• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.71.2-71.2
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• 2010

고체산화물연료전지는 청정에너지원으로써 기존의 발전방식을 대신할 차세대 에너지원으로 각광 받고 있다. 고체산화물 연료전지는 고온에서 작동하는 특성상 실험을 통하여 전극미세구조 및 구동조건을 최적화하는 것은 매우 어렵다. 본 연구는 전기화학식을 이용한 전산모사를 통해서 고체산화물 연료전지의 구동조건에 따른 성능 평가 및 전극의 미세구조 최적화 과정을 수행하였다. 전극 내 전달현상을 무시하고 오직 전기화학반응만을 고려한 전산모사는 단전지의 전극미세구조 및 구동조건에 따른 전지성능을 빠르게 예측할 수 있으며, 이를 기반으로 다양한 조건에서 얻은 전지 성능 데이터를 통해 전극미세구조를 최적화하였다. 개회로전압, 활성화분극, 저항분극, 물질수송손실을 표현하기 위하여 Nernst 식, Butler-Voler 식, 옴의 법칙, dusty-gas 모델을 각각 사용하였으며, 전극미세구조 및 구동조건의 변화는 물질확산계수 및 교환전류밀도를 통하여 그 영향이 전지성능에 반영된다. 온도, 압력, 주입 연료의 조성에 대한 성능평가가 수행되었으며, 1023K, 1 bar의 조건하에서 최적의 단전지 성능을 위한 기공도와 기공크기를 조사하였다. 더 향상된 단전지 성능 확보를 위해서 실험에서 쓰이는 기능층(functional layer)과 유사하게 넓은 반응 면적과 원활한 반응물 및 생성물의 이동을 보장하도록 기공도 및 기공크기를 그레이딩한 전극구조(graded-electrode)를 디자인하고 성능을 평가하였다. 그 결과 기존의 전지구조 대신에 그레이딩된 전극을 사용할 경우 50%이상 향상된 전지성능을 예측할 수 있었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.278-279
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• 2007

본 논문에서는 메조포러스 백금 전극이 적용된 무효소 혈당센서를 실리콘 기판 위에 제작하여 향후 CMOS 회로와의 집적이 가능하도록 설계하였으며, 초소형 무효소 혈당센서 구조의 최적화를 위하여 동일한 면적에서 여러 가지 구조의 센서를 설계 및 제작을 하고 그 결과를 비교 분석하였다. 제작된 무효소 혈당센서는 3전극시스템으로 구성되고 그 특성은 작동전극과 타 전극사이의 간격에 가장 민감한 변화를 보였다. 최적화된 구조를 갖는 센서는 11.1mM glucose실험에서 12.9${\mu}A$의 응답전류를 얻었으며 이 값은 효소를 사용한 센서와 비교하여도 월등히 큰 응답임을 알 수 있었다. 또한 제작된 센서들은 구조 최적화를 위하여 $9mm^2$로 동일한 크기로 실험을 하였지만, 이 크기는 응답전류가 매우 크므로 더욱더 소형화가 가능함을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.411-412
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• 2013

