KR101888175B1 - Outer square loop addition type terahertz active resonator - Google Patents

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KR101888175B1
KR101888175B1 KR1020170092644A KR20170092644A KR101888175B1 KR 101888175 B1 KR101888175 B1 KR 101888175B1 KR 1020170092644 A KR1020170092644 A KR 1020170092644A KR 20170092644 A KR20170092644 A KR 20170092644A KR 101888175 B1 KR101888175 B1 KR 101888175B1
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류한철
박대준
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삼육대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a terahertz active resonator with an additional external rectangular ring (asymmetric split-loop resonator with an outer square loop, ASLR-OSL). More specifically, a rectangular ring is added to the outside of an ASLR having a high quality factor so that the high quality factor characteristics of an ASLR are maintained and the terahertz wave transmission properties of the ASLR can be actively controlled in the ASLR-OSL. The ASLR-OSL is designed to have high quality factor characteristics similar to the quality factor characteristics of the ASLR while simultaneously performing a micro heater function capable of adjusting a temperature through direct voltage application and a meta-material resonator function by coupling an added external rectangular ring to the ASLR.

Description

외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동공진기{OUTER SQUARE LOOP ADDITION TYPE TERAHERTZ ACTIVE RESONATOR}Outer square ring addition type terahertz active resonator {OUTER SQUARE LOOP ADDITION TYPE TERAHERTZ ACTIVE RESONATOR}

본 발명은 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동공진기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 품질 인자를 가지는 비대칭 분리고리공진기(ASLR: Asymmetric Split-Loop Resonator) 외곽에 사각고리를 추가함으로써, ASLR의 높은 품질 인자 특성은 유지하면서 ASLR의 테라헤르츠파 투과 특성을 능동 제어 가능한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동공진기(ASLR-OSL: ASLR with Outer Square Loop)에 관한 것이다. [0001] The present invention relates to an outer rectangular ring addition type terahertz active resonator, and more particularly, to a quadrature ring resonator having an asymmetric split-loop resonator (ASLR) (ASLR-OSL: ASLR with Outer Square Loop) capable of active control of the terahertz wave transmission characteristics of the ASLR while maintaining the characteristics of the filter.

상기 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동공진기는 추가된 외곽 사각고리가 ASLR에 결합되어 메타물질 공진기 역할과 직접적인 전압 인가를 통하여 온도를 조절할 수 있는 마이크로 히터 역할을 동시에 수행하면서, ASLR의 품질 인자 특성과 유사한 고품질 인자 특성을 가질 수 있도록 설계하였다.The outer square ring addition type terahertz active resonator performs the role of the meta-material resonator and the micro heater as the temperature control through the direct voltage application while the additional outer square ring is coupled to the ASLR, It is designed to have similar high quality factor characteristics.

테라헤르츠파는 0.1 ~ 10 THz 대역의 주파수 영역과 30 μm ~ 3 mm 의 파장 영역을 갖는 전자기파이다. 테라헤르츠파는 마이크로파의 투과성과 광파의 직진성을 동시에 갖고, 비금속은 투과하며 금속에서는 반사하는 특성을 나타낸다.The terahertz wave is an electromagnetic wave having a frequency range of 0.1 to 10 THz and a wavelength range of 30 to 3 mm. Terahertz waves have both microwave transparency and light wave directivity at the same time, while nonmetals transmit and reflect in metal.

테라헤르츠파는 고유 에너지가 낮아 인체에 무해하며 다양한 물질의 분자 진동 주파수가 테라헤르츠 대역에 포함되어 있어 비 파괴 물질 분석에 유용하게 사용될 수 있는 가능성을 갖는다. 또한, 넓은 주파수 대역폭을 활용한 초고속 무선통신시스템이나 물질의 물성, 분자, 생명 연구 등을 위한 분광 시스템 등 매우 다양한 분야에 응용이 가능하여 많은 연구가 진행되고 있다.Terahertz waves are harmless to the human body due to low intrinsic energy, and the molecular vibration frequency of various materials is included in the terahertz band, which has a possibility to be useful for analyzing non destructive substances. In addition, a lot of research is being carried out because it can be applied to a wide variety of fields such as a high-speed wireless communication system utilizing a wide frequency bandwidth and a spectroscopic system for material properties, molecules, and life research.

그러나, 테라헤르츠 대역에서 연구되는 대부분의 기술은 테라헤르츠파의 발생이나 검출에 대한 기술과 테라헤르츠파의 특성을 이용한 응용 기술 분야에 집중되어 왔다. 실질적으로 테라헤르츠 대역에서 사용 가능한 소자의 개발은 자연계 물질의 전기적, 자기적 특성이 테라헤르츠파 주파수 대역에서 소자로 활용되기에 적합하지 않아 마이크로파나 광파 대역에 비교하여 매우 부족한 상황이다. However, most of the techniques studied in the terahertz band have been focused on techniques for generating and detecting terahertz waves and applications using the characteristics of terahertz waves. The development of devices that are practically usable in the terahertz band is a situation in which the electrical and magnetic properties of natural materials are not suitable for use as devices in the terahertz wave frequency band, which is very insufficient compared to microwave or light wave bands.

메타물질은 관심 파장보다 작은 크기의 유닛 셀을 금속이나 유전체 물질을 이용하여 형성하고 주기적으로 배열하여 전체 구조를 균일한 물질로 인식하도록 인공적으로 만들어낸 물질이다. 이러한 메타물질은 자연계에는 존재하지 않는 특이한 성질인 음의 굴절률이나 투명한 형상 등을 탄생시킬 수 있어 다양한 분야에서 연구가 이루어지고 있다.A metamaterial is a material that is artificially created to form unit cells of a size smaller than the wavelength of interest by using metal or dielectric materials and periodically arranging them to recognize the entire structure as a uniform material. These metamaterials are capable of producing negative refractive index or transparent shape, which is a unique property that does not exist in the natural world, and research has been conducted in various fields.

메타물질을 구현하기 위해서는 그 구조가 파장 대비 매우 작은 크기로 형성되어야 하므로, 광학 주파수 대역보다는 일반적인 광리소그래피 기술로 메타물질 구현이 가능한 테라헤르츠 대역에서 그 활용도가 크므로 테라헤르츠 대역에서 메타물질 기반 필터나 센서 등의 소자로 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.In order to realize a meta-material, its structure must be formed in a very small size relative to a wavelength. Therefore, since the structure is utilized in a terahertz band where a meta material can be realized by a general optical lithography technique rather than an optical frequency band, And the like are being actively studied.

테라헤르츠 필터의 컷오프 및 센서의 민감도 향상을 위해서는 메타물질의 품질 인자를 높이는 것이 중요하다. 하지만 공진 상태에서 메타 물질의 방사 손실은 품질 인자를 높이는데 큰 제약이 되고 있어, 메타물질의 방사 손실을 억제하여 품질 인자를 높일 수 있는 메타물질의 비대칭 형상에 대한 많은 연구가 진행되었다. It is important to increase the quality factor of the meta-material in order to improve the sensitivity of the cutoff and the sensor of the terahertz filter. However, since the radiation loss of the metamaterial in the resonance state has a great limitation in increasing the quality factor, much research has been conducted on the asymmetric shape of the metamaterial which can increase the quality factor by suppressing the radiation loss of the metamaterial.

