• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.24-24
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• 2010

Chalcopyrite $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 화합물 반도체는 고효율 박막태양전지의 광 흡수층으로 사용되는 물질 중 가장 우수한 효율 (19.9%, NREL 2008)을 보유하고 있다. CIGS는 직접천이형 에너지밴드갭 (direct bandgap)을 가지고 있고, 광흡수계수가 $1{\times}10^5\;cm^{-1}$로서 반도체 중 서 가장 흡수율이 높은 재료에 속하여 두께 $1{\sim}2\;{\mu}m$의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다. 현재 고효율 CIGS 셀생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation(동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "sputter-selenization(스퍼터-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se 들을 고진공 분위기에서 고온 ($550{\sim}600^{\circ}C$)기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 스퍼터-셀렌화 공정은 1단계에서 스퍼터링 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온($550{\sim}600^{\circ}C$)하에 $H_2Se$ 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 $H_2Se$ 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하등의 문제점들이 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 Tutorial에서는 CIGS 물질의 열역학 상평형과 반응메카니즘에 대해 설명하고, 다양한 생성 공정들을 소개할 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.257-257
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• 2010

최근 저항 변화 메모리는 종래의 비휘발성 기억소자인 Flash memory보다 access time(writing)이 105배 이상 빠르고, DRAM과 같이 2~5 V 이하의 낮은 전압 특성 및 간단한 제조 공정 등으로 차세대 비휘발성 메모리 소자로 주목 받고 있지만, 여전히 소자의 Endurance 및 Retention 특성 등의 신뢰성 문제를 해결해야 할 과제로 안고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 페로브스카이트계 산화물 또는 이원 산화물 등의 다양한 저항 변화 물질에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 현재 주로 연구되고 있는 금속 산화물계 물질들은 그 제조 공정상 산소에 의한 다수의 산소 디펙트 형성과 제작 시 쉽게 발생할 수 있는 표면 오염의 문제점을 안고 있다. 본 연구는 기존의 금속 산화물계 박막의 제조 공정에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해 질화물계 박막을 저항변화 물질로 도입함으로써, 기존의 저항 변화 물질의 장점인 간단한 공정 및 저전압/고속 동작 특성을 동일하게 유지 할 뿐 아니라, 그 제조 공정상 발생하는 다수의 산소 디펙트와 표면 오염의 문제를 해결함으로써, 보다 고효율을 가지며 재현성이 우수한 메모리 소자를 구현 하고자 한다 [1, 2]. 본 연구를 위해 Pt/AlN/Pt 구조의 Metal/Insulator/Metal(MIM) 저항 변화 메모리를 제작 하였다. 최적의 저항 변화 특성 조건을 확인하기 위해 70~200nm까지 두께 구분과 N2 가스 분위기의 열처리 온도를 $200{\sim}600^{\circ}C$까지 진행 하였다. 본 소자의 저항 변화 특성 실험은 Keithley 4200-SCS을 이용하여 진행 하였다. 실험 결과, AlN의 최적의 두께 및 열처리 온도 조건은 130nm/$500^{\circ}C$였으며, 안정적인 unipolar 저항 변화 특성을 확인 활 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.236-236
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• 2010

