmental resources and human beings even at very low concentrations. Small amounts of pesticides can affect a central nervous system, resulting in immunogenic diseases, infertility problems, respiratory diseases and born marrow diseases, which can lead even to death. Monitoring of the environmental pesticide is one of the important issues for the human well-being. Several kinds of biosensors have been successfully applied to the detection of agrichemical toxicity. Also, few platforms for biocide detection have been definitely developed for the degradation and reaction of pesticides. Biochip and electrochemistry experiments involve immobilizing a receptor molecule on a solid substrate surface, and monitoring its interaction with an analyze in a sample solution. Furthermore, nanotechnology can be applied to make high-throughput analyses that are smaller, faster and sensitive than conventional assays. Some nanomaterials or nanofabricated surfaces can be coupled to biomolecules and used in antibody-based assays and enzymatic methods for pesticide residues. The operation procedure has become more convenient as it does not require labeling procedure. In this paper, we review the recent advances in agrichemical defection research and also describe the label-free biosensor for pesticides using various useful detection methods.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07c
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• pp.1579-1581
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• 2004

바이오센서는 효소(enzyme), 생분자(biomolecule), 항체(antibody), 세포(cell) 등의 biological agent를 인지 물질(recognition material)로 하여 측정하고자하는 분석 대상(analyte)과 높은 선택성으로 반응을 일으키게 하여 그 결과를 기존의 물리, 화학센서로 감지 해내는 방식이므로 기존의 의료용 화학센서를 대체하는 추세이다. 바이오센서가 기존의 센서와 구별되는 점은 생물질의 선택적인 반응 및 결합을 이용하는 것이므로 바이오센서의 실용화에 있어서 가장 중요한 것은 생체 반응 물질의 고정화 기술과 고정화막의 선택이라 할 수 있다. 일정전압법을 이용한 요소센서는 많이 연구되어 오고 있으나 낮은 농도에서의 감도저하에 따른 단점으로 상용화에 이르지 못하고 있다. 본 논문은 요소센서의 이용하기 위한 고정화막으로 3-mercaptopropionic acid 자기조립 단인층의 전기화학적 특성을 고창하였다. 자기조립 단일층은 직접적인 전자전달로 인하여 낮은 요소 농도에서 뛰어난 강도와 빠른 반응 시간을 보였으며, 특히 다공질 실라콘을 기질로 사용한 경우 평면 전극 보다 약 3배의 감도 증가 효과를 가져왔다. 자기조립 단일층의 표면 분석은 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.420-420
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• 2014

최근, 과학 기술이 발달함에 따라 현장에서의 실시간 검사 및 자가 지단 등 질병 치유에 대한 사람들의 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라 의료, 환경, 산업과 같은 많은 분야에서 바이오 센서에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중, EGFET는 전해질 속의 각종 이온 농도를 전기적으로 측정하는 바이오 센서로, 외부 환경으로부터 안전하고, 제작이 쉬우며, 재활용이 가능하여 비용을 절감 할 수 있다는 장점을 가지고 있다 [1]. EGFET는 감지부와 FET부로 분리된 구조를 가지고 있으며, 감지부의 감지막으로는 Al2O3, HfO2, $TiO_2$, SnO2 와 같은 다양한 물질들이 사용되고 있다. 그 중, SnO2는 우수한 감도와 안정성을 가지고 있는 물질로 추가적인 열처리 공정 없이도 우수한 감지 특성을 나타내기 때문에 본 연구에서 감지막으로 사용하였다. 한편, EGFETs 의 FET부로는 기존의 비정질 실리콘 TFTs 에 비해 10배 이상의 높은 이동도와 온/오프 전류비를 갖는 InGaZnO 를 채널층으로 사용한 TFTs 를 사용하였다. a-IGZO 는 넓은 밴드 갭으로 인해 가시광 영역에서 투명하며, 향후 투명 바이오센서 제작 시, 물질들 사이의 반응을 전기적 신호뿐만 아니라 광학적인 분석 방법으로도 검출이 가능하기에 고 신뢰성을 갖는 센서의 제작이 가능할 것으로 기대된다. 한편, a-IGZO TFTs 의 경우 우수한 전기적 특성을 나타냄에도 불구하고 소자 동작 시 문턱 전압이 불안정하다는 단점이 있으며 [2], 이러한 문제의 개선과 향후 투명 기판 위에서의 소자 제작을 위해서는 저온 열처리 공정이 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 저온 열처리 공정인 u-wave 열처리를 통하여 a-IGZO TFTs 의 전기적 특성 및 안정성을 향상시켰으며, 9.51 [$cm2/V{\cdot}s$]의 이동도와 135 [mV/dec] 의 SS값, 0.99 [V]의 문턱 전압, 1.18E+08의 온/오프 전류 비를 갖는 고성능 스위칭 TFTs 를 제작하였다. 최종적으로, 제작된 a-IGZO TFTs 를 SnO2 감지막을 갖는 EGFETs 에 적용함으로써 우수한 감지 특성과 안정성을 갖는 바이오 센서를 제작하였다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.27 no.5
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• pp.64-72
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• 2012

