• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.13 no.5
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• pp.356-362
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• 2004

In this study, we developed the measuring system based on light addressable potentiometric sensor for the quantitative analysis of penicillin that is very important element in medicine and pharmacy, clinic. It is investigated the response characteristics by enzyme reaction with penicillinase. First, the surface pre-treatment process of the $Si_{3}N_{4}$ was established. The coupling agent was made using self assembled monolayer method and it was confirmed the immobilization process by AFM. Also, as the measuring system, potentiostat, signal processing part etc. was made by Lab VIEW software, it was reduced detecting time as well as simplifying the system. Fabricated device was shown excellent pH response characteristics, 57 mV/ pH in the range of pH $2{\sim}11$. The response characteristics was 60 mV/decade in the range of $0.1{\sim}10{\;}mM$.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.33.2-33.2
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• 2011

CMP (Chemical-Mechanical Planarization) 공정이란 화학적 반응과 기계적 힘을 동시에 이용하여 표면을 평탄화하는 공정으로, 반도체 산업에서 회로의 고집적화와 다층구조를 형성하기 위해 CMP 공정이 도입되었으며 반도체 패턴의 미세화와 다층화에 따라 CMP 공정의 중요성은 더욱 강조되고 있다. CMP 공정은 압력, 속도 등의 공정조건과, 화학적 반응을 유도하는 슬러리, 기계적 힘을 위한 패드 등에 의해 복합적으로 영향을 받는다. CMP 공정에서, 폴리우레탄 패드는 많은 기공들을 포함한 그루브(groove)를 형성하고 있어 웨이퍼와 직접적으로 접촉을 하며 공정 중 유입된 슬러리가 효과적으로 연마를 할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 하지만, 공정이 진행 될수록 그루브는 손상이 되어 제 역할을 하지 못하게 된다. 패드 컨디셔닝이란 컨디셔너가 CMP 공정 중에 지속적으로 패드 표면을 연마하여 패드의 손상된 부분을 제거하고 새로운 표면을 노출시켜 패드의 상태를 일정하게 유지시키는 것을 말한다. 한편, 금속박막의 CMP 공정에 사용되는 슬러리는 금속박막과 산화반응을 하기 위하여 산화제를 포함하는데, 산화제는 금속 컨디셔너 표면을 산화시켜 부식을 야기한다. 컨디셔너의 표면부식은 반도체 수율에 직접적인 영향을 줄 수 있는 scratch 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 컨디셔너의 수명도 저하시키게 되므로 이를 방지하기 위한 노력이 매우 중요하다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 연마 잔여물 흡착을 억제하고, 슬러리와 컨디셔너 표면 간에 일어나는 표면부식을 방지하기 위하여 소수성 자기조립 단분자막(SAM: Self-assembled monolayer)을 증착하여 특성을 평가하였다. SAM은 2가지 전구체(FOTS, Dodecanethiol를 사용하여 Vapor SAM 방법으로 증착하였고, 접촉각 측정을 통하여 단분자막의 증착 여부를 평가하였다. 또한 표면부식 특성은 Potentiodynamic polarization와 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 등의 전기화학 분석법을 사용하여 평가되었다. SAM 표면은 정접촉각 측정기(Phoenix 300, SEO)를 사용하여 $90^{\circ}$ 이상의 소수성 접촉각으로써 증착여부를 확인하였다. 또한, 표면에너지 감소로 인하여 슬러리 내의 연마입자 및 연마잔여물 흡착이 감소하는 것을 확인 하였다. Potentiodynamic polarization과 EIS의 결과 분석으로부터 SAM이 증착된 표면의 부식전위와 부식전류밀도가 감소하며, 임피던스 값이 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 SAM을 증착 하였고, CMP 공정 중 발생하는 오염물의 흡착을 감소시킴으로써 CMP 연마 효율을 증가하는 동시에 컨디셔너 금속표면의 부식을 방지함으로써 내구성이 증가될 수 있음을 확인 하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.36.2-36.2
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• 2011

