Study of Optical Properties of Si and Ge based nanostructures : Growth, Characterization and First-principle calculations

Jang,Seunghun The Graduate School of the University of Seoul 2013 국내박사

Lattice paths on flow polytopes, grothendieck polynomials, and orthogonal polynomials

Jang, Jihyeug Sungkyunkwan University 2024 국내박사

Lattice paths are widely used in combinatorics. They provide combinatorial interpretations for some integer sequences, and even for polynomials. In this thesis, we explore how lattice paths emerge in various processes and how they are independently used in the fields of flow polytopes, Grothendieck polynomials, and orthogonal polynomials. More precisely, in joint work with J.S. Kim, we introduce definitions for labeled Dyck paths and doubly labeled Dyck paths, and use them to compute the volumes of particular flow polytopes. In joint work with B.-H. Hwang, J.S. Kim, M. Song, and U.-K. Song, we use non-intersecting lattice paths in the process of expanding refined canonical stable Grothendieck polynomials and their duals into Schur functions. From these, we express the Schur coefficients as weighted sums of specific tableaux, called elegant tableaux and inelegant tableaux. Lastly, in joint work with D. Kim, J.S. Kim, M. Song, and U.-K. Song, we introduce peak-valley sequences to provide combinatorial interpretations for the negative moments of classical orthogonal polynomials. 본 학위 논문에서는 격자 경로의 다양한 활용과 조합적 해석을 탐구한다. 격자 경로는 조합론에서 핵심 도구로 쓰이는데, 여기서는 특히 유동 다면체, 그로센딕 다항식, 직교 다항식 분야에서 격자 경로의 활용을 살펴본다. 구체적으로, 레이블이 지정된 딕 경로와 이중 레이블이 지정된 딕 경로의 정의를 도입하고, 이를 활용하여 특정 유동 다면체의 부피를 계산하였다. 또한, 교차하지 않는 격자 경로들을 사용하여 세분화된 그로센딕 다항식을 슈어 함수로 전개했을 때의 계수를 설명해주는 타블로 모델을 제시하였다. 마지막으로, 피크-벨리 수열을 도입하고 직교 다항식의 음의 모멘트를 조합적으로 해석하는 방법을 소개하였다.

(A) comparative study on the startup discourse between United States and China with a structural topic model

Jang, Jaeyeon Sungkyunkwan university 2021 국내석사

This essay explores significant cultural differences on startup discourses between United States and China by demonstrating a big data analysis through Structural Topic Modeling. Results and findings were interpreted with Hofstede’s cultural dimensions, indicating that the conventional theory of social science was applicable when it comes to explaining technological subjects. The data used in this essay are online news data covering 2000 to 2019 from LexisNexis, for projecting which articulates a regional distinctiveness of environmental trends that foster startups. According to the results, United States and China a have significant difference in major discourses. United States which a higher individuality score, tends to be linked to the topics about Politics and Gender issues. Meanwhile China with less individuality score but higher long term orientation score, pays attention to the Governmental policy and Entrepreneurship. 이 에세이는 Structural Topic Modeling을 활용한 빅데이터 분석을 통해 미국과 중국 사이의 창업 담론에 대한 중요한 문화적 차이를 탐색한다. 연구 결과는 Hofstede의 문화적 차원으로 해석되었고, 이는 기존의 사회과학 이론이 기술적 주제를 설명할 때 적용 가능하다는 것을 보여준다. 본 에세이에는 스타트업을 육성하는 환경 트렌드의 지역적 특수성을 알아보기 위하여 LexisNexis의 2000년부터 2019년까지 온라인 뉴스 데이터를 분석하였다. 그 결과에 따르면 미국과 중국은 주요 담화에서 상당한 차이를 보인다. 개인주의 성향이 높은 미국은 주요 담화들이 정치와 성별 문제에 관한 주제와 연계되어 있는 경향이 있다. 반면 집단주의, 장기지향적 성격을 보이는 중국은 국가정책과 기업가정신에 주목한다.

