• 폴리머
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• 제39권2호
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• pp.219-224
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• 2015

본 연구에서는 현무암섬유의 계면을 황산과 과산화수소로 처리하고 섬유 배향각을 $0^{\circ}$, $0^{\circ}/90^{\circ}$, $0^{\circ}/45^{\circ}/-45^{\circ}$로 달리하여 현무암섬유 에폭시 강화 복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향에 대해서 살펴보았다. 기계적 특성은 층간 전단강도(ILSS)와 파괴인성 요소 중 임계응력세기인자($K_{IC}$) 측정을 통하여 고찰하였으며, 섬유의 표면미세구조 변화와 복합재료의 파단면은 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였다. 또한 섬유표면에 계면처리의 여부를 확인하기 위하여 적외선 분광법(FTIR)과 X-선 광전자 분광법(XPS)을 분석하였다. 실험결과 계면처리한 섬유 표면의 -OH 기(hydroxyl)가 증가됨을 확인하였다. 계면처리한 후의 기계적 특성이 계면처리 전의 기계적 특성보다 약 ~100% 증가하였다. 이러한 결과는 표면처리에 의해 섬유와 에폭시 수지 매트릭스 사이의 계면결합력을 증가시킨 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.613-613
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• 2013

그래핀은 저차원계 구조에서 기인하는 뛰어난 전기적, 물리적, 기계적 성질을 지니고 있어 실리콘 기반 기술을 대체할 전계 효과 트랜지스터 이외에도 투명전극, 초고용량 커패시터, 전계방출 디스플레이 등 다양한 응용분야에 적용 가능하다. 최근에는 이러한 응용 연구분야에서 그래핀과 탄소나노튜브 각각의 단점을 최소화하고 장점을 극대화하기 위한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조에 대한 연구들이 진행되고 있는 추세이다. 이전 연구들에서 환원된 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide, RGO)을 이용한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조가 제작되었는데, 이는 RGO의 제작과정에서 복잡한 공정과 긴 합성과정이 요구될 뿐 아니라, 복합 물질에서 탄소나노튜브의 밀도 제어가 어렵다는 단점을 지닌다. 또한 현재까지 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 경우, 열 화학기상증착법으로 합성된 다층(few-layers)의 그래핀과 탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다 [1-6]. 본 연구에서는 우수한 전기적 특성을 가진 단층(monolayer)의 그래핀을 열 화학기상증착법으로 합성한 후, 그래핀 위에 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경과 라만 분광기 측정을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경과 X선 광전자 분광법을 통해 확인하였다. 또한 그래핀 기반의 전계 효과 트랜지스터의 경우, 상온에서 그래핀은 우수한 전하 이동도를 가지며 웨이퍼 스케일에서 제작하기 쉬우나 밴드 갭이 없으므로 높은 Ion/Ioff를 가지는 그래핀 기반의 트랜지스터를 만드는 것이 과제이다. 반면 탄소나노튜브는 큰 에너지 갭을 가지고 있으므로 높은 Ion/Ioff를 구현하는 소자 제작이 가능하다. 그리하여 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 소자 제작을 통해 전기적 특성을 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.492-492
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• 2011

