초록 ▼

1)반도체 나노입자를 다공성 기공 내부에 담지시키기 위해서 원자층 증착법, 용액상 함침법을 사용하였다. 원자층 증착법은 $Cd(CH_3)_2$와 $H_2S$, $Te(allyl)_2$을 전구체로 이용하여서 CdS, CdTe 박막을 제조하였으며 비정질, 결정질 기판에 따라서 성장된 박막의 결정성이 조절되는 것을 확인하였다. Incipient wetness 법을 기반으로한 합침법을 이용해서 mesoporous silica 기공 내부에 선택적으로 반도체인 $SnO_2$<

1)반도체 나노입자를 다공성 기공 내부에 담지시키기 위해서 원자층 증착법, 용액상 함침법을 사용하였다. 원자층 증착법은 $Cd(CH_3)_2$와 $H_2S$, $Te(allyl)_2$을 전구체로 이용하여서 CdS, CdTe 박막을 제조하였으며 비정질, 결정질 기판에 따라서 성장된 박막의 결정성이 조절되는 것을 확인하였다. Incipient wetness 법을 기반으로한 합침법을 이용해서 mesoporous silica 기공 내부에 선택적으로 반도체인 $SnO_2$를 담지하는데 성공했다. 합성된 $SnO_2$ nanowire는 polycrystalline 했지만 넓을 표면적으로 인해서 bulk $SnO_2$와 달리 전도성이 향상됨을 확인하였다.
2) 광 이용률 향상을 위한 요소기술의 개발을 위해, 백색광 구현을 위한 W급 멀티칩의 최적 설계, 반도체 광원에 적합한 렌즈 및 반사경 설계 그리고 시제품의 제작기술 등이 수행되었으며, 성공적으로 백색광 LED 제조기술의 비교 분석을 통한 최적 설계 방안 수립, 렌즈를 이용한 기존의 LED 구조의 효율 분석, 새로운 개념의 반사형 LED 구조의 설계 및 제작 그리고 MEMS 제작 공정을 이용한 Micro-Reflector의 제작 기술 등이 확보되었다.
3) LED 램프의 방열을 위하여 열 발생 밀도에 따라 다양한 방열 기술들에 대한 연구를 수행하였으며, 특히 냉각 fin을 이용한 자연대류 방열기와 모세관력을 이용한 micro CPL 방열기를 성공적으로 개발하여 충분한 방열 성능과 구동 특성을 보임을 확인하였다. 부가적인 동력원이 없이 자연적인 방열이 이루어질 수 있는 자연대규 방열기는 최대 56.5W의 LED 램프의 방열에 사용될 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. Silicon wafer 위에 콘 형상의 모세관을 형성하여 micro CPL을 제작하였고, 열 유속이 클수록 열전달 특성이 증가하며 최고 $900W/m2\;^{\circ}C$의 열전달 계수를 얻었다. 정전기장하에서 분극된 유전성 작동유체에 작용하는 분극력이 원하는 구동방향을 향할 수 있도록 micropump를 설계하고 그 성능을 시험하였다.

Abstract ▼

1) We successfully incorporated semiconductor nanoparticles inside the pores of inorganic materials using atomic layer deposition and incipient wetness methods. The crystalline of CdS thin film was controlled by that of substrate. $SnO_2$ nanowires with controlled diameter was also succes

1) We successfully incorporated semiconductor nanoparticles inside the pores of inorganic materials using atomic layer deposition and incipient wetness methods. The crystalline of CdS thin film was controlled by that of substrate. $SnO_2$ nanowires with controlled diameter was also successfully syntthesized using mesoporous silica as templates. $SnO_2$ nanowires showed higher conductivity compared with that of bulk $SnO_2$ due to its large surface area.
2) The design technologies for high power LED lamp were achieved, developing a modeling technique for LED light source, fabricating and estimating of new concept LED lamp in order to dissipate heat. The reflector for improving the light extraction efficiency and the high power white LED lamp using three color chips(red, green and blue) was designed and fabricated. The developed white LED lamp should be applied for the special illumination at first which can be used as a alternative for the low power light source.
3) Researches on the various heat-dissipating technologies of LED lamp were performed according to the heat source density. Heat dissipator using cooling fin and micro CPL using capillary force were successfully developed and they showed a sufficient performance of cooling and a driving characteristics. Naturally convective heat dissipator working without an additional power can be used for cooling of the LED lamp haying the maximum power 56.5W. Cone-shaped capillaries were made in silicon wafer and micro CPL was manufactured. The heat transfer was enhanced as the heat flux from LED chip and the heat transfer coefficient had the maximum value of $900W/m2^{\circ}C$. The micropumps were designed in order to make the net polarization force in the flow direction and their performance were tested.

