• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.47 no.4
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• pp.20-25
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• 2010

An integrated Mach-Zehnder interferometric sensor operating at 632.8 nm was designed and fabricated by the technology of planar rib waveguides. Rib waveguide based on silica system ($SiO_2-SiO_xN_y-SiO_2$) was geometrically designed to have single mode operation and high sensitivity. It was structured by semiconductor fabrication processes such as thin film deposition, photolithography, and RIE (Reactive Ion Etching). With the power observation, propagation loss measurement by cut-back method showed about 4.82 dB/cm for rib waveguides. Additionally the chromium mask process for an etch stop was employed to solve the core damaging problem in patterning the sensing zone on the chip. Refractive index measurement of water/ethanol mixture with this device finally showed a sensitivity of about $\pi$/($4.04{\times}10^{-3}$).

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.17 no.1
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• pp.54-59
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• 2006

Biophotonic sensors based on polymer waveguide with Bragg reflection grating are demonstrated in this work. Waveguide Bragg reflectors were designed by using the effective index method and the transmission matrix method. The grating pattern was formed by exposing the laser interference pattern on a photoresist. On top of the inverted rib waveguide, the Bragg reflection grating was inscribed by the O2 plasma etching. In order to perform the bio-molecule detection experiment, a calixarene molecule was self-assembled on top of thin Au film deposited on the waveguide Bragg reflector. To measure the response of the sensor, several PBS solutions with different concentrations of potassium ion from 1 pM to $100\;{\mu}M$ were dropped on the sensor surface. The shift of Bragg reflection wavelength was observed from the fabricated sensor device, which was proportional to the concentration of potassium ion ranging from 1 pM to 108 pM.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.18 no.6
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• pp.1023-1030
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• 2023

FMCW LiDAR system with robust target detection capabilities even under adverse operating conditions such as snow, rain, and fog is addressed in this paper. Our focus is primarily on enhancing the performance of FMCW LiDAR by improving the characteristics of the frequency-modulated laser, which directly influence range resolution, coherence length, and maximum measurement range etc. of LiDAR. We describe the utilization of an unbalanced Mach-Zehnder laser interferometer to measure real-time changes of the lasing frequency and to correct frequency modulation errors through an optical phase-locked loop technique. To extend the coherence length of laser, we employ an extended-cavity laser diode as the laser source and implement a laser interferometer with an photonic integrated circuit for miniaturization of optical system. The developed FMCW LiDAR system exhibits a bandwidth of 10.045GHz and a remarkable distance resolution of 0.84mm.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.17 no.4
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• pp.404-409
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• 2004

We fabricated photo-sensor for fluorescence detection in LOC. LOC is high throughput screening system. Our LOC screens biochemical reaction of protein using the immunoassay, and converts biochemical reaction into electrical signal using LIF(Laser Induced Fluorescence) detection method. Protein is labeled with rhodamine intercalating dye and finger PIN photodiode is used as photo-sensor We measured fluorescence emission of rhodamine dye and analyzed tendency of fluorescence detection, according to photo-sensor size, light intensity, and rhodamine concentration. Detection current was almost linearly proportional to two parameters, intensity and concentration, and was inversely proportional to photo-sensor size. Integrated LOC consists of optical-filter deposited photo-sensor and PDMS microchannel detected 50 (pg/${mu}ell$) rhodamine. For integrated LOC including light source, we used green LED as the light source and measured emitted fluorescence.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.30 no.3
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• pp.139-147
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• 2021

Numerical analysis was performed using FIMMWAVE to optimize the specifications of Si₃N₄/SiO₂ slot and ridge-slot optical waveguides based on confinement factor and effective mode area. The optimized specifications were confirmed based on sensitivity in terms of the refractive index of the analyte. The specifications of the slot optical waveguide, i.e., the width of the slot and the width and height of the rails, were optimized to 0.2 ㎛, 0.46 ㎛, and 0.5 ㎛ respectively. When the wavelength was 1.55 ㎛ and the refractive index of the slot was 1.3, the confinement factor and effective mode area of 0.2024 and 2.04 ㎛², respectively, were obtained based on the optimized specifications. The thickness of the ridge and the refractive index of the slot were set to 0.04 ㎛ and 1.1, respectively, to optimize the ridge-slot optical waveguide, and the confinement factor and effective mode area were calculated as 0.1393 and 2.90 ㎛², respectively. When the confinement coefficient and detection degree of the two structures were compared in the range of 1 to 1.3 of the analyte index, it was observed that the confinement coefficient and sensitivity were higher in the ridge-slot optical waveguide in the region with a refractive index less than 1.133, but the reverse situation occurred in the other region. Therefore, in the implementation of the integrated optical biochemical sensor, it is possible to propose a selection criterion for the two parameters depending on the value of the refractive index of the analyte.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.32 no.4
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• pp.223-231
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• 2023