Random liquid crystal pattern-based optical physical unclonable function development and analysis

Jang, Seongmin Sungkyunkwan University 2023 국내석사

Physical Unclonable Function(PUF)은 보안의 중요성이 증대되면서 주목받고 있는 하드웨어 기반 보안 기술이다. 다양한 분야의 재료 및 기술들이 PUF에 응용되고 있는데 산업에 적용되기에는 안정성 및 복잡한 기술 등 한계가 존재한다. 이에 따라 쉽게 제작 및 구현이 가능하고 화학적인 안정성이 우수한 PUF 기술에 대한 연구가 지속되어야 한다. 액정 관련 연구는 주로 일정한 방향으로 배열하거나 주기적인 패턴을 형성하는 연구가 진행되어왔다. 본 논문에서는 공정 과정에서 통제불가능한 변수를 이용하여 랜덤한 액정 패턴을 유도하고 이를 이용한 광학적 PUF를 제안한다. 본 논문에서는 액정 기반 랜덤한 패턴의 형성 메카니즘과 시뮬레이션 분석에 대해 기술하고, 해당 기술을 이용하여 이론적으로 최대 12ⁿ개의 조합이 가능한 optical PUF를 기술한다. 액정 패턴은 마이크로 구조 배열을 갖는 Noa65 기판을 제작하여 액정 셀에 도입하고 액정 물질을 코팅하여 제조한다. 본 논문에서 사용된 액정 혼합물은 RM 물질과 용매의 혼합물이며, 용매 증발에 따라 isotropic phase에서 nematic phase로 상전이가 일어난다. 상전이 시, 초기 액정 분자의 배열은 자연적으로 발생하는 요소로 공정 과정에서 통제 불가능한 요소이다. 랜덤한 액정 패턴 형성 메커니즘 분석을 위해, TechWiz LCD 3D 소프트웨어를 이용하여 액정의 국부적인 초기 배열에 따라 액정 분자의 거동이 달라지고 이에 따라 액정 패턴의 종류가 결정됨을 확인했다. 각 패턴들의 대해 시간에 따른 탄성 에너지 밀도를 비교한 결과, 각 패턴은 서로 다른 에너지로 평형을 이루고 있다. 즉, 형성된 모든 패턴은 서로 다른 에너지에서 안정한 상태이고 이는 이 시스템이 metastable임을 의미한다. 또한, 구조물 사이의 간격이 커질수록 생성되는 각 액정 패턴의 평형 탄성 에너지가 감소하는 경향을 보이고 특정 간격에서 패턴들의 평형 에너지의 대소관계가 바뀐다. 이러한 현상에 의해 구조물 사이의 간격에 따라 형성 가능한 액정 패턴 종류가 결정된다. Physical unclonable function (PUF) is a hardware-based security technology that has attracted attention as the significance of security increases. Materials and technologies in various fields are applied to PUF; however, limitations exist, such as stability and complex technology for industrial applications. Accordingly, studies on the PUF technology, which can be easily fabricated and implemented as well as has excellent chemical stability, must be conducted. Studies related to liquid crystals have mainly been conducted by arranging them in a particular direction or forming periodic patterns. In this study, a random liquid crystal pattern is induced using uncontrollable variables and an optical PUF using this pattern is proposed. This study examines the formation mechanism and simulation analysis of random liquid crystal optical patterns and an optical PUF that can combine up to 12ⁿ patterns using the corresponding technology. Liquid crystal patterns are manufactured by preparing a Norland optical adhesive 65 substrate with a microstructure array, introducing it into a liquid crystal cell, and coating the liquid crystal material. The liquid crystal mixture used in this study was a mixture of RM material and a solvent, and an isotropic-to-nematic phase transition occurred because of solvent evaporation. Currently, the arrangement of the initial liquid crystal molecules during phase transition occurs naturally and uncontrollably. Using the TechWiz LCD 3D software, the behavior of liquid crystal molecules changed according to the local initial arrangement of liquid crystals and the resulting liquid crystal patterns were determined. Based on a comparison of the elastic energy density over time for each pattern, each pattern is in equilibrium with different energies. That is, all the patterns formed are stable at different energies, meaning the system is metastable. In addition, as the distance between the structures increases, the equilibrium elastic energy of each generated liquid crystal pattern decreases as well, and the magnitude relationship of the equilibrium energy of the patterns changes at a particular distance. Therefore, the types of liquid crystal patterns that can be formed are determined by the spacing between the structures.