메타물질의 비대칭 형상은 파노 형태라고 불리는 비대칭 모양의 주파수 대역 공진 특성을 나타내는 파노 공진을 만들고, 일반적인 공진에 비하여 낮은 방사 손실로 인하여 높은 품질 인자를 가지게 된다. 또한, 테라헤르츠 메타물질의 특성은 메타물질을 형성하는 기판의 특성에 따라 달라지기 때문에 기판의 유전율의 실수부와 허수부를 변화시킴으로 메타물질의 공진 주파수와 공진 진폭을 변화시킬 수 있다. The asymmetric shape of the metamaterial creates a resonance of the asymmetrical frequency band resonance, called a fan shape, and has a high quality factor due to low radiation loss compared to a general resonance. In addition, since the characteristics of the terahertz metamaterial depend on the characteristics of the substrate on which the meta material is formed, the resonant frequency and the resonance amplitude of the meta material can be changed by changing the real part and the imaginary part of the dielectric constant of the substrate.

메타물질을 형성하는 기판은 외부 에너지 즉, 광학적 펌핑, 전압 인가, 온도 변화 등을 통하여 그 특성 변화가 가능하므로, 외부 에너지 인가를 통한 테라헤르츠 메타물질의 능동성 확보는 테라헤르츠 소자를 더욱 다양한 분야로 응용 가능하게 한다. Since the substrate forming the metamaterial can change its characteristics through external energy, that is, optical pumping, voltage application, temperature change, etc., securing the activity of the terahertz meta-material through external energy energization makes the terahertz device more diverse .

최근에는 이산화바나듐(VO2)을 이용하여 많은 메타물질 기반의 테라헤르츠 능동 소자 응용 가능성을 보여주고 있다. VO2 물질은 절연체-금속 상전이가 340 K 에서 발생하는데, 이는 온도에 따라서 VO2의 격자구조가 변함에 따라 유전체 상에서 금속 상으로 변하여 물질의 도전율 변화를 일으킨다. VO2 물질의 상 변화는 온도뿐만 아니라 광학적 또는 전기적인 방법으로 조절이 가능하여 VO2 기반의 테라헤르츠 능동형 메타물질에 대한 연구들이 진행되고 있다.Recently, vanadium dioxide (VO 2 ) has been used to demonstrate the feasibility of application of many meta-materials based on terahertz active devices. The VO 2 material has an insulator-metal phase transition at 340 K, which changes from dielectric to metal phase as the lattice structure of VO 2 varies with temperature, causing a change in the conductivity of the material. The phase change of VO 2 material can be controlled not only by temperature but also by optical or electrical methods, and studies are being conducted on VO 2 based terahertz active meta materials.

이에 본 발명자들은 높은 품질 인자를 가지는 비대칭 분리고리공진기(ASLR: Asymmetric Split-Loop Resonator) 외곽에 사각고리를 추가하여 ASLR의 높은 품질 인자 특성은 유지하면서도 ASLR의 테라헤르츠파 투과 특성을 능동 제어 가능한 외곽 사각고리 추가형 ASLR을 설계함으로써, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have found that by adding a square ring to the outer periphery of an asymmetric split-loop resonator (ASLR) having a high quality factor, it is possible to maintain the high quality factor characteristic of the ASLR, The present inventors have completed the present invention by designing the square-ring-added ASLR.

본 발명은 고품질 인자를 가지는 비대칭 분리고리공진기(ASLR)에 외곽 사각고리(OSL)를 추가하여 ASLR의 높은 품질 인자 특성은 유지하면서도 ASLR의 테라헤르츠파 투과 특성을 능동 제어가 가능한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기(ASLR-OSL)를 제공하고자 한다. The present invention provides an asymmetric split ring resonator (ASLR) having a high quality factor by adding an outer square ring (OSL) to maintain a high quality factor characteristic of the ASLR, We would like to provide a terahertz wave active resonator (ASLR-OSL).

본 발명은 상기 추가된 외곽 사각고리(OSL)가 비대칭 분리고리공진기(ASLR)에 결합되어 메타물질 공진기 역할을 하는 동시에 직접적인 전압 인가를 통하여 온도를 조절할 수 있는 마이크로 히터 역할을 수행하도록 설계된 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기를 제공하고자 한다. The present invention is characterized in that the added outer rectangular ring (OSL) is coupled to an asymmetric split ring resonator (ASLR) to serve as a meta-material resonator, and at the same time, To provide an additional type THz active resonator.

본 발명은 또한, 상기 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동공진기를 이용하는 테라헤르츠파 대역 센서를 제공하고자 한다. The present invention also provides a terahertz wave band sensor using the outer square ring addition type THz active resonator.

이러한 과제를 해결하기 위하여, To solve this problem,

기판; Board;

상기 기판 상부에 형성되는 상전이 물질로 이루어진 박막; A thin film made of a phase change material formed on the substrate;

상기 상전이 물질로 이루어진 박막 위에 형성되어 테라헤르츠파에 반응하여 공진하는 메타물질 패턴; A metamaterial pattern formed on the thin film made of the phase change material and resonating in response to the terahertz wave;

상기 메타물질 패턴으로부터 일정 거리로 이격된 외각에 형성되어, 메타물질에 직접적으로 전류를 흘려줌으로써 상기 상전이 물질 및 상기 메타물질의 특성변화를 야기하는 외곽 사각고리; 를 포함하는, 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기를 제공한다. An outer square ring formed on an outer periphery spaced apart from the metamaterial pattern by a predetermined distance and causing a change in characteristics of the phase change material and the metamaterial by flowing a current directly to the metamaterial; And an outer rectangular ring addition type terahertz active resonator.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 외곽 사각고리는 5 내지 15 nm 두께의 크롬 접착층 및 80 내지 120 nm 두께의 금으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the outer rectangular ring addition type THz active resonator according to the present invention, the outer square ring is formed of a chromium adhesive layer having a thickness of 5 to 15 nm and a thickness of 80 to 120 nm.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 외곽 사각고리를 형성하는 금속선은 2 내지 6 um 두께로 형성된 금속선인 것을 특징으로 한다.In the outer rectangular ring addition type THz active resonator according to the present invention, the metal line forming the outer square ring is a metal line formed to a thickness of 2 to 6 μm.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 외곽 사각고리는 전압 인가용 도선과 연결되는 것을 특징으로 한다. In the outer rectangular ring addition type THz active resonator according to the present invention, the outer square ring is connected to a voltage application conductor.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 메타물질 패턴의 형태는 정사각, 직사각, 원형, 타원, 또는 삼각형 형태인 것을 특징으로 한다.In the outer rectangular ring addition type THz active resonator according to the present invention, the shape of the meta-material pattern may be a square, a rectangle, a circle, an ellipse, or a triangle.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 외곽 사각고리의 형태는 상기 메타물질 패턴의 형태에 따라 정사각, 직사각, 원형, 타원, 또는 삼각형으로 변형하여 추가되는 것을 특징으로 한다.In the outer rectangular ring addition type THz active resonator according to the present invention, the shape of the outer square ring is modified into a square, a rectangle, a circle, an ellipse, or a triangle according to the shape of the meta-material pattern do.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 상전이 물질은 온도에 따라서 전도율이 변화하는 물질인 것을 특징으로 한다.In the outer square ring addition type THz-wave active resonator according to the present invention, the phase change material is a material whose conductivity changes according to temperature.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 상전이 물질은 온도에 따라서 유전율이 변화하는 물질인 것을 특징으로 한다.In the outer square ring addition type THz-wave active resonator according to the present invention, the phase change material is a material whose dielectric constant changes according to temperature.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 상전이 물질은 특정 온도에서 금속에서 절연체로 상전이하는 물질인 것을 특징으로 한다.In the case of an outer rectangular ring addition type THz active resonator according to the present invention, the phase change material is a material that transforms from metal to an insulator at a specific temperature.

