마이크로 발광 다이오드를 위한 사파이어 나노 멤브레인 위 GaN 이종성장 연구

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 재료공학부, 2021. 2. 장호원.III-nitride based semiconductors have advantages such as high quality, high efficiency, and long lifespan, and thus have attracted considerable interest in optoelectronic device applications such as light-emitting diodes, lasers, and solar cells over the past decades. The GaN epitaxial layer is mainly grown on heterogeneous substrates such as Si, SiC, and sapphire because epitaxial growth using the GaN substrate is not possible for economic and technical reasons. Among them, the sapphire substrate is widely used due to its high quality, transparency, and high temperature stability, but many problems arise due to the difference in lattice constant from the epilayer and the difference in thermal expansion coefficient. Due to the difference in lattice constant, high density of threading dislocation that directly affect the efficiency of the optical device are generated in the epilayer, and due to the difference in thermal expansion coefficient, a large compressive stress on the GaN thin film and wafer bow occurs during cooling at room temperature after the epilayer growth at high temperature. These problems hinder the realization of high-efficiency GaN-based optical devices. Compared to existing display technologies such as liquid crystal displays or organic light emitting diodes, micro light-emitting diodes (micro-LEDs) are in the spotlight as a next-generation display technology because they have excellent characteristics such as high brightness, fast response speed, ultra-high resolution, and low power consumption. In particular, in fields such as virtual reality and augmented reality, which are expected to be highly demanded in the future, displays become closer to the human eye, and ultra-high-definition micro-displays are required. However, low external quantum efficiency (EQE), high level of leakage current, and immature micro-LED transfer technology are obstacles to commercialization. The fabrication of conventional micro-LED uses a plasma etching process to form individual micro-LEDs after growing a LED epilayer on a substrate. Non-radiative recombination is increased by exposure of the multi-quantum wells (MQWs) serving as an active layer, thereby causing high level of leakage current and low external quantum efficiency. In this study, a substrate with sapphire nano-membrane structures was proposed to obtain a high quality GaN epitaxial layer and to solve the problems of micro-LEDs. The growth of GaN on the sapphire nano-membrane was studied using an metalorganic chemical vapor deposition. The GaN epitaxial layer grows in various shapes depending on the growth orientation and growth conditions, and various growth facets appear. In order to grow the desired micro-GaN epilayer on the sapphire nanomembrane, the study on growth behavior of GaN was first conducted to understand the growth aspect of the GaN on the sapphire nano-membrane. The fabrication of sapphire nano-membrane was carried out by photolithography, amorphous alumina deposition using atomic layer deposition (ALD), photoresist (PR) removal, and crystallization through a subsequent heat treatment process. The amorphous alumina layer is crystallized into a single crystal -phase alumina (sapphire) through solid phase epitaxy in the heat treatment process. In order to understand the growth behavior according to the growth direction, the growth of GaN was observed by varying the angle of the stripe pattern. The fastest lateral growth rate was seen in the stripe-shaped sapphire nano-membrane along with the sapphire [112 ̅0] direction, and it was confirmed that the lateral growth rate repeats the maximum and the minimum every 30º rotation. By measuring