• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2017.05a
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• pp.285-289
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• 2017

Laser-induced breakdown spesctroscopy (LIBS) is a technique that complements the disadvantages of conventional laser-based combustion diagnosis techniques such as weak signal strength, complex equipment configuration, and low accuracy. In this study, basic research was carried out to measure the combustion gas temperature of scramjet engines using LIBS. Spray flames were generated from Jet A-1 fuel used in scramjet engines and gas temperatures were measured at the top of the flames with a calibrated thermocouple. The LIBS signals were acquired at the same points as the temperature measurement positions of the thermocouple. The LIBS spectra were analyzed to obtained a calibration curve between the LIBS signal and the reference temperature measured at the thermocouple. Therefore, it was confirmed that the combustion gas temperature can be measured in-situ using LIBS.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.19 no.2
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• pp.9-17
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• 2020

In this study, the surface changes of titanium alloy using laser surface treatment and the surface analysis using laser-induced plasma spectroscopy were carried out. The laser surface treatment induced changes in surface roughness and the diffusion of atmospheric elements. Excessive melting or less melting caused roughness changes, but when moderate levels of energy were applied, a smoother surface could be obtained than the initial surface. In the process, the diffusion of atmospheric elements took place. To analyze the diffusion of atmospheric elements with respect to surface morphology, the surfaces were re-shaped with grinding. In this experimental conditions, the effect of plasma formation by surface roughness was identified. Compensated plasma signals for the material properties were obtained and analysed by removing the background plasma signal.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2010.04a
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• pp.496-497
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• 2010

• Resources Recycling
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• v.27 no.1
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• pp.31-37
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• 2018

To enhance the recycling rate of used metal resources, it is strongly desired to develop a metal sorting system that can automatically identify metal type from mixed metal scraps and sort them separately. Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) is a technique that enables real time classification of different metals based on multi-elemental and in-air analysis. In this work, we report the results of LIBS elemental analysis of field scrap samples acquired from a recycling company. By applying multivariate analysis, it was found that the LIBS signals of five different metals could be perfectly classified if surface contamination was removed. The classification accuracy degraded for LIBS signals including contaminant emission, which however could be overcome by performing the multivariate analysis using properly selected emission lines of higher correlation only. The significant improvement in classification accuracy and process speed by the selection of proper emission lines demonstrated the feasibility of LIBS technique as an industrial tool for metal scrap sorting.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2009.10a
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• pp.187-188
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• 2009

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.23 no.2
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• pp.53-59
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• 2019

LIBS plug, a simplified laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) device with the purpose of measuring the fuel distribution inside the combustion chamber, was developed and manufactured. The LIBS plug receives only two wavelengths (H:656.3 nm, O: 777 nm) that are closely related to the equivalence ratio in the overall spectrum. The calibration curve between the signal of the LIBS plug and the equivalence ratio was constructed, and the fuel distribution of gasoline-air and LPG-air mixtures was measured using the LIBS plug.

• Analytical Science and Technology
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• v.26 no.4
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• pp.235-244
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• 2013

Detection of halogens using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) in open air is very difficult since their strong atomic emission lines are located in VUV region. In NIR region, there are other emission lines of halogens through electronic transitions between excited states. However, these lines undergo Stark broadening severely. We report the observation of the emission lines of halogens in laser-induced plasma (LIP) spectra in NIR region using a helium gas flow. Particularly, the emission lines of iodine at 804.374 and 905.833 nm from LIPs have been observed for the first time. In the helium ambient gas, Stark broadening of the emission lines and background continuum emission could be suppressed significantly. Variations of the line intensity, plasma temperature, and electron density with the helium flow rate was investigated. Detection of chlorine and bromine in flame retardant of rubbers was demonstrated using this method. Finally, we suggest a pulsed helium gas jet as a practical and ecomonical helium gas source for the LIBS analysis of halogens in open air.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.412-412
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• 2010

플라즈마는 미세 전기 소자 제작에 있어 박막의 증착, 식각, 세정등 여러 가지 공정에서 널리 사용되고 있다. 미세 소자의 선폭의 감소와 높은 생산성을 위한 웨이퍼 면적의 대형화가 진행됨에 따라 플라즈마의 균일도는 공정 수율 향상의 관점에서 중요한 요소로 그것의 계측과 공정 중 실시간 감시에 필요성이 부각되고 있다. 플라즈마에 존재하는 라디칼의 밀도, 이온의 밀도, 전자 온도 등의 웨이퍼 상에서의 공간 분포와 공정 결과물과의 상관관계에 대한 연구는 현재까지 다양하게 진행 되었으며 특히, 라디칼의 공간 분포가 공정 결과물의 균일도와 큰 상관 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 라디칼의 농도 분포를 계측은 레이저 유도 형광법, 발광 분광법, 흡수 분광법 등을 통하여 이루어져 왔으며, 특히 발광 분광법의 경우 계측의 민감성, 편의성등을 이유로 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 현재 까지 진행된 발광 분광법을 이용한 라디칼의 공간 분포 계측은 그 자체로 공간 분포를 계측하는 것이 아닌 플라즈마 밀도의 축 대칭성을 가정하여 Abel inversion을 적용하거나, 광섬유를 플라즈마에 직접 삽입하는 방식을 사용하기 때문에 실제 반도체 제작공정을 비롯한 미세소자 공정 플라즈마의 라디칼 밀도 분포를 실시간, 비 접촉 방식으로 계측 하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 반도체 공정 플라즈마의 밀도 균일성 분석을 위한 공간 분해 발광 분광기를 제안한다. 기존의 발광 분광법과 비교하여 공간 분해능 향상을 위하여 직렬로 설치된 다수의 렌즈, 개구, 그리고 핀홀을 이용하였다. 공간 분해 발광 분광기의 공간 분해능을 계산하였으며, 실험을 통하여 검증 하였다. 또, HDP CVD를 이용한 $SiO_2$ 박막 증착 공정에서 산소 라디칼의 농도와 증착된 박막의 두께 분포의 상관 관계를 계측 함으로써 공간 분해 발광 분광기의 플라즈마 공정 적용 가능성 입증 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.81-81
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• 2013

