비대칭 금속배선에 의한 유전영동을 이용하여 마이크로 구조 표면에서의 입자 포집 시뮬레이션
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2021
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Korean
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유전영동은 균일하지 않은 전기장에서 입자의 분극을 유도하여 입자의 움직임을 제어할 수 있는 기술로서 유전영동의 힘은 Clausious-mossotti Factor 에 의해 입자의 거동 방향이 결정되고, 입자의 크기와 인가전압에 비례하기 때문에 작은 입자에 대해서도 전기장의 강도가 높은 영역으로 당겨지는 양의 유전영동과 낮은 영역으로 밀려나는 음의 유전영동이 나타난다. 금속배선의 비대칭 구조에 의해 발생하는 불균일한 전기장은 전극 모서리(Edge)부분에서 전기장의 강도가 강하게 나타남에 따라 미세입자에 가해지는 유전영동 힘 또한 강하게 나타난다. 본 연구에서는 비대칭 금속배선에 전압을 인가하여 유전영동을 발생시키고, 나노임프린트 리소그래피 공정(Nanoimprint Lithography)으로 서로 연결된 마이크로공동(Microcavity) 구조를 형성하여 유전영동력을 이용해 공동 안으로 미세입자를 포집하는 기술을 제안한다. 입자의 거동을 확인하기 위해 COMSOL Multiphysics 프로그램을 통해 해석을 진행하였다. 시뮬레이션에서 사용한 금속배선의 형태는 Castellated 의 성곽구조를 이용하였으며, 입자에 가해지는 유전영동력의 변화와 입자의 움직임을 확인하기 위해 주요 변수를 금속배선 사이의 간격과 인가 전압의 크기, 임프린트한 마이크로공동 구조의 두께로 설정하였다. 입자는 2.5 μm 크기의 폴리에틸렌(Polyethylene), 매질은 공기(Air)인 상태에서 외력으로는 중력과 유전영동력을 주었다. 해석결과, 인가 전압의 크기에 따라 금속배선 모서리 부분으로 끌어당겨지는 힘이 커져 입자의 거동 속도가 빨라지고, 금속배선의 간격에 따라 배선에 수직한 방향으로의 유전영동력의 영향력 범위의 높이를 측정할 수 있었으며, 마이크로공동 구조의 두께로 인해 입자에 가해지는 유전영동력이 감소하나, 마이크로공동 중심부의 금속배선의 모서리 부분으로 미세입자의 응집거동을 확인하였다.
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