• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회A
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• pp.1459-1462
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• 2007

In general a thermoelectric cooler (TEC) consists of a series of P type and N type thermoelectric materials sandwiched between two wafers. When a DC current passes through these materials, three different effects take place; Peltier effect, Joule heating effect and heat transfer by conduction due to temperature difference between hot and cold plates. In this study we have developed a micro TEC using $Bi_2Te_3$ (N type) and $Bi_{0.5}Sb_{1.5}Te_3$ (P type) thin films. In order to improve that performance of a micro TEC, we made 10 um height TE legs using special PR only for lift-off. We measured COP (coefficient of performance) and temperature difference between hot and cold connectors with current.

• 설비공학논문집
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• 제18권3호
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• pp.211-217
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• 2006

The three-dimensional numerical analysis has been carried out to figure out the effect of the thermoelectric element thickness on the thermal performance of the thermo-electric micro-cooler. The small-size and column-type thermoelectric cooler is considered. It is known that tellurium compounds currently have the highest cooling performance around the room temperature. Thus, in the present study, $Bi_{2}Te_{3}$ and $Sb_{2}Te_{3}$ are selected as the n- and p-type thermoelectric materials, respectively. The thermoelectric leg considered is less than $20{\mu}m$ thick. The thickness of the leg may affect the thermal and electrical transport through the interfaces between the leg and metal conductors. The effect of the thermoelectric element thickness on the thermal performance of the cooler has been investigated with parameters such as the temperature difference, the current, and the cooling power.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제24권2호
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• pp.17-21
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• 2017

본 연구에서는 수평형 열전 냉각 소자의 열전 냉각 성능 극대화를 위해 모사 해석을 수행하였다. ANSYS Workbench의 Thermal-Electric 프로그램을 활용한 모사 해석을 진행하였으며 해당 프로그램은 열전 효과에 초점이 맞춰 있어 보다 정확하고 효과적인 모사 해석이 가능하다. 수평형 열전 냉각 소자는 n-type의 $Bi_2Te_3$와 p-type의 $Sb_2Te_3$ 및 Au 금속 전극으로 가정하였으며, Joule 발열이 소자 중앙 하부에서 발생되는 것으로 가정하였다. 모사 해석을 통해 최대 $13^{\circ}C$의 냉각 효과를 확인하였으며, 이런 기하학적인 변수들로부터 냉각 성능을 최적화 할 수 있는 디자인을 제시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.241-241
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• 2010

적외선 센서는 빛의 유무에 관계없이 물체 또는 인체에서 발산하는 적외선을 감지한다. 이러한 센서를 전자 및 디스플레이 시스템과 연동하면 열영상 시스템이 되는데, 이는 전방 감시, 플랜트 감시, 보안, 방범용으로 많이 사용되며, 특히 자동차 야간 운전자 보조용으로 사용되어 최첨단, 고부가가치를 지니고 있는 핵심부품이다. 비냉각형 적외선 센서인 마이크로볼로미터는 상온에서 작동하므로 극저온 Cooler가 불필요하며, 무게와 부피가 작아 각종 시스템에 부착가능하다. 특히 볼로미터형 적외선 센서는 용량이 적은 TE cooler로 상온으로 안정화를 시키며, 진공으로 유지되는 금속 또는 세라믹 패키지를 사용하게 된다. 본 연구에서는 마이크로 볼로미터용 진공패키지를 제작하여 패키지 조립 및 측정기술에 대해 조사하였다. 패키지는 금속재질인 kovar를 사용하여 제작되었고, 내부에 TE Cooler와 장수명 진공유지를 위한 getter, 그리고 온도센서 및 볼로미터 센서 칩을 장착하여 조립하였다. 패키지 Cap ass'y와 base envelop의 솔더링 공정은 약 $200^{\circ}C$에서 수행하였으며, evacuation system을 이용하여 5일 동안 패키지 bake-out 공정을 수행하였다. 이 후 getter를 활성화시키고, seal-off 공정으로 진공 기밀을 유지하였다. 진공 패키지의 기밀성은 $6{\times}10^{-9}\;std.cm^3/sec$로 기밀성을 유지하였다. 볼로미터 센서의 반응도는 $10^2\;V/W$ 이상을 나타내었으며, 탐지도는 $2{\times}10^8\;cm-Hz^{1/2}/W$를 나타내었다.

