• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.1219-1220
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• 2015

마이크로, 나노유체 (micro-, nanofluidics)을 이용한 종이 기반 분석 소자 (paper-based analytical devices, micro-PADs)에 대한 관심이 증가하고 있다. 종이 기반의 분석 소자는 초저가의 비용과 간단한 공정 방법으로 인하여 상용화 컨셉의 바이오센서로 각광받고 있다. 하지만, 종이 기반의 분석 소자는 낮은 검출 한계 (limit of detection, LOD)와 민감도 (sensitivity)의 제한이 있다. 그로 인해 우리는 이온 선택적 투과층 (ion permselective membrane, i.e. Nafion)을 종이 기반의 분석 소자와 결합하여 이온 농도 분극 (ion concentration polarization, ICP) 현상을 구현하여 낮은 검출한계와 민감도를 개선할 수 있었다. 접착력이 있는 테이프 표면에 이온 선택적 투과층을 패터닝 (patterning)하여 종이 기반 분석 소자와 결합하여 매우 간단하게 소자를 제작할 수 있었다. 따라서 종이 기반의 채널 양단에 직류 전압을 인가했을 때 발생하는 ICP 현상으로 인하여 형광 물질 (fluorescence dye)이 농축(preconcentration)되는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 초기 농도가 1.55 nM인 형광 물질을 이용하여 200 V의 외부전압을 인가했을 때, 500 초 이내에 1000 배 이상의 농축비를 얻을 수 있었다. 따라서, 외부 전압을 상용화된 건전지 출력값으로 낮출 수 있다면 다양한 종이 기반 분석 소자와 간단한 결합 방법을 통해 상용화 컨셉의 바이오센서로도 구현이 가능할 것이다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.70.2-70.2
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• 2012

고체산화물연료전지의 전기적 성능은 직류를 인가하면서 평형 전위로 부터 과전압(Overpotential) 만큼 멀어지는 셀의 전극 전위를 측정하는 방법으로 분석할 수 있다. 하지만 이러한 직류 상태에서는 측정 시스템에 대해서 얻을 수 있는 정보가 매우 제한 적이다. 따라서 활성화 과전압 (Activation overpotential), 농도 과전압(Concentration overpotential), 저항 과전압 (Ohmic overpotential)등의 전류에 따른 변화가 전기화학의 법칙을 충실히 따른다는 가정하에 측정결과를 수식에 맞추어 역으로 추정하는 회귀 분석 방법이 많이 사용되고 있다. 하지만 고성능의 셀이 될 수록 활성화 분극이나 농도 분극이 전류-전압 선상에서 뚜렷하게 나타나지 않는 경우가 많고, 이러한 상태에서의 회귀 분석은 해는 무한히 많으나 하나의 해 만을 선택하게 되는 경우가 있는 것이 사실이다. 이러한 문제점은 연료전지에 직류와 교류를 동시에 인가하면서 과전압과 임피던스를 상호 비교 분석하면서 보완될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 직류 인가 상태에서 각 과전압을 간단한 수식을 이용한 회귀 분석으로 추정하고, 이를 다시 임피던스 측정 시 교류 주파수에 따라 나뉜 저항 요소들과 다시 비교하면서 회귀 분석의 신뢰성을 높이는 시도를 하였다. 이러한 과정을 통해 제시된 직류 고전압 모델을 검증하는데 임피던스의 이용이 매우 효과적임을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 2001.05a
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• pp.93-97
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• 2001

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.37.1-37.1
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• 2011

