• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.476-476
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• 2014

서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$과 $0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.29 no.5
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• pp.434-441
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• 2018

The pore size of nickel (Ni) bottom electrode layer (BEL) for low-temperature solid oxide fuel cells embedded with ultrathin-film electrolyte was controlled by changing the substrate surface morphology and deposition process parameters. For ~150-nm-thick Ni BEL, the upper side of an anodic aluminum oxide (AAO) substrate with ~65-nm-sized pores provided ~1.7 times smaller pore size than the lower side of the AAO substrate. For ~100-nm-thick Ni BEL, the AAO substrate with ~45-nm-sized pores provided ~2.6 times smaller pore size than the AAO substrate with ~95-nm-sized pores, and the deposition pressure of ~4 mTorr provided ~1.3 times smaller pore size than that of ~48 mTorr. On the AAO substrate with ~65-nm-sized pores, the Ni BEL deposited for 400 seconds had ~2 times smaller pore size than the Ni BEL deposited for 100 seconds.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TE
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• v.37 no.1
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• pp.18-26
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• 2000

In this paper, piezoelectric transducer was theoretically analyzed to fabricate high frequency piezoelectric transducer with broadband characteristics. Piezoelectric transducer have been fabricated with 3.825${\mu}m$ ZnO film on Pt/Sapphire(0001), and its appilicability of transducer was confirmed with analyzing theoretical and experimental frequency characteristic. The resonance frequency was detected at the frequency of 827.47MHz corresponding to the half-wavelength frequency of ZnO thin film. Insertion loss was almost -50dB. The minimum insertion loss agrees with simulation analysis.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.311-311
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• 2016

최근 고성능 디스플레이 개발이 요구되면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 산화물 반도체에 대한 연구 관심이 급증하고 있다. 여러 종류의 산화물 반도체 중 a-IGZO (amorphous indium-gallium-zinc oxide)가 높은 전계효과 이동도, 저온 공정, 넓은 밴드갭으로 인한 투명성 등의 장점을 가지며 가장 연구가 활발하게 보고되고 있다. 기존에는 SG(단일 게이트) TFT가 주로 제작 되었지만 본 연구에서는 DG(이중 게이트) 구조를 적용하여 고성능의 a-IGZO 기반 박막 트랜지스터(TFT)를 구현하였다. SG mode에서는 하나의 게이트가 채널 전체 영역을 제어하지만, double gate mode에서는 상, 하부 두 개의 게이트가 동시에 채널 영역을 제어하기 때문에 채널층의 형성이 빠르게 이루어지고, 이는 TFT 스위칭 속도를 향상시킨다. 또한, 상호 모듈레이션 효과로 인해 S.S(subthreshold swing)값이 낮아질 뿐만 아니라, 상(TG), 하부 게이트(BG) 절연막의 계면 산란 현상이 줄어들기 때문에 이동도가 향상되고 누설전류 감소 및 안정성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. Dual gate mode로 동작을 시키면, TG(BG)에는 일정한 positive(or negative)전압을 인가하면서 BG(TG)에 전압을 가해주게 된다. 이 때, 소자의 채널층은 depletion(or enhancement) mode로 동작하여 다른 전기적인 특성에는 영향을 미치지 않으면서 문턱 전압을 쉽게 조절 할 수 있는 장점도 있다. 제작된 소자는 p-type bulk silicon 위에 thermal SiO2 산화막이 100 nm 형성된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝을 진행한 후 BG 형성을 위해 150 nm 두께의 ITO를 증착하고, BG 절연막으로 두께의 SiO2를 300 nm 증착하였다. 이 후, 채널층 형성을 위하여 50 nm 두께의 a-IGZO를 증착하였고, 소스/드레인(S/D) 전극은 BG와 동일한 조건으로 ITO 100 nm를 증착하였다. TG 절연막은 BG 절연막과 동일한 조건에서 SiO2를 50 nm 증착하였다. TG는 S/D 증착 조건과 동일한 조건에서, 150 nm 두께로 증착 하였다. 전극 물질과, 절연막 물질은 모두 RF magnetron sputter를 이용하여 증착되었고, 또한 모든 patterning 과정은 표준 photolithography, wet etching, lift-off 공정을 통하여 이루어졌다. 후속 열처리 공정으로 퍼니스에서 질소 가스 분위기, $300^{\circ}C$ 온도에서 30 분 동안 진행하였다. 결과적으로 $9.06cm2/V{\cdot}s$, 255.7 mV/dec, $1.8{\times}106$의 전계효과 이동도, S.S, on-off ratio값을 갖는 SG와 비교하여 double gate mode에서는 $51.3cm2/V{\cdot}s$, 110.7 mV/dec, $3.2{\times}108$의 값을 나타내며 훌륭한 전기적 특성을 보였고, dual gate mode에서는 약 5.22의 coupling ratio를 나타내었다. 따라서 산화물 반도체 a-IGZO TFT의 이중게이트 구조는 우수한 전기적 특성을 나타내며 차세대 디스플레이 시장에서 훌륭한 역할을 할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.447-447
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• 2013

