본 연구에서는 요소를 사용하지 않고 절점들만을 이용하여 해석이 가능한 새로운 수치해석기법인 EFG(Element-Free Galerkin)법을 사용하여 임의의 균열의 성장과정을 해석할 수 있는 효율적인 알고리즘을 개발하고, 이를 바탕으로 균열의 성장방향과 경로를 정확히 추정하여 일련의 균열진전해석을 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 균열해석에 있어서는 균열선단의 특이성과 균열면의 분연속성을 수치적으로 반영할 수 있는 기법을 도입하여 균열을 모형화하였으며, 선형탄성파괴역학이론에 근거하여 균열해석과정을 정식화하였다. 또한, EFG 형상함수가 kronecker delta 조건을 만족시키지 못함으로써 발생하는 필수경계조건의 처리문제를 penalty법을 이용하여 해결하였다. 개발된 균열진전해석 알고리즘을 정지상태와 성장하는 상태에 있는 모드 Ⅰ, 모드 Ⅱ 및 혼합모드상태의 대표적인 균열문제들에 적용하여 응력확대계수와 균열성장방향 및 균열의 성장경로를 추정하고 이를 이론적·실험적 결과들과 비교함으로써 그 정확성과 효율성을 검증하였다.
In this study, error estimates using the stress projecting scheme and adaptive nodal generation procedure in the element-free Galerkin(EFG) method are proposed. The essence of proposed error estimates is to use the difference between the values of the projected stress and these given directly by the EFG solution. The stress projection can be obtained simply by taking product of shape function based on a different domain of influence with the stresses at nodes. An adaptive procedure based on error estimates is discussed in this paper. By use of background integration cell, adding node scheme at high error norm area is proposed. To demonstrate the performance of proposed scheme, the convergence behavior is investigated for several examples
본 연구에서는 무요소방법에 적응적 해석기법을 적용하기 위한 부분 및 전체오차의 평가기법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 오차의 평가방법은 무요소방법에서 계산된 응력이 오차가 큰 영역에서 진동한다는 특성을 이용한 것으로 해석결과 얻어진 응력을 낮은 차수의 형상함수로 투사하는 후처리를 함으로써 가상진동모우드를 제거하고 이때 얻어진 투영응력과 원래의 응력을 비교하여 부분오차 및 전체오차를 구할 수 있다. 1차원 및 2차원 예제해석을 통하여 투영응력을 구할 때 가능한 한 작은 영향영역을 사용하는 것이 바람직하다는 것을 보였으며 이는 영향영역의 크기를 과도하게 설정할 경우 투영응력을 과대 평가할 수 있기 때문이다. 본 연구에서 제안한 오차의 평가기법은 다른 무요소 방법에 적용될 수 있다.
Czochralski 방법에 의해 성장된 $CsMnCl_{3}$ 단결정에서 $^{133}Cs$의 핵자기 공명을 Bruker FT NMR 분광기를 이용하여 연구하였다. 두 개의 다른 무리의 $^{133}Cs$ 공명선이 관측되었다. : 서로 다른 intensity를 갖는 두 cesium 스펙트럼에 속하는 여러 transition이 분석되었다. Cs(I)의 핵 사중극 결합상수는 $0.15{\pm}0.01$ MHz이고, Cs(II)는 $0.21{\pm}0.01$ MHz이다. 비대칭인자는 두 경우에 대하여 영이고, 일들 두 경우의 EFG 텐서의 주축은 같았다. EFG 텐서의 가장 큰 성분을 만족하는 Z 축은 결정학적인 c축과 나란한 방향임을 알았다.
본 논문에서는 무요소 이론을 정식화하였고 이를 이용한 1차원 및 2차원 EFG 프로그램을 Visual Basic과 C언어를 이용하여 작성해 보았다. 그리고 각각의 EFG 수치해석의 예를 작성된 프로그램을 이용하여 해를 구하였다. 해석결과는 다른 문헌의 결과와 일치하였으며 해석결과에서 나타나듯이 무요소 해의 정도는 영향영역의 비례축소인자 dmax와 가중함수의 종류, 절점 배치형태에 의해 좌우된다는 사실을 알 수 있었다. 특히 1, 2차원 EFG 해석결과에서 가장 최적의 해를 보이며 정해(exact solution)에 가장 근접한 조건은 dmax = 2 이고 가중함수가 3차 Spline형일 때로 나타났으며 유한요소법과 마찬가지로 절점의 수가 많을 수록 그리고 절점을 균일하게 배치할수록 높은 정도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 특히 2차원의 경우 3차 Spline형 이외의 다른 가중함수를 사용할 경우에 상당히 큰 오차를 나타내는 점은 1차원 EFG 해석의 결과와는 다른 점이었지만 그 외 대부분 같은 결과를 나타내었다. 1차원에서 절점을 임의로 배치한 경우는 비교적 균일하게 배치한 경우가 해에 근접하는 형태를 나타내었으며 절점 간격이 상대적으로 적은 곳에서 큰 오차를 나타내었다. 그리고 절점을 임의로 선택할 때 변위가 모두 ‘0’의 값을 가지는 경우를 볼 수 있는데, 이는 화면상의 좌표계산에서 생긴 미소한 오차가 절점들에 의해 반복됨으로서 발생하는 것으로 보인다. 또한 탄성계수 값이 클 경우 dmax 에서 계산이 제대로 수행되지 못하는 경우가 있는데, 이는 수치가 double형의 크기를 초과하기 때문인 것으로 보인다. 결과에서 나타나듯이 무요소법에서 적당한 가중함수와 비례축소 인자를 사용하면 정해에 가까운 우수한 해를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 비록 프로그래밍 과정이나 이론의 정식화가 유한요소법에 비해 상당히 어려운 점은 있으나 무요소법은 요소의 정보를 필요치 않으므로 사용자 입장에서는 매우 편리할 것이다. 앞으로 경계조건을 효과적으로 만족시키는 문제를 해결하고 효과적인 알고리즘이 개발된다면 실용적으로 유한요소법을 대신할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있을 것이라 생각된다.