알루미늄 자체에 대한 질화 기술의 어려움 때문에 현재까지는 AlN 분말을 이용한 소결 공정을 통하여 주요 부품의 제작이 되어 왔으며. Al 질화 기술보다는 아노다이징과 같은 표면 산화 공정 또는 도금과 같은 기술이 선호되어 왔다. 알루미늄 질화 기술이 잘 사용되지 않았던 이유는 알루미늄 표면에 2 5 nm 두께로 존재하는 치밀한 산화층의 높은 안정성 때문에 질화반응이 어렵기 때문이다. 이 알루미늄 산화물의 안정성은 질화물에 비교하여 5 배까지 높으며, 이런 경향은 온도가 높아짐에 따라 더욱 커지기 때문이다. 특히, 알루미늄의 낮은 기계적 물성을 향상시키기 위해서는 충분히 깊은 두께로 형성되어야 할 필요성이 높으나 알루미늄에 대한 질소의 고용도가 거의 없고 확산 계수가 매우 낮기 때문에 충분히 두꺼운 질화층의 형성이 어렵기 때문이다. 결국, 알루미늄 질화가 가능하기 위해서는 표면의 산화층을 없애야 하며, 알루미늄이 AlN이 되려는 속도는 $Al_2O_3$를 만드려는 속도보다 매우 느리므로, 잔존 산소량을 최소화 할 필요성이 있어서 고진공 분위기에서 처리되어야 한다. 일반적으로 알루미늄 질화를 위해서는 $10^{-6}\;torr$ 이하의 고진공도의 챔버가 필요하며 고순도의 반응 가스를 사용하여야 한다. 그러나 이러한 고진공하에서는 낮은 이온밀도 때문에 신속질화가 기존의 공정시간인 20시간동안, AlN층이 5um이하로 형성되었다. 본 연구에서, 알루미늄의 질화에 있어서, 표면층에 높은 전류를 걸어주어, 용융상태로 만들어주는 것이 좋다는 연구 결과를 얻었으며, 이를 토대로 신속질화를 위하여 전류밀도(전력량)에 따라 알루미늄 질화층의 형성 정도를 연구하였다. SEM, EDS, XRD등을 통해 Al의 표면에 플라즈마 질화를 통해 Al에 질소의 함유량이 증가하는 것을 확인하였으며 광학현미경을 통해 질화층의 두께와 표면조직을 확인하였다. Al 시편의 표면을 효과적으로 활성화할 수 있는 $400^{\circ}C$ 이상의 온도에서 전류밀도(전력량)와 시간의 변화에 따라 질화층이 효과적으로 형성되는 조건과 시간에 따라 두께가 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 이러한 신속 질화 공정을 통해 2시간 이내의 질화를 통해 40um이상의 AlN층을 형성할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.254-254
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• 2012

최근 친환경 에너지원 및 에너지 저감기술을 바탕으로 한 자동차 부품산업이 재편되고 있다. 그 중, 극한의 산화전해질 환경에서 견뎌야하는 연료전지 분리막 소재와, 자동차 연비향상을 위한 엔진소재 개발 경쟁이 가열되는 상황이다. 이러한 소재에는 공통적으로 고 내식성과 내 마모성의 특성이 요구되는데, 스테인레스강은 이러한 조건에 적합한 소재이다. 왜냐하면, 사용분위기에 의해 산화막이 두꺼워지고 이로 인해 저항이 증가하는 현상 때문에 연료전지 부품에 질화를 하여 이런한 현상이 일어나지 않으면서 내식성은 유지하기 때문이다. 하지만, 표면경도가 낮아 내 마모성 저하로 부품의 수명을 떨어뜨리는 단점이 있다. 따라서, 고 내식성 유지하되, 표면경도는 향상하는 기술이 필요한데, S-phase 과고용 질화기술은 이러한 문제를 해결할 것으로 보여진다. 하지만, 이러한 층의 형성에도 불구하고, 스테인레스강 자체 소재제작 과정에서의 품질문제 및 가공경화로 인한 문제와 더불어 질화처리 후 표면계질의 석출상이나 크랙형성으로 인해 내식성은 오히려 저감되는 문제를 지니고 있다. 이에 대한 대안으로, 표면 질화처리 후 침탄 공정을 추가 도입하였다. 따라서, 본 연구 에서는 기존 질화공정에서 내식성 저하원인에 대한 분석 및 고찰하고, 또한 새롭게 제안된 질화 침탄 기술을 통해 질소뿐만 아니라 탄소원자의 침입으로 내식성 저하를 방지하는 동시에 표면경도 향상하는 새로운 연구결과를 보여주고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.48 no.3
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• pp.355-358
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• 2010

Inductively coupled low temperature plasmas with oxygen, argon, mixture of oxygen and argon, and nitrogen have been used to modify polycarbonate(PC) films at the various process conditions. All plasma treatments generally had a tendency to increase the surface roughness of PC regardless of process conditions. The treatment of oxygen plasma showed the highest value in the surface roughness and mostly enhanced the generation of oxygen containing polar groups as much as 43% in comparison of untreated PC. The contact angle of untreated PC decreased from $82.31^{\circ}$ to the lowest value of $9.17^{\circ}$ after oxygen plasma treatment. The increase of RF delivered power had an effect on the rapid reduction of contact angle, but gas flow rates did not effect to reduce contact angles so much.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.30 no.1
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• pp.166-172
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• 2013

