• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.282-282
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• 2013

그래핀(Graphene)은 열 전도도가 높고 전자 이동도(200 000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 차세대 전자재료로써 유망한 후보로 간주되어 왔다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ion-irradiation) 등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization)등의 방법으로 그래핀의 전도도를 향상시킬 수 있었다. 그러나 이러한 방법들은 기판의 표면을 거칠게 하며, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가 조립 단층막법(Self-Assembled Monolayers; SAMs)을 이용하여 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면, 자가 조립 단층막의 기능기에 따라 그래핀의 일함수를 조절 가능하고 운반자 농도나 도핑 유형을 변화시켜 소자의 전기적 특성을 최적화 할 수 있다 [1-3]. 본 연구에서는 PET(polyethylene terephthalate) 기판에 SAMs를 이용하여 유연하고 투명한 그래핀 전극을 제작하였다. 자외선 오존처리 (UV ozone treatment)를 이용하여 PET 기판 표면 위에 하이드록실 기(Hydroxyl group; -OH)를 기능화 화였고 이를 접촉각 측정(Contact angle measurement)을 통해 확인하였다. 또한 3-Aminopropyltriethoxysilane(APTES)와 톨루엔 (toluene)을 이용하여 PET 기판 표면 위의 하이드록실 기 위에 아민 기(Amine group; -NH2)를 기능화 하였고 이를 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS)으로 분석하였다. 이렇게 만들어진 PET기판 표면 위에 화학적 기상 증착법을 이용하여 합성한 대면적의 균일한 그래핀을 전사하였다. NH2그룹에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 전류-전압 특성곡선(I-V characteristic curve)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 유연하고 투명한 기판 위에 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.209.1-209.1
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• 2013

GaP는 가시광선 발광다이오드을 얻을 수 있는 적절한 재료중의 하나로 해당영역의 파장에 대하여 높은 양자효율을 얻을 수 있고, 깊은 준위 재결합이 없기 때문에 GaP 녹색 및 As 첨가한 GaAsP 적색 LED 에 적용할 수 있습니다. 또한, 상온에서 2.2 eV 에 해당하는 넓은 에너지 밴드갭을 가지고 있으므로, 소음이 없는 자외선 검출기에도 적합합니다. 이 물질에 대한 소자들은 기존에 GaP 기판을 사용하였습니다. 최근, GaP 와 격자상수가 비슷한 Si 기판을 활용하여 그 위에 성장하는 방법에 대한 관심이 많아졌습니다. Si는 물리적 및 화학적으로 안정하고 딱딱한 소재이며 대면적 기판을 쉽게 얻을 수 있어 전자 기기 및 대규모 집적 회로의 좋은 소재입니다. Si 와 대조적으로 GaP은 깨지기 쉬운 재료이며 GaP 기판은 Si와 같은 대면적 기판을 얻을 수 없습니다. 이러한 문제의 한 가지 해결책은 Si 기판위에 GaP 층의 성장입니다. GaP 과 Si의 조합은 현재의 광전소자 들에 더하여 더 많은 응용프로그램들을 가능하게 할 것입니다. 그러나, Si 기판위에 GaP 성장 시 삼차원적 성장 및 역위상 경계면과 같은 문제점들이 발생하므로 질이 높고 균일한 결정의 GaP 를 얻기가 어렵습니다. 따라서, Si 에 GaP 의 성장시 초기 단계를 제어하는 성장 기술이 필요합니다. 본 연구에서는, 유기금속화학증착법을 이용하여 Si 기판위에 양질의 GaP를 얻을 수 있는 최적의 성장조건을 얻고자 합니다. 실험 조건은 Si에 GaP의 에피택셜 성장의 초기 단계에 영향을 주는 V/III 비율, 성장압력, 기판방향 등을 가변하는 조건으로 진행하였습니다. V/III 비율은 100~6400, 성장 압력은 76~380 Torr로 진행하였고, Si 기판은 just(001)과 2~6도 기울어진 (001) 기판을 사용하였습니다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.6
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• pp.348-353
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• 2012

