• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
• /
• 제9권5호
• /
• pp.518-525
• /
• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.311-312
• /
• 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.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
• /
• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
• /
• pp.146-146
• /
• 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.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2007년도 Techno-Fair 및 추계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
• /
• pp.118-119
• /
• 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.

• 전자통신동향분석
• /
• 제28권5호
• /
• pp.57-71
• /
• 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.

• 한국광학회지
• /
• 제30권6호
• /
• pp.249-254
• /
• 2019

광섬유가 지니는 패러데이 효과를 이용하여 전류의 세기를 측정하는 광전류 센서 소자를 설계 및 제작하였다. 센서 소자의 동작 안정성을 향상시키기 위하여 편광회전 반사 간섭계와 사분 파장 위상 간섭계 구조를 도입하였다. 이 복잡한 구조를 구성하는 다양한 광소자들은 하나의 폴리머 광집적회로로 구성하여 작은 크기로 제작되었다. 본 구조를 이용하면 외부에서 별도의 바이어스 피드백 제어가 필요 없는 상태에서 전류를 측정하는 센싱 동작을 수행할 수 있다. 또한 온도변화나 외부진동으로 인한 광센서 특성 변화를 제거하여 안정적인 특성을 유지하는 광전류센서를 구현할 수 있다. 그러나 패러데이 효과를 결정짓는 베르데상수는 온도에 따라 미소한 값의 변화를 가지고 있다. 본 연구에서는 이 변화로 인한 광전류센서의 온도의존성을 극복하기 위한 연구를 수행하였다. 편광회전 반사 간섭계의 부품인 광섬유 사분 파장판의 길이를 최적값으로부터 벗어나는 상태로 맞추어 줌으로써 베르데 상수의 온도의존성에 의해 나타나는 광전류센서의 스케일 팩터 변화를 보상해줄 수 있었다. 온도변화를 보상한 광전류센서는 주변 온도를 상온에서 85℃로 올리는 동안, 센서 측정 신호의 온도 의존성이 0.2% 이내로 유지되는 것을 확인했다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.106-106
• /
• 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.

• 전자공학회논문지
• /
• 제53권11호
• /
• pp.48-55
• /
• 2016

노트북, 테블릿 PC 및 스마트폰 등의 휴대 기기를 위한 디스플레이의 전력소모를 낮추기 위해, 주변 밝기에 따라서 디스플레이의 밝기를 조정할 수 있는 광 센서 시스템을 연구하였다. 또한, 휴대 기기의 복잡도와 비용에 크게 영향을 주지 않도록, 광 센서 시스템을 디스플레이 패널에 일체형으로 구현하고자 했으며, 이를 위해서 저온 다결정 실리콘 박막트렌지스터를 이용하여 패널에 광 센서와 신호취득 회로를 집적하고자 했다. 주변 밝기를 감지하는 광 센서의 패널 간 편차를 별도의 공정 설비없이 신뢰성 있게 보정할 수 있도록, 새로운 보정 방식을 제안하였다. 이와 더불어 최종 데이터를 디지털화하기 위한 아날로그-디지털 변환기를 포함한 신호취득 회로를 제안하고 검증하였다. 제안하는 회로는 집적하기에 적합하도록 간단한 구동 신호로 동작되며, 인식 가능한 입력 밝기는 10에서 10,000 lux까지이다. 제안하는 신호취득 회로의 신호취득 주파수는 100Hz이며, 20개의 출력 레벨에 대한 최대 차등 불균일 오차는 0.5 LSB 이하이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제25권3호
• /
• pp.37-41
• /
• 2018

본 논문에서는 UV 임프린트 기반의 평면 광 회로층을 이용한 산소농도 검출용 집적형 형광 프로브 모듈을 제안하였다. 제안된 형광 프로부 모듈은 광원과 형광 신호를 고효율로 전송할 수 있게 동일 광 경로를 가지는 비대칭 $1{\times}2$ 빔 분배기 형태로 설계되었으며, 이를 UV 임프린트 공정을 통해 제작하였다. 제작된 광 회로층의 끝단에 최적의 형광 염료 농도로 센서막을 코팅하여 산소 농도 검출용 광학 프로브 모듈을 구현하였다. 제작된 형광 프로부 모듈을 이용한 산소 농도 측정용 센서 시스템은 0%에서 20%의 가스 농도 범위에서 약 0.3%의 분해능까지 산소 농도를 검출 할 수 있었다. 이러한, 평면 광회로 기반의 형광 프로브 모듈은 저가의 집적형 산소 센서 검출 시스템을 가능하게 하여, 화학분야, 바이오 분야, 그리고 대기 및 수질 환경을 모니터링 하는 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국광학회지
• /
• 제19권3호
• /
• pp.224-228
• /
• 2008

본 논문에서는 폴리머 마이크로링 공진기 기반의 고감도 집적광학형 온도센서를 제안하고 구현하였다. 이 센서는 열광학효과로 인한 공진기 소자의 공진파장의 이동으로부터 주변 온도 변화를 측정한다. 열팽창계수가 작은 실리콘 기판 위에 열광학계수가 큰 폴리머를 도입하여 공진기 센서를 제작함으로써 센서의 감도를 향상시켰다. 상온 부근 $20^{\circ}C{\sim}30^{\circ}C$의 범위에서 얻어진 온도센서의 감도는 약 -165 ${\pm}/^{\circ}C$였고, 온도분해능은 $0.1^{\circ}C$이하였다. 그리고 제작된 온도센서의 동작 특성은 표면에 놓여진 분석대상물의 굴절률 변화에 거의 영향을 받지 않음을 확인하였다. 따라서 제작된 센서는 다른 광센서에 집적되어 주변 온도 변화로 인하여 유발되는 오차를 효과적으로 보정할 수 있을 것으로 기대된다.