• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.168.1-168.1
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• 2015

자동차 산업분야에서 차량 경량화의 한 수단으로, 자동차용 유리를 무게가 가볍고 고강도 투명 고분자 소재인 폴리카보네이트로 대체하고자 하는 연구가 이루어지고 있다. 하지만, 폴리카보네이트의 낮은 내 마모 특성과 자외선에 의한 열화 및 변색 현상은 해결해야 할 문제점으로 지적되고 있다. 본 연구에서는, 폴리카보네이트의 내마모 특성을 향상시키기 위해 HIPIMS+ (High Power Impulse Magnetron Sputtering+) 방법을 이용하여 투과율이 확보되고, 고경도 특성을 갖는 Al-Si-N 박막을 증착하였다. 고속증착을 하기 위해 Target에 인가되는 Power를 올리게 되었는데, 열팽창 계수가 큰 고분자 물질인 폴리카보네이트 시료의 온도가 상승하여 증착된 박막과의 열팽창 계수 차이에 의해 박막에 Crack이 형성되는 문제가 발생하였다. 증착되는 Al-Si-N 박막의 공정 압력에 따른 Stress 제어 방법 및 폴리카보네이트 시료의 온도 상승을 막기 위한 알루미늄 구조체를 이용함으로써 박막의 Crack 형성을 억제하고자 하였다. 박막의 Stress를 확인하기 위하여 AFM (Atomic Force Microscope)과 OM (Optical Microscope)을 이용하여 분석하였고, 박막의 경도는 Knoop ${\mu}$-hardness tester를 사용하여 측정하였다. Al-Si-N 박막 경도는 Si at.%/(Al at.% + Si at.%) 비율이 16%에서 33 GPa의 경도를 갖는 것을 확인하였다. UV-Vis Spectrometer를 이용하여 투과율을 측정한 결과, 400-700 nm 파장의 가시광 영역 평균 투과율은 80%로 측정되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.306-306
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• 2013

p-type Si(100)기판위에 Al2O3 박막을 증착하고 Si/SiO2 박막을 연속 증착하여 태양전지를 제작하였다. Si/SiO2 박막을 연속으로 증착하면 양자 구속이 일어나고 이로 인한 유효밴드 갭이 증가하게 되고, tunnel effect와 계면에서의 passivation 효과를 기대할 수 있다. 이런 효과들을 이용하여 고효율 태양전지를 기대 할 수 있다. 본 연구에서는 Remote Plasma Atomic Layer Deposition(RPALD)를 이용하여 Al2O3를 증착하였고 RF-Magnetron Sputter와 e-beam Evaporator 장비를 이용하여 Si/SiO2을 증착하였다. 전극으로는 Ti/Ag와 Al을 이용하였다. Solar simulator 장비를 이용하여 cell의 전기적 특성 평가를 평가하였고(Fig. 1) QE 측정장비를 통해 파장대의 따른 광학적 측정을 하였다(Fig. 2). ellipsometer 장비와 ${\alpha}$-step 장비로 박막과 전극의 두께를 측정하였고 4-point prove 장비를 이용하여 면저항, 저항율을 측정 평가하였다. 또한 I-V, C-V 측정 결과 터널링 현상이 일어나는 것을 확인 하였으며, Si/SiO2 다중 박막을 연속 증착 할수록 cell 효율이 더 좋게 나온다는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2010.07a
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• pp.516-517
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• 2010

최근에 들어 반도체 및 디스플레이 분야를 포함하여 태양전지와 같은 신재생 에너지 분야에서 고품질, 고기능성 박막이 많이 사용되고 있으며, 이에 따라 플라즈마 제어기술 및 코팅 공정기술 개발에 대한 요구가 증가하고 있다. 산업기술이 고도화됨에 따라 다양한 계열의 박막이 필요하게 되었고 고밀도의 플라즈마를 공급하고 안정된 공정을 진행하기 위해 순시적인 플라즈마 제어가 가능한 임펄스 전원장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 임펄스 전원장치에서는 플라즈마 발생에 필요한 고전압 발생만 관점을 두고 있으나 플라즈마의 발생뿐이 아니라 증착율이 높은 상태로 유지되어야 실제 공정의 효율이 증가한다. 본 연구에서는 증착 효율을 극대화하기 위하여 별도의 저압회로를 부가한 복합형 임펄스 전원장치를 제안한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.430-430
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• 2012