본 발명에 의한 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기에 있어서, 상기 상전이 물질은 이산화바나듐(VO2) 것 것을 특징으로 한다.In the outer rectangular ring addition type THz active resonator according to the present invention, the phase change material is vanadium dioxide (VO 2 ).

본 발명은 또한, 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기를 이용하는 테라헤르츠파 대역 센서를 제공한다. The present invention also provides a terahertz waveband sensor using an outer square ring addition type terahertz active resonator.

본 발명에 의한 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기(ASLR-OSL)는 높은 품질 인자를 가지는 비대칭 분리고리공진기(ASLR) 외곽에 추가된 사각고리(OSL)로 인하여, 분리고리공진기의 높은 품질 인자 특성은 유지하면서 동시에 상기 분리고리공진기의 테라헤르츠파 투과 특성의 능동 제어를 가능하게 한다.The square-ring addition type THz-active resonator (ASLR-OSL) according to the present invention has a high quality factor of the split ring resonator due to the square ring (OSL) added to the outside of the asymmetric split ring resonator (ASLR) Characteristics while allowing active control of the terahertz wave transmission characteristics of the split ring resonator.

본 발명에 의한 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기(ASLR-OSL)는 분리고리공진기(ASLR) 외곽에 추가된 사각고리(OSL)에 인가하는 전압의 변화를 통하여, 간단하게 상전이 물질의 특성을 변화시키고 이러한 상전이 물질의 특성변화를 통한 메타물질의 특성을 전압 인가라는 간단한 방법을 통하여 용이하게 조절할 수 있으며, 다양한 테라헤르츠 능동형 메타물질 소자에 적용될 수 있다.The square-ring addition type THz-active resonator (ASLR-OSL) according to the present invention can be easily obtained by changing the voltage applied to the square ring (OSL) added to the outside of the split ring resonator (ASLR) And the characteristics of the meta material through the change of characteristics of the phase change material can be easily controlled through a simple method of voltage application and can be applied to various terahertz active meta material devices.

또한, 본 발명에 의한 사각고리 추가형 테라헤르츠파 능동 공진기(ASLR-OSL)를 메타물질을 센싱에 사용할 경우, 메타 물질의 특성 변화를 상기 외곽에 추가된 사각고리를 통하여 전기적으로 쉽게 검출할 수 있어, 센서로의 응용이 가능하다. Further, when a square-ring-added terahertz wave active resonator (ASLR-OSL) according to the present invention is used for sensing a metamaterial, the change in the characteristics of the metamaterial can be easily detected electrically through a rectangular ring added to the outer periphery Therefore, it is possible to apply it to a sensor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(ASLR-OSL)(100)의 (a) 구조도 및 (b) 제작된 소자를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR 및 ASLR-OSL(100)의 오프셋 길이 변화에 의한 모드 1 공진 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 도 2의 (a) 및 (b)는 ASLR-OSL(100)의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과를, (c) 및 (d)는 ASLR의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR 및 ASLR-OSL(100)의 오프셋 길이 변화에 의한 모드 2 공진 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3의 (a) 및 (b)는 ASLR-OSL(100)의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과를, (c) 및 (d)는 ASLR의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)에 바이어스 전압을 인가한 실험 환경을 나타내는 (a)사진 및 (b)모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)에 인가되는 바이어스 전압 변화에 의한 공진 특성 변화를 나타내는 그래프이다. (a) 및 (b)는 모드 1로 동작하는 ASLR-OSL(100)이며, 전압 변화에 따라 (a) 0.0 V 에서 5.5 V 까지 증가, (b) 5.5 V 에서 0.0 V 까지 감소시키며 측정하고, (c) 및 (d)는 모드 2로 동작하는 ASLR-OSL(100)이며, 전압 변화에 따라 (c) 0.0 V 에서 4 V 까지 증가, (d) 4 V 에서 0.0 V 까지 감소시키며 측정한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)의 표면에 용액 상태로 도포된 BSA 단백질을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR 및 ASLR-OSL(100)의 BSA 센싱 특성을 측정하기 위한 10 μmol/L BSA 분자 검출 결과를 나타내는 그래프이다. 도 7의 (a)는 ASLR의 검출 결과, (b)는 ASLR-OSL(100)의 검출 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR 및 ASLR-OSL(100)의 BSA 센싱 특성을 측정하기 위한 100 μmol/L BSA 분자 검출 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8의 (a)는 ASLR의 검출 결과, (b)는 ASLR-OSL(100)의 검출 결과이다.FIG. 1 is a structural view of (a) a schematic view of an outer rectangular ring addition type THz active resonator (ASLR-OSL) 100 according to an embodiment of the present invention and FIG.
2 is a graph illustrating changes in mode 1 resonance characteristics due to variations in offset length of ASLR and ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention. 2 (a) and 2 (b) show the results of the virtual simulation and the actual measurement of the ASLR-OSL 100, and FIGS. 2 (c) and 2 (d) show the results of the virtual simulation and the actual measurement of the ASLR.
3 is a graph showing changes in mode 2 resonance characteristics due to the change in offset length of ASLR and ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention. 3 (a) and 3 (b) show the results of the virtual simulation and actual measurement of the ASLR-OSL 100, and FIGS. 3 (c) and 3 (d) show the results of the virtual simulation and the actual measurement of the ASLR.
4 is a (a) photograph and (b) schematic diagram showing an experimental environment in which a bias voltage is applied to the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating changes in resonance characteristics due to a change in bias voltage applied to the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention. (a) and (b) are ASLR-OSL (100) operating in mode 1, with (a) increasing from 0.0 V to 5.5 V, (b) decreasing from 5.5 V to 0.0 V, (c) and (d) are ASLR-OSL (100) operating in mode 2, (c) increasing from 0.0 V to 4 V, and (d) decreasing from 4 V to 0.0 V to be.
6 is a schematic diagram showing a BSA protein applied in a solution state on the surface of an ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the results of detection of 10 μmol / L BSA molecules for measuring the BSA sensing characteristics of ASLR and ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 7A shows the result of detection of the ASLR, and FIG. 7B shows the detection result of the ASLR-OSL 100. FIG.
8 is a graph showing the results of detection of 100 μmol / L BSA molecules for measuring the BSA sensing characteristics of ASLR and ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 8A shows the result of detection of the ASLR, and FIG. 8B shows the detection result of the ASLR-OSL 100. FIG.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 그리고 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements as well, without departing from the spirit or scope of the present invention. Also, the terms "part," " module, "and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software . When a part is "connected" to another part, it includes not only a direct connection but also a connection with another system in the middle.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(ASLR-OSL)에 대하여 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 테라헤르츠 능동 공진기(ASLR)의 유닛 셀 외곽에 사각고리(OSL)를 추가한 (a) ASLR-OSL의 구조도와 (b) 제작된 소자의 사진을 나타낸다.Referring to FIG. 1, an outer rectangular ring addition type THz active resonator (ASLR-OSL) according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a schematic diagram of an ASLR-OSL (a) with a rectangular ring (OSL) added to the outer perimeter of a unit cell of a terahertz active resonator (ASLR) according to an embodiment of the present invention and (b) .

