전기자동차용 비접촉 전력전송 충전 시스템

서강문 중앙대학교 대학원 2007 국내석사

비접촉 유도 에너지 전송 기술은 최근 몇 년 사이에 연구되어왔다. 대표적인 응용분야로는 로봇과 기계 장비, 선형 운송 시스템, 그리고 전기자동차를 위한 비접촉 배터리 충전기 등이 있다. 비접촉 전력전송 기술에 의하면 전원 케이블들은 이것으로 대체 될 것이고 이에 따라 전기선에서 발생하는 단락들을 피할 수 있게 된다. 또 다른 이점으로 전기적인 접촉이 없으며 접촉 저항도 없고 접촉단자 사이의 스파킹 문제도 해결이 가능하다는 것이다. 이러한 유도 전력전송 시스템은 일차측 코일과 고정 혹은 움직일 수 있는 이차측 픽업 코일로 구성된다. 하지만 비접촉식 충전기에 사용되는 변압기는 비교적 큰 공극으로 인해 낮은 결합계수를 가지므로 전력전달 능력이 떨어진다. 본 논문에서는 ‘머’코어를 사용한 비접촉 충전기를 제안하였다. ‘머’코어로 비접촉식 충전기용 변압기를 만들면 표준형 EE,EC,UU 코어로 만든 변압기에 비해 높은 결합계수를 얻을 수 있다. 또한 이 코어를 두가지 인버터 시스템에 적용하였다. 직렬공진 인버터와 직병렬 혼합 공진형 인버터에 대하여 각각의 특성을 분석해 보았다.

Design and characterization of highly reliable polycrystalline Silicon- and Oxide thin-film transistors

최성환 서울대학교 대학원 2012 국내박사

Recently the high-resolution flat panel display (FPD) such as active-matrix organic light-emitting diodes (AMOLEDs), ultra definition display has been gained a lot of attention. Especially, both low-temperature polycrystalline silicon (poly-Si) TFTs and oxide-based TFTs have been considered as a pixel element of driving circuit in the AMOLED displays due to their high current driving ability. The poly-Si TFTs crystallized by excimer laser (wavelength =308nm) exhibit a better electric characteristics compared to a-Si:H TFT which is widely used in LCD industry. However, they suffer from degradation under electrical bias stress. Reliability of poly-Si TFTs should be improved for achieving the high quality flat panel displays. The importance of short-channel ELA poly-Si TFTs for high-resolution displays can be attributed to their high current driving capability with increasing display resolution. Short-channel poly-Si TFTs may be suitable for integrated circuits such as gate drivers, which require a large driving current. However, the reliability of short-channel poly-Si TFTs becomes a serious problem when the channel length is decreased. Besides electrical stress, we should consider the light- / temperature-induced effect on reliability of poly-Si TFTs. To date, the degradation of short-channel poly-Si TFTs with various electrical bias temperature and light-induced effect has been reported scarcely. In this work the mechanism of degradation in laser crystallized poly-Si TFTs was investigated with various channel lengths under various stress conditions in order to verify the reliability of short channel poly-Si TFT under practical application. We studied the reliability of the ELA poly-Si TFT under DC and AC bias stress with various channel lengths ranging from 1.5μm to 7μm. The threshold voltage of the short-channel TFT underwent a significant shift due to the bias stress, whereas that of the long-channel TFT was relatively stable. We have also proposed and verified a novel device structures for improving the reliability of poly-Si TFTs. Recently, zinc-oxide (ZnO) based thin-film transistors (TFTs) with high driving current and mobility have attracted a considerable interest for advanced displays, such as active matrix organic light emitting diode (AMOLED) displays. TFTs with high mobility, steep subthreshold swing are required for pixel transistor and peripheral circuit of AMOLED as the resolution of display increases. The oxide TFTs which exhibit better current uniformity than ELA poly-Si TFTs and superior electric characteristics compared to a-Si:H TFT. Among them, amorphous indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) TFTs exhibit better electric characteristics and stability compared to amorphous silicon based TFTs, the dominant present-day TFT technology. It is well known that the electric characteristics of oxide TFTs are considerably influenced by the deposition conditions of the passivation layers. Because the top of the active layer was exposed during surface passivation, it could remarkably and directly affect the electric characteristics and reliability of the device by changing the material and the fabrication process of the passivation layers. In this work, we investigated the effect of different deposition