마이크로프로세서를 이용한 온도제어 장치의 설계

권태하 영남이공대학 1980 論文集 Vol.9 No.-

This paper describes a temperature controller with a microprocessor. Use of the microprocessor offers the following advantages : 1) desired temperature, rising time, and holding time can be automatically controlled by the program ; 2) accuracy and reliability can be improved. How to secure the above advantages is discussed in the paper.

생선의 신선도 측정을 위한 센서 개발(Ⅱ)

權泰夏 경북대학교 센서기술연구소 1995 연차보고서 Vol.1995 No.-

ZnO에 Al_2O_3. TiO_2 및 V_2O_5를 4 wt.%, 1 wt.% 및 0.2 wt.%의 무게비가 첨가된target으로 센서를 만들기 위한 ZnO 박막을 제작하였으며, 박막을 성장시킬 때 sputtering 분위기는 산소만으로 하였고, RF power는 80 W, 기압은 10 mTorr로 하였다. 센서의 선형성 및 안정성을 향상시키기 위해 ZnO 박막을 열처리 및 aging 시켰으며, 센서의 동작온도 조절을 위한 발열체는 Pt와 Ti를 이용하였다. ZnO에 Al_2O_3. TiO_2 및 V_2O_5를 4 wt.%, 1 wt.% 및 0.2 wt.%의 무게비가 첨가된 박막으로 만든 센서는 동작온도 300℃에서 450 정도의 최대감도를 보였지만 불안정했다. 700 ℃에서 60분 동안 산소분위기에서 열처리 한 후 저항률은 5-10배 증가하였으나, 선형성 및 안정성이 향상되었다. 이 센서는 동작온도 300℃ 에서 350 정도의 최대감도를 나타냈으며, 선형성이 좋았고 안정된 특성을 보였다. 또, 발열체는 Pt : Ti의 조성비를 1 : 1로 하는 것이 좋았으며, 0.8 ㎛ 정도의 두께일 때 실온저항값은 45 Ω 정도였고 이것은 300℃ 에서 약 0.9 watts 정도의 전력소모를 나타냈다. 제작한 센서는 고둥어의 부패시에 발산되는 실제 가스에 양호하게 반응하였다. The ZnO thin films were doped with 4 wt.% Al_2O_3, 1 wt.% TiO_2, and 0.2 wt.% V_5O_5 and ZnO thin films were grown on the SiO_2/Si substrates with a oxide layer of 3 ㎛ by RF magnetron sputter with an RF power of 80 W in the oxygen atmosphere at a pressure of 10^-2 Torr. To enhance the linearity and the stability of the sensors, the annealing and the aging process were carried out. The sensor with ZnO thin film of Al_2O_3(4 wt.%), TiO_2(1 wt.%), and V_2O_5 (0.2 wt.%) showed the maximum sensitivity of 450 in 160 ppm TMA, but the sensor was unstable. After heat treatment, the resistivity of the sensors was increased by 5-10 times, and the sensors made with ZnO thin films annealed at 700 ℃ for 60 minutes in the oxygen atmosphere were exhibited the maximum sensitivity of 350 at a working temperature of 300 ℃ in 160 ppm TMA, good linearity, and excellent stability. The heater(Pt : Ti = 1 : 1) with the resistance of about 45 Ω exhibited power dissipation of about 0.9 watts. The sensor exhibited a large response to the actual gases produced by a mackerel at an early stage of decomposition.