본 발명의 일 실시예에 따른, 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는, 기판(110), 상전이 물질로 이루어진 박막(120), 메타물질 패턴(130) 및 외곽 사각고리(140)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는, 도 1에 도시된 기판(110), VO2 박막(120), 메타물질 패턴(130) 및 외곽 사각고리(140)을 하나의 단위 셀로 하는, 복수개의 단위 셀로 구성될 수 있다. An outer rectangular ring addition type THz active resonator 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110, a thin film 120 made of a phase change material, a metamaterial pattern 130 and an outer square ring 140, . ≪ / RTI > The outer rectangular ring addition type THz active resonator 100 according to the embodiment of the present invention includes the substrate 110, the VO 2 thin film 120, the meta material pattern 130, and the outer square rings 140 ) As a single unit cell.

본 발명의 실시예에 따른, 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는 VO2 박막(120) 위에 형성된 메타물질 패턴(130), 상기 메타물질 패턴(130) 외곽에 추가된 외곽 사각고리(140)로 구성될 수 있는데, 이 때 VO2 박막(120) 증착용 기판으로는, 부도체 상태의 이산화바나듐과 유전율이 유사하고 이산화바나듐 증착용 기판으로 많이 쓰이는 두께 430 ㎛ 의 알루미나(Al2O3)를 사용할 수 있다.The outer rectangular ring addition type THz active resonator 100 according to the embodiment of the present invention includes a meta material pattern 130 formed on the VO 2 thin film 120, an outer square ring 130 added to the outside of the meta material pattern 130, It may be composed of 140, where VO 2 thin film 120 deposition substrate, the similar dioxide vanadium and dielectric constant of the non-conductive state and the alumina with a thickness of frequently used dioxide vanadium deposition substrate 430 ㎛ (Al 2 O 3 ) can be used.

본 발명의 일 실시예에 따른, 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는 상전이 물질로 이루어진 박막(120) 위에 메타물질 패턴(130)이 형성될 수 있는데, 본 발명에 따르면, 상전이 물질은 테라헤르츠파 대역 내에서, 특정 온도가 되면 금속에서 절연체로 상전이하는 특성을 가진 물질을 의미한다. 이러한 상전이 물질에는, 이산화바나듐(VO2)이 포함될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the outer square ring addition type THz active resonator 100 may be formed with the metamaterial pattern 130 on the thin film 120 made of the phase change material. According to the present invention, Refers to a material having the property of phase-transitioning from a metal to an insulator at a specific temperature within a terahertz wave band. Such phase transition materials may include vanadium dioxide (VO 2 ).

이산화바나듐은 특정 온도(340K)에서 절연체에서 금속으로 상전이 되는 특성을 가지고 있는 물질로서, 온도에 따라서 이산화바나듐의 격자 구조가 변하며, 유전체상에서 금속상으로 변하여 물질의 도전율 변화를 일으킨다. 이와 같은 이산화바나듐의 상변화는 온도뿐 아니라 광학적 또는 전기적인 방법으로 조절이 가능하다.Vanadium dioxide is a material that transforms from an insulator to a metal at a specific temperature (340K). As the temperature changes, the lattice structure of vanadium dioxide changes to a metal phase on the dielectric, causing a change in the conductivity of the material. Such a phase change of vanadium dioxide can be controlled not only by temperature but also by optical or electrical methods.

본 발명의 일 실시예에 따른, 메타물질 패턴(130)은 정사각형의 고리 형태로 형성되고, 테라헤르츠파에 반응하여 공진하는, 메타물질 구조이다. 일 실시예에 따른 상기 메타물질 패턴(130)은 상전이 물질로 이루어진 박막(120) 위에 형성되어, 테라헤르츠 메타물질 공진기를 형성한다. 상기 테라헤르츠 메타물질 공진기는 구체적으로 높은 품질 인자를 가지는 비대칭 분리고리공진기(ASLR: Asymmetric Split-Loop Resonator) 일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the meta-material pattern 130 is a meta-material structure formed in the shape of a square ring and resonating in response to a terahertz wave. The meta-material pattern 130 according to an embodiment is formed on the thin film 120 made of a phase change material to form a terahertz meta-material resonator. The terahertz metamaterial resonator may be an asymmetric split-loop resonator (ASLR) having a high quality factor.

본 발명의 일 실시예에 따른, 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 메타물질 패턴(130)으로부터 일정거리로 이격된 외각에 사각형의 고리로 형성되어 메타물질에 직접적으로 전류를 흘려줌으로써, 상기 상전이 물질 및 상기 메타물질의 특성변화를 야기하는, 외곽 사각고리(140)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the outer square-ring-added terahertz active resonator 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of rectangular ring- And may include an outer square ring 140 that causes a change in characteristics of the phase change material and the metamaterial by flowing a current directly to the metamaterial.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 외곽 사각고리(140)는 메타물질 패턴(130) 외곽에 형성되고, 테라헤르츠 능동 공진기(ASLR) 유닛 셀의 격자 길이와 일치되도록 형성될 수 있다. 즉, 메타물질의 1 THz 대역 공진을 위하여 ASLR 유닛 셀의 격자 길이를 가로 세로 60 ㎛ 로 형성할 경우, 상기 외곽 사각고리(140)의 격자 길이는 가로 세로 60 ㎛ 로 형성될 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, the outer square ring 140 is formed outside the meta-material pattern 130 and is formed to coincide with the grating length of the terahertz active resonator (ASLR) unit cell . That is, when the grating length of the ASLR unit cell is formed to be 60 탆 in order to resonate the THz band of the metamaterial, the outer square ring 140 may have a lattice length of 60 탆.

본 발명의 일 실시예에 따른 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는 테라헤르츠 메타물질 패턴(130) 외곽에 추가된 사각고리(140)를 통하여, 이산화바나듐의 특성 변화를 만들어 내는 열을 전기적으로 조절할 수 있는 히터 기능 및 능동 공진형 메타물질의 기능을 모두 수행하는 것이 가능하다. The outer rectangular ring addition type THz active resonator 100 according to an embodiment of the present invention includes a rectangular ring 140 added to the outer periphery of the terahertz meta-material pattern 130, a column for generating a characteristic change of vanadium dioxide It is possible to perform both the function of the heater and the function of the active resonance type meta material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 외곽 사각고리(140)는 인가된 전압에 따른 전류 흐름이 균일하게 분포될 수 있어, 인가된 전압 변화에 따라 발생하는 열 에너지 변화가 메타물질 패턴(130) 아래에 형성되어 있는 VO2 박막(120)의 물질 특성 변화를 균일하게 만들어 낼 수 있다. In addition, the outer square ring 140 according to an embodiment of the present invention can uniformly distribute the current flow according to the applied voltage, It is possible to uniformly change the material properties of the VO 2 thin film 120 formed below.

