산업체측 공동 작성자
(주)도은 대표이사 신도현
(주)일신화학 영업기획과 과장 정근우 |
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| ① 과제의 중요성(필요성) |
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 21세기 정보·통신 산업의 정보 전달 분야는 마이크로파를 이용한
위성통신망과 광파를 이용한 고속통신망을 중심으로 구축될 것임.
이 중에서 광파를 이용한 기술은 간섭현상을 효과적으로 이용할 수 있고, 광대역을 이용하므로
효율적으로 많은 양의 정보를 고속으로 전달할 수 있다는 장점을 지니고 있음.
이러한 장점을 지닌 광특성 소재들은 현재, 정보의 전달과 함께 표시, 저장, 변조 등 다양한 목적에
광범위하게 이용되고 있음.
광특성 소재란 빛의 고유성질인 굴절, 반사, 흡수, 회절, 간섭 등에 의해 빛이 통과하는 매질과의 상호
작용을 이용하여 생성, 변조, 전파, 복조, 검파하는데 필요한 부품 혹은 소자의 재료를 말함.
광특성 소재들은 이미 주변에서 많이 이용되고 있고 유용한 기기들에 소자형태로 장착되어 사용되고
있으며, 이 소자들은 전자, 기계, 섬유, 화공 분야의 핵심부품으로 그 응용범위를 급격히 확대해
나가고 있음.
실례로 고화질의 음향과 영상을 구현할 수 있는 Digital A/V 기기, 도난방지 경보기 등 가전제품
뿐 아니라 고속 고정밀도와 신뢰도를 요구하는 광통신기기, 군사용기기, 대용량 Memory 시스템 및
정밀 계측기 등에 이르기까지 기존 전자소자로는 구현할 수 없는 부분으로까지 그 수요는 점차
확대되고 있음.
그러나 전자제품의 고기능화와 다기능화에 따라, 핵심부품 재료인 광특성 소재의 개선이 절실히
요구되고 있음.
따라서 광자의 시대라 일컬어지는 차세대 시장의 주역이 되기 위해서 광특성 소재의 개발은
필수적이라 할 수 있음. |
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| ㉮ 제 1 세부과제의 중요성 |
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지난 수년간 전광학 박막의 물성분석법 및 광특성 simulation법을 집중적으로 개발,
연구를 수행해 옴.
PSM 조건 확립을 위한 simulator 기술을 개발, 확보하였으며 위상변위(180o)와 투광도(5∼10%)
조건을 확립하였음.
그러나 High-Transmittance Attenuated PSM의 기술 개발이 요구됨
독자적인 기술 확보는 앞으로 다가올 sub-micrometer lithography 시대에서 기술적인 우위를
차지하기 위한 필수적이 조건으로 대두됨. |
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| ㉯ 제 2 세부과제의 중요성 |
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기존의 CRT로는 현재의 요구를 포용하기 힘든 상황
CRT와 평판표시소자의 장점을 고루 갖추고 있는 FED(Field Emission Display)는 실용화 가능성이
크게 기대되는 표시소자임.
경박단소, 저소비전력 등의 조건을 만족해야 함.
재료설계의 관점에서 보다 체계적으로 우수한 형광물질의 설계 공정을 개발하는 것을 목표로 하며,
향후 개발 연구수행을 위한 기초자료의 축적이라는 관점에서도 그 필요성이 매우 절실함. |
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| ㉰ 제 3 세부과제의 중요성 |
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무-유기 혼성재료를 이용함으로써 기존 실리카 재료의 단점 극복 가능
높은 열 안정성을 가지는 실리카 재료와 우수한 연신률을 가지고 광특성 또한 우수한 PMMA
하이브리드 재료를 합성함으로써 우수한 광소자의 제작이 가능
우수한 광특성과 경제성을 동시에 가지는 무-유기 하이브리드 waveguide의 연구가 절실히 요구됨. |
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| ② 과제관련 국내·외 동향 |
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 연구수행 측면 |
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| ㉮ 국내 |
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KAIST의 경우, 3명의 교수가 광소재/부품에 관한 연구를 수행 : 노광수, 배병수, 전덕영 교수
KAIST 전자공학과 과학재단 지정 광전자연구센터 : 폴리머 광도파로 변조기 및 스위치,
광도파로의 제작, 광증폭기, 광섬유소자를 연구
광주과학기술원 정보통신공학과 : 특수용도 광섬유, 광섬유소자, 광전소자, 레이져다이오드,
광집적회로 등을 연구
정보통신부 소속 한국정보통신대학원대학교 광통신 및 광자공학 분야 : 전자광학부품 기술을 연구
전자통신연구원 (ETRI) 회로소자기술 연구소 : 화합물 반도체 분야를 연구
삼성전자 (주) Telecommunication 사업부 : 광섬유, 광소자 등을 개발
오리온텔레콤 (주) : coupler, WDM 등을 개발
엘림광통신 : 광전송기기, 광섬유코드, 접속 등 주변자재를 개발
엘지콤 : 광케이블, 커넥터, 스위치, Isolator 등을 개발
광전자 (한국 고덴시 등과 계열사) : LED, Photosensor 등을 개발
훈인전자 : LED, Photosensor 등을 개발 |
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| ㉯ 국외 |
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MIT : 4명의 교수가 광소재/부품 분야에서 연구하고 있음. 해당 교수명과 연구분야는 다음과 같다.
