• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.225.2-225.2
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• 2013

실리콘기반의 광전변환 소자는 소자공정의 편의성, 소자 신뢰성, 화학적 안정성, 그리고 저가경쟁력 등의 이점 때문에 수 십 년간 널리 연구되어 왔다. 그러나, 실리콘 재료의 경우 높은 굴절률로 인해 표면에서 높은 광 반사도를 가지고 있다. 일반적으로, 태양전지의 광전변환 효율은 빛이 서로 다른 유전율을 가진 계를 통과할 때 발생하는 계면반사로 인한 물리적인 한계를 가진다. Indium Tin Oxide (ITO)는 발광 다이오드, 태양전지, 그리고 광 검출기 등의 광소자에 적용하기 위해 수 년간 투명전도 산화막 재료로서 연구되어 왔다. ITO의 뛰어난 광학적, 전기적 특성은 높은 투과도와 낮은 전기 전도도를 요구하는 소자 응용에 대해 유망한 후보로 거듭나게 했다. 게다가, ITO의 굴절률은 대략 2정도이다. 그 결과, ITO는 반도체 기반 태양전지의 무반사 코팅 소재로서도 장점을 가지고 있다. 본 연구는 전자빔 증착법으로 경사입사 증착을 하여 실리콘 기반 태양전지에 증착될 ITO 박막의 굴절률을 조절한다. 여기서, 실리콘의 굴절률은 대략 3.5정도이다. 그러므로, 더 나은 광학적 특성을 가지기 위해 다층으로 올려진 ITO 박막이 점진적인 굴절률 변화를 가지는 것을 필요로 한다. 점진적 굴절률 변화를 가진 무반사 박막이 실리콘 태양전지의 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해 광전변환 효율을 측정하였다. 증착된 박막의 굴절률과 표면형상은 각각 타원편광분석과 Atomic Force Microscopy (AFM)을 통해 분석되었다. 또한, 소자의 단면형상은 Scanning Electron Microscopy (SEM)으로 측정되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.233-233
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• 2011

건물 내부의 에너지 효율을 높이기 위해 창호의 단열 효율을 높이는 연구가 최근 큰 주목을 받고 있다. 특히 고굴절률과 저굴절률의 소재를 이용한 다층 박막 구조를 형성하여 높은 광투과율을 유지하면서도 적외선 에너지를 선택적으로 차단하는 창호의 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 고굴절률 특성을 가진 TiO2박막을 이종 금속 이온을 sol-gel법을 이용해 첨가 복합화한 후 유리 기판에 스핀 코팅후 열처리하여 성막하였다. 생성된 막은 atomic force microscopy (AFM), 전계 방출 전자현미경, UV-vis를 이용해 각각의 금속 이온에 대한 박막 표면의 형상 변화와 광학적 특성 변화를 확인하였다.

• 대한화학회지
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• 제57권2호
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• pp.300-305
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• 2013

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제6권1호
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• pp.8-13
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• 1993

본 연구에서는 단일 광 변조기를 양자교환과 자기정열 방식을 이용하여 X-cut NiNbO$_{3}$기판에 제작하였다. 여기에서 어닐링 처리 효과는 단일 광 변조기에서 도파로의 굴절율 변화 특성을 나타냈으며 특히 어닐링 처리 시간의 조절에 의해서 단일 광 도파로가 광범위하게 변화된다는 것을 알았다. 이것을 기초로하여 광 변조기는 어닐링 공정 및 자기 정열방식에 의한 최적화와 간단화를 제작 공정에 응용 할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.295-295
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• 2014