We investigated chemical states of a $Sb_2Te_3$ thin film with the polycrystalline phase by using high-resolution x-ray photoelectron spectroscopy with synchrotron radiation. The $Sb_2Te_3$ thin film was formed by sputtering. The rhombohedral phase was confirmed by x-ray diffraction. To remove the surface oxide, we performed $Ne^+$ ion sputtering for 1 hour with the beam energy of 1 kV and post-annealing at $100^{\circ}C$ for 5 min in ultra-high vacuum. We obtained the Te and Sb 4d core-levels spectra with the peaks at the binding energies of 40.4 and 33.0 eV, respectively. The full-width of half maximum of both the Te and Sb $4d_{5/2}$ core-levels is 0.9 eV. The Te and Sb core-levels only show a single chemical state, and we also confirmed the stoichiometry of approximately 2 : 3.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.400-401
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• 2012

그래핀(Graphene)은 열 전도도가 높고 전자 이동도(200 000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET), 유기 전자 소자(Organic electronic device)와 광전자 소자(Optoelectronic device) 같은 반도체 소자에 응용 가능하다. 그러나 에너지 밴드 갭이 없기 때문에 소자의 전기적 특성이 제한되는 단점이 있다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ion-irradiation) 등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization) 등의 방법으로 그래핀을 도핑 후 에너지 밴드 갭을 형성시키는 연구 결과들이 보고된 바 있다. 그러나 이러한 방법들은 표면이 균일하지 않고, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가조립 단층막(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 이산화규소(Silicon oxide; SiO2) 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면 그래핀의 일함수를 쉽게 조절하여 소자의 전기적 특성을 최적화할 수 있다. SAMs는 그래핀과 SiO2 사이에 부착된 매우 얇고 안정적인 층으로 사용된 물질의 특성에 따라 운반자 농도나 도핑 유형, 디락 점(Dirac point)으로부터의 페르미 에너지 준위(Fermi energy level)를 조절할 수 있다[1-3]. 본 연구에서는 SAMs한 기판을 이용하여 그래핀의 도핑 효과를 확인하였다. CVD를 이용하여 균일한 그래핀을 합성하였고, 기판을 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)와 Borane-Ammonia(Borazane)을 이용하여 각각 아민 기(Amine group; -NH2)와 보론 나이트라이드(Boron Nitride; BN)로 기능화한 후, 그 위에 합성한 그래핀을 전사하였다. 기판 위에 NH2와 BN이 SAMs 형태로 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)을 통해 확인하였고, 그 결과 NH2와 BN에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.106-106
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• 2010

CuO 나노입자는 전기화학적 전지, 가스 센서 및 태양전지와 같은 나노 전자소자에 응용할 수 있는 대단히 유용한 물질이다. CuO 나노구조를 형성하기 위한 방법은 솔-겔법, 전기 화학적 방법 및 전구체의 열적 탈착방법 등으로 연구되어 왔으나 CuO 나노입자의 열처리 효과는 상대적으로 연구가 미흡하다. 본 연구에서는 $Al_2O_3$ 기판 위에 스핀 코팅법과 열처리를 사용하여 형성한 CuO 나노입자의 물리적 성질을 살펴보았다. CuO 나노 입자를 형성하기 위해 methanol에 Cu(I) acetate (5 wt%) 을 적절히 분산한 용액을 $Al_2O_3$ 기판 위에 7000 rpm으로 스핀 코팅을 한 후 $300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$ 및 $700^{\circ}C$로 각각 1 시간 동안 산소 분위기에서 열처리를 하였다. X-선 회절법 결과는 CuO의 (200)$K_{\alpha}$와 (400) $K_{\alpha}$ 회절에 해당하는 피크가 나타났고 주사 전자현미경 상의 결과는 CuO 나노입자가 형성되었음을 확인하였다. 나노입자의 크기는 고배율 투과 전자현미경상에 의하여 3-5 nm 인 것으로 확인하였고 300 K에서 측정한 광루미네선스 스펙트럼은 CuO의 주된 스펙트럼 피크가 푸른색 영역에서 나타남을 알 수 있었다. X-선 광전자 분광법 스펙트럼은 Cu $2p_{3/2}$와 O 1s의 전자상태를 보여주었으며 복잡한 산화상태를 갖는 CuO는 Cu-O 결합과 산소의 화학적 흡착상태를 가지는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 $Al_2O_3$ 기판 위에 최적화된 CuO 나노 입자의 형성 방법과 구조적, 광학적 및 전자적 특성을 이해하는데 도움을 제공해 줄 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.233-233
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• 2012

