• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07c
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• pp.2003-2005
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• 2002

바이오 마이크로 시스템 및 바이오 MEMS 분야, 특히 실리콘을 기질로 하는 바이오 센서 제작에서 반도체 공정 기술은 센서의 대량 생산과 초소형화를 위해서 반드시 필요한 기술이다. 그러나, 감지전극의 마이크로화에 따른 센서의 감도 및 안정성 저하 문제는 해결해야 할 과제이다. 최근, 다공질 실리콘이 갖는 대면적이 실리콘 기질과 생체 고분자 (예: 단백질, 핵산 등) 간의 결합력을 향상시킬 수 있음이 알려지면서, 바이오 센서 분야에서, 새로운 형태의 드랜스듀서 재료로서의 다공질 실리콘에 대한 논의가 활발히 전개되고 있으며 또한, ISFET (Ion-Selective Field-Effect Transistors) 와는 달리 다공질 실리콘 층은 저항이 크기 때문에 센서 제작 과정에서의 부가적인 절연막을 필요로 하지 않는다. 본 연구에서는, 백금을 증착한 다공질 실리콘 표면에 전도성 고분자로서 Polypyrrole (PPy) 필름과 생체 고분자 물질로서 Urease를 각각 전기화학적으로 흡착하였다. 다공질 실리콘 층의 형성을 위해 테플론 소재의 전기화학 전지에 불산 (49%), 에탄올 (95%), $H_2O$ 혼합 용액을 넣고 실리콘 웨이퍼에 일정시간 수 mA의 산화 전류를 흘려주었으며, 약 $200{\AA}$의 티타늄 박막과 $200{\AA}$의 백금 박막을 RF 스퍼터링하여 작업 전극을 제작하였고, 백금 박막 및 Ag를 기화 증착하여 제작한 Ag/AgCl 박막을 각각 상대 전극과 기준전극으로 하였다. 박막 전극의 표면 분석을 위해 SEM (Scanning Electron Microscopy), EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy) 등을 이용하였다. 제작된 요소 센서로부터 요소 농도 범위 0.01 mmol/L ${\sim}$ 100 mmol/L에서 약 0.2 mA/decade의 감도를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.346-346
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• 2011

실리콘 나노와이어는 높은 표면적으로 인해 뛰어난 감지 능력을 가지는 재료 중 하나로 다양한 센서 응용 분야에 사용되고 있다. 이를 제작하는 방법에는 Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) 공정을 이용한 Top-down 방식과 Vapor-Liquid-Solid (VLS) 공정을 이용한 Bottom-up 방식이 널리 사용되고 있다. 특히 Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD)와 Au 촉매를 이용한 Bottom-up 방식은 수십 나노미터 이하의 실리콘 나노와이어를 간단한 변수 조절을 통해 성장시킬 수 있다. 또한 Au/Si의 공융점인 363$^{\circ}C$보다 낮은 온도에서 $SiH_4$를 분해시킬 수 있어 열적 효과로 인한 손실을 줄일 수 있는 장점을 지니고 있다. 하지만 PECVD를 이용한 실리콘 나노와이어 성장은 VLS 공정을 통해 표면으로부터 수직으로 성장하게 되는데 이는 센서 응용을 위한 전극 사이의 수평 연결 어려움을 지니고 있다. 따라서 이를 피하기 위한 표면 성장된 실리콘 나노와이어가 요구된다. 본 연구에서는 PECVD VLS 공정을 이용하여 $HAuCl_4$를 촉매로 이용한 표면 성장된 Tree-like 실리콘 나노와이어를 성장시켰다. 공정가스로는 $SiH_4$와 이를 분해시키기 위해 Ar 플라즈마를 사용 하였고 웨이퍼 표면에 HAuCl4를 분사하고 고진공 상태에서 챔버 기판을 370$^{\circ}C$까지 가열한 후 플라즈마 파워(W) 및 공정 압력(mTorr)을 변수로 두어 실험을 진행하였다. 기존의 보고된 연구와 달리 환원된 금 입자 대신 $HAuCl_4$용액을 그대로 사용하였는데 이는 표면 조도(Surface roughness)를 가지는 Au 박막 상태로 존재하게 된다. 이 중 마루(Asperite) 부분에 PECVD로부터 발생된 실리콘 나노 입자가 상대적으로 높은 확률로 흡착하게 되어 실리콘 나노와이어의 표면성장을 유도하게 된다. 성장된 실리콘 나노와이어는 SEM과 EDS를 이용하여 직경, 길이 및 화학적 성분을 측정하였다. 직경은 약 100 nm, 길이는 약 10 ${\mu}m$ 정도로 나타났으며 Tree-like 실리콘 나노와이어가 성장되었다. 향후 전극이 형성된 기판위에 이를 직접 성장시킴으로써 이 물질의 I-V 특성을 파악 할 것이며 이는 센서 응용 분야에 도움이 될 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.14 no.4
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• pp.280-286
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• 2011