Modulated pulsed power (MPP) 스퍼터링은 펄스 전압 shape, amplitude, duration의 modulation을 통해 증착율 손실을 극복하는 고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링의 한 종류이다. Micro second 범위에서 on/off 시간을 다중 세트 형태로 자유롭게 프로그램 할 수 있어서 아킹 없이 고전류 영역의 마그네트론 동작을 할 수 있으므로, 고주파 유도 결합 플라즈마원이나 마이크로웨이브 투입 등의 부가적인 플라즈마 없이도 스퍼터링 재료의 이온화 정도를 획기적으로 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 $2{\times}1{\times}0.2$의 sputtering system에서 기판 캐리어를 이용해서 $400{\times}400mm$ 기판을 $272{\times}500mm$ 크기의 AZO target (Al 2 wt%)이 설치되어 있는 moving magnet cathode (MMC)을 이용하여 MPP로 증착했다. 두 종류의 micro pulse set을 하나의 macro pulse에 사용함으로서 weakly ionized plasma와 strongly ionized plasma를 만들 수 있다. 다양한 micro pulse set을 이용하여 평균 전력 2 kW에서 peak 전력을 4 kW에서 45 kW까지 상승 시킬 수 있으며, 이 때 타겟-기판 거리 80 mm에서 이온전류밀도는 $5mA/cm^2$에서 $20mA/cm^2$까지 상승했다. MPP는 같은 평균 전력에서 repetition frequency가 증가할 때, 증착 속도가 증가했으며, 같은 repetition frequency에서 macro pulse length가 증가할 때도, 증착 속도가 증가했다. 최적화된 marco, micro pulse set에서 증착 속도는 평균 전력 2 kW에서 110 nm/min이었고, 700 nm의 박막에서 비저항은 $1-2{\times}10^{-3}ohm{\cdot}cm$였다. 표면거칠기 Rrms는 약 3 nm였고, 400-700 nm 영역의 평균 투과도는 72-76%였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.7 no.2
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• pp.94-103
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• 1998

We investigated a bias effect for diamond films deposited by a HFCVD(Hot Filament Chemical Vapor Deposition) method using a methane-hydrogen gas mixture. During deposition total chamber pressure, methane concentration, filament temperature and substrate temperature was 20 torr, 1.0%, $2100^{\circ}C$ and $980^{\circ}C$ respectively. Also DC bias was applied during both the nucleation stage and the growth stage systematically. We found that negative bias enhanced the nucleation density at the nucleation stage, but it made a bad influence on the morpholohy of films at the growth stage. Positive bias enhanced the growth rate and resulted in a good morpholohy of films. Therefore we concluded that it was effective to apply the negative bias during the nucleation stage and then to switch into the positive bias during the growth stage in the fabrication of diamond films.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.10-10
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• 2010