An integrated-optical biochemical sensor structure that can perform homogeneous and surface sensing using a 2×2 balanced-bridge Mach-Zehnder interference structure based on the optimized SOI slot optical waveguide was described, and its performance and characteristics were evaluated. Equations for the two output optical powers were derived and examined using the transfer matrices of a 3-dB coupler and phase shifter (channel waveguide). The length of the 3-dB coupler was determined such that the two output optical powers were same using these formulas. In homogeneous sensing, the effect of the refractive index of an analyte in the range of 1.33-1.36 on the two output optical power distributions was numerically derived, and the sensitivity was calculated based on each output and the difference between the two outputs, the former and the latter being 7.5796-19.0305 [au/RIU] and 15.2601-38.1351 [au/RIU], respectively. In the case of surface sensing, the sensitivity range of the refractive index of 1.337 based on each of the two outputs was calculated as -2.2490--3.5854 [au/RIU] and 1.2194-3.8012 [au/RIU], and the sensitivity range of 4.8048-7.0694 [au/RIU] was confirmed based on the difference between the two outputs.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.12.2-12.2
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• 2010

반도체 소자, 바이오 센서, 태양전지 등에서 집적도 및 소자 성능 향상을 위해서 최근 실리콘 소재를 위주로 한 수직 정렬형 와이어 어레이와 같은 3차원 구조의 소재에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 깊은 반응성 이온 식각법(DRIE: Deep Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각법으로 종횡비가 높은 실리콘 와이어 어레이를 제작할 수 있지만 시간과 공정비용이 많이 소요된다는 단점이 있고 양산성이 없다. 이를 극복하기 위해서 VLS (Vapor-Liquid-Solid)방법이 연구되고 있지만 촉매로 사용되는 금속의 오염으로 인한 소자 성능의 저하를 피할 수가 없다. 본 연구진에서 연구하는 있는 전기화학적 식각법을 사용하면 이러한 문제를 극복하고 매우 정렬이 잘 된 실리콘 와이어 어레이를 제작할 수 있으며 최적 조건을 정립하면 균일하고 재현성 있는 다양한 종횡비의 기판 수직형 실리콘 와이어 어레이를 제작할 수 있다. 또한, 귀금속 촉매 식각법은 금속 촉매를 사용하여 식각을 하지만 VLS 방법과 달리 Top-down 방법을 사용하기 때문에 최종 공정에서 용액에 담구어 귀금속을 식각하여 제거 하면 귀금속 촉매가 실리콘을 오염시키는 일은 배제할 수 있다. 귀금속 촉매 식각법의 경우 사용되는 촉매의 다양화, 포토리소그래피 방법, 그리고 식각 용액의 조성 변화에 따라 다양한 형상의 와이어 어레이를 제작할 수 있으며 이에 대한 결과를 소개하고자 한다. 3차원 실리콘 와이어 어레이를 사용하여 동심원형 p-n접합 와이어 어레이를 제작하면 소수캐리어의 확산거리가 짧아도 짧은 동심원 방향으로 캐리어를 포집할 수 있고 태양광의 입사는 와이어 어레이의 수직 방향이므로 태양광의 흡수도 효율적으로 할 수 있기 때문에 실리콘의 효율 향상을 달성할 수 있다. 이에 대한 본 연구진의 연구결과 및 최근 연구 동향을 발표하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.345-345
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• 2012

최근 의료산업에서는 고해상도 및 동영상 구현이 가능한 직접 방식의 X-선 검측센서에서 X-ray 흡수효율이 좋은 반도체 센서(CdTe, CdZnTe 등)와 성숙된 기술, 집적효율이 뛰어난 CMOS 공정을 이용한 제품을 출시하여 대면적화 및 고집적화가 가능하게 되어 응용분야가 점차 확대되고 있는 추세이다. 하지만 이 역시 고 성능의 X-선 동영상 구현을 위해서는 고 해상도 문제, 검출효율 문제, 대면적화의 어려움이 있다. 기존의 X-선 광 도전층의 증착은 증착 속도와 박막 품질에서 우수한 Evaporation 법이 사용되고 있다. 한편, 대면적에 균일한 박막형성이 가능하기 때문에 양산성에서 우월성을 가지는 sputtering법의 경우, 밀도가 높은 소결체 타겟의 제조가 힘들뿐만 아니라 증착 속도가 낮아 장시간 증착 시 낮은 소결밀도로 인한 타겟 Particle 영향으로 인해서 대 면적에 고품질의 박막을 형성하기가 어렵다. 하지만 최근 소결체 타겟 제조기술 발달과 함께, 대면적화와 장시간 증착에 대한 어려움이 해결되고 있어 sputtering 법을 이용한 고품질 박막 제조 기술의 연구가 시급한 실정이다. 본 연구에서는 $50{\times}50$ mm 크기의 non-alkali 유리기판(Corning E2000) 위에 Evaporation과 RF magnetron sputtering을 사용하여 다양한 기판온도 (RT, 100, 200, 300, $350^{\circ}C$)에서 $1{\mu}m$의 두께로 CdTe 박막을 증착하였다. RF magnetron sputtering의 경우 CdTe 단일 타겟(50：50 at%)을 사용하였으며 Base pressure는 약 $5{\times}10^{-6}$ Torr 이하까지 배기하였고, Working pressure는 약 $7.5{\times}10^{-3}$ Torr에서 증착하였다. 시편과 기판 사이의 거리는 70 mm이며 RF 파워는 150 W로 유지하였다. CdTe 박막의 미세구조는 X-ray diffraction (XRD, BRUKER GADDS) 및 Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM, Hitachi)를 사용하여 측정하였다. 또한, 조건별 박막의 조성은 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS, Horiba, 7395-H)을 사용하여 평가하였다. X-선 동영상 장치의 구현을 위해서는 CdTe 다결정 박막의 높은 흡수효율, 전하수집효율 및 SNR (Signal to Noise Ratio) 등의 물성이 요구된다. 이러한 물성을 나타내기 위해서는 CdTe 박막의 높은 결정성이 중요하다. Evaporation과 RF magnetron sputtering로 제작된 CdTe 박막은 공정 온도가 증가함에 따라 기판상에 도달하는 스퍼터 원자의 에너지 증가로 인해서 결정립이 성장한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 CdTe 박막이 직접변환방식 고감도 X-ray 검출기 광도 전층 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.18 no.4
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• pp.304-309
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• 2015

