Ky 및 CZ 방법을 사용한 사파이어 단결정 성장공정의 수치해석

신호용,임지현,임종인,Shin, Ho-Yong,Im, Ji-Hyun,Im, Jong-In 한국결정성장학회 2013 韓國結晶成長學會誌 Vol.23 No.2

LED용 기판용 고품질의 사파이어 단결정을 성장시키기 위하여 Kyropoulos(Ky) 및 Czochralski(CZ) 성장공정이 많이 적용되고 있고, 성장공정 중 열 및 물질 전달현상의 제어가 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 저항 가열방식의 Ky방법 및 유도 가열방식의 CZ 방법을 사용한 사파이어 단결정 성장방법을 FEM을 사용하여 수치적으로 분석하였다. Ky법의 수치분석의 결과, 결정성장이 진행됨에 따라 결정의 고-액 계면은 오목한 형상에서 편평한 형상으로 변화됨을 확인하였다. CZ 방법의 경우, RPM이 증가함에 따라 최 고온부의 위치가 도가니의 표면에서 융액의 내부로 이동하고, 고-액 계면도보다 편평한 형태로 변화된다. 그리고 성장된 결정의 고액-계면은성장 초기에 형성된 shoulder의 모양에 영향을 받는 것으로 분석되었다. Sapphire crystals are used in a substrate of the LED devices. Both Kyropoulos (Ky) and Czochralski (CZ) growth process are widely applied techniques for growing high quality sapphire single crystal. A successful growth of the sapphire crystals requires the control of heat and mass transport phenomena. In this study, the growth processes of the sapphire crystal using the resistivity-heated Ky method and the inductively-heated CZ method have been analyzed numerically using finite element method. Based on the simulation results, the melt-crystal interface of the crystal changed from the concave to the flat shape as the Ky process progressed. In case of the CZ method, the high temperature positions moved from the crucible surface to inside the melt and the interface changed to the flat shape when the RPM was increased. Also the interface shape of the grown crystal has been influenced by the formed shoulder shape at the initial stage.

PIM을 이용한 PZT 프리폼의 제조에 대한 연구

신호용,김종호,장종수,임종인,Shin, Ho-Yong,Kim, Jong-Ho,Jang, Jong-Soo,Im, Jong-In 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.8

본 논문에서는 분말사출성형공정 (PIM)을 이용하여 1-3형 압전복합체용 PZT 프리폼 (preform)의 제조에 대한 연구를 수행하였다. PZT 분말을 이용해 제조한 피드스탁 (feedstock)의 점도 및 PVT 특성을 측정하였다. 또한 상용 프로그램인 3D-Timon 프로그램을 이용하여 PIM 제조공정 중 사출 성형체의 충진패턴 온도, 압력분포 및 성형 결함 등을 분석하고, 금형 시스템 및 제조공정을 최적화하였다. 최적화된 PIM 제조공정 조건을 사용하여 PZT rod가 균일하게 분포된 1-3형 압전복합체용 PZT 프리폼을 제조할 수 있었다. In this paper, a fabrication process for PZT preform of 1-3 type piezo-composite were studied using powder injection molding (PIM). The viscosity and the Pressure-Volume-Temperature (PVT) characteristics of the fabricated PZT feedstock were analyzed. The filling patterns, pressure, temperature distributions, and forming defects of the preform were analyzed with 3D TIMON commercial packages during PIM process. Also the fabrication conditions and the delivery system of the preform were optimized during the entire PIM process. Based on the simulated results, the preform having uniform distributions of the PZT rod was fabricated with the PIM process.

300 mm 길이의 사파이어 단결정 대한 CZ 성장공정의 수치해석: Part II. Subgrain 결함이 없는 단결정 성장 길이의 예측

신호용,홍수민,윤종원,정대용,임종인,Shin, Ho Yong,Hong, Su Min,Yoon, Jong Won,Jeong, Dae Yong,Im, Jong In 한국결정성장학회 2013 한국결정성장학회지 Vol.23 No.6