최근 전자산업의 발전으로 차세대 디스플레이 소자로 산화물반도체가 주목받고 있다. 산화물 반도체는 저온공정, 높은 이동도 및 투과율을 가지기 때문에 이러한 공정이나 물성 측면에 있어 기존의 a-Si, LTPS 등을 대채할 만한 소자로서 연구가 활발이 이루어지고 있다. 특히 고해상도 및 고속구동이 진행됨에 따라 높은 이동도의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 IGZO 산화물 반도체 박막트랜지스터의 이동도 개선을 위해 나노입자를 사용하였다. 게이트전극으로 사용된 Heaviliy doped P-type Si 기판위에 200 nm의 SiO2 절연층을 성장시킨 후, 채널로 작동하기 위한 IGZO 박막을 증착하기 전에 10~20 nm 크기의 니켈, 금 나노입자를 부착시켰다. 열처리 온도는 $350^{\circ}C$, 90분동안 진행하였고, 100 nm의 알루미늄 전극을 증착시켜 TFT 소자를 제작하였다. TFT 소자가 동작할 시, IGZO 박막 내부의 전자들은 게이트 전압으로 인해 하부로 이동하여 채널을 형성, 동시에 드레인 전압으로 인한 캐리어들의 움직임으로 인해 소자가 동작하게 된다. 본 연구에서는 채널이 형성되는 계면 부근에 전도성이 높은 금속 나노입자를 부착시켜 다수 캐리어인 전자가 채널을 통과할 때 전류흐름에 금속 나노입자들이 기여하여 전기적 특성의 변화에 어떠한 영향을 주는지 연구하였다. 반응시간을 조절하여 기판에 붙는 나노입자의 밀도 변화에 따른 특성과 다양한 크기(5, 10, 20 nm)를 갖는 금, 니켈 나노입자를 포함한 IGZO TFTs 소자를 제작하여 전달특성, 출력특성의 변화를 비교하였고, 실질적인 채널길이의 감소효율과 캐리어 이동도의 변화를 비교분석 하였다.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.32 no.1
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• pp.157-171
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• 2022

Electrical resistivity tomography (ERT) is a traditional and representative geophysical method for determining the resistivity distributions of surrounding soil and rock volumes. Depth resolution profiles and sensitivity distribution sections of the resistivities with respect to various electrode configurations are calculated and investigated using numerical model data. Shallow vertical resolution decreases in the order of Wenner, Schlumberger, and dipole-dipole arrays. A high investigable depth in homogeneous medium is calculated to be 0.11-0.19 times the active electrode spacing, but is counterbalanced by a low vertical resolution. For the application of ERT depth resolution profiles and sensitivity distributions, we provide subsurface structure models for two types of land-creping failure (planar and curved), subvertical fracture, and weathered layer over felsic and mafic igneous rocks. The dipole-dipole configuration appears to be most effective for mapping land-creeping failure planes (especially for curved planes), whereas the Wenner array gives the best resolution of soil horizons and shallow structures in the weathered zone.

