소프트웨어 스위치의 동적 자원 할당을 위한 인터럽트 및 C-State 활용과 분석에 관한 연구

심재균 서울대학교 융합과학기술대학원 2016 국내석사

컴퓨터의 자원을 가상화하여 제공하는 기술은 과거부터 꾸준히 연구되어 왔다. 물리적인 서버가 가상머신으로 제공되거나 스토리지 또는 네트워크가 가상화된 자원으로 제공되는 기술이 계속해서 발전해왔으며 그중에서도 네트워크 가상화는 최근 다양한 네트워크 관련 서비스의 활성화로 인해 더욱 주목받고 있다. 대규모 트래픽을 처리하기 위한 데이터센터와 같은 시스템에서는 최소 비용으로 효율적인 자원관리를 하는 것이 중요하며, 웹 서비스를 제공하는 서비스 업체들 사이에서는 서버 가상화 기술을 통해 이를 해결하려는 시도들이 이루어지고 있다. 서버 가상화 기술은 데이터센터 내의 하드웨어 자원을 소프트웨어로 정의하고 네트워크 정책에 따른 규정을 유연하게 적용하기 위해 소프트웨어 정의 데이터센터 개념을 제안하였으며, 이를 구현하기 위해서는 소프트웨어 스위치 및 라우터에 대한 연구 및 개발이 필수적이다. 데이터센터 내 가상 스위치의 경우 수십에서 수백 Gbps의 대역폭과 수십 us 수준의 매우 낮은 지연속도가 요구되고 있으며 동시에 높은 에너지 효율로 비용을 절감하는 것이 주요하게 이슈가 되고 있다. 이와 같은 요구사항을 만족시키기 위해 인텔 DPDK (Data Plane Development Kit)는 데이터의 흐름에 있어서 패킷이 운영체제 커널의 복잡한 네트워크 처리 과정을 우회하여 상대적으로 빠른 지연시간을 제공하는 인터페이스를 사용자 수준에서 사용할 수 있도록 해준다. 이에 본 논문은 물리 스위치를 가상화한 OVS (Open Virtual Switch)에 인텔 DPDK가 적용된 시스템의 지연시간 및 전력효율을 다양한 네트워크 환경에서 측정한 다음 병목이 발생하는 부분과 비효율적으로 CPU 자원을 소모하는 부분을 찾고, 인텔 DPDK의 인터럽트 모드를 활용하여 전력을 최적화하는 기법을 제시한다. 또한 인텔 CPU의 전력관리 옵션인 C-State를 활용하여 트래픽 양에 따라 소프트웨어 스위치의 CPU 사용량을 동적으로 조절함으로써 전력 소모를 더욱 세밀하게 최적화하고 성능과 전력소모 간의 상호 관계에 대해 분석한다.

Breadth-first search 벤치마크의 성능비교 및 구현개선에 관한 연구

이상민 서울대학교 융합과학기술대학원 2016 국내석사

최근 들어 빅데이터, 그 중에서 소셜네트워크가 폭발적으로 성장함에 따라 소셜네트워크 데이터의 중요성이 높아지고 있다. 이런 방대한 양의 데이터들은 그래프 데이터구조를 이용하여 저장되고 분석된다. 그래프는 선으로 연결된 객체들을 나타낼 때 사용하는 표현법으로 소셜네트워크에서는 사용자를 노드, 사용자간의 관계를 엣지로 표현한다. 이런 소셜네트워크 데이터에서 의미 있는 정보를 얻기 위해서는 데이터를 분석하는 과정이 필요하며, 분석은 모든 노드를 순회하며 노드의 상태들을 확인하며 진행된다. 따라서 소셜네트워크 데이터분석에 그래프순회는 중요한 부분이다. 대표적인 그래프순회 알고리즘인 Breadth-first search(BFS)는 순회시작 노드와 인접해있는 모든 노드들을 우선적으로 방문한 후, 방문한 노드와 인접한 노드들을 순차적으로 순회한다. 이런 순회방식은 그 특성상 같은 레벨에 위치하는 노드들을 병렬적으로 처리할 수 있다. BFS는 전체적인 틀은 동일하지만 다양한 구현의 벤치마크들이 있다. 구현에 따라서 확인해야 할 엣지의 수를 줄이거나, 노드를 접근하는 순서 등을 바꿔서 성능 향상을 도모한다. 또한 각 벤치마크의 특성이 다르므로 워크로드에 따라 성능이 다르다. 본 논문에서는 최근 발표된 주요 BFS 벤치마크 5종을 선택하고 각종 워크로드를 사용하여 수행시간과 메모리 측면에서 성능을 비교 및 분석하고, 워크로드 특성을 고려하여 적합한 벤치마크를 제시한다. 또한 일부 벤치마크에 대해서는 구현개선을 통하여 성능을 개선하였다. 마지막으로 메모리와 벤치마크 성능간의 상관관계를 파악하여, 차후 벤치마크의 구현을 개선하거나 메모리접근 방식의 최적화를 통해 전체적인 성능 향상이 가능할 수 있음을 보였다.

