● MEMS actuator

 
 

 

MEMS의 구동을 위해 사용되는 대표적인 구동법으로 콤드라이브 등을 이용한 정전용량형 구동, 쉐브론 구동기 등을 이용한 전열 구동, 로렌츠 힘 등을 이용한 전자기 구동이 있다 
 

 

 

 

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정전용량형 콤드라이브 구동기 (Electrostatic comb-drive actuator)

 

 

 

 

수직 구동형 콤드라이브는 마이크로 주사거울과 마이크로 공진기 등에 쉽게 적용할 수 있는 구동기로, 고정자와 회전자 사이에 발생하는 정전기력에 의해 구동된다. 본 연구실에서는 자가정렬된 수직 콤 전극에 기반한 다양한 정전 용량형 마이크로 구동기를 개발하였다
 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

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전열-전자기 구동기 (Electrothermal electromagnetic actuator)

 

 

 

 

마이크로 주사 거울 및 마이크로 공진기에 적용 가능한 다른 구동 형태로, 전자기장의 변화를 통해 발생하는 로렌츠 힘과 전류에 의한 Joule-heating을 이용하여 구동 가능한 전열-전자기 구동기를 개발하고 이에 대한 연구를 수행하였다
 

 

 

   

 

 

 

 

 

 ● NEMS actuator

 
 

 

나노 단위의 입자 및 소자의 정밀한 조작에는 MEMS 구동기의 직접 적용이 어려운 경우가 많다. 이에 따라 조작 대상과 비슷한 크기의 구동기, NEMS 구동기의 개발이 요구되고 있다
 

 

 

 

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나노 트위져 (Nano tweezer)

 

 

 

 

FIB(Focused Ion Beam) 공정을 이용하여 마이크로 전극 종단에 나노 와이어를 성장시켰다. 여기서 합성된 나노 와이어는 전위 차에 의한 정전기력을 통해 구동되어 생체 입자(biomolecule) 등을 조작하는 데 적용 가능하다
 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

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나노 전열구동기 (Bimorph nano actuator)

 

 

 

 

두 개의 다른 재료가 적층된 형태의 나노와이어를 FIB를 통해 합성한 후, 전압을 가했을 때 발생하는 열팽창의 차이를 통해 구동하는 전열 구동기이다
 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

센서는 MEMS/NEMS의 가장 큰 장점인 소형화와 고감응성을 기반으로 하는 응용 분야의 하나로 이와 관련된 많은 연구가 진행되고 있다.
 

 

 

 

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MEMS 압전저항 센서 (piezoresistive sensor)

 

 

 

 

압전저항(Piezoresistor)을 통해 기계적인 변형을 전기 물성치의 변화로 전환하여 외부에 가해진 변화를 측정하는 방식으로 가속도계(accelerometer) 및 압력계(pressure sensor) 등에 응용된다
 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

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NEMS 개스 센서 (gas sensor)

 

 

 

 

MEMS 전극 사이에 나노와이어를 브릿지 형태로 제작하여 가스 센서를 구성하였다. 주어진 가스의 농도에 따라 변화하는 나노와이어의 전기적 특성을 측정하여 고감응성 센서를 구현하였다.
 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Optical MEMS

 

 

 

 

광학 MEMS의 대표적인 응용 소자로 마이크로 주사거울이 있다. 본 연구실에서는 앞서 언급된 다양한 구동 방식을 적용한 마이크로 주사거울을 개발하였으며, 응용 범위의 확대를 위해 2축 마이크로 주사거울에 대한 연구를 수행하였다. 이외에도, 마이크로 공정의 특성 상 발생하는 오차를 보정하기 위해 공진 주파수의 튜닝이 가능한 마이크로 주사거울을 제작하였다.
 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

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RF MEMS/NEMS

 

 

 

 

MEMS/NEMS가 가진 기계적인 특성을 가장 잘 활용할 수 있는 다른 분야로 라디오주파수 소자가 있다. 그 중 가변 정전용량기(variable capacitor)와 초고주파 나노선 공진기 (ultra high frequency nanowire resonator) MEMS/NEMS로 구성하였다. 개발된 가변 정전용량기는 수 개의 전열 구동기를 집적하여 가변성을 얻는 것과 동시에 스위칭을 통해 주파수 가변 범위를 확대한다. 나노선 공진기는 나노선이 가진 구조적 특성을 활용하여 초고주파의 공진 주파수를 획득하였다.
 

 

 

    

         

 

 

 

 

 

 

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Power MEMS

 

 

 

 

외부의 잔여 에너지를 전기 에너지로 전환하는 MEMS/NEMS 소자이다. 전환이 가능한 에너지로 운동 에너지, 태양광 에너지 등이 있다.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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탄소 나노튜브/나노선 합성 (Carbon nanotube/nanowire synthesis)

 

 

 

 

본 연구실에서 보유하고 있는 나노 와이어의 합성 방식으로는 CVD(chemical vapor deposition)를 이용한 방식과 FIB(focused ion beam)를 이용한 방식이 있다. 또한, MEMS 전열 전극에서 발생하는 Joule-heating을 이용한 국소 가열법(localized heating) CVD 방식을 혼합하여 원하는 위치에 CNT 등의 나노와이어를 합성하는 기술을 보유하고 있다.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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고효율 태양전지를 위한 나노구조의 제작 및 응용

 

 

 

 

열적응집현상(thermal dewetting)을 통해 금속 식각 마스크를 형성한 후 반응성 이온 식각(reactive ion etching)을 하면 세장비가 높은 나노 기둥 구조를 얻을 수 있다. 이와 같은 구조로 기능화된 표면은 넓은 파장의 빛을 완전 흡수할 수 있는 성질을 가지고 있어 고효율 태양 전지를 구성하는 데 큰 역할을 한다.
 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

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Packaging

 

 

 

 

패키징은 MEMS 소자의 상용화를 위해 반드시 수반되어야 하는 후 공정 (post-process) 이다. 초음파(ultrasonic wave)의 적용을 통해 링 형태로 증착된 금속을 밀폐 접합하는 연구를 수행하였다.