the growth rate of facets formed differently depending on the direction, it could be understood that the growth shape of GaN was different according to the orientation. In addition, GaN grown in the bottom region between the membrane patterns was also observed. The Ga diffusion to the bottom region was inhibited by the GaN layer grown laterally on the membrane, showing the possibility that the GaN layer could be removed from the substrate by breaking the sapphire nano-membrane. Secondly, a discrete micro-sized GaN layers were grown by designing a pattern, based on an understanding of the growth behavior on the sapphire nano-membrane. Since the sapphire nano-membrane was a closed structure, ashing method using an oxygen plasma was proposed to remove the PR. By controlling the thickness and density of the membrane, the PR removal rate was observed, and as a result, sapphire nano-membrane of various sizes could be successfully manufactured using suitable conditions. The direction and size of the pattern were appropriately designed using the direction with the fastest and slowest lateral growth rates, and the GaN layers were merged only in the desired area, so that the micro-GaN separated from each other was grown. The micro-GaN layer had a 40% decrease in threading dislocation density (TDD) and a 36.5% increase in photoluminescence (PL) intensity compared to GaN grown on a planar sapphire substrate. Finally, a discrete core-shell-like micro-LED array was grown on the 100 nm-thick sapphire nano-membrane without a harmful plasma etching process. It was confirmed that the sidewalls of MQWs were protected by p-GaN, and self-passivation by p-GaN is expected to prevent the decrease in EQE caused by the plasma etching process. TDD in the micro-LED formed on sapphire nano-membrane was reduced by 59.6% due to the sapphire nano-membranes, which serve as compliant substrates, compared to GaN formed on a planar substrate. In addition, Enhancements in internal quantum efficiency by 44% and 3.3 times higher PL intensity were also observed from it. Cathodic emission of 435 nm was measured in the c-plane multi-quantum well, while negligible levels of emission were observed in the lateral semipolar plane. Cathodoluminescence emission at 435 nm was measured from c-plane multiple quantum wells (MQWs), whereas negligible emissions were detected from semi-polar sidewall facets. A core-shell-like MQWs were formed on all facets, hopefully lowering concentration of non-radiative surface recombination centers and reducing leakage current paths. This study provides an groundbreaking platform for micro-LEDs by using sapphire nano-membrane.3족 질화물 기반 반도체는 고품질, 높은 효율, 긴 수명 등의 장점을 가지고 있어 지난 수십 년 동안 발광 다이오, 레이저, 태양전지 등 광전자 소자 응용 분야에서 상당한 관심을 받고 있다. 질화갈륨 기반 에피층은 경제적, 기술적인 이유로 동종 기판을 사용한 에피 성장이 불가능하여 주로 Si, SiC 및 Sapphire와 같은 이종 기판에서 성장한다. 그 중에서 사파이어 기판은 고품질, 투명성 및 고온 안정성으로 인해 광범위하게 사용하는데 에피층과의 격자 상수 차이와 열팽창 계수 차이로 인해 많은 문제점들이 발생하게 된다. 격자상수 차이로 인하여 광소자 효율에 직접적으로 영향을 미치는 고밀도의 전위 결함이 에피층 내에 생성되고 열팽창 계수 차이로 인하여 고온에서의 에피층 성장 후 상온 냉각 시에 기판 휨 현상과 함께 박막에 큰 압축 응력이 작용하게 된다. 이는 질화갈륨 기반 광소자의 구현을 방해한다. 마이크로 발광 다이오드는 기존 디스플레이 기술인 액정 표시 장치나 유기 발광 다이오드에 비해 고휘도, 빠른 응답 속도, 초고해상도 구현 가능, 낮은 전력 소모 등 우수한 특성을 가지고 있어 차세대 디스플레이 기술로 각광받고 있다. 특히, 앞으로 많은 수요가 기대되는 가상 현실과 증강 현실과 같은 분야에서는 디스플레이가 사람의 눈에 가까워지며, 초고화질의 마이크로 디스플레이를 요구하고 있다. 하지만, 낮은 외부양자효율, 높은 수준의 누설 전류 및 미숙한 마이크로 발광 다이오드 전사 기술 등이 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 기존 마이크로 발광 다이오드 제작은 기판 위에 발광 다이오드 에피층을 성장한 후, 개별 마이크로 발광 다이오드를 형성하기 위하여 플라즈마 식각 공정을 이용한다. 이는 활성층 역할을 하는 다중양자우물 구조를 외부에 드러나게 하여 비발광 재결합을 증가시키고 따라서 낮은 외부양자효율과 높은 수준의 누설 전류를 발생하게 한다. 본 연구에서는 사파이어 나노멤브레인 구조가 형성된 기판을 제안하여 고품질의 질화갈륨 에피층을 얻고 마이크로 발광 다이오드의 문제점들을 해결하고자 하였다. 사파이어 나노멤브레인 위의 질화갈륨 성장은 유기금속화학증착법을 이용하여 연구하였다. 질화갈륨 에피층의 성장은 성장 방향과 성장 조건에 따라 다양한 모습으로 성장하며, 여러 결정면들이 나타난다. 