• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.11
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• pp.1133-1137
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• 2011

A novel technique for the fabrication of a glass micropipette-based thermal sensor was developed utilizing inexpensive thermocouple materials. Thermal fluctuation with a resolution of ${\pm}0.002$ K was measured using the fabricated thermal probe. The sensors comprise unleaded low-melting point solder alloy (Sn) as a core metal inside a borosilicate glass pipette coated with a thin film of Ni, creating a thermocouple junction at the tip. The sensor was calibrated using a thermally insulated calibration chamber, the temperature of which can be controlled with a precision of ${\pm}0.1$ K and the thermoelectric power (Seebeck coefficient) of the sensor was recorded from 8.46 to $8.86{\mu}V$/K. The sensor we have produced is both cost-effective and reliable for thermal conductivity measurements of micro-electromechanical systems (MEMS) and biological temperature sensing at the micron level.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2003.07c
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• pp.1903-1905
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• 2003

전자기력을 이용하여 탐침형 정보저장장치의 미디어를 제어할 수 있는 초정밀 구동기를 제작하였다. 탐침형 정보저장장치는 데이터 비트의 크기가 10nm 수준이고, 단일 캔틸레버가 점유하는 영역의 크기가 수십 ${\mu}m$${\times}$수십${\mu}m$ 수준이므로, 미디인 구동기는 수 nm의 위치 정확도 및 수십 ${\mu}m$ 수준의 변위 그리고 100Hz이상의 공진 주파수를 확보하여야한다. 본 연구에서 제작한 탐침형 정보저장장치의 미디어 구동기는 고저항 Si wafer 표면을 Deep RIE로 patterning한 후 그 내부를 도금으로 채워 구리 코일을 형성하고 이를 영구자석과 결합시킨 후, 구리 코일에 전류를 흘려 미디어를 구동하는 방식이다. 사용된 영구자석은 SmCo 자석이며 코일의 폭은 $100{\mu}m$이고 간격은 $20{\mu}m$, 높이는 $70{\mu}m$로 결정하였으며, 100Hz 이상의 공진 주파수를 확보하기 위하여 스프링 재질은 구리보다 상대적으로 stiff한 Si을 사용하였다. 미디어의 크기는 $20{\times}20mm^2$, 전체 구동기의 크기는 $30{\times}30mm^2$이며 측정결과 최대변위는 140mA 인가 시 약 ${\pm}127{\mu}m$이다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.30 no.1
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• pp.128-133
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• 2013

Si Nanowire (Si-NW) arrays were fabricated by top-down method. A relatively simple method is suggested to fabricate suspended silicon nanowire arrays. This method allows for the production of suspended silicon nanowire arrays using anisotropic wet etching and conventional MEMS method of SOI (Silicon-On-Insulator) wafer. The dimensions of the fabricated nanowire arrays with the proposed method were evaluated and their effects on the Field Effect Transistor (FET) characteristics were discussed. Current-voltage (I-V) characteristics of the device with nanowire arrays were measured using a probe station and a semiconductor analyzer. The electrical properties of the device were characterized through leakage current, dielectric property, and threshold voltage. The results implied that the electrical characteristics of the fabricated device show the potential of being ion-selective field effect transistors (ISFETs) sensors.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1704-1705
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• 2011

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술과 니켈 전기도금공정을 이용하여 수십 내지 수백개의 탐침을 갖는 일체형 탐침 패드(Probe Pad)를 제작하였다. PI(Polyimide) Film은 일본 UBE사의 $50{\mu}m$ 두께를 갖는 유피렉스를 사용하였다. 일체형 탐침 패드는 Polyimide Film에 Cu를 증착 후 사진식각공정을 통하여 PR Mold 형성한 후 전류가 흐르는 Cu 라인(line) 배선을 형성하기 위해 Cu를 식각하였으며 형성된 Cu Line 위에 니켈 전해도금공정을 실시하여 니켈 배선을 형성하였다. Ni 배선 위에 니켈 범프를 형성하기 위하여 PR Strip을 실시한 후 다시 PR Mold를 형성하였다. PR Mold 형성 후 다시 니켈 전해도 금을 실시하여 니켈 범프(bump)를 형성하였다. 제작된 탐침패드의 니켈배선의 폭은 $18.0{\mu}m$이고 피치(Pitch)는 $35{\mu}m$이며, 니켈 범프의 두께(Thickness)는 $10.0{\mu}m$로 제작되었다. 본 연구에서 제작된 탐침패드를 더욱 더 고집적화(Fine Pitch)하여 일체형 탐침 패드를 제작하게 되면 이를 사용하는 프로브유니트의 제작에 있어서 비용 절감 및 생산성(Throughput)을 크게 향상 시킬 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2002.11b
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• pp.582-587
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• 2002