또한, 일 실시예에 따른 외곽 사각고리(140)는 금속으로 형성된 전압 인가용 도선과 직접적으로 연결될 수 있다.In addition, the outer square ring 140 according to an embodiment may be directly connected to a voltage-applying conductor formed of a metal.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외곽 사각고리(140)에 연결된 전압 인가용 도선을 통하여 전압을 인가함에 따라, 상전이 물질 (예를 들어, 이산화바나듐)의 전도율 등이 변화하게 되고, 이러한 변화가 다시 메타물질 패턴(130) 즉, 메타물질에 변화를 주게 됨에 따라, 테라헤르츠파 공진 특성의 능동 제어가 가능하다.As described above, according to an embodiment of the present invention, when a voltage is applied through the voltage applying line connected to the outer square ring 140, the conductivity of the phase change material (for example, vanadium dioxide) As this change causes the metamaterial pattern 130, that is, the metamaterial, to change, active control of the terahertz wave resonance characteristic is possible.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 외곽 사각고리(140)에 직접 연결된 전압 인가용 도선을 통하여 메타물질구조가 상전이 물질(예를 들어, 이산화바나듐)로 이루어진 박막의 특성 변화를 유도하게 되어, 메타물질의 공진 특성을 인가 전압으로 손쉽게 조절할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the meta material structure induces a change in the characteristics of the thin film made of the phase change material (for example, vanadium dioxide) through the voltage applying conductor directly connected to the outer square ring 140, The resonance characteristics of the material can be easily adjusted to an applied voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)의 주기길이(cell_w)는 60 내지 100 ㎛ 일 수 있으며, 유닛 셀의 단위 격자인 메타물질 패턴(130)의 가로 길이(leng)는 50 내지 70 ㎛ 일 수 있다. The period length (cell_w) of the outer rectangular ring addition type THz active resonator 100 according to an embodiment of the present invention may be 60 to 100 탆, and the width (length) of the meta-material pattern 130 the leng can be 50 to 70 mu m.

또한, 상기 외곽 사각고리(140)의 너비는 2 내지 4 ㎛ 로 형성될 수 있고, 상기 외곽 사각고리(140)의 높이는 10 nm 두께의 크롬 접착층 및 80 내지 120 nm 두께의 금을 사용하여 총 90 내지 130 nm 로 형성될 수 있다. The outer square ring 140 may be formed to have a width of 2 to 4 탆 and the outer square ring 140 may have a height of 90 nm using a chromium adhesive layer having a thickness of 10 nm and gold having a thickness of 80 to 120 nm. To 130 nm.

또한, 전압 인가용 도선의 폭(w)은 5 ㎛ 일 수 있다. 전압 인가용 도선의 폭은 전류 에너지와 열 에너지 변환 특성에 영향을 줄 수 있어, 전압 인가용 도선의 폭을 변화시켜, 인가되는 전압의 크기를 조절할 수 있다. Further, the width w of the voltage application conductor may be 5 탆. The width of the voltage-applying conductor can influence the current energy and the thermal energy conversion characteristics, and the width of the voltage-applying conductor can be varied to adjust the magnitude of the applied voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는 테라헤르츠 메타물질 패턴(130) 외곽에 추가된 사각고리(140)를 통하여, 전기적으로 매우 손쉽게 공진기의 능동성을 부과할 수 있으며, 상기 외곽 사각고리(140)에 직접 연결된 전압인가용 도선을 통하여 메타물질에서 발생하는 특성 변화를 전기적으로 측정할 수 있고, 메타물질 및 상전이 물질의 변화를 용이하게 야기할 수 있다.The outer square ring addition type THz active resonator 100 according to an embodiment of the present invention implements the resonance of the resonator very easily electrically through the square ring 140 added to the terahertz metamaterial pattern 130 And it is possible to electrically measure the characteristic change occurring in the meta material through the voltage applying conductor directly connected to the outer square ring 140 and to easily change the meta material and the phase change material.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(100)는 테라헤르츠파 공진기에 포함되는 단위 셀의 메타물질 패턴의 구조는 가로 방향과 세로 방향이 동일하지 않으므로, 메타물질에 입사되는 테라헤르츠파 전계 방향에 따라 테라헤르츠파 공진기의 특성이 다르게 나타날 수 있는데, 이에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 후술하도록 한다. As shown in FIG. 1, in the outer rectangular ring addition type THz active resonator 100 according to the embodiment of the present invention, the structure of the meta-material pattern of the unit cell included in the THz- The characteristics of the terahertz wave resonator may be different depending on the direction of the terahertz wave field incident on the meta-material. This will be described later in more detail with reference to FIG. 2 and FIG.

도 2 및 도 3을 살펴보면, 이산화바나듐 박막 위에 형성된 메타물질 패턴(130)의 위쪽 방향에서 메타물질 패턴(130)이 형성된 기판 방향으로 평면파를 입사하고, 평면파의 전계(E) 방향이 ASLR의 갭과 수직한 경우를 모드 1, 전계(E) 방향이 ASLR의 갭과 평행한 경우를 모드 2로 설정하였다. 2 and 3, when a plane wave is incident in the direction of the substrate on which the meta-material pattern 130 is formed in the upward direction of the meta-material pattern 130 formed on the vanadium dioxide thin film and the direction of the electric field E of the plane wave is the gap Mode 1 and the case where the electric field (E) direction is parallel to the ASLR gap is set to mode 2.

이하, 도 2 및 도 3을 참조로 하여, 테라헤르츠 공진기(ASLR) 및 도 1에 도시된 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기(ASLR-OSL)(100)에 테라헤르츠파가 입사된 경우, 오프셋 길이 변화에 의한 공진 특성 변화를 살펴보도록 한다. 2 and 3, when a terahertz wave is incident on the terahertz resonator (ASLR) 100 and the outer square ring addition type terahertz active resonator (ASLR-OSL) 100 shown in Fig. 1, Let us examine the change in resonance characteristics due to the change in offset length.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100) 및 ASLR에 모드 1의 테라헤르츠파가 입사된 경우이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100) 및 ASLR에 모드 2의 테라헤르츠파가 입사된 경우이다. FIG. 2 shows a case where a terahertz wave of mode 1 is incident on an ASLR-OSL 100 and an ASLR according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 illustrates an ASLR-OSL 100 and an ASLR- The case where a terahertz wave of mode 2 is incident on the ASLR.

도 2에 도시된 그래프를 살펴보면, 도 2의 (a) 및 (b)는 ASLR-OSL의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과이고, (c) 및 (d)는 ASLR의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과로써, ASLR 및 ASLR-OSL은 ASLR 구조의 오프셋 길이가 0 μm 일 때 대칭적인 구조를 가짐으로 기본 분리고리공진기(SLR: Split-Loop Resonator)로 형성되어 파노 공진이 나타나지 않고, 0.8 THz 대역에서 일반적인 대칭형 공진 곡선 형상을 갖는 고유 공진만 나타난다. 고유 공진은 오프셋 길이가 증가함에 따라 비대칭 특성을 나타내는 파노 형상으로 공진 특성이 변화하고, 높은 주파수 대역으로 공진주파수가 이동한다. 2 (a) and 2 (b) show the results of virtual simulation and actual measurement of ASLR-OSL, and FIGS. 2 (c) and 2 ASLR and ASLR-OSL have a symmetrical structure when the offset length of the ASLR structure is 0 탆, which is formed as a split-loop resonator (SLR) and does not show resonance. Only resonance with symmetrical resonance curve shape appears. As the offset length increases, the resonance characteristic changes in a pano shape showing an asymmetric characteristic, and the resonance frequency moves in a high frequency band.

두 구조 모두 오프셋 길이가 증가함에 따라 구조의 비대칭성으로 인하여 오프셋 길이 5 μm 에서 파노 공진 1 과 파노 공진 2 가 나타난다. As the offset length increases, both the resonance 1 and the resonance 2 appear at an offset length of 5 μm due to the asymmetry of the structure.

고유 공진이 일어나는 공진주파수보다 낮은 주파수 대역에서 발생하는 파노 공진 1은 오프셋 길이가 증가함에 따라 공진주파수는 낮은 주파수 대역으로 이동하고, 그 공진 강도는 증가한다. 고유 공진이 일어나는 공진주파수보다 높은 주파수 대역에서 발생하는 파노 공진 2의 오프셋 길이 변화에 따른 공진 특성 변화는 파노 공진 1과 동일하다. As the offset length increases, the resonance frequency shifts to a lower frequency band and the resonance intensity thereof increases as the resonance frequency of the resonance frequency 1 occurs in the frequency band lower than the resonance frequency where the natural resonance occurs. The change in resonance characteristic according to the offset length change of the resonance frequency 2 occurring in the frequency band higher than the resonance frequency where the natural resonance occurs is the same as that of the resonance frequency 1.

