• 한국광학회지
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• 제33권4호
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• pp.177-186
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• 2022

표면 플라즈몬 공명 센서에서 센서의 성능은 민감도(nm/RIU)와 분해능인 공명 픽의 형태에 의해서 결정된다. 이러한 특성은 센서에 활용되는 구조체의 물질과 구조적 특성에 따라 달라진다. 본 연구에서는 insulator-metal-insulator (IMI) 다중 층 구조를 기반으로 한 표면 플라즈몬 공명 센서 구조의 최적화 과정을 통해 센싱 레이어의 굴절률 변화에 대한 높은 민감도 달성과 동시에 좁은 full width at half maximum (FWHM)과 픽의 깊이 이 두 가지의 요소를 기반으로 한 분해능이 큰 공명 픽을 형성하도록 하는 구조를 찾았다. 이 구조를 통해 센싱 레이어의 굴절률이 1.45-1.46 범위에서 변화할 때 FWHM = 11.92 nm, 픽 깊이 93.1%의 공명 픽이 형성되었고 최대 8,390 nm/RIU의 민감도 성능을 확인했다. 특히 금 박막을 활용한 파장 기반의 표면 플라즈몬 센서는 공명 픽의 너비 확장이 발생하나 금 박막을 사용하고도 좁은 FWHM을 달성함에 의의가 있다. 본 연구에서 제안하는 다중 층 설계를 기반으로 한 센서는 미세한 굴절률 변화 값에 대한 높은 민감도와 더불어 높은 분해능을 가지는 파장 기반 표면 플라즈몬 센서로 활용 가능하다.

• 한국광학회지
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• 제25권2호
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• pp.95-101
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• 2014

표면 플라즈몬 공명 (SPR) 센서에서 금속 전극에 전압을 걸었을 경우, 표면에 여기 되는 전기장에 의해 전하가 쌓이게 된다. 이는 금속 표면의 광학적 성질과 표면 플라즈몬 공명 각도의 변화를 야기시킨다. 본 논문에서는 그에 대한 검증을 위해 다양한 산도 조건의 수용액 하에서 금속에 전압을 걸었을 때의SPR 각도 변화를 측정하였고, 누적 전하량과 공명 각도에 대한 의존성을 그렸을 때 수용액의 산도에 관계없이 일치함을 확인 하였다. 이 관계를 설명하는 기존의 공간전하층(SCL) 모델과 비교해보고 실험결과와 어긋나는 부분과도 잘 맞는 수정된 SCL 모델을 제시하였다. 이 결과는 표면 플라즈몬 공명 센서의 응용과 금속박막의 광학적 성질에 대한 연구에 기여할 거라 기대된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.80-80
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• 2008

바이오 센서 응용 연구에 많이 사용되는 금(Au) 나노 입자를 이용한 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)에 의한 산란광을 검출하는데 주로 이용되는 암시야(dark field) 현미경 검출 방식에 관한 전산모사를 통하여 입사광의 입사 방식에 따른 산란광 세기를 정량적으로 분석하였다. 전산모사 기법으로는 국소 표면 플라즈몬 공명의 동역학적인 현상을 모사할 수 있는 유한차분시간영역(Finite Difference Time Domain, FDTD) 기법을 이용하였는데, 이러한 기법이 암시야 현미경 전산 모사에 유효함을 우선적으로 검증하였다. 암시야 현미경 검출 방식의 모사에서 입사 광원의 반사 입사 방식과 투과 입사 방식을 비교하였고, 각각의 방식에 서 입사광의 입사각에 따른 산랑광 세기를 계산하였다. 이러한 전산모사를 통하여 프리즘을 통한 내부 전반사(Total Internal Reflection, TIR) 방식에서 입사 광원의 임계각 근처에서 많이 발생하는 에바네슨트 장(evanescent field)을 결합하는 경우 산란광 세기가 증가함을 관찰하였고, 이러한 세기의 변화를 프레넬(Fresnel) 방정식에 의해 계산된 에바네슨트 장의 세기 분포와 비교 분석하였다.