본 논문에서는 CZ법으로 성장시킨 300 mm 사파이어 단결정의 c-축 변형 특성 및 내부 응력 상태를 수치해석하고, 사파이어 단결정에서 sub-grain 결함이 없는 성장 길이를 예측하였다. CZ 성장로의 hot zone 구조는 Ir 도가니 형상 및 상부 단열재 추가 설치 등으로 변경하였다. 본 연구의 시뮬레이션 결과, hot zone 구조 변경에 의한 c-축 변형 차이는 결정 내부에 sub-grain 결함 등이 내부에 생성되어 발생한다. Hot zone 구조 변경에 의해 sub-grain 결함이 없는 성장 길이를 기존 보다 최대 약 57 mm 정도 증가시킬 수 있을 것으로 예측되었다. 그리고 c-축 wafer에 대한 sub-grain 결함을 실험적으로 분석하고, 시뮬레이션 예측 결과와 잘 일치하고 있는 것을 확인하였다. 그 결과, CZ 공정을 이용해 약 250 mm까지 sub-grain 결함이 없는 사파이어 결정을 성공적으로 성장시킬 수 있었다. In this study, a c-axis displacement and an internal stress of the sapphire crystal of 300 mm length have been analyzed numerically and the crystal length having no sub-grain defects have been predicted. The hot zone structures were modified with the crucible geometry change and the additional insulation layer installed above the crucible. The simulation results show that the c-axis displacement difference between the original hot zone and others originated from the sub-grain defect formations in the sapphire ingot. When the crystal grown by CZ (Czochralski) grower using the modified hot zone, the crystal length having no sub-grain defects was increased about 57 mm maximum than the original one. When the simulation results compared with the experimental one, the predicted crystal length having no sub-grain defects were well corresponded with the experiment one in c-axis wafer of the 300 mm sapphire ingot. Therefore the sapphire crystal of 250 mm length having no sub-grain defects was successfully grown by CZ process.

CIM을 이용한 PZT 프리폼의 제조공정에 대한 유한요소해석

신호용,김종호,장종수,백승민,임종인,Shin, Ho-Yong,Kim, Jong-Ho,Jang, Jong-Soo,Baek, Seung-Min,Im, Jong-In 한국세라믹학회 2009 한국세라믹학회지 Vol.46 No.6

This paper described finite element analysis (FEA) for fabrication processes of PZT perform using ceramic injection molding (CIM). The viscosity and the PVT characteristics of the manufactured PZT feedstock were measured. The filling patterns, pressure and temperature distributions of the preform were analyzed with TIMON 3D packages during CIM process. The geometrical variables such as gate type, location, and base thickness of the preform were considered. Also the fabrication conditions of the preform were optimized during the entire CIM process. Based on the simulated results, the various good perform was easily fabricated with the CIM process.

ALS 저해 제초제에 대한 감수성이 다른 Scirpus juncoides 수집종의 단백질체 비교 분석

김재호(Jae Ho Kim),신호용(Ho Yong Shin),박기웅(Kee Woong Park),이증주(Jeung Joo Lee) 한국잡초학회 2022 한국잡초학회 별책(학술대회 초록집) Vol.42 No.2

SiC 세라믹스 탄성률의 온도 의존성

임종인,박병우,신호용,김종호,Im, Jong-In,Park, Byoung-Woo,Shin, Ho-Yong,Kim, Jong-Ho 한국세라믹학회 2010 한국세라믹학회지 Vol.47 No.6

In this paper, we employed the classical molecular dynamics simulations using Tersoff's potential to calculate the elastic constants of the silicon carbide (SiC) crystal at high temperature. The elastic constants of the SiC crystal were calculated based on the stress-strain characteristics, which were drawn by the simulation using LAMMPS software. At the same time, the elastic constants of the SiC ceramics were measured at different temperatures by impulse excitation testing (IET) method. Based on the simulated stress-strain results, the SiC crystal showed the elastic deformation characteristics at the low temperature region, while a slight plastic deformation behavior was observed at high strain over $1,000^{\circ}C$ temperature. The elastic constants of the SiC crystal were changed from about 475 GPa to 425 GPa by increasing the temperature from RT to $1,250^{\circ}C$. When compared to the experimental values of the SiC ceramics, the simulation results, which are unable to obtain by experiments, are found to be very useful to predict the stress-strain behaviors and the elastic constant of the ceramics at high temperature.

유한요소법을 이용한 압축밀봉가스켓 적용 고체산화물 연료전지 스택 설계

이상훈(Sanghun Lee),장영훈(Young-hoon Jang),신호용(Ho Yong Shin),배중면(Joongmyeon Bae) 대한기계학회 2017 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2017 No.11

임분 조건이 다른 환경에서 하층식생으로 생육하는 까치박달 (Carpinus cordata) 유목의 양분 이용 특성

권보람 ( Bo Ram Kwon ),허남준 ( Nam Jun Heo ),신호용 ( Ho Yong Shin ),김현석 ( Hyun Seok Kim ),박필선 ( Pil Sun Park ),이명종 ( Myong Jong Yi ) 한국농림기상학회 2014 한국농림기상학회지 Vol.16 No.3