temperature for SiOx passivation layer of amorphous IGZO TFTs analytically. Also, we improved the electric characteristics and reliability of IGZO TFTs by employing a double SiOx passivation layer. We also propose novel organic passivation materials (CYTOP) for improving the electrical characteristics and reliability of a-IGZO TFTs, exploiting the very low annealing temperature (180oC). We successfully fabricated oxide TFTs with solution-processed CYTOP passivation to avoid plasma damage and minimize environment-related reactions. In addition, we improved the electrical characteristics of IGZO TFTs, by adopting an IGZO-doped ITO seed layer into ITO film processed without intentional heating as a novel source and drain material. It has been already reported that the S/D layer could greatly affect the electric characteristic of TFTs centering on thin film properties. The proposed source and drain material form IGZO TFTs with superior electrical characteristics compared to those of a conventional ITO electrode layer due to formation of interfacial reactions between IGZO-doped ITO and IGZO layers, producing additional oxygen vacancies and reduced contact resistance. 최근 들어 능동형 유기 발광 다이오드 (AMOLED), 초고해상도 (UD) 디스플레이와 같은 고성능 평판 디스플레이에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 저온 다결정 실리콘 (poly-Si) 박막트랜지스터(TFTs) 산화물 반도체 기반 (oxide-based) 박막트 랜지스터는 우수한 전류 구동 능력을 가지고 있어서 AMOLED 디스플레이의 구동 회로에 충분히 적용될 수 있을 것으로 기대를 받고 있다. 엑시머 레이저 (파장: 308nm) 를 이용해 결정화된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막트랜지스터 (a-Si:H TFT) 보다 우수한 전기적 특성을 갖는다. 하지만, 전기적 스트레스 조건에서 다결정 실리콘 박막트랜지스터 역시 신뢰성 열화 문제를 가지고 있다. 고성능 평판 디스플레이에 적용되기 위해서 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 신뢰성은 반드시 개선되어야 한다. 디스플레이 해상도가 늘어남에 따라 높은 구동 전류 능력 때문에 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 중요성은 더욱 증가하고 있다. 더욱이, 이중에서 높은 구동 전류를 출력시킬 수 있는 장점 때문에 집적회로에서 짧은 채널 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 주목받고 있다. 그러나 채널 길이가 짧아짐에 따라 짧은 채널 길이를 갖는 다결정 박막트랜지스터의 신뢰성은 심각한 문제로 대두되고 있다. 전기적 스트레스 이외에도 광 및 온도 의존성에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터 소자의 신뢰성 역시 고려해야 한다. 지금까지 광 및 온도 환경이 결합된 전기적 스트레스 인가시 짧은 채널길이의 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 신뢰성에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 실제 구동 환경과 유사한 조건에서 레이저 결정화된 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 채널 길이에 따른 전기적 신뢰성 열화를 분석하였다. 채널 길이를 1.5μm 에서 7μm 로 많이 변화시켜가면서 DC 과 AC 전기적 스트레스에 따른 신뢰성 특성을 살펴보았다. 동일한 전기적 스트레스 조건에서 짧은 채널 길이를 갖는 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 문턱전압 (threshold voltage) 은 크게 변화한 반면에 긴 채널 길이를 갖는 소자의 경우에는 거의 변화가 발견되지 않았다. 이러한 짧은 채널 길이를 갖는 다결정 실리콘 박막트랜지스터 소자의 신뢰성을 향상시키기 위해서 새로운 소자 구조를 제안하였고, 그 효과를 simulation 및 실제 실험 결과를 통해서 확인하였다. 이와 함께 높은 구동 전류 및 이동도 특성을 갖는 산화아연 (zinc-oxide : ZnO) 반도체 기반 박막트랜지스터가 AMOLED 와 같은 고성능 디스플레이에 적용될 수 있을 것으로 큰 기대를 받고 있다. 산화물 기반 박막트랜지스터 소자는 비정질 실리콘 박막트랜지스터보다 전기적 특성이 우수하며, 다결정 실리콘 박막트랜지스터보다 전류 uniformity 특성이 낫다. 이들 가운데 특히 비정질 indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) 박막트랜지스터가 우수한 전기적 특성 및 신뢰성을 가지고 있어 최근 들어 큰 주목을 받고 있다. 산화물 기반 박막트랜지스터의 전기적 특성은 보호층의 증착 조건에 의해 크게 좌우되는 것으로 널리 알려져 있다. 표면 보호층 (Passivation layer) 증착 과정에서 반도체층의 상부층이 공기중에 노출되기 때문에, 보호층의 물질 및 제작 공정을 변경하는 과정에서 산화물 기반 소자의 전기적 특성 및 신뢰성에 큰 변화를 야기시킬 수 있다. 본 연구에서는, 비정질 IGZO 박막트랜지스터 소자의 SiOx 보호층증착 온도를 달리하여 전기적 특성 및 신뢰성에 끼치는 영향성을 심층적으로 분섟하였다. 또한 이중 SiOx 보호층 구조를 새로이 적용하여 IGZO 박막트랜지스터 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 개선하였다. 이와 함께 매우 낮은 어닐링 온도 (180oC) 조건을 갖는 새로운 유기보호막 (CYTOP) 을 적용하여 마찬가지로 IGZO 박막트랜지스터 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 향상시켰다. CYTOP 보호막을 소자에 적용함으로써, 플라즈마 악영향성을 배제하고 환경과 관련된 반응을 줄일 수 있음을 확인하였다. 더불어, 상온에서 IGZO와 ITO 물질을 함께 증착한 초기층 (seed layer) 을 새로이 적용한 ITO 소스/드레인층 구조를 IGZO 박막트랜지스터 소자에 적용하여 전기적 특성을 크게 향상시켰다. 소스/드레인층이 산화물 기반 박막트랜지스터의 전기적 특성에 큰 영향을 끼친다는 내용이 기존에 보고된 바 있다. 제안된 소스/드레인층을 적용함으로써 기존 ITO 박막을 소스/드레인층으로 사용한 IGZO 소자 대비 훨씬 더 우수한 전류 구동 능력을 확인하였다. 이는 초기층과 IGZO 반도체층간의 상호 반응이 이루어지면서 (interfacial reaction) 추가적인 산소 결함 (additional oxygen vacancies) 이 발생하였고, 접촉 저항 성분이 감소하였기 때문이다.