• 한국광학회지
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• 제13권1호
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• pp.9-14
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• 2002

감쇠 전반사(attenuated total reflection)를 이용하여 액체의 농도 변화를 측정할 수 있는 표면 플라즈몬 공명 센서를 제작하였다. 센서의 구조는 프리즘 밑면에 금속 박막을 코팅하고 그 밑에 유전체론 접촉시킨 Kretschmann-Raether타입으로 하였고, 금속 박막으로는 센서 물질로 적합한 은(Ag) 박막을 사용하였다. 본 센서의 특성은 일반적으로 금속 박막의 두께에 영향을 받는데, 이론적 분석을 통하여 은 박막의 경우 54 nm의 두께에서 매우 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 물과 에탄올을 혼합한 용액에서 에탄올의 농도를 변화시켜 가며 이에 따른 보면 플라즈몬 공명 각을 측정하였고, 표면 플라즈몬 공명 각의 변화로부터 혼합 용액의 농도 변화를 구하였다. 에탄올의 농도가 증가하여 50% 질량비 가지 변하는 구간에서 SPR센서가 매우 좋은 특성을 보였으며, 에탄올의 농도 변화를 3$\times$$10^{-2}$ % 질량비 가지 측정할 수 있었다. 또한 물과 에탄올을 혼합한 용액의 굴절률이 용액의 농도 변화에 따라 비선형적으로 변함을 관측하였으며, 물과 에탄을 혼합 용액의 농도에 따른 밀도 변화를 이용해 굴절률 변화의 비선형적 경향을 설명할 수 있었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.77-82
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• 2007

본 논문에서는 광섬유 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용하여 스트레인 및 온도 변화에 따른 센서를 제시하였다. 광섬유 센서의 구조는 광섬유의 클래딩 일부를 제거하여 크롬, 은, 금을 증착한 다층 박막 구조를 모델로 하였고, dip 파장의 변화가 선형성을 보임으로써 효율적인 센서로의 활용 가능성을 보이고자 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1615-1616
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• 2006

본 논문에서는 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 센서의 여러 파라미터를 동시에 만족시키는 설계기법을 제시하였다. 설계 파라미터는 반사광 dip의 3dB bandwidth와 dip의 깊이이고 목적함수는 해석치와 목표치의 차이 벡터의 norm으로 정의하였다. 설계 변수는 박막된 각 금속 충의 두께로 하였고 SPR 센서의 스펙트럼을 해석하기 위해 광학 어드미턴스 기법을 이용하였다. 최적화 기법은 (1+1) 진화 알고리즘을 사용하였다. 설계방법을 3층 구조의 SPR 센서에 적용하여 최적 설계한 파라미터는 초기값에 비해 3dB bandwidth는 4.8nm, dip의 깊이는 1.1dB 향상되었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.77-77
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• 2008

금(Au)이나 은(Ag)과 같은 귀금속 물질로 형성된 금속 나노 구조체는 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance, SPR) 현상과 이의 국부 환경(local environment) 변화에 대해 민감한 의존성으로 인하여 생화학적 센서로의 응용이 주목 받고 있다. 표면 플라즈몬 공진은 광 흡수와 광 산란을 수반하는데, 두 가지 특성 모두 분광학적 신호검출방식으로 센서에 응용가능하다. 이 중 광 산란을 이용하는 방식은 광원의 배경잡음 효과가 배제되기 때문에 단일 입자 검출에 유리하다. 광 흡수와 광 산란 특성은 금속 나노 구조체는 크기, 형상, 주변 매질, 물질의 선택에 따라서 영향을 받는다. 본 연구에서는 금 나노 디스크(nanodisc)의 형상에 따라서 여기 되는 표면 플라즈몬이 광 흡수와 광 산란 특성에 미치는 영향을 가시광과 근적외선 영역에 대해서 불연속 쌍극자 근사법(Discrete Dipole Approximation, DDA)을 이용하여 전사모사(simulation) 하였다. 금 나노 디스크의 형상과 플라즈몬 특성 간의 관계는 공명 파장과 산란 양자 거둠율(scattering quantum yield, $\eta$)을 이용하여 분석하였고, 센서로서의 응용을 가늠하기 위해 주변 매질의 굴절률을 조절하여 그에 따른 민감도(sensitivity )를 비교하였다. 나노 디스크의 모양이 판상에 가까워질수록 공명 파장은 적색 편이하였고 광 산란 효율과 민감도는 증가하는 현상이 나타났다. 또한, 산란 양자 거둠율은 증가하다가 완만하게 감소하는 경향이 나타났다.

