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          강한 펄스자기장 자극에 의한 적혈구 연전현상의 활동성 조사

          황도근(Do Guwn Hwang) 한국자기학회 2017 韓國磁氣學會誌 Vol.27 No.3

          펄스자기장을 인체에 자극했을 때 몸 안에 있는 이온성 전해물질에 의해 유도전류가 발생하며, 최근에는 이를 활용하여 자기장 치료기술이 새롭게 연구 개발되고 있다. 본 연구에서는 강한 펄스자기장을 자극했을 때, 여러 층으로 응집되어 붙어있는 적혈구 연전형성의 변화를 동역학적으로 조사 분석하였다. 적혈구의 연전형성은 여러 가지 원인에 의해 발생하는데 물리학적으로 보면 적혈구 중심에 있는 Fe<SUP>+3</SUP> 이온에 의한 전기장 발생과 혈액 내에 녹아있는 음이온의 상호작용이 원인으로 고려된다. 본 연구에서 사용된 펄스자기장의 세기와 시간은 0.27 Tesla, 0.102 msec이고 펄스 반복시간은 1초이다. 인체에 가한 펄스자기장의 자극시간은 5분에서 10분, 15분, 20분까지 증가시켰고, 이에 따라 적혈구의 연전상태 변화를 동영상으로 조사하였다. 펄스자기장을 10분 동안 가했을 때 적혈구의 연전상태는 매우 호전되어 대체로 개별로 분리되었으며 slide glass 위에서 이동속도 역시 가장 활발하게 움직여서 8 × 10<SUP>−4</SUP> m/sec로 증가하였다. 그러나 20분까지 자기장 자극을 증가시키면 오히려 적혈구의 연전상태가 증가하고 활동성이 떨어지는 것을 확인하였다. 이에 대한 해석은 좀 더 체계적인 연구와 분석이 필요해 보인다. It is widely known that pulsed magnetic field (PMF) is very useful tool to manipulate chemical and physiological processes in human body. The purpose of our study is to observe dynamics of rouleaux patterns of red blood cells (RBC) under PMF. The aggregation of RBCs or rouleaux formation is caused by fibrinogen in blood plasma. The maximum magnetic field intensity is 0.27 T and pulse time of 0.102 msec and pulse repetition rate was 1 ㎐. PMF stimulus was applied to the palm of left hand for 5, 10, 15 and 20 min. Live blood analysis was used in vitro in order to quantitatively estimate the velocity of RBC exposed to PMF stimulus. The velocity of stacked-RBC of 10 minute PMF stimulus was increased up to 8 × 10<SUP>−4</SUP>m/sec, but it decreased rapidly as the time passed. The results of present study have adduced that PMF stimulus on hand provide the improvement of RBC rouleaux formation, increase of RBC's moving velocity as well as low blood viscosity.

        • KCI등재

          펄스자기장 자극에 의한 손의 적혈구 형태학적 변화

          황도근(Do Guwn Hwang) 한국자기학회 2014 韓國磁氣學會誌 Vol.24 No.1

          최대 0.27 T 세기와 0.102 ms 펄스시간을 가지는 자기장 자극시스템을 이용하여 손에 인가한 후에 생혈액 분석을 통해 말초혈관에 흐르는 적혈구의 형태학적 변화를 조사하였다. 펄스자기장 자극 전 피실험자의 적혈구는 10여개 이상씩 서로 붙어있는 연전형성(連錢形成, rouleau formation)이 일어나서 적혈구의 움직임이 느려졌으나, 손에 10분간 자기장 인가한 후에 연전형성이 되었던 적혈구가 대부분 떨어져서 독립적인 움직임을 보이면서 운동이 활발해졌다. 또한 왼쪽 손에 펄스자기장을 10분 자극한 후에 자극받지 않은 오른쪽 손에서 채혈했을 때에도 연전현상이 똑같이 개선되었다. 이는 혈류흐름에 의해 체내에 모든 적혈구의 연전현상이 개선된 것으로 판단할 수 있다. The change of rouleau formation of red blood cells in the hand stimulated by pulse magnetic field having a maximum intensity of 0.27 Tesla and pulse duration of 0.102 msec was investigated. Before pulse magnetic field stimulus, the red blood cells of test subject were adjoined over ten and the flow of cells was slowed. However after the stimulus in the hand during 10 minutes, the red blood cells adjoined over tens was spreaded out each other and its motion was fast. Also the red blood cells of left hand unstimulated by pulse magnetic field were spreaded out each other, even though the right hand was stimulated during 10 minute. It prove that the rouleau formation of red blood cells can be improve in the whole body in spite of stimulus in the hand because the blood is flowing a whole body.