위상절연체(Bi2Te3)와의 격자상수 불일치 비율이 서로 다른 Si (111)와 Ge (111) 기판을 선택하여 Bi3Te3 박막의 성장 조건을 찾고 이에 따른 특성 분석을 수행하였다. 시료 제작은 초고진공 분위기에서 MBE를 이용하였고, AFM, XRD와 XPS로 각각 구조적 변화, 결정 상태 및 화학적 상태를 분석하였다. 우선 Si 위에 형성된 Bi2Te3의 경우, 초기 박막이 형성된 후, 증착 시간이 증가함에 따라 섬(island)모양의 구조물들이 step edge 부분에 분포되는 모습을 AFM 이미지에서 확인하였다. 형성된 박막의 스텝 단차는 약 1 nm 또는 이 값의 정수 배였고, 이것은 Bi2Te3 unit cell의 quintuple layer (QL) 값과 일치하였다. 또한 측정된 XRD pattern으로 Bi2Te3가 hexagonal 구조의 c-축에 따라 결정성이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. XPS 스펙트럼에서는 Bi 4f가 높은 에너지 방향으로 2.3 eV, Te 3d는 낮은 에너지 방향으로 약 0.7 eV 만큼 구속 에너지의 화학적 이동이 나타남을 알 수 있었다. 이러한 결과는 Si 위에 Bi2Te3 박막이 높은 결정성을 가지고 형성되었다는 것을 의미한다. 또한 Si (111) 기판보다 Bi2Te3 결정과 격자상수 불일치의 비율이 상대적으로 작은 Ge (111)을 기판으로 하여 Bi2Te3 박막을 성장시켜 두 표면에서의 박막 성장의 특성을 비교, 논의할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.333-333
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• 2016

현재까지 가장 높은 광전류 변환 효율을 나타내는 III-V 화합물 반도체의 다중접합 태양전지 대신 이보다 단순한 에피구조를 가진 단일셀 이종접합구조의 태양전지를 제안하였다. 이를 한국나노 기술원에서 MOCVD(Metalorganic Vapour Phase Epitaxy) 장비를 이용하여 에피구조를 성장하고 태양 전지를 제작해 그 특성을 조사하였다. 태양 전지는 서로 다른 orientation의 두 GaAs 기판에 각각 동일한 에피 구조로 성장되었다. GaAs 기판은 Si 도핑된 n-type 기판으로 (100) 표면이 <111>A 방향으로 2도 off 된 웨이퍼와 10도 off 된 웨이퍼가 사용되었다. 연구에서 시뮬레이션에 사용된 태양전지의 에피 구조는 맨 위 p-GaAs (p-contact 층), p-InAlP, p-InGaP의 광흡수층과 N-InAlGaP 층과 아래의 n-InAlP와 n-GaAs의 n-contact층으로 이루어져있다.태양전지는 $5mm{\times}5mm$의 면적을 가지고 있다. 그림 1은 전류-전압의 측정된 결과를 나타낸 그래프이다. 태양전지는 1 sun 조건하에서 probe를 이용해 측정되었다. 2도 off GaAs 기판 위에 성장시킨 태양전지에서는 3.7mA의 단락전류값이, 10도$^{\circ}$ off 인 샘플에서는 4.7mA의 단락전류값이 측정되었다. 반면에 전류-전압곡선으로부터 얻은 10도 off 인 태양전지의 직렬 저항값은 2도 off 인 태양전지의 약4배 정도로 나타났다. 이는 기판의 결정방향에 따라 태양전지의 내부 전하 transport에 차이가 있음을 나타낸다. TLM (Transmission Line Model) 방법에 의한 p-contact의 ohmic저항 측정에서도 이와 일치하는 결과를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.141-141
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• 2009

Blue light-emitting diodes (LEDs), violet laser diodes 같은 광전소자들은 질화물 c-plane 기판위에 소자로 응용되어 이미 상품화 되어 왔다. 그러나 2족-질화물 재료들은 wurtzite 구조를 가지므로 c-plane에 평행한 자연적인 극성을 띌 뿐만 아니라 결정 내부 stress로 인한 압전현상 또한 나타나 큰 내부 전기장을 형성하게 된다. 이렇게 생성된 내부 전기장은 전자와 홀의 재결합 효율을 감소시키고 소자 응용 시 red-shift의 원인이 되곤 한다. 따라서 최근 들어 m-plane(1-100), a-plane (11-20)같은 무극성을 뛰는 기판 위에 소자를 만드는 방법이 각광을 받고 있는 추세다. 그러나 무극성 기판을 소자에 응용 시 Chemical Mechanical Planarization (CMP)에 의한 가공은 반도체 기판으로써 이용하기 위한 필수 불가결의 공정이다. c면(0001) SiC wafer에 대한 연구는 현재 많이 발표가 되어 있으나 무극성면 SiC wafer에 대한 CMP 공정에 대한 연구사례는 없는 실정이다. 본 연구에서는 C면 (0001)으로 성장된 잉곳을 a면(11-20)과 m(1-100)면으로 절단 후, slurry type (KOH-based colloidal silica slurry, NaOCl), 산화제, 연마제등을 변화하여 CMP 공정을 거침으로서 일어나는 기계 화학적 가공 양상에 대하여 알아보았다. 그 후 표면 형상 분석 하기위해 Atomic Force Microscope(AFM)을 사용하였고, 표면 스크레치를 SEM을 이용해서 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.290-290
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• 2010