The purpose of this study is to evaluate the treatment ability of refractory organics in hot rolling precess waste water by redox(reduction and oxidation) reaction. Metal is oxidized in an aqueous solution to generate electron which can reduce water to generate hydroxy radical. These hydroxy radical is very effective to conduct hydrogen abstraction reaction and addition reaction to the carbon - carbon unsaturated link. The surface area of metal alloy reaction material is more than enough to get equilibrium at a single treatment. The efficiency of COD treatment by redox reaction showed maximum at mild pH of pH 7 and pH 6. But it was not effective in acidic atmosphere of pH 3, 4, 5 and basic atmosphere of pH 8 or over. Redox reaction system in much more helpful in a commercial coagulation sedimentation treatment than exclusive system.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.27.1-27.1
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• 2009

Chalcopyrite구조의CIS 화합물은 직접천이형 반도체로서 높은 광흡수 계수 ($1\times10^5\;cm^{-1}$)와 밴드갭 조절의 용이성 및 열적 안정성 등으로 인해 고효율 박막 태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 끌고 있다. CIS 계 물질에 속하는 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 경우 박막 태양전지 중 세계 최고 효율인 20%를 달성한 바 있으며, 이는 기존 다결정 웨이퍼형 실리콘 태양전지의 효율에 근접하는 수치이다. 그러나 이러한 우수한 효율에도 불구하고 박막 증착시 동시증발장치 혹은 스퍼터링장치와 같은 고가 진공장비를 사용하게 되면 공정단가가 높을 뿐만 아니라 사용되는 재료의 20-50%의 손실을 감수해야만 한다. 또한 대면적 Cell제작에 어려움이 있기 때문에 기술개발 이후의 상용화 단계를 고려할 때 광흡수층 박막 제조 공정단가를 획기적으로 낮출 수 있고 대면적화가 용이한 신 공정 개발이 필수적이다. 이러한 관점에서 비진공 코팅방법에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 CIS 태양전지의 저가화 및 대면적화를 가능케 하는 차세대 기술로 인식되고 있고 최근 급속한 발전을 이루고 있는 미세 입자 합성, 제어 및 응용 기술에 부합하여 많은 세계 연구기관 및 기업체에서 활발히 연구를 진행하고 있다. 비진공 방식에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 전구체 물질의 형태에 따라 크게 입자형 전구체를 사용하는 방법과 용액 전구체를 사용하는 방법으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 용액 전구체를 paste 공정으로 실험하였다. 이는 용액전구체 물질 제조가 입자형 전구체 제조에 비해 매우 간단하고, 전구체 물질 내 구성원소의 원자비를 쉽게 조절할 수 있다는 장점 및 사용효율이 높아 소량의 source로도 박막 제작이 가능해 공정 단가 절감에 큰 효과가 기대되기 때문이다. 실험에 사용 된 용액전구체는 $Cu(NO_3)$ 및 $InCl_3$, $Ga(NO_3)$를 Cu, In, Ga 출발 물질로 선정하여 이를 메탄올에 완전히 용해시켜 binder인 셀룰로오즈와 메탄올을 섞은 용액과 혼합하여 전구체 슬러리를 형성하였다. 이 슬러리를 paste공정으로 precursor막을 입히고 저온 건조 후 Se 분위기에서 열처리하여 CIGS박막을 얻을 수 있었다. 박막의 특성을 XRD, SEM, AES, TGA등으로 분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.222-222
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• 2003

나노크기 금속입자가 분산된 세라믹 나노복합재료는 향상된 기계적 특성과 함께 독특한 전기적, 자기적 특성을 보여주어 새로운 기능성 재료로의 응용가능성을 갖고 있다. 그러나 소결 중의 반응이나 입자성장 등으로 형성된 반응상 또는 조대한 입자상이 세라믹 기지의 입계 등에 존재한다면, 나노크기 금속상 분산에 의한 기계적 특성의 향상과 독특한 기능성 부여라는 장점들이 없어지게 된다. 따라서 요구되는 특성을 구현할 수 있는 금속분산 나노복합재료의 제조를 위해서는 미세조직 제어를 위한 최적의 제조공정 확립과 미세조직과 특성 등의 관계에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 기지상으로 A1$_2$O$_3$를, 분산상으로는 저융점 금속이며 일반적인 A1$_2$O$_3$의 가압소결시에 (약 140$0^{\circ}C$) 액상으로 존재하는 금속 Cu를 선택하여 조성이 5 vol% Cu가 되도록 복합재료를 제조하였다. $Al_2$O$_3$와 CuO 원료분말들은 습식 및 건식 볼 밀링을 통하여 균일한 분말혼합체로 제조되었다. 혼합분말은 열간가압소결기 내에 장입한 후 35$0^{\circ}C$에서 30분 동안 H$_2$가스를 흘려주며 CuO를 Cu로 환원 처리하였다. 계속해서 H$_2$분위기를 유지하며 승온한 후, 각각 1000-145$0^{\circ}C$에서 분위기를 Ar 으로 치환하였다. 소결은 145$0^{\circ}C$에서 30 ㎫의 압력으로 1시간동안 행하였다 소결한 시편들은 직사각형 형태로 가공하였으며 표면은 0.5$\mu\textrm{m}$의 다이아몬드 입자로 연마하였다. XRD, SEM 및 TEM을 이용하여 상분석 및 미세조직관찰을 행하였다. 파괴강도는 3중점 굽힘 법으로 (3-point bending test) 측정하였다. 이때 시편 하부의 지지 점간의 거리는 30mm, cross-head 속도는 0.5 mm/min으로 하였고 5개의 시편을 측정하여 평균값을 구하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2003.07c
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• pp.1906-1908
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• 2003

