RESEARCH

Interest Research Overview

 본 연구실에서는 마이크로  및 나노 사이즈를 가진 시편의 열 물성을 측정하는 기술을 이용하여 여러가지 신물질 및 재료들의 열 물성을 측정하는데 주력하고 있다. 이와 같은 열 물성치의 연구는 여러 방면으로 다양하게 적용될 수 있으며 앞으로의 마이크로/나노 기술의 적용에 밑바탕이 될것으로 기대된다. 현재 연구실에서 중심적으로 연구 되는 분야는 다음과 같다.

 

Individual Research

열물성 측정기술

 나노 로봇, 초고밀도 집적 회로, 초소형 센서등과 같은 아주 작은 사이즈의 시스템을 구성하는데 사용되는 물질은 기존의 물질과 다른 특성을 띄게 된다. 

 

 물질의 크기가 나노 사이즈로 작아지게 되면 고전물리법칙이 적용되지 않기 때문에 벌크 사이즈물질의 물성치와 다른 값을 갖게 된다. 이에 수㎚, 수㎛ 물질의 물성치를 측정할 수 있는 새로운 다른 방법이 필요하며 본 연구실에서는 Suspended Device Method [1], 3ω method[2], Time Domain Thermoreflectance [3] 방법을 도입하여 열, 전기 물성치를 측정하고 있다.

 

 위 방법을 사용하여 열전장치, 나노 광소자 열관리에 사용될 물성의 특성을 평가하고 조정하는데 필요한 기초 data 획득하는데 이용하고 있다.

<Suspended Device 개략도>

<3w Method 개략도>

<TDTR SET UP >

[1] L. Shi, D. Li, C. Yu, W. Jang, D. Kim, Z. Yao, P. Kim and A. Majumdar, Journal of Heat Transfer 125 (5), 881-888 (2003).

[2] D. G. Cahill, Review of scientific instruments 61 (2), 802-808 (1990).

[3] C. Wei, X. Zheng, D. G. Cahill and J.-C. Zhao, Review of Scientific Instruments 84 (7), 071301 (2013).

 

​마이크로-나노 사이즈 물질의 열 물성 측정 및 해석

 Moore의 법칙에 따라 현대에 전자 기기들이 마이크로-나노 사이즈로 작아지고 있고, 반도체 소자의 경우 14 nm 공정까지 도달하였다. (2016년 기준) 소자의 크기는 줄어들고 연산 속도는 증가하여 소자의  heat density는 지속적으로 증가하고 있다. 이로 인한 열 집중과 같은 문제를 해결하기 위해서 마이크로-나노 사이즈 물질에 대한 열 해석이 필요한데, 소자의 크기가 phonon의 자유 행정 거리와 비슷하거나 작아지게 되면 기존의 Fourier 법칙은 유효하지 않게 되고 phonon은 탄도적인(ballsitic) 거동을 보이게 된다. 이를 분석하기 위해선 Boltzmann transport equation이나 molecular dynamic simulation 이 필요하다.

우리 연구실에서는 기존의 반도체 소자에 사용되는 실리콘 재료의 접점(Contriction)을 제작하여 열저항을 측정하고 이를 기반으로 마이크로-나노 사이즈 물질을 열 해석을 수행한다. 뿐만 아니라 열 방출의 효율을 높이기 위해 낮은 열전도율의 물질과 합성되는 산화 그래핀이나 EMI shielding application에서 나일론 6,6 fiber와 같은 소재의 열 물성을 측정하고 분석한다. 이와 같은 연구를 통해 열 전달에 대한 공학적 해결책을 제시할  뿐 아니라 물리적 관점에서 phonon 거동을 심도 있게 이해하고자 한다.

 

 - 관련 과제 : 포논 파동 제어를 활용한 나노 소자의 속도 및 효율 향상 기술 개발

Micro-nano sized material

Phonon diseprsion relation for graphene

Thermal resistance of silicon constriction

 

​배터리 열관리

 최근 모바일 기기, 전기 자동차, 신재생 에너지 등 다양한 분야에서 배터리 수요는 급증하고 있는 추세이다. 대부분의 배터리는 최적의 작동 온도 범위를 가지고 있어 배터리 성능 및 신뢰성을 위해 배터리 열관리 기술 개발의 중요성은 그 어느 때보다도 크게 부각되고 있다. 

 따라서 우리는 배터리 열관리 시스템을 구성하여 열물성을 측정하고 이를 향상시키기 위한 연구를 진행 중에 있다.

 - 관련 과제 : 슈퍼커패시터를 이용한 배터리 열관리

 

고반응성 비냉각식 공중부유형 적외선 센서

​ 수소는 차세대 에너지원으로 주목받는 동시에 누출 시 자발점화로 인한 위험이 존재한다. 수소 누출을 감지하는 방법 중 적외선 감지는 수소누출 뿐만 아니라 육안으로 확인할 수 없는 안전사고 및 재난에 대응할 수 있는 대표적인 수단이다.

 수소 화염에서 방사되는 낮은 적외선 특성으로 인해 고 반응성을 필요로 하며, 고가의 냉각기가 필요하지 않은 비냉각방식 적외선 센서 개발을 목표로 하고 있다. 그래핀과 열전 나노메타 구조를 병합하여 목표를 달성하고자 한다.

- 관련 과제 : 수소의 안전운용을 위한 자발점화 예측을 통한 안전사고 방지기술 창출 및 고반응성 비냉각식 공중                         부유형 적외선 센서 개발

[1]

[1] Ellen E. Arens et al. Intensity calibrated hydrogen flame spectrum. International journal of hydrogen energy 39 9545-955 (2014)

Gwangju Institute of Science and Technology, Oryong-dong, Buk-gu, Gwangju, Korea  500-712,

광주광역시 북구 첨단 과기로 123(오룡동) 광주과학기술원

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