Current information storage devices, such as HDD, CD/DVD-ROM/RW, probe-based memory and hologram memory, are compared with biological information storage mechanisms in DNA and brain memory. Newly developed approaches to overcome the limit of storage capacity are introduced in both magnetic and optical recording devices. Linear and areal density of information stored in the biological and mechanical storages are compared for the applications and developments of new storage devices.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2002.11a
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• pp.360.1-360
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• 2002

Current information storage devices, such as HDD, CD/DVD-ROM/RW, probe-based memory and cabon nano tubes, are compared with biological information storage mechanisms in DNA and brain memory. Various biological components in living cells are analyzed based on "irreducible complexity" of intelligent design concept. Linear and arel density of information stored in the biological and mechanical storages are compared for the applications and developments of new storage devices.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1446-1447
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• 2008

외란 보상 구조와 넓은 기록면적을 동시에 달성한 탐침형 정보저장장치용 이차원 구동기를 설계, 제작, 평가하였다. 질량 보상 구조를 기록 매체 기판 아래쪽에 배치함으로써 넓은 면적의 기록 매체 기판을 사용할 수 있도록 하였으며 유한요소해석을 통해 최적화를 하였다. MEMS 공정을 통해 정밀한 실리콘 구조물을 제작하여 구동기를 제작하였으며 선형 특성 및 동특성을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.449-449
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• 2013

최근 반도체 소자의 집적회로는 점점 복잡해지고 있는 반면, 소자의 크기는 작아지고 있으며 그로 인해 패드의 크기가 작아지고 패드사이의 간격 또한 협소해지고 있다. 따라서 웨이퍼 단계에서 제조된 집적회로의 불량여부를 판단하기위한 검사 장비인 프로브카드(Probe Card)의 높은 집적도가 요구되고 있다. 하지만 기존의 MEMS 공법으로 제작되는 프로브 빔은 복잡한 제조 공정과 높은 생산비용, 낮은 집적도의 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 간단한 제조 공정과 낮은 생산비용, 높은 집적도를 가지는 프로브 빔을 개발하기 위하여 절연절단 방식으로 BeCu (Beryllium-Copper) 프로브 빔을 제작하였다. 낮은 소비 전력으로 우수한 프로브 빔 어레이를 제작하기 위해서 가장 고려해야할 대상은 프로브 빔의 재료와 구조(형상)이다. 절연전단 방식으로 프로브 빔을 형성할 때 요구되는 Fusing current는 프로브 빔의 구조(형상)에 크게 영향을 받는다. 낮은 Fusing current는 소비 전력을 줄여주고, 절연절단으로 형성되는 프로브 빔의 단면(끝)을 날카롭게 하여 프로브 빔과 집적회로의 패드 간의 접촉 저항을 감소시킨다. 프로브 빔의 제작은 BeCu 박판을 빔 형태로 식각하여 제작하였으며, 실리콘 비아 홀(Via hole) 구조의 기판위에 정렬하여 soldering 공정을 통해 실리콘 기판과 BeCu 박판을 접합시켰다. 접합된 프로브 빔의 끝부분을 들어 올린 상태로 전류를 인가하여 stress free 상태로 만들어 내부 응력을 제거하였으며, BeCu 박판에 fusing current를 인가하여 BeCu 박판 프레임으로부터 제거를 하였다. 제작된 프로브 빔의 길이는 1.7 mm, 폭은 $50{\mu}m$, 두께는 $15{\mu}m$, 절단부의 단면적은 1$50{\mu}m^2$로 제작되었다. 그리고 프로브 빔의 절단부의 길이는 $50{\mu}m$ 부터 $90{\mu}m$까지 $10{\mu}m$ 증가시켜 제작되었다. 이후에 절연절단 공정에 요구되는 Fusing current를 측정하였고, 절연절단 후의 절단면의 형상을 SEM (Scanning Electron Microscope)장비를 통하여 확인하였다. 절단부의 길이가 $50{\mu}m$일 때 5.98A의 fusing current를 얻었으며, 절연절단 후 절단부 상태 또한 가장 우수했다. 본 연구에서 제안된 프로브 빔 제작 방법은 프로브카드 및 테스트 소켓(Test socket) 생산에 응용이 가능하리라 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.216.1-216.1
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• 2013