사파이어 나노멤브레인 위에 원하는 형태의 마이크로 질화갈륨 에피층을 성장하기 위해, 먼저 사파이어 나노멤브레인 위 질화갈륨의 성장 양상을 이해하는 연구를 진행하였다. 사파이어 나노멤브레인 제작은 포토리소그래피, 원자층 증착 장비를 활용한 비정질 알루미나 증착, 포토리지스트 제거, 후속 열처리 공정을 통한 결정화로 진행된다. 비정질 알루미나층은 열처리 과정에서 고상에피택시를 통해 사파이어 기판과 같은 단결정 알파상 알루미나층으로 결정화된다. 성장 방향에 따른 성장 거동을 파악하기 위해, 스트라이프 패턴의 각도를 다양하게 바꾸며 질화갈륨의 성장을 관찰하였다. 사파이어 [112 ̅0] 방향의 스트라이프 형태 사파이어 나노멤브레인에서 가장 빠른 측면 성장 속도를 볼 수 있었고, 30도 회전할 때마다 측면 성장 속도가 최고와 최소를 반복하는 것을 확인하였다. 방향에 따라 다르게 형성되는 질화갈륨 결정면들의 성장 속도를 측정하여 질화갈륨의 성장 형태가 달라지는 것을 이해할 수 있었다. 또한, 멤브레인 패턴 사이의 바닥 영역에서 성장한 질화갈륨도 관찰하였다. 측면 성장이 원활하게 진행된 멤브레인 위 질화갈륨층에 의하여 바닥 영역으로의 갈륨 확산이 저해되었고, 이는 사파이어 나노멤브레인을 부러뜨려 질화갈륨층을 기판에서 떼어낼 수 있다는 가능성을 보여주었다. 다음으로, 사파이어 나노멤브레인 위 성장 양상에 대한 이해를 토대로 패턴을 설계하여 서로 분리된 마이크로 크기의 질화갈륨층을 성장하였다. 사파이어 나노멤브레인이 막힌 구조이기 때문에 포토리지스트를 제거하기 위한 산소 플라즈마 방법을 제안하였다. 멤브레인의 두께와 밀도를 조절하며 포토리지스트의 제거 속도를 관찰하였고 결과적으로 적합한 조건을 이용하여 다양한 크기의 사파이어 나노멤브레인을 성공적으로 제작할 수 있었다. 측면 성장 속도가 가장 빠른 방향과 가장 느린 방향을 이용하여 패턴의 방향과 크기를 적절히 설계하였고 원하는 영역에서만 질화갈륨층이 합쳐지게 하여 서로 분리된 마이크로 크기의 질화갈륨이 성장하게 하였다. 마이크로 크기의 질화갈륨층은 평면 사파이어 기판에서 성장한 질화갈륨에 비해 관통전위 밀도가 40% 감소하였고, 광 발광 세기는 36.5% 증가하였다. 마지막으로, 100 nm 두께의 사파이어 나노멤브레인 위에 마이크로 발광 다이오드 어레이를 해로운 플라즈마 식각 공정 없이 성장하였다. 서로 분리되어 성장한 마이크로 발광 다이오드의 측면 다중양자우물 층은 p형 질화갈륨에 의해 보호되는 것을 확인하였고 이는 플라즈마 식각 공정으로 인한 광 효율의 저하를 막을 수 있을 것으로 기대된다. 사파이어 나노멤브레인 위에 성장한 마이크로 발광 다이오드의 관통전위 밀도는 평면 사파이어 기판 위에 성장한 발광 다이오드에 비해 59.6% 감소하였다. 또한, 내부양자효율이 44% 향상되었고 광 발광 세기가 3.3배 증가한 것을 관찰하였다. 435 nm의 음극 발광 방출이 c면 다중양자우물에서 측정된 반면, 측면의 반극성면에서 무시할 수 있는 수준의 방출이 관측되었다. 코어쉘 형태의 다중양자우물이 모든 면에 형성되어 있어 비복사 표면 재결합을 감소시키고 누설 전류 경로를 줄이게 된다. 본 연구를 통해, 사파이어 나노멤브레인 기술이 마이크로 발광 다이오드를 위한 획기적인 플랫폼 기술로 발전될 가능성을 기대한다.Chapter 1. Introduction 1 1.1 III-nitride semiconductors 1 1.1.1 General properties of III-nitride materials 1 1.1.2 GaN based LEDs and micro-LEDs 2 1.2 Technical issues with GaN based LEDs and micro-LEDs 8 1.2.1 Lattice mismatch and high dislocation density in GaN epilayers 8 1.2.2 Film stress and wafer bow 9 1.2.3 Low light extraction efficiency 10 1.2.4 Current issues with micro-LEDs 11 1.3 Compliant substrate and pendeo epitaxy 18 1.4 Epitaxial growth of GaN on sapphire nano-membrane 24 1.4.1 Solid-phase epitaxy in amorphous Al2O3 nano-membrane 24 1.4.2 The growth of GaN on ultra-thin sapphire nano-membrane 24 1.5 Thesis contents and organization 31 1.6 Bibliography 34 Chapter 2. Experiments and analysis 41 2.1 Growth equipment 41 2.1.1 Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) 41 2.1.2 Atomic layer deposition (ALD) 41 2.2 Analysis tools 44 2.2.1 Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) 44 2.2.2 Transmission electron microscopy (TEM) 44 2.2.3 Micro-Raman spectroscopy 44 2.2.4 Micro-photoluminescence (Micro-PL) 45 2.2.5 Cathodoluminescence (CL) 45 Chapter 3. The study on growth behavior of GaN on sapphire nano-membrane 47 3.1 Introduction 47 3.2 Experimental procedure 53 3.3 Results and discussion 57 3.3.1 Fabrication of sapphire nano-membrane 57 3.3.2 Growth behavior of GaN on sapphire nano-membrane with various orientations 60 3.3.3 Growth behavior of GaN on spacing region with various orientations 67 3.4 Summary 70 3.5 Bibliography 71 Chapter 4. The growth of a discrete micro-GaN array with various sizes on sapphire nano-membrane 77 4.1 Introduction 77 4.1.1 Micro-LEDs as an emerging display technology and current issues 77 4.1.2 Sapphire nano-membrane for micro-LEDs 81 4.1.3 Pattern design for discrete GaN dies by using growth behaviors of GaN on sapphire nano-membrane 81 4.2 Experimental procedure 86 4.3 Results and discussion 89 4.3.1 PR removal by asher for fabrication of the sapphire nano-membrane array 89 4.3.2 Growth of a discrete micro-GaN array 101 4.3.3 Threading dislocation density of micro-GaN layer 105 4.3.4 Optical property of micro-GaN layer 108 4.4 Summary 110 4.5 Bibliography 111 