최근 나노기술의 비약적인 발전을 바탕으로 그 동안 구현이 쉽지 않았던 마이크로-나노 단위의 생체모사(biomimetics) 기술이 큰 각광을 받고 있다. 그 중에서도 특히 연잎 효과(lotus-effect)로 대표되는 접촉각 $150^{\circ}$ 이상의 초소수성(superhydrophobicity) 표면 구현은 생물, 화학, 물질 등의 다양한 분야에 있어 큰 사용가치를 가지기 때문에 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 초소수성을 가지는 표면을 구현하기 위해서는 표면의 화학적인 조성을 변화시켜 표면의 거칠기를 증대시키는 방법과 표면에너지를 낮추는 방법으로 구분될 수 있으며, 이를 위해 표면에 나노구조체를 형성시켜 표면 거칠기를 증대시키는 방법과 silane 계열의 자가-형성 단일막(Self-assembled monolayer)을 코팅하여 표면에너지를 낮추는 방법이 사용되어 왔다. 그러나 표면에 나노구조체를 형성시키는 과정에서 비싼 공정 비용이 발생하며, 대면적 구현이 쉽지 않다는 단점이 있으며, silane 계열의 자가-형성 단일막의 경우에는 제거가 쉽지 않아 추후 다양한 소자에의 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 무전해 식각법(Aqueous Electroless Etching)을 이용하여 대면적으로 합성시킨 실리콘 나노와이어의 표면 산소 흡착 처리를 통해 $156^{\circ}$ 이상의 초소수성 표면을 구현하였다. 액상 기반으로 형성된 실리콘 나노와이어의 표면은 열처리 공정을 통해 OH-기에서 O-기로 치환되어 낮은 표면에너지를 가지게 되며, 낮아진 표면에너지와 산화과정에서 증대된 표면 거칠기를 통해 Wenzel-state의 초소수성 표면 성질을 보였다. 변화된 나노와이어의 표면 거칠기는 주사전자현미경 (FE-SEM)과 주사투과현미경 (HR-TEM)을 통해 관찰되었다. 또한, 나노와이어의 길이와 열처리 공정 조건에 따라 나노와이어의 표면을 접촉각 $0^{\circ}$의 초친수성(superhydrophilicity) 특성부터 접촉각 $150^{\circ}$ 이상의 초소수성 특성까지 변화시킬 수 있었으며, 나노와이어의 길이에 따라 표면 난반사율을 조절하여 90% 이상의 매우 높은 흡수율을 가지는 나노와이어 표면을 구현할 수 있었다. 이러한 산소 흡착법을 이용한 초소수성 표면 구현은 기존 자가-형성 단일막 코팅을 이용한 방법에 비해 소자 제작 및 활용에 있어 매우 유리하며, 바이오칩, 수광소자 등의 다양한 응용 분야에 적용 가능할 것으로 예상된다.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.620-621
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• 2008

Transparent electronics has been one of the key terminologies forecasting the ubiquitous technology era. Several researchers have thus extensively developed transparent oxide-based thin-film transistors (TFTs) on glass and plastic substrates although in general high voltage operating devices have been mainly studied considering transparent display drivers. However, low voltage operating oxide TFTs with transparent electrodes are very necessary if we are aiming at logic circuit applications, for which transparent complementary or one-type channel inverters are required. The most effective and low power consuming inverter should be a form of complementary p-channel and n-channel transistors but real application of those complementary TFT inverters also requires electrical- and even photo-stabilities. Since p-type oxide TFTs have not been developed yet, we previously adopted organic pentacene TFTs for the p-channel while ZnO TFTs were chosen for n-channel on sputter-deposited $AlO_x$ film. As a result, decent inverting behavior was achieved but some electrical gate instability was unavoidable at the ZnO/$AlO_x$ channel interface. Here, considering such gate instability issues we have designed a unique transparent complementary TFT (CTFTs) inverter structure with top n-ZnO channel and bottom p-pentacene channel based on 12 nm-thin nano-oxide/self assembled monolayer laminated dielectric, which has a large dielectric strength comparable to that of thin film amorphous $Al_2O_3$. Our transparent CTFT inverter well operate under 3 V, demonstrating a maximum voltage gain of ~20, good electrical and even photoelectric stabilities. The device transmittance was over 60 % and this type of transparent inverter has never been reported, to the best of our limited knowledge.

