[보고서]정보통신 미래신기술연구사업

정태형

정보통신 미래신기술연구사업
Future Technology Researches in the Fields of Information and Telecommunications. 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute
연구책임자	정태형
참여연구자	장문규 , 김용해 , 박영삼 , 현영훈 , 김재현 , 김수정 , 전효진 , 강승열 , 이명래 , 전상훈 , 윤재훈 , 조인귀 , 김성민 , 문정익 , 최원철
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2012-12
주관부처	미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
등록번호	TRKO201700008667
DB 구축일자	2017-11-04
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201700008667

초록 ▼

IV. 연구결과
□ 공진형 무선 에너지 전송 기술 개발
본 세부과제는 당해 년도가 5 차년도로서 인체 전자파 간섭을 최소화 하기 위하여 전력전달 공진주파수를 500 kHz 이하로 낮추도록 송수신부를 설계하여 461 kHz 에서 동작하는 것을 확인하였다. 또한 2 개 이상의 소자를 구동할 수 있으면서 전력량도 조절할 수 있는 통신 및 구동 회로를 개발하였으며 이를 스마트폰 무선 충전에 응용하였다. 실용적인 목적을 위하여 수신 부 회로 5 cm 이하로 작게 만들었으며, 이를 이용하여 와인 잔에 부착된 OLED 조명을 무선으로 구동하는 데 성공하였다.

□ 나노구조 기반 열전소자 구현
본 세부과제는 당해년도가 4 차년도로서 , 첫째 , power factor 를 도핑 농도 별로 분석함으로써 실리콘 열전소자 응용에 있어서 이상적인 도핑 농도를 확인하였다. 둘째, 하향식 실리콘 나노선 기반 열전모듈을 설계 및 제작 완료하였다. 셋째, 하향식 실리콘 나노선 기반 열전모듈에 대한 특성평가를 완료하였다.

( 출처 : 요약문 8p )

Abstract ▼

IV. RESULTS
A. Study of Resonant Wireless Energy Transfer Technology
We tried to reduce the power transfer frequency due to the inference of human being. With a new design of the receiving part, we were successful to obtain 461 kHz. We developed the driving circuit technology for two devices which can control the amount of the each power and applied to the smartphone. For the practical reason, we designed the receiving circuit with a size of 5 cm and applied to the wine glass with OLED lighting.

B. Study of Nanostructure-based Thermoelectric Device
We investigated the optimum dopant concentration of silicon nanowire by power factor analysis. Secondly, we successfully designed and integrated silicon nanowire thermoelectric module into 8-inch wafer using top-down CMOS process technology. Finally, the silicon nanowire thermoelectric module was characterized. Our results will suggest a new direction in the search for high performance and high throughput silicon thermoelectric device.

( 출처 : Abstracts 12p )

목차 Contents

표지 ... 1
인 사 말 씀 ... 3
제 출 문 ... 5
요 약 문 ... 7
ABSTRACT ... 11
CONTENTS ... 14
FIGURES ... 15
목차 ... 17
그림목차 ... 18
제 1 장 고효율 공진형 무선 에너지 전송 기술 ... 21
제 1 절 서론 ... 23
제 2 절 공진형 무선 에너지 전송 특성 및 OLED 조명 구동 회로 ... 25
제 3 절 다중 소자 구동 연구 및 시제품 제작 ... 50
제 4 절 결론 및 향후 과제 ... 65
참고 문헌 ... 66
제 2 장 나노구조 기반 열전소자 구현 ... 69
제 1 절 서론 ... 71
제 2 절 하향식 실리콘 나노선 열전모듈 제작 ... 76
제 3 절 실리콘 나노선 열전모듈의 열전특성 ... 81
제 4 절 결론 ... 89
참고 문헌 ... 90
부 록 (2012년 게재 SCI 저널 논문) ... 93
끝페이지 ... 121

표/그림 (98)