목차 Contents

• I. 나노입자를 이용한 백색광 LED 개발 ... 34
• 제 1 장 나노구조 반도체 형성 기술 소개 ... 36
• 제 1 절 화학증착법을 이용한 반도체 박막증착 ... 36
• 1. 화학증착법 이외의 반도체 화합물 형성 기술들 ... 36
• 2. 화학증착법의 특징 ... 41
• 3. 화학증착법에 적합한 전구체 ... 44
• 4. 화학증착법에 의한 반도체 박막 형성 및 광학적 응용 ... 47
• 5. 화학증착법을 이용한 LED 관련 특허 분석 ... 48
• 6. 화학증착법에 의한 반도체 박막 형성 및 광학적 응용 ... 51
• 제 2 절 원자층 증착법을 이용한 반도체 박막 형성 ... 53
• 1. 원자층 증착법의 원리 및 특징 ... 54
• 2. ALD법으로 형 성 된 화합물반도체와 LED 응용 ... 57
• 제 3 절 연구 목표 및 추진 체계 ... 59
• 제 2 장 원자층 증착법을 이용한 반도체 박막 형성 ... 61
• 제 1 절 서론 ... 61
• 제 2 절 실험방법 ... 63
• 1. ALD 설비 및 공정조건 ... 63
• 2. 반도체 박막 특성 분석법 ... 68
• 제 3 절 실험결과 및 토의 ... 68
• 1. ALD법을 이용한 CdS 박막 형성 ... 68
• 제 4 절 결론 ... 75
• 제 3 장 용액법에 의한 반도체 나노선 합성 ... 76
• 제 1 절 서론 ... 76
• 제 2 절 실험방법 ... 78
• 1. 실리카로 이루어진 중형다공성 물질 제조 및 $SnO_2$ 나노입자 합성법 ... 78
• 2. $SnO_2$ 나노입자 특성 조사법 ... 79
• 제 3 절 실험결과 및 토의 ... 80
• 1. 나노입자 합성 최적화 ... 80
• 2. 나노선의 굵기 조절 ... 85
• 3. 나노선의 전기적 특성 ... 89
• 제 4 절 결론 ... 90
• 제 4 장 결론 및 향후 계획 ... 91
• 제 1 절 서론 ... 91
• 제 2 절 향후계획 ... 91
• 참고문헌 ... 92
• II .백색 반도체 광원 고출력화 기술 개발 ... 96
• 제 1 장 서론 ... 98
• 제 1 절 연구 추진 배경 ... 98
• 제 2 절 연구 목표 및 내용 ... 99
• 제 2 장 국내.외 기술 개발 현황 ... 101
• 제 1 절 백색 LED 개발 프로젝트 현황 ... 102
• 제 2 절 LED 특허기술 동향 및 분석 ... 103
• 1. LED Lamp 특허 기술 분석 ... 104
• 2. LED Backlight 특허 기술 분석 ... 109
• 제 3 절 현재 LED 기술의 문제점 ... 114
• 제 3 장 방열특성 향상을 위한 새로운 LED 구조 ... 117
• 제 1 절 현재 사용되고 있는 LED 구조 ... 117
• 1. 칩의 크기 및 전극 형태 ... 117
• 2. Package 형태 ... 118
• 제 2 절 광추출 효율 향상을 위한 기술 ... 119
• 1. 루미레즈사의 방법 ... 119
• 2. 니찌아사의 방법 ... 121
• 3. 오슬람사의 방법 ... 122
• 4. UEC사의 방법 ... 123
• 제 3 절 새로운 구조의 W급 LED 설계 및 제작 ... 124
• 1. LED 칩의 선정 ... 124
• 2. W급 LED의 제작 ... 129
• 제 4 장 MEMS 공정을 통한 Micro-Reflector의 제작 ... 134
• 제 1 절 MEMS 기본 공정의 이해 ... 134
• 1. 사전공정 (Photolithography)의 개요 ... 134
• 2. 감광제 이론 ... 135
• 3. 노광 시스템 ... 138
• 4. 공정소개 ... 143
• 제 2 절 Micro-Reflector의 제작 ... 151
• 1. Micro-Reflector의 설계 및 구성 ... 151
• 2. 반사경의 제작 및 성능 ... 153