일반적으로 박막 태양전지의 효율은 박막 종류에 따른 광 흡수율에 의해 결정되며, 이는 증착한 박막의 두께에 의해 결정된다. 증착한 박막의 두께가 두꺼워질수록 광 흡수율은 증가하지만, 박막 두께가 지나치게 두꺼워지면 열화 현상으로 인한 모듈의 효율 감소가 생기므로 적절한 박막의 두께가 요구된다. 특히 a-Si:H의 경우 가시광 영역에서 높은 흡수계수를 가지고 있어서 얇은 박막 두께로도 태양전지의 제작이 가능하지만, 동일한 박막 두께에서 효율을 더욱 향상시키기 위한 다양한 광 포획 기술에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 본 연구에서는 자외선을 이용한 nano-imprint lithography 기술을 이용하여 a-Si:H 태양전지의 유리기판 위에 pattern을 삽입하여 광 산란 효과를 향상 시키고자 하였다. 또한 유리기판의 굴절률 (n=1.5)과 투명전극의 굴절률 (n=1.9)의 중간 값을 갖는 ZnO nanoparticles (n=1.7)이 분산 된 imprinting resin을 사용함으로써 점진적으로 굴절률을 변화시켜, 최종적으로 a-Si:H 층까지의 광 투과율을 높이고자 하였다. 제작한 기판의 종류는 다음과 같다. 첫 번째 기판으로는 유리기판 위에 ZnO nanoparticles이 분산 된 imprinting resin을 spin-coating 하여 점진적인 굴절률의 변화에 의한 투과도 향상을 확인하고자 하였다. 두 번째 기판으로는 규칙적인 배열을 갖는 micro 크기의 패턴을 형성하였다. 마지막으로는 불규칙한 배열을 갖는 nano 크기와 micro 크기가 혼재 된 패턴을 형성하여 투과도 향상과 동시에 빛의 산란을 증가시키고자 하였다. 후에 이 세가지 종류를 기판으로 사용하여 a-Si:H 기반의 박막 태양전지를 제작하였다. 먼저 제작한 박막 태양전지용 기판의 광학적 전기적 특성을 분석하였다. 유리 기판 위에 형성한 패턴에 의한 roughness 변화를 확인하기 위해 atomic force microscopy (AFM)를 이용하여 시편의 표면을 측정하였다. 또한 제작한 유리 기판 위에 투명 전극층을 형성 후, 이로 인한 전기적 특성의 변화를 확인하기 위해 hall measurement system을 이용하여 sheet resistance, carrier mobility, carrier concentration 등의 특성을 측정하였다. 또한, UV-visible photospectrometer 장비를 이용하여 각 공정마다 시편의 광학적 특성(투과도, 반사도, 산란도, 흡수도 등)을 측정하였고, 최종적으로 제작한 박막 태양전지의 I-V 특성과 외부양자효율을 측정하여 태양전지의 효율 변화를 확인하였다. 그 결과 일반적인 유리에 기판에 제작된 a-Si:H 기반의 박막 태양전지에 비해, ZnO nanoparticles이 분산 된 imprinting resin을 spin-coating 하여 점진적인 굴절률 변화를 준 것만으로도 약 12%의 태양전지 효율이 증가하였다. 또한, micro 크기의 패턴과 nano-micro 크기가 혼재된 패턴을 형성한 경우 일반적인 유리를 사용한 경우에 비해 각각 27%, 36%까지 효율이 증가함을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.565-570
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• 2017

우수한 반사방지막을 얻기 위하여 코팅 층의 구조를 나노입자구조로 만들어 코팅 층에 입사하는 빛을 분산시키거나, 코팅 층의 매질을 다양하게 선택하여 굴절률을 제어하여 반사율을 낮추는 기술이 제안되고 있다. 본 논문에서는 코팅 층의 굴절률 분포를 변화시켜 우수한 반사방지막을 얻는 방법 중 기존논문에서 제시되었던 5차 함수의 굴절률 분포와 제안하는 구배형 굴절률 분포의 반사방지막 특성을 비교하였다. 분석에 사용된 반사방지막 구조는 각각 3, 6, 9층 구조로서 총 두께 180 nm 이고, 입사파의 파장 범위는 300 nm ~ 1100 nm 이다. 각 각 서로 다른 층수에서 반사율을 비교하기 위하여 단층인 경우의 전달매트릭스를 구하고 3, 6, 9층의 구조에서의 반사율을 구하였다. 그 결과 3층의 구조 일 때 제안하는 구배형 굴절률 분포가 약 600 nm ~ 1100 nm 파장 범위에서 5차 함수의 굴절률 분포보다 더 낮은 반사율을 보였다. 향후 이 결과는 가시광선(적색)과 근적외선 영역에 사용되는 광소자 및 광 필터에 응용 가능하리라 판단된다.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
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• 한국결정성장학회 1997년도 Proceedings of the 13th KACG Technical Meeting `97 Industrial Crystallization Symposium(ICS)-Doosan Resort, Chunchon, October 30-31, 1997
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• pp.129-133
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• 1997

본 연구에서는 LiNbO$_3$ 단결정 소재의 광손상에 대한 저항성을 향상시키는 첨가물로 잘 알려져 이쓴 MgO 및 ZnO를 첨가하여 육성한 조화용융조성(congruent melting composition)의 LiNbO$_3$ 단결정의 domain 구조는 이들 dopants를 첨가함에 따라 single domain에서 ring 형태의 주기적인 domains으로 변화함을 확인하였고, 첨가된 이온이 domain 형성에 미치는 영향을 전자현미경(SEM-WDS)으로 관찰하였다. 또한, 육성한 [Li1-5xNb5(x-y)Mg(or Zn)5y]Nb1-4x+3yO3 단결정들의 유전율(전이온도) 변화 및 광학적 특성[광투과율, 굴절률]을 측정하여 undoped LiNbO$_3$단결정과 비교하였다. 첨가물을 첨가함에 따라 전이온도는 약 20~3$0^{\circ}C$정도 증가하였으며, 10-3 order의 굴절률 변동치를 나타내었다. 또한, 육성된 결정들의 투과율은 대체로 70~80%를 나타내었고, 첨가물을 첨가함에 따라 흡수단과 OH- 흡수 band는 단파장쪽으로 각각 약 5~10nm, 40nm이동됨을 확인하였다. 이는 LiNbO$_3$단결정의 광손상 저항성이 향상되었음을 간접적으로 보여주는 결과이다.

