• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.7
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• pp.657-661
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• 2003

The elastic moduli or fracture strengths of multi-layered film (SiO$_2$/po1y-Si/SiN/SiO$_2$, 2.77 $\mu\textrm{m}$ thick), CVD diamond film (1.6 $\mu\textrm{m}$ thick), SiO$_2$ film (1.0 $\mu\textrm{m}$ thick) and SiN film (0.43 $\mu\textrm{m}$ thick) made for the membrane of ink-jet printer head were measured with cantilever beam bending method using nanoindenter after fabricating in the form of micro cantilever beam (${\mu}$-CLB). And the elastic moduli of ${\mu}$-CLB of SiO$_2$ film and SiN film were compared with the value of each film on silicon substrate determined with nanoindentation method. The results showed that the modulus and strength of multi-layered film decrease from 68.08 ㎬ and 2.495 ㎬ to 56.53 ㎬ and 1.834 ㎬, respectively as the width of CLB increases from 18.5 $\mu\textrm{m}$ to 58.5 $\mu\textrm{m}$. And the elastic moduli of SiO$_2$ and SiN films measured with ${\mu}$-CLB bending method are 68.16 ㎬ and 215.45 ㎬, respectively and the elastic moduli of these films on silicon substrate measured with nanoindentation method are 98.78 ㎬ and 219.38 ㎬, respectively. These results show that with ${\mu}$-CLB bending technique, moduli can be measured to within 2%.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2005.11a
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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.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2004.11a
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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.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.4 no.2
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• pp.168-172
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• 1994

This paper reports a method measuring magnetostriction, Young's moduli of a substrate and film and ${\Delta}\;E$-effect with one apparatus. A substrate deposited with a thin magnetic film is parallely cantilevered paraIled to a metal plate electrode, forming a capacitive cell. The cantilever deflects due to own weight, applied electric and magnetic filed. The smaIl change of the capacitance caused by this deflection is measured by a sensitive capaci-tance bridge. Young's modulus, magnetostriction and ${\Delta}\;E$ effect can be calculated by theoretical analysis with the weight, applied field and deflection data.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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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.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.8 no.1
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• pp.14-18
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• 1997

Using holographic interferometry, strain distributions for a cantilever beam subjected to the eccentric force can be analysed. Holographic fringe pattern shows inclined straight lines for the composite deformation of bending and torsion. Using these inclinations of the fringe pattern, 3rd order polynomial of plane displacements can be determined without difficulty. As the result, both of axial and shear strain distribution can be obtained from the second partial derivatives of this polynomial. These results agree well with FEM.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2013.04a
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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.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.17 no.5
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• pp.1208-1217
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• 1993

The simple and effective optical technique synthesizing holographic interferometry and speckle photography is presented. The optical system used in this experiment is based on image holography. A cantilever beam located on the precision translator is used to evaluate this measurement system. Experimental results agree well with the actual displacements within the error of 2.8%. As an its application, three dimensional contact deformation in the ball indentation is measured by using this optical system and compared with the numerical analysis by finite element method.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.16 no.9
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• pp.1728-1735
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• 1992

Holographic interferometry technique has been used for the measurement of whole-field deformation with high sensitivity. However there are some difficulties in quantitatively analyzing the holographic fringes. Recently, quantitative and automatic fringe analysis by using phase shifting method in interferometry has been studied in many fields. In this paper, a real time holographic interferometry system and a phase shifting method combined with digital image processing technique are employed to record and quantitatively analyze holographic fringe patterns. To evaluate our system and analyze errors, comparison of measured deformation with theoretical deformation of cantilever beam was carried out. The accuracy of 4.5% in our system was verified We have tried to apply this method to quantitatively measure the deformation of turbine blade under the bending force.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.20 no.2
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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.