Chapter 5. A core-shell-like micro-LED array grown on sapphire nano-membrane 116 5.1 Introduction 116 5.2 Experimental procedure 123 5.2.1 Fabrication of a sapphire nano-membrane array 123 5.2.2 Epitaxial growth of a micro-LED array 124 5.2.3 Characterization 124 5.3 Results and discussion 127 5.3.1 Fabrication of a sapphire nano-membrane array 127 5.3.2 Epitaxial growth of a discrete micro-LED array 129 5.3.3 Characterization of a core-shell-like micro-LED array 132 5.3.4 Transfer of a micro-LED array for device fabrication 145 5.4 Summary 152 5.6 Bibliography 153 Chapter 6. Conclusions 161 국 문 초 록 165 List of publications 167Docto

정성적 측면의 지속가능성 중심으로

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 건축학과, 2021.8. 조항만.To resolve the question about a national identity and regional style of Architecture, young generation architects struggle to defend old value but dream for a better Australian way of life. Their affinity of pre-industrial vernacular tradition is reinterpreted by the tectonic refinement and their rejection of international influences adopted Glenn Murcutt’s ‘Verandah House’ as the precedent. For that reason, ‘Verandah House’ has a value of the inside-out space which provides the sense of enclosure and the origins of human settlements. This value also supported their awareness towards to the local climate and the site. Glenn Murcutt’s residential architectures in 1960-90s have evolved to suit regional climates over the period time. To solve the disconnection of British Cottage from the Australian landscape, Murcutt developed a long ‘Verandah House’ by adopting the idea of a ‘Californian bungalow’ into the existing terrace houses. As such this paper investigates Murcutt’s reinvention of the verandah space which became an ideal living platform or externalized inside-out space to reflect the local climate and terrain. Additionally, Murcutt installed adjustable layers to the wall such as shutters and louvers so that the occupant can coordinate with the ‘Verandah House’. This strategy promotes harmonious coexistence between nature and human beings as well as maintains the ecosystem by minimizing energy use. Since 2005, the BUILDING ACT for balcony expansion in Korea was legalized by the construct however balconies are mainly used for the expansion of residential spaces or warehouse. In contrast to ‘Verandah House’, this internalized inside-out space lost the main value of the balcony and ignored the option of the prospective occupant. Thus, the goal of this research is to resolve the dilemma of site-less residential architecture by analyzing Murcutt’s evolutionary process of farmhouse based on his sustainable design strategies in non-technological ways. Murcutt's ‘Verandah House’ offers numerous implications for how locality is embodied in architecture, and it defines the identity of liberation from the entrapment of space while embracing human beings. Murcutt’s ‘Non-Technological Ways of Thinking’ created a breathing wall by adding several layers of lightweight occupant control of passive systems to the exterior. This layering strategy reflects the wisdom of Aboriginal Australians and their use of the natural ventilation. Also this multi-layers walls has evolved to maximize the variability of a house. Yet Murcutt's houses only reflect the mild climate and locality of rural Australia, Murcutt’s evolutionary process of design to completion and his cohesive craftsmanship could be a spiritual foundation that Korean architects should have, rather than the frequent use of technology. The local climate and environmental conditions of every city vary from place to place and every urban condition is different every site unique. There is no formula or single answer that can provide a categorical design solution. Therefore, by