• 한국세라믹학회지
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• 제40권7호
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• pp.657-661
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• 2003

잉크젯 프린터 헤드용 기능성 막으로 많이 활용하고 있는 다층박막(SiO$_2$/poly-Si/SiN/SiO$_2$, 두께, 2.77 $\mu\textrm{m}$)과 다이아몬드 박막(두께, 1.6 $\mu\textrm{m}$)을 미소 외팔보($\mu$-CLB) 형태로 가공한 후 nanoindenter를 이용한 굽힘 시험 방법으로 탄성계수와 굽힘 강도를 측정하였으며 다층막을 이루는 박막 중 SiO$_2$ 박막(두께, 1 $\mu\textrm{m}$)과 SiN 박막(두께, 0.43 $\mu\textrm{m}$)의 탄성계수를 미소 외 팔보 굽힘 시험 방법과 nanoindentation 방법으로 측정한 후 그 결과를 비교하였다. 미소 외팔보 굽힘 시험방법으로 측정한 다층막의 탄성계수와 파괴강도는 외팔보의 폭이 18.5 $\mu\textrm{m}$에서 58.5 $\mu\textrm{m}$로 증가함에 따라 각각 68.08 ㎬과 2.495 ㎬에서 56.53 ㎬과 1.834 ㎬로 감소하였다. SiO$_2$ 박막의 탄성계수 측정값은 외팔보의 폭이 29.6$\mu\textrm{m}$ 와 59.5 $\mu\textrm{m}$ 범위에서 변하여도 영향을 받지 않고 68.16$\pm$0.942 ㎬이었으며, SiN 박막의 탄성계수는 215.45 ㎬이었다. Nanoindentation 방법으로 측정한 SiO$_2$ 박막과 SiN 박막의 탄성계수는 각각 98.78 ㎬, 219.38 ㎬이었다. 이 결과로부터 미소 외팔보 굽힘 시험방법으로 측정한 박막의 탄성계수가 nanoindentation 방법으로 측정한 탄성계수와 2% 미만의 차이를 보이며 일치함을 알 수 있었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 추계학술대회논문집
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• pp.702-707
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• 2005

The equations of motion of the structure, which is a small scale cantilever beam considering electrostatic force, squeeze film damping and van der Waals force are obtained employing Galerkin's method based on Euler beam theory. The influence of each force is investigated fur changing the size of a small scale cantilever beam which assumed uniform shape. Also the forces which are affected by the required size of a small scale cantilever beam for manufacturing are forecasted.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 추계학술대회
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• pp.1761-1766
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• 2004

In this lecture, we reviewed the principle and types of force sensors with strain gages, tactile sensors based on MEMS and force sensor as well as nano force sensors. Also we investigated applications of force sensors for NT, BT and RT.

• 한국자기학회지
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• 제4권2호
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• pp.168-172
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• 1994

박막의 자왜와 그 측정에 연관되는 기판과 박막의 영율 및 자장 중에서 자성체의 영율이 변화하는 ${\Delta}\;E$ 효과 등을 하나의 장치로 측정하는 방법을 연구하였다. 박막이 중착된 기판을 전 극위에 나란하게 외팔보가 되게 지지하면, 전기용량이 형성되고, 그 용량은 시료자체의 무게, 인가된 자장 및 전기장에 의한 굴곡으로 미소변화하며 그것을 미소용량 브리지로 검출하여 역학적 계산으로 박막과 기판의 영율과 자왜 및 ${\Delta}\;E$ 효과를 측정항여 그 결과에 대하여 고찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.476-476
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• 2014

서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$과 $0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

• 한국광학회지
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• 제8권1호
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• pp.14-18
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• 1997

홀로그래픽 간섭법을 이용하여 외팔보에 편심하중이 가해졌을 때 발생되는 변형을 해석하였다. 물체에 휨(bending)과 미소한 비틀림(torsion)의 복합변형이 발생될 때 사선의 홀로그래픽 간섭무늬를 얻었으며, 간섭무늬 개수와 경사도를 이용하여 변위분포함수를 근사적으로 구하여 간편하게 변형률분포를 해석할 수 있는 방법을 제시하였다. 자유단 근처에서의 최대 휨량이 9.7.+-.0.6.mu.m일 때, 고정단 부근에서 수직변형률의 최대값 e$_{x}$는 약 1.0 * $10^{-6}$, e$_{y}$ 는 약 -0.3 * $10^{-6}$이고, 전단변형률은 약 1.3 * $10^{-6}$으로 측정되었다. 본 방법의 신뢰성을 확인하기 위하여 FEM으로 변위 및 변형률을 이론적으로 해석하여 실험결과와 비교해 보았다.다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.809-809
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• 2013