• 분석과학
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• 제19권1호
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• pp.9-17
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• 2006

생체 물질의 농도, 두께 및 특정 생체 물질의 분석을 위한 반응 속도론적 자료를 검출하는 능력 그리고 antigen/antibody, ligand/receptor, protein/protein 및 DNA/DNA 상호작용을 포함하는 다양한 생체물질간의 상호작용에 대한 분석에 적용되고, 자연 환경중 오염물질의 분석 등 다양하게 적용되는 표면 플라즈몬 공명 센서를 제작하였다. 또한 표면 플라즈몬 공명 센서를 제어하고 검출기로부터의 데이타(data)를 personal computer로 받아들이기 위해 data acquisition board를 이용하여 LabVIEW program을 만들었다.

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2001년도 제12회 정기총회 및 01년도 동계학술발표회
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• pp.106-107
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• 2001

표면 플라즈몬 공명(SPR：Surface Plasmon Resonance) 현상은 금속이나 유전체 박막의 두께 및 광학계수 등의 측정이나 센서로 주로 응용되어 왔다. 특히, 최근에는 SPR을 이용한 광 센서나 광 변조기, 파장필터, 광 스위치 등의 광소자에 대한 연구가 많이 되고 있다 본 논문에서는 액체의 농도에 따라 유전 상수가 변하는 것을 이용하여 SPR 광센서가 가능함을 보였다. (중략)

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.83-83
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• 2018

최근 의료, 보건, 헬스케어 분야에 대한 관심이 증가함에 따라 질병의 조기 진단 연구가 각광 받고 있다. 특히 표면증강 라만 산란 (Surface Enhancement Raman scattering)은 고분자 검출을 위해 가장 유용한 물리 화학적 기법으로 SERS를 활용한 특정물질 검출 기술 개발에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 나노구조의 국부적 표면 플라즈몬의 공명조건 (Surface Plasmon Resonance, SPR)으로 유도된 전자기장은 우수한 SERS 신호를 나타낸다. 따라서 표면 플라즈몬 공명 효과는 귀금속 나노입자의 종류, 크기 및 형태, 기판의 형상 및 구조 등에 의해서 달라지게 되므로 이들을 조절하여 보다 민감한 SERS 신호를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 고감도 SERS-Active 기판을 제작하기 위해 SERS 기판 표면의 나노구조를 최적화 하였다. SERS 기판 표면을 제어하기 위해 공정파워, 공정압력, 기판의 온도 등의 증착공정 변수에 변화를 주어 표면의 나노구조를 형성하였다. 이를 분석하기 위해 SEM 분석을 통해 피라미드형 실리콘 기판 표면의 Au 나노구조 금속 박막을 확인하였고, XRD를 이용하여 결정성 및 결정크기를 확인하였다. Rhodamine 6G를 이용한 라만 분석을 통해 SERS 신호의 강도를 알 수 있었다. 금속 나노구조의 형태, 온도 제어를 통해 SERS 신호강도가 우수한 나노구조 기판을 제조 할 수 있었다.