물질의 상태를 알기 위해 사용되는 센서 기술은 전기적 신호와 정보 등을 감지하는 전자 기술뿐만 아니라 생물학을 포함한 바이오 기술과 나노 기술과의 융합을 통해 진화하고 있다. 이러한 진화는 아이폰을 시작으로 하는 IT 산업의 변화를 이끌 뿐만 아니라, 헬스케어 분야를 중심으로 빠르게 적용되고 있는 기술로써 첨단기술의 상징으로 자리매김하고 있다. 이미 많은 사람들이 알고 있는 유비쿼터스 사회에서 꼭 필요한 스마트 센서로써의 현주소를 파악하기 위해서 산업동향과 국 내외 주요 연구결과물들을 살펴보고, 향후 발전방향을 예측해 보고자 한다.

• Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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• v.22 no.2
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• pp.347-355
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• 2012

A biometric hardware security module is a physical device that comes in the form of smartcard or some other USB type security token is composed with biometric sensor and microcontroller unit (MCU). These modules are designed to process key generation and electronic signature generation inside of the device (so that the security token can safely save and store confidential information, like the electronic signature generation key and the biometric sensing information). However, the existing model is not consistent that can be caused by the disclosure of an ID and password, which is used by the existing personal authentication technique based on the security token, and provide a high level of security and personal authentication techniques that can prevent any intentional misuse of a digital certificate. So, this paper presents a model that can provide high level of security by utilizing the biometric security token and Public Key Infrastructure efficiently, presenting a model for privacy preserving personal authentication that links the biometric security token and the digital certificate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.386.2-386.2
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• 2014

본 연구에서는 바이오 센서 응용을 위해 그래핀을 전극으로 제작하여 그래핀 표면 결함준위에 따른 센서의 민감도를 전기화학 실험을 통해 관찰하였다. 그래핀은 니켈/구리촉매를 이용한 저 진공 화학 기상 증착 장비(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition; LP-CVD)와 Photo-lithography로 제작한 것과 탄소 산화물을 환원시켜 만든 환원-그래핀, 두 가지를 사용하였다. 전기화학 실험에서 그래핀 전극 및 Silver/Silver chloride (Ag/AgCl), Fluorine doped Tin Oxide (FTO)은 작업 전극 및 기준 전극, 상대 전극으로 각각 사용하였고, 반응용액은 potassium hexacyanoferrate (III)를 농도를 다르게 하여 사용하였다. 그래핀의 표면 상태, 층수, 결함 정도 등 구조적인 특성은 원자력현미경(Atomic Force Microscopy; AFM), 주사 전자 현미경(Secondary Electron Microscopy; SEM)과 Raman spectroscopy를 각각 이용하여 확인하였고, 그래핀의 결함준위에 따른 반응면적 및 센서 감도 의존성을 전류모드-원자력현미경(Current-Atomic Force Microscopy; I-AFM)과 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy; EIS)를 통해 그래핀 전극의 성능을 분석하고, 그래핀 결함 준위에 따른 센서 감도 의존성은 순환전위 분광법 (Cyclic Voltammetry; CV)를 이용하여 관찰하였다. 또한 농도가 다른 반응용액은 센서의 민감도를 관찰하는데 사용하였다. 결과적으로 LP-CVD로 성장한 그래핀과 환원-그래핀의 결함준위에 따른 센서의 성능을 비교 분석한 결과와 반응용액 농도에 따른 센서의 민감도 결과는 그래핀 바이오센서에 대한 응용 및 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 예상한다.

• 기계와재료
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• v.18 no.3 s.69
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• pp.37-51
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• 2006

• Journal of the KSME
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• v.44 no.10
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• pp.34-43
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• 2004

이 글에서는 나노전자소자 기술을 이용한 바이오센서 개발 연구에 대하여 간단히 소개한다.