SSD 기반 하둡 맵리듀스 시스템에서 셔플 단계 최적화를 통한 작업 처리속도 향상 메커니즘

고광옥 서울대학교 융합과학기술대학원 2015 국내석사

맵리듀스는 클라우드 데이터센터에서 대용량 데이터 처리를 위해 널리 사용되는 분산 처리 프로그래밍 모델이다. 맵리듀스는 맵, 셔플, 리듀스의 3단계로 구성된다. 하둡 맵리듀스는 맵리듀스 프로그래밍 모델을 구현한 프레임워크 중 가장 많이 쓰이는 것 중 하나이다. 현재 하둡 맵리듀스의 셔플 단계는 동일 데이터의 중복된 읽기/쓰기로 대량의 I/O를 발생시키며, 네트워크 전송에 의한 긴 지연을 발생시킨다. 이 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 SSD 기반 하둡 맵리듀스 시스템에서 데이터 주소 기반의 셔플 메커니즘을 제안한다. 데이터 주소 기반의 셔플 메커니즘은 (1) 데이터 주소 기반 정렬 방법, (2) 데이터 주소 기반 병합 방법과 (3) 맵 출력 데이터 선 전송 방법으로 구성된다. 이는 임의 읽기/쓰기 속도가 빠른 SSD의 특징을 활용하여 대량의 중간 데이터 전체를 정렬하는 대신 작은 크기의 데이터 주소정보만을 정렬하고, 맵 태스크에서 리듀스 태스크로의 데이터 전송을 맵 출력 파일이 아닌 스필 파일과 주소정보 파일로 함으로써 네트워크 전송 시작을 앞당길 수 있는 메커니즘이다. 이를 활용하여 (1) 로컬 저장장치에 대한 읽기/쓰기 횟수와 데이터 양을 줄이고, (2) 네트워크 전송을 위한 지연 시간을 줄여 하둡 맵리듀스 셔플 단계의 수행시간을 단축하였다. 데이터 주소 기반의 셔플 메커니즘을 하둡 1.2.1에 구현하고 실험하였다. 실험결과 데이터 주소 기반의 셔플 메커니즘은 Terasort 벤치마크와 Wordcount 벤치마크의 평균 실행시간이 각각 8%와 1% 감소시킴을 보였다.