        • KCI등재

          비정질 n형 Si 박막을 이용한 자기터널링 트랜지스터 제작과 특성

          이상석,이진용,황도근,Lee,,Sang-Suk,Lee,,Jin-Yong,Hwang,,Do-Guwn 한국전기전자재료학회 2005 전기전자재료학회논문지 Vol.18 No.3

          Magnetic tunneling transistor (MTT) device using the amorphous n-type Si semiconductor film for base and collector consisting of the [CoFe/NiFe](free layer) and Si(top layer) multilayers was used to study the spin-dependent hot electron magnetocurrent (MC) and tunneling magnetoresistance (TMR) at room temperature. A large MC of 40.2 % was observed at the emitter-base bias voltage ( $V_{EB}$ ) of 0.62 V. The increasing emitter hot current and transfer ratio ( $I_{C}$/ $I_{E}$) as $V_{EB}$ are mainly due to a rapid increase of the number of conduction band states in the Si collector. However, above the $V_{EB}$ of 0.62 V, the rapid decrease of MC was observed in amorphous Si-based MTT because of hot electron spin-dependent elastic scattering across CoFe/Si interfaces.

        • KCI등재

          자성박막 소자 에칭용 전자 사이클로트론 공명 이온밀링 시스템 제작과 특성연구

          이원형(Won-Hyung Lee), 황도근(Do-Guwn Hwang), 이상석(Sang-Suk Lee), 이장로(Jang-Roh Rhee) 한국자기학회 2015 韓國磁氣學會誌 Vol.25 No.5

          자성박막의 미세패턴 소자 제작을 위해 전자 사이크로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) Ar 이온밀링 시스템을 제작하였다. 소자 식각에 적용한 ECR 이온밀링 시스템에서 주파수 2.45 GHz 파장 12.24 cm의 마이크로파 소스인 마그네트론은 전력 600W에 의해 가동되어 파장의 정수배에 맞추어 만든 도파관을 통하여 전달되도록 설계하였다. 마이크로파 주파수와 공명시키기 위해 전자석으로 908 G의 자기장을 인가하였고, 알곤 개스를 cavity에 유입시켜서 방전된 이온들은 그리드 사이에 인가한 약 1000 V의 가속전압에 의한 에너지를 갖고 표면을 밀링한다. 이것을 이용하여 다층구조 GMR-SV(giant magnetoresistance-spin valve) 자성박막에 광 리소그래피, 이온밀링 및 전극제작 공정과정을 마치고 폭이 1 μm에서 9 μm까지의 소자들을 제작하여 광학현미경으로 소자 크기를 관찰하였다. The ECR (Electron Cyclotron Resonance) Ar ion milling was manufactured to fabricate the device of thin film. The ECR ion milling system applied to the device etching operated by a power of 600W, a frequency of 2.45 GHz, and a wavelength of 12.24 cm and transferred by a designed waveguide. In order to match one resonant frequency, a magnetic field of 908 G was applied to a cavity inside of ECR. The Ar gas intruded into a cavity and created the discharged ion beam. The surface of target material was etched by the ion beam having an acceleration voltage of 1000 V. The formed devices with a width of 1 μm~9 μm on the GMR-SV (Giant magnetoresistance-spin valve) multilayer after three major processes such as photo lithography, ion milling, and electrode fabrication were observed by the optical microscope.

        • KCI등재

          NiFe/FeMn 이중박막의 증착시 자기장에 의한 교환결합력 이방성 효과

          박영석(Young-Seok Park), 황도근(Do-Guwn Hwang), 이상석(Sang-Suk Lee) 한국자기학회 2008 韓國磁氣學會誌 Vol.18 No.5