단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNTs)는 매우 우수한 전기적, 광전자적 특성을 가지고 있어 차세대 나노 전자소자 물질로 각광받고 있다. 특히, 이들의 전기적 특성은 직경과 카이랄리티(chirality)에 따라 금속성(metallic)과 반도체성(semiconducting)으로 구분된다. 각 특성에 따라 금속성은 투명전극, 반도체성은 전계효과 트랜지스터(CNT-FET)로 활용가능성이 높다. 하지만, 일반적으로 단일벽 탄소나노튜브는 이 두 가지의 특성이 혼재되어 합성되기 때문에, 그들의 선택적 분리는 나노튜브 기반 전자소자 응용을 위해 매우 중요한 과정 중 하나이다. 최근에는 반응 가스를 이용한 선택적 제거, 밀도차를 이용한 원심분리법(density gradient ultracentrifugation) 등 다양한 방법들이 보고된 바 있다. 본 연구는 대기 중에서 마이크로웨이브 조사하여 금속성 나노튜브만을 선택적으로 제거하였다. 마이크로웨이브 조사는 CVD 방법과 전기 방전법으로 성장된 단일벽 탄소나노튜브에 800W로 조사 시간을 변화하며 수행하였다. 실험 결과, 조사 시간이 증가할수록 두 종류의 나노튜브에서 반도체성 나노튜브는 남아있는 반면 금속성 나노튜브는 점차 제거되었다. 이러한 원인은 각 전기적 특성에 따른 유전상수 차이에 의하여 기인한 것이다. 전기적 특성과 결정성은 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 통하여 분석하였으며, 직경 및 분산정도는 주사전자현미경(scanning electron microscope), 투과전자현미경(tunneling electron microscope)으로 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.255-255
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• 2013

최근 그래핀 연구와 더불어 2차원 구조의 나노소재에 대한 관심이 급증하면서 육각형의 질화붕소(hexagonal boron nitride; h-BN) 박막(nanosheet)이나 붕소 탄화질화물(boron caronitride; BCN) 박막과 같은 2차원 구조체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 BCN은 반금속(semimetal)인 흑연(graphite)과 절연체인 h-BN이 결합된 박막으로 원소의 구성 비율에 따라 전기적 특성을 제어할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 다양한 나노소자로의 응용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 폴리스틸렌(polystyrene, PS)과 보레인 암모니아(borane ammonia)를 고체 소스로 이용하여 열화학 기상증착법을 이용하여 BCN 박막를 SiO2 기판 위에 직접 합성하였다. SEM과 AFM 관측을 통해 합성된 BCN 박막을 확인하였으며, RMS roughness가 0.5~2.6 nm로 매우 낮은 것을 확인하였다. 합성과정에서 PS의 양을 조절하여 BCN 박막의 탄소의 밀도를 성공적으로 제어하였으며, 이에 따라 전기적인 특성이 제어되는 양상을 확인하였다. 또한 합성온도 변화에 따른 BCN 박막의 전기적인 특성이 제어되는 양상을 확인하였다. 추가적으로 같은 방법을 이용하여 BCN 박막을 Ni 위에서 합성하여 SiO2 기판위에 전사 하였다. 합성된 BCN 박막의 구조적 특징과 화학적 조성 및 결합 상태를 투과전자현미경(transmission electron microscopy), X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 조사하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권5호
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• pp.397-404
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• 2006

Effects of surface defect distribution on flame instability during flame-surface interaction are experimentally investigated. To examine chemical quenching phenomenon which is caused by radical adsorption and recombination processes on the surface, thermally grown silicon oxide plates with well-defined defect density were prepared. ion implantation technique was used to control the number of defects, i.e. oxygen vacancies. In an attempt to preferentially remove oxygen atoms from silicon dioxide surface, argon ions with low energy level from 3keV to 5keV were irradiated at the incident angle of $60^{\circ}$. Compositional and structural modification of $SiO_2$ induced by low-energy $Ar^+$ ion irradiation has been characterized by Atomic Force Microscopy (AFM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). It has been found that as the ion energy is increased, the number of structural defect is also increased and non-stoichiometric condition of $SiO_x({\le}2)$ is enhanced.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.368-368
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• 2016