이기종 저장장치 환경에서의 하둡 맵리듀스의 처리 속도 향상을 위한 동적 데이터 관리 메커니즘

정현석 서울대학교 융합과학기술대학원 2015 국내석사

현재 스마트 모바일 기기의 보급으로 SNS와 멀티미디어 이용자가 증가함에 따라 사용되는 데이터 양이 증가하고 있다. 이에 더하여 차세대 ICT 기술로 각광받는 무인자율주행 자동차와 사물인터넷(IoT)의 등장에 따라 데이터의 증가 속도가 가속화 될 것으로 예상된다. 이러한 대용량 데이터를 처리하기 위해 Google, Microsoft 그리고 Amazon과 같은 세계적 대기업들은 각각 Google cloud platform, Azure, Kinesis과 같이 다양한 솔루션들을 제공하고 있다. Facebook[19]과 Amazon[21]에서도 Hadoop을 대용량 데이터의 처리를 위해 사용하고 있다. Hadoop은 다수의 컴퓨터 클러스터에서 페타바이트급 대용량 데이터를 처리하기 위한 소프트웨어 프레임워크이다 [16]. 이러한 대용량 데이터 처리를 위해 Hadoop은 분산 처리 엔진인 MapReduce[17]와 분산 처리 파일 시스템인 HDFS[18]로 구성된다. 이러한 Hadoop의 성능 저하 요인은 주로 저장장치의 입출력 속도보다 현저하게 느린 네트워크 속도였으나, 최근 네트워크 기술의 발전으로 저장장치의 입출력 속도가 Hadoop의 성능 저하 요인으로 분석되고 있다 [1]. 이에 따라 저장장치를 관리하는 HDFS(Hadoop Distributed File System)의 성능을 개선하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히, HDD의 대체 저장장치인 SSD(Solid State Drive)의 최근 가격이 하락함에 따라 이를 활용하는 연구가 활발히 진행 중이다. 본 논문은 Hadoop 시스템에서의 SSD를 활용한 데이터 관리 ii 기법을 제안하고 MapReduce과정과 Hadoop 분산파일 시스템의 특성을 분석한다. 이를 통해 현재의 Native Hadoop의 한계점을 도출하여 이를 해결하기 위해 SSD를 활용한 방안을 제시한다. 해결 방안은 데이터 블록의 참조 속도를 향상시켜 전체 MapReduce 작업의 수행 시간을 단축하는 방법이다. 제안된 데이터 관리기법을 따르면 SSD와 HDD가 적용된 Hadoop 시스템에서 데이터 참조시의 SSD 활용률을 높이기 때문에 참조 속도가 향상되어 전체 MapReduce 작업의 처리율을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 HDD와 SSD가 혼재한 Hadoop 시스템을 모델링하고 Map task 수행 시 데이터 참조 상황에서 발생하는 참조 속도 단축을 확인하였다. 본 논문에서 제시된 데이터 관리 기법을 따르면 MapReduce의 작업 처리율이 향상되어 대용량 데이터의 빠른 응답속도를 보장 가능하도록 한다.

DDR4 시스템의 메모리 페이지 정책에 따른 성능 분석 및 향상 방안 연구

오상훈 서울대학교 융합과학기술대학원 2016 국내석사

최근 몇 년간 유무선 네트워크의 급격한 발전 및 개인용 휴대 장치의 보급 증가와 그에 맞물린 소셜 네트워크 서비스의 활성화로 인해 생성되는 데이터의 양이 폭발적으로 늘어나게 되었다. 이 추세는 앞으로도 계속될 것으로 예측되며 이러한 추세에 힘입어 데이터센터에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 데이터센터는 컴퓨터 시스템과 이들을 연결하는 네트워크 시스템 및 저장장치인 스토리지로 구성되어 있다. 컴퓨터 시스템에서 프로세서의 비약적인 성능 향상에 비해 스토리지는 하드디스크의 물리적인 한계에 의해 오랫동안 성능 향상의 발목을 잡아왔다. 하지만 반도체 공정의 발달로 공정이 미세해지고 집적도가 높아짐에 따라 고용량 메모리의 생산이 가능하게 되었고, 메모리 가격 또한 꾸준히 하락하여 서버 시스템에 대용량 메모리를 저비용으로 구축 할 수 있게 되었다. 이로 인해 느린 스토리지를 배제하는 인 메모리 컴퓨팅이 각광받게 되었으며, 다양한 어플리케이션들의 등장으로 그 사용이 증가하고 있다. DRAM은 경쟁 기술에 비해 높은 cell 밀도, 적당히 빠른 접근속도, 높은 에너지 효율 그리고 상대적으로 저렴한 가격의 장점을 가져 수십 년간 컴퓨터의 주기억장치로써 널리 사용되고 있다. 또한 DRAM은 구조적인 특징에 의하여 row buffer를 운용하는 방법에 따라 메모리 성능 차이가 발생하게 되며, 이를 극복하기 위하여 다양한 row buffer 운용 기법들이 연구되어 왔다. 하지만 DRAM 메모리 컨트롤러의 설정을 CPU 제조사에서 담당하게 되어 세부 설정사항을 쉽게 바꿀 수 없는 점 때문에 대부분의 연구가 시뮬레이터 상에서만 이루어지고 있으며 시뮬레이션 결과를 바탕으로 기존에 비해 성능 또는 에너지 효율이 향상됨을 주장하고 있으나, 실제 최신 하드웨어에서 이를 측정한 결과가 학계에 보고되어 있지 않다. 본 논문에서는 이러한 한계로 인해 시뮬레이터에서만 확인할 수 있었던 DDR4 메모리 컨트롤러의 페이지 정책 간 성능을 UEFI 펌웨어를 직접 수정하여 실제 하드웨어에서 측정할 수 있는 방법을 제시하였다. 또한 추가적으로 adaptive page policy에서 고정 값으로 존재하는 타이밍 파라미터를 변경하여 응용프로그램에 따른 성능향상을 측정하였고 각 응용프로그램마다 최적의 성능을 보이는 파라미터 값이 존재함을 확인 하였다. 이 방법을 통해 최대 5.11% 성능이 향상되는 어플리케이션이 존재하였으며 하드웨어 변경 없이도 워크로드에 따라 파라미터를 변경하여 성능을 향상시킬 수 있는 가능성을 보였다.