          이온빔 증착법으로 제작한 코닝유리(Corning glass)/Ta(5 ㎚)/NiFe(7 ㎚)/FeMn(25 ㎚)/Ta(5 ㎚) 다층박막 구조에서 반강자성체 FeMn층 증착시 인가한 일축 이방성 자기장 방향에 따른 강자성체 NiFe층의 자화 스핀배열 의존성을 조사하였다. NiFe층과 FeMn 층 증착시 인가한 자기장 방향을 달리한 각도는 각각 0°, 45°, 90°였다. 용이축 MR(magnetoresistaice) 곡선으로부터 얻은 교환결합세기(Hex)는 증착 자기장 각도가 45°일 때 40 Oe로, 90°일 때는 거의 0 Oe로 감소하였다. 반면에 곤란축 MR 곡선으로부터 얻은 Hex 값은 증착 자기장 각도가 45°일 때 35 Oe로, 90°일 때는 79 Oe로 증가하였다. 강자성체 층의 용이축과 반강자성체 층의 일축 이방성 방향이 90° 차이가 나는 계면에서도 FeMn층이 NiFe층의 자기모멘트 스핀방향을 회전시켜 교환결합 이방성 효과가 발생함을 알 수 있었다. The relation of ferromagnet anisotropic magnetization and the antiferromagnet atomic spin configuration has been investigated for variously angles of unidirectional deposition magnetic field of FeMn layer in Corning glas/Ta(5 ㎚)/NiFe(7 ㎚)/FeMn(25 ㎚)/Ta(5 ㎚) multilayer prepared by ion beam deposition. Three unidirectional deposition angles of FeMn layer are 0°, 45°, and 90°, respectively. The exchange bias field (Hex) obtained from the measuring easy axis MR loop was decreased to 40 Oe in deposition angle of 45°, and to 0 Oe in the angle of 90°. One other side hand, Hex obtained from the measuring hard axis MR loop was increased to 35 Oe in deposition angle of 45°, and to 79 Oe in the angle of 90°. Although the difference of uniderectional axis between ferromagnet NiFe and antiferromagnet FeMn was 90°, the strong antiferromagnetic dipole moment of FeMn caused to rotate the weak ferromagnetic dipole moment of NiFe in the interface. This result implies that one of origins for exchange coupling mechanism depends on the effect of magnetic field angle during deposition of antiferromgnet FeMn layer.

        • KCI등재

          퍼멀로이와 코네틱 박막의 연자성 특성 비교

          최종구(Jong-Gu Choi), 황도근(Do-Guwn Hwang), 이상석(Sang-Suk Lee), 이장로(Jang-Roh Rhee) 한국자기학회 2009 韓國磁氣學會誌 Vol.19 No.4

          이온빔 증착법으로 제작한 코닝유리(Corning glass)/Ta(5 ㎚)/(Permalloy, Conetic)/Ta(5 ㎚) 박막에 대한 연자성의 특성에 대해 연구하였다. 퍼멀로이(Permalloy; NiFe)층과 코네틱(Conetic; NiFeCuMo)층을 증착하여 인가 자기장 방향에 용이축과 곤란축의 자기저항곡선으로부터 얻은 보자력과 포화자기장에 대해 각각 비교하였다. 두께가 10~15 ㎚인 코네틱 박막의 표면저항값은 퍼멀로이 박막보다 2배 정도 높았으나 보자력과 포화자기장은 1/3배 정도 낮았으며, 자화율은 2~3배 정도 높은 초연자성의 특성을 가졌다. 퍼멀로이 박막보다 연자성의 특성이 높은 코네틱 박막을 이용한 스핀밸브나 터널접합의 소자를 개발할 수 있는 가능성을 확인하였다. The soft magnetic property for the Corning glass/Ta(5 ㎚)/[Conetic, Permalloy)/Ta(3 ㎚) prepared by the ion beam deposition sputtering was investigated. The coercivity and saturation magnetic field of conetic (NiFeCuMo) and permalloy (NiFe) layer with easy and hard direction along to the applying magnetic field during deposition was compared with each other. The surface resistance of conetic film with a thickness of 10 ㎚ was 2 times lower than one of permalloy film. The coercivity and the magnetic susceptibility of conetic film decreased and increased 3 times to one of permalloy film, respectively. These results suggest that a highly sensitive GMRSV or MTJ using conetic film can be possible to develop the bio-device.

        • KCI등재

          Si₃N₄ 장벽층을 이용한 경사형 모서리 접합의 터널링 자기저항 특성

          김영일(Young-Il Kim), 황도근(Do-Guwn Hwang), 이상석(Sang-Suk Lee) 한국자기학회 2002 韓國磁氣學會誌 Vol.12 No.6