Advanced Scheduling Strategies for Vehicle-to-Grid Aggregators in Evolving Energy Markets : 급변하는 에너지 시장에서 Vehicle-to-Grid 집합 제어를 위한 고도화된 스케줄링 전략에 관한 연구

서민규 경북대학교 대학원 2024 국내박사

Electric vehicles (EVs) have been recognized as pivotal in the transition towards sustainable energy solutions, extending their utility beyond mere transportation. With the intensification of climate change challenges and the growing urgency to reduce greenhouse gas emissions, the potential of EVs to enhance grid stability and assist in the integration of renewable energy sources has been acknowledged. In Europe, in particular, an innovative approach to energy sustainability has been demonstrated through the adoption of policies and the initiation of pilot projects that incorporate EVs into the power grid. The journey to fully integrate EVs into the energy system and balancing markets is fraught with challenges, necessitating thoughtful and strategic approaches: • Significant challenges are presented by coordinating the charging and discharging of EVs through aggregators. Sophisticated algorithms need to be developed to optimize grid performance, and effective aggregation is required due to the limited energy capacity of individual EVs to use them as an efficient energy buffer. • Complications in scheduling are introduced by managing a large number of EVs for vehicle-to-grid (V2G) services, raising issues of computational efficiency and real-time application. As the EV population grows, scalability becomes a challenge, demanding advanced planning and coordination. • Contention with battery degradation is required when EVs are used for V2G services. Accurate models for predicting battery wear and optimizing charging strategies to minimize degradation costs are vital for the technology's sustainability. • The adaptation of market structures and regulatory frameworks to accommodate EVs in balancing markets is complex. Ensuring the reliability of EVs as grid resources and navigating the regulatory diversity that influences their participation across different regions are challenges that lie ahead. To address the above challenges, this research work has the following objectives: (1) A novel strategy has been proposed to be coordinated as an alternative to conventional energy storage systems (ESS) by EVs, addressing the challenges of integrating renewable energy and EVs into the power grid. Utilizing a V2G concept, this approach manages the unpredictability and variable demands of EVs. An iterative multi-stage optimization process is comprised, featuring an EV aggregation clustering model, a multi-tier optimization model, and a recursive framework. Designed to manage large EV fleets efficiently by optimizing their charging and discharging schedules with high precision, the design's effectiveness has been validated through extensive case studies. The proposed method has been demonstrated to closely approximate the global optimum solution with minimal deviation, showing robustness under various pricing scenarios, significantly reducing charging costs, and more effectively meeting user demands compared to traditional methods. (2) In response to the critical challenge of optimizing EV charging and discharging schedules to minimize non-linear battery degradation across different state-of-charge (SOC) levels, a novel approach has been introduced. By linearizing the non-linear degradation process and integrating this linearized model into a mixed-integer linear programming (MILP) framework, this method seeks to precisely model the impact of degradation at various SOC levels within the scheduling model. Aiming to develop a degradation cost model that balances charging demands with minimizing battery wear, the validation of this proposed degradation cost formulation has been carried out through a case study using data from public electric charging stations. Insights into the gap between model- estimated and actual degradation by comparing energy arbitrage revenue and battery degradation costs across different models have been offered by this analysis, and a detailed comparison of online and offline degradation assessments across various scheduling models has been presented. (3) As an innovative approach to counter the fluctuations and instability brought about by the country's shift towards renewable energy sources, the integration of EVs into Germany's balancing market, especially within the frequency containment reserve and automatic frequency restoration reserve sectors, has been explored. Influenced by Germany's specific energy sector regulations, the complexities of this integration are largely unexplored despite the potential benefits. A strategic plan has been developed to enhance the economic and reliability aspects of EV integration, taking into account factors such as uniform product size, compliance with market product durations, and customer baseline load considerations. Aimed at efficiently incorporating EVs into the German balancing market, this strategy utilizes MILP to allow for precise insights into EV behaviors and optimization strategies for energy storage. Confirmed through case studies, the methodology's effectiveness and reliability have demonstrated a consistent maximization of profits and a notable decrease in failed cases, thus proving its practical applicability. 전기자동차는 지속 가능한 에너지 솔루션으로 전환하는 데 있어 중추적인 역할을 하며 단순한 교통수단을 넘어 그 활용도를 넓혀가고 있습니다. 기후 변화 문제가 심화되고 온실가스 배출량 감축의 시급성이 커지면서 전력계통 안정성을 높이고 재생 에너지원의 통합을 지원하는 전기차의 잠재력이 인정받고 있습니다. 특히 유럽에서는 전기차를 전력계통에 통합하는 정책을 채택하고 시범 프로젝트를 시작함으로써 에너지 지속 가능성에 대한 혁신적인 접근 방식이 입증되었습니다. 전기차를 에너지 시스템에 완전히 통합하고 시장의 균형을 맞추기 위한 여정에는 많은 어려움이 따르므로 전략적인 접근이 필요합니다: • 애그리게이터를 통해 전기차의 충전과 방전을 조정하는 데는 상당한 어려움이 있습니다. 계통 성능을 최적화하기 위해 정교한 알고리즘을 개발해야 하며, 개별 전기차의 에너지 용량이 제한되어 있기 때문에 효율적인 에너지 버퍼로 사용하기 위해 효과적인 통합이 필요합니다. • V2G(차량-계통) 서비스를 위해 많은 수의 전기차를 관리하면 스케줄링 문제가 복잡해져 계산 효율성과 실시간 적용 문제가 발생합니다. 전기차 인구가 증가함에 따라 확장성이 문제가 되어 고급 계획과 조정이 요구됩니다. • V2G 서비스에 전기차를 사용할 때는 배터리 성능 저하를 고려해야 합니다. 배터리 마모를 예측하고 충전 전략을 최적화하여 성능 저하 비용을 최소화하기 위한 정확한 모델은 기술의 지속 가능성을 위해 필수적입니다. • 시장 구조와 규제 프레임워크를 조정하여 전기차의 시장 균형을 맞추는 일은 복잡합니다. 계통 자원으로서 전기차의 신뢰성을 보장하고 여러 지역에서 전기차 참여에 영향을 미치는 규제 다양성을 탐색하는 것은 앞으로 해결해야 할 과제입니다. 위의 과제를 해결하기 위해 이 연구는 다음과 같은 목표를 가지고 있습니다: (1) 재생 에너지와 전기차를 전력계통에 통합하는 데 따르는 문제를 해결하기 위해 전기차가 기존 에너지 저장 시스템의 대안으로 조정할 수 있는 새로운 전략을 제안합니다. 이 접근 방식은 차량-계통 개념을 활용하여 전기차의 예측 불가능성과 가변적인 수요를 관리합니다. 반복적인 다단계 최적화 프로세스로 구성되며, EV 집계 클러스터링 모델, 다단계 최적화 모델, 재귀적 프레임워크가 특징입니다. 충전 및 방전 일정을 최적화하여 대규모 전기차 차량을 효율적으로 관리하도록 설계된 이 방법은 광범위한 사례 연구를 통해 그 효과가 검증되었습니다. 제안된 방법은 편차를 최소화하면서 글로벌 최적 솔루션에 근접하고 다양한 가격 시나리오에서 견고함을 보여주며 충전 비용을 크게 절감하고 기존 방법에 비해 사용자 수요를 더 효과적으로 충족하는 것으로 입증되었습니다. (2) 다양한 충전 상태(SOC)에서 마모 수준이 다른 비선형 배터리 성능 저하를 최소화하기 위해, 전기차의 충전 및 방전 일정을 최적화하는 것이 중요한 과제로 부각되었으며, 이에 대응하기 위해 새로운 접근 방식이 제안되었습니다. 제안된 방법은 비선형 성능 저하를 SOC 에 따른 함수로 정의하고 이 함수를 혼합 정수 선형 프로그래밍 프레임워크에 통합함으로써 스케줄링 모델 내에서 다양한 SOC 수준에서 성능 저하의 영향을 정밀하게 모델링하고자 합니다. 충전 수요와 배터리 마모 최소화의 균형을 맞추는 성능 저하 비용 모델을 개발하는 것을 목표로, 공공 전기 충전소의 데이터를 사용한 사례 연구를 통해 제안된 성능 저하 비용 공식의 검증을 수행했습니다. 이 분석을 통해 다양한 모델에서 에너지 차익 거래 수익과 배터리 열화 비용을 비교하여 모델에서 추정된 열화와 실제 열화 사이의 격차에 대한 통찰력을 제공하고, 다양한 스케줄링 모델에서 온라인 및 오프라인 열화 평가를 자세히 비교했습니다. (3) 독일이 재생 에너지원으로 전환하면서 발생하는 변동성과 불안정성에 대응하기 위해, 특히 주파수 억제 예비력 및 자동 주파수 복원 예비력 부문에서 전기차를 독일의 밸런싱 시장에 통합하는 접근 방식이 제안되었습니다. 이러한 통합의 복잡성은 독일의 특정 에너지 부문 규정의 영향을 받으며, 잠재적인 이점에도 불구하고 아직 밝혀지지 않은 부분이 많습니다. 이에 대응하여, 균일한 제품 크기, 시장 제품 수명 준수, 고객 기준 부하 고려 사항 등을 고려한 전략적 계획이 제안되어, 전기차 통합의 경제성 및 신뢰성 측면을 향상시키는 방안이 제시되었습니다. 제안된 전략은 독일 밸런싱 시장에서 전기차를 효율적으로 통합하는 동시에, 혼합 정수 선형 프로그래밍을 활용하여 운용 최적화와 신속한 의사결정을 지원함으로써 제어의 실시간성을 보장하고, 그 실용적 특성을 강화하였습니다. 사례 연구를 통해 확인된 이 방법론의 효과와 신뢰성은 일관된 수익 극대화와 실패 사례의 현저한 감소로 입증되어 실제 적용 가능성을 입증했습니다.

