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    연세대학교 연세 마이크로시스템 연구실home

    실험실 소개 이미지
    실험실 정보안내
    지도교수 김용준
    전공분류 MEMS(MEMS),
    주소 서울특별시 서대문구 연세로 50 마이크로시스템 연구실
    전화 02-2123-2844
    홈페이지 http://mems.yonsei.ac.kr

    실험실소개

     

      2000년에 설립된 Microsystems Lab.은 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 응용한 다양한 연구과제를 수행하고 있다. 본 연구실의 연구 분야는 크게 고주파 수동 소자(RF-MEMS)에 관한 연구와 각종 환경 센서를 이용한 실시간 환경 모니터링 연구, 차세대 패키징 (Packging) 기술 연구 및 바이오멤스 (Bio-MEMS) 연구로 나눌 수 있다. 각각의 연구는 물리, 화학, 재료공학, 전자공학, 생명공학, 의학 등 다양한 학문 분야와 밀접하게 상호연관 되어 있는 분야로, 국내에서도 관련 연구 및 연구인력수요가 꾸준히 증가하고 있다. 현재 본 실험실은 반도체 공정을 이용한 MEMS 기반 미세소자 설계 및 제작, 그리고 해당 소자의 측정 실험 위주의 연구를 수행하고 있다.

    연구분야

     

    <바이오-메디컬 응용>

    마이크로 시스템 연구실에서는 바이오-메디컬 응용 기술로서, 각종 바이오물질 검침용 ‘바이오센서’ 및 생체 삽입형 생체신호 측정 기술을 연구하고 있습니다.

    MEMS 기반 열전 바이오센서
    질병의 조기 진단 및 실시간 검침을 위해, 마이크로플루이딕스 기반의 열반응 측정 방식 열전 바이오센서를 연구하고 있습니다. 이 센서는 생화학 물질간 특이적 반응에 의하여 발생하는 반응열을 측정함으로써, 해당 물질의 검침이 가능합니다. 우리 연구진은 이러한 센서를 이용하여 수막염균, 결핵균 등의 각종 세균 검침에 성공하였으며, 센서 성능향상을 위해 연구 중입니다.

    압저항 미세외팔보 센서
    생화학 물질의 정밀한 분석을 위해, 압저항 물질을 이용한 미세외팔보센서를 제작하였습니다. 미세외팔보센서는 센서 표면에 생화학 물질이 결합하면 외팔보가 구부러지는 원리를 이용함으로써, 해당 물질을 검침할 수 있습니다.

    전기?화학적 바이오센서
    생화학 물질의 검침을 위해, 전기적 방식의 바이오센서들을 연구해 왔습니다. 공진기 방식의 바이오센서는 생화학 물질의 결합으로 인한 소자의 공진주파수 변화를 측정함으로써, 해당 물질의 검침이 가능합니다. 또한 IME 방식의 바이오센서는 생화학물질의 반응으로 인한 유전율 변화를 측정함으로써, 생화학 물질의 검침이 가능합니다.

    유연 MEA(Micro Electrode Array)
    신체내 생체신호의 측정을 위해 유연한 소재를 이용하여 MEA를 제작하였습니다. MEA는 폴리이미드 기판위에 생성되어, 유연하고 또한 생체 삽입에 적합한 형태로 제작되었습니다. MEA를 이용하여, 살아있는 실험쥐의 신경신호를 측정하였습니다.

    실시간 혈압 센서
    혈압의 실시간 측정을 위하여, 생체에 삽입할 수 있는 형태의 혈압센서를 제작하였습니다. 유연기판 위에 제작된 혈압센서는 혈관에 직접 접촉하는 형태로 혈압의 변화를 정밀하게 측정할 수 있으며, 신체 외부와의 신호 및 전력 전송 관련 기술과 결합되어 신체 외부에서 측정된 신호의 분석이 가능합니다.

     

    <실시간 환경 감시 기술>

    마이크로시스템 연구실에서는 실시간 환경감지를 위한 연구를 진행하고 있으며 그 중 환경 감지의 기반 기술인 입자의 크기 별 분류에 대한 연구를 중점적으로 진행하고 있습니다.

    Virtual Impactor
    유동하는 입자의 inertia force의 차이를 이용하여 입자를 크기 별로 분류하는 장치입니다. 전체유량의 90%이상을 major 유로, 10%이하를 minor 유로로 유지하면, 모멘텀에 따라 입자의 이동방향이 달라집니다. 즉, 모멘텀이 큰 입자는 minor유로로 작은 입자는 major유로로 각각 유동하게 됩니다. 이를 통해 특정 분류 직경(cut-off diameter)을 기준으로 입자를 크기별로 분류할 수 있습니다. 또한 전극을 삽입하여 입자에 정전기력에 의한 가속을 가함으로써 입자 분류 범위를 보다 다양하게 개선한 Tunable Virtual Impactor에 대한 연구도 진행되고 있습니다.

    Nano Electrical mobility analyzer
    나노입자의 전기적 이동도는 크기에 따라 다릅니다. 즉, NEMA는 크기에 따라 하전된 나노입자의 전기적 이동도의 차이에 따라 입자를 크기 별로 분류하는 시스템입니다. 전기적 이동도는 입자의 크기가 작을수록 높게 나타나며 전기장의 세기에 비례합니다. 따라서, 인가전압의 제어를 통한 100 nm 이하의 극미세입자를 크기 별로 분류할 수 있습니다.

     

    <차세대 패키징 기술 개발>

    마이크로시스템 연구실에서는 차세대 전자 패키징 기술로서, 플렉서블 패키징 및 이러한 기술을 의복에 적용한 ‘스마트 의류’, 그리고 나노입자를 접 프린팅하는 기술을 연구하고 있습니다.

