• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.129-129
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• 2011

ISFET (ion sensitive field effect transistor)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액 속의 이온들이 감지막의 표면에서 속박되어 막의 표면전위의 변화를 유발하는 것을 이용한다. 그 결과, ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. ISFET의 높은 pH감지능력을 얻기 위하여 높은 high-k물질 들이 감지막으로서 연구되었다. Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수, non-ideal 효과에 대한 immunity 그리고 높은 pH 감지능력 등 많은 장점을 가지고 있는 물질로 알려졌다. 본 연구에서는, SiO2/HfO2/Al2O3 (OHA) 적층막을 이용한 EIS (electrolyte- insulator-silicon) pH센서를 제작하였다. EIS구조는 ISFET로의 적용이 용이하며 ISFET보다 제작 방법과 소자 구조가 간단하다는 장점이 있다. HfO2은 22~25의 높은 유전상수를 가지며 높은 pH 감지능력으로 인하여 감지막으로서 많은 연구가 이루어지고 있는 물질이다. 하지만 HfO2의 물질이 가진 고유의 특성상 화학적 용액에 대한 non-ideal 효과는 다른 금속계열 산화막에 비하여 취약한 모습을 보인다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 이러한 물질들의 성질을 고려하여 OHA의 새로운 감지막의 적층구조를 생각하였다. 먼저 Si과 high-k물질의 양호한 계면상태를 이루기 위하여 5 nm의 얇은 SiO2막을 완충막으로서 성장시켰다. 다음으로 높은 유전상수를 가지고 있는 8 nm의 HfO2을 증착시킴으로서 소자의 물리적 손상에 대한 안정성을 향상시켰다. 최종적으로 화학용액과 직접적인 접촉이 되는 부분은 non-ideal 효과에 강한 Al2O3을 적층하여 소자의 화학적 손상에 문제점을 개선시켰다. 결론적으로 감지막의 적층 모델링을 통하여 각각의 high-k 물질이 가진 고유의 특성에 대한 한계점을 극복함으로써 높은 pH 감지능력뿐만 아니라 신뢰성 있는 pH 센서가 제작 되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.284-284
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• 2011

Ion sensitive field effect transistor (ISFET)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액의 수소이온이 막의 표면에 속박되어 표면전위의 변화를 유발하는 것에 기인한다. 그 결과, 수소이온의 농도에 따라 ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. 한편, ISFET의 좋은 pH감지특성과 높은 출력특성을 얻기 위하여 high-k물질들이 감지막으로써 지속적으로 연구되어져 왔다. 그 중 Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수와 좋은 pH 감지능력으로 인하여 많은 연구가 이루어져온 물질이다. 하지만 HfO2는 높은 유전상수를 갖음에도 불구하고 화학용액에 대한 non-ideal 효과에 취약하다는 보고가 있다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 본 연구에서는, 이러한 각각의 high-k 물질들의 단점을 보안하기 위하여 SiO2/HfO2/Al2O3(OHA) 적층막을 이용한 ISFET pH 센서를 제작하였으며 SOI 기판에서 구현되었다. SOI기판에서 OHA 적층막을 이용한 ISFET 제작이 이루어짐에 따라서 소자의 signal to noise 비율을 증대 시킬것으로 기대된다. 실제로 SOI-ISFET와 같이 제작된 SOI-MOSFET는 1.8${\times}$1010의 높은 on/off 전류 비율을을 보였으며 65 mV/dec의 subthreshold swing 값을 갖음으로써, 우수한 전기적 특성을 보이는 ISFET가 제작이 되었음을 확인 하였다. OHA 감지 적층막의 각 층은 양호한 계면상태, 높은 출력특성, 화학용액에 대한non-ideal 효과에 강한 immunity을 위하여 적층되었다. 결론적으로 SOI과 OHA 적층감지막을 이용하여 우수한 pH 감지 특성을 보이는 pH 센서가 제작되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.98.1-98.1
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• 2017