investigating analyzing the evolutionary process of Murcutt’s ‘Verandah House’, the trend of the times and the modern meaning of regionalism is re-interpreted to pursue more environmentally-friendly and stable housing in the future. Murcutt’s ‘Verandah House’ became a footstep for subsequent architects (Anderson O'Gorman, Donovan Hill, Stutchbury and Pape) to allow the verandah to become an externalized interior space fused into one with the surrounding environment, rather than a separate space. Their verandah evolves into three perspectives that maximize Murcutt's non-technical ways of thinking and craftsmanship. Firstly, Verandah space is a productive hybrid space that focuses on people's behavior and activities from individual to group of people. Secondly, the newly reconstructed verandah space is an evolutionary medium that connects the historical nature of indigenous architecture that had been forgotten. This is a low-tech approach for life space and identity with some skills to keep up with trends in society's context and technology. Lastely, the verandah space is the centerpiece of negotiations that accommodates modern change. Consequently, this study could be an architectural list of insights, ideas, approaches, strategies, directions, layout, and local contexts. The new 21st-century Verandah House has further examined in this study. Their new sustainable house is not only reflect climatic and geographical characteristics an, but also provide an applicable ‘externalized interior space’ anywhere, not just in rural areas or urban areas.초기 영국 이주민들은 브리티시 코티지(British Cottage), 캘리포니안 방갈로(Californian Bungalow) 등 다양한 주거용 건축물을 호주에 건설하였지만 호주 특유의 지역적 기후 조건을 이겨 내지 못하였다. 결국 기후적으로나 컨텍스트(Context)적으로 외부와의 단절된 호주건축의 현실과 맞서 대응하고자 1960년대부터 피터 뮬러(Peter Muller)를 포함한 호주의 건축가 그룹이 호주만의 건축 스타일을 찾기위한 ‘Sydney School(시드니 스쿨)’운동이 있었다. 시드니 스쿨의 주거건축은 지역의 촌스럽고(Rustic) 투박한 벽돌, 목재, 돌과 같은 재료들의 재질을 그대로 노출시키는 기법을 사용하며 영국 정착민들이 설계한 주택들과 차별화된 그들만의 지역주의 스타일을 구축하였다. 동시대의 건축가인 피터 뮬러(Peter Muller), 리처드 리플레스티에(Richard Leplastrier) 그리고 글랜 머컷(Glenn Murcutt)은 ‘외부화된 내부공간’인 베란다공간을 통해 호주의 외부환경과 기후로부터 단절된 초창기 주택(Colonial Residential Architecture)이 가진 지역성 부재의 해결방안 제시를 위해 노력하였다. 특히 1960년대 후반부터 활동한 호주의 건축가 글랜 머컷은 베란다공간을 활용하여 지역적 맥락을 담아내는 동시에 주변환경과 주거공간을 조화롭게 연계시킨 이상적인 공간, 즉 외부화된 내부공간(Inside-out space)의 플랫폼을 창조했다. 그의 ‘베란다하우스(Verandah House)’는 훗날 21세기 건축가들(Anderson O’Gorman, Donovan Hill, Stuchbury and Pape)에게 꾸준한 영향을 주었다. 이에 본 연구에서는 머컷의 정성적(Qualitative)이며 지속 가능한 설계 전략의 비-기술적(Non-Technological) 요소와 외부화된 내부공간(Inside-out Space)으로서 베란다의 진화과정을 체계적으로 분석하였다. 그럼으로써 효율과 기술만 강조되는 현대 건축의 문제점을 풀어나갈 단서를 모색하였다. 환경에 적응하는 가변성을 특징으로 하는 머컷의 ‘베란다하우스’는 자연과 인간의 공존, 지속가능한 주택, 건축에 있어서의 지역성, 그리고 거주자인 인간이 주체가 되어 내부공간의 종속으로부터 해방되는 건축이 무엇인지에 대한 유익한 시사점을 제시한다. 또한 머컷의 ‘베란다하우스’의 영향을 받은 21세기 건축가들의 베란다공간을 살펴봄으로서 지속가능한 주택으로서의 가능성 제고 및 극대화하고 새로운 ‘베란다’의 기능을 탐침한다. 이는 세 가지의 요소로 요약되는데, ①베란다공간은 생산적인 하이브리드(Hybrid)공간으로서 거주자만의 개인 활동부터 공동생활을 위한 주거환경까지 사람들의 행위에 중점을 둔다. ②베란다공간은 19세기 방갈로 형식의 토착건축에서 벗어나고자(Anti-bungalow) 장인정신을 추구하는 건축가들이 임하는 삶의 공간과 정체성을 위한 저-기술적(Low-tech) 접근이다. 그리고 ③베란다공간은 파트너와 공동작업을 통해 이뤄낸 시간과 장소적 현실과의 협상 장소이다.1. 서 론 1 1.1 연구의 배경 및 목적 3 1.2 연구의 방법 및 범위 8 1.3 연구의 흐름도 9 2. 외부화된 내부공간(Inside-out Space)의 고찰 10 2.1 '외부화된 내부공간'으로 진화하는 호주의 주택 2.1.1 '외부화된 내부공간'으로서 '방갈로'의 영향 12 2.1.2 '외부화된 내부공간'으로서 베란다의 개념과 유형 13 2.2 글랜 머컷과 동시대 건축가들의 베란다공간 2.2.1 Peter Muller(1927~) 18 2.2.2 Richard Leplastrier(1939~) 21 2.2.3 20세기 호주 건축가의 베란다공간 종합비교표 23 3. 글랜 머컷의 '베란다하우스' 24 3.1 글랜 머컷의 '베란다하우스'를 향한 진화 3.1.1 평면 유형의 진화 27 3.1.2 지붕 구조의 진화 29 3.1.3 건물 외피의 진화 32 3.1.4 '베란다하우스' 종합분석표 34 3.2 '베란다하우스'의 정성적 측면의 지속가능성 평가 3.2.1 '베란다하우스'를 구성하는 비-기술적인 사고 36 3.2.2 '베란다하우스'를 구축하는 장인정신과 텍토닉 37 3.2.3 '베란다하우스'의 가변성을 극대화하는 겹침 39 4. 21세기형 '베란다하우스' 40 4.1 글랜 머컷 '베란다하우스'에 영향을 받은 후속 건축가들 4.1.1 Anderson O' Gorman(1980~) 42 4.1.2 Donovan Hill(1993~) 44 4.1.3 Stutchbury and Pape(1992~) 46 4.1.4 새로운 '베란다하우스' 종합분석표 47 4.2 새로운 베란다의 발전가능성 제고 4.2.1 생산적인 하이브리드(Hybrid) 공간 52 4.2.2 삶의 공간과 정체성을 위한 저-기술적 접근 55 4.2.3 현대의 변화를 수용하는 협상의 중심공간 58 5. 결 론 60 참고문헌 64 Appendix A Glenn Murcutt 67 Appendix B Anderson O' Gorman 80 Appendix C Donovan Hill 84 Appendix D Stutchbury and Pape 86 Abstract 90석

