• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.1542-1543
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• 2007

This paper presents the effect of driving waveform for piezoelectric bend mode inkjet printhead with optimized mechanical design. Experimental and theoretical studies on the applied driving waveform versus jetting characteristics were performed. The inkjet head has been designed to maximize the droplet velocity, minimize voltage response of the actuator and optimize the firing frequency to eject ink droplet. The head design was carried out by using mechanical simulation. The printhead has been fabricated with Si(100) and SOI wafers by MEMS process and silicon direct bonding method. To investigate how performance of the piezoelectric ceramic actuator influences on droplet diameter and droplet velocity, the method of stroboscopy was used. Using the water based ink of viscosity of 11.8 cps and surface tension of 0.025N/m, it is possible to eject stable droplets through 64 nozzles average velocity of 4.05 m/s with standard deviation of 0.06 m/s and average diameter of $29.2\;{\mu}m$ with standard variation of $0.5\;{\mu}m$.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.90-90
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• 2000

이온빔을 이용한 리소그래피의 경우 미크론 이하의 미세구조를 형성할 수 있는 유용한 수단으로서 방사광 X-선과 함께 주목을 받고 있으며, 이와 같은 미세구조 제작은 MEMS (Micro Electro-Mechanical System) 개발에 있어서 매우 중요하다. 그러나 이온빔을 이용한 리소그래피에 대한 연구가 많이 이루어져 있지 않은 상태이다. MeV급 양정사 빔을 이용한 리소그래피의 가능성을 확인하기 위하여 기본적인 실험을 수행하였으며, 최적 이온빔 조사 조건 및 최적 현상 조건을 도출하였다. Resist로는 PMMA를 사용하였으며, 1.8 MeV 양성자 빔을 사용하여 50$\mu\textrm{m}$ 깊이의 구조물을 만들었다. 1.8MeV 양성자 빔의 조사선량이 7x1013ions/cm2 이상이 되면 PMMA 내부에 기포가 형성되므로 적정 조사선량을 4x1013 ions/cm2으로 결정하였다. 또한 선량을 4x1013ions/cm2 으로 고정하고 선량률을 변화시켜주면 선량률이 8x1011ions/cm2S 일 때부터 시료에 기포나 터짐 현상 등의 문제가 발생하였으며 5x1010~~1x1010ions/cm2s 의 선량률이 조사시간, 결함측면에서 가장 적합한 영역임을 알 수 있었다. 현상제로는 20% morpholine, 5% etanolamine 60% diethylenglykol-monobutylether, 15% 증류수를 혼합하여 사용하였다. 현상 온도를 30~5$0^{\circ}C$로 변화시켜서 현상을 한 결과, 4$0^{\circ}C$에서 현상 소요시간은 1시간 이내이며 SEM으로 관찰된 표면의 상태도 제일 양호한 결과를 보였다. 82 mesh 밀도, 선굵기 60$\mu\textrm{m}$, 크기 20x20 mm인 백금 망을 마스크로 사용하여 실제 3차원 미세구조를 제작하여 보았다. 그림 1에서 제작된 구조물의 SEM 사진을 보여주었으며, 식각된 면의 조도가 매우 뛰어나며 모서리의 직각성도 우수함을 확인할 수 있다. 이와 같이 도출된 시험 조건을 기초로 하여 리소그래피 후에 전기 도금을 이용한 금속 몰드 제작 및 이온빔 리소그래피 장점을 최대한 살릴수 있는 미세구조 제작에 대한 연구를 계속 추진할 계획이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.295-295
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• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2005년도 추계종합학술대회
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• pp.781-784
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• 2005

Twenty four types of thermopile for micro spectrometer infrared sensors were fabricated on low-stress $Si_3N_4$ membranes with $1.2{\mu}m-thickness$ using MEMS technology. Poly-Si thin film with thickness of 3500 ${\AA}$ as the first thermocouple material, was deposited by LPCVD method. And aluminum thin film with thickness of 6000 ${\AA}$ as the second thermocouple material, was deposited by sputtering method. Thermopile were designed and fabricated for optimum conditions by five parameters of thermocouple numbers (16 ${\sim}$ 48), thermocouple line widths (10 ${\mu}m$ ${\sim}$ 25 ${\mu}m$), thermocouple lengths (100 ${\mu}m$ ${\sim}$ 500 ${\mu}m$), membrane areas ($1^2\;mm^2$ ${\sim}$ $2.5^2\;mm^2$) and junction areas (150 ${\mu}m^2$ ${\sim}$ 750 ${\mu}m^2$), respectively. Electromotive forces of fabricated thermopile were measured 1.1 mV ${\sim}$ 7.4 mV at $400^{\circ}C$. It was thought that measurement results could be used for thermopile infrared sensors optimum structure for micro spectrometers.