본 연구는 biosensor용 microchannel 제작에 사용되는 PDMS의 표면 개질화와 표면 환원 현상을 해결 하기위한 co-polymer를 이용한 표면 처리특성에 관한 연구이다. PDMS 와 PDMS co-polymer의 표면 개질화를 위해 $O_2$ RF Plasma를 사용하였으며 10W, 1.5sccm의 분위기 하에서 표면 처리 공정을 수행하였다. 실험에 사용된 co-polymer는 소수성과 친수성의 성질을 동시에 갖는 triton x-100과 PDMS를 혼합하여 제작하였다. 각각 흔합비(0.5:100, 1:100, 1.5:100, 2:100)가 다른 시료를 제작하여 플라즈마 표면처리공정을 통해 표면처리를 하였으며, 표면 처리된 PDMS의 표면 특성변화에 비교 검증하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.208.2-208.2
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• 2015

최근 산화물 반도체에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 비정질 산화물 반도체인 In-Ga-Zn-O(IGZO)는 기존의 비정질 실리콘에 비해 공정 단가가 낮으며 넓은 밴드 갭으로 인한 투명성을 가지고 있고, 저온 공정이 가능하여 다양한 기판에 적용이 가능하다. 반도체의 공정 과정에서 열처리는 소자의 특성 개선을 위해 필요하다. 일반적인 열처리 방법으로 furnace 열처리 방식이 주로 이용된다. 그러나 furnace 열처리는 시간이 오래 걸리며 일반적으로 고온에서 이루어지기 때문에 최근 연구되고 있는 유리나 플라스틱, 종이 기판을 이용한 소자의 경우 기판이 손상을 받는 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 저온 공정인 마이크로웨이브를 이용한 열처리 방식이 제안되었다. 마이크로웨이브 열처리 기술은 소자에 에너지를 직접적으로 전달하기 때문에 기존의 다른 열처리 방식들과 비교하여 에너지 전달 효율이 높다. 또한 짧은 공정 시간으로 공정 단가를 절감하고 대량생산이 가능한 장점을 가지고 있으며, 저온의 열처리로 기판의 손상이 없기 때문에 기판의 종류에 국한되지 않은 공정이 가능할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로웨이브 열처리가 소자의 전기적 특성 개선에 미치는 영향을 확인하였다. 제작된 IGZO 박막 트렌지스터는 p-type bulk silicon 위에 thermal SiO2 산화막이 100 nm 형성된 기판을 사용하였다. RCA 클리닝을 진행한 후 RF sputter를 사용하여 In-Ga-Zn-O (1:1:1) 을 70 nm 증착하였다. 이후에 Photo-lithography 공정을 통하여 active 영역을 형성하였고, 전기적 특성 평가가 용이한 junctionless 트랜지스터 구조로 제작하였다. 후속 열처리 방식으로 마이크로웨이브 열처리를 1000 W에서 2분간 실시하였다. 그리고 기존 열처리 방식과의 비교를 위해 furnace를 이용하여 N2 가스 분위기에서 $600^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 실시하였다. 그 결과, 마이크로웨이브 열처리를 한 소자의 경우 기존의 furnace 열처리 소자와 비교하여 우수한 전기적 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서 마이크로웨이브를 이용한 열처리 공정은 향후 저온 공정을 요구하는 소자 공정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.