전기적 구분 장치 파라미터 변화가 AF 궤도회로 성능에 미치는 영향 연구

최재식 서울시립대학교 2016 국내박사

궤도회로(Track Circuit)란 레일을 전기회로의 일부분으로 사용하여 선로위의 열차위치를 검지하고, 열차주행에 필요한 연속정보를 차상으로 전송하는 장치이다. 무절연 AF(Audio Frequency) 궤도회로는 회로를 구분하기 위하여 전기적 구분장치(JES : Electrical Separation Joint)를 사용한다. 전기적 구분장치는 인접 궤도회로 주파수는 차단하고 해당 궤도회로 신호가 폐전로를 구성하기 위하여 차단주파수가 다른 두 종류의 LC 수동필터를 일정한 간격을 두고 궤도회로 경계구간에 설치한다. 우리나라 고속철도에 사용하고 있는 UM71C 무절연 궤도회로 경계구분에 사용하는 수동필터는 설치환경이 열악하고, 연결 케이블에 의한 필터 차단 및 통과주파수의 영향을 방지하기 위하여 최단 거리인 선로의 중앙에 설치하도록 설계되어 있다. 하지만 궤도회로 구성품이선로중앙에 설치되면 겨울철 혹한기 차량하부에 부착된 결빙이 선로에 떨어져 궤도회로 구성품의 파손을 발생시킬 수 있으며, 선로보수를 위한 보수차량에 의한 파손이 발생하고, 선로 내측에서 궤도회로를 유지보수하는 작업자는 열차로부터 항상 안전을 확보하지 못하는 경우가 발생한다. 따라서 궤도회로 구성품이 선로중앙에 위치할 경우 발생하는 시설물 파손을 방지하고, 유지보수의 편리성 증대를 위하여 궤도회로 구성품을 선로 외측으로 이설할 필요가 있다. 본 논문은 UM71C 무절연 궤도회로의 전기적 구분장치를 선로 외측으로 이설시 발생하는 궤도회로 선로정수 변화가 경계부 전기특성에 미치는 영향을 분석하고, 이설 후에도 궤도회로의 성능을 유지하기 위한 전기적 구분장치의 파라미터를 재 산출하였으며, Matlab과 ICAP4를 활용한 시뮬레이션을 통하여 가능성을 확인하고, 현장시험을 통하여 궤도회로의 성능이 유지됨을 확인하였다. Track Circuits are using a rail as a part of electric circuits and detecting the location of trains on the track. Also, it transmits continuous information which needs for running a train to the cab. AF(Audio Frequency) is using an Electrical Separation Joints : JES to distinguish from track circuit. Two types of LC passive filters which different cutoff frequencies install at regular intervals to make the signalling of track circuits as closed circuits and block the signalling adjacent track circuits for an Electrical Separation Joints : JES. The passive filters using to distinguish the boundary of UM71C AF(Audio Frequency) using for high-speed trains in Korea is in poor surroundings to install and it is designed to install in the middle of the track which is the shortest distance to prevent the effect of pass frequencies and to block filters. However, if components of track circuits are installed in the middle of tracks, the components of track circuits could be destroyed as ice formations attached underpart of trains during winter fall on the tracks, they could be destroyed by repair vehicles for maintenance of tracks and it occurs not to secure the safety of maintenance workers. However, it needs to move to outside of tracks for components of track circuits to prevent the damage of facilities and to improve convenience of maintenance in case components of track circuits are installed in the middle of tracks. This study analyzes how the change of line constant caused by electrical separation joints of UM71C AF(Audio Frequency) move to the outside of tracks affects to the electrical characteristic on the boundary, parameters of electrical separation joints reproduced to maintain the performance of track circuits after moving this devices and it identifies the possibility through a simulation utilizing Matlab and ICAP4, it confirmed the performance of track circuits maintain through on-site test.