- Professor Fitzgerald : LED and Laser Materials
- Professor Jensen : Electroluminescent Devices
- Professor Kimerling : Silicon Micorphotonics (Interconnection, SOI Waveguide)
- Professor Witt : Ultrahigh Speed Electro-Optical Applications, Non-linear Optical Properties
of Materials
UI, Urbana-Champaign : 역시 4명 정도의 교수가 광소재/부품 분야에서 연구하고 있음, 교수명과
연구분야는 다음과 같다.
- Professor Abelson : Optoelectronic Devices
- Professor Allen : Photovoltaic Devices
- Professor Braun : Photonics
- Professor Kieffer : Glass Technology |
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| 교육 측면 |
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| ㉮ 국내 |
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재료의 광학적특성에 관련된 학사과정 교육은 재료과학개론에서 시작됨.
학사 3학년 혹은 4학년 과정에서 대부분 재료의 전기자기적 성질이란 교과목에서 가르치게 됨.
예) 서울대학교 재료공학부 445.312 재료의 전기자기적 성질
(Electric, Magnetic and Optical Properties of Materials)
광소재의 한 분야인 유리에 대한 강의는 KAIST를 위시한 대부분의 대학에서 개설되고 있음.
예) 서울대, 포항공대 (442, 비정질 무기재료), 연세대 (DG356 유리공학),
고려대 (MSE411, 유리공학) 등.
대학원 과정에서도 역시 학사과정과 마찬가지로 재료과학개론, 유리에 대한 교과목 등에서
재료의 광학적 특성을 교육시키고 있는 실정임.
몇몇 대학원에서 재료의 광학적 특성의 중요성이 최근에 대두되어 전문적인 강의를 하고 있음.
예) KAIST 재료공학과 MSE 광학재료, 서울대학교 재료공학부 408.621 무기재료의 광학적
성질 (Optical Ceramics), 포항공과대학원 재료금속공학과 645 재료의 광학적성질 등.
비록 분야의 중요성은 통감하고 있으나 대부분의 대학에서는 그 분야의 강의를 담당할 교수진의
미비로 전문적인 광소재/부품에 대한 강의가 없는 실정임. |
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| ㉯ 국외 |
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| 학부와 대학원에서 재료의 광학적 특성에 대한 교육은 우리나라의 사정과 같음. |
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| ③ 세부내용 |
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| 제 1 세부과제 |
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| ㉮ 연구목표 |
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| ⓐ 1단계 |
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노광파장 : 193 nm
검사파장 : 248 nm
Phase shift at 193 nm : 180±5o
Transmittance at 193 nm : 20±5%
Transmittance at 248 nm : ≤40%
Chemical stablility at the processing condition
Strong adhesion between coated film and quartz substrate |
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| ⓑ 2단계 |
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노광파장 : 157 nm
검사파장 : 193 nm
Phase shift at 157 nm : 180±5o
Transmittance at 157 nm : 20±5%
Transmittance at 193 nm : ≤40%
Chemical stablility at the processing condition
Strong adhesion between coated film and quartz substrate
Dry etchable |
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| ㉯ 연구내용 및 방법 |
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| ⓐ 1단계 |
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보유하고 있는 sputter의 개조 및 부대장치 장착
체계적인 예비 증착실험을 통한 CrAl-계 박막 제조 및 물성분석
193 nm용 attenuating type phase shift mask material로서의 최적조건을 확립
공정변수와 특성간의 correlation을 통한 최적 공정 조건 확립 |
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| ⓑ 2단계 |
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157 nm용 PSM을 개발하여 최적 공정 조건을 확립
연구·개발된 PSM 재료의 증착변수에 대한 물성, 특히 광학적 성질을 연구
보유하고 있는 RIE를 이용하여 개발된 PSM의 에칭조건을 확립 |
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| ㉰ 연구추진 전략 및 체계 |
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새로운 PSM 물질인 Cr-Al계의 연구
검사파장에서 높은 흡수성을 지니는 에너지 트랩의 사용 |
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| 제 2 세부과제 |
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| ㉮ 연구목표 |
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| ⓐ 1단계 : 저전압 형광체의 발광에 영향을 미치는 인자를 고찰 |
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저전압 (300V 이하) 구동시 형광체 표층과 입사 전자간의 상호작용 이해
여러가지 산화물 형광체의 표면처리를 통한 발광특성 및 발광 기구 고찰
형광막 발광특성에서 표면 전기전도도의 역할 고찰 |
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| ⓑ 2단계 : 형광체 재료가공 공정을 바탕으로 우수한 저전압 형광체 설계 및 디스플레이 소자에 응용
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이온 샤워링 기법을 이용한 표면처리 수행 : 형광막의 전기전도도 증진 효과 고찰
형광막의 표면 구조 분석을 통한 발광개선 메커니즘 규명
형광체 결정구조의 변환에 따른 유전특성의 변화 및 발광 영향 고찰
형광체의 제특성 평가 및 디스플레이소자에 응용 |