• 한국재료학회지
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• 제21권4호
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• pp.192-195
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• 2011

The electro-deposition of compound semiconductors has been attracting more attention because of its ability to rapidly deposit nanostructured materials and thin films with controlled morphology, dimensions, and crystallinity in a costeffective manner (1). In particular, low band-gap $A_2B_3$-type chalcogenides, such as $Sb_2Te_3$ and $Bi_2Te_3$, have been extensively studied because of their potential applications in thermoelectric power generator and cooler and phase change memory. Thermoelectric $Sb_xTe_y$ films were potentiostatically electrodeposited in aqueous nitric acid electrolyte solutions containing different ratios of $TeO_2$ to $Sb_2O_3$. The stoichiometric $Sb_xTe_y$ films were obtained at an applied voltage of -0.15V vs. SCE using a solution consisting of 2.4 mM $TeO_2$, 0.8 mM $Sb_2O_3$, 33 mM tartaric acid, and 1M $HNO_3$. The stoichiometric $Sb_xTe_y$ films had the rhombohedral structure with a preferred orientation along the [015] direction. The films featured hole concentration and mobility of $5.8{\times}10^{18}/cm^3$ and $54.8\;cm^2/V{\cdot}s$, respectively. More negative applied potential yielded more Sb content in the deposited $Sb_xTe_y$ films. In addition, the hole concentration and mobility decreased with more negative deposition potential and finally showed insulating property, possibly due to more defect formation. The Seebeck coefficient of as-deposited $Sb_2Te_3$ thin film deposited at -0.15V vs. SCE at room temperature was approximately 118 ${\mu}V/K$ at room temperature, which is similar to bulk counterparts.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.252-252
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• 2010

적외선 센서는 빛의 유무에 관계없이 주 야간 전방의 물체에서 발산하는 미약한 적외선(열선)을 감지하여 영상으로 재현하는 열상시스템은 자동차 야간 운전자 보조용 나이트 비젼, 핵심 시설의 감시 관리, 군수 등의 분야에 적용되어지고 있는 최첨단, 고부가가치를 지니고 있는 기술이다. 양자형은 센서 특성은 좋으나 냉각기(작동온도: $-196^{\circ}C$) 및 고진공 패키지인 dewar를 사용하는 반면에, 열형은 대부분 상온에서 동작되는 온도안정화를 위한 전자냉각모듈만을 구비하면 되므로 저가형으로 제작이 가능한 비냉각형 적외선 센서이다. 본 연구에서는 적외선 센서용 진공패키지 조립공정 및 패키지된 센서의 측정기술을 개발하였다. 금속 메탈패키지를 제작하였으며, 금속 진공패키지는 소자냉각용 TE Cooler와 장수명 진공유지를 위한 getter, 그리고 센서칩, 온도센서를. 장착하여 칩을 조립하였다. Cap ass'y와 base envelop의 솔더링 공정을 수행하였으며, 진공패키지의 진공유지를 위해 TMP를 이용하여 진공을 유지하고, 약 5일동안 패키지 bake-out을 수행하였다. 진공압력은 $10^{-7}\;torr$ 이하를 유지하였으며, getter를 활성화시키고, pinch-off 공정으로 조립 ass'y를 완성하였다. 진공 패키지의 기밀성은 He leak tester를 이용하여 측정하였으며, ${\sim}10^{-9}\;std.cm^3/sec$로 기밀성을 유지하였다. TE cooler를 작동한 온도안정성은 0.05 K 이하였다. 볼로미터 센서의 반응도는 $10^2\;V/W$ 이상을 나타내었으며, 탐지도는 $2{\times}10^8cm-Hz^{1/2}/W$를 나타내었다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 향후 2차원 열영상용 어레이 검출기 및 웨이퍼수준의 패키징 공정에 유용하게 응용될 것으로 판단된다.

• 천문학회보
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• 제35권1호
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• pp.40.2-40.2
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• 2010

MIRIS 우주관측카메라는 과학기술위성 3호의 주탑재체로서 $0.8{\sim}2.0{\mu}m$의 근적외선영역에서 우주배경복사와 우리은하 평면의 Pa-$\alpha$ survey 관측을 목적으로 한다. 이러한 임무를 수행하기 위해 MIRIS 우주관측카메라에는 MCT(HgCdTe) IR 검출기가 사용되고 6개의 필터를 장착할 수 있는 필터휠이 설계되었으며, 열잡음을 줄이고 원하는 SNR을 얻기 위해 모두 100K 이하로 냉각이 요구된다. 효과적인 냉각 및 저온유지를 위해서 외부의 열을 1차적으로 차단하는 Cryostat 외부용기와 100K 이하로 냉각되는 내부 Cold Box의 이중구조를 가지는 Dewar가 설계 되었다. 내부 Cold Box의 냉각은 소형 stirling cooler로 이루어지고 외부의 열 유입량이 Cooler의 냉각용량을 넘지 않도록 설계하였다. Cryostat 외부용기는 radiation cooling으로 냉각되어 200K 이하의 온도를 유지하며 내부 Cold Box로의 열유입을 최소화하기 위해 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 단열 지지대와 MLI(Multi Layer Insulation)가 사용된다. 또한 100K으로 냉각시 필터고정부와 Cold Box 구조에서 일어날 수 있는 구조적인 피로도를 줄이고 열변형에 의한 문제를 방지하기 위한 고려가 설계에 포함되었다. FM(Flight Model)은 고진공 환경의 우주공간에서 문제가 발생하지 않도록 설계되었다. 또한 EQM 진동시험결과를 토대로 발사환경에서 발생하는 강한 진동을 견딜 수 있도록 FEM(Finite Elements Method) 구조해석을 통하여 필터고정부에 flexible structure 설계와 완충제를 추가하고 필터휠 구동부와 harness 고정부 및 cooler 지지부를 비롯한 전체 구조물에서 충분히 진동을 극복할 수 있도록 설계하였다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제16권4호
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• pp.441-448
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• 2013