키-밸류 스토어 구현 시 선택적 캐시 활용에 관한 연구

최재윤 서울대학교 융합과학기술대학원 2015 국내석사

최근 SNS의 등장과 스마트폰의 보급화로 인해 데이터베이스의 사용량이 급격하게 증가하고 있다. 또한 SNS의 특성상 데이터를 지연시간 없이 빠르게 제공하는 것이 서비스의 품질을 좌우하고 있다. 하지만 기존의 데이터베이스는 하드디스크 기반으로 동작하기 때문에 긴 접근시간을 가지고 있다. 이를 극복하기 위해 상대적으로 접근시간이 짧은 메인 메모리를 데이터 저장용도로 사용하기 위한 노력들이 있으며, Memcached와 같이 데이터들을 메모리에 저장하는 인메모리 키-밸류 스토어 시스템이 많이 사용되고 있다. 이러한 인메모리 데이터베이스의 성능향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 현대의 프로세서에는 메모리의 느린 접근속도를 보완하기 위해 캐시메모리를 사용한다. 캐시메모리는 DRAM보다 빠르고 비싼 SRAM으로 구성되어 있으며, 일반적인 프로그램의 메모리 접근특성인 템퍼럴 로컬리티와 스페셜 로컬리티를 활용해서 데이터에 좀더 빠르게 접근할 수 있도록 하는 장치이다. 캐시를 잘 사용하면 데이터의 접근속도를 크게 개선할 수 있지만 로컬리티가 전혀 없는 데이터에 접근 할 경우 캐시 오염과 캐시 미스 페널티로 인해 캐시를 거치지 않고 접근하는 방식보다 더 느리게 동작할 수 있다. 일반적으로 SNS 사용자들이 요청하는 데이터들은 굉장히 다양하며 자주 접근되는 데이터와 자주 접근되지 않는 데이터가 있다. 이러한 워크로드 특성을 반영하는 키-밸류 스토어 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 선택적 캐시 활용을 사용해서 인메모리 키-밸류 스토어 시스템의 성능을 개선하는 방법을 제시한다. 가장 성능이 좋은 인메모리 키-밸류 스토어 시스템인 카네기 멜론 대학에서 제시한 MICA의 동작 특성을 분석했고, 선택적 캐시를 구현하기 위해서 인텔의 SSE4 명령어에서 제공하는 stream load/store 명령어를 통해 캐시를 거치지 않고 메모리에 바로 접근하는 기능을 추가했다. 또한 선택적 캐시 기법을 활용한 tiered log 구조를 제안하여 MICA의 성능을 향상시켰으며, 선택적 캐시 기법을 통한 캐시의 효율적인 활용방법에 대한 가능성을 보였다. Recently, the usage of databases has increased rapidly due to smartphones and SNS. The quality of service of SNS is determined by the delay time providing data to the user. However, existing databases have long access time because the operations are based on hard disk. To overcome this, there are efforts to use the main memory which has short access time for data storage. The in-memory KVS systems such as Redis and Memcached for storing data in memory are widely used. Due to the structural change of the database, the research of in-memory database has been actively conducted. Modern processors have a built-in cache memory to make up for the slow access speed of the memory. The cache memory is a component that provides faster data access by utilizing memory access characteristics such as temporal locality and spatial locality of common programs, and consists of SRAM which is faster but more expensive than DRAM. If the cache is fully utilized, the data access time can be reduced significantly. However, when accessing to data which has poor locality, the access time can be much longer than that of a system without cache due to cache pollution and cache miss penalty. In general, the data requests of SNS users are very diverge, and can be categorized as frequently used data and unfrequently used data. Systems that reflect the characteristics of these workloads are required. In this paper, we propose a method improving the performance of in-memory KVS system using selective cache utilization. We analyze the operating characteristics of Memcached and MICA proposed by Carnegie Mellon University. To implement the selective cache method which enables access to memory directly, we used the stream load/store instructions provided by Intel’s SSE4 instruction set. Moreover, we suggest a tiered log structure to improve MICA’s performance, and show the possibility of effient cache utilization using selective cache method.

