건축구조설계 및 내진성능평가를 위한 수치해석 프로그램의 시너지 효과

강재호 고려대학교 공학대학원 2022 국내석사

우선 서론에서 전기전자라는 분야에 대해 설명하고자 한다. 원래는 전기공학과, 전자공학과, 전파공학과로 나뉘어 있었으나 90년대 후반부터 서울의 각종 대학들을 시작으로 통합되어 현재 전공으로 개편되었다. 전기전자공학을 한 마디로 표현하면 전자기학의 원리를 파악하고 개발하는 분야이다. 이론 뿐만 아니라 실습 등이 상당히 어려우며 분량도 방대하다. 또한 브레드보드, 디지털 멀티미터, 파워 서플라이, 펑션 제너레이터, PCB 보드 등 다양한 프로그램을 다뤄야 한다. 학창 시절부터 물리와 수학에 대한 애착이 있다면 이 전공만큼 공부하기 흥미로운 전공은 없을 것이다. 전자회로이론과 반도체 등 전기전자에 대해 다양한 방면으로 공부를 접할 수 있기 때문에 배우는 점들을 넘쳐날 것이다. 이 전공에 대한 고민을 여러 가지로 해보면서 다른 전공과 융합을 시켜서 시너지 효과를 낼 수 있다는 다소 근거가 없는 논리를 만들었다. 근래 들어 공과대학 전공을 복수전공하는 사람들의 수가 늘어나면서 이러한 생각을 가지는 사람들도 여럿 있을 것이라 생각한다. 설비 분야에 대해 관심을 둔 사람이라면 전기전자공학과 함께 기계공학을 전공하는 사람들이 늘고 있은 추세이니 충분히 시너지 효과를 이끌어 낼 수 있으리라 생각한다. 앞에서 예시로 든 전공은 그나마 연관성이 있는 전공들이기 때문에 생각해 볼 개연성은 충분하지만 완전히 겹치는 부분이 없는 전공들끼리도 과연 시너지 효과를 창출할 수 있을지 의문이 들었고, 그러한 의문을 논리적으로 증명하기 위해 지금의 논문을 작성하고 제출한다.

교류 전기철도 급전시스템의 전차선 전압 해석

유순봉 한양대학교 공학대학원 2008 국내석사

전기철도는 수송효율 향상, 에너지 이용효율 증대, 환경개선 등의 효과로 인해 세계적으로 전철화가 급속하게 증가되고 있으며, 도시와 도시간 및 도시내의 대량, 고속?고밀도 운송을 담당하고 있다. 최근 기술의 발달로 전기차의 용량 증대나 열차 운행빈도를 증가시켜 수송력을 보다 더 증강시키려는 노력이 각국에서 시도되고 있다. 수송력 증강은 급전시스템 측면에서 보면 과전류로 인한 전차선로 온도상승과 전압강하의 발생을 야기시켜 전기차 운전에 지장을 초래할 가능성이 있으므로 전기철도 운용계획 및 건설계획 단계에서 이에 대한 사항을 사전에 검토하여 열차운용 스케줄을 작성하고, 급전시스템 설계에 반영하여야 한다. 특히 전기차는 이동과 정지를 반복하는 단상 대용량 집중부하이므로 전기적 특성의 변화가 심하여 급전계통에 전압강하, 전압 불평형 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 전압강하는 전철 급전계통에서 가장 중요한 요소로 전압변동과 불평형에 영향을 미치고, 연관기기 성능저하와 신호계통에 오동작을 일으키며, 시스템 안정도를 저해할 수 있다. 본 논문은 교류 전기철도 표준 급전방식인 AT 급전시스템을 해석하고자 급전시스템 해석에서 선로 임피던스의 값이 해석결과의 정확성을 결정하는 중요한 요소이므로 기능이 같은 전차선로 도체를 그룹화하여 실제 선로임피던스를 계산하였다. 그리고 계산된 선로 임피던스 값을 이용하여 AT 교류전기철도의 급전선로를 회로망 해석법을 이용하여 급전계통의 전구간 전압을 해석하였다. 본 논문에서 모델링 된 급전선로는 정상적으로 급전하여 운행하는 경우와 인접 변전소 고장으로 연장 급전하는 경우로 나누어 각각 도시철도와 고속철도의 경우에 대하여 전차선 전압 변화를 모델링하였다. A comprehensive analysis on the side of electrical characteristics along with the consideration of tractive force, running pattern, timetable, track condition is essential to make a precise investigation for various phenomena occurring in the railway power feeding system. This kind of analysis can be employed to decide the capacity of power substation to establish an optimal dispatch schedule of the conventional lines. It can be also used to examine the adequacy of the existing power supply system to the load carrying capability. An AC electric railroad system is rapidly changing single-phase load, and at a feeding substation, 3-phase electric power is transferred to paired directional single-phase electric power. As the train moves along a section of line between two adjacent ATs. The proposed AC electric railroad system modeling method considers the self-impedances and mutual-impedances. The constant current mode model objectives are to calculate the catenary voltages with the loop equation. When there are more than one train in the AC electric railroad system, the principle of superposition applies and the only difference between the system analyses for one train. Finally, this paper shows the general equation of an AC electric railroad system, and that eqation has no relation with trains number, trains position, and feeding distance.