본 연구에서는 정전류 조건에서 알루미늄 합금의 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation) 피막 형성 거동에 대한 전해질 조성의 영향을 아크 발생 양상, 전압-시간 곡선 및 형성된 표면피막의 구조를 관찰하여 연구하였다. 실험에 사용된 전해질은 NaOH 수용액에 $Na_2SiO_3$을 혼합하여 구성되었으며, NaOH와 $Na_2SiO_3$의 농도는 각각 0.01 ~ 1.0 M 와 0 ~ 2.0 M 사이로 조절되었다. 0.01 M NaOH 이하의 용액에서는 양극전압이 500 V 이상으로 상승되고 미세한 아크가 시편 표면 전체에 발생했으나, 0.02 M NaOH 이상의 농도에서는 양극전압이 300 V 이하로 감소되었고 아크발생이 관찰되지 않았다. 아크발생이 일어나지 않는 고농도의 0.5 M NaOH 용액의 경우 0.1 M 이상의 $Na_2SiO_3$를 첨가하였을 때 작은 아크의 무리가 발생되었다. 0.5 M NaOH 수용액에 0.1 M ~ 0.2 M $Na_2SiO_3$가 첨가되었을 땐 아크 무리가 발생하나 이내 일부 영역에서만 반복적으로 아크가 발생하는 로컬 버닝 현상이 일어났다. 한편 0.5 M NaOH 수용액에 0.5 M 이상의 $Na_2SiO_3$가 첨가되었을 때는 로컬 버닝이 일어나지 않고 전 표면에 걸쳐서 아크 무리가 이동하며 PEO 피막이 형성되었다. 0.01 M NaOH 수용액에서 형성된 PEO 피막의 두께는 처리 시간에 따라 증가하지 않고 $10{\mu}m$ 이하의 낮은 값을 보였다. 반면에 NaOH와 $Na_2SiO_3$ 혼합수용액에서 형성된 피막의 두께는 약 $30{\mu}m$ 이상의 높은 값을 보였다.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.62 no.1
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• pp.24-29
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• 2018

Despite the great potential for the versatile applications in food industry and medical area, chitosan as a biocompatible cationic polysaccharide has suffered from the limited solubility under physiological condition. Herein, we demonstrated the electrostatic formation of chitosan-based polyplex particles, counterbalanced by polyacrylate as an anionic polyelectrolyte. The resulting polyplex exhibited pH- and composition-dependent changes in their surface charges as measured by zeta potential, which can be employed to provide the interparticle repulsive forces for enhanced colloidal stability in homogeneous solution. Subsequently, amide coupling between the acrylates and glucosamine residues of chitosan inside the polyplex further generated the hydrogel particles, which showed the temperature-sensitive swelling property. This aspect can be attributed to the partial formation of acryl amide residues, which have been generally known to possess the lower critical solution temperature (LCST).

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.165-165
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• 2017

