Tactile sensors and integrated circuits that detect external stimuli have been developed for use in various industries. Most tactile sensors have been developed using the MEMS(micro electro-mechanical systems) process in which metal electrodes and strain sensors are applied to a silicon substrate. However, tactile sensors made of highly brittle silicon lack flexibility and are prone to damage by external forces. Flexible tactile sensors based on polydimethylsiloxane and using a multi-walled carbon nano-tube mixture as a pressure-sensitive material are currently being developed as an alternative to overcome these limitations. In this study, a manufacturing process of pressure-sensitive materials with low initial electrical resistance is developed and applied to the fabrication of flexible tactile sensors. In addition, flexible tactile sensors are developed with pressure-sensitive materials dispensed on a substrate with flexible mechanical properties. Finally, a study is conducted on the change in electrical resistance of pressure-sensitive materials according to the modulus of elasticity of the substrate.
In this study, the fabrication of through-silicon vias (TSVs) filled with SWNTs/Sn by utilizing surface/bulk micromachining and MEMS technologies is proposed. Tin (Sn) and single-walled nanotube (SWNT) powders are used as TSV interconnector materials in the development of a novel TSV at low temperature. The measured resistance of a TSV filled with SWNT/Sn powder is considerably reduced by increasing the fraction of Sn and is lower than that of a TSV filled with only Sn. This is because of a decrease in the surface scattering of electrons along with an increase in the grain size of sintered SWNTs/Sn. The proposed method is conducted at low temperatures (< $400^{\circ}C$) due to the low melting temperature of Sn; hence, the proposed TSVs filled with SWNTs/Sn can be utilized in CMOS based applications.
본 우리나라 철도 영업 구간중 철도교량은 2012년 기준 약 25%를 차지한다. 이러한 교량 구조들은 시공 직후부터 열차의 충격하중, 태풍, 선박 및 차량 충돌 등 다양한 하중을 받게 된다. 특히 고속 철도 교량의 경우, 열차의 속도로부터 전가되는 매우 큰 충격하중을 받게 되며, 이러한 교량에 가해지는 충격 응답을 분석하는 것은 교량의 안전성 평가에 매우 중요하다. 최근 무선 센서를 이용해 교량의 건전성을 평가하는 연구들이 주목받고 있다. 무선 센서는 가격 및 설치의 용이성으로 인해 교량의 응답계측에 유용하게 적용되고 있다. 하지만 고속철도 교량에서 발생하는 충격 하중은 그 지속시간이 10초 내외로 매우 짧게 발생하므로, 기존 무선 센서의 시스템의 자체 실행 후 시간 지연으로 인해, 이러한 충격하중의 계측은 매우 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 철도 교량의 충격하중에 의한 구조물의 응답을 계측하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 프레임워크를 제안한다. 구체적으로 1) 초저전력 가속도계를 이용한 구조물의 과도응답 감지 및 평가, 2) 무선 센서 네트워크의 트리거링 후 계측이 시작되는 지연 시간의 단축, 그리고 네트워크의 시간 및 데이터 동기화 기법을 개발하였다. 최종적으로 제안된 프레임 워크에서 소수의 진동 감지 센서 노드들이 상시진동을 계측하며, 열차의 진입으로 인한 진동이 감지될 시, 전체 센서 네트워크의 계측을 시작한다. 시간 지연을 최소화하기 위해 모든 센서는 다른 시작시간을 가지며, 이를 제어하기 위해 후처리 기반 시간 동기화를 한다. 제안된 프레임워크는 실내실험 및 수치해석을 통해 그 효용성을 입증하였다.
스마트폰, 태블릿 PC의 등장과 더불어 모바일 IT 제품들은 빠르게 소형화, 슬림화, 저전력화 되고 있으며, 이런 시스템의 요구에 대응하기 위하여 음향부품은 기술 전환기를 맞이하고 있다. 대표적 음향소자로는 소리를 전기적 신호로 변환하는 센서인 마이크로폰과 전기 에너지를 소리 에너지로 변환하는 액추에이터인 스피커가 있는데, 최근초소형 MEMS 마이크로폰과 초박형 압전 스피커와 같은 새로운 제품이 시장에서 주목받고 있다. 본 고에서는 음향소자의 기술 개요, 새로운 제품의 장단점 및 개발 동향, 그리고 시장 및 산업 동향을 살펴봄으로써 관련 국내 업계가 기술 전환기를 대비하는 데 필요한 기초 정보를 제공하고자 한다.
This paper presents two control algorithms for the frequency and amplitude of the resonator of a micro sensor. One algorithm excites the resonator at its a priori unknown resonant frequency, and the other algorithm alters the resonator dynamics to place the resonant frequency at a fixed frequency, chosen by the designer. Both algorithms maintain a specified amplitude of oscillations. The control system behavior is analyzed using an averaging method, and a quantitative criterion is provided for the selecting the control gain to achieve stability. Tracking and estimation accuracy of the natural frequency under the presence of measurement noise is also analyzed. The proposed control algorithms are applied to the MEMS dual-mass gyroscope without mechanical connecting beam between two proof-masses. Simulation results show the effectiveness of the proposed control algorithms which guarantee the proof-masses of the gyroscope to move in opposite directions with the same resonant frequency and oscillation amplitude.