수업방식과 교사와의 관계 변화를 중심으로

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 사범대학 교육학과(교육행정전공), 2022.2. 정동욱.본 연구는 학급규모에 따라 학습의 질에 변화가 나타난다는 점을 바탕으로 학생의 교육 성과에 대한 학급규모의 조절효과를 분석했다. 과정변수는 개별화 수업방식, 상호작용 수업방식, 교사와의 관계이며, 중간 산출물은 학생의 수업이해도와 수업집중도이고, 최종 산출물은 학생의 학업성취도로 설정했다. 이를 위해 한국교육개발원(KEDI)에서 제공하는 한국교육종단자료2013(KELS) 3, 4, 5차를 활용하여 분석했으며, 최종 분석대상은 총 4,979명이다. 이때 개인의 고유한 특성과 시간의 이질성을 통제하기 위해 이원고정효과모형을 사용하였다. 먼저, 학급규모에 따른 학생과 학교 특성의 차이를 기술통계 수준에서 살펴보고 학급규모에 따라 개별화 수업방식, 상호작용 수업방식, 교사와의 관계에 통계적 차이가 있는지를 검정하였다. 다음으로 수업방식과 교사와의 관계가 중간 산출물인 수업이해도와 수업집중도에 미치는 영향이 학급규모에 따라 달라지는지 확인했다. 마지막으로 수업방식과 교사와의 관계가 최종 산출물인 학업성취도에 미치는 영향이 학급규모에 따라 달라지는지 확인하고, 중학교 3년 동안 소규모학급을 경험한 학생만을 대상으로 분석하여 소규모학급의 누적 효과를 함께 살펴봤다. 이에 따른 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 학급규모에 따라 학생과 학교 특성에 차이가 있었고, 이는 학급규모 분포에 선택편의에 의한 내생성 문제가 존재함을 시사한다. 또한, 학급규모에 따라 개별화 및 상호작용 수업방식과 교사와의 관계에 통계적 차이가 발견되었다. 학급규모가 작을 때, 학생은 수업방식이 개별적이고 상호작용적으로 이뤄지며, 교사와의 관계도 더 긍정적이라고 인식하고 있었다. 둘째, 수업이해도와 수업집중도에 대한 학급규모의 조절효과가 나타났다. 학급규모가 작을수록 개별화 및 상호작용 수업방식과 교사와의 관계가 수업이해도에 미치는 영향이 더 커졌다. 수업집중도의 경우 개별화 수업방식에서만 위와 같은 효과를 확인했다. 셋째, 학업성취도에 대한 학급규모의 조절효과는 나타나지 않았다. 즉, 개별화 및 상호작용 수업방식, 교사와의 관계가 학업성취도에 미치는 영향이 학급규모에 따라 다르게 나타나지 않았다. 하지만 소규모학급을 3년 동안 경험한 학생들만 대상으로 분석한 결과, 개별화 및 상호작용 수업방식, 교사와의 관계 변수에서 모두 뚜렷한 학급규모의 조절효과를 발견했다. 그 외의 집단에서는 이런 결과가 나타나지 않았다는 점에서 이는 소규모학급의 효과는 누적되어 나타난다는 점을 시사한다. 본 연구는 학급규모가 학습의 질을 변화시킴으로써 학생의 교육 성과에 영향을 미치고 있음을 확인했다. 이를 바탕으로 과밀학급의 편향적 분포, 학급규모와 교사의 자질과 역량, 학급규모에 대한 종합적 관점, 소규모학급의 누적 효과에 대해 논의하고 학급규모와 관련한 정책적 시사점과 학급규모 논의를 지속하기 위한 학술적 시사점을 함께 제언하였다.This study analyzed the moderating effect of class size on student's educational performance based on the fact that the learning process changes according to class size. Course variables are individualized teaching methods, interactive teaching methods, and relationship with teachers, and intermediate outputs are students' understanding and concentration of classes, and the final output is students' academic achievement. To this end, the analysis was conducted using the 3rd, 4th, and 5th Korean Education Longitudinal Data2013(KELS) provided by the Korea Educational Development Institute(KEDI), and the final analysis target was 4,979. A two-way fixed effect model was used to control the unique characteristics of an individual and the heterogeneity of time. First, the difference between students and school characteristics according to class size was examined at the level of descriptive statistics, and whether there were statistical differences in individualized teaching methods, interactive teaching methods, and relationship with teachers according to class size. Next, it was confirmed whether the influence of the class method and the relationship with teachers on the intermediate output, class understanding and class concentration, varies depending on the class size. Finally, we checked whether the effect of class method and relationship with teachers on the final output, academic achievement, varies depending on the class size, and analyzed only students who have experienced small classes for three years of middle school to examine the cumulative effect of small classes. The research results are as follows. First, there were differences in student and school characteristics according to class size, which suggests that there is an endogeneity due to self-selection bias in the distribution of class size. In addition, statistical differences according to class size were found in the