본 발명의 일 실시예에 따르면, ASLR-OSL(100)의 테라헤르츠파 투과량은 ASLR-OSL(100)에 부착된 외곽 사각고리(140)의 영향으로 공진주파수에서 ASLR의 투과량보다 조금 증가하였고, pass-band에서 ASLR-OSL(100)의 테라헤르츠파 투과량은 ASLR의 투과량보다 조금 감소한 것을 확인할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the THz wave permeability of the ASLR-OSL 100 is slightly greater than the ASLR transmission at the resonant frequency due to the outer square ring 140 attached to the ASLR-OSL 100, In the pass-band, the THL permeability of ASLR-OSL (100) is slightly lower than that of ASLR.

상기 ASLR-OSL(100)은 0.3 THz 이하의 주파수에서 ASLR 외곽에 부착된 사각고리(140)가 ASLR-OSL(100)의 저주파 공진을 발생시키는 것을 볼 수 있다.The ASLR-OSL 100 can see that the square ring 140 attached to the outside of the ASLR generates a low frequency resonance of the ASLR-OSL 100 at a frequency of 0.3 THz or less.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)의 모드 1 공진 특성은 관심 주파수 영역에서 고품질 ASLR의 경우와 유사한 공진 특성 및 품질계수 특성을 보유하고 있음을 알 수 있다. 또한, 도 2의 (b) 및 (d)에 도시된 실제 측정 결과는 도 2의 (a) 및 (c)에 도시된 가상 시뮬레이션 결과와 매우 유사하여 본 발명에 의하여 제조된 ASLR-OSL(100) 구조가 잘 동작하는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be seen that the mode 1 resonance characteristic of the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention has resonance characteristics and quality coefficient characteristics similar to those of the high quality ASLR in the frequency range of interest. Also, the actual measurement results shown in FIGS. 2B and 2D are very similar to the virtual simulation results shown in FIGS. 2A and 2C, so that the ASLR-OSL 100 ) Structure works well.

또한, 도 3에 도시된 그래프를 살펴보면, 도 3의 (a) 및 (b)는 ASLR-OSL의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과이고, (c) 및 (d)는 ASLR의 가상 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과로써, 오프셋 길이가 0 μm 인 ASLR-OSL(100)과 ASLR은 모드1 의 경우와 같이 고유 공진만 나타나고, 오프셋 길이가 증가함에 따라 고유 공진의 공진 특성은 비대칭한 특성을 갖는 공진으로 변화한다. 3 (a) and 3 (b) show the virtual simulation result and the actual measurement result of the ASLR-OSL, and FIGS. 3 (c) and 3 As a result of the measurement, the ASLR-OSL (100) and ASLR with an offset length of 0 μm exhibit only resonance as in the case of mode 1, and as the offset length increases, the resonance characteristic of the inherent resonance changes to resonance with asymmetric characteristics do.

두 구조 모두 오프셋 길이가 증가함에 따라 구조의 비대칭성으로 인하여 오프셋 길이 5 μm 에서 파노 공진 2 가 나타나고, ASLR-OSL(100)에서만 오프셋 길이 5 μm 에서 파노 공진 1 이 나타난다. In both structures, as offset length increases, the resonance 2 appears at an offset length of 5 μm due to the asymmetry of the structure, and the resonance 1 appears at an offset length of 5 μm only in the ASLR-OSL (100).

상기 ASLR 및 ASLR-OSL(100)의 파노 공진 2 는 오프셋 길이가 5 μm 이상으로 증가함에 따라 공진 강도가 급격히 약해지고, 10 μm 이상의 오프셋 길이에서 ASLR의 과도한 비대칭성으로 인하여 사라지게 된다. 고유 공진 주파수보다 낮은 주파수에서 발생하는 파노 공진 1 은 ASLR에 서 존재하지 않는 ASLR-OSL(100)의 외곽 사각고리(140)와 ASLR의 조합으로 인하여 새롭게 나타나는 공진이다. 오프셋 길이가 증가함에 따라 파노 공진 1 의 공진주파수는 내려가고 공진의 강도는 증가하여 공진주파수에서 테라헤르츠파 투과량은 감소한다. The resonance intensity of the ASLR and ASLR-OSL (100) resonance intensity sharply decreases as the offset length increases to 5 μm or more, and disappears due to excessive ASLR asymmetry at offset lengths of 10 μm or more. The resonance 1 occurring at a frequency lower than the natural resonance frequency is a resonance newly emerging due to the combination of the outer square ring 140 of the ASLR-OSL 100 and the ASLR absent in the ASLR. As the offset length increases, the resonance frequency of the resonance 1 decreases and the intensity of the resonance increases, so that the transmission of the terahertz wave at the resonance frequency decreases.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)의 모드 2 공진 특성은 모드 1과 마찬가지로 관심 주파수 영역에서 고품질 ASLR의 경우와 유사한 공진 특성 및 품질계수 특성을 보유하고 있음을 알 수 있다. 또한, 도 3의 (b) 및 (d)에 도시된 실제 측정 결과는 도 3의 (a) 및 (c)에 도시된 가상 시뮬레이션 결과와 매우 유사하여 본 발명에 의하여 제조된 ASLR-OSL(100) 구조가 잘 동작하는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be seen that the mode 2 resonance characteristic of the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention has resonance characteristics and quality coefficient characteristics similar to those of the high quality ASLR in the frequency region of interest as in the mode 1 . The actual measurement results shown in Figs. 3 (b) and 3 (d) are very similar to the virtual simulation results shown in Figs. 3 (a) and 3 (c), and the ASLR-OSL 100 ) Structure works well.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)의 테라헤르츠 투과 조절 특성(능동성)을 알아보기 위하여, 상기 ASLR-OSL(100)에 바이어스 전압을 인가한 실험 환경을 살펴보도록 한다. In order to investigate the THL transmission control characteristic (activity) of the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention, the ASLR-OSL 100 may be tested by applying a bias voltage to the ASLR- Let's look at the environment.

도 4는 ASLR-OSL(100)의 양극 및 음극에 silver wire를 인듐을 사용하여 부착한 후 직접 바이어스 전압을 인가하는 실험 환경을 나타내는 (a) 사진 및 (b) 모식도이다. 4 is a photograph (a) and a schematic diagram (b) showing an experimental environment in which a bias voltage is applied directly after the silver wire is attached to the anode and the cathode of the ASLR-OSL 100 using indium.