PZT 박막은 강유전 특성과 압전소자 특성을 나타내는 물질로 DRAM (dynamic random acess memory)과 FRAM (ferroelectric RAM) 등의 기억소자용 capacitor와 MEMS (micro electro mechanical system) 소자의 압전 물질로 사용하기 위한 연구가 진행중에 있다. 하지만 이러한 연구에서는 PZT 박막의 전기적 특성 향상을 주목적으로 연구가 진행되어 왔다. 특히, 박막 공정중 발생하는 plasma에 의한 PZT의 전기적 특성 변화가 박막 표면의 물리적 변화에 기인할 것으로 추정하고 있지만 이에 대한 구체적인 연구는 미비하다. 이 연구에서는 plasma에 의한 PZT 박막 표면의 물리적 특성 변화를 연구하기 위하여 PZT 박막을 sol-gel을 이용하여 Si 기판위에 약 100 nm의 두께로 증착하였으며, 이후 최대 300 W의 Ar plasma로 plasma power을 증가시켜 각각 10분간 plasma처리를 실시하였다. PZT 박막 표면의 nano-mechanics 특성을 분석하기 위하여 Nano-indenter와 Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM)을 사용하여 surface hardness, surface morphology를 확인하였고 특히, surface potential 분석을 통하여 PZT 박막 표면의 plasma에 의한 박막 극 표면의 전기적 특성 변화를 연구하였다. 이 연구로 plasma에 의한 PZT 박막은 표면으로부터 최대 43 nm 깊이에서의 hardness는 최대 5.1 GPa에서 최소 4.3 GPa의 분포로 plasma power 변화에 의한 특성은 측정 불가능하였다. 이는 plasma에 의한 영향이 시료 극 표면에 국한되어 나타나기 때문으로 추정되며 이를 보완하기 위하여 surface potential을 분석하였다. 결과에 의하면 plasma power가 0 W에서 300 W로 증가함에 따라 potential이 30 mV에서 -20 mV로 감소하였으나 potential의 분산은 100 W에서 최대인 17 mV로 측정되었으며, 이때 RMS roughness역시 가장 높은 20.145 nm로 측정되었다. 특히, 100 W에서 potential에서는 물결 모양과 같은 일정한 패턴의 potential 무늬가 확인되었다.

• Tribology and Lubricants
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• v.18 no.4
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• pp.267-272
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• 2002

Nano adhesion between SPM(scanning probe microscope) tips and DDPO$_4$(octadecylphosphoric acid ester.) and ODPO$_4$(octadecylphosphoric acid ester) SAM(self-assembled monolayer.) was experimentally studied. Tests were performed to measure the nano adhesion and friction in both AFM(atomic force microscope) and LFM(lateral force microscope) modes with the applied normal load. DDPO$_4$ and ODPO$_4$ SAM were formed on Ti and TiOx surfaces. Ti and TiOx were coated on the Si wafer by ion sputtering. Adhesion and friction of DDPO$_4$ and ODPO$_4$ SAM surfaces were compared with those of OTS(octadecyltrichlorosilane) SAM and DLC surfaces. DDPO$_4$ and ODPO$_4$ SAM converted the Ti and TiOx surfaces to be hydrophobic. When the surface was hydrophobic, the adhesion and friction forces were found lower than those of bare surfaces. Work of adhesion was also discussed to explain how the surface was converted into hydrophobic Results also showed that tribological characteristics of DDPO$_4$ and ODPO$_4$ SAM had good properties in the adhesion, friction, wetting angle and work of adhesion. DDPO$_4$ and ODPO$_4$ SAM could be one of the candidates for the bio-MEMS elements.