리눅스 기반 모바일 기기에서 사용자 응답성 향상을 위한 프레임워크 지원 선별적 페이지 보호 기법

김승준 서울대학교 융합과학기술대학원 2016 국내석사

스마트폰과 같은 모바일 기기가 널리 보급됨에 따라 사용자들은 모바일 기기 응용들을 사용하면서 빠른 응답성을 제공받기를 바란다. 하지만 모바일 기기 응용들은 종종 사용자가 기대하는 수준의 응답성을 제공하지 못한다. 응답성을 저해하는 주 원인들 중 하나는 과도한 페이지 폴트 발생에 따른 대화형 태스크 수행의 지연이다. 이는 대화형 태스크의 상주 페이지(resident page)들이 비대화형 태스크와의 페이지 캐시 경쟁에 의해 더욱 빈번히 희생될 페이지(victim page)으로 선정되어 스토리지로 쫓겨나기 때문이다. 이 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해 프레임워크 지원 선별적 페이지 보호 기법을 제시한다. 제안한 기법은 프레임워크 레벨에서 대화형 태스크를 식별하고 이를 커널에 전달하여 페이지 replacement 시에 대화형 태스크의 페이지를 보호하고, 사용자 입력 처리 중에 발생하는 페이지 폴트를 줄인다. 실험 결과 제안된 기법은 기존 시스템에 비해 페이지 폴트 횟수를 37% 감소시켰고, 응답시간을 11% 단축할 수 있었다.

Simple synthesis of small-sized and water well-dispersed multifunctional iron oxide nanoparticles

양경모 서울대학교 융합과학기술대학원 2013 국내석사

Multifunctional water well-dispersed iron oxide nanoparticles have been synthesized by a simple polyol process. In this work, non-toxic Polyethylene glycol(PEG, MW=600) was used as both solvent and capping agent. As a result, well-dispersed iron oxide nanoparticles with high stability in aqueous solution were obtained. The sizes of the nanoparticles were controlled by varying the reaction temperature. During the synthesis, terminal hydroxyl group of PEG was partially oxidized and converted to carboxylic acid group via oxidation and acted as surfactants. To gain a better understanding of PEG layer coated on the iron oxide nanoparticles surface, we measured the as-synthesized iron oxide nanoparticles by using Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR) coupled with Thermogravimetric analyzer (TGA). The iron oxide nanoparticles were also characterized by using transmission electron microscopy(TEM)and dynamic light scattering(DLS). For example, iron oxide nanoparticles of 4.11±0.36nm by measuring 100 pieces of TEM image have a 3.81nm crystal size which were matched with Debye-Scherrer equation from XRD patterns. Hydrodynamic size of 4.11±0.36nm iron oxide nanoparticles in pure water was measured to be 7.18±0.89nm by using DLS. Moreover, the water dispersion of the as-synthesized iron oxide nanoparticles were very stable over a broad pH range in the presence of salts. Further functionalization of the as-synthesized iron oxide nanoparticles surface were conducted for investigating the possibility to multifunctional nanoparticles. The as-synthesized iron oxide nanoparticles were functionalized with amine group using general EDC/NHS coupling. Subsequently, Rhodamine b isothiocyanate (RITC) and (2-(ρ-Isothiocyanatobenzyl)-1,4,7- triazacyclononane –N,N',N,"-triacetic acid trihydrochloride) ((ρ-SCN-Bn)-NOTA) were introduced to iron oxide nanoparticles using surface amine group reaction with isothiocyanate group of RITC, NOTA complex via thiourea bonding formation. Photoluminescence spectroscopy (PL) spectrum showed that RITC molecules were conjugated to the iron oxide nanoparticles surface. According to the results, the stably water dispersed and small-sized iron oxide nanoparticles are expected to be used for multimodal biological imaging.

Design and fabrication of polymer single mode waveguide by soft lithography with controlled pressure