표 cable 과 plug 가 없다면?
표 비접촉식 무선에너지전송 기술 중 가장 실용화된 제품인 전동 첫솔.
표 양면 스파이럴 공진체를 이용한 송신부 (조건 A) 의 공진주파수 특성 및 사진.
표 2 겹 양면 스파이럴 공진체를 이용한 송신부 의 공진주파수 특성 및 사진.
표 8 층 PCB 공진체를 사용하는 수신부 구조.
표 8 층 PCB 공진 체를 사용하는 수신부의 공진주파수의 특성 .
표 8 층 PCB 공진체를 사용하는 수신부의 2nd 공진주파수 근처의 S11 특성 .
표 8 층 PCB 공진체를 겹쳐서 사용할 경우의 길이에 따른 공진주파수 특성 .
표 로드코일 인덕턴스 변화에 따른 무선 전력 전송 효율.
표 4 층 PCB 공진체를 수용하는 수신부 구조.
표 4 층 PCB 공진체 의 한 층의 길 이 변화에 따른 공진주파수의 변화 .
표 4 층 PCB 공진체의 한 층당 길이에 따른 공진 주파수 특성 .
표 RF 자동 매쳐의 주요 구성 요소 .
표 RF 자동 매쳐의 기본 회로 및 매칭 영역 .
표 RF 자동 매쳐의 input sensor 의 역할 .
표 RF 자동 매쳐의 input sensor 의 원리 및 등가회로 .
표 RF 자동 매쳐 입력센서의 구조 .
표 RF 자동 매쳐의 Input sensor 의 캘리브레이션 예 .
표 RF 자동 매쳐의 내부사진 및 실제 매칭 영역 .
표 RF 자동 매쳐 테스트 방법 .
표 RF 자동 매쳐의 C1, C2 초기값에 따른 테스트 결과 .
표 OLED 조명의 DC 특성 .
표 OLED 조명의 AC 특성 .
표 OLED 조명 시제품의 송신부 Uniformity 특성 .
표 OLED 조명 개수에 따른 임피던스 특성.
표 OLED 조명 구동 시제품 .
표 수신부 코일의 구성 .
표 VNA를 이용한 여러 개의 수신기가 존재할 때 측정 시스템 .
표 VNA 측정결과 .
표 부하 저항 변화에 따른 입줄력 전달 특성 .
표 부하 저항 변화에 따른 각 부하에 전달되는 전력량 .
표 부하 저항 변화에 따른 각 부하에 전달되는 전력량 (로그스케일 ).
표 한 개의 수신기에 대한 무선전력전송 시스템.
표 두 개의 수신기에 대한 무선전력전송 시스템.
표 두 개의 수신기에 대한 총효율 .
표 두 개의 수신기에 대한 반사 전력 특성 .
표 두 개 수신기의 부하저항 총합에 대한 효율 특성.
표 두 개 수신기의 부하저항 총합에 대한 반사 특성
표 오실로스코프를 이용한 여러 개의 수신기가 존재할 때 측정 시스템.
표 공진형 무선전력전송 시스템의 커플러 부분.
표 공진형 무선전력전송 수신부의 schematic.
표 송신부 공진체 코일과 수신기 사진.
표 수신보드 회로도.
표 Power LED 구동 시연.
표 스마트폰 제어 통신 송신부 모듈.
표 스마트폰 제어 통신 수신부 모듈.
표 스마트폰에서 실행된 무선충전 어플리케이션.
표 스마트폰 충전 소프트웨어
표 스마트폰 충전 시스템.
표 Seebeck 의 열전효과 실험 장치 .
표 온도에 따른 ZT 특성 .
표 실리콘 나노선 열전모듈 구성도.
표 8 인치 실리콘 웨이퍼에 구현된 열전모듈.
표 10mmX 10mm 크기로 제작된 실리콘 나노선 열전모듈.
표 실리콘 나노선 열전소자 제작공정.
표 열전모듈의 고온 접촉부 및 저온 접촉부 구조.
표 열전모듈의 package 구성도.
표 실리콘 열전모듈의 저항 특성.
표 실리콘 열전모듈의 전압 출력 특성.
표 실리콘 열전모듈의 파워 출력 특성.
표 Schematic of wireless energy-transfer system using coupled magnetic resonances.
표 Equivalent circuits of three types of coils
표 Coupling constant as function of distance between coils.
표 Extracted parameters.
표 Photographs of system (a) without and (b) with relay coils.
표 (a) Measured results without and with relay coils and (b) simulation and measurement results of system in Fig. 4(b).
표 Photograph of experimental setup for two-tone system.
표 Comparison of experiment data to simulated results: transmitted to (a) left and (b) right devices.
표 Photographs of system for charging-zone experiment
표 (a) Measurement results with one transmitting device and two transmitting devices and (b) comparison with simulation results of system in Fig. 7(b).
표 Photograph of system for charging-zone experiment. Receiving device is placed in an arbitrary location.
표 Efficiency vs. location of receiving coil. Red line shows corresponding frequency.
표 Photograph of system for impedance conversion experiment.
표 Measured ^-parameter of system in which impedance of input port is 50 Ω and output is 50 Ω: (a) S11 and (b) S21
표 Measured S-parameter of system in which impedance of input port is 50 Ω and output is 150 Ω: (a) S11 and (b) S21.