전기자동차 동시충전으로 인한 전력계통 영향과 해결방안 연구

김병관 한양대학교 공학대학원 2017 국내석사

전기자동차 보급이 확대됨과 동시에 전기자동차 충전이 특정 시간대에 몰리거나 특정지역의 배전선로에 집중되면 전력수급 균형이 불안해질 수 있다. 따라서 전기자동차 충전으로 인한 전력수요가 증가함과 동시에, 전기자동차의 충전전력수요를 지역적 시간적으로 분산시키는 것이 전력수급 안정도 측면이나 전기자동차 충전설비를 효율적으로 이용하는 측면에서 중요해진다. 아직 국내의 전기자동차 보급이 활성화되지 않은 상태이기 때문에 현재는 충전설비 확충을 통한 전기자동차 보급 활성화가 중요시되고 있지만 전기자동차 충전인프라가 어느 정도 확충된 이후에는 특정 시간 특정지역에 충전 수요가 집중되는 문제가 발생할 것으로 예상된다. 완속 충전의 경우 퇴근 후 저녁 시간대에 전기자동차 충전 수요가 집중되는데 이를 시간적 순차적으로 접속시켜서 전기자동차 충전부하율을 일정하게 유지할 수 있도록 제도적 기술적 보안이 필요하고 급속 충전의 경우 짧은 시간에 대용량 대전류를 충전하기 때문에 배전선로의 교란이 올 수 있고 배전 용량의 한계가 있는 대도시 중심가에 집중적으로 발생될 수 있어 급속 충전 사전예약제를 통해 배전선로에 접속되는 전기자동차 충전용량을 사전에 예측 통제할 수 있도록 하는 것이 배전계통 안정도 측면에서 유리하다.