상기 인가된 바이어스 전압은 바이어스 라인을 따라 외곽 사각고리(140)에 전류를 균일하게 흐를 수 있게 하여 줄 히팅을 일으킨다. 즉, 상기 외곽 사각고리(140)에 흐르는 전류로 발생하는 열 에너지 변화가 기판에 증착되어 있는 VO2 박막(120)의 도전율 특성 변화를 유도하여 테라헤르츠파 투과 특성을 조절할 수 있다.The applied bias voltage allows the current to flow uniformly through the outer square ring 140 along the bias line, causing row heating. That is, the change in the thermal conductivity of the VO 2 thin film 120 in which the thermal energy generated by the current flowing in the outer square ring 140 is deposited on the substrate can be induced to control the THz wave transmission characteristic.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예의 인가 전압에 따른 VO2 박막 기반 ASLR-OSL(100)의 테라헤르츠파 투과 특성 변화를 살펴보도록 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5, a change in the THz wave transmission characteristic of the VO 2 thin film-based ASLR-OSL 100 according to the applied voltage according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5 (a)는 모드 1로 동작하는 ASLR-OSL(100)에 인가되는 바이어스 전압을 0.0 V 에서 4.0 V 까지 증가시킴에 따라 나타나는 테라헤르츠파 투과 특성 변화이다. 모드 1의 고유 공진주파수인 0.9 THz 대역에서 테라헤르츠파 투과 특성은 인가된 바이어스 전압이 증가함에 따라 VO2 박막(120)의 도전율이 높아짐으로 인하여 낮은 주파수대역으로 공진주파수가 이동하며 테라헤르츠파 투과량이 증가하고 공진 대역폭이 넓어진다. 5A is a change in the THz wave transmission characteristic as the bias voltage applied to the ASLR-OSL 100 operating in Mode 1 is increased from 0.0 V to 4.0 V. FIG. The resonance frequency is shifted to a low frequency band due to the increase of the conductivity of the VO 2 thin film 120 as the applied bias voltage increases in the THz band of 0.9 in the mode 1 resonance frequency of 0.9, And the resonance bandwidth is widened.

4.7 V 이상의 전압에서는 공진의 강도가 매우 약해져 공진이 사라지는 특성을 나타낸다. 고유 공진 주파수보다 낮은 대역에서 나타나는 파노 공진 1과 높은 대역에서 나타나는 파노 공진 2의 테라헤르츠파 투과 특성 변화는 고유 공진과 유사하게 나타난다. At a voltage of 4.7 V or more, the resonance intensity becomes very weak and resonance disappears. The change in the transmission characteristics of the resonance frequency 1 and the resonance frequency 2 of the resonance frequency 2 appearing in the higher band are similar to those of the resonance.

파노 공진 1과 고유 공진 사이에서 형성되는 0.7 THz 대역의 pass-band의 테라헤르츠파 투과 특성은 인가된 바이어스 전압이 증가함에 따라 낮은 주파수 대역으로 적색편이하고 투과량이 43.16 % 에서 2.41 % 로 감소한다. 인가 전압에 따른 공진 주파수의 적색 편이 특성은 VO2 박막(120)의 도전율 증가에 따른 메타물질의 유효 유전율이 높아지기 때문이다. The transmittance of the pass-band of the 0.7 THz band formed between the resonance 1 and resonance is red-shifted to a lower frequency band and the transmittance decreases from 43.16% to 2.41% as the applied bias voltage increases. The red shift characteristic of the resonance frequency according to the applied voltage is because the effective permittivity of the meta material increases with the increase of the conductivity of the VO 2 thin film 120.

도 5(b)는 모드 1로 동작하는 ASLR-OSL(100)에 인가되는 바이어스 전압을 5.5 V 까지 올린 후, 5.5 V 부터 0.0 V 까지 감소시킴에 따라 나타나는 테라헤르츠파 투과 특성 변화이다. 도 5(a)의 결과와 VO2 박막(120)의 상전이 과정에서 약간의 차이는 있지만, 바이어스 전압을 증가시킨 경우와 매우 유사하게 반대로 특성 변화를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 5 (b) is a change in the THz wave transmission characteristic as the bias voltage applied to the ASLR-OSL 100 operating in mode 1 is raised to 5.5 V and then decreased from 5.5 V to 0.0 V. FIG. Although there is a slight difference in the phase transition of the VO 2 thin film 120 between the result of FIG. 5A and the case of increasing the bias voltage, it is confirmed that the characteristics change is reversed.

도 5(c)는 모드 2로 동작하는 ASLR-OSL(100)에 인가되는 바이어스 전압을 0.0 V 부터 4.0 V 까지 증가시킴에 따라 나타나는 테라헤르츠파 투과 특성 변화이다. 모드 1의 결과와 같이, 바이어스 전압이 증가함에 따라 VO2 박막(120)의 도전율 변화로 인한 주파수 이동이 나타나고, 파노 공진 2 와 고유 공진 사이에 형성되는 1.1 THz 대역의 pass-band에서의 테라헤르츠파 투과량은 바이어스 전압 증가에 따라 30.86 % 에서 4.23 % 로 감소한다. 5 (c) is a change in the THz wave transmission characteristic as the bias voltage applied to the ASLR-OSL 100 operating in mode 2 is increased from 0.0 V to 4.0 V. FIG. As the result of Mode 1, as the bias voltage increases, the frequency shift due to the change in the conductivity of the VO 2 thin film 120 occurs, and the THz band in the passband of the 1.1 THz band formed between the resonance 2 and the resonance, Wave permeability decreases from 30.86% to 4.23% with increasing bias voltage.

도 5(d)는 모드 2로 동작하는 ASLR-OSL(100)에 인가되는 바이어스 전압을 4 V 까지 올린 후, 4 V 부터 0.0 V 까지 감소시킴에 따라 나타나는 테라헤르츠파 투과 특성 변화이다. 모드 1의 결과와 같이, VO2 박막(120)의 상전이 과정에서 약간의 차이를 보이지만 바이어스 전압을 증가시킨 경우와 반대 특성 변화를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 5 (d) is a change in the THz wave transmission characteristic as the bias voltage applied to the ASLR-OSL 100 operating in mode 2 is increased to 4 V and then decreased from 4 V to 0.0 V. FIG. As a result of the mode 1, it can be seen that the VO 2 thin film 120 shows a slight difference in the phase transition process, but shows a reverse characteristic change as compared with the case of increasing the bias voltage.

따라서, 본 발명에 의하여 제조된 ASLR-OSL(100)의 외곽 사각고리(140)에 간단한 전압 인가만을 통하여 ASLR의 테라헤르츠파 투과 특성을 능동적으로 조절이 가능함을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the THz transmission characteristic of the ASLR can be actively controlled only by applying a simple voltage to the outer square ring 140 of the ASLR-OSL 100 manufactured according to the present invention.

이하, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)의 센싱 특성을 측정하기 위하여, ASLR-OSL(100) 표면에 용액 상태로 도포된 BSA 단백질을 나타내는 모식도이다.Hereinafter, FIG. 6 is a schematic diagram showing a BSA protein applied in a solution state on the surface of the ASLR-OSL 100 to measure the sensing characteristic of the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention.

상기 BSA 분자 용액은 deionized(DI) water를 용매로 사용하여 BSA 농도 10 μmol/L, 100 μmol/L 의 두 가지 용액을 마이크로 오토 피펫을 사용하여 ASLR-OSL(100) 의 메타물질 표면에 4 μl 도포한 후 용매는 모두 말리고 THz-TDS 장비를 이용하여 측정하였다. 상기 메타물질 표면에 도포된 BSA 단백질은 메타물질 공진기의 유효 유전율을 증가시켜 THz-TDS 측정시 메타물질 공진기의 공진주파수를 낮은 주파수 대역으로 이동시키고, 테라헤르츠파를 흡수하여 테라헤르츠파 투과량을 감소시킴으로 신호 변화를 가져오게 된다. The BSA molecule solution was prepared by adding deionized (DI) water as a solvent and adding 2 μl of BSA 10 μl / L and 100 μl / L to the surface of the meta-material of ASLR-OSL (100) After the application, all of the solvent was dried and measured using a THz-TDS instrument. The BSA protein applied on the surface of the meta material increases the effective permittivity of the meta material resonator to move the resonance frequency of the meta-material resonator to a lower frequency band in the measurement of THz-TDS, absorb the terahertz wave and decrease the permeation amount of the terahertz wave This leads to a signal change.