individualized and interactive teaching methods and relationship with teachers. When the class size was small, the student perceived that the teaching method was more individual and interactive, and that the relationship with teachers was more positive. Second, the moderating effect of class size on class understanding and class concentration was shown. The smaller the class size, the greater the influence of individualized and interactive teaching methods and relationships with teachers on class understanding. In the case of class concentration, the above effect was confirmed only in the individualized class method. Third, there was no moderating effect of class size on academic achievement. In other words, the influence of individualized and interactive teaching methods and relationship with teachers on academic achievement did not appear differently depending on the class size. However, as a result of analyzing only students who have experienced small classes for three years, clear moderating effects of class size were found in individualized and interactive teaching methods, and relationship with teachers, suggesting that the effects of small classes are cumulative. This study confirmed that class size has an effect on students' educational performance by changing the learning process. Based on this, we discussed the biased distribution of overcrowded classes, class size and teacher quality and capacity, a comprehensive perspective on class size, and the cumulative effect of small classes, and suggested policy implications and academic implications to continue class size discussions.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 필요성 및 목적 1 제 2 절 연구 문제 4 제 3 절 연구의 의의 및 한계 7 제 2 장 이론적 배경 10 제 1 절 학급규모 10 1. 학급규모 정의 10 2. 국내 학급규모 현황 12 3. 7.20 교육여건 개선사업 17 제 2 절 학급규모 효과 20 1. 교육생산함수 21 2. 학급규모 효과 연구방법 22 3. 학급규모의 비선형성 26 4. 학습 과정에 대한 학급규모의 효과 30 5. 소규모학급의 누적 효과 38 제 3 장 연구방법 40 제 1 절 연구 모형 40 제 2 절 분석 자료 41 제 3 절 분석 변수 42 1. 종속변수 42 2. 학급규모 변수 및 과정변수 44 3. 통제변수 45 제 4 절 분석 방법 48 제 4 장 연구결과 51 제 1 절 기술통계 51 제 2 절 학급규모에 따른 학생 및 학교 특성 53 제 3 절 중간 산출물에 대한 학급규모의 조절효과 59 1. 수업이해도에 대한 학급규모의 조절효과 59 2. 수업집중도에 대한 학급규모의 조절효과 61 제 4 절 최종 산출물에 대한 학급규모의 조절효과 62 1. 학업성취도에 대한 학급규모의 조절효과 62 2. 소규모학급의 누적 효과 63 제 5 장 논의 66 제 1 절 과밀학급의 편향적 분포 66 제 2 절 학급규모와 교사의 자질, 역량 67 제 3 절 학급규모 효과에 대한 종합적 관점 68 제 4 절 소규모학급의 누적 효과 70 제 6 장 결론 72 제 1 절 요약 72 제 2 절 제언 75석

A study to Evaluate the Structural Integrity of the Plate Type Heat Exchanger using FEM Analysis

The purpose of this study is to evaluate a structural integrity of plate type heat exchanger considering the behavior of the global structure and is to perform finite element analysis and code calculation as the way to verify the structural integrity. Recently, the research on plate type heat exchanger has been focused on performance improvement considering the shape and size, however, this study is going to establish the criteria for the supporting structure of the plate type heat exchanger integrity. Structures under internal pressure flat plate, fixed frame and maximum bolt load were evaluated a structural integrity by performing code calculation The advantages of the plate type heat exchanger is that it is easy to assemble and disassemble, which is up to 1.5 times the actual weight of the evaluation of the structural integrity in carrying bar of body part. The allowable bending stress of the beam type structures which carrying bar and support column is applied to 0.66Sy and flat type like a base plate is applied to 0.6Sy. In addition, the maximum deformation allows 6 inch per 100ft. In this study, the pre-processing module using Visual Basic and ANSYS APDL has been proposed to save time in FE modeling and analysis to improve an accuracy.1. 서론 1.1 연구 배경 1.2 연구 동향 1.3 연구 내용 및 목적 2. 유한요소해석의 이론적 배경 2.1 탄성유한요소해석 이론 2.2 모드해석 이론 2.3 응답 스펙트럼 해석이론 3. 해석 대상 판형 열교환기 3.1 형상 3.2 설계 조건 3.3 재료 물성 및 허용응력 4. 건전성 평가 4.1 코드 계산 4.1.1 고정 프레임 설계 4.1.2 앵커 볼트 설계 4.2 유한요소해석 4.2.1 유한요소모델 및 경계 조건 4.2.2 하중 조합 4.2.3 각 해석 결과 및 허용치 비교 5. 내진해석 평가 5.1 고유치 해석 5.1.1 유효질량 분석 5.2 응답 스펙트럼 해석 5.2.1 응답 스펙트럼 5.2.2 응답 스펙트럼 해석 결과 및 볼트 반력 산출 방법 6. 건전성 평가 모듈 개발 6.1 자동화 프로그램 개발 6.1.1 유한요소해석의 자동화 6.2 전체 자동화 프로그램의 소개 6.2.1 화면구성 7. 결론 참고문헌 APPENDIX