경기도 광릉의 국립수목원 내의 토양과 빛 환경이 서로 다른 낙엽활엽수림과 전나무림에서 하층식생으로 생육하는 까치박달의 자원의 획득과 이용 및 분배를 이해하기 위하여, 잎의 질소와 인 농도의 계절 변화와 재전류, 엽록소와 LMA를 조사하였다. 엽면적 지수가 상대적으로 낮은 낙엽활엽수림은 유입되는 광량이 많았고, 전반적인 토양 양분의 수준이 양호하였으나, 유효인산의 농도는 전나무림의 1/3 수준으로 현저히 낮았다. 이로 인해, 낙엽활엽수림에서 생육하는 까치박달의 경우, 잎의 인 농도가 전나무림의 까치박달 보다 연중 낮았고, 재전류율은 상대적으로 높게 나타났다. 토양 내 질소 농도는 상대적으로 낙엽활엽 수림에서 높았으나, 계절별 잎의 질소농도와 질소의 재전류율은 임분간의 유의적 차이는 없었다. 빛의 유입이 적은 전나무림에서는 까치박달의 LMA와 엽면 적당 질소 분배가 상대적으로 낮았으며, 또한 엽록소 a/b율은 낮고, 총 엽록소 함량은 높여 질소에 대한 엽록소의 비율이 높았다. 이러한 결과는 임분 조건이 서로 다른 낙엽활엽수림과 전나무림에서 생육하는 까치박달이 주어진 토양과 빛 환경에 순응하여 양분의 동태와 분배의 전략적 차이를 달리하여 생육하고 있음을 시사한다. This study aimed to understand the nutrient absorption, usage and allocation of Carpinus cordata in different soil and light environments. Seasonal changes of foliar nitrogen, phosphorous, chlorophyll contents, leaf mass per area (LMA) and nutrient retranslocation rates were investigated for C. cordata saplings growing in a natural deciduous broadleaved forest and an Manchurian fir (Abies holophylla) plantation in Gwangneung, Kyunggido. The deciduous forest had lower leaf area, higher light penetration, and better soil fertility than the Manchurian fir forest. However, available soil phosphorous content in the deciduous forest was only one third of that in the Manchurian fir forest, which caused lower foliar phosphorous content and higher P retranslocation rate of C. cordata in the deciduous forest than that in the Mancurian fir forest. Soil nitrogen contents in the deciduous forest were higher than that in the Manchurian fir forest, however, no differences in foliar nitrogen content and retranslocation rate in C. cordata between the two stands were found. C. cordata in the Manchurian fir forest with high LAI throughout a year, had lower LMA, foliar nitrogen content and chlorophyll a/b, while had higher total chlorophyll content and chlorophyll/N than that in the deciduous forest. These results implied C. cordata under different environments are using different strategies for nutrient use and allocations.

전나무림과 낙엽수림에서 생육하는 까치박달 유목의 잎 양분(질소와 인)의 동태와 양분이용효율

이명종 ( Myong Jong Yi ),권보람 ( Bo Ram Kwon ),허남준 ( Nam Jun Heo ),신호용 ( Ho Yong Shin ) 한국임학회 2014 산림과학 공동학술대회 논문집 Vol.2014 No.-

광릉 국립수목원의 토양의 화학성과 생육기간이 다른 두 임분 (전나무림과 낙엽수림) 에서 하층식생으로 생육하는 까치박달 유목의 잎 양분 (질소와 인)의 계절변화와 양분이용효율을 조사하였다. 두 임분 모두 까치박달 잎의 질소와 인 농도의 계절변화는 유사한 패턴을 보였다. 잎의 질소와 인의 농도는 생육초기에 높았는데, 그 후 감소하여 6월 중순부터 10월 까지는 큰 변화가 없이 일정수준을 유지하였으며, 낙엽기에 최저 수준을 보였다. 잎 질소의 계절변화는 두 임분 간에 차이가 없었으나, 인은 전 생육기간 동안 낙엽수림보다 전나무림에서 유의적으로 높았다 (p<0.05). 질소와 인의 재전류율은 전나무림과 낙엽수림에서 각각 31%과 29% 로 임분 간 차이가 없었으나, 인은 전나 무림(48%)보다 낙엽수림(52%)에서 높았다. 양분이용효율 역시 질소는 두 임분 간에 차이가 없었으나 (전무림: 0.65, 낙엽수림 0.62), 인은 낙엽수림(9.7) 이 전나무림(6.8)에 비해 높았다. 표토의 pH는 두 임분 간에 큰 차이가 없었다. 전나무림과 낙엽수림의 표토의 질소 농도는 각각 0.26%와 0.32%로 차이가 없었으나, 유효태 인의 농도는 활엽수림(3 mg/kg)이 전나무림(19 mg/kg) 보다 유의적으로 낮았다. 이와 같은 결과는 전나무림에 비해 비옥도(유효태 인)가 낮은 낙엽수림 내의 까치박달은 비교적 높은 인의 이용효율을 유지하며 생육하고 있음을 사사한다. We investigated seasonal variation of nitrogen (N) and phosphorous (P) concentrations in foliage, and nutrient use efficiency (NUE) of Carpinus cordata saplings growing in two different stands (needle fir stand and deciduous stand) as an understory vegetation in Korea National Arboretum. These stands were different in their soil chemical properties and growing seasons of overstory vegetation. The seasonal variations of foliar N and P concentrations of C. cordata were similar in two stands. The foliar N and P concentrations were highest at the beginning of growing season and decreased until mid-June. These concentrations were constant from mid-June to October and lowest at the end of growing season. There were no significant differences in foliar N concentration between two stands, however, foliar P concentration was significantly higher in needle fir stand through the growing season (p<0.05). Retranslocation rates of N were 31% and 29% in needle fir and broadleaf stands, respectively, showing no significant differences between them. However, retranslocation rate of P was significantly higher in broadleaf stand (52%) than in needle fir stand (48%, p<0.05). Similarly, NUEs for N were not significantly different between two stands (0.65 for needle fir stand and 0.62 for deciduous stand), while NUE for P was higher in broadleaf stand (9.7) than in needle fir stand (6.8). The difference of topsoil pH between two stands was not significant. The concentrations of total N of topsoil were 0.26% and 0.32% in needle fir and broadleaf stands, respectively, showing no significant differences between them. However the concentration of available P of topsoil was significantly lower in deciduous stand (3 mg/kg) than in needle fir stand (19 mg/kg). These results suggested that C. cordata growing in relatively infertile broadleaf stand tended to increase NUE for P compared to the C. cordata growing in needle fir stand.