가시광역에서 80% 이상의 높은 투과율과 전기전도성을 동시에 갖는 투명전도성 산화물(TCO) 박막은 LCD, PDP, OLED, 태양전지 등의 다양한 분야에 투명전극재료로서 사용되고 있다. 이들 TCO 박막은 Magnetron sputtering, Chemical vapor deposition, Pulse laser deposition, Ink jet등과 같은 다양한 방법으로 증착할 수 있지만, 대면적의 기판에 균일한 박막형성 및 박막과 기판의 높은 부착력등 양산성의 관점에서 우월성을 가지고 있기 때문에 생산라인에서는 DC magnetron sputtering법이 주로 사용되고 있다. 이 경우, 산화물 박막의 미세구조, 내부응력, 광학적 및 전기적 특성은 스퍼터링 과정에서 발생하는 고에너지 입자들의 기판입사 충격에 크게 의존하기 때문에 고품질의 TCO박막을 제작하기 위해서는 증착공정인자들의 제어는 매우 중요한 것으로 알려져 있다. 대표적 TCO박막재료로서 $In_2O_3$계, ZnO계 및 $SnO_2$계를 들 수 있으며, 이들 중에서 Sn을 $In_2O_3$에 치환고용시킨 ITO박막의 경우, 전기적 및 광학적 특성이 상대적으로 우수하기 때문에 실용화 TCO박막으로서 가장 널리 사용되고 있다. 한편, Flexible display의 경우, 유연성의 폴리머기판위에 증착되는 TCO박막에 대하여 요구되는 특성으로는 높은 투과율 및 낮은 비저항은 물론, 박막표면의 평활도 (낮은 표면조도), bending에 대한 높은 기계적 특성 (낮은 내부응력), 수분침투에 대한 높은 barrier특성 및 저온공정 등을 들 수 있다. 그러나 높은 전기전도도를 가지는 ITO박막을 제작하기 위해서는 $200^{\circ}C$ 이상의 증착온도가 필요하며, 이때 얻어진 다결정의 ITO박막은 높은 표면조도 및 bending시에 낮은 기계적 내구성이 문제점으로 지적되고 있다. 한편, 기판가열 없이 증착한 비정질 ITO박막은 낮은 표면조도, 높은 엣칭속도 및 양호한 식각특성을 나타내지만, 상대적으로 높은 비저항 및 기판과의 낮은 부착력 등이 지적되고 있다. 따라서 본 강연에서는 비정질 ITO박막의 결정화 온도 (약 $160^{\circ}C$) 이상에서도 비정질 구조를 유지하기 때문에 낮은 표면조도와 높은 엣칭속도를 가지면서 상대적으로 전기적 특성과 기계적 내구성이 개선된 새로운 고온형 비정질 TCO박막에 대한 최근의 연구성과를 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.193-193
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• 2010

HIPIMS(High sputtering impulse magnetron sputtering)은 수십 ${\mu}s$의 짧은 pulse 동안 수kw의 매우 높은 파워를 인가할 수 있어 밀도 $10^{13}/cm^3$ 이상의 고밀도 플라즈마 방전이 가능하여 스퍼터된 타겟 이온들의 이온화율이 매우 높은 특징을 가진다. HIPIMS를 통해 증착한 박막의 경우 매우 치밀한 조직을 가지고 있어 기존 DC, Pulsed DC, RF 증착을 통한 박막에 비해 우수한 물성을 보여준다. 본 실험에서는 대면적의 고품위 Al:ZnO 박막을 증착하기위하여 HIPIMS 증착법을 사용하였다. 1000mm폭 타겟상에서 균일한 증착을 위하여 Balanced B-field, Unbalanced field를 각각 인가하여 실험하였다. 시뮬레이션을 통하여 타겟 중심부와 가장자리의 자기장을 결정하였으며, target edge에서의 증착율과 cathode erosion 방지를 위하여 원형 트랙형으로 보조 자석을 설치하였다. $Al_2O_3$(2wt%)가 첨가된 planar target을 사용하였고, power는 700 W~2 kW, 그리고 pulse 폭은 $50-150 {\mu}s$정도로 변화시켜 가면서 상온에서 증착하였다. 플라즈마 가스로는 Ar만을 사용하여 두께는 60-100 nm정도로 증착하였다. Plasma emission monitoring을 통해 측정한 결과 Balanced B-field 에 비해 Unbalanced B-field 조건 에서 스퍼터된 이온들의 균일도가 우수하였으며 증착된 박막의 균일도 또한 증가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.105-105
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• 2000

