• Electrical & Electronic Materials
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• v.9 no.5
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• pp.518-525
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• 1996

본 고에서는 유리 집적광센서의 제작에 적합한 유리재료들의 종류와 특성을 설명하였으며, 이들 유리의 종류에 맞도록 개발되어진 제작기술 중에서 이온교환(Ion exchange)방법과 silica-on-silicon(SOS)방법을 소개하였다. 그리고 이러한 공정기술을 이용하여 제작되어진 유리 집적광센서 중에서 물체의 거리를 측정하기 위한 마이클슨 간섭계(michelson interferometer)와 물질의 농도를 측정하기 위한 화학센서(chemical sensor)들을 소개하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.311-312
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• 2012

본 발표에서는 광학적 분석 시스템에 적용 가능한 발광소자(광원)과 수광소자(광센서)를 집적화시키는 모듈(수 발광 집적모듈) 기술을 제시하고자 한다. 이러한 수-발광 집적모듈은 다양한 응용 분야에 적용 될 수 있다. 예를 들어, 광신호 감지를 위한 광통신용 송-수신 모듈(optical communication), 의료/진단 분야에서 단백질/DNA/박테리아 등의 검출 및 분석에 관한 바이오 센서(bio-sensor), 그리고 대기(가스)/수질 모니터링에 관한 환경센서 등 매우 광범위한 분야에 해당되는 요소 기술이라 할 수 있다. 특히, 이들 분야들 중 바이오 물질을 분석하고 검출하는 광학적 바이오 센서 기술은 높은 경제적 가치와 산업적 성장 잠재력으로 인해 오랫동안 활발한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 광학적 바이오 센서에서 가장 범용적인 방법 중 하나가 항온-항체 면역반응을 기반으로 하는 형광 검출(fluorescence detection) 기법이다. 이러한 시스템은 전체적으로 광원, 광학계, 그리고 센서로 구성되는데 기존에 일반적으로 사용되고 있는 형광 현미경의 경우는 민감도가 우수하다는 장점은 있으나 상당히 고가이고 부피가 크며 복잡한 광학구성으로 이루어져 있다는 한계점을 가지고 있다. 이러한 맥락에서 고민감도를 확보하면서 휴대성, 고속처리, 저가 등의 특성을 가진 시스템에 대한 요구가 갈수록 증가하고 있다. 이를 해결하기 위한 핵심기술 중의 하나가 수-발광 부분을 집적화 시키는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 바이오 센서 기술의 하나로서 형광을 측정하여 혈액내의 진단 지표인자를 검출할 수 있는 휴대용 혈액진단기기에 적용되는 소형 수 발광 집적 모듈을 개발하였다. 혈액내의 검출 성분의 양에 따라 형광의 세기가 변화하게 됨으로써 정량적인 검출이 가능한 원리이다. 모듈의 구조는 크게 광원(발광소자), 광학계, 그리고 광센서(수광소자) 세 영역으로 나누어 진다. 광원은 635 nm 적색 레이저다이오드로서 형광체(Alexa Fluor 647/발광파장: 668 nm)를 여기 시키는 기능을 하며 장착된 볼렌즈 의해 샘플의 형광체 영역으로 집광된다. 광학계는 크게 시준렌즈(collimating lens)와 광학필터로 구성됨으로써 샘플로부터 발생되는 광을 적절하게 수광소자로 전달하는 기능을 하게 된다. 여기서 광학필터의 경우는 기본적으로 Distributed Bragg's Reflector(DBR) 구조로써 실리콘(Si) 포토다이오드 상부에 모노리식(monolithic)하게 형성되며 검출 샘플로부터 진행되는 레이저 광(잡음의 주원인)은 차단하고 형광(광신호)만 통과 시키는 기능을 하게 된다. 따라서 신호 대 잡음비(S/N ratio)를 향상시키기 위해서는 정밀한 광 필터링 기능이 요구됨으로써 박막의 세밀한 공정 조건과 구조적-광학적 특성 분석이 수행되었다. 마지막으로 포토다이오드 소자는 일반적인 구조 이외에 중앙에 원형 구멍이 형성된 특별한 구조가 적용된다. 이것은 포토다이오드 구조에 변화를 줌으로써 모듈 구조를 효율적으로 응용할 수 있다는 의미를 갖는다. 또한 포토다이오드의 전기적-광학적 측정 분석을 통해 잡음 및 감도 특성이 세부적으로 조사되며 형광신호를 효과적으로 측정할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로 제작된 모듈은 약 $1{\times}1{\times}1cm^3$ 내외 정도의 크기를 갖는다. 요약하자면 본 발표에서는 광학적 바이오센서에 적용할 수 있는 소형 수-발광 소자 집적모듈을 소개한다. 전체 모듈 설계는 최소한의 부피를 가짐과 동시에 측정의 정밀성을 향상시키는데 초점을 맞추어 진행하였다. 세부요소인 광학필터와 포트다이오드의 경우 잡음 및 민감도에 미치는 중요성 때문에 세밀한 공정 및 특성분석이 수행되었다. 결론적으로 독자적인 설계 및 공정을 통해 휴대성 및 정밀성 등의 목적에 부합한 경쟁력 있는 수-발광 소자 집적모듈 제작 기술을 확보하였다.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.146-146
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• 2017

