• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.197.1-197.1
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• 2015

현재 화합물 반도체 나노구조는 적외선 검출기, 레이저, 발광 다이오드, 단전자 트랜지스터, 태양전지 등과 같은 고효율 광전자 소자에서의 응용을 위해 활발한 연구가 진행 되고 있다. 특히 양자점은 3차원으로 구속되어 있는 상태 밀도를 갖고 있어 레이저 응용 시 낮은 문턱 전류 밀도, 높은 이득, 높은 열적 안정성을 기대되고 있다. 하지만 양자점의 크기가 불규칙적이고 운반자 수집의 한계로 인하여 기대 이하의 온도 안정성을 갖고 있어 이를 극복하기 위해 양자점의 크기와 운반자 수집을 제어하기 위해 다양한 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(Atomic Layer Epitaxy; ALE)으로 크기가 다른 CdTe/ZnTe 이중 양자점을 ZnTe 장벽층의 두께에 변화하면서 성장 후 광학적 특성을 연구하였다. 저온 광루미네센스 측정(Photoluminescence; PL) 측정 결과 장벽층 두께가 작아질수록 작은 양자점의 광 루미네센스의 세기가 감소하면서 큰 양자점의 세기가 증가하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 장벽층 두께가 작아질수록 작은 양자점의 운반자들이 큰 양자점으로 이동되는 양이 많아지기 때문이다. 또한 장벽층 두께가 작아질수록 큰 양자점의 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)이 단층 양자점의 반치폭 보다 감소하는 것을 관찰 할 수 있었는데 이는 작은 양자점과 결합된 큰 양자점이 작은 양자점의 strain을 받아 크기의 균일함이 증가했기 때문이다. 이와 같은 결과 두 양자점이 결합된 이중 양자점 구조가 단층 양자점의 한계인 운반자 수집과 크기의 균일함을 향상할 수 있는 좋은 구조임을 제시하고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.439-439
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• 2012

ZnO 나노로드는 큰 밴드갭 에너지(~3.37 eV)와 60 meV의 높은 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy)를 갖고 있으며, 우수한 전기적, 광학적 특성을 지닌 1차원 나노구조의 금속산화물로서 태양전지 및 광전소자 널리 응용되고 있다. 이러한 ZnO 나노로드를 성장하는 방법 중에 전기화학증착법(electrochemical deposition method)은 전도성 물질위에 증착된 시드층(seed layer)을 성장용액에 담그어 전압을 인가하여 만들기 때문에 기존의 수열합성법(hydrothermal method), 졸-겔 법(sol-gel method)보다 비교적 간단한 공정과정으로 저온에서 빠르게 물질을 성장시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 디스플레이 산업에서 ITO (indium tin oxide)는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)로써 가시광 파장영역에서 높은 투과율과 전도성을 가지며, 액정디스플레이, LED (Light emitting diode), 태양전지 등의 다양한 소자에 투명전극 재료로 쓰이고 있다. 또한 최근 ITO를 유연한 PET (polyethylene terephthalate) 기판 위에 증착은 얇고, 가볍고, 휘어지기 쉬워 휴대하기 편하기 때문에 차세대 광전자소자 응용에 가능성이 크다. 본 연구에서는 ZnO 나노로드를 ITO/PET 기판위에 전기화학증착법으로 성장하여, 구조적 및 광학적 특성을 분석하였다. 시드층을 형성하기 위해 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 ~20 nm 두께의 ZnO 박막을 증착시킨 후, zinc nitrate와 hexamethylenetetramine이 포함된 수용액에 시료를 담그어 전압을 인가하였다. 용액의 농도와 인가전압을 조절하여 여러 가지 성장조건에 대한 ZnO 나노로드의 구조적, 광학적 특성을 비교하였다. 성장된 시료의 형태와 결정성을 조사하기 위해, field-emission scanning electron microscope (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD)을 사용하였으며, UV-vis-NIS spectrophotometer, photoluminescence (PL) 측정장비를 사용하여 광학적 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.604-604
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• 2013

