• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.616-616
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• 2013

그래핀(Graphene)은 열전도도가 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. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ionirradiation)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 자가조립 단층막법(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면, 자가조립 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. 산소 플라즈마와 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)를 이용하여 PET 기판 표면 위에 하이드록실 기(Hydroxyl group; -OH)와 아민 기(Amine group; -NH2)를 순차적으로 기능화 하였고, 그 위에 화학적 기상 증착법을 이용하여 합성한 대면적의 균일한 그래핀을 전사하였다. PET 기판 위에 NH2 그룹이 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)과 X-선 광전자 분광법(Xray photoelectron spectroscopy: XPS)을 통해 확인하였으며, 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.

• Polymer Science and Technology
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• v.23 no.5
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• pp.499-503
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• 2012

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.6-9
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• 2009

교량, 댐, 터널 등의 대형 구조물 및 항공기 등의 기계 구조물의 경우 그 중요성과 함께 노후화 및 손상의 발생에 의한 구조물의 사고를 미연에 방지하기 위해 효과적인 건전도 평가와 손상 검색에 대한 연구가 최근 급증하고 있으며 특히 압전소자를 활용하여 구조물의 손상을 추정하는 기법들이 많이 개발되고 있다. 또한, 최근에는 압전소자와 계측기 사이를 케이블을 이용하여 연결할 경우 실제 대형 구조물에 설치 시 비효율적인 부분이 많아 무선 기반 계측시스템이 개발되고 있다. 그러나 이러한 무선 계측 시스템의 경우 압전소자의 가진 및 계측되는 데이터의 전송을 위해 별도의 전원공급이 필요하기 때문에 배터리가 포함되도록 구성되며 이럴 경우 그 수명이 제한적이기 때문에 실제 구조물에 활용 시 문제로 제기되고 있다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 레이저를 통해 원격지의 압전소자에 무선으로 전원을 공급하여 가진시키는 시스템을 제안하였다. 압전소자를 가진시키고자 하는 임의의 파형으로 레이저를 변조(modulation)시키고 대기 중으로 전송하여, 압전소자와 연결된 광검출기(photodiode)를 통해 전기적 신호로 변환하여 최종적으로 가진시키게 된다. 이러한 시스템을 실내 실험을 통하여 구현하였으며 그 효용성을 살펴보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.126-126
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• 2011

수직으로 정렬된 1차원 ZnO nanorod arrays (NRAs)는 효율적인 반사방지 특성의 기하학적 구조를 갖고 있어, 크기와 모양 그리고 정렬형태의 다양한 설계를 통해 빛의 흡수율과 광 추출효율을 증가시켜 광전소자 및 태양광 소자의 성능을 향상시킬 수 있으며, 최근 이러한 연구에 대한 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 ZnO NRAs의 넓은 표면적과 불연속적인 독특한 표면을 활용하여 광학적 특성을 효과적으로 개선하였다. 실험을 위해, thermal evaporator를 사용하여 Au와 Ag 그리고 e-beam evaporator를 사용하여 $SiO_2$를 ZnO NRAs 표면에 여러 가지 조건으로 증착하여, 독특한 계층 나노구조의 형성과 광학적 특성을 관찰하였다. 표면 roughness가 큰 FTO/glass 위에 수열합성법을 통해 끝이 뾰족하고, 비스듬히 정렬된 ZnO nano-tip array에 Au를 증착할 경우 ZnO/Au core/shell 구조가 형성되며, Au의 광 흡수율이 매우 크게 증가함을 관찰할 수 있었다. 반면 flat한 표면위에 빽빽하게 수직으로 정렬된 ZnO NRAs를 성장시켜 그 위에 Ag를 증착할 경우, evaporated Ag flux가 ZnO nanorod의 사이에 scattered 되어 ZnO nanorod 기둥의 측면에 직경이 50 nm 이하인 nanoparticles이 decorated 되어 국소표면플라즈몬 현상이 관찰되었으며, 이러한 효과를 통해 입사되는 빛의 흡수율을 효과적으로 증가시킬 수 있었다. 또한, ZnO NRAs의 표면에 $SiO_2$를 e-beam evaporator를 이용하여 증착할 경우, 자연적으로 vapor flux와 ZnO nanorod 사이에 oblique angle이 $80^{\circ}$ 이상으로 증가하여 $SiO_2$ nanorods가 자발적으로 형성되어 ZnO/$SiO_2$ branch 계층형태의 나노구조를 제작할 수 있었다. 이러한 구조는 유효 graded refractive index profile로 인해 기존의 ZnO NRAs보다 개선된 반사방지 특성을 나타냈다. 이러한 계층 나노구조의 광학적 특성을 시뮬레이션을 통해 이론적으로 분석을 통해 광전자 소자의 성능의 개선에 대한 적용 가능성을 조사하였다.

