• 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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• 제29권5호
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• pp.215-219
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• 2018

본 논문에서는 레이저 dewetting에 의해 형성된 은 나노입자들의 국소 표면플라즈몬 공명이 감응형 $TiO_2$ 태양전지의 전류밀도 및 효율 향상에 유용하게 이용될 수 있음을 보여준다. 전도성 유리기판 위에 증착된 은 박막을 펄스 레이저 조사에 의해 나노입자로 변환시킨 후 이 기판을 사용하여 감응형 $TiO_2$ 태양전지 셀을 제조한 결과, 은 나노입자를 포함하지 않은 대조군 셀에 비해 성능이 보다 향상됨을 확인하였다. 이는 은 나노입자들에 의한 국소 표면플라즈몬 공명 현상으로 인해 가시광 영역에서의 광수확이 증대되었기 때문으로 분석된다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2003년도 생물공학의 동향(XII)
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• pp.74-78
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• 2003

본 논문에서는 금속의 표면 플라즈몬 공명으로 인한 금속-유전체 경계면에서의 국소적 전자기장의 강화 효과를 이용하여 표면 플라즈몬을 유발하는 금 박막을 유리 기판위에 증착하고, 프리즘 커플러를 이용한 소산장의 공명 흡수현상을 이차원 영상 으로 얻었다. 특히 DNA/단백질 칩 등 향후 가능한 다채널 시스템에의 응용을 고려하여11-MUA, 11-MUOH 등 자기조립 단분자막(SAM)을 크롬 마스크와 리토그래피, 그리고 Shadow mask와 광 산화반응을 이용하여 금 표면 위에 패터닝 하였다. 텅스텐-할로겐 램프와 중심파장이 ${\lambda}_0=633$ nm의 대역통과 필터를 사용하여 이 평행광을 프리즘 커플러에 입사시켜 반사되어 나오는 반사광의 이차원 영상을 얻었다. 이와는 별도로 ${\lambda}_0=633$ nm의 레이저를 이용하여 단분자막이 코팅되어 있을 때와 없을 때의 공명각의 변화를 관찰하였다. 얻어진 이차원 영상의 위치에 따른 화소 값의 변화를 단분자 막의 두께의 변화에 따라 보정하고, 알려진 매질의 SPR 특성을 Fresnel 방정식에 따라 이론적으로 계산하면 다채널 표면 영상으로부터 항원-항체 등 단백질의 결합 정도를 정량적으로 측정할 수 있다.

• 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.

• 한국정밀공학회지
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• 제33권5호
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• pp.363-369
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• 2016

We explored localized plasmonic field enhancements using nanowire patterns to improve the sensitivity of a surface plasmon resonance (SPR) sensor. Two different materials, gold and silver, were considered for sample materials. Gold and silver nanowire patterns were fabricated by electron beam lithography for experimental measurements. The wavelength SPR sensor was also designed for these experiments. The material-dependent field enhancements on nanowire patterns were first calculated based on Maxwell's equations. Resonance wavelength shifts were indicated as changes in the refractive index from 1.33 to 1.36. The SPR sensor with silver nanowire patterns showed a much larger resonance wavelength shift than the sensor with gold nanowire patterns, in good agreement with simulation results. These results suggest that silver nanowire patterns are more efficient than gold nanowire patterns, and could be used for sensitivity enhancements in situations where biocompatibility is not a consideration.

• 한국광학회지
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• 제28권3호
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• pp.97-102
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• 2017

본 논문에서는 플라즈모닉 코어와 자성 쉘로 구성된 $Ag@Fe_3O_4$ 나노입자의 흥미로운 광학적 특성에 대해 연구를 하였다. 기존의 60 nm의 지름을 갖는 은 나노입자의 표면에 높은 굴절률을 갖는 $Fe_3O_4$ 쉘이 형성됨에 따라 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance; LSPR) 파장이 420 nm에서 650 nm로 이동하는 red-shift 현상을 관찰 할 수 있었고, 또한, 세 가지 시뮬레이션 모델들 ($Ag@Fe_3O_4$ 나노입자, $Fe_3O_4$ 쉘 나노입자, 은 나노입자)을 통해서 410 nm 파장의 peak이 60 nm의 두께를 가진 $Fe_3O_4$ 쉘에 의해 발생하는 산란이 주된 원인이라는 것을 규명하였다. 이 결과는 비슷한 종류의 나노입자를 이용한 추후 다양하고 복잡한 나노어셈블리의 광학적 현상을 이해하는데 사용될 것이다.

• 한국광학회지
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• 제28권1호
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• pp.28-32
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• 2017

본 논문에서는 LSPR 센서에 적용하기 위한 제한된 높이 100 nm에서 $TiO_2$, $SiO_2$의 다중층을 이용한 LSPR 센서를 디자인을 제안했다. LSPR 센서의 구조는 유전체 층과 나노 구조가 있는 금속층으로 디자인 하였다. 금속층은 금 박막 40 nm와 높이 40 nm, 주기 600 nm, 선폭 300 nm인 나노와이어 구조체를 올려놓은 구조로 디자인하였다. 유전체 층의 높이를 100nm로 제한하고, $TiO_2$, $SiO_2$가 반복되는 구조로 하여 반복층의 개수를 1~4개로 변경하면서 비교 분석하였다. 파장 가변형 SPR을 디자인하기 위해 각도를 75도로 고정하고 파장을 변화시켜 FEM방식으로 계산하였다. 결과로 굴절율이 고정되어 있을 때 다중층의 개수가 증가할수록 공명 파장이 짧아지는 현상을 확인 하였고, 파장의 변화에 더 민감하게 변화하는 것을 측정하였다. 다만, 다중층의 개수가 3개층 이상이 되면 변화하지 않는 것을 확인하였다.