이하, 도면 7을 참조하여, ASLR 및 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)의 BSA 센싱 특성을 측정하기 위한 10 μmol/L BSA분자 검출 결과를 살펴보도록 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 7, the detection results of 10 μmol / L BSA molecules for measuring the ASLR and the BSA sensing characteristics of the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 7에서 보는 바와 같이, ASLR은 0.7 THz 대역의 pass-band 에서 1.21 % 의 테라헤르츠파 투과 변화량과 1 THz 대역의 고유 공진에서 2.5 GHz 의 주파수 변화량을 보인다. 반면에, ASLR-OSL(100)은 0.73 THz 대역의 pass-band 에서 1.71 % 의 테라헤르츠파 투과 변화량과 1.43 THz 대역의 파노 공진에서 10 GHz 의 주파수 변화량을 보이는 것으로, 상기 ASLR 대비 더 큰 흡수량 및 공진 주파수 변화를 나타내는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7, the ASLR exhibits a frequency change of 2.5 GHz in the resonance of 1 THz band and a change of 1.21% THz in the pass-band of 0.7 THz band. On the other hand, the ASLR-OSL 100 shows a variation of 1.71% THz in the pass band of the 0.73 THz band and a frequency variation of 10 GHz in the 1.43 THz band of the PAN resonance. It can be confirmed that the resonance frequency change is indicated.

이하, 도면 8을 참조하여, ASLR 및 본 발명의 일 실시예에 따른 ASLR-OSL(100)의 BSA 센싱 특성을 측정하기 위한 100 μmol/L BSA분자 검출 결과를 살펴보도록 한다. Hereinafter, with reference to FIG. 8, the detection results of 100 μmol / L BSA molecules for measuring the ASLR and BSA sensing characteristics of the ASLR-OSL 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 8에서 보는 바와 같이, ASLR은 0.7 THz 대역의 pass-band 에서 4.70 % 의 테라헤르츠파 투과 변화량과 1.43 THz 대역의 파노 공진에서 19 GHz의 주파수 변화량을 보이지만, ASLR-OSL(100)은 0.73 THz 대역의 pass-band 에서 7.40 % 의 테라헤르츠파 투과 변화량과 1.4 THz 대역의 파노 공진에서 58 GHz 의 향상된 주파수 변화량을 나타낸다. 즉, 이와 같은 실험 결과를 통하여 본 발명에 의하여 제조된 외곽 사각고리(140)를 추가한 ASLR-OSL(100)이 ASLR 대비하여 높은 센싱 감도를 갖는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 8, the ASLR exhibits a frequency change of 4.70% in the pass band of 0.7 THz band and a frequency change of 19 GHz in the 1.43 THz band of the resonance of the 1.43 THz band, but the ASLR-OSL (100) Band pass-band at 7.40% and an improved frequency variation of 58 GHz at the resonance of the 1.4 THz band. That is, it can be seen from the results of the experiment that the ASLR-OSL 100 having the outer square ring 140 manufactured according to the present invention has a higher sensing sensitivity than the ASLR.

전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It is to be understood that the foregoing description of the disclosure is for the purpose of illustration only and that those skilled in the art will readily understand that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the disclosure will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood that the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing description and that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalents thereof are included in the scope of the present invention .

100: 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기
110: 기판
120: 박막
130: 메타물질 패턴
140: 외곽 사각고리100: Outer square ring addition type terahertz active resonator
110: substrate
120: Thin film
130: Metamaterial pattern
140: Outer square ring

Claims (11)

기판;
상기 기판 상부에 형성되는 상전이 물질로 이루어진 박막;
상기 상전이 물질로 이루어진 박막 위에 형성되어 테라헤르츠파에 반응하여 공진하는 메타물질 패턴;
상기 메타물질 패턴으로부터 일정 거리로 이격된 외각에 형성되어, 메타물질에 직접적으로 전류를 흘려줌으로써 상기 상전이 물질 및 상기 메타물질의 특성변화를 야기하는 외곽 사각고리; 를 포함하는,
외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
Board;
A thin film made of a phase change material formed on the substrate;
A metamaterial pattern formed on the thin film made of the phase change material and resonating in response to the terahertz wave;
An outer square ring formed on an outer periphery spaced apart from the metamaterial pattern by a predetermined distance and causing a change in characteristics of the phase change material and the metamaterial by flowing a current directly to the metamaterial; / RTI >
Outer square ring addition type terahertz active resonator.
제 1 항에 있어서,
상기 외곽 사각고리는 5 내지 15 nm 두께의 크롬 접착층 및 80 내지 120 nm 두께의 금으로 형성된 금속선인 것인
외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the outer square ring is a metal wire formed of a chromium adhesive layer having a thickness of 5 to 15 nm and a gold wire having a thickness of 80 to 120 nm
Outer square ring addition type terahertz active resonator.
제 2 항에 있어서,
상기 외곽 사각고리를 형성하는 금속선은 2 내지 6 ㎛ 두께로 형성되는 것인 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
3. The method of claim 2,
Wherein the metal line forming the outer square ring is formed to a thickness of 2 to 6 占 퐉.
제 1 항에 있어서,
상기 외곽 사각고리는 전압 인가용 도선과 연결되는 것인
외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the outer square ring is connected to a voltage applying conductor
Outer square ring addition type terahertz active resonator.
제 1 항 있어서,
상기 메타물질 패턴의 형태는 정사각, 직사각, 원형, 타원, 또는 삼각형 형태인 것인 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
The method of claim 1,
Wherein the shape of the meta-material pattern is a square, a rectangle, a circle, an ellipse, or a triangle shape.
제 1 항에 있어서,
상기 외곽 사각고리의 형태는 메타물질 패턴의 형태에 따라 정사각, 직사각, 원형, 타원, 또는 삼각형으로 변형하여 추가되는 것인
외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
The method according to claim 1,
The shape of the outer square ring is modified by a square, a rectangle, a circle, an ellipse, or a triangle according to the shape of the meta-material pattern.
Outer square ring addition type terahertz active resonator.
제 1 항에 있어서,
상기 상전이 물질은 온도에 따라서 전도율이 변화하는 물질인 것인
외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
The method according to claim 1,
The phase change material is a material whose conductivity varies with temperature
Outer square ring addition type terahertz active resonator.
제 1 항에 있어서,
상기 상전이 물질은 온도에 따라서 유전율이 변화하는 물질인 것인
외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
The method according to claim 1,
The phase change material is a material whose dielectric constant varies with temperature
Outer square ring addition type terahertz active resonator.
제 1 항에 있어서,
상기 상전이 물질은 특정 온도에서 금속에서 절연체로 상전이하는 물질인 것인 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the phase change material is a material that transitions from metal to an insulator at a specific temperature. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
제 9 항에 있어서,
상기 상전이 물질은 이산화바나듐(VO2)인 것인
외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동 공진기.
10. The method of claim 9,
Wherein the phase change material is vanadium dioxide (VO 2 )
Outer square ring addition type terahertz active resonator.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 외곽 사각고리 추가형 테라헤르츠 능동공진기를 이용하는 테라헤르츠파 대역 센서.
A terahertz waveband sensor using an outer rectangular ring addition type terahertz active resonator of any one of claims 1 to 10.
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