• 제 5 장 고출력 백색 LED 램프 설계 및 제작 ... 157
• 제 1 절 백색 LED의 구현 방법 ... 157
• 제 2 절 백색 LED 램프의 설계 및 제작 ... 159
• 1. 렌즈를 이용한 기존의 LED 구조의 광 이용효율 분석 ... 159
• 2. 입삭각에 따른 굴절 효율울의 비교 ... 161
• 3. 고효율 LED 램프를 위한 반사형 개념의 새로운 구조 설계 ... 162
• 제 6 장 결론 ... 169
• 참고문헌 ... 171
• III. 고성능 LED 마이크로 방열기술 ... 174
• 제 1 장 서론 ... 176
• 제 1 절 전자장치 와 LED의 방열 ... 176
• 제 2 절 전자장치 방열 기술 및 연구 동향 ... 177
• 1. 수동적 방열 기술 ... 177
• 2. 능동적 방열 기술 ... 179
• 3. 연구 동향 ... 180
• 제 3 절 연구 목표 및 연구 수행 방법 ... 181
• 제 2 장 LED 램프의 자연대류 냉각 ... 182
• 제 1 절 LED 램프의 자연대류 실험 ... 184
• 1. LED 방열 램프의 설계와 제작 ... 184
• 2. LED 방열 램프의 simulator 제작 ... 185
• 3. 실험 결과 ... 185
• 제 2 절 LED 램프의 수치해석 ... 188
• 제 3 장 콘 형상의 모세관을 이용한 모세관 펌프 루프 ... 190
• 제 1 절 콘 형상 모세관 제작 및 CPL의 구성 ... 191
• 1. 콘 형상 모세관 ... 191
• 2. CPL의 구성 ... 192
• 제 2 절 실험장치 및 실험방법 ... 193
• 1. 실험장치 ... 193
• 2. 실험방법 ... 194
• 제 3 절 데이터 분석 ... 195
• 제 4 절 실험결과 및 토의 ... 197
• 1. 압력 특성 ... 197
• 2. CPL 구동 및 열전달 특성 ... 197
• 제 5 절 결론 ... 208
• 제 4 장 Micropump를 이용한 방열 기술 ... 210
• 제 1 절 Micropump의 종류 ... 210
• 1. Mechanical micropump ... 210
• 2. Non-mechanical micropump ... 211
• 가. Injection pump ... 213
• 나. Induction pump ... 214
• 다. Electro-osmotic pump ... 214
• 라. Polarization pump ... 215
• 마. Micropump 비교 ... 216
• 제 2 절 Polarization micropump의 이론적 해석 ... 217
• 1. 쌍극자에 작용하는 정전기력 ... 217
• 2. Polarization micropump에 관한 기존 연구 ... 219
• 3. 문제의 정의 ... 220
• 가. 유전성 유체 내의 2차원 사각 전극 ... 220
• 나. 모서리 영역: 한 쌍의 반무한 사각 전극 ... 221
• 4. 모서리 영역의 해석: 무한 띠 영역으로의 등각 사상 ... 222
• 5. 해석 결과 ... 224
• 가. Electrical potential의 분포 ... 224
• 나. 유전성 유체에 작용하는 힘의 분포 ... 226
• 다. 유전성 유체에 작용하는 힘의 합 ... 228
• 6. 해석의 결론 ... 231
• 제 3 절 방사형 전극을 이용한 micropump ... 232
• 1. 전극 설계 및 micropump 제작 ... 232
• 2. 실험 장치 및 실험 결과 ... 235
• 3. 실험 결론 ... 238
• 제 4 절 삼각기둥 모양의 전극을 이용한 micropump ... 239
• 1. 전극 설계 및 micropump 제작 ... 239
• 2. 실험 장치 및 실험 결과 ... 240
• 제 5 장 결론 및 향후 계획 ... 242
• 참고문헌 ... 244