• Polymer Science and Technology
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• v.25 no.3
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• pp.205-213
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• 2014

• Electrical & Electronic Materials
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• v.5 no.4
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• pp.361-373
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• 1992

이온이나 플라즈마를 사용해서 박막형성이나 MBE진공증착법에 비해서 분자배열이나 고차구조의 제어 및 그의 다양성에 있어서 LB법에 대한 기대가 크다. 특히 습식법인 점에서 생체기능을 짜넣을 수 있는 분자소자의 개발에는 불가능하다. 역으로 생체분자의 자기조직화나 정보전달기능을 분자 Level로 이해하는 점에서도 LB법은 중요하다고 본다. 또 저차원자성체 전도체 여기자등 물리량에 의한 차원성을 고찰하는 점에서도 LB막의 거동이 주목되고 있다. 또 자발분극된 강유전성의 고분자 즉 Poly등의 박막에 광조사를 하면 광생성된 캐리어가 내부전계에 따라서 이동하고 ~$10^{4}$V 정도의 높은 광기전력을 발생시키는 것도 나타났다. 얻어진 전류는 단지 초전효과를 상회하고 광전류라고 할 수 있다. 쇼트키형 소자의 금속-반도체의 절연막층을 MIS형이라고 하며 특성이 향상된다. SnO$_{2}$/NiPc/Polyethylene막/Al형 광전지가 만들어졌다. 광전변환막이 다양한 목적에 사용되리라 사료되며 지금은 초기 연구단계이나 실용화하는데는 많은 시간이 소요되나 간단한 디바이스 등과 같은 것은 제작이 가능할 것이며 광에너지로 힌한 화학, 전기, 역학 에너지로 변환되는 데는 시간 문제인것 같다. 1년간 일본 동경공업대학 생명이공학부에서 연구한 내용을 정리하여 보았으며 이에 협조하여 주신 문교부 학술진흥재단에 감사드리며 또 등평연구실에 감사드린다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.162-162
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• 2010

InAs 는 광전자 및 광통신 소자에 널리 이용되는 $In_xGa_{1-x}As_yP_{1-y}$ 화합물의 endpoint 로서, Heterojunction Field-Effect Transistors (HEMTs), Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) 등에 중요하게 이용되고, 다양한 소자의 기판으로도 폭넓게 사용되는 물질이다. InAs 의 반도체 소자로의 응용을 위해서는 정확한 광 특성과 밴드갭 값들이 필수적이며, 분광타원편광분석법(ellipsometry) 을 이용한 상온 InAs 유전율 함수는 이미 정확히 알려져 있다. 그러나 상온에서는 $E_2$ 전이점 영역에서 여러 개의 밴드갭들이 중첩되어 있어, 밴드구조계산 등에 필수적인 InAs의 전이점을 정확히 정의하기 어렵다. 또한, 현재의 산업계에서 중요하게 여겨지는 실시간 모니터링을 위해서는 증착온도에서의 유전율 함수 데이터베이스가 필수적이다. 이와 같은 필요성에 의해, 22 K - 700 K 의 온도범위에서 InAs 의 유전율 함수와 밴드갭 에너지에 대한 연구를 수행하였다. InAs bulk 기판을 methanol, acetone, DI water 등으로 세척 한 뒤, 저온 cryostat 에 부착하였다. 분광타원분석법은 표면의 오염에 매우 민감하기 때문에, 저온에서의 응결 방지를 위해 고 진공도를 유지하며, 액체 헬륨으로 냉각하였다. 0.7 - 6.5 eV 에너지 영역에서 측정이 가능한 분광타원편광분석기로 측정한 결과, 온도가 증가함에 따라 열팽창과 phonon-electron 상호작용효과의 증가에 의해, 밴드갭 에너지 값의 적색 천이와 밴드갭들의 중첩을 관찰 할 수 있었다. 정확한 밴드갭 에너지 값의 분석을 위하여 2계 미분을 통한 표준 밴드갭 해석법을 적용하였으며, 22 K 의 저온에서는 $E_2$ 전이점 영역에서 중첩된 여러 개의 밴드갭들을 분리 할 수 있었다. 또한 고온에서의 연구를 통해, 실시간 분석을 위한 InAs 유전함수의 데이터베이스를 확립하였다. 본 연구의 결과는 InAs 를 기반으로 한 광전자 소자의 개발 및 적용분야와 밴드갭 엔지니어링 분야에 많은 도움이 될 것으로 예상한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.71-71
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• 2011