지속성 과전류에 의한 모터의 전기적 특성 및 열화 분석

김지현 한양대학교 대학원 2012 국내박사

본 논문은 전원이 인가되어 동작하는 모터 시스템에 있어 전기적인 비정상 과도상태나 지속적인 과전류 상태에서 흔히 발생하는 모터의 열화특성을 분석하고자 한 지속성 과전류에 의한 모터의 전기적 특성 및 열화분석에 관한 연구이다. 모터라 함은 자속을 발생하는 영구자석과 전류의 흐름을 유도해 회전을 발생시키는 정류자로 크게 구성되고, 정류자에는 절연된 인덕터가 함침되어 있다. 산업현장 및 전기전자 기기에 다양하게 사용되고 있는 모터는 회전력을 이용하여 부하를 구동시키게 되는데, 장시간 또는 비정상적인 사용 환경에 의해 정상적인 출력이 나타나지 않을 때 흔히, 모터가 열화 되었다는 말을 많이 한다. 모터의 열화란 구체적으로 어떤 상황을 말하는 것이며, 열화가 발생했을 때 모터의 전기적 특성은 어떻게 변화하는지 실험을 통해 분석하고자 했다. 열화 발생은 장시간 사용에 의한 노후 또는 과도상태에 의한 전기적 쇼크가 주요 원인이 될 수 있는데 본 연구에서는 이러한 실험을 실제로 사용되고 있는 모터 시스템에 적용하였고, 열화방지가 가능한 제어기를 제안하여 지속적이고 반복적인 과부하를 동시에 인가함으로써 직접적인 비교를 시도하였다. 대상 시스템은 자동차의 폴딩제어 시스템으로서 폴딩 제어기술은 모터의 동작을 정․역으로 반복 제어함으로써 부하의 구동을 제어하는 다양한 장치 및 시스템에 많이 응용되고 있으며, 대표적인 적용 사례로서 자동차의 사이드 미러 접이 콘트롤러, 와이퍼 콘트롤러, 안테나 콘트롤러, 파워윈도우 콘트롤러 등을 들 수 있다. 이러한 제어 메커니즘은 일반적으로 구동의 주체인 모터와 과전류 감지 소자, 전류 제어용 스위칭 소자, 전원 제어용 릴레이 등으로 구성되어 있으며, 부하의 변동에 따라 변화하는 모터의 전류 포화 정도가 한계점에 이르렀을 때 전기적 용단 특성을 가진 열전소자가 회로를 트립시킴으로서 모터의 동작을 차단하는 전원제어 방식을 채용하고 있다. 하지만 이러한 제어방식은 동작중인 모터를 특정 위치에서 더 이상 회전하지 못하도록 강제 구속하는 구조로서 전기적 차단이 이루어지기까지 모터에는 과부하가 유지되고, 과부하로 인해 모터의 내부저항이 감소함으로써 정격이상의 과전류가 유도되게 된다. 이러한 과전류는 지속적으로 모터의 열화를 일으키는 요인으로 작용하며, 심할 경우 모터 내부의 온도상승으로 인덕터 표층의 절연 피막이 손상되어 전기적 쇼트 현상이 발생하게 된다. 따라서 시스템의 안정된 동작과 제어를 위해서는 모터에 과부하가 발생하지 않도록 하여야 하며, 그 정도 또한 최소화 되도록 하는 것이 중요하다. 하지만 현재의 시스템은 과전류를 흘려 회로를 차단시키는 폴리 스위치 방식을 적용하고 있어 모터에 유도되는 과부하를 방지하기 어려운 근본적인 문제를 안고 있다. 폴리스위치는 특정 온도 이상에서 구동 회로를 트립시켜 전기적으로 고저항을 유지함으로써 회로를 보호하는 역할을 하지만 주변의 온도에 따라 트립시점이 일정하지 않기 때문에 정밀한 제어는 물론 시스템의 신뢰성을 확보하기 어렵다는 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 기존 제어방식의 한계에 의해 발생하는 모터의 전기적 특성 저하를 방지할 수 있는 새로운 제어기를 설계 하였다. 제어기는 모터 실시간 감시 및 전류센서 회로, 신호변환 및 증폭회로, 신호 필터링을 위한 정형화 회로, 제어 시차를 조절하는 타이밍 발생기 및 모터 오프 제어회로로 구성하였고, 전력전자 소프트웨어인 CASPOC으로 직류 모터의 모델링과 시뮬레이션 통해 제어기의 동작 상태를 분석 하였다. 또한, 시뮬레이션 결과를 실제 상태와 비교하기 위해 제어기를 제작하여 동일한 조건에서 100,000회의 열화 실험을 반복한 결과, 기존 제어기의 전기적 특성이 현격히 저감한 반면, 개선된 제어기의 특성은 대체로 양호하여 기존 제어기에 비해 모터 코일의 내부저항 39%, 인덕턴스 26%, 절연저항 10배의 결과를 얻었다. 즉, 실험결과를 통해 모터의 전기적 특성 및 열화상태를 비교 분석할 수 있었으며, 모터의 주된 열화 요인으로 지속적인 과전류 및 열적인 과부하가 모터의 주된 열화요인으로 작용하는 것을 확인할 수 있었다.