• International Journal of Automotive Technology
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• 제7권7호
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• pp.827-832
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• 2006

Occupant classification and position detection have been significant research areas in intelligent safety systems in the automotive field. The detection and classification of seat occupancy open up new ways to control the safety system. This paper deals with a novel algorithm development, hardware implementation and testing of a prototype intelligent safety system for occupant classification and position detection for in-vehicle environment. Borland C++ program is used to develop the novel algorithm interface between the sensor and data acquisition system. MEMS strain gauge hermatic pressure sensor containing micromachined integrated circuits is installed inside the passenger seat. The analog output of the sensor is connected with a connector to a PCI-9111 DG data acquisition card for occupancy detection, classification and position detection. The algorithm greatly improves the detection of whether an occupant is present or absent, and the classification of either adult, child or non-human object is determined from weights using the sensor. A simple computation algorithm provides the determination of the occupant's appropriate position using centroidal calculation. A real time operation is achieved with the system. The experimental results demonstrate that the performance of the implemented prototype is robust for occupant classification and position detection. This research may be applied in intelligent airbag design for efficient deployment.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제37권5호
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• pp.168-177
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• 2016

In this paper we present an implantable pressure sensor to measure real-time blood pressure by monitoring mechanical movement of artery. Sensor is composed of inductors (L) and capacitors (C) which are formed by microfabrication and direct bonding on two biocompatible substrates (quartz). When electrical potential is applied to the sensor, the inductors and capacitors generates a LC resonance circuit and produce characteristic resonant frequencies. Real-time variation of the resonant frequency is monitored by an external measurement system using inductive coupling. Structural and electrical simulation was performed by Computer Aided Engineering (CAE) programs, ANSYS and HFSS, to optimize geometry of sensor. Ultrafast laser (femto-second) cutting and MEMS process were executed as sensor fabrication methods with consideration of brittleness of the substrate and small radial artery size. After whole fabrication processes, we got sensors of $3mm{\times}15mm{\times}0.5mm$. Resonant frequency of the sensor was around 90 MHz at atmosphere (760 mmHg), and the sensor has good linearity without any hysteresis. Longterm (5 years) stability of the sensor was verified by thermal acceleration testing with Arrhenius model. Moreover, in-vitro cytotoxicity test was done to show biocompatiblity of the sensor and validation of real-time blood pressure measurement was verified with animal test by implant of the sensor. By integration with development of external interrogation system, the proposed sensor system will be a promising method to measure real-time blood pressure.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.2
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• pp.965-968
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• 2004

Effective transverse Piezoelectric Coefficients $(e_{31,f})$ of thick PZT $(Pb(Zr_{0.52}Ti{0.48}Ti_{0.48})O_3)$ films on $SiN_x/Si$ substrates were measured with PZT thicknesses and top electrode dimensions. $e_{31,f}$ is one of important Parameters characterizing Piezoelectricity of PZT films. Thick PZT films have been used as various sensors and actuators because of their high driving force and high breakdown voltage. Thick PZT films were fabricated on Pt/Ta/$SiN_x$/Si substrates using sol-gel method. Thicknesses of PZT films were $1{\mu}m$ and $1.8{\mu}m$. $|e_{31,f}|$ values of $1.8{\mu}m$-thick-PZT films were higher than those of $1{\mu}$-thick-PZT films. Maximum $|e_{31,f}|$ of $1.8{\mu}$-thick-PZT films was about $50^{\circ}C/m^2$.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.325-325
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• 2008