전기자동차용 직접냉각방식 구동모터의 온도특성 분석

안재혁 경북대학교 대학원 2022 국내석사

Electric vehicle companies around the world are developing rapidly. Electric vehicle drive motors require high torque, high speed, high power density and high efficiency. In order to develop electric motors for electric vehicles, proper electromagnetic design and cooling system design are important. Recently, there have been many developments of high-performance cooling systems applied to electric motors. Currently, all electric vehicle manufacturers around the world are launching high-power motors. Most motor cooling systems applied to electric vehicles adopt the method of directly cooling the stator coil and the stator core. However, experimental and verified results have not yet been reported for its effectiveness. In this study, the cooling performance according to current density and cooling flow rate was quantitatively verified for the DSC(Direct Slot Cooling) system applied to secure the high torque performance of the embedded permanent magnet synchronous electric motor used in electric vehicles. In addition, the electric motor cooling model was designed and manufactured for the experiment and verified through the experiment. In order to compare the effective cooling of this motor, past thesis were reviewed. Through this experiment, it was confirmed that the DSC method is superior in current density to about compared to the previous cooling system. 전 세계의 전기 자동차 회사는 빠르게 발전하고 있다. 전기 자동차 구동 모터는 높은 토크, 고속, 높은 출력 밀도 및 고효율을 요구한다. 전기자동차용 전기모터를 개발하기 위해서는 적절한 전자기 설계와 냉각 시스템 설계가 중요하다. 최근 전기모터에 적용되는 고성능 냉각 시스템이 많이 개발되고 있다. 현재 전 세계의 모든 전기차 제조사들이 고출력 모터를 출시하고 있으며, 전기차에 적용되는 대부분의 모터 냉각 시스템은 고정자 코일과 코어를 직접 냉각하는 방식을 채택하고 있다. 그러나 아직까지 그 효과에 대한 실험적으로 검증된 결과는 보고된 바가 아직 없다. 본 연구에서는 전기자동차에 사용되는 내장형 영구자석 동기전동기의 높은 토크 성능을 확보하기 위해 적용된 DSC(Direct Slot Cooling) 시스템에 대하여 전류밀도 및 냉각유량에 따른 냉각성능을 정량적으로 검증하였다. 또한 실험을 위해 전동기 냉각 모델을 설계, 제작하여 실험을 통해 검증하였다. 이 모터의 효과적인 냉각을 비교하기 위해 과거 논문을 검토하였으며, 본 실험을 통해 DSC 방식이 기존 냉각방식에 비해 전류밀도가 월등히 우수함을 확인하였다.

전기적 강성 조절 방식의 미세 전기 기계 공진형 가속도계에 관한 연구

이병렬 서울대학교 대학원 2004 국내박사

공진형 가속도계는 외부 관성력에 의한 고유 진동수 변화를 검출하는 센서로, 주파수 출력형이기 때문에 그 자체로 디지털화 되어 있고, 감도 정밀도가 높으며 상시 자기 진단이 가능하다. 이러한 장점을 소형/저가의 실리콘 MEMS(micro electro mechanical systems) 기술로 구현하기 위한 시도가 최근 10여년간 계속 되어 왔다. 현재는 기존에 사용되던 수정 발진자 방식을 실리콘 재질로 구현하는 진동 빔형 가속도계(vibrating beam accelerometer, VBA)가 주류를 이루고 있다. 그러나 수정 발진자 형에 비해 감도가 낮고 제작 및 패키징 과정에서 발생하는 응력에 의한 특성 변화가 너무 크다는 문제가 존재한다. 본 논문에서는 이러한 실리콘 VBA의 한계를 극복할 수 있는 새로운 원리의 공진형 가속도계를 제안한다. 제안된 방식은 외부 관성력에 의해 공진계의 전기적인 강성이 변하는 원리를 사용하며, 이에 의해 전체 유효 강성과 고유 진동수가 바뀌는 구조이다. 이는 기존의 실리콘 VBA와는 달리 관성력에 의해 전기적 강성이 달라지기 때문에 제작 과정에서 발생하는 공정 오차나 응력에 의한 영향을 후단에서 전기적으로 보정할 수 있다는 큰 장점이 있다. 먼저 본 논문에서는 제안된 전기적 강성 변화를 동작 원리로 이용하는 가속도계의 모델링과 해석을 통해 체계적인 설계 방법을 제시한다. 또한 제작 공정을 고려하여 성능을 높이기 위한 구조 설계를 제시하고 이를 구현하여 이론의 적합성을 검증 하였다. 특히 본 논문은 전기적 강성 변화라는 새로운 원리를 적용한 MEMS 공진형 가속도의 설계요소에 대한 모델링과 해석을 통해, 설계를 진행하고 결과를 검증한 최초의 시도인 점에서 의의를 갖는다. 제작 공정은 웨이퍼 단위 진공 실장을 포함하는 일괄 공정을 설계하였으며, 이는 구동 전극과 고정 전극이 별도의 층에 형성되기 때문에 구조물 설계 자유도가 높고, 고정 전극의 배치가 진공 실장의 기밀성 유지에 영향을 주지 않는 방식이다. 진공 실장 결과는 Q-factor를 계측하여 내부 진공도를 간접적으로 계측하였으며, 고온 가속 시험을 통해 상온에서의 장기 동작 수명을 확인하였다. 제안된 제작 공정은 진공 실장을 포함한 전 과정을 일괄 공정으로 진행할 수 있기 때문에 실리콘 MEMS 기술의 장점을 최대한 살릴 수 있다. 또한 구조 설계상 특별한 제약 요인이 없기 때문에 기밀성이 요구되는 다양한 소자의 제작 공정에 적용할 수 있는 방식이다. 제작 완료된 공진형 가속도계를 신호 처리부와 연결하여 전체 가속도계 시스템을 구성하고 성능 및 환경 시험을 수행하였다. 성능 시험 결과는 입력 범위 ±10g에 대해 출력 감도는 32.1㎐/g와 바이어스 안정도는 0.47mg로, 해석적 결과와 근사적으로 일치함을 확인하였다. 또한 열충격 및 내충격성 시험을 통해 사용 환경에 대한 신뢰성을 검증하였다. A resonant accelerometer senses acceleration by measuring the natural frequency shift of the resonator under the inertial loading of the proof mass. The main advantage of the device is the immunity to noise, since it generates frequency as output signal. The interfacing of the resonant accelerometer to a digital system is greatly simplified due to the quasi-digital nature of the output. Moreover, it has continuous self-test capability by monitoring the vibrating characteristics. In the past decade, there have been several works to implement high sensitive resonant devices using a silicon micro-machining technology. The most widely used scheme is the vibrating beam accelerometer (VBA), which employs the transferring of the inertial force to the axial load in the resonant beams to alter the mechanical stiffness. However, the silicon VBA has low sensitivity compared to the conventional quartz device, and is prone to be affected by the residual and package induced stress. This paper suggests a novel resonant accelerometer to overcome the technical limitations of the silicon VBA. The proposed sensor utilizes the gap-sensitive electrical stiffness variation induced by the external inertial force. This scheme has the capability to compensate the effect of the fabrication error and the package induced stress by using an electric means. In this paper, the systematic design approach of the proposed accelerometer is described using a modeling and theoretic analysis of the electrical stiffness changing principles. In addition, the new sensor topologies are suggested to improve the performance regarding the fabrication process. The main contribution of this paper is the first approach to design and verify the proposed MEMS resonant accelerometer by modeling and analysis of the design parameters. For the implementation of the proposed sensor, the batch fabrication process including the wafer level vacuum packaging is designed. In this process, the interconnection between the bottom electrodes and the metal pads does not affect the hermetic property. The vacuum packaging is characterized by the quality factor measurement, and the long-term lifetime is confirmed by the accelerated degradation test at a high temperature environment. The proposed process could be one of the best choices for the MEMS device requiring hermetic sealing, because the process can be performed at a wafer level. To evaluate the specific performance and environmental durability, the acceleration sensing system is implemented using the fabricated device and the sensor interface electronics. The measured sensitivity is 32.1㎐/g at ±10g input range, and shows 0.47mg bias stability. The test results of the proposed device are in broad agreement with the theoretical design data. In addition, the environmental reliability was confirmed by the thermal cycle and the shock durability test.