The study of E-nose based on metal oxide semiconductor

Jang, Hyon Woo DGIST 2020 국내석사

전자 코 기술은 사람이나 곤충과 같은 살아있는 유기체의 후각 기관을 모방하는 기술로 식품 산업과 같은 다양한 분야에 널리 이용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 특히, 금속 산화물을 기반으로 하는 전자 코의 경우 높은 민감도와 더불어 제작이 용이하고 저렴하며 대부분의 위험한 독성이나 인화성을 가지는 기체들이 측정 가능하다는 장점으로 인해 널리 연구되고 있다. 하지만 여전히 많은 연구에서 금속 산화물 반도체의 높은 활성화 에너지 장벽에 의해 좋은 반응성을 얻기 위해서는200℃가 넘는 작동온도가 필요하다는 단점을 보여주고 있다. 따라서 본 연구에서는 금속 산화물 반도체중 하나인 IGZO와 산화 아연 나노 와이어를 이용하여 상온에서도 높은 민감도를 가지는 전자 코에 대해 연구하였다. IGZO와 산화 아연을 사용하여 박막 트랜지스터를 스퍼터를 활용하여 제작하였고, 전류 소비를 줄이기 위해 300℃에서 1시간 어닐링하였다. 특성곡선의 움직임과 채널 물질의 화학적 반응에 의한 채널 저항의 실시간 변화를 통해 가스를 측정하였다. 이소프로필알콜을 낮은 화학 반응성을 가진 질소 가스를 이용해 전달하였다. 두 종류의 박막 트랜지스터의 가스 반응을 비교하였을 때, IGZO를 이용한 박막 트랜지스터가 채널 물질의 물리 화학적 구조 차이에 의해 더욱 큰 반응성을 나타냈다. 측정 후 복원에 있어서는 IGZO 와 산화 아연 모두 제작 방식에 의한 비결정성 구조에 의해 상온에서는 복원이 되지 않았고 90℃의 온도에서 30분 이상 가열하였을 때 완전히 복원되는 특성을 보였다. 따라서 이는 체내 삽입형이나 생체 분자를 이용한 센서에는 적합하지 않음을 확인했다. 산화 아연 나노 와이어 접합을 이용한 전자 코는 수열합성을 통해 제작되었다. 합성을 위한 수용액을 갈아주는 주기와 전체 합성 시간을 조절하여 다양한 구조의 나노 와이어를 제작하였고 전체적인 부피-면적 비율의 증가로 반응성이 증가하는 것을 확인하였다. 나노 와이어의 밀집도와 전자 코의 측정 후 복원 특성이 반비례 관계에 있음을 확인하였으며 나노 와이어 길이의 증가로 인한 접합 부위의 증가가 전자 코의 반응성에 선형적인 영향을 미침을 확인하였다. 또한, 증류수, 이소프로필알콜 등의 다양한 가스와 과일 향, 정향, 오렌지향 등의 다양한 향을 산화 아연 나노 와이어 접합을 이용한 전자 코로 측정할 수 있음을 확인하였다. 이러한 산화 아연 나노 와이어 접합을 이용한 전자 코의 경우 확인된 반응성과 복원에 대한 장점 외에도 생체 적합성, 환경 친화적이라는 장점이 있어 추후에 생체분자를 이용한 전자코나 체내 삽입형 전자 코 등에 다양하게 활용될 수 있다. Electronic nose (E-nose) is an artificial olfactory system which imitating olfactory system of living or-ganisms like human or insects, has been gradually studied due to its large potentiality on various areas like food industry or diagnosis of disease. Especially, E-nose based on metal oxide semiconductor is widely stud-ied due to its advantages like easy fabrication, low cost and high sensitivity on many harmful, environmen-tal, explosive and toxic gases. However, still they have some limitations like high working temperature due to their activation energy barrier. To achieve high sensitivity and resolution, working temperature above 200℃ was usually required in many studies. Therefore, enhancing sensitivity in room temperature is one of the chal-lenges for metal oxide semiconductor-based E-nose. In the present study, highly sensitive E-nose under room temperature were designed using IGZO and ZnO. Thin film transistor system was chosen as a base design of E-nose. IGZO and ZnO layer has deposited by sputter and annealed under 300℃ for 1 hour. Gas response of E-nose was measured by shift of transfer curve and two terminal real time resistance measurement. IPA gas was applied on device by N2 gas which has low chemical reactivity. IGZO shows significantly high gas response compares to ZnO due to its difference in physical-chemical structures. And due to their amorphous state, both IGZO and ZnO TFT show poor recov-ery characteristics under room temperature. They showed significantly enhanced recovery characteristic un-der 90℃ which is not appropriate for most of organic materials. To solve the problems, ZnO nanowire junction-based E-nose was prepared by hydro-thermal synthesiz-ing process. ZnCl and HMTA was used as solution for synthesizing. Solution changing period and synthesiz-ing time was controlled to fabricate various structure of nanowires. They show better gas response than ZnO TFT due to its significantly increased surface to volume ratio. Additionally, they show highly enhanced re-covery characteristic due to their crystal structure. As density of nanowires increase, recovery characteristic of nanowires was weakened. As length of nanowires increases, number of junctions increased, and it leads to enhancement in gas sensitivity. ZnO nanowires shows high sensitivity on Isopropyl alcohol and DI water. Al-so, they show excellent sensitivity on ethyl butyrate, eugenol and decanal which are odorants smells like fruity, clove and orange. E-nose based on ZnO nanowire junction has many advantages such like eco-friendly, bio-compatibility, low working temperature, high sensitivity on various gas and smells, and en-hanced recovery characteristic. Therefore, this E-nose device can be applied to various field such as bio-material enhanced E-nose, wearable E-nose or in implantable type of E-nose.