실리콘 압력검지소자의 제조 및 특성

권태하 釜山水産大學校 1985 釜山水産大學 硏究報告 Vol.25 No.1

1. 실리콘의 type에 관계없이 (100)면의 부식율은 EPW계 부식액에서는 110℃에서 약1㎛/min, 100℃에서는 약 0.8㎛/min이었고, KOH계 부식액에서는 85℃에서 약 1㎛/min, 75℃에서는 약 0.8㎛/min이었다. 그리고 HW계 부식에서는 100℃에서 약 0.8㎛/min, 90℃에서는 약 0.55㎛/min의 부식율을 나타냈다. 2. P-N접합부식정지법을 사용해서 두께가 10㎛ 및 20㎛인 두 종류의 다이아프램을 제작하였으며, 이때 인가한 전압은 약 0.4V였고 부식율은 2.35㎛/min 정도였다. 3. 다이아프램 위에서의 압력에 대한 저항변화는 변의 중앙에서 그변에 가깝게 위치한 저항에서 크게 나타났다. 4. 다이아프램의 두께가 10㎛인 압력센서의 압력감도는 42μV/V·㎜Hg 였으며, 다이아프램의 두께가 20㎛인 센서의 압력감도는 16μV/V·㎜Hg였다. 두 종류 모두 0∼300㎜Hg의 압력범위에서 좋은 직선상을 보였다. 5. 두께가 10㎛인 압력센서는 온도에 대해 96ppm/℃의 특성변화를 나타냈다. 이값은 2.3㎜Hg/℃에 대응된다. 6. 온도특성을 향상시키기 위한 온도보상회로의 부착과 소자를 부착하기 위한 적절한 지지판을 만들면 실용이 가능할 것으로 생각된다. The etch rates of silicon oriented (100) was investigated for three etching solutions. The 1×1㎟, 10㎛-thick silicon diaphragms have been made using the electrochemical P-N junction etch-stop technique. The 200Ω/square, 800Ω resistors were formed on the diaphragm and resistance was examined with pressure. Fractional resistance change depended on diaphragm thickness, resistor location, and resistor length etc. The 1.2㏀ full bridge resistors produced a pressure sensitivity of 42㎶/Ⅴ·㎜Hg with a temperature coefficient of 2.3㎜Hg/℃ and showed a good linearity from 0 to 300㎜Hg pressure range.

실리콘 압저항형 압력센서

권태하 경북대학교 센서기술연구소 1997 센서기술 Vol.4 No.4

Capacitance Scaling 구조와 여러 개의 전하 펌프를 이용한 고속의 ΣΔ Fractional-N PLL

권태하 대한전자공학회 2006 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.43 No.10

A novel ΣΔ fractional-N PLL architecture for fast locking and fractional spur suppressing is proposed based on the capacitance scaling scheme. It changes the effective capacitance of loop filter (LF) by increasing and decreasing current to the capacitor via different paths with multiple charge pumps. The effective capacitance of loop filter (LF) can be scaled up/down depending on operating status while keeping LF capacitors small enough to be integrated into a single PLL chip. Fractional spurs suppressing have been achieved by reducing the magnitude of charge pump current when the PLL is in-lock without degrading fast locking characteristic. It has been simulated by HSPICE in a CMOS 0.35㎛ process, and shows that locking time is less than 8㎲ with the small size of LF capacitors, 200㎊ and 17㎊, and 2.8㏀ resistor. 본 논문에서는 capacitance scaling 구조를 이용하여 짧은 locking 시간과 작은 fractional spur를 가지는 ΣΔ fractional-N PLL을 설계 하였다. 루프필터의 실효 커패시턴스를 변화시키기 위하여 여러 개의 전하펌프를 이용해 서로 다른 경로로 커패시터에 전류를 공급하였다. 필터의 실효 커패시턴스는 동작상태에 따라 크기가 변하며 커패시터들은 하나의 PLL 칩에 집적화 할 수 있을 정도로 작은 크기를 가진다. 또한 PLL이 lock 되면 전하펌프 전류의 크기도 작아져 fractional spur의 크기도 작아진다. 제안된 구조는 HSPICE CMOS 0.35㎛ 공정으로 시뮬레이션 하였으며 8㎲ 이하의 locking 시간을 가진다. PLL의 루프 필터는 200㎊, 17㎊의 작은 커패시터와 2.8㏀의 저항으로 설계되었다.