지난 수 십 년 동안, 전 세계적으로 자원의 소비가 급격히 증가하게 되면서 최근 자원 고갈은 물론 환경오염이 커다란 이슈로 문제가 되고 있다. 이에 따라 재료 관련 분야에 있어서는 보다 효율적이고 친환경적인 방법으로 자원을 활용해야 된다는 필요성이 대두되었고 이와 같은 관점에서 목적하는 성분이 우수하고 환경 친화적인 표면처리 재료 개발연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 그 중 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)는 알루미늄, 마그네슘 등의 경금속의 경도를 향상시키고 높은 내마모성, 내식성을 갖게 하는 표면처리로써 그 관심이 증가하고 있다. 이 플라즈마 전해 산화는 일반적으로 공정비용 대비 효과적이고 환경 친화적이며 코팅 성능 면에서 우수하다고 알려져 있다. 이러한 고유한 특성으로 인해 플라즈마 전해 산화 코팅은 최근 몇 년 동안 기계, 자동차, 우주항공, 의학 및 전기 산업 등의 분야에서 그 적용이 점차 증가하고 있는 상황이다. 한편, 플라즈마 전해 산화 코팅을 하는 모재들의 경우 부동태 산화피막을 용이하게 형성할 수 있는 특성의 모재에 한정되고 있어서 그 응용확대에 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마 전해 산화법을 사용하여 용융알루미늄도금 강판 상에 산화피막 형성을 시도하였다. 전원공급 장치의 양극은 전해질 속에 잠겨있는 작동전극에 연결하고 음극은 대전극 역할을 하는 스테인레스강 전해질 용기에 연결되었다. 전해질은 Sodium Aluminate 및 기타 첨가제를 함유한 것을 사용하였고 온도는 열교환기를 사용하여 $30^{\circ}C$ 이하로 유지되었다. 또한 여기서 전류밀도는 $5{\sim}10A/dm^2$, 실험 주파수는 700Hz, Duty cycle은 30 및 90%의 각 조건에서 공정처리 시간을 각각 30분 및 60분 동안 진행하였다. 이와 같은 조건에서 형성한 막들에 대해서는 주사형전자현미경(SEM)을 이용하여 코팅 막의 표면 및 단면의 모폴로지를 관찰하였음은 물론 EDS 및 XRD 측정을 통하여 원소조성분포 및 결정구조를 각각 분석하였다. 또한 이 코팅 막들에 대한 내식성은 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 침지 시험 및 전기화학적 동전위 양극분극(Potentiodynamic Polarization) 시험을 진행하여 평가하였다. 이상의 실험결과에 의하면, 제작조건별 플라즈마 전해 산화 코팅 막의 모폴로지 및 결정구조가 상이하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 코팅 막의 모폴로지 관찰 결과, 공정 시간에 비례하여 표면에 존재하는 원형 기공의 수는 감소하였으나 그 크기가 커지고 크레이터의 직경 또한 커진 것이 확인되었다. 이 기공은 마이크로 방전에 의해 형성된다고 알려져 있는데 공정 시간이 증가함에 따라 코팅 두께가 점차 증가하여 마이크로 방전의 빈도수가 줄어들고 그 강도는 증가하게 되어 기공 크기가 증가한 것으로 사료된다. 또한 공정시간이 긴 시편에서 표면에 크랙이 다수 존재하는 것으로 확인되었다. 이것은 방전에 의해 고온이 된 소재가 차가운 전해질과 만나게 되어 생긴 큰 온도구배로 인해 강한 열응력이 발생하여 균열을 초래한 것으로 보인다. 조성원소 분석 결과 원형 기공 주변의 크레이터 영역에는 알루미늄이 풍부하였으며 그 주변에 결절상을 갖는 구조에서는 전해질 성분의 원소가 포함되어 있는 것이 확인되었다. 이러한 코팅 막의 표면 특성은 내식성에 영향을 주게 된 원인으로 사료된다. 동전위 분극측정 결과에 의하면 플라즈마 전해 산화 공정 시간이 길어질수록 부식전류밀도가 증가하였다. 이것은 공정시간이 길어짐에 따라 강한 방전이 발생하여 기공의 크기가 증가하고 크랙이 발생하게 되면서 내식성이 저하된 것으로 판단된다. 종합적으로 재료특성 분석 및 내식성 평가를 분석한 결과, 플라즈마 전해 산화의 공정 시간이 너무 길게 되면 오히려 내식성은 저하되는 것이 확인되었다. 이상의 연구를 통하여 고내식 특성을 갖는 플라즈마 전해 산화 막의 유효성을 확인하였으며 용융알루미늄강판 상에 실시한 플라즈마 전해 산화 처리에 대한 기초적인 응용 지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.5 no.2
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• pp.57-61
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• 2002

In this study, the effect of ammonium chloride on the electrodeposition of CoP magnetic alloy film was investigated. The correlation between the electrodeposition condition and the magnetic properties was tried to elucidate by the electro- analytical tests such as cyclic voltammetry. It was observed that the magnetic properties of the films were varied extensively with the ammonium chloride contents in the solution. The reason why the magnetic properties of the films were varied with the addition of ammonium chloride was thought that the addition of ammonium chloride controlled the electrocrystallization of CoP kinetically by charge transfer and increased the grain size and the orientation factor. This may cause the variation of the magnetic properties of CoP films.

• Analytical Science and Technology
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• v.8 no.1
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• pp.25-32
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• 1995

Determination method of trace thioglycolate has been studied by adsorptive stripping voltammetry. Copper(II)-thioglycolate complex is adsorbed at the hanging mercury drop electrode and stripped during cathodic scan. Electrolyte was used pH 6.5 phosphate and pH 9.5 borate buffer solutions. Optimal conditions were a copper(II) concentration $1{\times}10^{-4}M$, an adsorption accumulation potential -0.2V, an adsorption accumulation time 60 sec and a scan rate 20mV/sec. A detection limit of $1{\times}10^{-9}M$ thioglycolate was obtained. The method was applied to the determination of thioglycolate in cold wave fluids and depilating creams.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.13 no.1
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• pp.19-33
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• 2010

The surface film, which is formed on graphite negative electrodes during the initial charging, is a key component in lithium secondary batteries. The battery reactions are strongly affected by the nature of the surface film. It is thus very important to understand the physicochemical properties of the surface film. On the other hand, the surface film formation is a very complicated interfacial phenomenon occurring at the graphite/electrolyte interface. In studies on electrode surfaces in lithium secondary batteries, in-situ experimental techniques are very important because the surface film is highly reactive and unstable in the air. In this respect electrochemical atomic force microscopy (ECAFM) is a useful tool for direct visualizing electrode/solution interfaces at which various electrochemical reactions occur under potential control. In the present review, mechanism of surface film formation and its correlation with electrolyte are summarized on the basis of in-situ ECAFM studies for understanding of the nature of the surface film on graphite negative electrodes.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.7 no.4
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• pp.733-737
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• 2006