현대의 스마트폰 및 태블릿pc등을 가능하게 만든 집적 기술 중의 하나는 3차원 집적 회로(3D-IC)와 같은 패키징 기술이다. 이러한 첨단 3차원 집적 기술은 메모리집적을 통한 대용량 메모리 모듈 개발뿐만 아니라, 메모리와 프로세서의 집적, high-end FPGA, Back side imaging (BSI) 센서 모듈, MEMS 센서와 ASIC 집적, High Bright (HB) LED 모듈 등에 적용되고 있다. 3D-IC의 3차원 모듈 제작 시에는 기존에 발생하지 않았던 여러 가지 파괴 모드들이 발생하고 있는데 Thermal/Photonic Emission 장비 등 기존의 2차원 결함분리 (Fault Isolation) 기술로는 첨단의 3차원 적층 제품들에서 발생하는 불량을 비파괴적으로 혹은 3차원적으로 분리하는 것이 불가능하므로, 비파괴 3차원 결함 분리 기술은 향후 선행 제품 적기 개발에 매우 필수적인 기술이다. 본 연구는 3D-IC 반도체의 비파괴적 내부결함 검사를 위하여 가시광선-근적외선 대역(351nm~1770nm)의 InGaAs (Indium Galium Arsenide) 계열 영상검출기 (imaging detector)를 사용하여 분광 시스템 광학 설계를 통한 초분광 영상 기반 검출 모듈을 제작하였다. 제작된 초분광 영상 기반 검출 모듈을 이용하여 구리 회로 위에 실리콘 웨이퍼가 3단 적층 된 반도체 더미 샘플의 초분광 영상을 촬영하였으며, 촬영된 초분광 영상에 대하여 Chemometrics model 기반의 분석기술을 적용하여 실리콘 웨이퍼 내부의 집적 구조에 대한 검사가 가능함을 확인하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.11a
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• pp.118-119
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• 2007

TWO-CHANNEL방식의 디지털 광센서는 I2C의 출력을 가지고 있다. 하나의 CMOS집적회로에 포토다이오드와 기존의 아날로그-디지털 변환기(ADC)로 구성되어 있었던 방식과는 달리 2개의 비교기(Comparotor)로 2개의 채널을 형성하게 된다. 인간의 눈과 비슷한 반응을 얻기 위해 16-bit의 유효 범위를 갖는다. 이 광센서는 광원의 넓은 파장에 적합하게 설계 되었다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.28 no.5
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• pp.57-71
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• 2013

바이오센서 산업은 국민 삶의 질을 향상시키고 미래 국가 경쟁력을 증진시킬 수 있다는 기대 속에 고부가가치 산업 육성을 제고할 수 있는 분야로 주목 받고 있는 가운데, 실시간 진단, 고감도화, 소형화를 위한 집적화, 저가격화, 다기능화 등에 대한 이슈가 지속적으로 제기되고 있다. 이러한 이슈들을 해결할 수 있는 대안 기술로써, 높은 Q 지수를 갖는 광 마이크로 공진기에 대한 관심이 높아지고 있으며, 최근의 성공적인 연구 결과들은 차세대 미세 바이오 센서 시스템 구현과 실용화의 가능성을 높여주고 있다. 특히, 단일 분자 및 나노 입자까지도 측정 가능한 고감도의 무표지 센서 기술은 특성은, 각종 감염성 질환 및 암표지자의 실시간 조기 진단과 개인별 맞춤 치료, 환경 유해물질 검출, 신약물질 발굴 등 새로운 시장창출에 대한 기대감을 증폭시키고 있다.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.30 no.6
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• pp.249-254
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• 2019

An optical current sensor device that measures electric current by the principle of the Faraday effect was designed and fabricated. The polarization-rotated reflection interferometer and the quadrature phase interferometer were introduced so as to improve the operational stability. Complex structures containing diverse optical components were integrated in a polymeric optical integrated circuit and manufactured in a small size. This structure allows sensing operation without extra bias feedback control, and reduces the phase change due to environmental temperature changes and vibration. However, the Verdet constant, which determines the Faraday effect, still exhibits an inherent temperature dependence. In this work, we tried to eliminate the residual temperature dependence of the optical current sensor based on polarization-rotated reflection interferometry. By varying the length of the fiber-optic wave plate, which is one of the optical components of the interferometer, we could compensate for the temperature dependence of the Verdet constant. The proposed optical current sensor exhibited measurement errors maintained within 0.2% over a temperature range, from 25℃ to 85℃.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.106-106
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• 2012