최근 UV LED는 생화학 및 의료 산업에서 많은 각광을 받고 있다. 특히, 360nm 이하의 파장대를 갖는 UV LED는 치료 기술, 센서, 물이나 공기 등의 정화와 같은 목적으로 특별한 관심이 쏠리고 있다 [1]. 이러한 지속적인 연구를 통하여 현재까지 UV LED는 거대한 성장을 이루어 왔다. 하지만 이러한 노력에도 불구하고, 360 nm 이하의 UV LED는 여전히 오믹 접촉과 전류 분산이 원활하지 못하다는 문제점을 가지고 있다. 이것은 UV LED의 외부 양자 효율을 감소시키고, 더 나아가 극도로 낮은 광 추출 효율을 초래한다. 최근 이러한 문제를 해결하고자, 투명 전도성 산화물(TCO)을 금속 전극과 p-AlGaN 사이에 삽입해주는데, 현재 가장 널리 사용되는 TCO 물질은 ITO 이다 [2]. 하지만 ITO 물질은 상대적으로 작은 밴드갭(3.3~4.3 eV)과 단파장 빛이 가지는 큰 에너지로 인하여 deep-UV 영역에서는 빛이 투과하지 못하고 대부분 흡수된다 [3]. 따라서 본 연구에서는 기존의 박막형 ITO 투명 전극에 비해 투과도 손실을 최소화할 수 있는 mesh, grid 기반의 투명전극을 연구하였다. Fig. 1과 같이 $5{\mu}m$, $10{\mu}m$, $20{\mu}m$ 간격으로 이루어진 mesh, grid 구조의 투명전극을 구현하여 투과도 손실을 최소화하면서 우수한 전기적 특성을 확보하기 위한 구조 최적화 연구를 진행하였다. 본 연구를 위해 mesh, grid 구조의 ITO 전극 패턴을 photolitho 공정으로 형성하였으며, e-beam 증착법으로 60 nm 두께의 ITO 전극을 형성 후 질소 분위기/$650^{\circ}$에서 30초 동안 RTA 공정을 진행하였다. Fig. 1에서 볼 수 있듯이 mesh, grid의 간격이 증가할수록 투명 전극이 차지하는 면적이 감소하여 투과도는 향상되는 반면, 투명 전극과 p-GaN과의 접촉 면적 또한 감소하므로 오믹 특성이 저하된다. 따라서 투과도 손실을 최소화하면서 우수한 전기적 특성을 확보하기 위해 mesh는 $20{\mu}m$, grid는 $10{\mu}m$ 간격의 구조로 각각 최적화하였다. 그 결과 박막 기반의 ITO 투명전극 대비 최대 약 10% 향상된 투과도를 확보하였으며, I-V Curve 결과를 통하여 p-GaN 기판과 mesh 구조의 ITO 전극 사이에 박막 기반의 투명 전극과 비슷한 수준인 $0.35{\mu}A(@5V)$의 전기적 특성을 확보하였다. 결과적으로 mesh, grid 기반 투명전극의 구조 최적화를 통하여 p-GaN과 원활한 오믹 접촉을 형성하는 동시에 기존 박막형 ITO 투명 전극 구조보다 높은 투과도를 확보할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.213-216
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• 2007

PEMFC의 전기화학적 반응은 촉매, 이오노머, 기공이 만나는 삼상계면에서만 일어나므로, 전극 구조의 최적화가 성능 향상 및 장기안정성 확보에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 전극 미세구조를 실시간으로 분석하기 위해 임피던스 복소캐패시턴스법을 도입하고자 하였다. 즉, PEMFC의 양극에 질소를 공급하면 0.4 V 부근에서 전기이중층 형성 반응만이 일어나는 것을 확인하였으며, 이때 음극에는 수소를 공급하여 기준전극 및 반대전극으로 사용하였다. 측정된 임피던스를 복소캐패시턴스로 변환하고 허수부를 주파수에 대해 도시하면 피크 형태의 곡선이 얻어지는데, (1) 피크 면적은 전극/전해질의 계면면적, (2) 피크 위치는 이오노머 네트워크에 의한 수소이온 전도 특성, (3) 피크 폭은 다공성 구조의 균일도를 각각 나타내므로, 피팅 없이 직접적인 해석이 가능하다는 장점을 가진다. 반면, 기존의 Nyquist 도시법은 피팅에 의한 분석이 필요하며, 전극층의 불균일한 구조로 인해 단순한 등가회로 구성이 어려운 문제점을 가진다. 최종적으로, MEA 제작 조건 및 운전 조건을 변수로 하여 임피던스를 측정하고 복소캐패시턴스 분석을 수행하여, 퇴화 경로를 규명하고 운전 조건을 최적화하고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.276.1-276.1
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• 2016