• Proceedings of the Korean Magnestics Society Conference
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• 2004.12a
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• pp.135-136
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• 2004

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2003.05a
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• pp.696-699
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• 2003

In this study, we suggested the model to precisely evaluate the ferroelectric hysteresis loop, using the modified Sawyer-Tower circuit and the ferroelectric capacitor with a MDFM(Metal-Dielectric-ferroelectric-Metal) structure. The mathematical expression of dipole polarization is applied to the numerical integration algorithm, and the fatigue property can be considered including the dielectric layer between ferroelectrics and bottom electrode. The validity of our model is proved comparing the estimated value of our model and the measured results of PLT(10) thin film.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2013.10a
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• pp.722-725
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• 2013

In this work, we have been analyzed the characteristics of ReRAM with different annealing condition and temperature. The ReRAM devices with top electrode=150nm, bottom electrode=150nm, oxide thickness=70nm and annealing temperature=$500^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ have been used in characterization. The Set/Reset voltage, sensing window and resistivity have been characterized. From the measurement results, the Set/Reset voltage and sensing window have been enhanced as the annealing temperature has been increased. But it has been decreased as the temperature performance has been increased. In case of the annealing temperature=$850^{\circ}C$, the variation of Set/Reset voltage was lower than that of other condition. But the variation of sensing window was the lowest when the annealing temperature was $500^{\circ}C$. With considering the variation of Set/Reset voltage and sensing window, the devices annealed at $850^{\circ}C$ showed the best performance to ReRAM.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.184-184
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• 2010

Write-once-read-many times (WORM) 메모리 소자는 1회에 한해 쓰기 가능한 저장 장치로서 반영구적인 기록 보존을 필요로 하는 분야에서 널리 사용되는 저항 구조의 비휘발성 메모리 소자이다. 무기물을 사용한 WORM 메모리 소자의 제작과 소자의 전기적 특성에 관한 많은 연구가 활발히 진행되었으나 절연성 고분자인 Polystyrene (PS) 박막에 분산된 ZnO 나노입자를 이용한 무기물/유기물 복합 구조의 WORM 메모리 소자에 관한 연구는 상대적으로 미흡하다. 본 연구에서는 ZnO 나노입자가 분산되어 있는 PS를 스핀코팅 방법으로 박막 형태로 증착하여 WORM 메모리 소자를 제작하고 전기적인 성질을 조사하였다. 소자를 제작하기 위해 ZnO 나노 입자와 PS를 용매인 N,N-디메틸포메미드에 혼합하여 소자를 제작하였다. 그 후 하부 전극인 ITO가 증착되어 있는 유리 기판 위에 ZnO와 PS가 분산되어 있는 고분자 용액을 스핀 코팅 방법으로 도포한 후에 열을 가해 용매를 제거하여 박막을 형성하였다. ZnO 나노입자가 분산되어 있는 PS 박막 위에 Al을 상부 전극으로서 증착하였다. 전압을 인가하여 측정한 전류-전압 특성은 1.5 V에서 소자의 전도도가 크게 향상이 되는 것을 관측하였다. 읽기 전압에서 낮은 전도도(OFF 상태)와 높은 전도도 (ON 상태)의 크기는 $10^3$으로 이며, ON 상태가 된 이후에는 OFF 상태로 전환되지 않는 전형적인 WORM 메모리 소자의 특성이 관측되었다. ZnO 나노 입자가 없이 PS 만으로 박막을 제작한 소자는 쌍안정성 특성이 나타나지 않았다. 따라서 소자에서 전류 쌍안정성으로 나타난 원인은 PS안에 분산되어 있는 ZnO 나노입자에 기인함을 알 수 있었다. 제작된 WORM 메모리 소자의 기억 유지 특성에 대한 결과는 장시간에 걸친 측정에서 ON 전류 및 OFF 전류의 변화가 거의 없었다. 이 실험 결과는 제작된 무기물/유기물 복합 구조를 가진 WORM 메모리 소자는 우수한 기억 특성을 가지고 있으며 반영구적인 메모리 소자로 사용할 수 있음을 제시하고 있다.