초광역대 반도체인 β-Ga2O3은 고전력 반도체 소재에 대한 유망한 응용으로 인해 큰 주목을 받고 있다. 5가지 다른 다형 중 가장 안정적인 상인 β-Ga2O3는 4.9 eV의 넓은 밴드갭과 8 MV/cm의 높은 항복 전계를 갖는다. 또한, 이는 용융 소스로부터 성장될 수 있어 전력반도체용 SiC, GaN 및 다이아몬드와 같은 다른 와이드 밴드갭 반도체보다 더 높은 성장률과 더 낮은 제조 비용으로 성장이 가능하다. 이 연구에서 β-Ga2O3 단결정 성장은 EFG(edge-defined film-fed growth) 방법에 의해 성장되었다. 성장 방향과 주면을 각각 β-Ga2O3 결정의 [010] 방향과 (100)면으로 성장하였다. Raman 분석의 스펙트럼으로 β-Ga2O3 잉곳의 결정상과 불순물을 확인하였고, 고해상도 X선 회절(HRXRD)을 이용하여 결정 품질과 결정 방향을 분석하였다. 또한 EFG 방법으로 성장한 β-Ga2O3 리본형태의 잉곳을 각 위치별로 결정 품질과 다양한 특성을 체계적으로 분석하였다.
In this paper, the modification of double projection method for the adaptive analysis of Element-free Galerkin(EFG) method were proposed. As results of the double projection method, the smoothed error profile that is adequate for adaptive analysis was obtained by re-projection of error that means the differences of EFG stress and projected stress. However, it was found that the efficiency of double projection method is degraded as increase of the numerical integration order. Since, the iterative refinement to single step error estimation made the same effect as increasing of integration order, the application of the iterative refinement base on double projection method could be produced the inadequately refined analysis model. To overcome this defect, a modified scheme of double projection were proposed. In the numerical example, the results did not show degradation of double projection effect in iterative refinement and the efficiency of proposed scheme were proved.
광기능소자로 응용성이 넓은 전기광학결정 $r-6Bi_2O_3{\cdot}SiO_2$(이하 BSO로 약칭)을 EFG(Edge-defined Film-fed Growth)법에 의하여 판상단결정으로 육성하는 기초적 조건을 조사하고 육성된 판단결정의 characterization 및 평가와 물성측정을 하였다. 본 연구에서 얻어진 최적성장조건은 온도구배가 $24^{\circ}C/cm$, 인상속도는 2.0mm/h이었다. 결정성장 최적조건에서 육성된 BSO결정은 제 2상의 석출이 없고 grain boundary가 존재하지 않으며 X선 분석으로도 단결정임이 확인되었다. 육성된 판상단결정의 판면은 (100)면이었고 결정성장 방위는 <100>이었다. 육성된 판상단결정은 편광현미경하에서는 pore, void, inclusion, striation 등의 성장결함이 없는 양질의 단결정이었으나 미세결함인 전위(dislocation)의 존재가 확인되었고 전위밀도는 $5.1{\times}10^5/\textrm{cm}^2$이었다.
Developed Edge-defined film-fed growth (EFG)법으로 $YVO_{4}$ 및 Nd:$YVO_{4}$ 단결정을 성장하였으며 성장된 결정의 광학적 특성을 측정하였다. $YVO_{4}$ 및 Nd:$YVO_{4}$ 단결정 모두 투명하였으며, 결정성장 동안 융액 표면 온도의 균질 및 meniscus의 안정화로 고품질의 결정을 얻을 수 있었다. 투과 및 흡수 스펙트럼 측정 결과에서 $YVO_{4}$ 단결정은 340 nm에서 1000 nm까지 대체로 넓은 영역에서 높은 투과율이 나타났지만, Nd:$YVO_{4}$ 단결정은 532, 593, 753, 807, 888 nm의 특정한 영역에서 흡수 peak들이 나타남을 획인할 수 있었다. 또한 Photoluminescence (PL) 스펙트럼을 측정한 결과, 800~900 nm의 영역에서 에너지 방출을 관찰할 수 있었다.
The high cost of crystalline silicon solar cells has been considered as one of the major obstacles to their terrestrial applications. Spin on doping (SOD) is presented as a useful process for the manufacturing of low cost solar cells. Phosphorus (P509) was used as an n-type emitters of solar cells. N-type emitters were formed on p-type EFG ribbon Si wafers by using a SOD at different spin speed (1,000~4,000 rpm), diffusion temperatures ($800^{\circ}C{\sim}950^{\circ}C$), and diffusion time (5~30 min) in $N_2+O_2$ atmosphere. With optimum condition, we were able to achieve cell efficiency of 14.1%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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