• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.6
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• pp.395-402
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• 2011

The nanomechanical properties of fully lithiated and unlithiated silicon nanowire deposited on silicon substrate have been studied with atomic force microscopy. Silicon nanowires were synthesized using the vapor-liquid-solid process on stainless steel substrates using Au catalyst. Fully lithiated silicon nanowires were obtained by using the electrochemical method, followed by drop-casting on the silicon substrate. The roughness, derived from a line profile of the surface measured in contact mode atomic force microscopy, has a smaller value ($0.65{\pm}0.05$ nm) for lithiated silicon nanowire and a higher value ($1.72{\pm}0.16$ nm) for unlithiated silicon nanowire. Force spectroscopy was utilitzed to study the influence of lithiation on the tip-surface adhesion force. Lithiated silicon nanowire revealed a smaller value (~15 nN) than that of the Si nanowire substrate (~60 nN) by a factor of two, while the adhesion force of the silicon nanowire is similar to that of the silicon substrate. The elastic local spring constants obtained from the force-distance curve, also shows that the unlithiated silicon nanowire has a relatively smaller value (16.98 N/m) than lithiated silicon nanowire (66.30 N/m) due to the elastically soft amorphous structures. The frictional forces of lithiated and unlithiated silicon nanowire were obtained within the range of 0.5-4.0 Hz and 0.01-200 nN for velocity and load dependency, respectively. We explain the trend of adhesion and modulus in light of the materials properties of silicon and lithiated silicon. The results suggest a useful method for chemical identification of the lithiated region during the charging and discharging process.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.599-599
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• 2013

최근의 원자간력현미경(AFM)은 생체물질을 대상으로 여러 구조적 형상뿐만 아니라 물리적 특성 측정이 가능하여 바이오분야에 다양이 활용되고 있다. 줄기세포의 신경세포로 분화 인지에 대한 연구와 관련하여 본 연구에서는 AFM의 한 기능인 Force-Distance curve 측정법을 활용하여 신경암세포주라 불리는 SH-SY5Y를 대상으로 분화 전과 후의 세포막의 stiffness 변화를 측정하였다. 세포막의 stiffness값은 시료표면과 맞닿은 AFM 탐침에 계속적으로 수직방향의 힘이 가해질 시 AFM 캔티레버의 구부러짐 정도로 측정된다. SH-SY5Y는 RA (retinoic acid) 처리에 의해 분화유도 되었으며, 생물학적 방법인 western blotting법을 통해 분화여부를 확인하였다. 측정영역은 AFM topography 이미지 상에서 roughness가 가장 낮은 분화 전과 후 SH-SY5Y의 핵 주변영역으로 선정하였다. 선정된 영역 내에 여러 부분의 분화 전후 세포막의 stiffness 값을 측정하여 통계화한 결과, 분화 전과 후 세포막의 stiffness 차이를 확인할 수 있었다. 분화 전 SH-SY5Y 세포막의 stiffness는 0.79445 N/m인 반면, 분화 후 SH-SY5Y 세포막의stiffness는 0.60324 N/m로 확인되었다. 이는 분화 전에 비하여 분화 후 SH-SY5Y 세포막의 stiffness가 약 24.07% 감소된 것으로 판단할 수 있다. 본 연구는 생물학적 복잡한 방법이 아닌 간단한 방법으로 세포의 stiffness의 변화 측정을 통한 세포의 분화를 판별할 수 있는 방법을 개발한 것으로 여러 줄기세포의 특정세포로 분화여부 판단에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.77-77
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• 2010