멀티 피직스 시스템은 구동을 수치적으로 해석하기 위하여 두 개 이상의 연성이 되어 있는 물리계를 고려해야하는 시스템을 일컫는다. 대표적인 예로 기계 분야에서 현재까지 많이 연구되어 왔던 열탄성(Thermal/Structure)과 유체/구조 연성(Fluid/Structure)시스템을 들 수 있다. 또한 현재 차세대 성장산업으로 많은 관심이 집중되고 있는 의료기기나 지능형 자동차와 로봇 등에서 사용되는 다양한 센서와 엑추에이터 등도 특별한 예로 들 수 있다. 특히, 한 개의 물리계 해석으로 시스템 해석이 가능한 기존의 일반적인 기계 시스템과는 달리 MEMS 등의 초소형 시스템은 시스템의 거동을 수치적으로 계산하기 위하여 여러 물리계의 연성을 고려해야 한다는 점에서 대표적인 다물리계 시스템의 예로 들 수 있다. 이렇게 우리생활에 밀접하게 쓰이고 있는 멀티 피직스 시스템은 단일 물리계 시스템과 비교하여 엔지니어의 경험에 의존하여 설계(Design)하기가 어려운 특성이 있다. 이에 이 연구 논문에서는 이런 멀티 피직스 시스템을 해석하고 최적화 하기위한 노력을 소개한다.
본 연구에서는 장대교량에서 케이블의 장력을 간편하게, 그리고 자동적으로 추정할 수 있는 저비용 무선장력계측시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 크게 비용이 저렴하고 설치 및 관리가 용이한 무선 기반 하드웨어와 케이블에서 계측된 가속도 데이터로부터 장력을 자동으로 추정하여 주는 내장 (Embedded) 자동화 소프트웨어로 구성된다. 저비용 무선 기반 하드웨어는 연산능력을 가진 무선계측유닛과, 계측 신호개선을 위한 신호처리보드, 그리고 상용 MEMS 가속도계로 구성되었으며, 내장 자동화 소프트웨어는 계측된 신호의 주파수 분석을 위한 FFT 모듈, 케이블의 푸리에 스펙트럼으로부터 고유진동수를 자동으로 추출하기 위한 자동 피크 추출(Peak-picking) 알고리즘 모듈, 그리고 추출된 고유진동수를 활용하여 케이블의 장력을 추정하는 진동법 모듈로 구성되었다. 개발된 시스템의 검증을 위하여, 사장교의 케이블 축소모델을 제작하고 케이블 모델에 다양한 장력과 새그를 주어 진동실험을 수행하였다. 실험 결과, 개발된 시스템은 케이블 모델의 주파수응답스펙트럼으로부터 고유진동수를 정확하게 추정하였으며, 장력과 새그의 크기에 상관없이 매우 정확한 장력을 추정하였다.
셀칩(cells on chips)이란, MEMs/NEMs 응용분야 중 생명공학과 관련된 세포분야로의 응용에 이용되는 대표적인 기술로서 현재 전세계에서 경쟁적으로 연구, 개발되고 있다. 셀칩은 생체내부에서 세포가 성장하는 공간적(spatial), 시간적(temporal) 조건을 정교하게 모사(mimicking)함으로써, 복잡한 생화학적 생체 내(in vivo) 환경을 이해할 수 있는 새로운 기회를 창조하고 있다. 또한 셀칩과 다양한 형태의 분석용 센서와의 결합된 시스템을 통하여, 세포기반 질병진단 시스템의 소형화 및 조기진단 시스템 개발을 위한 바이오멤스 핵심 플랫폼 기술로 인식되고 있다. 즉 DNA, 단백질, 세포 등의 바이오 물질을 마이크로/나노시스템 위에서 검출 및 분석함으로써 극미량의 생체물질을 실시간 고감도 분석이 가능하게 할 것이다. 본 고에서는 셀칩분야의 기술 및 응용에 관해 정리하고 있다.
본 연구에서는 적외선 가스 센서용 IR source에 대한 연구를 진행하였다. MEMS 공정을 이용하여 poly-silicon을 IR source의 발열체로 사용하였다. Chip size는 $2{\times}2mm$ 이며 membrane의 면적은 $1{\times}1mm$로 설계, 제작 하였다. 제작된 IR source의 적외선 방출 특성을 적외선 카메라를 이용하여 관찰하였으며, 같은 온도에서의 thermal stress에 대한 관찰도 진행하였다.
본 연구에서 제작한 u-bolometer 은 적외선을 흡수하는 멤브레인이 a-Si 위에 Ti 메탈로 이루어져 있다. 이 u-bolometer 는 MEMS 센서로써 3차원 공진 구조를 제작하기 위해서는 희생층을 제거하는 공정이 필수적이며 이 희생 층으로 Polyimide를 사용하고 있는 공정에서 Plasma Ashing 공정은 더욱더 필수적이다. 이 Ashing 공정은 O2 플라즈마를 이용하며 이때 흡수물질인 Ti 레이어가 플라즈마에 의해 면저항과 흡수율의 특성이 어떻게 변화되는지 플라즈마 공정 전후를 분석한 결과 면저항의 변화가 나타났으며 uniformity도 높게 변화하였다. 또한 적외선 흡수율이 약 5% 차이가 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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