To evaluate the degree of contamination caused by oil spill accident in the sea, the in-situ sensors which are based on the scientific method are needed in the real site. The sensors which are based on the fluorescence detection theory can provide the useful data, such as the concentration of oil. However these kinds of sensors commonly are composed of the ultraviolet (UV) light source such as UV mercury lamp, the multiple excitation/emission filters and the optical sensor which is mainly photomultiplier tube (PMT) type. Therefore, the size of the total sensing platform is large not suitable to be handled in the oil spill field and also the total price of it is extremely expensive. To overcome these drawbacks, we designed the fluorimeter for the oil spill detection which has compact size and cost effectiveness. Before the detail design process, we conducted the experiments to measure the excitation and emission spectrum of oils using five different kinds of crude oils and three different kinds of processed oils. And the fluorescence spectrometer were used to analyze the excitation and emission spectrum of oil samples. We have compared the spectrum results and drawn the each common spectrum regions of excitation and emission. In the experiments, we can see that the average gap between maximum excitation and emission peak wavelengths is near 50 nm for the every case. In the experiment which were fixed by the excitation wavelength of 365 nm and 405 nm, we can find out that the intensity of emission was weaker than that of 280 nm and 325 nm. So, if the light sources having the wavelength of 365 nm or 405 nm are used in the design process of fluorimeter, the optical sensor needs to have the sensitivity which can cover the weak light intensity. Through the results which were derived by the experiment, we can define the important factors which can be useful to select the effective wavelengths of light source, photo detector and filters.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.122-122
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• 2018

1. 배경 최근 IoT 기술이 발전함에 따라 각종 전자기기에 들어가는 센서들이 점점 늘어나고 있다. 특히 사용자 중심의 기기들은 기술이 발전함에 따라 집적화가 이루어지면서, 하나의 기기에서 온도, 습도, 조도 등의 다양한 정보를 처리하고 있다. 이에 따라 더 많은 기능을 사용하기 위해, 소모 전력 또한 점차 증가하고 있다. 그러나 부피는 한정되어 있어, 기존 배터리만으로는 증가하는 소모 전력을 모두 보완하기 어렵다. 또한 대표적인 사용자 중심 기기인 스마트폰에서는, 가장 많은 전력을 소모하는 부분이 점점 커지고 있다. 이에 대한 대책으로 버려지는 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 바꿔주는 에너지 하베스팅 기술이 각광을 받고 있다. 에너지 하베스팅 기술은 바람, 진동, 인체의 움직임 등의 기계적 에너지, 태양광, 실내등의 빛 에너지를 전기적인 에너지로 바꿔주는 기술을 말한다. 본 연구에서는 강유전체 고분자 내부에 양자점이 임베딩된 박막을 이용하여, 스마트폰에서 발생하는 빛 에너지와 손가락으로 디스플레이를 터치할 때 발생하는 기계적인 에너지를 모두 수확할 수 있는 새로운 소자를 제시하였다. 소자 내부에 있는 양자점은 빛 에너지를 산란 혹은 흡수하여 발광한 후, 고분자 내부의 전반사를 통해 양 옆에 있는 태양전지로 빛을 전달한다. 또한 컴포짓의 매트릭스를 이루고 있는 강유전체 폴리머인 P(VDF-TrFE)는 강유전 특성을 통해 마찰전기 에너지를 효율적으로 전기 에너지로 전환할 수 있다. 강유전체 특성에 의해 P(VDF-TrFE) 내부에 정렬된 Polarization은 퀀텀닷에 양자구속 스타크 효과(Quantum Confined Stark Effect)를 일으켜 더 긴 파장을 방출한다. 이렇게 바뀐 파장은 실리콘 태양전지에서 더 많이 흡수할 수 있는 영역으로 방출되어 태양전지 출력의 증가를 일으킨다. 마지막으로 실리콘 태양전지의 출력 증가를 보여줌으로써 이를 실험적으로 입증했다.