오피스빌딩의 전열콘센트를 통하여 전기 기구에 공급하는 전기를 제어하는 시스템 및 그 제어방법에 관한 연구

심경택 한양대학교 공학대학원 2013 국내석사

최근 비약적인 경제개발로 인하여 에너지 소비는 매년 증가 추세에 있으며, 그에 따라 온실가스배출량 증가율 역시 급증 추세에 있다. 앞으로 20년 후면 에너지 수급 불균형 상태가 되며, 50년 후에는 거의 고갈상태에 이르게 된다. 이러한 상황에서 에너지 절감은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 또한 최근에 경제발전에 따라 대형 오피스 빌딩이 많이 건축되고 있는데 오피스 빌딩은 수천, 수 만개의 조명등뿐만 아니라 개인용 컴퓨터, 복사기, 커피포트와 같은 전열기구(히터 등), 환기휀 등 각종 전기기구가 사용되어 하나의 오피스 빌딩에서만도 상당한 양의 전기에너지를 소비하게 된다. 따라서 오피스 빌딩에서 에너지 절약 및 화재예방을 위하여 각종 대책이 요구되고 있다. 종래 오피스빌딩에서 소비되는 에너지를 절약하기 위하여 “출입통제시스템과 연동된 건물의 통합 감시제어시스템”이 있으나, 이 본문은 오피스빌딩 내 사용자들의 입, 퇴실 여부에 따라 조명시스템을 제어하여 조명기구에 소비되는 에너지를 절감하기 위한 것이다. 그러나 오피스빌딩 내에서는 조명등 뿐만 아니라 전술한 바와 같이 개인용 컴퓨터 등 수천, 수만 개의 전기 기구를 사용하여 많은 양의 전기에너지를 소비하므로 전기기구에 소비되는 에너지도 절약할 필요가 있다. 특히 최근에는 근무환경의 변화로 근로자 1인당 하나의 컴퓨터를 사용하기 때문에 조명기구 못지않게 많은 전기에너지를 소비하고 있다. 개인용 컴퓨터, 복사기 등 주로 오피스빌딩내 에서 사용되는 전기기구는 근무시간에는 사용하지만 퇴근한 후에는 사용되지 않으므로 대부분 전기기구의 전원스위치를 오프하여 전력을 차단한다. 그러나 전기기구는 전원스위치를 오프하여도 내부 부품에서 대기전력이라 하는 전기가 불필요하게 소비하므로 퇴근 후에는 콘센트로부터 플러그를 뽑아 대기전력을 차단할 필요가 있다. 그러나 사용자들은 매일같이 퇴근 시에 플러그를 뽑고 출근 시에는 다시 꽂는 일이 매우 불편하기 때문에 일반적으로는 플러그를 뽑지 않고 그냥 퇴근한다. 따라서 대기전력 및 일반전력이 소비되어 에너지가 낭비되고 있는 실정이다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 연구된 것으로서, 본 연구의 추가적인 목적은 근무자의 입실 및 퇴실여부를 자동으로 파악하고 퇴실 때에 근무자의 필요상황에 따라 전기기구에 계속 전원을 공급하는 경우를 제외하고 자동으로 전기기구에 연결된 해당 릴레이를 차단하고 입실 때에 자동으로 해당 릴레이를 연결함으로써 대기전력 및 불필요한 일반전력을 차단하여 에너지를 절감하고 전기기구의 과열로 인한 화재를 예방하며, 또한 그럼에도 불구하고 근무자의 업무에 지장을 주지 않는 오피스빌딩의 전열제어시스템을 제어방법을 제안 및 연구하고자 한다.