The study of multi-functional tactile sensor for tactile recorder

Jeonggyun Jang DGIST 2024 국내석사

In the human tactile system, various receptors located in the skin to respond for external stimuli of touched objects. The most important external stimuli sensed by these tactile receptors are pressure and temperature. Therefore, many research have recently been conducted on tactile sensors that can detect temperature and pressure using various materials and principles by imitating the human tactile system. However, spatial detecting resolution is low due to material limitations or crude design. Tactile sensors with low spatial resolution cannot obtain detailed information, such as the roughness and shape of the object surface, like natural human skin (especially fingers with sensitive tactile senses). Additionally, most of sensor system design consist of two part, pressure sensing part and temperature sensing part separately. The design can induce complicated fabrication steps or poor system reliability. In this thesis, we suggested a tactile sensor designed with a unique structure in which the common electrode of the pressure sensor functions as a temperature sensor. This structure overcames the problems of previously studied tactile sensors, such as difficult processability and durability. The high-resolution multifunctional tactile sensor designed to measure temperature and pressure simultaneously. The tactile sensor consists of a resistive temperature sensor and a pressure sensor using piezoelectric material (PVDF-TrFE) to detect temperature and pressure, respectively. It also comprises 25 pressure-sensing cells of 1 mm2 for high spatial resolution. The process conditions for the temperature and pressure sensors were optimized to fabricate the tactile sensors. The piezoelectric voltage signal was increased by adjusting the thickness of the temperature sensor electrode. Additionally, the coating and annealing conditions of the PVDF-TrFE film of the pressure sensor were optimized to improve piezoelectric voltage signal generation. PVDF-TrFE was etched with RIE to eliminate crosstalk between pressure sensing cells, increasing sensor reliability. The fabricated tactile sensor accurately detected applied pressure and temperature with a short response time and linearity to temperature and pressure