이재하 서울대학교 융합과학기술대학원 2013 국내석사

본 연구에서는 잔여층이 없는 코어 패턴을 가진 폴리머 싱글모드 광도파로를 설계 및 제작하였다. Effective index method와 finite element meth를 이용하여 싱글모드의 조건을 구해냈고, 이를 활용해 광도파로의 구조를 설계하였다. 소프트 리소그래피 공정에 압력을 조절하는 과정을 추가함으로써, 1550 nm영역에 적합한 잔여층이 없는 채널 형태의 싱글모드 제작하였다. 포토리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트(SU-8) 패턴을 마스터 몰드로 이용하였고, 복제몰드로 PDMS를 이용함으로 압력에 따라 광도파로의 코어 모양을 바꿀 수 있게 하였다. 3.25 kg/cm2 이상의 압력을 인가함으로 전파손실의 원인이 되는 잔여층을 제거 할 수 있었고, 그 이상의 압력에서 코어 패턴의 변화를 고찰함으로 fundamental mode에 적합한 광도파로를 만들어 낼 수 있었다. 그럼으로 싱글모드 광도파로를 제작함에 있어 발생되는 두 가지 제약을 해결했다. 먼저 광도파로 코어를 제작하는 단계에 있어 포토리소그래피 공정을 사용하지 않기 때문에 감광성 물질을 사용해야 하는 한계를 벗어날 수 있었다. 또한 수 마이크로 크기의 사각형 형태의 광도파로를 성공적으로 제작함으로 싱글모드 조건을 만족하기 위한 코어와 클래딩의 굴절를 차이를 넓힐 수 있었다. 광도파로의 광학적 특성은cut-back method를 이용하여 전파손실 측정하고, 코어에 가이드 된 빛을CCD 카메라를 이용해 IR 이미지를 확인함으로 파악하였다. 싱글모드 광도파로의 정확한 전파손실 측정을 위해 piezo-stage, detector을 이용한 피드백 알고리즘 이용하여 구성하고, 자동정렬 시스템을 구축함으로 데이터의 신뢰도를 높였다. Chem optics사의 Zpu13-430, Zpu13-44을 이용하여 광도파로를 제작하였고, 이를 SEM, OM 이미지를 통해 확인하였다. 광도파로는 0.18~0.20 dB/cm 의 전파손실을 나타냈고, 1550 nm의 빛을 효과적으로 가이드하였다. In this study, we investigate the design of a polymer single mode waveguide which does not have residual layer of core pattern. The single mode conditions were calculated using effective index method and finite element method. We fabricated polymer single mode waveguide (λ = 1550 nm) based on the design using soft lithography and additional pressure control. The master mold and replica mold consist of negative photoresist (SU-8) and PDMS, respectively. By applying a pressure of 3.43 kg/cm2 on PDMS, we eliminate the residual layer of core that brings about an additional propagation loss. In addition, we fabricated an appropriate waveguide for the fundamental mode by identifying the shape of core, especially in the higher pressure region. We resolve two critical constraints. The first problem is limitation of material which is used in core pattern of single mode waveguide by the photolithography method. The other constraint is the small difference between refractive indices of the core and cladding to satisfy single mode conditions of waveguide. These constraints are resolved using soft lithography with additional pressure control. We successfully demonstrate fabrication of rectangular waveguide in several micrometers using this method. Thus, it enables us to apply various other materials, and we extend the required index contrast of core and cladding layers. The optical characteristics of the waveguide were evaluated in terms of propagation loss and IR image from the detector of guided light at 1550nm. The propagation loss was measured using cut-back method. For the improvement of data accuracy, we use the novel feed-back algorithm that composed of piezo-stage and IR detector. We also built an auto-alignment system. The waveguide was fabricated using Zpu13-430 and Zpu13-440 which were purchased from Chem Optics, and we observed it using microscopes. These waveguides show a propagation loss of 0.18~0.20 dB/cm and can effectively guide light at 1550 nm.

Fabrication of micropatterned ZnO semiconductor films via chemical imprinting

성기은 서울대학교 융합과학기술대학원 2013 국내석사

Herein, we demonstrated a new patterning method via chemical imprinting with an ammonia-soaked PDMS stamp on the ZnO semiconductor films. The diffused ammonia liquid or gas from the PDMS stamp with fine structures selectively transformed the ZnO films to a water-soluble form (as [Zn(NH3)4-n(OH)n]2-n) at the contact surfaces, and these selectively transformed aqueous salt patterns were dissolved in water. Thus, the array of ZnO micro-patterns were easily fabricated and successfully applied to the active layers of TFTs. In addition, we fabricated the micro-patterns on Li doped ZnO semiconductor films, which have high carrier mobility and low temperature sintering at 300 °C. The present study demonstrates the representative micro-patterned Li doped ZnO TFTs with the field effect mobility of 4.2 cm2·V-1·s-1, on/off current ratio of 8.3 x 107 and low gate leakage current using this chemical imprinting. This patterning method has a good potential for advanced patterning process toward solution-processed ZnO TFTs with high performance; it can be applied to continuous processes at ambient conditions, such as the roll to roll process, and does not require any cumbersome steps.