1990년 나카무라 연구팀에서 청색이 개발된 이래로 LED는 눈부시게 발전해 왔으며, 청색 LED로 인하여 조명용 백색 LED가 급격히 발전하고 있다. 현재까지 개발되고 있는 조명용 백색 LED는 통상적으로 c축 방향의 사파이어 기판위에 GaN film을 성장하여 제작하지만 원천적으로 생기는 자발분극과 압전분극 영향 때문에 양자우물에서의 밴드를 기울게 만들고 이것은 캐리어 재결합율을 감소시켜 그 결과 양자 효율을 낮춘다. 이러한 근본적인 문제를 해결하기 방안은 사파이어 기판에서 c-plane이외의 결정면에서 무분극(혹은 반극성) GaN LED를 성장하여 양자효율을 극대화하여 고효율 LED를 구현할 수 있음. 본 연구에서는 Carbonization mask를 이용하여 r-plane sapphire기판상에 a-plane GaN의 ELOG성장 방법에 대하여 연구하였다. Carbonization mask를 이용하면 기존에 사용되던 SiOx 나 SiNx 막을 사용하지 않고 mask를 만들 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 이러한 mask를 이용하여 r-plane sapphire위에 ELOG법을 이용한 a-plane GaN을 성장할 수 있음을 실험을 통해 보이려 한다. ELOG 성장이 이루어 지는지 확인을 위하여 SEM을 통하여 ELOG가 되는 과정을 분석하였으며, 표면의 거칠기를 알아보기 위하여 AFM측정을 시행하였다. 실험 결과 약 20 um 두께로 성장되면서 merge가 되는 것을 확인 하였다.

• Membrane Journal
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• v.12 no.3
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• pp.143-150
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• 2002

Electrodialysis(ED) is a reliable and effective process for the separation and concentration of ionic compounds. However, commercial uses of ED are often hindered by the cost of the stack that mainly resulted from the ion-exchange membrane cost. In order to minimize the membrane cost, it is desired to operate ED at the highest practicable current density. In an actual ED system the high current operation is limited by the concentration polarization phenomenon. This article illustrates the transport phenomena of ions through ion exchange membranes using current-voltage relations as a characterizing method. Also recent studies on electroconvection and water-spitting phenomena caused by concentration polarization were reviewed.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.48 no.7
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• pp.10-16
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• 2011

We report on the simulation results of electrical/optical characteristics for nonpolar GaN LED having Mg-doped GaN spacer and quantum barrier, in comparison with those of the typical nonpolar GaN LED. In order to reduce the band-gap energy distortion and conduction-band discontinuity in InGaN/GaN multiple quantum wells(MQWs) of nonpolar GaN LED, and thereby to increase their current-voltage, light output power and emission peak intensity, we applied 6 nm-thick p-type($1{\times}10^{18}\;cm^{-3}$) GaN spacer and GaN QB schemes to the typical nonpolar GaN LED epitaxial structure. As a result, we found that the radiative recombination rate was increased by 23% in MQWs at 20 mA current injection. Also, the forward voltage($V_f$) and the light output power($P_{out}$) were improved by 3.7% and 7%, respectively, for the proposed nonpolar LED epitaxial structure, compared with those of the typical nonpolar GaN LED.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.05d
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• pp.113-118
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• 2003

투어멀린(Tourmaline)은 비대칭 쌍극자를 가진 천연 유극성 결정체로 광물 중에서 영구전기분극을 띄고 있는 유일한 물질로써 일명 "전기석"이라고 알려져 있다. 분극에 의한 자체 미약전류(약 $60{\mu}A$)와 함께 음이온 및 원적외선의 발생으로 최근 우리주변에서 건강과 환경을 위한 관심고조의 대상인 육방정계의 압전성 및 초전성을 띄는 붕규산염(주요성분: Mg, Fe, B, Si, Ca)으로, 투어멀린 원석이나 그 복합세라믹체의 면역지수가 ~1000에서 ~400,000 이상인 점을 비롯하여 그 유용성을 이용하려는 새로운 아이디어 신상품들이 계속 개발되고 있다. 뿐만 아니라 물분자를 만나면 수소$(H^+)$와 수산기 $(OH^-)$로 전기분해 하여 친수기와 소수기 부분으로 구분하며, $H^+$와 $OH^-$는 각각 $H_2O$와 결합하여 활성이 강한 hydronium ion$(H_3O^+)$을 생성하고, 물 속에서 계속 불안정한 상태로 존재하는 수산기는 계면활성 작용이 있는 hydroxyl ion$(H_3O_2^-)$을 형성하여 물을 약 알카리성 (pH~7.4)으로 바꿔주며, 물분자 클러스터 세분화와 미네랄을 용출, 공급하여 이 물이 체내에 흡수되면 살균, 항균성의 면역기능을 갖게 되며, 혈액정화 기능과 자율신경 자극으로 교감신경의 흥분을 억제해 준다. 이와 함께 전기분극을 띈 투어멀린 입자는 다른 물질에 비하여 경이적 수치의 원적외선을 발생하여 강력한 열 효과와 높은 침투력으로 인체의 혈액순환 촉진과 혈전용해 작용을 주어 건강과 활력에 도움을 주는 것으로 확인되어 많은 관심을 끌고 있다. 따라서 유익한 이용가치를 인정받고 있는 천연 투어멀린을 단독 형태나 또는 서로 상승효과를 줄 수 있는 유용한 타 물질과 혼합물을 구성하여 성형 또는 EPD 방법으로 전착한 후 소결 처리하여, 소결체의 특성 분석과 함께 물에 대한 전기 화학적 작용 및 항균 효과를 조사, 확인하여 수질개선 효과를 분석하고 그 응용성을 개발, 확보하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.61 no.1
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• pp.155-161
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• 2023