A Secure and Privacy-Preserving Scheme for Electric Vehicle Energy Trading System using Decentralized Identifier : 분산식별자를 이용한 전기자동차 에너지 거래 시스템을 위한 안전한 프라이버시 보호 방식

김명현 경북대학교 대학원 2024 국내박사

최근 친환경 이동수단으로 전기차(EV)가 주목받고 있다. 그러나 전기차 시장의 중요성이 커지고 있음에도 불구하고 부족한 충전 인프라 문제로 인해 전기차 시장 확대가 계속 걸림돌이 되고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 DC-DC 케이블, 배터리 에너지 저장 시스템을 포함한 다양한 에너지원에서 EV 충전을 촉진하는 다양한 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 충전 방식들은 공개된 네트워크를 통하여 서비스를 제공되므로 위장 공격, 재전송 공격 등 다양한 잠재적인 보안 공격에 취약하다. 또한 사용자의 정보가 중앙집중형 서버에서 관리하므로 중앙 서버가 공격자에게 노출되어 단일 장애 지점 공격에 취약할 수 있으며 사용자의 민감한 정보가 유출되는 경우 차량의 동선 파악하는 등의 사용자의 프라이버시 문제가 발생할 수 있다. 중앙집중형 시스템의 문제점을 해결하기 위해 블록체인 기반의 탈중앙화 방식의 충전 시스템이 연구되고 있지만 블록체인에 민감한 정보를 저장함으로써 여전히 보안 및 프라이버시 문제가 발생할 수 있다. 또한 DC-DC 케이블, 배터리 에너지 저장 시스템 등을 이용하여 전기차량을 충전하는 새로운 기술이 발전하고 있지만 이러한 충전 시스템의 보안 측면에 초점을 맞춘 연구는 여전히 부족하다. 따라서 새로운 전기차량 충전 시스템에 적합한 보안 및 프라이버시 보호를 제공할 수 있는 방식에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 최근 탈중앙화된 에너지 거래 방식의 문제점을 극복하기 위해 탈중앙식별자와 검증가능한 자격증명 기술을 이용하여 신뢰성과 프라이버시를 보호할 수 있는 차량 에너지 거래 시스템을 제안한다. 제안한 방식에서 전기차량 사용자는 탈중앙식별자를 이용하여 DC-DC 케이블이나 배터리 에너지 저장 시스템을 통해 전기차 충전 서비스를 안전하게 이용할 수 있도록 보안성을 향상시키며, 검증가능한 증명서에 거래 정보를 저장하여 사용자가 정보를 직접적으로 통제함으로써 프라이버시 보호를 향상 시킨다. 또한, 제안하는 V2V 에너지 거래 시스템과 관련된 통신 비용, 보안 속성, 계산 오버헤드에 대한 상세한 분석을 진행하며 기존 시스템과의 비교 평가를 통해 제안된 시스템의 효율성과 효과를 분석한다. 제안하는 시스템의 보안 분석은 ROR 모델, BAN 논리 증명, AVISPA 시뮬레이션을 사용하여 잠재적인 위협과 취약성에 대한 제안된 시스템의 보안성 및 프라이버시 안전성을 검증한다. 따라서, 본 논문에서 제안된 방식은 전기차를 위한 분산 에너지 거래 시스템의 발전에 기여하며, 프라이버시 보호, 신뢰성 및 보안 고려사항에 대한 통찰을 제공할 수 있다.