본 연구에서는 차세대 유연 투명 히터 (Flexible and transparent heater) 제작을 위한 ATO 나노입자-은 네트워크 하이브리드 투명 전극의 특성을 연구하였다. 최적화된 은 네트워크 (Self-assembled Ag network) 투명 전극 상에 20-30 nm의 직경을 가지는 ATO (Sb-doped $SnO_2$) 나노입자를 스프레이 방식으로 상압, 상온에서 코팅하여 인쇄형 ATO-은 네트워크 하이브리드 투명 전극을 구현하였다. 스프레이로 코팅된 투명 ATO 나노 입자는 은 네트워크 전극의 빈 공간을 매워 줌으로써 은 네트워크 간의 연결성 및 표면 조도를 낮춰주어 유연 투명 히터 작동 시 전류의 집중 현상을 막아줄 수 있다. ATO-은 네트워크 하이브리드 투명 전극의 최적화를 위해 스프레이 횟수에 따른 하이브리드 투명 전극의 전기적, 광학적, 표면 특성을 분석하였으며, 최적의 조건에서 14 Ohm/square의 면저항과 66%의 투과도를 가지는 하이브리드 투명 전극을 구현하였다. 또한 FESEM 분석을 통해 ATO-은 네트워크 하이브리드 전극의 표면 및 계면 구조를 연구하고 ATO 코팅이 은 네트워크 전극의 특성에 미치는 영향을 규명하였다. 최적화된 ATO-은 네트워크 하이브리드 투명 전극을 이용하여 유연 투명 히터를 제작하고 전압에 따른 히터의 온도의 변화를 측정하여 차세대 유연 투명 히터용 투명 전극으로 인쇄기반 ATO-은 네트워크 하이브리드 투명 전극의 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.245-245
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• 2016

본 연구에서는 선형 대향 타겟 스퍼터 (Linear Facing Target Sputtering: LFTS) 시스템을 이용하여 ITO와 Ti doped $In_2O_3$ (TIO) 타겟을 Co-sputtering한 InSnTiO 투명 전극의 전기적, 광학적 특성을 연구하였다. InSnTiO 투명전극의 전기/광학적 및 구조적 특성은 Hall measurement, UV/Vis spectrometry, X-ray Diffraciton 분석법을 통해 최적화 하였고, DC power, substrate to target distance (TSD), target to target distance (TTD), ambient treatment 변수 조절을 통해 최적화된 LFTS InSnTiO 투명전극을 제작하였다. LFTS 공정을 이용한 InSnTiO 투명전극의 성막 공정 중 DC파워와 공정압력 변화에 따른 구조적, 표면적 특성 변화는 Field-Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) 과 X-ray Diffractometer (XRD) 분석을 통해 관찰하였다. 이렇게 증착된 InSnTiO 투명전극은 급속열처리 시스템으로 (Rapid Thermal Annealing system) 후열처리를 진행하여 투과도의 향상과 면저항의 감소를 확인하였다. 본 연구에서는 다양한 분석을 통해 Co-sputtering한 InSnTiO 박막의 특성과 다양한 장점을 소개한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2018.11a
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• pp.191-192
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• 2018

본 논문은 유연전극의 플라즈마 발생용 고전압 전원장치에 대한 연구이다. 유연전극의 플라즈마 발생용 고전압 전원장치는 가변 전압을 위해 투 스위치 포워드 컨버터와 주파수 변환을 위한 LLC 공진 컨버터로 구성된다. 유연전극의 경우 장비의 구조에 대한 자유도가 높기 때문에, 살균 및 멸균 효율이 높다. 다만, 유연전극은 길이와 재질에 따라 인덕턴스와 커패시턴스가 달라진다. 따라서, 유연전극의 정확한 모델링을 통해 공진 주파수의 최적화가 필요하다. 본 논문에서는 유연전극 길이와 재질에 따른 정확한 모델링을 통해 LLC 공진 주파수를 최적화하고, 실험을 통해 제안하는 유연전극의 플라즈마 발생용 고전압 전원장치를 검증하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.535-536
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• 2013