ZnO 반도체가 넓은 에너지띠와 큰 엑시톤 결합에너지를 가지기 때문에 가진 투명 전극, 태양전지, 발광소자 및 메모리와 같은 다양한 전자 및 광전자 소자의 응용에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 절연성 고분자인 폴리스티렌 박막에 분산되어 있는 ZnO 나노 입자를 기억 매체로 사용하는 write-once-read-many times (WORM) 메모리 소자를 제작하고 전기적 성질과 안정성에 대하여 관찰하였다. 화학적 방법으로 형성한 ZnO 나노입자와 폴리스티렌을 N,N-dimethylformamide 용매에 녹인 후 초음파 교반기를 사용하여 나노 복합 소재를 형성하였다. 하부 전극으로 indium-tin-oxide가 증착되어 있는 유리 기판 위에 나노 복합 소재를 스핀코팅 방법으로 도포한 후 열을 가해 잔류 용매를 제거하였다. ZnO 나노입자가 분산되어 있는 폴리스티렌 나노 복합 소재로 구성된 박막위에 상부 전극으로 Al을 열증착하여 메모리 소자를 제작하였다. 전류-전압 측정 결과에서 저전압에서는 전도도가 낮은 OFF 상태를 유지하다 약 1.5 V에서 전도도가 갑자기 증가하여 높은 전도도의 ON 상태로 전이되는 쌍안정성이 관찰되었다. 전류의 ON/OFF 비율은 약 103이며 ON 상태에서 OFF 상태로 전환되지 않는 전형적인 WORM 메모리 소자의 전류-전압 특성을 나타났다. 두 전극 사이에 폴리스티렌 박막으로만 제작된 소자를 제작하여 전류-전압 측정을 하였으나 메모리 특성이 나타나지 않았다. 그러므로 WORM 메모리 특성은 폴리스티렌 박막안의 ZnO 나노입자에 기인함을 알 수 있었다. 제작된 소자에 대해 기억 시간 측정 결과는 ON과 OFF 상태의 전류가 장시간에도 변화가 거의 없는 소자의 안정성을 보여주었다. 이 실험 결과는 ZnO 나노입자가 분산된 폴리스티렌 나노 복합 구조체를 사용하여 안정성을 가진 WORM 메모리 소자를 제작할 수 있음을 보여주고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.329.2-329.2
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• 2014

