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극한의 고온 작동을 위한 탄소나노튜브 기반의 마이크로 기계식 스위치 및 상보적 논리 게이트 개발
조은환(E. Jo),강윤성(Y. Kang),심상준(S. Sim),이호준(H. Lee),김종백(J. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
전도성 물질의 접촉과 분리로 회로의 단락을 결정 짓는 마이크로 기계식 스위치는 0 에 가까운 누설전류와 이론적으로 무한한 On/Off 비와 같은 이상적인 스위칭 성능으로 많은 주목을 받고 있다. 또한, 높은 내열성을 가진 도체를 이용할 경우, CMOS Transistor 의 구동이 어려운 150℃ 이상의 온도에서도 작동 가능함을 보이며, 고온에서 구동 가능한 집적회로용 차세대 소자로 고려되어 현재까지 많은 연구들이 진행되어 왔다. 그러나 고온에서 발생하는 도체 표면의 연화 현상은 접촉 시 계면에서 영구적인 점착을 발생시키며, 이는 마이크로 기계식 스위치의 작동 온도 제한하고 낮은 접촉수명을 가져온다. 본 연구에서는 극한의 고온환경에서도 높은 접촉 신뢰성을 가지는 탄소나노튜브 다발 기반의 마이크로 기계식 스위치와 이를 이용한 Logic Gate 를 구현하였다. 1 차원 튜브 형상의 탄소 동소체인 탄소나노튜브는 우수한 기계적 강도 및 높은 전기 전도도 뿐만 아니라, 상압에서 용융점을 가지지 않아서 표면연화가 발생하지 않는 우수한 내열성을 가진다. 본 연구진은 탄소나노튜브 다발이 통합된 마이크로 기계식 스위치를 개발하였고, 이를 통해 현재까지 스위치로 구현된 바 없는 550℃의 고온환경에서 스위치가 안정적으로 작동 가능함을 확인하였다. 또한 탄소나노튜브 다발 간 접촉 계면 및 간격 형성을 통해 Transistor 의 P-type 과 N-type Switching 기능을 모사하였고, 이를 통해 고온에서 작동하는 Complementary Inverter (NOT), NAND 및 NOR 과 같은 다양한 기계식 Logic Gate를 구현하였다.
AlO<SUB>x</SUB>-Reinforced Carbon Nanotubes as Shock Absorber for Microelectromechanical Systems
H. Lee(이호준),E. Jo(조은환),J. Kim(김종백) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
Microelectromechanical systems (MEMS) are widely used from consumer electronics to automobiles; however, their usages in severe conditions, including environments with high mechanical shock over 10,000 g, have not been as commercialized. Accordingly, there have been researches for protecting the MEMS devices by fabricating components that would absorb the mechanical shock. The components within the microstructures of MEMS devices would absorb the mechanical shock containing high accelerations before the shock is transmitted to the delicate MEMS components. Nonetheless, shock absorbers that can function repeatedly, as for practical usages, have not been widely reported. This research reports a shock absorber based on AlOx-carbon nanotube (CNT) composite for MEMS devices that can withstand accelerations over 10,000 g, without noticeable damage to the composite. By utilizing atomic layer deposition (ALD), AlOx was successfully coated on vertically aligned-CNTs which allowed the superior resilience of the nanomaterial for repeated usage as a shock absorber for MEMS devices. It is confirmed through scanning electron microscopic (SEM) images and Raman spectroscopy that the AlOx-CNT composite did not have noticeable damage even after mechanical shock with 10,000 g acceleration.