그래핀(Graphene)은 한 겹(layer)의 2차원 판상 구조에 탄소원자들이 육각형의 기본 형태로 배열되어 있는 나노재료로서, 우수한 역학적 강도와 화학적, 열적 안정성 및 흥미로운 전기 전자적 성질을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 최근, 이러한 특징적이고도 우수한 물성으로 인하여 기초물성 연구에서부터 차세대 응용까지 고려한 각종 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 그래핀을 얻는 방법에는 물리 화학적 박리, 열화학증기증착법(TCVD), 탄화규소의 흑연화, 흑연산화물의 환원 등의 방법들이 알려져 있다. 그 중 TCVD법이 두께의 균일성이 높은 그래핀을 합성하는데 가장 적절한 것으로 알려져 있다. 그러나 TCVD법은 탄소를 포함하는 원료가스를 분해하기 위하여 고온의 공정을 필요로 하게 되지만, 향후 산업적 응용을 고려한다면 대면적 그래핀의 저온합성법 개발은 풀어야 할 시급한 과제로 인식되고 있다. 현재는 메탄을 원료가스로 사용하여 $900^{\circ}C$ 이상에서 그래핀을 합성하는 추세이고, 최근 아세틸렌등의 활성원료가스를 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하에서 저온 합성한 연구결과들도 속속 보고되고 있다. 본 연구에서는 고주파 플라즈마를 이용하여 비교적 저온에서 탄소원료가스를 효율적으로 분해하고, 확산플라즈마 영역에 TCVD 챔버를 결합한 하이브리드 화학증기증착법을 이용하여 그래핀의 저온합성을 도모하였다. 원료가스로는 메탄을 사용하였고, 기판으로는 전자빔증착법으로 증착한 니켈 박막 및 구리포일을 사용하였다. 실험결과, 그래핀은 $600^{\circ}C$ 부근의 저온에서도 수 층으로 이루어진 그래핀이 합성된 것을 확인하였다. 합성한 그래핀은 분석의 용이함 및 향후 다양한 응용을 위하여 실리콘산화막 및 투명고분자 기판 위에 전사(transfer)하였다. 합성된 그래핀의 구조평가를 위해서는 광학현미경과 Raman분광기를 주로 사용하였으며, 원자힘현미경(AFM), 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM) 등도 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2005.10a
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• pp.59-62
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• 2005

Small force measurements ranging from 1 pN to $100{\mu}N$, we call it Nano Force, become the questions of common interests of biomechanics, nanomechanics, material researches, and so on. However, unfortunately, quantitative and accurate force measurements have not been taken so far. This is because there ,are no traceable force standards and a calibration scheme. This paper introduces a quantitative force metrology, which provides traceable link to SI (International Systems of Units). We realize SI traceable force ranging from 1 nN to $100{\mu}N$ using an electrostatic balance and disseminate it through transfer standards, which are self-sensing cantilevers that have integrated piezoresistive strain gages. We have been built a prototype electrostatic balance and Nano Force Calibrator (NFC), which is an AFM cantilever calibration system. As a first experiment, we calibrated normal spring constants of commercial AFM cantilevers using NFC. Calibration results show that the spring constants of them are quite differ from each other and nominal values provided by a manufacturer (up to 240% deviation).

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.37 no.4
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• pp.467-473
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• 2013

In this study, two-dimensional finite element models were developed and experiments were conducted using an atomic force microscope to investigate the tribological characteristics of an SU-8 layer coated on a patterned wafer for microsystem applications. The results revealed that both the adhesion and the friction forces measured by the atomic force microscope were lower for the SU-8 coated surface than for the bare silicon surface. This is attributed to the hydrophobicity of SU-8. Another important result derived from the finite element analysis was the critical load required to fracture the SU-8 film with respect to the thickness. The critical loads for thicknesses of 200, 400, and 800 nm were approximately 13, 22, and 28 mN, respectively, which corresponded to a Hertzian contact pressure of 1.2-1.8 GPa. These results will aid in the design of a suitable SU-8 thickness for microsystem components that are in contact with one another.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.21 no.2
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• pp.218-223
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• 2004

The sapphire wafers for blue light emitting devices were manufactured by the implementation of the surface machining technology based on micro-tribology. This process has been performed by Micro-lapping process. The sapphire crystalline wafers were characterized by double crystal X-ray diffraction. The sample quality of crystalline sapphire wafer at surface has a full width at half maximum of 250 arcsec. This value at the surface sapphire wafer surfaces indicated 0.12${mu}m$ sizes. Surfaces of sapphire wafers were mechanically affected by residual stress and surface default. As a result, the value of surface roughness of sapphire wafers measured by AFM(Atom Force Microscope) was 2.1nm.

• Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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• 2003.04a
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• pp.50-55
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• 2003

Atomic force microscope(AFM) techniques are increasingly used for tribological studies of engineering surfaces at scales ranging from atomic and molecular to microscale. AFM with suitable tips is being used for nanofabrication nanomachining purposes. In this paper, machining characteristics of silicon have been investigated by nano indentation and nano scratch. Mechanisms of material removal on the microscale are studied and the Taguchi method is introduced to acquire optimum parameters for nanomachining. This work shows effectiveness of the Taguchi method in nanomachining. Also, Acoustic Emission(AE) is introduced for the monitoring of nanomachining.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.111-116
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• 2015

우리는 딥펜나노리소그래피에서 일어나는 박막 성장에 관한 잉크 확산 모형을 랜덤 워크 방법을 사용해 구현하였다. 분자동역학 연구를 바탕으로 제안된 hopping down, serial pushing, 단일 밀림 길이를 고려한 모형에 따른 박막 성장 특성을 비교하였다. 모형에 따라 그 박막 성장 특성에 확연한 차이가 있음을 발견하였으며, 잉크 분자와 기판 사이의 결합력이 중요한 변수임을 확인할 수 있었다. 그리고 원자힘현미경 탐침에서 떨어지는 잉크 분자의 속도와 단일 밀림 길이에 따른 박막 성장 차이를 알아보았다. 단일 밀림 길이가 커질수록, 탐침에서 떨어지는 잉크 분자의 속도가 빨라질수록 가지 모양의 박막이 형성됨을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.610-610
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• 2013

그래핀을 구성하는 탄소 원자는 모두 표면에 존재하기 때문에, 맞닿아 있는 물질에 따라 그래핀의 물리적 특성에 민감한 영향을 미치기도 한다. 본 연구에서는 라만분광법과 원자 힘 현미경(atomic force microscopy, AFM)을 이용하여 통상적인 열처리 조건에서 그래핀에 탄화수소가 흡착될 수 있는 가능성을 탐구하였다. 산소가 없는 조건에서 열처리된 그래핀으로부터 D, G, 2D 봉우리와 겹쳐지는 폭이 넓은 새로운 라만 봉우리들이 관찰되었다. 열처리 시간, 온도 및 진공도에 따른 라만 스펙트럼의 변화와AFM에 의해 확인된 표면의 구조 변화로부터 새로이 관찰된 라만 봉우리는 탄화수소의 탄화에 의해 그래핀의 표면에 형성된 비결정성 탄소물질(amorphous carbon)임을 확인하였다. 기계적 박리법과 화학기상증착법으로 시료를 준비할 때 사용된 폴리머 잔유물이 열처리 과정에서 탄화수소를 배출하는 것으로 판단된다. 이 연구는 그래핀 소자의 작동에 있어서 환경적인 효과를 이해하고 탄화에 의해 그래핀 표면에 만들어진 비결정질 탄소를 정량화하는데 도움을 줄 것이다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.10 no.5
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• pp.350-355
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• 2000

The fabrication of sapphire wafer in C plane has been developed by horizontal Bridgeman method and GaN based semiconductor epitaxial growth has been carried out in metal organic chemical vapour deposition. The single crystalline ingot of sapphire has been utilized for 2 inch sapphire wafers and wafer slicing and lapping machines were designed. These several steps of lapping processes provided the mirror-like surface of sapphire wafer. The measurements of the surface flatness and the roughness were carried out by the atomic force microscope. The GaN thin film growth on the developed wafer was confirmed the wafer quality and applicability to blue light emitting devices.