전기자동차 배터리 생산공장 저장 랙- (Storage Rack) 화재방지에 관한 연구

좌경석 한양대학교 공학대학원 2024 국내석사

현대 사회는 과거보다 더 많은 화석연료를 개발하고 사용함으로써 비약적인 경제, 사회, 문화 발전을 이루게 되었습니다. 그러나 비약적 발전 이면에 무분별한 화석연료의 사용은 자원의 고갈과 환경오염 및 지구 온난화라는 큰 재앙 역시 가져왔습니다. 그 결과 각국은 지구 온난화와 기후변화의 심각성을 인식하고, 이에 대응하기 위해 국제기후변화 협약을 체결하게 되었고, 그 대표적인 조약이 1992년 채택된 유엔 기후변화 협약(UNFCCC)과 2015년 채택된 파리협약입니다. 이중 파리협약은 역사상 가장 포괄적인 기후변화 협약으로 지구 온난화와 기후변화의 심각성을 인식하고 이에 대응하기 위하여 각국은 온실가스 배출량을 줄이고, 기후변화에 적응하기 위한 노력을 가속할 수 있게 되었습니다. 이에 따라서 각국은 온실가스 배출 저감의 목적으로 전기 자동차 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 유럽연합(EU)은 2035년부터 내연기관 자동차의 신차 판매를 금지하는 규정을 2023년 3월 28일 회원국 이사회 최종 투표를 통해 통과시켰습니다. 따라서 유럽에서는 2035년 이후에는 내연기관 자동차를 구매할 수 없게 되었습니다. 그 결과로 전기 자동차 보급을 위한 최우선 과제인 전기자동차용 배터리 개발은 전기자동차 보급확대에 크게 이바지할 수 있는 핵심기술이 되었습니다. 전기자동차용 배터리 대량생산, 대량보급의 과제는 한번 충전으로 주행할 수 있는 주행거리, 충전시간, 충전 간격, 화재로부터 전기자동차 배터리 안전성 등이 보장되어야 합니다. 전기자동차용 배터리 개발과 보급이 늘어나면서 전기자동차 배터리 화재가 다양한 원인에 의해서 발생하고 있는 점에 주목하고, 이에 다방면으로 전기자동차 배터리 화재 원인 및 예방, 소화를 위한 연구가 진행 중입니다. 여기서는 전기자동차용 배터리 생산공장 그중에서도 저장-랙(storage rack) 에서 발생할 수 있는 배터리 화재 및 저장-랙(storage rack)에 저장된 배터리 화재에 최적에 소화 방법을 찾고 그 소화 방법을 적용했을 때 발생할 수 있는 문제점 역시 검토하고자 합니다. Modern society has achieved remarkable economic, social, and cultural progress through the development and use of more fossil fuels than in the past. However, behind this rapid progress, the indiscriminate use of fossil fuels has also brought about major disasters such as resource depletion, environmental pollution, and global warming. As a result, countries have come to recognize the seriousness of global warming and climate change, and have signed international climate change agreements in response. The most representative of these agreements are the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), adopted in 1992, and the Paris Agreement, adopted in 2015. The Paris Agreement is the most comprehensive climate change agreement in history. It allows countries to accelerate their efforts to reduce greenhouse gas emissions and adapt to climate change in recognition of the seriousness of global warming and climate change. As a result, the development of electric vehicles is actively being pursued in various countries for the purpose of reducing greenhouse gas emissions. The European Union (EU) passed a regulation in its member states council on March 28, 2023, prohibiting the sale of new internal combustion engine vehicles from 2035. As a result, it will no longer be possible to purchase internal combustion engine vehicles in Europe after 2035. As a result, the development of electric vehicle batteries, which is the top priority for the promotion of electric vehicles, has become a key technology that can greatly contribute to the expansion of electric vehicle adoption. The challenges of mass production and mass deployment of electric vehicle batteries include ensuring the driving range, charging time, charging interval, and battery safety of electric vehicles from fire after a single charge. Noting that electric vehicle battery fires are caused by various causes as the development and distribution of electric vehicle batteries increase, research is underway to cause, prevent, and extinguish electric vehicle battery fires in various ways. In this case, we will examine the problems that may arise when we find and apply the fire extinguishing method to the battery fire and the battery fire stored in the storage rack that may occur in the electric vehicle battery production plant.