          경사형 모서리접합을 이용한 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance; TMR) 특성을 연구하였다. 박막 증착과 식각은 스퍼터링과 사이크로트론 전자공명 (electron cyclotron resonance; ECR) 장치를 각각 사용하였다. Si₃N₄ 장벽층을 이용한 접합의 다층구조는 NiO(60)/Co(10)/NiO(60)/Si₃N₄(2-6)/NiFe(10) (㎚)이었다. 상하부 반강자성체 NiO에 삽입된 wedged 형태의 고정층 Co와 장벽층 Si₃N₄위에 경사진 비대칭 구조에서 자유층 NiFe 간의 접합에서 일어나는 특이한 스핀의존 터널링 현상이 관찰되었다. 외부자장이 0 Oe일 때와 접합경계선에 수직방향으로 90 Oe일 때 측정한 접합소자의 전류-전압특성 곡선이 현저하게 구별되어 나타났다. TMR의 인가 전압의존성은 ±10 V일 때도 약 -10%을 유지하는 매우 안정된 자기저항 특성을 보여주었다. The tunneling magnetoresistance (TMR) of a ramp-edge type junction has been studied. The samples with a structure of NiO(60)/ Co(10)/NiO(60)/Si₃N₄(2-6)/NiFe(10) (㎚) were prepared by the sputtering and etched by the electron cyclotron (ECR) argon ion milling. Nonlinear I-V characteristics was obtained from a ramp-type tunneling junctions having the dominant difference between zero and +90 Oe perpendicular to the junction edge line. The voltage dependence of TMR was stable up to a bias volt of ±10 V with a TMR ratio of about -10%, which may be very peculiar magnetic tunneling properties with asymmetric tunneling process between wedge Co pinned layer and NiFe free layer.

        • KCI등재

          버퍼층 Ta에 의존하는 코네틱 박막의 연자성 자기저항 특성

          최종구(Jong-Gu Choi), 황도근(Do-Guwn Hwang), 이상석(Sang-Suk Lee), 최진협(Jin-Hyub Choi), 이기암(Ky-Am Lee), 이장로(Jang-Rho Rhee) 한국자기학회 2009 韓國磁氣學會誌 Vol.19 No.6

          코닝유리(Corning glass) 기판 위에 이온빔 증착법으로 제작한 버퍼(Ta)/코네틱(Conetic; NiFeCuMo) 박막에 대해 버퍼층에 의존하는 결정성장과 열처리 효과를 조사하였다. 또한 코네틱층을 증착할 때에 인가한 자기장 방향으로 용이축과 곤란축의 자기저항 곡선으로부터 얻은 보자력과 포화자기장값을 버퍼층 유무에 따라 서로 비교하였다. Ta 박막의 두께가 5 ㎚이고 코네틱 박막의 두께가 50 ㎚일 때에 보자력은 0.12 Oe으로 작았으며, MH 히스테리시스 곡선에서 얻은 자화율(χ)은 1.2 × 10⁴으로 우수한 연자성의 특성을 가졌다. 저자기장에 민감한 거대자기저항 스핀밸브(GMR-SV; giant magneoresistance-spin valve)나 자기터널링접합(MTJ; megnetic tunnel junction) 박막구조에서 자유층으로 연자성의 특성이 우수한 코네틱 박막을 사용할 수 있는 가능성을 확인하였다. The property of soft magnetism for the Corning glass/non-buffer or buffer Ta/Conetic(NiFeCuMo)/Ta prepared by the ion beam deposition sputtering was studied. The effect of crystal property and post annealing treatment depending on the thickness of Conetic thin films was investigated. The coercivities of Conetic thin films with easy and hard direction along to the applying magnetic field during deposition were compared with each other. The coercivity and magnetic susceptibility of Ta(5 ㎚)/Conetic(50 ㎚) thin film were 0.12 Oe and 1.2 × 10⁴, respectively. From these results, firstly, the Conetic thin film was more soft magnetism thin film than other one such as permalloy NiFe. Secondly, the usage of soft magnetism Conetic thin film for GMR-SV (giant magneoresistance-spin valve) or MTJ (Megnetic Tunnel Junction) structure in a low magnetic field can be possible.

        • KCI등재

          GMR-SV 박막내 미크론 크기의 홀 형성을 이용한 교환결합세기와 보자력 특성연구

          벌러르마(Munkhbat Bolormaa), 카지드마(Purevdorj Khajidmaa), 황도근(Do-Guwn Hwang), 이상석(Sang-Suk Lee), 이원형(Won-Hyung Lee), 이장로(Jang-Roh Rhee) 한국자기학회 2015 韓國磁氣學會誌 Vol.25 No.4