In this research, the oil detection method and the characteristic of sensor using the selective reaction of silicone rubber in response to hydrocarbon oil will be described. As a sensing principle, the swelling property of silicone rubber in response to hydrocarbon fuel is used, also a strain gauge is used to transduce the volume change to an electrical signal. The sensor core is manufactured with a strain gauge embedded in silicone rubber by the curing process and experiments for characteristics of sensor core with various oils were carried out. It is shown that the sensor core can be used as an oil spill detection sensor. Also, for the application to the sea area, a buoy type sensor platform is integrated with a sensor core and a strain amplifier and it is tested in the simulated oil spill condition. In this study, it is proven that the integrated sensor can be used for the detection of various oils.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.05a
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• pp.74-78
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• 2002

MEMS공정을 이용하여 폴리실리콘의 piezoresistivity를 이용한 스트레인 센서어레이를 제작하였고, 이 센서 어레이를 flexible substrate에 패키징하는 공정을 개발하였다. 실리콘 웨이퍼에 표면 가공(surface micromachining)된 센서는 폴리이미드 코팅, release-etch 방법을 통해 웨이퍼로부터 분리되어 폴리이미드를 기판으로 하는 flexible sensor array module을 완성할 수 있었다. 공정은 희생층과 절연층을 증착하고 폴리실리콘 0.5 $\mu\textrm{m}$을 증착, 도핑 및 패터닝하여 센서 어레이를 구성하였다. 이 센서어레이를 flexible substrate에 패키징 하기 위해서 폴리이미드를 코팅하여 15 $\mu\textrm{m}$의 막을 구성하였고, 100% $O_2$RIE를 이용한 선택적 식각 방법으로 via hole을 구성하였다. 이후 전기도금을 통해 회로를 구성하여 1단계 패키징(die to chip carrier)과 2단계 패키징(chip to substrate)을 웨이퍼 레벨에서 완성하였다. 희생층을 제거함으로서 웨이퍼로부터 센서어레이 모듈을 분리하였다. 제작되어진 센서 모듈은 임의의 곡면에 실장이 가능하도록 충분한 flexibility를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.07c
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• pp.1905-1907
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• 2001

본 논문에서는 다공질 실리콘에 대한 에탄올과 메탄을 가스 감지 특성을 측정하고 전기 전도도의 변화를 고찰하였다. 우선 HF와 에탄올의 혼합 용액내에서 n-type의 웨이퍼에 일정 전압을 인가하여 다공질 실리콘을 형성한다. 다공질 실리콘은 수직한 방향으로 $55{\sim}60{\mu}m$ 두께로 균일하게 형성되었다. 다공질 실리콘을 이용하여 소자를 제작하고 에탄올과 메탄올 가스를 주입하여 전류-전압 특성을 측정하였다. 기존의 다공질 실리콘 에탄올 센서와는 달리 turn-on 시 센서에 흐르는 전류가 빠른 시간내에 일정한 값으로 도달하였고 turn-off시에도 같은 결과를 보였다. 다공질 실리콘 표면에 흡착된 에탄올과 메탄올 가스는 전류의 흐름을 방해하는 surface charge를 스크린하여 전기 전도도를 증가시킨다. 또한 흡착된 가스가 dangling bonds를 passivation하여 전류를 증가시키는 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2003.07a
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• pp.194-195
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• 2003