전기공사 인력 수급을 위한 산업계 주도형 인력양성 모델 개발

김경창 한양대학교 공학대학원 2018 국내석사

최근 전세계적인 제4차 산업혁명 시대를 맞아 경제·사회 구조의 대변혁이 예고된 가운데 우리 정부는 스마트공장, 바이오, 지능형로봇, 첨단자동차 등과 더불어 에너지신산업을 핵심요소로 꼽으며 그 중요성에 대해 강조하고 있다. 또한 2011년 발생한 일본 후쿠시마 원전 사고 이후, 원전의 안전 문제가 사회적 이슈로 대두되고 이에 따라 단계적으로 원자력 발전을 감축하고 신재생에너지 발전 비율을 확대하는 등 국내 에너지 로드맵이 재수립 되고 있다. 따라서 전기공사업은 기존의 업역 뿐만 아니라 태양광, 풍력 등의 신재생에너지, 스마트그리드, 전기자동차 충전설비, 에너지저장장치 등으로 급격하게 업역이 확장되고 있으며, 확장된 업역에 따라 시공기술 인력이 더 많이 요구되고 있다. 그러나 오래전부터 우리 사회 구조의 문제점으로 지적되어 온 3D 산업에 대한 취업자들의 기피현상으로 인해 전기공사업 분야에서도 인력수급의 문제가 발생되고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 전기공사업 인력수급 문제를 해결하기 위하여 전기공사업의 인력 실태 및 수급 현황을 조사하여 문제점을 파악하고, 현행 기능인력 교육과정과 보급중인 NCS 교육과정 간의 비교를 통해 업계가 요구하는 기능인력의 양성효과를 분석하였다. 또한 국외의 전기공사 인력양성모델을 조사·분석하여 국내 교육 시스템의 문제점을 파악해 보았다. 이를 토대로 기존 정부 교육방침에 따라 양성되어 배출되는 방식을 산업계가 필요로 하는 직무능력에 따른 직업교육과 훈련과정으로 배출되는 방식으로 변경된 산업계 주도형 기능인력 양성 모델을 제안하였다.

전기자동차 보급을 위한 충전설비 시공 연구

김용인 한양대학교 공학대학원 2016 국내석사

최근 환경, 미세먼지 등의 이슈와 맞물리면서 전기차에 대한 관심이 그 어느 때보다 뜨겁다. 정부의 친환경 정책과 온실가스 규제와 맞물려 전기차에 대한 관심은 커지고 있다. 기존 완성차 업체는 물론 IT 업계, 전력 회사 등 전기차 산업과 연관된 업체들이 연구에 적극적으로 참여하고 있으나 국내 전기차 시장은 해외 시장과 비교하여 빠르게 성장하지 못하고 있다. 국내 전기차의 성능과 배터리의 기술은 지속적으로 발전하고 있는 반면 충전인프라에 대한 계획과 충전설비 시설에는 확충에는 소홀하게 진행되고 있다. 실제로 해외의 경우 적극적인 정부의 주도로 전기차 시장이 활성화 되고 있으며 충전 인프라 또한 잘 구축되어 있다. 해외 선진국의 경우 친환경 전기차를 많이 목격 할 수 있는 반면 우리나라의 경우 도로에서 전기차를 보기가 매우 힘들다. 전기차 선진국의 일본의 경우 2015년까지 누적 판매대수가 6만5000대 약 24%의 보급률을 보이는 반면 우리나라의 경우 누적 판매량은 5800대 약 0.9%의 보급률로 친환경차의 보급률이 매우 저조하다. 전기차 시장이 발전하려면 충전설비시설 구축이 필수적이지만 정부의 제도적 지원과 국내 완성차 업체의 소극적인 태도로 인해 충전시설 인프라 구축이 더딘 상황이다. 따라서 본 논문에서는 전기차 충전에 대한 전반적인 이론 사항과 충전 설비시공 사례를 제시하였다. 시공 사례를 통해 앞으로 국내 전기차 충전시설 인프라 구축의 방향을 제시하고자 한다.