그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 6각 구조로 이루진 2차원 알려진 물질 중 가장 얇은(0.34 nm) 두께의 물질이며 그 밴드구로조 인해 우수한 전자 이동도($200000cmV^{-1}s^{-1}$)를 가지고 있며, 이외에도 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 가진다. 대면적화 된 그래핀을 성장시키기 위한 방법으로는 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)이 있다. 하지만 실제 여러 전이금속에서 합성되는 그래핀은 다결정으로, 서로 다른 면 방향을 가진 계면에서 전자의 산란이 일어나며, 고유의 우수한 특성이 저하되게 된다. 따라서 전자소재로 사용되기 위해서는 단결정의 대면적화 된 그래핀에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 앞서의 두 문제점 중, 단결정의 그래핀 합성에 크게 영향을 미치는 요인으로는 크게 합성 온도, 촉매 기판의 탄소 용해도, 촉매 표면에서의 탄소 원자의 확산성이 있다. 본 연구에서는 구리, 니켈, 실리콘에 비해 탄소 용해도가 낮으며, 탄소 원자의 높은 확산성으로 인해 단결정의 단층 그래핀을 합성에 적합하다고 보고된 저마늄(Germanium) 기판을 사용하여 그래핀을 합성하였다. 단결정의 그래핀을 성장시키기 위해 메탄(Methane; $CH_4$)가스의 주입량과 수소 가스의 주입량을 제어하여 성장 속도를 조절 하였으며, 성장하는 그래핀의 면방향을 제어하고자 하였다. 표면의 산화층(Oxidized layer)을 제거하기 위하여 불산(Hydrofluoric acid)를 사용하였다. 불산 처리 후 표면의 변화는 원자간력현미경(Atomic force microscopipe)을 통하여 분석하였다. 합성된 그래핀의 특성을 저 에너지 전자현미경(Low energy electron microscopy), 광전자 현미경(Photo emission electron microscopy), 라만 분광법(Raman spectroscopy), 원자간력현미경(Atomic force microscopy)와 투과전자현미경 (transmission electron microscopy)을 이용하여 기판 표면의 구조와 결정성을 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제18권1호
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• pp.49-53
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• 2011

Diamond-like carbon (DLC)은 $Sp^3$ 결합분율이 높은 준안정 상태의 비정질 탄소물질로 이루어진 박막이다. DLC는 기계적 특성, 화학적 특성, 윤활 특성뿐만 아니라 광학적, 전기적 특성 또한 우수한 물질이다. 본 연구에서는 DLC 박막을 그라파이트(graphite) 타깃을 출발 물질로 하여 고주파 마그네트론 스퍼터(RF magnetron sputter)로 $SiO_2$ 기판 상에 증착하였다. 증착된 DLC 박막은 후 열처리를 하였으며 열처리 온도에 따른 DLC 박막의 특성 변화를 관찰하였다. 열처리는 진공에서 급속가열법(rapid thermal process)으로 $300{\sim}500^{\circ}C$ 범위에서 시행하였다. 열처리된 DLC 박막은 전기적 특성 평가를 위하여 Hall 계수 측정기를 이용하여 상온 비저항을 측정하였으며 표면 변화를 확인하기 위하여 원자력 현미경(atomic force microscopy)을 이용하여 표면형상 변화를 관찰 하였다. 또한 표면특성, 비저항 특성 변화와 구조적 특성 변화와의 관계를 확인하기 위하여 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)과 라만 분광법을 이용하여 열처리에 따른 DLC 박막의 구조 변화를 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.165-165
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• 2010

GaInZnO는 투명 비정질 산화물 반도체로서 태양전지, 평판 액정 디스플레이, 잡음방지 코팅, 터치 디스플레이 패널, 히터, 광학 코팅 등 여러 응용에 쓰인다. 이 논문에서는 투명전자소자로 관심을 모으고 있는 GaInZnO의 전자적 그리고 전기적 특성을 측정하였다. GaInZnO 박막은 $SiO_2$ (100)/Si 기판위에 RF 마그네트론 스퍼터링 증착법으로 $Ga_2O_3:In_2O_3:ZnO$의 조성이 2:2:1로 된 타겟을 가지고 박막을 성장시켰다. 성장한 후에 RTP를 이용하여 30분간 열처리 하였다. GaInZnO의 전자적 특성을 나타내는 띠틈 및 실리콘 기판과의 원자가 띠 오프셋 값을 측정하였으며, 이 값들을 통해 GaInZnO박막과 실리콘 기판과의 띠 정렬도 수행하였다. 띠틈은 반사 전자 에너지 손실 분광법(REELS)을 이용하여 측정하였고, 원자가 띠 오프셋은 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 측정하였다. 열처리 온도가 $400^{\circ}C$까지는 띠틈의 변화 및 XPS 결합에너지의 변화가 없는 것으로 보아 열적안정성이 우수함을 알 수 있다. 반면 $450^{\circ}C$에서의 띠틈이 감소하는 것으로 보아 $450^{\circ}C$에서는 열적안정성이 깨지는 것을 알 수 있다. GaInZnO 박막을 채널 층으로 하고 전극은 알루미늄(Al)으로 된 TFT를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다. TFT 특성 결과 이동도가 약, subthreshold swing(S.S)이 약 1.5 V/decade, 점멸비가 약 $10^7$으로 측정되었다. 유리 위에 증착시킨 GaInZnO 박막의 투과율을 측정해본 결과 모든 시료가 가시광선 영역에서 80%이상의 투과율을 갖는 것으로 보아 투명전극소자로 응용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제42권6호
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• pp.607-617
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• 1998