This paper describes the development of Target Simulator developed for performance test and failure detection of Imaging Infra-Red(IIR) seeker which is one of the most important equipments in specific cruise missile systems. The simulator makes it possible to test detecting and tracking performance for target, uniformity of IIR, FOV status and spatial resolving power. Besides, it includes several self-test functions and optic axis alignment methods to improve its own reliability.

• 한국광학회지
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• 제16권3호
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• pp.209-216
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• 2005

전차 조준경으로 사용될 수 있는 2세대 열상장비를 개발하였다. 설계된 장비는 프랑스 Sofradir사의 $480\times6$ 배열 원적외선$(7.7{\mu}m-10.3{\mu}m)$ MCT(HgCdTe) 검출기를 이용하였고, $2.67^{\circ}\times2^{\circ}$의 고배율 협시계와 $10^{\circ}\times7.5^{\circ}$의 저배율 광시계의 이중배율을 가지고 있다. 또한 넓은 운용 온도 범위에서도 시스템의 성능이 저하되지 않도록 비열화 기술을 적용하였다. 설계된 장비는 고효율의 주사장치로 47만 화소의 실시간 영상 재현이 가능하며, 이는 1세대 열상장비에 비하여 화소수가 대폭 증가한 것이다. 적외선 검출소자들의 불균일 보정을 위해서 열전 냉각 소자를 이용한 두 점 보상 기법을 제시하여 실시간 보정이 이루어지게 하였고, 열영상 분포 히스토그램 가변 방식의 처리 기법을 제안하여 적용함으로써 대조비가 매우 낮은 표적의 식별도 용이하게 하였다. 설계 및 제작된 2세대 열상장비의 고배율에서 최소분해가능온도차를 측정한 결과, 2cycles/mrad의 공간주파수에서 0.05K 이하의 우수한 결과를 보였다.

• 천문학회보
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• 제35권1호
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• pp.39.2-39.2
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• 2010

In this paper, I present the domestic development of near infrared camera systems for the ground telescope and the space satellite. These systems are the first infrared instruments made for astronomical observation in Korea. KASINICS (KASI Near Infrared Camera System) was developed to be installed on the 1.8m telescope of the Bohyunsan Optical Astronomy Observatory (BOAO) in Korea. KASINICS is equipped with a $512{\times}512$ InSb array enable L band observations as well as J, H, and Ks bands. The field-of-view of the array is $3.3'{\times}3.3'$ with a resolution of 0.39"/pixel. It employs an Offner relay optical system providing a cold stop to eliminate thermal background emission from the telescope structures. From the test observation, limiting magnitudes are J=17.6, H=17.5, Ks=16.1 and L(narrow)=10.0 mag at a signal-to-noise ratio of 10 in an integration time of 100 s. MIRIS (Multi-purpose InfraRed Imaging System) is the main payload of the STSAT-3 in Korea. MIRIS Space Observation Camera (SOC) covers the observation wavelength from $0.9{\mu}m$ to $2.0{\mu}m$ with a wide field of view $3.67^{\circ}{\times}3.67^{\circ}$. The PICNIC HgCdTe detector in a cold box is cooled down below 100K by a micro Stirling cooler of which cooling capacity is 220mW at 77K. MIRIS SOC adopts passive cooling technique to chill the telescope below 200K by pointing to the deep space (3K). The cooling mechanism employs a radiator, a Winston cone baffle, a thermal shield, MLI of 30 layers, and GFRP pipe support in the system. Opto-mechanical analysis was made in order to estimate and compensate possible stresses from the thermal contraction of mounting parts at cryogenic temperatures. Finite Element Analysis (FEA) of mechanical structure was also conducted to ensure safety and stability in launching environments and in orbit. MIRIS SOC will mainly perform the Galactic plane survey with narrow band filters (Pa $\alpha$ and Pa $\alpha$ continuum) and CIB (Cosmic Infrared Background) observation with wide band filters (I and H) driven by a cryogenic stepping motor.