음이온 밀도와 부유 전위 분포 측정을 통한 산소 플라즈마 물성 연구

장애선 한양대학교 대학원 2021 국내박사

In this paper, we propose an electrical diagnostic method that can measure electronegativity and negative ion density using a harmonic current, and analyze the characteristics of oxygen plasma by measuring the two-dimensional floating potential distribution at the position of substrate of inductively coupled plasma generator. In the case of an electropositive plasma, argon, variables such as electron temperature, electron density, plasma potential, and electron energy probability function(EEPF) are measured to understand the plasma properties. However, in an electronegative plasma such as oxygen and perfluorocarbons, electronegativity and negative ion density should be further determined. These factors control the overall characteristics of the electronegative plasma, while also affecting the semiconductor fabrication yield. Nowadays, diagnosis of electronegative plasmas is largely divide into two methods, an optical diagnosis method and an electric diagnosis method. The optical diagnosis method generally has a disadvantage in that parameters at a specific location cannot be obtained, whereas the electrical diagnosis method can measure the plasma parameters at any locations in the plasma. In this work, electronegativity and negative ion density are obtained using the harmonic current by applying a small sinusoidal voltage to a potential lower than the plasma potential. This method can give less perturbation to the plasma than the method of sweeping the probe voltage higher than the plasma potential. The experiment is conducted in an inductively coupled oxygen plasma, and the results are compared with those from a two-dimensional model and a two-probe theory under the same discharge conditions to confirm the effectiveness of our method. The electronegativity and negative ion density distributions measured with varying the pressure and applied power agree well with the results obtained from the other two methods. In semiconductor manufacturing process, electronegative plasma is widely used in process steps such as photoresist ahing, anisotropic etching, and material oxidation. A non-uniform plasma will lead to a non-uniform flux of charged particles incident on the wafer, which further affects the uniformity of the potential of wafer surface. This can cause voltage breakdown or current leakage depending on the thickness of the oxide film in the trench structure. Therefore, it is very necessary to analyze the effect of negative ions on the surface potential distribution by measuring the floating potential at the wafer position in the electronegative plasmas(oxygen). In general, the plasma that is frequently used in laboratories is an electropositive plasma such as argon. Since the electropositive plasma has very different characteristics from the electronegative plasma, in this study, argon plasma and oxygen plasmas are comparatively analyzed under the same discharge condition. 본 논문에서는 고조화 전류를 이용한 전기음성도와 음이온 밀도를 측정할 수 있는 전기적 진단 방법을 개발했고, 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 극판 위치에서 이차원 부유 전위 분포를 측정함으로써 산소 플라즈마에 대한 특성 분석을 진행했다. 아르곤과 같은 전기적 양성 플라즈마 일 경우, 플라즈마 특성을 이해하기 위해서는 전자 온도, 전자 밀도, 플라즈마 전위 및 전자 에너지 확률 분포 함수와 같은 변수를 측정하게 되는데 산소, 과불 화 탄소 (perfluorocarbons) 같은 전기적 음성 플라즈마에서는 전기음성도와 음이온 밀도를 추가로 파악해야 한다. 이 요소들은 전기적 음성 플라즈마의 전반적인 특성을 제어하는 동시에 반도체 생산 수율 에도 영향을 미치게 된다. 기존 전기적 음성 플라즈마 진단은 크게 광학적 진단 방법과 전기적 진단 방법 두가지로 나뉜다. 광학적 진단 방법은 보편적으로 특정위치에서의 정보를 얻을 없는 단점이 있는 반면 전기적 진단 방법은 플라즈마 내 특정위치에서의 플라즈마 변수를 측정할 수 있다. 본 연구에서는 플라즈마 전위보다 낮은 전위에 작은 싸인 전압을 인가함으로써 얻은 고조화 전류를 이용해서 전기음성도와 음이온 밀도를 측정했다. 이 방법은 프로브에 플라즈마 전위 이상의 전압을 인가하는 방법보다 플라즈마에 섭동을 적게 주게 된다. 실험은 유도 결합 산소 플라즈마에서 진행하였고, 진단 방법의 유효성 검증을 위해 같은 방전 조건에서 이차원 모델과 이중 프로브 진단법을 사용해서 그 결과를 비교했다. 압력과 인가 파워를 변경하면서 측정한 전기음성도와 음이온 밀도 분포는 다른 두 가지 방법으로부터 얻은 결과와 잘 일치했다. 반도체 제조 공정에서는 포토 레지스트 (photoresist) 에싱, 이방 성 식각, 산화 막 생성 등 공정 단계에서 전기적 음성 플라즈마를 폭 넓게 사용하고 있다. 플라즈마가 불 균일하면 웨이퍼 표면에 입사하는 대전 입자들의 선속도 불 균일 해지기 때문에 웨이퍼 표면 전위의 균일 도에 영향을 미치게 된다. 이는 트랜치 구조에서 산화 막 두께에 따라 전압 붕괴 또는 전류 누설을 발생하게 한다. 따라서 전기적 음성 플라즈마(산소)에서 웨이퍼 위치에서의 표면 전위를 측정함으로써 음이온이 표면 전위 분포에 주는 영향을 분석하는게 매우 필요하다. 일반적으로 실험실 단위에서의 플라즈마는 전기적 양성 플라즈마 (아르곤)를 많이 사용한다. 이는 산소와 같은 전기적 음성 플라즈마와 특성이 매우 다르기 때문에 본 실험에서는 같은 방전 조건에서의 아르곤과 산소 플라즈마를 비교 분석했다.