인체 내 소량의 생체성분을 감지하는 바이오센서 기술은 질병 진단뿐만 아니라 예방 및 관리로 의료서비스 확대 및 의료비 감소 효과를 가져올 수 있는 기술이다. 광 바이오센서는 광학적인 측정방법을 이용하여 다양한 생화학물질들의 상호 반응을 검출해 낼 수 있는 바이오센서로 현재 활발하게 연구가 진행되고 있다. 일반적으로 형광물질, 발색물질 등의 발광물질을 인식물질에 표지하여 인식물질과 분석물질과의 반응 유무를 표지된 발광물질의 광 신호를 감지하여 분석물질을 검출해내는 표지식 광 바이오센서 기술이 상용화되고 있다. 그러나 이러한 분석 방법은 민감도는 우수하지만 분석 시간이 매우 느리고, 고가의 분석 장비를 필요로 하는 단점들을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 생화학 반응 유무를 표지물질 없이 광학적 방식으로 직접 측정해내는 비 표지식 광 바이오센서 기술이 최근 들어 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 비표지식이면서 분광기 없이 분석 가능한 공진 반사광 바이오센서 기술에 관한 내용을 소개하고자 한다. 공진 반사광 바이오센서는 광파장 이하의 주기를 가진 주기적 공진 격자 표면에서 일어나는 항원-항체 반응에 대한 공진 반사 파장을 측정하여 원하는 바이오물질을 고감도로 검출할 수 있는 바이오센서이다. 또한, 인체 내장을 위하여 플렉시블 기판 상에 GaN LED를 집적하여 전립선암 바이오 마커 검출에 대한 결과를 소개하고자 한다.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.53 no.11
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• pp.48-55
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• 2016

Ambient-light sensor system, which changes the brightness of a display as ambient light change, was studied to reduce the power consumption of the mobile applications such as note PC, tablet PC and smart phone. The ambient-light sensor system should be integrated on a display panel to improve the complexity and cost of mobile applications, so the ambient-light sensor and readout circuit was integrated on a display panel using low-temperature poly-silicon thin film transistors (LTPS-TFT). We proposed the new compensation method to correct the panel-to-panel variation of the ambient-light sensors, without additional equipment. We designed and investigated the new readout circuit with the proposed compensation method and the analog-to-digital converter for the final digital output of ambient light. The readout circuit has very simple structure and control timing to be integrated with LTPS-TFT, and the input luminance ranges from 10 to 10,000 lux. The readout rate is 100 Hz, and maximum differential non-uniformity with 20 levels of the final output below 0.5 LSB.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.25 no.3
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• pp.37-41
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• 2018

This paper presents the integrated fluorescent oxygen sensor probe module based on planner lightwave circuits using UV imprint lithography. The oxygen sensor system is consisted of the optical source part, optical detector part and optical sensing probe part to be composed of the planner lightwave circuit and oxygen sensitive thin film layer. Firstly, we optimally designed the planner lightwave circuit with asymmetric $1{\times}2$ beam splitter using beam propagation method. Then, we fabricated the planner lightwave circuits using UV imprint lithography process. This planner lightwave circuits transmitted the optical power with 76% efficiency and the fluorescence signal with 70% efficiency. The oxygen sensitive thin film layer is coated on the end face of planner lightwave circuit. The oxygen sensor system using this sensor probe module with planner lightwave circuit could measure the concentration with 0.3% resolution from 0% to 20% gas range. This optical oxygen sensor probe module make it possible to compact, simple and cheap measurement system.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.19 no.3
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• pp.224-228
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• 2008

A highly sensitive integrated photonic temperature sensor was proposed and developed incorporating a polymeric microring resonator. The change in the ambient temperature was estimated by observing the shift in the resonant wavelength of the resonator induced via the thermooptic effect. For the purpose of enhancing its sensitivity, the sensor was built by implementing a polymeric resonator exhibiting a high thermooptic coefficient on a silicon substrate with a small coefficient of thermal expansion. For the range of from $20^{\circ}C$ to $30^{\circ}C$ near the room temperature, the fabricated sensor yielded a sensitivity of as high as 165 ${\pm}/^{\circ}C$ and a resolution of better than $0.1^{\circ}C$. And its performance was found to be hardly affected by the variation in the refractive index of the target analyte, which was applied to the surface of the sensor. It is hence expected that the sensor could be integrated with other refractormetric optical sensors, thereby compensating for the fatal error caused by the change in the ambient temperature.