무기물을 포함한 유기물 나노 복합체는 저전력으로 동작하는 차세대 전자 소자와 광전 소자의 응용에 대단히 유용한 소재이다. 간단하고 저렴한 제조 공정과 물질 특성의 장점을 이용한 유기물/무기물 나노 복합재료를 사용한 비휘발성 메모리 소자의 제작과 전기적 특성은 연구되었으나 실험치와 이론치의 비교에 대한 연구는 소자의 효율과 신뢰성을 증진하기 위하여 대단히 필요하다. 다양한 종류의 비휘발성 메모리 중에서 무기물을 포함한 유기물 나노복합체를 사용하여 만들어진 유기 쌍안정성 소자는 간단하게 고집적화가 가능하며 광소자와 결합할 수 있기 때문에 차세대 비휘발성 메모리 소자로서 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 ZnO 나노입자를 포함한 PMMA 박막 구조를 기억층으로 사용하여 메모리 특성을 향상시킨 유기 쌍안정성 소자를 제작하고 그에 대한 전기적 특성을 측정과 전하 전송 메커니즘을 규명하여 이론적으로 고찰하였다. 유기 쌍안정성 소자 제작을 위해 Indium-tin-oxide가 증착된 유리 기판위에 ZnO 나노입자와 PMMA를 용매에 혼합하여 스핀코팅 방법으로 ZnO 나노 입자가 분산되어 있는 PMMA 나노 복합체를 형성하였다. 나노 복합체 박막위에 Al 전극을 열증착으로 형성하여 유기 쌍안정성 소자를 제작하여 전류-전압 측정을 하였다. 제작한 유기 쌍안정성 소자의 전하 전송 메커니즘 규명을 위해 space charge limited current 메커니즘을 이용하여 소자에 대한 시뮬레이션을 수행하였고 이를 제작한 소자에서 측정한 전류-전압 특성과 비교하였다. 이 결과는 유기 쌍안정성 소자를 제작할 때 소자의 성능 최적화에 이론적인 기초지식을 제공할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.80-80
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• 2011

본 연구에서는 flexible 광전소자에 응용이 가능한 투명전극을 위해 polyethersulfone (PES) 기판 위에 GaZnO (GZO) 박막을 마그네트론 스퍼터 법으로 증착하였다. 박막 증착 중 Ar 분압의 변화가 박막의 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해, 스퍼터 반응시 chamber내 Ar 분압을 10 sccm~50 sccm 범위에서 변화를 주었다. 박막이 증착된 후 GZO/PES 시료의 광학적 투과율을 측정한 결과 가시광 영역에서 80% 이상의 높은 투과율을 보이고 있었다. 이때 광학적 투과율은 Ar 분압의 변화에는 영향을 받고 있지 않은 것으로 분석되었다. 시료의 표면을 주사전자현미경 분광법으로 분석한 결과 Ar 분압이 증가 할수록 GZO grain 크기가 감소하여 그 조밀도가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 x-ray 회절 스펙트럼에서는 ZnO (002) peak의 세기가 증가함을 확인하였고, 이에 반하여 $ZnGa_2O_4$의 (311) peak의 세기는 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 한편 제작된 시료의 전기적 특성을 분석한 결과 Ar 분압의 증가에 따라 비저항이 약 $7.5{\times}10^{-3}{\Omega}cm$ 까지 감소하는 경향을 보였다. 이는 Ar 분압이 증가할수록 Ar-plasma enhancement 효과로 GZO의 결정학적 특성이 향상되면서 GZO의 전기전도 특성을 저해 하는 insulating $ZnGa_2O_4phase$의 형성을 억제하였기 때문인 것으로 해석된다.