광릉수목원과 태화산 학술림의 침엽수림과 활엽수림의 토양호흡

허남준 ( Nam Jun Heo ),이명종 ( Myong Jong Yi ),권보람 ( Bo Ram Kwon ),신호용 ( Ho Yong Shin ) 한국임학회 2014 산림과학 공동학술대회 논문집 Vol.2014 No.-

광릉수목원의 활엽수림(GD)과 전나무림(GC) 및 서울대 태화산 학술림의 활엽수림(TD)과 잣나무림(TC)에서 트렌칭법을 적용하여 뿌리호흡과 미생물 호흡에 의한 토양호흡을 2013년 5월부터 2013년 12월까지 2주에 1회씩 측정했다. 측정기간 중 각 대조구와 처리구의 최대와 최소 호흡속도는 각각 8월과 12월에 나타났으며, 대조구와 처리구 간의 차이(%)는 하절기(8월) 보다 동절기 (12월)에 컸다. 트렌칭 후 안정화기간을 두고 8월부터 측정한 뿌리호흡비율(%)은 모든 조사지에서 온도가 제일 높은 8월보다는 10월에 가장 높았고 12월에 가장 낮았다. 총 토양호흡 중 뿌리호흡 비율(%)은 GD가 18, GC가 19, TD가 10 및 TC가 16 으로 태화산 조사지가 광릉 조사지 보다 높았으며, 광릉 지역에서는 임분간 차이가 없으나 태화산 지역에서는 활엽수림보다 잣나무림 에서 높았다. 대조구의 평균토양호흡속도 (mg CO2/m2/hr)는 GD, GC, TD 및 TC에서 각각 485, 469, 467 및 505이며, Q10 값은 각각 3.2, 3.4, 3.7 및 3.6 이었다. Q10 값은 모든 조사지에서 대조구보다 처리구에서 높았다. 향후 이들 결과에 미치는 토양의 이화학성(수분, pH와 양분 등), 미생물의 활성도, 낙엽분해 및 식생의 생물계절 등과 입지환경의 영향을 파악할 필요가 있다. Autotrophic (AR) and heterotrophic respirations (HR) of the soil in deciduous stand (GD) and needle fir stand (GC) at Gwangneung Arboretum Forest, and deciduous stand (TD) and Korean pine stand (TC) at Taehwa Research Forest were estimated by trenching method. The measurements were carried out every 2 weeks from May to December 2013. It was assumed that the soil disturbed by trenching was restored from the beginning of August. The respiration rate was highest in August and lowest in December, respectively, in both control and treated plots. Difference (%) in respiration rate between control and trenched plots was higher in December than in August. The ratio of AR to soil respiration (SR) (%) was highest in October rather than in August, of which air temperature was highest, and lowest in December. The AR/SR at the Gwangneung Arboretum Forest were higher (GD: 18%, GC: 19%) than at the Taehwa Research Forest (TD: 10%, TC: 16%). There was no difference in AR/SR between GD and GC, while TC was significantly higher than TD in its AR/SR. Mean soil respiration rates (mg CO2/m2/hr) in GD, GC, TD, and TC were 485, 469, 467, and 505, respectively. Q10 in GD, GC, TD, and TC were 3.2, 3.4, 3.7, and 3.6, and they were all higher in trenched plots than in control plots. Additional researches of environmental conditions, such as physicochemical properties of soil (water content, acidity, nutrient availability, and etc.), microbial activity and litter decomposition, are required to assess the causes for these variations in soil respiration.