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| ㉯ 연구내용 및 방법 |
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| ⓐ 1단계 : 저전압 형광체의 발광에 영향을 미치는 인자 고찰 |
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CL test를 위한 형광체의 전착시편 제조, 형광체마다의 인가 전압, 전착 거리,
전착 시간 등 전착 시편 제조 조건 최적화 및 CL test 수행
산화물 형광체에서의 wet solution 표면처리 효과 고찰, wet solution 처리에 이용할
chemical agent 결정, 처리 시간, wet solution의 수소이온 농도(pH)결정. 발광 특성 고찰
형광막의 전기전도도 측정, shadow mask를 이용하여 스퍼터링법으로 Al 전극을 형광막 위에
코팅한 후 4-point probe 법을 통하여 형광막의 표면 전기 전도도를 정량적으로 측정 |
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| ⓑ 2단계 : 형광체 재료가공 공정을 바탕으로 우수한 저전압 형광체 설계 및 디스플레이 소자에 응용 |
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이온 샤워링 기법에 사용될 dopant의 선택, 플라즈마 내에서 기체상태의 전구물질(precursor)을
가속하여 기판 표면(여기서는 형광막에 해당)에 물리적으로 주입시킬 전구물질(precursor)
기체를 결정
형광체 표면 분석을 통한 발광개선 메커니즘 규명, SEM, AES, XPS, TEM 등을 이용하여 형광체의
표면을 분석함으로써 dopant들의 분포상태와 표면구조의 변화 등을 관찰
perovskite 화합물의 유전 특성 변화 고찰, 형광체 고온 소결시 수백 내지 수천 볼트의 전기장
인가 후 발광특성 변화를 고찰
형광체의 제특성 평가, FED 및 자동차용 VFD 적용 가능성 검토 및 평가 |
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| ㉰ 연구추진 전략 및 체계 |
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저전압 구동 조건하에서 형광체 표층과 입사전자간의 상호작용을 고찰
여러 가지 이온 샤워링 기법을 통하여 표면 전기전도성 증진 및 발광 효율의 극대화를 꾀함
형광체의 합성시 전기장을 인가하는 poling 공정을 수행 |
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| 제 3 세부과제 |
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| ㉮ 연구목표 |
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| ⓐ 1단계 |
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Solution stability : 1month
Coating thickness : 5㎛/spin
노광 파장 : 248nm
검사 파장 : 633nm
Propagation loss : 0.2 dB/cm |
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| ⓑ 2단계 |
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Solution stability : 10 month
Coating thickness : 8㎛/spin
노광 파장 : 350nm
검사 파장 : 1550nm
Propagation loss : 0.1 dB/cm |
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| ㉯ 연구내용 및 방법 |
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| ⓐ 1단계 |
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무-유기 하이브리드 용액의 제조
무-유기 조성비에 따른 굴절률 측정
Zr02 함량에 따른 굴절률 측정
노광 시간에 따른 굴절률 변화 관찰
Initiator 농도에 따른 굴절률 측정
Waveguide 제작
Propagation loss 측정 |
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| ⓑ 2단계 |
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무-유기 하이브리드 용액의 안정성 향상
노광 파장 변화에 따른 변화 관찰
점도에 조절에 의한 1회 코팅시 두께 증가
Waveguide 제작
Propagation loss 측정 |
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| ㉰ 연구추진 전략 및 체계 |
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무-유기 하이브리드 용액의 제조
조성 변화에 따른 굴절률 변화 측정
Zr02 함량에 따른 굴절률 측정
노광 시간에 따른 굴절률 변화 관찰
Initiator 농도에 따른 굴절률 측정
Waveguide 제작
Propagation loss 측정 |
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| ④ 과제의 평가방법 및 지표 |
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| ㉮ 평가방법 |
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'impact factor × 논문수'의 합 = 10 이상 / 년
특허 확보
산업체에서 기여도 평가 |
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| ㉯ 평가지표 |
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광통신망 소재/부품 개발
정보표시 소재/부품 개발
광메모리 소재/부품 개발 |
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| ⑤ 과제의 기대효과 |
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| ㉮ 경제적 측면 |
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광통신 시장이 넓어짐에 따라, 광 소재/부품은 경제적인 발달을 가져올 것으로 기대된다.
전자 소재/부품의 제품 응용을 토대로 한 연구를 바로 산업계와 연계하여 경제적 이익을 가져올 수 있다. |
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| ㉯ 기반적 측면 |
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2000년대 이후의 주 통신 산업 즉, 초고속 통신망의 핵심 광 소재/부품의 연구개발을 통한 교육으로 국가
경쟁력 강화를 기대할 수 있다.
산업을 리드하는 기술을 개발할 수 있다. |
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| ㉰ 기타 |
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그동안 광 소재/부품 강의 개설이 부진하였으므로 이에 대한 보강으로 교육과정의 개혁을 가져올
수 있다.
참여기업 확보를 통한 광 소재/부품 분야의 연구를 활성화시킬 수 있다. |