전기철도차량 운행 빈도수 증가에 따른 급전시스템 특성 분석 및 안정화에 관한 연구

안승화 중앙대학교 대학원 2015 국내박사

우리나라 대부분의 주요 선로에서 채택된 전력공급 방식은 AT급전방식으로서 직접급전 또는 BT급전방식 등 타 방식에 비해 급전회로의 공급전압이 2배 높고, 전력손실이 1/4로 작아 전압강하에 강점을 가지고 있다. 따라서 급전거리 즉, 변전소와 변전소간의 거리가 약 2배 긴 장점이 있다. 이와 같이 AT급전방식은 현재 국내외적으로 운영되고 있는 방식 중 전압강하가 가장 작은 방식이지만 최근 철도의 인적·물적 수송수요 증가로 인한 고속화에 따른 부하의 대용량화, 열차운행 밀도 증가로 이어져 급전회로의 부하량의 증가 및 전압강하 문제가 대두되고 있다. 한편, 급전시스템은 인근 전철변전소의 고장을 대비하여 시스템 용량을 산정하고 있어, 전압강하의 경우 연장급전 상황에서 최대로 발생한다. 조사한 일부 변전소에서는 연장급전시 전압강하로 인해 전차선 최저 전압인 19[kV]로 유지되지 못하였다. 또한 전기철도차량의 운행 빈도수가 증가함에 따라 부하가 증가하게 되어 전압강하 문제는 더욱 심각해질 것으로 판단된다. 본 논문은 전기철도차량 운행 빈도수 증가에 따른 급전시스템 특성 분석 및 안정화에 대한 연구로 전기철도 AT급전시스템의 전원계통, 단권변압기, 전차선로, SP단권변압기, 차량부하, 급전계통을 모델링하였고 경부고속선, 호남선 변전소를 대상으로 정상 및 연장급전 시 변전소의 용량, 전압, 전류를 측정하였다. 측정결과 경부고속선 구간에 차량 증편 운행 시 급전계통의 안정화 대책에 대한 필요성을 인지하였다. 또한 급전시스템 시뮬레이션 S/W의 신뢰성 확보를 위해 정상급전 시 호남선 구간을 모델링하고, 시뮬레이션을 수행하여 측정값과 비교하였다. 마지막으로 열차 운행 빈도수 증가를 위해 급전시스템을 모델링하고, 급전시스템의 안정화를 위해 공급능력 향상 방안, 무효전력 적용 방안을 모색하였고, 이에 따른 결과 값을 제시하였다. Auto Transformer Feed type(AT Feed type), which is commonly applied to the main railway system in South Korea, has strength in voltage drop compared to other feed types including Booster Transformer Feed type(BT Feed type). This is because the feed voltage of the feeder circuit is twice higher and power dissipation is as small as one quarter. Therefore, feeding distance, distance between substations, is twice longer. This is a benefit. AT Feed type operating in domestic and foreign country currently has the smallest voltage drop. Increasing load of feed circuit and voltage drop caused by mass load, and increasing density of train operation due to increasing transport demand of human and material became to a problem. Meanwhile, system capacity of the feed system is determined considering the failure of adjacent electric substations. In case of extension supply, voltage drop occurs at the maximum. The research results indicates that minimum voltage of the contact wire was not maintained at 19[kV] due to the voltage drop during the extension supply at some substations. It is expected that voltage drop problem will be more severe by increasing load due to increased operating frequency of electric railway. This paper is a study of characteristic analysis of feed system and stabilization under increased operating frequency of electric rolling stock. It models power system, auto transformer, contact wire, SP auto transformer, load of rolling stock, and feed system of AT Feed type of electric railway. Capacity of substation, voltage, and current at substations of Gyeongbu High Speed Railway and Honam High Speed Railway were measured under the situation of normal condition and extension supply. From measuring results, it is recognized that a stabilization countermeasure of the feed system is required for the increase of operation frequency at Gyeongbu High Speed Railway. It models some section of Honam High Speed Railway at the normal feed system to secure the reliability of the simulation S/W for the feed system. It compares the measured results with simulation results. Finally, it models feed system for the increased operating frequency of the rolling stock and it proposes the way to apply reactive power control technique to improve power supply capacity for the stabilization of the feed system, and provided the measured results.

A Study on Highly CMOS Compatible Cu-Ion Actuated Electrochemical RAM Synapse for Neuromorphic Applications : 뉴로모픽 응용을 위한 높은 CMOS 공정 호환성 갖는 구리 이온 기반 전기화학 메모리 시냅스 연구

강희범 경북대학교 대학원 2023 국내석사

4차 산업혁명 시대가 도래한 오늘날, 전 세계적으로 처리되는 데이터의 양이 기하급수적으로 증가하였다. 그로 인해, 기존의 컴퓨팅 구조에서는 폰 노이만 병목 현상이 심각히 대두되었다. 이 정체를 완화하기 위하여 인간의 뇌를 모사하여 대량 병렬의 구조로 효율적 데이터 처리가 가능한 뉴로모픽 구조가 새로운 컴퓨팅 구조로서 활발히 연구되었다. 뉴로모픽 시스템의 구현을 위해 인공신경망을 하드웨어로 구현하기 위해선, 생물학적 시냅스를 메모리 소자로 구현해내는 것이 굉장히 중요하다. 특히 시냅스 소자로 활용하기 위한 다양한 후보군 중에서, 저항성 메모리 소자가 뛰어난 축소성을 바탕으로 대표적으로 연구되었다. 그러나, 나노미터 사이즈의 전도성 필라멘트가 소자의 전기적 특성을 결정하는 저항성 메모리의 내재적 특성은 일정하고 제어가 용이한 다중 저항 상태를 확보하는 점에 있어 한계를 야기한다. 이 문제를 해결하기 위하여, 빼어난 선형성과 대칭성의 가중치 업데이트 특성을 가진 전기화학 메모리 소자가 제안되었다. 전기화학 메모리는 전면적인 경로를 따라 이동하는 이온의 양이 전기적 특성을 결정하는 소자이므로 시냅스 가중치를 의미하는 전도도가 선형적으로 제어될 수 있다. 그러나 Li, Na, H 등과 같은 다양한 물질을 기반으로 한 전기화학 메모리 연구가 활발히 진행되었지만, 위의 물질들은 현재의 상보성 금속산화물 반도체 공정과 호환되지 않기 때문에 공정 비용 측 면에서 심각한 비효율성을 낳을 수밖에 없다. 그리하여 본 논문에서는, 상보성 금속산화물 반도체 공정과 높은 호환성을 보이는 Cu 이온을 기반으로 동작하는 Cu 기반 전기화학 메모리의 개발과 최적화에 대한 내용을 중점으로 다루었다. 첫째로, 너무 많은 양의 이온이 관여할 때에 제어 되지 못하는 전도도의 변화가 관찰되는 문제가 있어 CuOx 산화금속 전극을 도입하여 이온의 양을 제한함으로써 해결하였다. 또한 단일 소자에서 어레이 레벨로 확장하여 완벽한 병렬적, 순차적 업데이트 특성을 구현하였다. 다음으로는 전기화학 메모리 어레이에서 발생하는 에너지 소모를 계산 및 시뮬레이션 하여 채널 전류를 줄이는 것이 에너지 효율 측면에서 굉장히 중요하다는 사실을 발견하였고, 본 저자는 채널 엔지니어링을 통해 초 저전력 구동 Cu기반 전기화학 메모리 어레이를 개발하였고 뚜렷이 밝혀지지 않은 내부 물리학 또한 제시하였다. Today, in the era of 4th industrial revolution, the amount of data generated worldwide has increased geometrically. Therefore, significant von-Neumann bottleneck has been occurred in conventional computing architectures. To alleviate this stagnation, brain-inspired neuromorphic architectures have been proposed as new computing architectures due to the superior processing efficiency that comes from massively parallel structures. To implement artificial neural networks (ANNs) in hardware, it is important to emulate biological synapses by memory devices. Among the various synaptic candidates, resistive RAM (RRAM) has been typically used due to its great scalability. However, the inherent operation principle of RRAM, in which the local formation of nano-scale filament determines the electrical characteristics, causes the difficulty in achieving predictable analogous multi resistance states. To handle this challenge, therefore, electrochemical RAM (ECRAM) with excellent linear and symmetric weight update characteristics has been suggested. In ECRAM, the channel conductance corresponding to synaptic weight is modulated linearly by mobile ions migrating through the entire region. However, even though various material based ECRAM study has been reported, most of them have used and explored materials (e. g., Li, Na, and H) that incompatible with conventional complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) fabrication lines, meaning that severe inefficiency occurs in terms of fabrication costs. Thus, this dissertation focused on the development and optimization of highly CMOS compatible Cu-ion-actuated ECRAM (Cu-ECRAM). First, uncontrolled channel conductance change is observed when the number of ions is too excessive. To solve this problem, CuOx gate electrode was introduced to limit the number of Cu ions injecting into the channel to effectively control the channel conductance. Next, we expanded to ECRAM array and obtained perfectly parallel and sequential weight update characteristics. Then, energy consumptions of general size (n × n) of ECRAM array were simulated and importance of decreasing channel current was discovered. Finally, the author implemented ultralow energy Cu-ECRAM array by WOx channel engineering and investigated in-depth physics of ECRAM, which has been rarely elucidated so far.