지난 수년간 태양전지의 광전변환효율을 높이기 위해 자가 조립된 InAs 또는 GaSb와 같은 양자점을 GaAs 단일 p-n 접합에 적용하는 연구를 개발해 왔다. 그러나 양자점의 흡수 단면적에 의한 광 흡수도는 양자점층을 수십 층을 쌓으면 증가하지만 활성층에 결함을 생성시킨다. 생성된 결함은 운반자트랩으로 작용하여 태양전지의 광전변환효율을 감소시킨다. 본 실험에서는 양자점이 적용된 태양전지와 적용되지 않은 태양전지의 광전변환 효율을 비교하고, 깊은준위 과도용량 분광법을 이용하여 결함상태를 측정 및 비교함으로써, 활성층 내부에 생성된 결함이 광전변환 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 소자구조는 분자선 증착 방법을 이용하여, 먼저 n+-형 GaAs기판위에 n+-형 GaAs를 250 nm 증착한 후, 도핑이 되지 않은 GaAs활성층을 $1{\mu}m$ 두께로 증착하였다. 마지막으로 n+ 와 p+-형 GaAs를 각각 50, 750 nm 증착함으로써 p-i-n구조를형성하였다. 여기서, n+-형 GaAs 과 p+-형 GaAs의 도핑농도는 동일하게 $5{\times}1018cm-3$로 하였다. 또한 양자점을 태양전지 활성층에 20층을 형성하였다. 이때 p-i-n 태양전지 와 양자점 태양전지의 광전변환 효율은 각각 5.54, 4.22 % 를 나타내었다. p-i-n 태양전지의 개방 전압과 단락전류는 847 mV, 8,81 mA이며 양자점 태양전지는 847 mV, 6.62mA로 확인되었다. 태양전지의 전기적 특성을 측정하기 위해 소자구조 위에 Au(300nm)/Pt(30nm)/Ti(30nm)의 전극을 전자빔증착장치로 증착하였으며, 메사에칭으로 직경 $300{\mu}m$의 태양전지 구조를 제작하였다. 정전용량-전압 특성 및 깊은준위 과도용량 분광법을 이용하여 태양전지의 결함분석 및 이에 따른 광전변환 특성인자와의 상관관계를 논의할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.225.1-225.1
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• 2013

지난 수년간 태양전지의 광전변환 효율을 높이기 위해 자가 조립된 InAs 또는 GaSb 와 같은 양자점을 GaAs 단일 p-n 접합에 적용하는 연구를 개발해 왔다. 그러나 양자점의 흡수 단면적에 의한 광흡수도는 양자점층을 수십 층을 쌓으면 증가하지만 활성층에 결함을 생성시킨다. 생성된 결함은 운반자 트랩으로 작용하여 태양전지의 광전변환 효율을 감소시킨다. 본 실험에서는 양자점이 적용된 태양전지와 적용되지 않은 태양전지의 광전변환 효율을 비교하고, 깊은준위 과도용량 분광법을 이용하여 결함상태를 측정하고 및 비교함으로써, 활성층 내부에 생성된 결함이 광전변환 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 소자구조는 분자선 증착 방법을 이용하여, 먼저 n-형 GaAs 기판위에 n-형 GaAs를 300 nm 증착한 후, 도핑이 되지 않은 GaAs 활성층을 3.5 ${\mu}m$ 두께로 증착하였다. 마지막으로 p-형 GaAs를 830 nm 증착함으로써 p-i-n구조를 형성하였다. 여기서, n-형 GaAs 과 p-형 GaAs의 도핑농도는 동일하게 $5{\times}1018\;cm^{-3}$ 로 하였다. 또한 양자점 및 델타도핑 층을 각각 태양전지에 적용하기 위해 활성층내에 양자점 20층 및 델타도핑 20층을 각각 형성하였다. 이때, 양자점 태양전지, 델타도핑 태양전지와 양자점이 없는 태양전지의 광전변환 효율은 각각 4.24, 4.97, 3.52%로 나타났다. 태양전지의 전기적 특성을 측정하기 위해 소자구조 위에 Au(300nm)/Pt(30nm)/Ti(30nm)의 전극을 전자빔 증착장치로 증착하였으며, 메사에칭으로 직경 300 ${\mu}m$의 p-i-n 접합 다이오드 구조를 제작하였다. 정전용량-전압 특성 및 깊은준위 과도용량 분광법을 이용하여 태양전지의 결함분석 및 이에 따른 광전변환 효율의 상관관계를 논의할 것이다.