stimuli. Moreover, the sensing cell array can detect the area where an object touches the tactile sensor. Additionally, the surface roughness and the topography information of objects can be obtained with high spatial resolution. Because the zigzag arrangement design of the cells eliminates empty space when objects are pushed and detected. Due to the pyroelectric properties of PVDF-TrFE, the change in piezoelectric voltage signal depended on temperature of touching object was corrected by writing a correction equation using the result from temperature sensor. This equation allows the tactile sensor to detect temperature and pressure stimuli more accurately for various conditions. Tactile recording system was developed a tactile recording system using these tactile sensors, as well. Tactile recording system displays the signals obtained from tactile sensors in real time and automatically saves the data. The saved data can be used to analyze various information, of touching objects and to generate artificial tactile sensor using haptic actuators. 인간의 촉각 시스템은 피부 속에 위치한 다양한 수용체가 외부 자극에 반응하여 닿은 물체를 감지합니다. 이런 촉각 수용체가 가장 중요하게 감지하는 외부 자극은 압력과 온도입니다. 이런 인간의 촉각 시스템을 모방해 다양한 재료와 원리로 온도와 압력을 모두 감지할 수 있는 촉각센서에 대한 연구가 최근 많이 이루어지고 있다. 하지만 재료의 한계 또는 투박한 디자인으로 인해 낮은 공간 분해능을 가집니다. 공간 분해능이 낮은 촉각센서는 사람의 실제 피부(특히 촉각이 민감한 손가락)처럼 물체 표면의 거칠기, 형상과 같은 세밀한 정보를 얻을 수 없습니다. 이 논문에서는 온도와 압력을 동시에 측정하도록 설계된 높은 분해능을 가진 다기능 촉각 센서를 제시합니다. 촉각 센서는 저항성 온도 센서와 압전 물질(PVDF-TrFE)를 활용한 압력센서로 제작되어 온도와 압력을 감지합니다. 또한 높은 공간 분해능을 위해 1mm2의 압력 감지 셀 25개로 구성되어 있습니다. 이 촉각 센서는 압력센서의 공통 전극이 온도센서 역할을 수행하는 독특한 구조로 설계했습니다. 이 구조는 이전에 연구된 촉각 센서의 어려운 공정, 내구성과 같은 문제점들을 극복했습니다. 우리는 촉각센서를 제작하기 위해 온도와 압력센서 부분의 공정 조건을 최적화했습니다. 온도센서 전극의 두께를 조절해 압전전압 신호를 증가시켰습니다. 그리고 압력센서의 PVDF-TrFE 필름의 코팅과 어닐링 조건을 최적화해 압전전압 신호 발생을 향상시켰습니다. 또한 PVDF-TrFE를 RIE로 에칭해 압력 감지 셀 간의 크로스톡을 제거해 센서의 신뢰도를 높였습니다. 제작된 촉각센서는 온도와 압력 자극에 짧은 반응시간과 선형성을 가져 가해진 압력과 온도를 정확히 감지합니다. 그리고 촉각센서에 물체가 닿은 영역을 셀 어레이를 통해 감지할 수 있습니다. 또한 높은 공간 분해능으로 물체의 표면 거칠기와 지형정보를 얻을 수 있습니다. 왜냐하면 지그재그로 위치한 셀 어레이가 물체를 슬라이딩해 감지할 때 빈공간을 없애 주기 때문이다. PVDF-TrFE의 초전기 특성으로 인해 가열된 물체가 압력을 가할 때 발생하는 압전전압 신호의 변화를 교정식을 만들어 해결했습니다. 이를 통해 촉각센서는 온도와 압력 자극이 동시에 발생하는 상황에도 두 인자를 정확하게 감지합니다. 우리는 이런 촉각센서를 이용해 촉각 레코더 시스템을 개발했습니다. 촉각 레코더 시스템은 촉각센서로부터 얻은 신호를 실시간으로 보여줍니다. 또한 동일한 데이터를 자동으로 저장합니다. 저장된 데이터는 물체의 경도, 거칠기와 같은 다양한 정보를 분석하는데 활용될 수 있습니다.