$TiO_2(001)$ 박막을 Mo(100) 기판에 약 90${\AA}$ 두께로 적층 성장시키고 그 위에 Au를 증착시켜서 Au의 성장모드, 클러스터의 열적 변화, 열적 안정성, 증착량에 따른 Au 4f 전자 결합에너지의 변화를 오제 전자분광법, 열탈착 분광법, 이온 산란 분광법, X-선 광전자 분광법을 이용하여 연구하였다. Au는 $TiO_2(001)/Mo(100)$ 박막에 3차원적인 성장을 하며 낮은 온도에서 성장된 Au 클러스터는 높은 온도에서 성장된 것보다 보다 그 크기가 작고 온도가 높아지면서 클러스터는 비가역적으로 뭉친다. $TiO_2(100)/Mo(100)$에 증착된 Au의 열탈착은 1000 K부터 일어나며, 증착된 Au의 증착량이 많아질수록 더 높은 온도에서 나타난다. 선도 언저리 해석법으로 얻은 Au 클러스터의 탈착에너지는 약 50 kcal/mol이다. Au의 $TiO_2$ 박막에 대한 초기 흡착상수는 기판의 온도 200-600 K 사이에서는 거의 일정하였다. 400 K에서 $TiO_2$ 박막에 2.0 MLE 보다 적은 양의 Au가 증착된 경우에는 Au 4f의 전자 결합에너지가 벌크 Au에 비해서 증가한다. 0.1 MLE의 경우에는 그 결합에너지가 벌크 Au에 비해서 +0.30 eV 이동하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제1권1호
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• pp.169-174
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• 2015

본 연구에서는 그래핀의 인위적인 합성방법인 화학기상증착법을 활용하여 합성 파라미터들을 변화시켜줌으로써 그래핀의 물성을 조절하는 연구를 수행하였다. 먼저, 메탄가스를 탄소원으로 순수 그래핀을 합성하였고, 액상의 피리딘을 원료로 사용하여 질소가 도핑된 그래핀을 합성하였다. 각각의 그래핀의 물성은 라만 분광법, X선 광전자 분광법(XPS)을 통한 기초 광물성 측정과 게이트 전압에 따른 그래핀 채널의 전류-전압 응답특성을 통한 전기적 수송현상 측정에 의해 평가되었다. 메탄가스로 합성된 그래핀의 라만 분광 스펙트럼에서는 G-peak과 2D-peak가 선명히 보였고, XPS에서 C1s-peak가 선명하였고, 아울러 전하중성점은 게이트 전압 약 +4 V 정도에서 나타났다. 피리딘을 원료로 합성된 그래핀의 라만 분광 스펙트럼에서는 D-peak, G-peak 그리고 다소 약해진 2D-peak 등이 보였고, XPS에서는 C1s-peak은 물론 N1s-peak도 나타났으며, 전하중성점은 게이트 전압 약 -96 V 정도에서 나타났다. 결과적으로 우리는 화학기상증착법을 활용하여 그래핀의 물성을 성공적으로 조절하였다.