    유연 촉각 센서
    우리 연구실에서는 로봇의 촉각 감지를 위해, 폴리머 기반의 유연 촉각 센서 어레이를 만들었습니다. 이 센서는 기판으로 사용된 폴리이미드의 변형에 따라, 수직 및 전단 변형을 감지할 수 있습니다. 우리 연구진의 이러한 센서를 더욱 발전시켜 인간의 피부와 비슷한 촉각 센서를 만들기 위해 연구 중입니다.

    스마트 의류
    ‘스마트 의류’는 각종 전자 기기를 내장한 차세대 의류로, 우리 연구실의 플렉서블 패키징 기술을 사용한 것입니다. 스포츠 의류, 또는 일반 의류에 각종 센서 및 콘트롤러를 탑재하여 실시간으로 인간의 몸에서 나오는 신호를 감지할 수 있습니다.

    나노입자 직접 프린팅 기술
    나노입자 및 직접 프린팅 기술은 기존의 반도체 또는 PCB 공정을 대체할 친환경 공정으로 기대되고 있는 분야입니다. 우리 연구실에서는 금속, 세라믹, 폴리머 나노입자들을 사용하여 폴리머 기판 위에 프린팅하고 있습니다. 우리의 목표는 이러한 나노입자 프린팅 기술을 바탕으로 새로운 공정을 개발하는 것입니다. 또한 폴리머-세라믹 입자를 프린팅하여 RF 디바이스의 임피던스를 미세하게 조정하는 데에도 응용할 수 있습니다.

     

    <고주파용 MEMS 소자 개발>

    무선통신기술의 급격히 발전하게 됨에 따라서 초소형, 저가의 필터 및 신개념의 필터에 대한 요구가 증가하고 있으며 MEMS 기술을 이용하면 다양한 형태의 마이크로 크기의 소자의 구현이 가능합니다. 따라서 본 연구실에서는 이러한 응용분야의 연구를 수행 중에 있습니다.
    공중 부양된 구조의 이용 ? 낮은 기생효과
    높은 k 값을 가진 재료를 사용하게 되면 큰 유전율로 인해 전기적 파장의 길이가 줄어들게 되어 소형화 구현이 쉽다는 장점을 지니게 됩니다. 하지만 기생효과 또한 비례해서 증가하기 때문에 다른 소자와 집적이 어렵다는 단점이 있으므로 소자를 공중에 띄움으로써 기생효과를 감소시킬 수 있습니다.

    소형화 설계 ? 크기의 소형화
    소형의 집적화된 필터를 위하여 tapped-line combline형태의 필터를 고안하였습니다. MIM 형태의 capacitive load를 이용하여 full electrical length를 유지하면서 소형화 구현을 하였으며, 유전율이 낮은 폴리이미드를 유전체로 사용하여 낮은 기생효과를 갖도록 하였습니다.
    유연성을 가진 필터- 유연한 전자제품
    유연성을 갖는 차세대 패키징을 위해서는 유연한 소자의 개발이 필수적입니다. 유연한 소자는 다향한 모양의 입체표면에 실장이 가능하다는 장점을 지녀 차세대 패키징 방법으로 주목 받고 있습니다. 폴리이미드 필름은 박막으로 형성되었을 때 유연성을 갖는 특성이 있으므로 박막의 폴리이미드를 필터의 유전체로 사용하여 meander 형태의 band-pass 필터를 구현하였습니다.

    연구성과

    Sung-Eun Jo, Myoung-Soo Kim, Yong-Jun Kim
    An resonant frequency switching scheme of a cantilever based on polyvinylidene fluoride for vibration energy harvesting
    Smart Materials and Structures, 2012, Vol. 21, No. 1, pp. 0~ 0

    Sang-Gu Lee, Junho Hyun, Dongho Park, Jungho Hwang, Yong-Jun Kim
    Application and performance test of a micro-machined unipolar charger for real-time measurements of exhaust particles from a diesel engine vehicle
    Journal of Aerosol Science, 2011-06, Vol. 42, No. 11, pp. 0~ 0

    Min-gu Kim, Yong-Ho Kim, Hong-Lae Kim, ChulWoo Park, Yun-Haeng Joe, Jungho Hwang, and Yong-Jun Kim
    Wall loss reduction technique using an electrodynamic disturbance for airborne particle processing chip applications
    Journal of Micromechanics and Microengineering, 2010-03, Vol. 20, No. 3, pp. 0~ 0

    Dongho Park, Yong-Ho Kim, Sang-Goo Lee, Chul Kim, Jungho Hwang, Yong-Jun Kim
    Development and performance test of a micromachined unipolar charger for measurements of submicron aerosol particles having a log-normal size distribution
    Journal of Aerosol Science, 201-05, Vol. 41, No. 5, pp. 490~ 500

    Seung-Il Yoon, Chung-Il Lee, Yong-Jun Kim
    Detection of Hydrogen and Nox Gases Based on a Thermoelectric Gas Sensor with an Embedded Tin Oxide Catalys
    Sensors and Materials, 2010-05, Vol. 22, No. 3, pp. 121~ 134

    프로젝트

    [공진주파수의 자가조정기 가능한 진동에너지 변환장치, 이에 이용가능한 외팔보 진동체 및 그 제작방법] 10-2011-0071336

    [압전-초전기 기반 에너지 수확 소자, 인체의 움직임과 열을 이요한 압전-초전기 기반 에너지 수확 소자 및 그 제조 방법] 10-2011-0052299

    [인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템 및 비정렬감지 장치] 10-2011-0082585

    [비가압 캐패시터 타입의 접촉센서 및 그 제조방법] 10-2010-0056058

    [전처리-농축장치가 통합된 미세유체기반 열전 센서와 그 제조 방법] 10-2010-0109801

    서브 사이드

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