압력센서

권태하 대한전자공학회 1986 電子工學會雜誌 Vol.13 No.1

단결정 실리콘의 이방성부식에 관한 연구

권태하 부산수산대학교 1984 부산수산대학교 연구보고(자연과학편) Vol.24 No.1

어류의 신선도 측정을 위한 DMA 가스 센서 개발

權泰夏 경북대학교 센서기술연구소 1997 연차보고서 Vol.1997 No.-

어류의 신속한 신선도 검출은 식품산업분야에서 시급히 해결해야할 중요한 과제이며, 어류의 가공산업에 있어서 신선도의 측정은 원료의 품질 및 가공 가능성의 판정, 또는 위생적인 안전성면에서 정확하게 실시되어야 한다. 어류는 여러 가지 요인에 따라 부패의 정도 차이가 많아서 파괴 없이 신선도를 신속히 측정할 수 있어야만 경쟁력 있는 제품을 생산할 수 있다. 그러나 현재 널리 사용되고 있는 생선의 신선도 측정방법에서는 생선의 조직에 들어있는 adenosine triphosphate 성분들을 분해해서 이의 산물을 측정하기 때문에 어류를 파괴해야 하며 측정 시간이 길어 간편하고 신속한 측정을 요구할 경우 실용성이 떨어지게 된다^(1-12). 따라서 어류를 파괴하지 않고 신속·정확하게 신선도를 측정하기 위해서는 어류가 부패할 때 방출하는 주된 가스중의 하나인 DMA ((CH_3)_2NH) 가스를 검지해서 신선도를 알아내는 것이다. 이를 위해서는 가스의 흡착에 따라 저항값이 변하는 반도체센서가 적합하며, ZnO, TiO_2 및 In_2O_3 등을 주재료로 한 연구가 많이 행해지고 있다^(1-31). 본 연구에서는 ZnO계 박막센서의 DMA 가스 점지 특성 향상에 대해 검토를 하였다. 이 검토에서는 박막센서 제작시 촉매불순물 및 박막성장분위기와 기판온도를 변화시켜가며 박막을 제작하였고, 제작된 박막에 대해 열처리와 aging을 각각 시킨 후 동작온도, 기판온도, 열처리 및 aging 온도, 시간, 분위기와 DMA 가스의 변화에 따른 검지특성을 조사하였다. 여기서 얻어진 결론을 아래에 나타내었다. (1) 촉매불순물 첨가와 산소분위기로 박막들을 성장시켰을 때, 도우너 농도가 증가하여 표면 다수캐리어 농도와 전자 이동도가 증가하였다. 이의 증가가 감도와 반응속도의 증가를 가져왔다. (2) 기판온도를 변화시켜가며 박막들을 성장시켰을 때, 성장된 박막들은 기판온도 250℃에서 최대감도를 보였다. (3) 제작한 센서들은 박막의 조성비를 ZnO에 Al_2O_3, In_2O_3 및 V_2O_5를 무게비로 4 wt.%, 1 wt.% 및 0.2 wt.%로 하였을 때 최대의 감도를 나타내었다. (4) 박막을 성장시킬 때 sputtering 분위기는 산소로만 하고, RF power는 100 ∼ 120W 그리고 기압은 10 mTorr로 하는 것이 좋다. (5) 산소분위기에서 700℃로 60 분간 열처리시킨 박막센서와 330 ℃로 72 시간동안 aging 시킨 박막센서들이 다른 조건에서 열처리와 aging을 각각 한 센서들보다 감도가 우수하였고, 전기적으로도 안전성을 보였다. (6) ZnO에 Pt, Ru 및 MgO 등의 촉매불순물들을 첨가한 결과 동작온도가 100 ℃ 정도 낮아졌다. (7) ZnO에 MgO를 무게비로 소량 첨가시킨 결과 3 wt.%에서 최대감도를 보였고, 열처리 전에는 200 ℃의 동작온도, 열처리 후에는 250 ℃의 동작온도 및 aging 후에는 200℃의 동작온도에서 각각 134, 76 및 143 정도의 최대감도를 보였다. 이때 DMA 농도는 160 ppm이었다. (8) ZnO에 Ru를 무게비로 소량 첨가시킨 결과 1 wt.%에서 최대감도를 보였고, 열처리 전에는 200 ℃의 동작온도, 열처리 후에는 150℃의 동작온도 및 aging 후에는200 ℃의 동작온도에서 각각 78, 76 및 68 정도의 최대감도를 보였다. 이때 DMA농도는 160 ppm이었다. (9) ZnO에 Pt를 무게비로 소량 첨가시킨 결과 0.1 wt.%에서 최대감도를 보였고, 열처리 전에는 200℃의 동작온도, 열처리 후에는 200℃의 동작온도 및 aging 후에는 150℃의 동작온도에서 각각 84, 110 및 90 정도의 최대감도를 보였다. 이때 DMA농도는 160 ppm이었다. (10) ZnO에 Al_2O_3를 4 wt.%, In_2O_3를 0.2 wt.% 첨가시킨 박막으로 제작한 센서는 열처리 전후 및 aging 후에 에는 250℃의 동작온도에서 각각 218, 64 및 125 정도의 최대감도를 보였다. 이때 DMA 농도는 160 ppm이었다. Dimethylamine-sensing sensors using metal oxide semiconductors such as ZnO, TiO_2, Al_2O_3 and In_2O_3 are very useful for detection of food freshness, including various fields of food industry. Especially, because ZnO-based gas sensor have a good sensitivity and selectivity to trimethylamine (TMA), dimethylamine (DMA), or ammonia gas given off during the deterioration of fishes, they can be used for a quality control of the fish freshness in fish-processing industry. These can monitor the fish freshness in a