Investigation of various fouling mechanisms and their effects on electrode performance

Jae Hyun Jang 한양대학교 대학원 2024 국내석사

Synthesis of Polycyclic Heteroaromatic Compounds by Palladium-Catalyzed C−H Functionalization

Jin Hyeok Jang 부산대학교 대학원 2019 국내석사

Synthesis of Polycyclic Heteroaromatic Compounds by Palladium-Catalyzed C−H Functionalization Jin Hyeok Jang Department of Chemistry The Graduate School Pusan National University Abstract Polycyclic heteroaromatic compounds have an important role in materials chemistry nowadays. These kinds of molecules have various properties. For example, multi-arylated benzo-fused heterocycles have a wide range of tunable absorption wavelength. They can be used as photo sensors or organic light emitting diodes (OLED). Also, polycyclic aromatic heterocycles can easily exchange electrons and provide stable radical intermediates by single electron oxidation or reduction. There have been some limitations in the synthesis of tetraarylated heterocycles and polycyclic aromatic heterocycles. Tetraarylated heterocycles are commonly synthesized from multi-substituted benzenes, which require multi steps to prepare. To overcome these problems, new synthetic methods have been developed. Part 1 describes the synthesis of tetrasubstituted benzo-fused heterocycles via Pd-catalyzed double C−H activation of heterocycles with alkynes. Readily available heterocycles were used with eco-friendly oxygen as an oxidant. Part 2 reports C−H activation between halopyrazoles and halobiphenyls. Polycyclic aromatic compounds were readily prepared from heterocycles with biphenyls. It could help extend substrate scopes of polycyclic aromatic compounds for the optimization of chemical and physical properties.

Highly sensitive electronic skin based on ionic thermoplastic polyurethane

장석진 Graduate School, Yonsei University 2020 국내박사

Recently, electronic skin (e-skin) that mimic of human skin measure tactile, temperature, humidity and has self-healing function. Furthermore, artificial intelligence and health monitoring have been added to the field, e-skin has recently been studied with various materials and methods. Conditions to work on actual human skin include device flexibility, human fitness, and large-area applications through array structures, and many studies are underway to overcome these problems. However, when measuring the most important pressure at tactile, most have low or high sensitivity, but only operate within too narrow sensing range. For sensitivity, it is very difficult to increase both variables because they are inversely proportional to the pressure range being measured. In the case of polymeric materials containing ionic liquids, that are easily fabricated the device due to solid state. It shows the amount of variation with pressure up to the pressure of tens of kPa felt by real people. We have constructed several types of tactile sensors based on thermoplastic polyurethane containing ions(i-TPU). Piezo resistive and electrical capacitive sensors have the advantage of having a very simple structure that makes it easy to fabrication. That ionic sensors are sensitive to both pressure and temperature. For piezo resistive sensors, the sensitivity is relatively high, and they work better when configured as large-area arrays. Conversely, electrical capacitive sensors had the advantage of being uniformly variable under each condition and having fewer errors. Based on i-TPU, a higher sensitivity sensor is developed, that has two methods. In the process of synthesizing liquid state ionic material into solids, if there is a mold, it can be made into the desired form. A micrometer-sized pyramid structure has been applied to the surface so that it can make a bigger deformation on the pressure. Another method is to use the gate insulator of transistors that amplify the output current. In addition, the i-TPU occurs low operating voltage transistor. Our transistor sensor with the pyramid structure measure to be 20 times more sensitive than the capacitive method.

Analysis on the Characteristics of Direct-Coupled Permanent Magnet Wind Turbine Generator woth Single-Phase Full-Bridge Inverter

최장영 忠南大學校 大學院 2009 국내박사