반도체, LCD, MEMs 등 미세 전자소자의 제작과 깊은 관련이 있는 IT 산업은 자동차 산업과 함께 세계 경제를 이끌고 있는 핵심 산업이며, 그 발전 가능성이 크다고 할 수 있다. 이 중 반도체, LCD 공정 기술에 관해서 대한민국은 세계를 선도하여 시장을 이끌어 나가고 있는 실정이다. 이들의 공정기술은 주로 높은 수율(yield)을 기반으로 한 대량 생산 기술에 초점이 맞추어져 있기 때문에, 현재와 같은 첨예한 가격 경쟁력이 요구되는 시대에서 공정 기술 개발을 통해 수율을 최대한으로 이끌어 내는 것이 현재 반도체를 비롯한 미세소자 산업이 직면하고 있는 하나의 중대한 과제라 할 수 있다. 특히 반도체공정에 있어 발전을 거듭하여 현재 20 nm 수준의 선폭을 갖는 소자들의 양산이 계획 있는데 이와 같은 나노미터급 선폭을 갖는 소자 양산과 관련된 CD (critical dimension)의 감소는 공차의 감소를 유발시키고 있으며, 패널의 양산에 있어서 생산 효율 증가를 위한 기판 크기의 대형화가 이루어지고 있다. 또한, 소자의 집적도를 높이기 위하여 높은 종횡비(aspect ratio)를 요구하는 공정이 일반화됨에 따라 단일 웨이퍼 내에서의 공정의 균일도(With in wafer uniformity, WIWU) 및 공정이 진행되는 시간에 따른 균일도(Wafer to wafer uniformity)의 변화 양상에 대한 파악을 통한 공정 진단에 대한 요구가 급증하고 있는 현실이다. 반도체 및 LCD 공정에 있어서 공정 균일도의 감시 및 향상을 위하여 박막, 증착, 식각의 주요 공정에 널리 사용되고 있는 플라즈마의 균일도(uniformity)를 파악하고 실시간으로 감시하는 것이 반드시 필요하며, 플라즈마의 균일도를 파악한다는 것은 플라즈마의 기판 상의 공간적 분포(radial direction)를 확인하여 보는 것을 의미한다. 현재까지 플라즈마의 공간적 분포를 진단하는 대표적인 방법으로는 랭뮤어 탐침(Langmuir Probe), 레이저 유도 형광법(Laser Induced Fluorescence, LIF) 그리고 광섬유를 이용한 발광분광법(Optical Emission Spectroscopy, OES)등이 있으나 랭뮤어 탐침은 플라즈마 본연의 상태에서 섭동(pertubation) 현상에 의한 교란, 이온에너지 측정의 한계로 인하여 공정의 실시간 감시에 적합하지 않으며, 레이저 유도 형광법은 측정 물질의 제한성 때문에 플라즈마 내부에 존재하는 다양한 종의 거동을 살필 수 없다는 단점 및 장치의 설치와 정렬(alignment)이 상대적으로 어려워 산업 현장에서 사용하기에 한계가 있다. 본 연구에서는 최소 50 cm에서 최대 400 cm까지 플라즈마 내 측정 거리에서 최대 20 mm 공간 분해가 가능한 광 수광 시스템 및 플라즈마 공정에서의 라디칼의 상태 변화를 분광학적 비접촉 방법으로 계측할 수 있는 발광 분광 분석기를 접목하여 플라즈마 챔버 내의 라디칼 공간 분포를 계측할 수 있는 진단 센서를 고안하고 이를 실 공정에 적용하여 보았다. 플라즈마 증착 및 식각 공정에서 형성된 박막의 두께 및 식각률과 공간 분해발광 분석법을 통하여 계측된 결과와의 매우 높은 상관관계를 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.194.1-194.1
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• 2014

기저면에 구조적 결함을 도입함으로써 그래핀과 $MoS_2$와 같은 이차원 결정의 물리, 화학, 전기 및 기계적 성질을 제어하려는 연구가 폭넓게 수행되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 속의 산소 래디컬을 이용하여 기계적 박리법으로 만들어진 단일층 그래핀과 $MoS_2$ 표면에 구조적 결함을 유도하고 제어하는 방법을 개발하였다. 라만 및 광발광 분광법을 통해 생성된 결함 밀도를 측정하고 전하 밀도 등의 화학적 변화를 추적하였다. 그래핀의 경우 산소 플라즈마 처리 시간에 따라 결함(defect)의 정도를 보여주는 라만 D-봉우리의 높이와 넓이가 커짐을 확인하였고 이를 G-봉우리의 높이와 비교하여 정량하였다. $MoS_2$의 경우 $E{^1}_{2g}$와 $A_{1g}$-봉우리의 높이가 점점 감소하고 광발광의 세기 또한 감소함을 확인하였다. 또한 본 연구에서는 기판의 편평도가 결함 생성 속도에 미치는 영향을 비교 및 분석하여 반응 메커니즘을 제시하고자 한다.