질화물계 발광다이오드 에피웨이퍼의 전기광학적 특성 측정 방법

김승균 한양대학교 대학원 2012 국내석사

질화물계 발광다이오드(InGaN/GaN-based LEDs)의 전기광학적인 특성들의 측정은 보통 에피웨이퍼 성장 후에 칩 공정과 패키지 공정을 거친 후에 이루어지기 때문에 많은 시간과 비용이 초래되고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 에피웨이퍼 성장 후에 전기광학적 측정이 가능하도록 새로운 방법을 제시하였다. 기존의 방법은 에피웨이퍼의 전기광학적 특성 평가를 위해서 다이아몬드 칼로 에피웨이퍼의 일부분을 제거하고, 제거된 부분에 간이전극을 만들어 사용하는 방식을 사용하였다. 하지만 이와 같은 방법은 여러 가지 문제점이 나타나기 때문에 올바른 전기광학적인 특성 측정이 어려워진다. 본 연구에서는 정확한 전기광학적 특성 측정을 위해서 복잡한 반도체 제조공정이나 손을 이용한 다이아몬드 칼 가공이 아닌, 기계적인 레이저 시스템을 이용하여 측정 결과의 정확성을 높였다. 또한 칩과 비슷한 모양과 크기를 가지는 패턴을 고안하여 칩과 비슷한 특성을 도출해 낼 수 있도록 하였다. 패턴은 원형 패턴을 사용하여 누설전류와 항복전압이 좋은 특성을 가질 수 있도록 하였으며, 전극과 전극 사이의 길이를 최소화 하여 전극 사이의 결함의 영향을 최소화 하였다. 이러한 새로운 방법을 이용하여 전압-전류 특성, 내부양자효율, 전류-광량, 전압-정전용량, 면 저항, 스펙트럼 분포 등의 전기광학적 특성을 정확히 측정할 수 있었다. 기존의 다이아몬드 칼을 사용한 방법이 전압-전류, 스펙트럼 등의 결과만 도출해낼 수 있다는 점과 비교해서 좀 더 다양한 전기광학적 특성 평가가 가능해지게 되었으며, 기계적인 시스템을 이용한 재현성 확보, 새로운 패턴 형성을 통한 정확한 전기광학적 특성 도출 등으로 에피웨이퍼 상태에서 발광다이오드의 성능을 충분히 평가할 수 있다는 사실을 확인하였다. This thesis investigates a new measurement method of electrical and optical characteristics of light-emitting-diode (LED) epitaxial wafers before chip or packaging fabrication processes. Usually, to analyze electrical and optical characteristics of epitaxial wafers, a portion of the epitaxial wafer is removed by using the diamond knife and the electrode is attached at that point. Since this method is performed manually, reproducibility of the measurement is low and creating the identical formation of the pattern on different samples is difficult. Therefore, this thesis proposes a new method which makes it possible to measure electroluminescence (EL) characteristics of the epitaxial wafer in order to enhance reproducibility of the measurement and obtain more accurate electrical and optical characteristics. A CO2 laser and the diamond-cutter mechanism were used to process the epitaxial wafer for realization of the new method. Also a special electrode pattern was utilized, enabling the accurate measurement of the current-voltage characteristics, the internal quantum efficiency (IQE), the EL, the capacitance-voltage characteristics, the sheet resistance, and the wavelength spectrum. The method proposed in this thesis makes it possible to apply various measurement techniques and improve reproducibility by using mechanical system compared with the existing method using a diamond knife, which allows only measuring the wavelength spectrum and the current-voltage characteristics. Finally, we confirmed that the LED performance can be evaluated with sufficient accuracy in the epi-wafer condition.