스크린 프린팅에 의한 압전 후막은 MEMS 공정을 이용하여 마이크로 펌프, 마이크로 벨브, 마이크로 센서, 마이크로 로봇 등 여러 초소형 기계부품에 응용되고 있으며, Sol-Gel, PLD를 이용해 증착된 막 등에 비해 수십${\mu}m$의 비교적 두꺼운 막을 형성시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 실리콘 기판을 사용하여 스크린 프린팅으로 형성된 압전 후막의 경우, 공정상 바인더를 연소시키는 과정을 거치게 되므로, 밀집된(Dense) 구조를 가지는 막을 만들기가 어렵다. 이로 인해 스크린 프린팅에 의한 후막은 전기적 특성 및 기계적 특성이 떨어지는 경향이 있다. 본 연구에서는 스크린 프린팅에 의한 압전 후막의 밀집된 구조 및 특성을 향상시키기 위해 0.01Pb$(Mg_{1/2}W_{1/2})$O3-0.41Pb$(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.35PbTiO_3-0.23PbZrO_3$의 powder와 Attrition 밀링 처리된 powder를 비율별로 혼합하여 입자의 크기를 변화시켜 막의 충진 밀도를 향상시켰으며, 열처리 효과를 극대화시키기 위해 RTA(Rapidly Thermal Annealing)를 통해 열처리 하였다. Attrition 밀링에 의한 파우더를 각각 비율별로 100%, 50%, 25%로 혼합하여 만든 압전 세라믹 페이스트는 P-type(100)Si Wafer sample 위에 $1{\mu}m$의 하부전극용($1100^{\circ}C$) Ag 전극을 screen print하여 소결했다. 그리고 다시 전극이 형성된 Si wafer 위에 스크린 프린팅하고, 건조 한 후 RTA로 300초 동안 열처리 한 결과 밀집된 구조를 가지는 압전 후막을 제작 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2000년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.2251-2253
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• 2000

MEMS기술을 이용하여 단층 실리콘 나이트라이드($Si_{3}N_4$) 다이아프램을 제조하고, 이 다이아프램상에 저항성 가열 진공증착법과 고주파 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 차례로 In막과 ZnO막을 증착하고, In의 도핑을 위해 열처리하여 $NH_3$ 가스 감지용 마이크로센서를 제작하였다. 감지막의 열처리온도에 따른 구조적 및 전기적 특성은 XRD, SEM, AFM, 4-point probe 및 Electrometer를 통하여 각각 조사하였다. 제작된 센서의 열처리온도와 인가전력에 따라 $NH_3$ 가스에 대한 감도, 선택성 및 시간응답 특성을 조사하였다. 감지막 두께 3000 ${\AA}$, 열처리온도 400$^{\circ}C$로 제조된 마이크로 센서가 히터 인가전력 366 mW에서 100 ppm의 $NH_3$ 가스농도에서 대하여 16 %, 350 ppm의 가스농도에서 대하여 23 %의 가장 우수한 감도를 나타내었다. 그러나 CO 가스 및 $NO_x$ 가스에 대한 감지특성은 관찰되지 않았다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1645-1646
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• 2006

Micro ElectroMechanical Systems (MEMS) 기술을 이용한 초미세 유체 제어 시스템 (마이크로 펌프, 마이크로 밸브, 마이크로 채널, 마이크로 믹서 등)은 화학, 생명분야의 DNA 분석, 항원-항체 분석, 질병의 진단 등에 사용되는 lab-on-a-chip, micro total analysis system ($\mu$-TAS) 등에서 화학 및 바이오 유체를 제어하는 분석 시스템의 일부분으로서 사용되며 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 이러한 microchip을 구현하기 위해 초미세 유체 제어 소자인 마이크로 펌프와 밸브를 같은 기관 위에 polydimethylsiloxane (PDMS)와 indium tin oxide (ITO)-Glass를 사용하여 동일한 구조로 집적 하였다. 마이크로 펌프의 pumping rate은 인가 직류 펄스 전력의 주파수와 duty 비를 변화시켜 최적화하였다. 직류 펄스 전력 500 mW를 인가하였을 때 주파수 2 Hz, duty 비 7 %에서 약 $1.05{\mu}l/min$의 최대 유량이 측정되었다. 마이크로 밸브는 ITO 히터에 전력을 인가함으로서 유량의 on/off 제어가 잘 됨을 확인할 수 있었고 유체를 closing하기 위해 필요한 전력은 약 300 mW이다.