rapid, accurate, and nondestructive method. However, nondoping ZnO thin flm sensors have a low sensitivity, selectinity, and their resistance is unstable and nonreproducible. Thus, it is an urgent necessity to develop a sensitive, selective and stable sensor, and lots of studies are being carried out. Furthermore, it is very important to analyze the factors which affect the improvement in the sensitivity, selectivity and electrical stability. In this study, to enhance the sensitivity and selectivity to DMA gas, ZnO-based thin films were fabricated at an argon and/or oxygen gas in using ZnO-based target co-doped with MgO, Pt, Ru, Al_2O_3, TiO_2, In_2O_3 and/or V_2O_5 powder. Also, to stabilize the resistance of the as-growen thin films, they were carried out by a annealing at 400 ∼ 800 ℃ for 30 ∼ 180 min in oxygen/argon and a aging at 300 ∼ 390 ℃ for 24∼96 hrs in oxygen/argon. To investigate and compare the effects of the sputtering gases and dopants which affect the variation in the sensitivity and electrical resistivity to TMA gas, the Hall effect measurement, AES and XRD analyses were carried out. The sensor thus obtained has been proven to respond well to DMA gas. We could summarize the results of our studies as follows. (1) The thin fabricated with a RF power of 100 ∼ 120 W and a pressure of 10 mTorr and sputtered in oxygen exhibited a good characteristics for DMA gas. (2) The ZnO-based thin film sensor sputtered at 250 ℃ inoxygen and doped with 4.0 wt.% Al_2O_3, 1.0 wt.% In_2O_3, and 0.2 wt.% V_2O_5 exhibited the highest majority carrier concentration, the lowest resistivity and a good transient response. (3) The ZnO-based thin film sensors annealed at 700 ℃ in oxygen for 60 min and at 330 ℃ in oxygen 72 hrs exhibited the maximum sensitivity at a substrate temperature of 250 ℃, respectively. (4) The sensor doped with ZnO-based thin film of Al_2O_3 (4 wt.%), In_2O_3 (1 wt. %), V_2O_5 (0.2 wt.%) exhibited the maximum sensitivity of about 218 to 160 ppm DMA gas at a working temperature 250 ℃ and a good selectivity for DMA gas. (5) The ZnO-MgO (3 wt.%) based thin film sensor sputtered at 250 ℃ in oxygen and aged at 330 ℃ in oxygen 72 hrs exhibited the maximum sensitivity of about 143 to 160 ppm DMA gas at a working temperature of 200 ℃. (6) The ZnO-Pt (1 wt.%) based thin film sensor sputtered at 250 ℃ in oxygen and annealed at 700 ℃ in oxygen 60 min exhibited the maximum sensitivity of about 76 to 160 ppm DMA gas at a working temperature of 150 ℃. (7) The ZnO-Pt (0.1 wt.%) based thin film sensor sputtered at 250 ℃ in oxygen and annealed at 700 ℃ in oxygen 60 min exhibited the maximum sensitivity of about 110 to 160 ppm DMA gas at a working temperature of 200 ℃.