• International Journal of Oral Biology
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• v.37 no.4
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• pp.181-188
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• 2012

As the demand for large-scale analysis of gene expression using DNA arrays increases, the importance of the surface characterization of DNA arrays has emerged. We compared the efficiency of molecular biological applications on solid-phases with different surface polarities to identify the most optimal conditions. We employed thiol-gold reactions for DNA immobilization on solid surfaces. The surface polarity was controlled by creating a self-assembled monolayer (SAM) of mercaptohexanol or hepthanethiol, which create hydrophilic or hydrophobic surface properties, respectively. A hydrophilic environment was found to be much more favorable to solid-phase molecular biological manipulations. A SAM of mercaptoethanol had the highest affinity to DNA molecules in our experimetns and it showed greater efficiency in terms of DNA hybridization and polymerization. The optimal DNA concentration for immobilization was found to be 0.5 ${\mu}M$. The optimal reaction time for both thiolated DNA and matrix molecules was 10 min and for the polymerase reaction time was 150 min. Under these optimized conditions, molecular biology techniques including DNA hybridization, ligation, polymerization, PCR and multiplex PCR were shown to be feasible in solid-state conditions. We demonstrated from our present analysis the importance of surface polarity in solid-phase molecular biological applications. A hydrophilic SAM generated a far more favorable environment than hydrophobic SAM for solid-state molecular techniques. Our findings suggest that the conditions and methods identified here could be used for DNA-DNA hybridization applications such as DNA chips and for the further development of solid-phase genetic engineering applications that involve DNA-enzyme interactions.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.22 no.2
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• pp.144-149
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• 2013

In this research, we developed a biosensor to detect lung cancer-specific biomarker using Anodic Aluminum Oxide (AAO) chip based on interference and nano surface plasmon resonance (nanoSPR). The nano-porous AAO chip was fabricated $2{\mu}m$ of pore-depth by two-step anodizing method for surface uniformity. NanoSPR has sensitivity to the refractive index (RI) of the surrounding medium and also provides simple and label-free detection when specific antibodies are immobilized to the Au-deposited surface of nano-porous AAO chip. To detect the lung cancer-specific biomarker, antibodies were immobilized on the surface of the chip by Self Assembled Monolayer (SAM) method. Since then lung cancer-specific biomarker was applied atop the antibodies immobilized layer. The specific reaction of the antigen-antibody contributed to the change in the refractive index that cause shift of resonance spectrum in the interference pattern. The Limit of Detection (LOD) was 1 fg/ml by using our nano-porous AAO biosensor chip.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.46 no.6
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• pp.1069-1074
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• 2008

In this work, we made a study for the 3D SAM formation of octanethiol, decanethiol, and dodecanethiol on copper nanoparticles and we verified stability of the copper particle depending on the ratio of dodecanethiol to copper. The reaction was performed in a one-phase system under nitrogen atmosphere and the thiolated copper particles could be obtained by centrifugation. We could confirm that the nanoparticles consisted of a spherical shape of 3~6 nm from TEM images. FT-IR, XPS and TGA results showed that alkanethiols were chemisorbed via thiol group and the packing density of the alkanethiols on copper surface increased with the alkyl chain lengths. XRD patterns gave us useful information about superlattice formations. Finally, $Cu_2O$ was formed when the molar ratio of dodecanethiol to copper is less than unity and copper nanoparticles formed more compact 3D SAMs when the molar ratio of dodecanethiol to copper was 1.25.

• Journal of Pharmaceutical Investigation
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• v.37 no.1
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• pp.7-13
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• 2007

To produce stable polymer coating layer using the interaction between metal stent and polymer layer, Ahx-HSAB was synthesized by coupling 6-aminoheanoic acid (Ahx) with N-Hydroxy succinimidyl 4-azidobenzonate (HSAB) containing photo reactive group. Then, Ahx-HSAB was applied to self·assembled monolayer (SAM) on $TiO_2$-coated surface, since one end of Ahx-HSAB was carboxyl acid which was known to be able to interact with $TiO_2$ surface. That SAM layer was incubated in 1% polycaprolacton (PCL) solution and photoreacted by ultraviolet light (254 nm) to produce the chemical bond between SAM and polymer layer, followed by PCL polymer coating ({\sim}5\;{\mu}m$) by the method of spray coating. The surface change was investigated by measuring of contact angle of the surface. The contact angle values of stainless steel (SS) surface, $TiO_2$-coated surface, SAM layer by Ahx-HSAB, photoreacted surface with PCL and PCL layer by spray coating were 70.48${\pm}$1.89, 38.57${\pm}$3.31, 60.14${\pm}$2.21, 54.91${\pm}$2.70 and 56.47${\pm}$2.12, respectively. The stability of polymer layers was tested by incubation of PCL-coated plates in 0.1M PBS buffer (pH 7.4, 0.05%, Tween 80) with vigorous shaking (200 rpm). While the poiymer layer prepared by these processes showed the intact surface morphology over 3 days, the polymer layers prepared by spray coating of PCL onto SS plate (control 1) and $TiO_2$-coated SS plate (control 2) were Peeled off in 3 days. Thus, the polymer coating method using SAM and photoreaction seems to be a effective method to obtain the stable polymer layer onto SS surface.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.114-114
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• 2008