          고감도 바이오센서용 거대자기저항-스핀밸브(Giant magnetoresistance-spin valve; GMR-SV) 박막소자의 미세패턴 공정으로 인한 교환결합력과 보자력 약화 문제를 해결하고자 전자사이크로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance) Ar-이온 밀링을 이용하여 GMR-SV 박막에 지름 35 μm인 원형 모양의 홀(Hole)을 패턴닝 하였다. GMR-SV를 4-단자법으로 측정한 자기저항 곡선으로부터 홀 개수가 많아질수록 자기저항비와 자장감응도는 홀이 없을 때 측정된 초기값과 같은 값을 유지하였고, 교환결합세기와 보자력은 120 Oe에서 190 Oe, 10 Oe에서 41 Oe로 크게 향상되었다. 이러한 현상은 GMR-SV 박막내의 자화용이축과 같은 방향을 띄고 센싱 전류의 방향과 수직인 공간에 위치하는 용이 자구영역(Easy magnetic domain; EMD)의 역할에 기인하는 결과를 보여주었다. GMR-SV 바이오 소자 제작시 폭을 넓게 하고 소자내부에 홀의 개수를 증가시켜 발생하는 EMD 효과가 자기저항특성을 향상시킬 수 있었다. The holes with a diameter of 35 μm inside the GMR-SV (giant magnetoresistance-spin valve) film were patterned by using the photolithography process and ECR (electron cyclotron resonance) Ar-ion milling. From the magnetoresistance curves of the GMR-SV film with holes measuring by 4-electrode method, the MR (magnetoresistance ratio) and MS (magnetic sensitivity) are almost same as the values of initial states. On other side hand, the Hex (exchange bias coupling field) and Hc (coercivity) dominantly increased from 120 Oe and 10 Oe to 190 Oe and 41 Oe as increment of the number of holes inside GMR-SV film respectively. These results were shown to be attributed to major effect of EMD (easy magnetic domian) having a region positioned between two holes perpendicular to the sensing current. On the basis of this study, the fabrication of GMR-SV applying to the hole formation improved the magnetoresistance properties having the thermal stability and durability of bio-device.

        • KCI등재

          스핀밸브 바이오 센서를 이용한 혈액과 나노입자의 자성특성 검출

          박상현(Sang-Hyun Park), 소광섭(Kwang-Sup Soh), 안명천(Myung-Cheon Ahn), 황도근(Do-Guwn Hwang), 이상석(Sang-Suk Lee) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.3

          이온빔 증착 스퍼터링법과 광 리소그래피법으로 FeMn-스핀밸브 바이오 센서를 제작하였다. 혈액내의 Fe를 포함한 헤모글로빈(Hemoglobin) 과 나노 자성입자의 자성검출은 최대 자장감응 약 0.1~0.8%/Oe 인 거대자기저항 스핀밸브 바이오 센싱소자를 이용하였다. 사용된 혈액은 인체의 피였고, Co-페라이트 나노 자성입자는 수용성 무정형 실리카로 코팅이 되었으며, 그 크기의 평균직경의 범위는 9 ㎚에서 50 ㎚이었다. 실제 크기가 5×10 ㎛² 혹은 2×6 ㎛²로 제작된 센싱소자의 4 전극 중 전류 입력단자에 흐르는 감지전류는 1 ㎃로 하였다. 혈액과 나노자성 입자가 소자의 중앙부분으로 떨어졌을 때, 출력신호는 각각 자성 여부의 검출 특성을 알 수 있는 충분한 크기로 나타났다. In this study, a high sensitive giant magnetoresistance-spin valve (GMR-SV) bio-sensing device with high linearity and very low hysteresis was fabricated by photolithography and ion beam deposition sputtering system. Detection of the Fe-hemoglobin inside in a red blood and magnetic nanoparticles using the GMR-SV bio-sensing device was investigated. Here a human's red blood includes hemoglobin, and the nanoparticles are the Co-ferrite magnetic particles coated with a shell of amorphous silica which the average size of the water-soluble bare cobalt nanoparticles was about 9 ㎚ with total size of about 50 ㎚. When 1 ㎃ sensing current was applied to the current electrode in the patterned active GMR-SV devices with areas of 5×10 ㎛² and 2×6 ㎛², the output signals of the GMRSV sensor were about 100 ㎷ and 14 ㎷, respectively. In addition, the maximum sensitivity of the fabricated GMR-SV sensor was about 0.1~0.8%/Oe. The magnitude of output voltage signals was obtained from four-probe magnetoresistive measured system, and the picture of real-time motion images was monitored by an optical microscope. Even one drop of human blood and nanopartices in distilled water were found to be enough for detecting and analyzing their signals clearly.

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