單結晶 실리콘의 異方性腐蝕에 관한 연구

權泰夏 釜山水産大學校 1984 釜山水産大學 硏究報告 Vol.24 No.1

1. 실리콘의 type에 관계없이 (100)面의 부식률은 PEW계 부식액에서는 110℃에서 약1㎛/min, 100℃에서 약0.8㎛/min 이었고, PN PW계 부식액에서는 85℃에서 약1㎛/min, 5℃에서 약0.8㎛/min이었다. 그리고 HW계 부식액에서는 100℃에서 약0.8㎛/min, 90℃에서 약0.55㎛/min이었다. 2. (111)面의 부식률은 數値로 나타내기는 어려우나, EPW계 부식액에서 기장 크고, 다음 HW계 PNPW계 부식액 順이었다. 3. (100)面에서 <100>방향으로 부식되어 가는 速度는 EPW계 부식액에서 가장 크고, HW계 PNPW계 부식액 順이었다. 4. 부식된 표면상태는 EPW계 부식액에 의해 부식된 경우는 균일하였고 다음이 PNPW계 부식액으로 부식시킨 겨우이며, 가장 나쁜 것이 HW계 부식액으로 부식시킨 것이었다. 압력 감지를 위해서 diaphragm을 만들 경우 EPW계 부식액을 사용하는 것이 가장 좋다는 것을 알 수 있었다. Anisotropic etching characteristics of single crystal silicon were investigated for the tvarious etching solutions. The etch rate of {100} plane is 1㎛/min in ethylenediamine-pyrocatechol-water (EPW) solutions, 0.8㎛/min in hydrazinehydrate-water(HW) solutions, and 1㎛/min in potassiumhydroxide-normalpropanol-water(PNPW) etchants. The etch rate {111} plane and the etching velocity in the <100> direction on the silicon wafer surfaces are the largest and etched surface conditions are the best in EPW etchants.

생선의 신선도 측정을 위한 센서 개발

권태하 경북대학교 센서기술연구소 1994 연차보고서 Vol.1994 No.-

가스 센서는 감도가 높아야하고 동작온도가 낮아야 한다. 이러한 특성들을 향상시키기 위해서 ZnO를 기본물질로 하고, Al_2O_3, TiO_2 및 V_2O_5를 첨가한 target를 만들어서 RF magnetron sputter로 센서를 만들기 위한 ZnO 박막을 산화실리콘(3㎛) 기판위에 성장시켰다. 기판의 온도는 250℃로 유지시키고,10mTorr의 산소분위기에서 80W의 RF power로 성장시킨 ZnO박막을 이용해서 만든 센서가 제일 좋은 특성을 나타냈다. ZnO에 Al_2O_3를 4wt%, TiO를 1wt% 그리고 V_2O_5를 0.2wt% 첨가한 박막으로 만든 센서는 TMA 농도가 160ppm일때 300℃의 동작온도에서 350 정도의 최대감도를 나타냈다. 그러나 40ppm의 TMA 농도에서는 250℃의 동작온도에서 140 정도의 최대감도를 나타냈다. 박막의 조성물질과 성장조건에 의해 감도 및 동작온도가 변화되고 가스의 농도에 따라서도 동작온도가 변화되었다. The trimethylamine(TMA)-sensing characteristics of ZnO based thin film semiconductors, the sputtering conditions of the ZnO thin film, and the effects of additives for enhancing the sensitivity and the selectivity and for lowering the operating temperature of sensors have been investigated to develop a new type sensor for detecting fish freshness. Sputtering deposition was carried out on heated SiO_2(3㎛)/Si substrates of 250℃ at a pressure of about 10 mTorr in pure oxygen gas with a power of about 80W. The sensor with the ZnO thin film of Al_2O_3(4wt%), TiO_2(1wt%), and V_2O_5(0.2wt%) showed maximum sensitivity of 350 at working temperature of 300℃ and at 160ppm of TMA gas concentration. But its maximum sensitivity of 140 on the TMA gas concentration of 40ppm exhibited at operating temperature of 250℃. The composition rates and growing conditions of the ZnO thin films affected the characteristics of sensors for detecting freshness of sea foods.