• 한국광학회지
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• 제14권1호
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• pp.97-102
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• 2003

이차원 표면 플라즈몬의 공명 흡수와 포토 마스크를 이용하여 11-MUA(11-Mercaptoundecanoic acid)와 11-MUOH(11-Mercaptoundecanol) 둥으로 이루어진 자기조립 단분자막(Self-Assembled Monolayer; SAM)의 다채널 영상을 얻었다. 통상의 Photoresist를 이용한 리토그래피 대신에 Thiol bonding의 광산화를 이용하여 패터닝 과정을 줄이고, 백색광 및 대역통과 필터(λ$_{0}$=633nm)를 이용하여 입사광으로써 레이저를 사용할 때 나타나는 간섭무늬를 줄였다. 이로부터 나타나는 이차원 영상의 명암을 정량적으로 보정하면 수 나노미터(nm) 두께의 변화를 측정할 수 있다. 또한 표면 플라즈몬 공명법은 국소화된 근접장 (소산장)을 이용하는 방법으로서, 통상 많이 이용되는 형광법 등에서 나타나는 광탈색(Photobleaching)이나 소광(Quenching) 현상이 없이 시료의 처리가 간단하고, 영상 신호의 시간에 따른 변화가 극히 적으며, 실시간으로 신호의 변화를 측정할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국광학회지
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• 제29권6호
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• pp.275-284
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• 2018

본 연구에서는 나노 홀 배열과 나노 디스크 배열이 AZ 1500 나노 기둥에 의해 분리된 하이브리드 구조의 컬러 필터 설계방법을 제시한다. 우리는 각 설계 변수에 따른 투과광 특성 변화의 경향성을 이용하여 RGB 컬러 필터 설계 방법을 제시한다. 특히, 단면에서의 전기장의 세기 분포를 분석하여 두 배열에서 각각 발생하는 국소 표면 플라즈몬 공명이 서로에게 영향을 주지 않도록 AZ 1500 나노 기둥의 높이를 설정하였다. 최적화된 컬러 필터의 투과광 특성은 다음과 같다. Red 컬러 필터의 투과광 특성은 가시광 대역에서 Red를 표현하는 파장대역이 차지하는 비율이 55.01%, 투과도 최댓값이 41.53%이다. 그리고 Green컬러 필터의 경우, Green을 표현하는 파장대역의 비율이 40.20%, 투과도 최댓값은 42.41%이다. Blue 컬러 필터의 경우, Blue를 표현하는 파장 대역의 비율이 32.78%, 투과도 최댓값은 30.27%이다. 본 연구를 통해 산업용 장치에 집적되는 컬러 필터의 특성 향상을 이끌어 낼 수 있을 것으로 예상한다.

• 한국진공학회지
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• 제21권4호
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• pp.205-211
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• 2012

인듐주석산화막/폴리에틸렌 테레프탈레이트(ITO/PET: indium tin oxide/polyethylene terephthalate) 유연 기판 위에 성장된 산화아연(ZnO) 나노로드(nanorods)를 이용하여 형성된 은(Ag) 입자의 광학적 특성 및 소수성 표면에 대해 조사하였다. 시료를 준비하기 위해 스퍼터링법(sputtering)으로 코팅된 산화아연 씨드층(seed layer)을 이용하여 전기화학증착법(electrochemical deposition)으로 산화아연 나노로드를 성장시킨 후, 열증발증착법(thermal evaporation)을 사용하여 은을 증착하였다. 산화아연 나노로드의 불연속적인 표면 특성 때문에 은이 증착되면서 나노크기를 갖는 입자로 형성되었다. 비교를 위해 같은 조건으로 은을 평평한 ITO/PET에 증착하여 시료를 준비하였으며, 증착되는 은의 양을 조절하기 위해 100초에서 600초까지 열증발증착시간을 변화시켰다. 은 증착시간이 증가할수록 산화아연 나노로드 표면에 형성되는 은 입자의 크기와 양이 증가하였으며, 또한 빛의 흡수율이 가시광 영역에서 크게 증가하는 것을 확인하였다. 이는 은 입자의 국소표면플라즈몬공명(localized surface plasmon resonance)에서 기인된 것으로 짐작한다. 또한 물방울 테스트실험에서 평평한 ITO/PET에 증착된 은에서의 접촉각(contact angle)보다 산화아연 나노로드에 증착된 은 입자에서의 접촉각이 크게 증가함을 보여, 개선된 소수성 표면을 가질 수 있음을 확인하였다. 이러한 광학적 특성과 소수성 표면 결과는 산화아연 나노로드의 기반의 염료감응형 태양전지 또는 자정효과(self-cleaning)를 갖는 표면구조로 유연소자에 유용하게 응용할 수 있을 것으로 기대된다.