차세대 반도체 분야인 스핀트로닉스 소자의 필수적인 물질인 강자성-반도체 하이브리드 물질인 Dilute magnetic semiconductor (DMS)에 관한 연구가 최근 많은 관심을 가지고 있다. 그중에서 넓은 에너지 밴드 갭 에너지(3.37 eV)를 가지고 있고 상온에서 엑시톤 결합 에너지가 ~60 mV로 광전자 소자, 전계 디스플레이 에 응용이 가능한 물질인 ZnO는 최근에 전이금속을 도핑하여 상온에서 강자성 특성을 나타내어 활발한 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 이 물질에 대한 특성과 자성의 원인 규명에 관한 연구는 논란이 되고 있다. 본 연구에서는 Mn이 도핑된 ZnO 나노 입자를 만들고, Mn 물질의 도핑 농도에 따른 ZnO 나노 입자의 구조, 크기 및 자기 구조를 측정하여 구조와 자성의 상관관계에 관한 연구하였다. ZnxMn1-xO 나노 입자는 화학적 졸-겔(sol-gel) 방법을 이용하여 준비하였다. ZnxMn1-xO 나노 입자의 크기 및 격자 구조적 특징은 XRD (X-ray diffraction)와 TEM (Transmission Electron Microscope), SEM (Scanning Electron Microscope), SANS (Small Angle Neutron Scattering)를 이용하여 측정하였고 물질의 자기적 특징은 SQUID를 이용하여 조사하였다. Mn 도핑이 증가함에 따라 격자간격이 커지고 나노 입자의 크기는 감소하였으며, Zn와 Mn의 성장 시, 비율이 9:1의 경우에 상온에서 강자성 특성이 나타남을 보았다. 그 이상의 Mn 도핑 비율에서는 상자성 특성이 나타남을 보았다. 본 연구를 통하여 스핀트로닉스 소자 응용을 위한 ZnO 나노 입자에 최적의 Mn 도핑 농도를 제시하고 나노 입자의 자기 특성 형성의 원인 및 모델을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.423-423
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• 2012

ZnO, SnO2, In2O3:Sn와 같은 투명하고 전도성이 있는 박막은 panel display, 전자발광소자, 박막트랜지스터, 태양전지 등의 전극물질로서 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 전극 물질을 이용하는 광전자소자의 성능을 개선하기 위해서는 가시광선영역에서 광투과율이 높고, 전기전도도가 좋아야 한다. 최근 ZnO, SnO2, In2O3, MgO, Ga2O3 등으로 이루어진 3원 또는 다원화합물로 제조된 산화물 박막이 새로운 투명한 전도성 박막으로 많은 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 Ga2O3 박막을 radio-frequency magnetron sputtering 방법을 이용하여 증착하였다. 기존에 사용되던 ceramic target을 개선하여 powder target을 사용하였다. 반응가스는 순수하게 Ar 가스만 사용하였고, Sapphire(0001) 기판을 사용하였다. 초기에는 flat한 layered 구조로 증착이 이루어졌으나, 증착시간이 20분이 지나면서부터는 밤송이 모양을 가지는 나노구조체가 생성되기 시작하였고, 이후 나노 밤송이의 밀도가 점차 증가하였다. Ga2O3 나노 밤송이의 특성에 대하여 발표할 예정이다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.50.2-50.2
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• 2009

사파이어는 질화물계 광전자소자 제작 시 박막 성장 기판으로 주로 사용되어 최근 그 중요성이 부각되고 있다. 특히 미세 패턴이 형성된 사파이어 기판을 이용하여 질화물계 발광다이오드 소자를 제작하면 빛의 난반사가 증가하여 광추출효율에 큰 개선이 나타난다. 또한 사파이어는 화학적 안정성이 뛰어나고, 높은 강도를 지녀 나노임프린트 등 여러 가지 패터닝 공정에서 패턴 형성 몰드로도 응용될 수 있다. 그러나 이와 같은 사파이어의 화학적 안정성으로 인하여 sub-micron 크기의 미세 패턴을 형성하기 힘들며, 현재 사파이어의 패턴은 micron 크기로 제한되어 사용되고 있다. 본 연구에서는 나노임프린트 리소그라피(NIL)를 사용하여 사파이어 웨이퍼의 c-plane위에 sub-micron 크기의 hole 패턴 및 pillar 패턴을 형성하였다. 우선 Hole 패턴을 형성하기 위해 사파이어 기판 위에 금속 hard mask 패턴을 UV 임프린트 공정과 etch 공정을 통해 형성하였다. 그리고 이 금속 패턴을 mask로 사파이어를 ICP 식각을 하여 hole 패턴을 형성하였다. 또한 Pillar 패턴을 형성하기 위해 lift-off 공정을 이용하여 금속 마스크 패턴을 형성하였고 이를 ICP 식각을 통해 사파이어 기판 위에 pillar 패턴을 형성하였다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.41 no.3
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• pp.15-30
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• 2004

In this paper, an analytical modeling for the dark and photo-current characteristics of a buried-gate short- channel GaAs MESFET is presented. The presented model shows that the increase of drain current under illumination is largely due to not the increase of photo-conductivity in the neutral region but the narrowing effect of the depletion layer width. The carrier density profile within the neutral region is derived from solving the carrier continuity equation one-dimensionally. In deriving the photo-generated current, we assume that the photo-current is compensated with the thermionic emission current at the gate-channel interface. Moreover, the two-dimensional Poisson's equation is solved by taking into account the drain-induced longitudinal field effect. In conclusion, the proposed model seems to provide a reasonable explanation for the dark and photo current characteristics in a unified manner.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.337.2-337.2
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• 2016