가속도 센서는 물체의 움직임, 속도의 변화, 충격, 진동 등의 동적힘을 순시적으로 감지하여 유용한 정보로 변환시키는 장치이다. 본 논문에서는 실리콘 기계 구조물과 광섬유형 Fabry - Perot 센서(FFPI)를 사용하여 광섬유 간섭계형 가속도 센서를 제작하였으며 실리콘 구조물의 구조를 변경하여 용도에 적합한 다양한 센서를 제작할 수 있음을 보였다. 광 간섭계는 그 구조에 따라 Fabry - Perot$^{[2]}$ , Mach-Zender$^{[3]}$ , Michelson$^{[4]}$ , Sagnac$^{[5]}$ 등으로 구분되면 이러한 간섭계 중에서 Fabry - Perot 간섭계는 측정영역이 두 반사막의 거리로 정확하게 정의되며 반사막의 거리를 조절하여 좁은 영역에서의 측정이 가능하고 고감도를 갖는다. (중략)

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.9 no.6
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• pp.424-429
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• 2000

A novel differential pressure sensor has been developed with silicon beams embedded in a silicone rubber membrane. The transducer is usable for most applications involving exposure to harsh media. A piezoresistive differential pressure sensor using silicone rubber membrane has been fabricated on the selectively diffused (100)-oriented n/n+/n silicon substrates by a unique silicon micro-machining technique using porous silicon etching. The pressure sensitivity is about $0.66\;{\mu}V/mmHg$ and the non-linearity is less than 0.1%.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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• v.36D no.9
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• pp.31-36
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• 1999

A capacitance-type sensor using porous silicon layer is developed to measure aqueous alcohol concentration. Since alcohol, so called ethanol, is very permeable into the silicon wafer, it is often used to help chemical reaction when the silicon wafer is processed under some aqueous solution. In this work, the sensing property was measured for the alcohol concentration from zero to near 100 percent with two types of samples with porous silicon layer formed in 25 and 35% HF solution, respectively. Good reliability as well as fast response time and good linearity were shown over 10kHz and the measured capacitance was observed to be inverse to alcohol concentration due to the decrease of the whole dielectric constant in porous silicon layer.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.3 no.3
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• pp.45-53
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• 1994

A new type of Si diaphragm was fabricated using Si-wafer direct bonding and two-step electrochemical etch-stopping methods. Using the new diaphragm structure in mechanical sensors, more precise control of cavity depth and diaphragm thickness was achievable. Also, the propagation of the stress, which was generated near the bonding interface, to the surface can be avoided. Finally, a piezoresistive-type Si pressure sensor was fabricated utilizing the diaphragm and a digital pressure gauge, which can display units of pressure, was realized.

• 전기의세계
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• v.41 no.2
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• pp.47-54
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• 1992

본 고에서는 반도체 자기센서에 이용되는 기본 원리인 Hall효과, 실리콘을 이용한 자기센서의 종류 및 동작 원리, 그리고 용도 등에 대해서 간략히 기술하였다. 많은 자기센서들 중에서 어느 것이 가장 좋은가는 간단히 결정되어질 수 없으며 특정한 응용에 따른 요구조건에 따라 달라지게 된다. 높은 민감도를 요구하거나 저주파 영역에서의 잡음 등이 문제가 되는 경우에는 magnetotransistor가 유리하고, 고주파 영역에서의 잡음, offset, 선형성이나 온도 보상등의 면에서는 Hall Plate가 유리하다고 할 수 있다. 또한 대단히 낮은 전류에서는 높은 민감도를 얻기 위해서는 Split-Drain type MAGFET이 가장 유리하다.