본 연구에서는 DC/RF co-sputtering공법을 통해 제작한 In-Mo-O 투명 Mo doping 농도 및 열처리 온도에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성을 분석하고, 최적화된 In-Mo-O 투명전극을 유기태양전지(OPVs)와 유기발광다이오드(OLED)에 적용하여 그 가능성을 평가하였다. Mo doping 농도는 co-sputtering 공정 중 MoO3에 인가되는 radio-frequency (RF) power를 변화시켜 조절되었으며, 투명전극의 광학적 특성 및 전기적 특성 향상을 위해 성막 공정 후 급속 열처리 공정을 온도 별로 진행하였다. In-Mo-O 투명 전극은 Mo 도핑 농도에 영향을 받음을 확인할 수 있었고, 최적화된 Mo doping 파워에서 성막한 In-Mo-O 박막은 급속 열처리 공정 후 면저항 24.57 Ohm/square, 투과도 81.57% (400~1,200 nm wavelength)를 나타내었다. Bulk hetero-junction 기반의 고효율 유기태양전지와 유기발광다이오드 적용하기 위해 본 연구에서 제작된 IMO 투명전극의 구조적 특성, 결정성 및 표면특성은 x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy(AFM), field effect scanning electron microscopy (FE-SEM), High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) 분석을 통해 진행하였다. In-Mo-O 투명 전극상에 제작된 OLEDs와 OPV는 reference ITO 전극에 제작된 OLEDs/OPV와 비교할 때 유사하거나 향상된 특성을 나타내었으며 이는 In-Mo-O 박막이 OLED/OPV용 투명 전극으로 적용이 가능함을 말해준다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.32 no.4
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• pp.249-256
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• 2019

This paper presents an optimization framework of electrical impedance tomography for characterizing electrical conductivity profiles of concrete structures in two dimensions. The framework utilizes a partial-differential-equation(PDE)-constrained optimization approach that can obtain the spatial distribution of electrical conductivity using measured electrical potentials from several electrodes located on the boundary of the concrete domain. The forward problem is formulated based on a complete electrode model(CEM) for the electrical potential of a medium due to current input. The CEM consists of a Laplace equation for electrical potential and boundary conditions to represent the current inputs to the electrodes on the surface. To validate the forward solution, electrical potential calculated by the finite element method is compared with that obtained using TCAD software. The PDE-constrained optimization approach seeks the optimal values of electrical conductivity on the domain of investigation while minimizing the Lagrangian function. The Lagrangian consists of least-squares objective functional and regularization terms augmented by the weak imposition of the governing equation and boundary conditions via Lagrange multipliers. Enforcing the stationarity of the Lagrangian leads to the Karush-Kuhn-Tucker condition to obtain an optimal solution for electrical conductivity within the target medium. Numerical inversion results are reported showing the reconstruction of the electrical conductivity profile of a concrete specimen in two dimensions.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.443-443
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• 2008

본 연구에서는 Ga-doped ZnO(GZO)-Ag-GZO 다층 투명전극을 Dual DC magnetron sputtering system을 이용 하여 유리기판 위에 상온에서 제작하여 Ag 두께에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성변화를 조사하였다. Hall effect measurement와 UV/Vis spectrometer로 전기적, 광학적 특성을 분석하였으며, X-ray diffraction(XRD)와FE-SEM분석을 통해 결정성과 표면 특성을 조사하였다. FE-SEM 분석결과 island 형태에서 continuous layer로 박막의 형상이 바뀌면서 다층 투명전극의 전기적, 광학적 특성에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 본 실험에서 Ag 두께 12 nm에서 가장 최적화되어 유리기판위에 상온에서 증착되었음에도 불구하고 $5.5{\times}{\times}10^{-5}\Omega$-cm, $6\Omega$/sq. 의 매우 낮은 면저항과 비저항을 각각 나타내었고 550 nm 파장에서 87 % 의 높은 광 투과도를 나타내었다. 또한 두께 12 nm의 Ag가 삽입된 다층 투명전극을 polyethylene terephthalate (PET) 기판위에 성막하여 Bending test를 실시하여 0.1% 이하의 매우 낮은 저항변화를 확인함으로써 플렉시블 기반의 디스플레이나 태양전지의 투명 전극으로서의 응용 가능성을 확인하였고 마지막으로 최적화된 다층 투명전극을 유기물태양전지의 애노드에 적용하여 기존 ITO 애노드를 대체할 수 있는 투명전극으로서의 가능성을 제시하였다.