반도체 device의 성능을 향상시키기 위하여 패턴은 더욱 더 고 집적화 되고 배선 또한 다층배선 구조를 가지게 되었으며 요구되는 선폭 또한 더욱 미세화 되어 CMP 공정이 도입되게 되었다. 이러한 CMP 공정에 사용되는 소모품으로는 크게 세 가지의 중요한 부분으로 나눌 수 있다. 그것은 slurry와 pad, conditioner이다. 그중에 pad conditioning 공정은 CMP 공정시 pad의 마모에 따라 감소하는 removal rate(RR)값을 회복시키기 위한 공정으로 마모된 pad의 표면을 활성화 시켜주는 중요한 공정이다. 하지만 pad conditioning 공정을 장시간 진행하게 되면 conditioner 표면에 오염물이 발생하게 되며, 오염물로 인하여 wafer표면에 scratch 및 defect을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 conditioner의 표면을 변화시켜 공정중의 오염이 발생하지 않도록 하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 oxide CMP 실험을 통하여 conditioner표면에 오염물이 발생함을 확인하였으며 energy dispersive spectroscopy(EDS) 분석을 통하여 주오염물의 성분이 oxide slurry중 silica임을 확인하였다. Conditioner의 표면을 소수성으로 만들기 위하여 self assembled monolayer(SAM) 방법을 이용하여 표면에 코팅을 하였으며, 소수성 박막이 코팅된 conditioner와 코팅되지 않은 conditioner의 비교 실험을 통하여 오염 정도를 비교하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.49.2-49.2
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• 2009

최근, 플루이딕스칩 제작에 있어서 가격이 저렴하며 구조물 형성이 쉽다는 장점으로 인하여 유리 기판을 플라스틱 기판으로 대체하려는 연구가 많이 진행하고 있다. 하지만 플라스틱 기판은 유리 기판에 비하여 많은 장점을 갖고 있음에도 불구하고, 기판 표면이 소수성이기 때문에 유체의 흐름을 저하시키는 문제점이 있다. 기존의 플라스틱 기판을 친수성으로 개질하는 방법으로는 화학적처리, 자외선 조사, 산소플라즈마 처리 등의 방법이 있었으나, 화학적처리 방법은 공정의 민감성과 폐기물로 인한 양산적용의 한계가 있고, 자외선 조사법 및 산소 플라즈마 처리는 친수성이 영구적이지 않다는 결정적인 문제점이 있다. 이는 플라스틱 플루이딕스칩의 신뢰도를 크게 저해하여 상용화에 큰 문제점으로 작용한다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 새로운 방법의 친수성 표면처리가 요구되어 지고 있다. 본 연구에서는, 기존 플라스틱 기판의 친수성 표면처리 방법들의 문제점들을 개선하고자 플라스틱 기판의 변형을 야기하지 않는 저온 PE-CVD 방식을 이용하여 균질한 두께의 $SiO_2$박막을 형성 하였으며, 형성된 박막을 liquid self-assembled monolayer(L-SAM)방식을 이용하여 아민 표면으로 개질하였다. 이를 통해, 플라스틱 채널 상에서 유체의 원활한 흐름, 형성된 아민 표면에 단백질 및 DNA와 같은 생체 물질 고정화의 용이성 및 영구적 표면개질의 특성을 얻을 수 있었다. 이뿐만 아니라, 플라스틱 기판 외에도 재료에 관계없이 모든 물질의 표면을 생체 안정성이 뛰어난 친수성 표면으로 개질 할 수 있으며, 알데히드 및 카르복시산 등의 다양한 작용기로 변형이 쉽다는 장점이 있다. 개질된 친수성 표면의 평가를 위하여 시간에 따른 접 촉각 및 형광 스캐너(Fluorescence Scanner)를 이용하여 영구적인 친수성 특성 및 생체물질 적합성을 파악하였다. 또한, L-SAM 조건에 따른 아민의 형성정도를 측정하기 위하여 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 실시 하였다. 최적화된 표면처리를 실제 플라스틱 플루이딕스칩에 적용하여, 유체의 흐름을 관찰 하였다.