Ion concentration polarization (ICP) is one of the essential important mechanisms for biomolecule preconcentration devices as well as a fundamental transport phenomenon found in electrodialysis, electrochemical cell, etc. The ICP triggered by externally applied voltage enables the biomolecular analyte to be preconcentrated at an arbitrary position by a locally amplified electric field inside the microchannel. Conventional preconcentration methodologies using the ICP have two limitations: uncertain equilibrium position and hydrodynamic instability of preconcentration plug. In this work, a new preconcentration method in the dead-end microchannel around cation exchange membrane was numerically studied to resolve the limitations. As a result, the numerical model showed that the analyte was concentrated at a shock front developed in a geometrically confined dead-end channel. Furthermore, the electrokinetic behaviors for preconcentration dynamics were analyzed by changing microchannel's applied voltage and volumetric charge concentration of microchannel as key parameters to describe the dynamics. This work would provide an effective means for a point-of-care platform that requires ultra-fast preconcentration method.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.47 no.10
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• pp.23-28
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• 2010

In this paper, we investigated the polarization effects on the electrical and structural characteristics of AlGaN/GaN HEMT. Both the Al mole-fraction and the barrier thickness of AlGaN, which determine the profiles of a two-dimensional electron gas, were simulated to obtain the optimum HEMT structure affecting the polarization effect. As a results, we found that the amount of bound sheet charges was increased by 16% and the maximum drain current density ($I_D$,max) was increased by more than 37%, while AI mole fractions are changed from 0.3 to 0.4. We also observed a 37% improvement in maximum drain current density ($I_D$,max) by increasing AIGaN layer thickness from 17 to 38 nm. However when AlGaN layer thickness reached the critical thickness, DC characteristics were dramatically lowered due to 'bulk' relaxation in AlGaN layer.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.38 no.3
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• pp.166-173
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• 2001

Hysteresis loops of the ferroelectric thin films such as PLZT(10/30/70), PLT(10) and PZT(30/70) was simulated using the field-dependent polarization model and compared to the measured loops. In case of PZT(30/70) thin film, as the real saturation or polarization at the applied voltage or larger than 5V appears slack and its value is quite different from the simulated one, it is deduced that the ferroelectric polarization of PZT(30/70) is generated not only by the pure dipoles but also by various electric charges. The drain current of quasi-MFISFET is expressed by using the square-law FET and field-dependent polarization models. The modeling results are analogous to the experimental values. The channel of quasi-MFISFET using PZT(30/70) forms more quickly compared to that of quasi-MFISFET using PLZT(10/30/70) or PLT(10) in the state of 'write' gate voltage of -10V. This may be because the decrease rate of the polarization in the PZT(30/70) thin film is 3~4 times more rapid than that of the polarization in the PLZT(10/30/70) or the PLT(10) thin film in the retention characteristics.