능동 변조 집적 광 소자의 구현을 위한 그래핀 플라즈모닉스

김윤중 서울대학교 대학원 2017 국내박사

육방 격자 구조 형태로 결합되어 있는 탄소 원자들의 단일 격자 층으로 이루어진 그래핀은 이차원 (2D) 구조 특성, 선형적 분산 특성 (linear dispersion with the massless Dirac point)에 따른 매우 높은 전기 전도성 등의 많은 장점을 가지고 있기 때문에 극한 파장 한계 이하 영역의 플라즈모닉스를 위한 차세대 구성 물질로 각광을 받고 있다. 특히, 그래핀 자체의 저차원 구조 특성은 광학 소자의 집적도를 향상시킬 수 있고, 도핑 레벨 조절에 따른 전기 전도도의 변화 특성은 그래핀의 광학적 특성에 대한 변조 가능성과 직결됙기 때문에 광 흡수체, 광 변조기, 메타 물질 등과 같은 다양한 그래핀 기반의 능동 변조 플라즈모닉 소자에서 화학적 도핑이나 직류 전기장 바이어스의 인가를 통해 그래핀의 전기 전도도를 조절함으로써 빛의 흐름을 제어하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 그래핀 플라즈몬의 탁월한 특성들을 활용하여 능동 변조 집적 광 소자를 구현하고 빛의 흐름을 보다 효율적으로 제어하기 위한 방안을 제시하는 데에 초점을 두고 있으며, 그래핀 플라즈몬 모드에 대한 제어 및 변조 효율 증대를 위해 light-graphene 상호작용 및 모드 국소화 특성을 향상시킬 수 있는 그래핀 플라즈모닉 시스템들을 제안하고자 한다. 배경 이론에서는 그래핀의 광학적 전기 전도도에 대한 이론적 해석 모델인 magneto-optical 전기 전도도 모델에 대한 고찰을 바탕으로 그래핀의 광학적 흡수 전이 특성과 복소 표면 전기 전도도 사이의 관계를 규명하고, 주파수 응답 특성 및 도핑 레벨에 따른 변조 특성을 확인하였다. 또한, 이러한 magneto-optical 전기 전도도를 갖는 그래핀 단층 박막의 표면에서 발생하는 그래핀 플라즈몬 모드들에 대한 기초 이론과 수치 해석 전산 모사에서 그래핀 단층 박막을 다루는 대표적인 방식을 설명하였다. 먼저, 이러한 이론적 배경을 바탕으로 그래핀 기반의 저차원 metal-gap-dielectric (MGD) 도파로 시스템을 제안하였다. 저차원 MGD 도파로 시스템은 두 일차원 경계 조건에 의하여, gap 그래핀 층에 강하게 국소화되어 전파하는 저차원 하이브리드 그래핀 갭 플라즈몬 (H-GGP) 모드를 발생시키며 이러한 H-GGP 모드의 독특한 전기장 분포 패턴에 기인하여 매우 향상된 light-graphene 겹침 수치를 갖는다. 또한 이와 같이 증가한 light-graphene 겹침 수치의 영향으로, H-GGP 모드는 그래핀의 도핑 레벨 변조에 대하여 mode profile은 안정적으로 유지하면서 전파 상수의 변조 민감도 향상과 선형 변조가 가능한 특성을 보인다. 한편, 그래핀 플라즈몬의 lateral 방향 모드 국소화를 위한 유전체 부하 그래핀 플라즈몬 (DLGSP) 도파로 구조를 제안하였는데, 이는 그래핀을 재단하거나 표면 전기 전도도를 공간적으로 변조할 필요가 없기 때문에 나노 공정 기술을 이용한 제작이 용이하고 다양한 구조로 응용이 가능한 장점을 갖는다. 또한 DLGSP 모드는 높은 유효 모드 굴절률 특성을 보이고 그래핀의 표면 전기 전도도 변화에 대해 매우 민감한 변조 특성을 갖기 때문에 이러한 특성들을 기반으로 설계한 결합 DLGSP 도파로 시스템에서는 주기가 매우 짧은 블로흐 진동 현상의 구현이 가능하며 그래핀의 도핑 레벨 변조를 통해 블로흐 진동의 전파 특성 (주기 및 진동)을 파장 한계 영역에서 효율적으로 제어할 수 있다. 또한, 그래핀의 저차원 구조 특성에 의한 광 흡수 효율 감소 문제를 극복하고 광 흡수 특성을 극대화하기 위해 그래핀-유전체 다층 박막 구조 기반의 광대역 완전 광 흡수체를 제안하였다. 제안한 톱날 형태의 광 흡수 구조체는 쌍곡 메타물질 도파로의 느린 빛 모드를 활용함으로써 그래핀에 의한 완전 광 흡수 특성이 넓은 주파수 대역에서 유지할 뿐만 아니라 그래핀의 도핑 레벨 조절을 통해 완전 광 흡수 대역의 능동 변조가 가능한 장점을 갖는다. 이러한 연구 결과들은 그래핀 자체의 저차원 구조 특성으로 인해 광학 모드와 그래핀의 상호 작용이 감소하는 근본적인 문제점을 보완하고 그래핀 플라즈몬 모드에 대한 제어 및 변조, 광 흡수 효율을 극대화하는 기술에 활용할 수 있기 때문에 능동 변조 집적 광 소자의 개발 및 성능 향상을 위한 다양한 응용 가능성과 자유도를 제시할 수 있다.