• 한국결정학회지
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• 제5권1호
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• pp.7-13
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• 1994

구조물에 매설된 광센서나, 기판위에 필름상으로 성장시켜 제조한 광디바이스등에서 보이는 바와 같이 변 형이나 온도변화가 존재할 경우 이방성을 가진 일반적인 결정 내에서의 빛의 진행의 변화를 검토하였다. 이방 성을 가지는 결정 내에서의 빛의 진행을 나타내는 굴절율을 계산하였고 변형이나 온도변화가 존재할 경우 이 복굴절율들의 변화를 표시하였다. 그리고 등방성 매질로 모델을 단순화하였을 경우에 빛의 진행을 검토하여 선행연구자들의 결과와 비교 검토하였다

• 정보저장시스템학회논문집
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• 제3권1호
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• pp.34-39
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• 2007

Super-REsolution Near-field Structure (Super-RENS) 재생 현상을 모델링하고 재생 신호를 계산하여 실험 결과와 비교하였다. 약 2mW 내외의 높은 광 파워로 집광된 Spot 은 디스크 내의 상변화 물질인 GST 를 용융시키므로 집광 Spot 내에는 용융 영역과 비 용융 영역이 공존하게 되고 연속적 또는 불연속적인 경계를 이루게 된다. 이러한 열 효과로부터 기인하는 집광 Spot 내에서의 물질의 광학적 특성 변화와 변화 정도의 차이를 가정하였고 변화된 광학적 특성은 집광된 Spot 의 유효 크기를 줄어들게 함으로써 회절한계 이하의 정보를 재생 가능하게 한다. 계산은 FDTD 방법과 Scalar 방법을 병행하였다. FDTD 방법으로는 위와 같은 집광 Spot 내의 물질 굴절률 (n,k) 변화로부터 회절한계 이하의 정보가 재생 가능함과 CNR 문턱 현상을 확인하였고, Scalar 방법으로는 물질 굴절률을 직접 다루지 않고 굴절률 변화로부터 기인하는 광의 Amplitude 와 Phase 변화로부터 회절한계 이하의 정보가 재생 가능함을 확인하였다. 이 때 광의 Amplitude 와 Phase 변화를 모델링하기 위하여 지름, 위치, 반사율 변화량, 위상 변화량의 네가지 변수로 정의되는 광 마스크를 도입하였다. Scalar 방법을 이용하여 재생 RF 신호 등 다양한 Super-RENS 디스크의 신호를 계산 활용 할 수 있고 다음의 두가지 광학계에 대하여 계산과 실험으로 얻은 채널 특성 및 RF 신호를 비교하여 각각 오차평균 4.2%, 4.7%로 일치함을 확인하였다. 파장 659nm, NA=0.6, Min Pit Length=173nm ROM 디스크 System, 파장 405nm, NA=0.85 Min Mark Length=75nm WORM 디스크 System.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.312.2-312.2
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• 2014

실리콘은 광센서, 태양전지, 발광다이오드 등 광소자 응용 분야에서 널리 사용되고 있는 물질이다. 그러나 실리콘의 높은 굴절율(n~3.5)은 표면에서 약 30% 이상의 Fresnel 반사를 발생시켜 소자의 효율을 감소시키는 원인이 된다. 따라서, 반사손실을 줄이기 위해서는 실리콘 표면에 효율적인 무반사 코팅을 필요로 한다. 기존의 단일 혹은 다중 박막을 이용한 무반사 코팅 기술은 물질간 열팽창계수의 불일치, 접착력 문제, 박막 두께 조절 및 적합한 굴절율을 갖는 물질 선택 어려움 등의 단점을 지니고 있다. 최근, 이러한 무반사 코팅 기술의 대안으로 곤충 눈 구조를 모방한 나노크기의 서브파장 격자구조 (subwavelength gratings, SWGs)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 SWGs 구조는 공기와 반도체 표면 사이에 점진적, 선형적으로 변화하는 유효굴절율을 갖기 때문에, 광대역 파장영역뿐만 아니라 다양한 각도에서 입사하는 빛에 대해서도 효과적으로 Fresnel 표면 반사를 낮출 수 있다. 본 연구에서는 실리콘 기판 표면 위에 효율적인 무반사 특성을 갖는 계층적 SWGs 나노구조를 제작하기 위해, 레이저간섭리소그라피 및 열적응집금속 입자를 이용한 식각 마스크 패터닝 방법과 유도결합플라즈마 식각 공정을 이용하였다. 제작된 무반사 실리콘 SWGs 나노구조의 표면 및 식각 프로파일은 전자주사현미경으로 관찰하였고, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 샘플 표면의 젖음성을 확인하였다. 제작된 샘플의 광학적 특성을 조사하기 위해 UV-vis-NIR 스펙트로미터와 엘립소미터 측정 시스템들을 이용하였다.