표 Comparison with simulation results of system in which impedance of input port is 50Ω and output is 150Ω , from Fig. 12: (a) S11 and (b) S21.
표 (Color online) (a) Schematics of the OLED lighting panel through the wireless power transfer and (b) picture of the system including transmitter and receiver. The signal near 932kHz is generated at the arbitrary function generator (Tektronics AFG320) and is amplified by the power amplifier (Empower 2036).
표 Schematics of the cross-sectional stack of the OLED.
표 (Color online) (a) Photograph of the transmitter and (b) scattering matrix (S11) characteristics of the transmitter.
표 (Color online) (a) Photograph of the receiver with the full bridge rectifier and (b) resonance frequency variation with the length of the receiving resonator.
표 Turn on characteristics o f the O LED lighting.
표 (a) Scattering m atrix characteristics and (b) susceptance change of the OLED lighting with the frequency variation.
표 (Color online) (a) B lock diagram for the circuit simulation of OLED lighting with full bridge circuit and (b) voltage and current characteristics of the system for the half period.
표 The process flow for the micro-thermoelectric device.
표 SEM images of SiNWs before and after the PR ashing process.
표 Optical micrograph of a single micro-thermoelectric device.
표 Optical micrograph of the test structure.
표 The temperature rises of the hot and cold sides with heater current.
표 Temperature measurement along a SiNW by SThM mode with (a) heater-off (0 mA) and (b) heater-on (7 mA). SThM images are illustrated in (a) and (b). (c) Temperature line profile results by SThM mode. (d) Height measurement by AFM mode when the heater is on and off. The height difference between heater-on and heater-off is less than 12%.
표 Evaluation of the Seebeck coefficients with respect to substrate temperature for (a) n-type and (b) p-type SiNW.
표 The Tsub. dependence of (a) the Seebeck coefficients and (b) the electrical conductivity.
표 The power factors of SiNW are measured for n- and p-type samples with respect to Tsub.
표 Stotal (black triangles) and PFtotal (red circles) for the p-and n-leg unit device with respect to Tsub.
표 (a) Optical microscope im age of 50 nm wide and 40 nm thick silicon nanowire and (b) SEM image of 50 nm wide silicon nanowire manufactured by top-down process.
표 Optical microscope images of the Seebeck voltage measurement pattern. (b) shows the enlarged image of the dotted square in (a).
표 The variation o f resistance as a function of substrate temperature. The extracted TCR value is 786.6 PPM/K.
표 Temperature difference between hot and cold region (TH-Tc) with the variation of input current to Pt heater.
표 Seebeck voltage as a function o f temperature difference between hot and cold region (TH_TC).

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