We report a new method for highly controllable local patterning of a hydrogel on microfabricated cantilevers and fabrication of all hydrogel microcantilevers. We constructed a dynamic mask based photolithography setup using a commercial beam projector, a 3-axis microstage and other optical components. Dynamic masks generated from the beam projector controlled the shape, size, and position of hydrogel patterns while the 3-axis microstage mainly controlled the thickness of hydrogel patterns and hydrogel microcantilevers. Using the constructed setup, polyethyleneglycol diacrylate (PEGDA) was patterned on microfabricated cantilevers in a highly controlled manner. Currently, the smallest PEGDA patternable is a 5-${\mu}m$-diameter circle with a thickness of ~$10{\mu}m$. To confirm thicknesses of patterned PEGDAs on silicon microcantilevers, resonance frequencies of microcantilevers were measured before and after each PEGDA patterning. Thicknesses extracted from resonance measurements showed good agreement with measurements using an optical microscope. In addition, PEGDA microcantilevers with various dimensions and thicknesses were fabricated on glass and silicon substrates. Surfaces of fabricated all hydrogel microcantilevers were flat enough to facilitate other post processing and to be used for various sensing applications.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.1208-1217
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• 1993

본 장치의 핵심은 상 홀로그래피(image holography)시스템을 구성하여 상을 확대시키고, 기준파(reference beam)의 세기를 일반적인 홀로그래피방법에 비해 매우 약하게 하여 홀로그램 기록시 확대된 영상에 스텍클 무늬를 선명하게 기록되도록 한 것이다. 물체에 미소변위를 가하여서 변형 전과후의 상태를 이중으로 기록한 홀로그 램을 얻은 후, 이로부터 확대된 홀로그래피 간섭무늬와 선명한 영의 무늬를 얻을 수 있었다. 본 시험장치로 구성된 홀로스펙클 방법의 신뢰성을 평가하기 위하여 이론적 인 변위량을 알고 있는 외팔보의 변형을 대상으로 하여 실험하였다. 외팔보에 면외 변위와 면내변위를 각각 발생시켜 이때 얻어지는 홀로그래피 간섭무늬와 영의 간섭무 늬의 간격으로부터 면위를 정량적으로 분석하였으며, 면외변위와 면내변위를 동시에 발생시켜 면내변위가 홀로그래피 간섭무늬에 미치는 영향과 면외변위가 영의 간섭무늬 에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 홀로스펙클 방법을 이용하여 일반적인 방법으로는 는 측정이 어려운 볼 압입문제의 3차원 변형상태를 측정하고 유한요소법의 결과와 비교하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권9호
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• pp.1728-1735
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• 1992

본 연구에서는 실시간 홀로그래피 간섭계(real time holographic interfero- metry ststem)를 구성하고 위상변이법과 디지탈 영상처리를 이용하여 물체 변형을 실 시간으로 자동 측정이 가능하도록 하였다. 한편 광학계 구성과 대상물체의 상태에 따른 오차 요인을 해석하기 위해서 외팔보를 대상물체로 하여 측정된 변형값과 이론값 을 비교하였다. 응용예로써는 터빈 블레이드(turbine blade)에 굽힘력이 가해질때 나타나는 미소변형을 측정하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권2호
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• pp.408-413
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• 1996

A self-diagnostic, air-damped, piezoresitive, cantilever-beam microaccelerometer has been designed, fabricated and tested for applications to automotive electronic airbag systems. A skew-symmetric proof-mass has been designed for self-diagnostic capability and zero transverse sensitivity. Two kinds of multi-step anisotropic etching processes are developed for beam thickness control and fillet-rounding formation, UV-curing paste has been used for sillicon-to-glass bounding. The resonant frequency of 2.07kHz has been measured from the fabricated devices. The sensitivity of 195 $\mu{V}$/g is obtained with a nonlinearity of 4% over $\pm$50g ranges. Flat amplitude response and frequency-proportional phase response have been obserbed, It is shown that the design and fabricaiton methods developed in the present study yield a simple, practical and effective mean for improving the performance, reliability as well as the reproducibility of the accelerometers.