In this paper, we report the coordination state and structure of $Zn(cyclam)Cl_{2})$ complex that was studied by the Raman spectrum and conductivity method. The complex of zinc(II) ion with 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane(cyclam) ligand is formed in aqueous solution. According to the Raman spectrum of $Zn(cyclam)Cl_{2})$ complex, $H_{2}O$ molecule and $Cl^{-}$ ion compete for the trans coordination site of zinc(II) ion. We also have investigated the competition effect of $H_{2}O$ molecule and $Cl^{-}$ ion by the conductivity method. On addition of 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane(cyclam) ligand to the aqueous $ZnCl_{2}$ solution, 2: 1 electrolyte is changed to 1:1 electrolyte. We suggest the possibility of elimination of heavy metal because of the affinity effect of macrocyclic polyamine(1,4,8.11-tetraazacyclotetradecane) for the heavy metal,.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.141-141
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• 1999

전기화학과 초고진공(ultra-high vacuum, UHV) 분광법을 이용하여 고체/액체의 계면에서 일어나는 현상을 분자단위에서 이해하고 조절하기 위한 연구를 수행하였다. 이들 중 전기화학으로 형성된 구리 및 은 금속(sub)monlayer 박막을 그 예로 선택하여 소개한다. 초박막 금속의 흡착량은 cyclic voltammogram과 새로 개발된 Auger electron spectroscopy (AES) 정량법을 통해 얻어졌고, 이 값들은 low energy electron diffraction (LEED) 및 in-situ atomic force microscopy (AFM)법을 이용한 구조 분석결과와 비교되어졌다. 또한 화학상태를 확인하기 위하여 core-level electron energyy loss spectroscopy (CEELS)를 사용하였다. 먼저 황산 전해질에서 금(111) 단결정 전극상에 전기화학적으로 형성된 굴의 계면특성을 조사하였다. 특정 전위값에서 2/3 ML의 구리와 1/3 ML의 음이온이 상호 흡착하여 ({{{{ SQRT { 3} }}$\times${{{{ SQRT { 3} }}) 격자 구조를 보였고, 전위값이 커지거나 줄어들면, 이 구조가 사라지는 현상이 관찰되었다. 즉 이 ({{{{ SQRT { 3} }}}}$\times${{{{ SQRT { 3} }}}}) 흡착구조는 첫 번째 UPD underpotential deposition) 피크에 특이하게 관련되어 있음을 알 수 있었다. 금속 초박막 형성에 미치는 음이온의 영향을 좀 더 확인하기 위해 초박막 은이 증착된 금 단결정 전극상의 황산 음이온에 관하여 연구하였다. 은의 증착이 일어날 수 없는 양전위값 영역에서 ({{{{ SQRT { 3} }}}}$\times${{{{ SQRT { 3} }}}})의 규칙적인 음이온의 구조를 보였다. 그리고 은의 장착은 세척 과정과 용액의 농도에 따라 p(3$\times$3)과 p(5$\times$5)의 규칙적인 두가지 구조를 가졌다. in-situ AFM에서는 p(3$\times$3)의 은 증착 구조만 나타났고, 음 전위값으로 옮겨가면 p(1$\times$1) 구조로 바뀌었다. ex-situ 초고진공 결과와 이 AFM의 in-situ 결과를 상호 비교 논의할 것이다. 음이온의 흡착이 없는 묽은 플로르산(HF) 전해질에서 은은 전위값을 음전위 쪽으로 이동해 감에 따라 p(3$\times$3), p(5$\times$5), (5$\times$5), (6$\times$6), 그리고 (1$\times$1)의 연속적 구조 변화를 보였다. 이 다양한 구조들을 AES로부터 얻어진 표면 흡착량과 연결시켰더니 정량적으로 잘 일치되는 결과를 보였다. 전기화학적인 증착에서는 기존의 진공 증착과 비교할 때 음이온의 공흡착이 금속 초박막 형성 메카니즘에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한 은의 전기화학적 다층박막 성장은 MSM (monolayer-simultaneous-multilayer) 메카니즘을 따름을 확인하였다. 마지막으로 구조 및 양이 규칙적으로 조절되는 전극의 응용가능성이 간단히 논의될 것이다.