현재 급격히발전하는 이동통신기술로 미루어 보아 앞으로는 모든 정보통신이 무선통신으로 이루어질 것이다. 그런데 무선통신은 이동성과 대용량의 정보전송에 초점을 맞추어 발전하고 있다. 많은 정보량을 전달하기 위해서 현재 사용되는 주파수 대역보다 고주파의 전파가 사용되어야 한다. 또한 이동성을 향상시키기 위해서는 통신기기의 소형화를 이루어야 하고 그러기 위해서 궁극적으로 모든 소자를 하나의 칩(chip)으로 집적화하는 것이 필요하다. 따라서 벌크상태로 사용되고 있는 유전체 공진기를 소형화, 즉 박막화해야만 한다. 결국 유전체 박막의 마이크로파 대역에서의 유전특성을 연구하고 그 특성을 향상시켜야만 한다. 통신기기에서 사용되는 유전체 공진기는 소형화를 위해 높은 유전율과 낮은 유전손실(tan$\delta$), 즉 높은 품질계수 (Q)를 가져야 한다. 마이크로파 대역에서 사용되고 있는 유전체 중에서 TiO2는 벌크 상태의 rutile 상에서 100정도의 높은 유전율과, 4 GHz에서 10,000 정도의 높은 품질계수를 나타낸다고 보고되어 있다. 따라서 본 연궁서는 TiO2 박막의 마이크로파 유전특성을 연구하였고 anatase 박막의 유전특성도 측정하였다. TiO2 박막을 RF magnetron reactive sputtering 방법으로 Ar (15 sccm)과 O2 (1.5 sccm) 기체를 사용하여 상온에서 증착하였다. 4mTorr의 증착압력에서 안정한 rutile 박막을 얻었고, 15 mTorrdo서 준안정한 anatase 박막을 얻을 수 있었다. 그리고 그 중간의 압력에서 두 상이 혼합된 박막이 증착되었다. 위와 같은 방법으로 형성한 TiO2 박막의 마이크로파 유전특성을 측정하기 위해 마이크로스트립 링공진기 (microstrip ring resonator)를 제작하였다. 마이크로스트립 링 공진기는 링의 원주길이가 전자기파 파장길이의 정수배가 되면 공진이 일어나는 구조이다. Fused quartz를 기판으로 하여 증착압력을 변수로 하여 TiO2 박막을 증착하였다. 그리고 그 위에 은 (silver)을 사용하여 링 패턴을 형성하였다. 이와 같이 공진기를 제작하여 network analyzer (HP 8510C)로 마이크로파 대역에서의 공진특서을 측정하였다. 공진특성으로부터 전체 품질계수와 유효유전율, 그리고 TiO2 박막의 품질계수를 얻어내었다. 측정결과 rutile에서 anatase로 박막의 상이 변할수록 유전율은 감소하고 유전손실은 증가하는 결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.274-274
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• 2016

터치스크린패널로 응용하기 위하여 80%이상의 높은 투과도와 낮은 저항이 요구된다. 그 중에서도 무반사 효과 (anti-reflective, AR) 를 크게하여 투과도를 향상시키는 방법으로 나노구조물, 증착시 경사각, 다층박막 방법 등이 연구 개발되고 있다. 단일 박막을 이용하여 무반사 코팅을 하는 경우, 정밀한 굴절률 조절이 어려우며 낮은 반사율 영역의 선폭이 좁은 단점이 있다. 반면, 저/고굴절률 다층박막의 경우 비교적 굴절률 조절이 용이하고 가시광영역 전반적으로 높은 투과도를 가질 수 있다. plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 증착법을 이용하여 무반사 효과를 증대시키기 위해 저/고굴절률 다층구조의 박막을 두께조합에 따라 평가하였으며, 가장 널리 사용되고 있는 Sputtering증착법과 비교하여 연구하였다. 제작된 다층박막의 구조는 glass(sub.)/SiN/SiO2/ITO 이며, 무반사 코팅층인 SiN/SiO2층은 각각 PECVD와 Sputtering 증착법을 통해 성장되었고, ITO는 스퍼터링 증착법을 이용하여 동일하게 성장하였다. 그 결과 PECVD 증착법이 Sputtering 증착법에 비하여 가시광영역(400~800nm)에서 더 높은 투과도를 얻게 되었다. 결과의 차이에 대해서 PECVD 증착법과 Sputtering 증착법으로 성장된 SiN, SiO2 박막의 광학적 특성과 물리적 특성의 변화를 spectroscopic ellipsometry (SE), Rutherford backscattering (RBS), atomic force microscopy (AFM) 을 이용하여 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.160-160
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• 2012

Al과 Al합금은 경량금속으로 가공성과 내식성이 우수하여 철강제품의 부식방지, 고효율 반사체 등의 산업 분야에 널리 이용된다. 본 연구에서는 Al과 Al-3wt%Si, Al-10wt%Si의 Al 합금을 마그네트론 스퍼터링으로 코팅하였고 외부 자기장 변화와 빗각 증착에 따른 반사율과 조직 변화 등의 물성을 비교 분석하였다.