2015년 사용자코드성능분석 및 최적병렬화 지원보고서

비매

지방상수도 운영유형별 경제성 비교분석에 따른 효율성 연구

학위논문 (석사) -- 서울대학교 대학원 : 행정대학원 공기업정책학과, 2020. 8. 권일웅.지방상수도는 2004년 최초 민간위탁이 시작된 이후 민간위탁 운영과 지방자치단체 자체운영의 두 가지 유형으로 관리되고 있다. 본 연구는 운영유형별 효율성과 경제성을 매개로 한 효율성을 통계적으로 분석하여 지방자치단체에서 지방상수도 운영유형을 선정할 때 도움을 주고자 한다. 효율성은 지방상수도 유수율과 고객만족도로 정의하고 경제성은 톤당 총괄원가로 정의하였으며, 환경부에서 매년 발간하는 2004년부터 2017년까지의 상수도통계를 활용하여 전국 161개 지방자치단체를 대상으로 분석하였다. 연구 결과 민간위탁 운영은 유수율에 양(+)의 유의미한 영향을 미쳤다. 운영유형별 톤당 총괄원가에 매개하여 유수율에 미치는 영향은 민간위탁 운영이 톤당 총괄원가에는 양(+)의 유의미한 영향을 미치고, 톤당 총괄원가는 유수율에 음(-)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 운영유형은 고객만족도에는 통계적으로 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이는 민간위탁 운영을 하면 유수율이 높아져 운영 효율성은 높아지지만 고객만족도는 우열을 분석하기 어렵고 톤당 총괄원가가 상승하여 경제적으로는 부정적 효과가 있는 것으로 나타났다. 민간위탁 운영 효과를 더욱더 높이기 위해서는 경제적으로도 긍정적 영향을 주어야 하며, 고객만족도를 높이기 위한 보완도 필요하다. 이를 위해서는 총괄원가를 낮추기 위한 노력과 위탁자의 수탁자에 대한 적절한 관리․감독이 필요하며 주기적인으로 고객 불만에 대한 파악과 이에 대한 지속적인 서비스 보완이 필요하다.Since the first private consignment began in 2004, the provincial water supply system has been operating in two types: private consignment operations and local governments' own operations. This study is intended to help local governments select types of local water supply operation by statistically analyzing the efficiency of each type of operation through economic feasibility as mediator variable. Efficiency was defined as the water flow rate and customer satisfaction level, economic feasibility was defined as the overall cost per ton, and 161 local governments nationwide were analyzed using the water supply statistics published annually by the Ministry of Environment from 2004 to 2017. Studies have shown that private consignment operations have had a significant positive impact on the water flow rate. The effect of private consignment operation was shown to have a significant positive impact on the total supply cost per ton, and the total supply cost per ton had a negative impact on the water flow rate. The type of operation did not have a statistically significant impact on customer satisfaction. This shows that private consignment operation has a negative economic effect due to higher operational efficiency, but customer satisfaction level is difficult to analyze and total supply cost per ton has increased. In order to further enhance the effect of consignment to the private sector, it needs to have a positive economic impact and supplement customer satisfaction. To this end, efforts to lower overall costs and proper management and supervision of trustees are needed, and regular customer complaints need to be identified and continuous service supplementation is required.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 목적 및 필요성 1 제 2 절 연구의 범위와 방법 2 제 2 장 이론적 배경 및 선행 연구 검토 4 제 1 절 이론적 배경 4 1. 지방상수도 이론적 배경 4 2. 지방상수도 운영관리 업무의 위탁 11 3. 지방상수도 사업 평가 20 4. 지방상수도 총괄원가 23 제 2 절 선행 연구 검토 30 제 3 장 연구 설계 35 제 1 절 연구모형 및 연구가설 35 1. 연구 모형 35 2. 연구 가설 36 제 2 절 변수의 조작적 정의 38 1. 독립 변수 38 2. 종속 변수 38 3. 매개 변수 39 4. 통제 변수 40 제 3 절 연구대상 및 자료수집 41 제 4 절 연구 방법 41 제 4 장 분석 결과 43 제 1 절 기술통계 분석 43 1. 독립 변수 43 2. 종속 변수 43 3. 매개 변수 44 4. 통제 변수 45 5. 상관관계 분석 46 제 2 절 지방상수도 효율성 분석 47 1. 지방상수도 운영유형별 경제성 분석 47 2. 지방상수도 운영유형별 효율성 분석 50 3. 지방상수도 운영유형별 경제성 매개효과 분석 59 제 5 장 결론 62 제 1 절 연구결과의 요약 62 제 2 절 연구의 의의와 정책적 논의 63 제 3 절 연구의 한계 65 참고문헌 66 Abstract 69Maste

공동활용 서비스를 위한 배치 스케줄러 기술 분석

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