역 구조 유기태양전지는 가격이 저렴하고 우수한 경량성, 간단한 제조공정 그리고 휘어짐이 가능한 소자를 제작할 수 있는 것이 큰 장점이다. 또한, 광활성층과 전극 사이에 표면개질 물질을 도입하여 에너지장벽을 줄임으로써 소자 전반적인 전하수송을 증가시킬 수 있게 되었다. 나아가 용액공정과 저온 공정을 통해 유기 광전자소자의 roll-to-roll 대면적화 기술을 기반으로 가격대비 성능을 개선시켰다. 본 연구에서는 CdSe 또는 CdSe@ZnS 양자점을 표면개질 유기물질인 polyethylenimine ethoxylated (PEIE)에 정전기적 인력의 결합을 통한 양자점 단일층을 얻었고 이는 전기수송층, 광흡수층 그리고 표면플라즈몬 공명(Surface plasmon resornace)의 역할을 수행하게 되면서 태양전지 전반적인 성능 향상을 관찰 할 수 있었고 양자점 단일층으로 인해 20%가 증가된 에너지변환효율 얻었다. 또한 단일층으로 형성된 CdSe 또는 CdSe@ZnS 양자점 은 $F{\ddot{o}}rster$ resonance energy transfer (FRET) 메커니즘을 통해 PC60BM과 P3HT의 Photo luminescence 세기를 99% 감쇄시켰고, CdSe 양자점을 유기 광활성층인 PTB7:PC71BM에 적용하여 8.1%의 수치를 나타내었다.

• Journal of Industrial Convergence
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• v.20 no.12
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• pp.79-85
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• 2022

Recently, a smartphone manufactured on a flexible substrate has been released as an electronic device, and research on a stretchable electronic device is in progress. In this paper, a silicon-based stretchable material is made and used as a substrate to implement and evaluate an optical sensor device using oxide semiconductor. To this end, a substrate that stretches well at room temperature was made using a silicone-based solution rubber, and the elongation of 350% of the material was confirmed, and optical properties such as reflectivity, transmittance, and absorbance were measured. Next, since the surface of these materials is hydrophobic, oxygen-based plasma surface treatment was performed to clean the surface and change the surface to hydrophilicity. After depositing an AZO-based oxide film with vacuum equipment, an Ag electrode was formed using a cotton swab or a metal mast to complete the photosensor. The optoelectronic device analyzed the change in current according to the voltage when light was irradiated and when it was not, and the photocurrent caused by light was observed. In addition, the effect of the optical sensor according to the folding was additionally tested using a bending machine. In the future, we plan to intensively study folding (bending) and stretching optical devices by forming stretchable semiconductor materials and electrodes on stretchable substrates.

• Polymer(Korea)
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• v.39 no.1
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• pp.71-77
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• 2015

We synthesized a low band gap alternating copolymer containing electron-rich units (i.e. dithienosiloles and benzodithiophenes) and electron-deficient units (i.e. difluorobenzothiadiazoles) for high performance organic solar cells. The polymer was prepared by the Stille coupling reaction and characterized using $^1H$ NMR, GPC, TGA, UV-visible absorption spectroscopy, and cyclic voltammetry. Solar cells were fabricated in a structure of ITO/PEDOT:PSS/polymer: $PC_{70}BM/Al$ with five different blending ratios of polymer and $PC_{70}BM$ (1:1.5, 1:2, 1:3, 1:3.5 and 1:4 by weight ratio). The best efficiency was achieved from the 1:3 ratio of polymer and $PC_{70}BM$ in the photoactive layer, and TEM revealed that there is an optimal nanoscale phase separation between polymer and $PC_{70}BM$ in the 1:3 ratio blend film.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.24 no.5
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• pp.537-543
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• 2013

In this study, the push-pull structure polymer for organic photo voHaics (OPVs) was synthesized and characterized. The poly{4,8-didodecyloxybenzo[1,2-b;3,4-b]dithiophene-alt-5,6-bis(octyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]-thiadiazole} (PDBDT-TBTD) was synthesized by Stille coupling reaction using the benzothiadiazole (BTD) derivative as an electron acceptor and benzodithiophene (BDT) derivative as an electron donor. The structure of monomers and polymers was identified by $^1H-NMR$ and GC-MS. The optical, physical and electrochemical properties of the conjugated polymer were identified by GPC, TGA, UV-Vis and cyclic voltammetry. The number average molecular weight ($M_n$) and initial decomposition temperature (5% weight loss temperature, $T_d$) of PDBDT-TBTD were 6200 and $323^{\circ}C$, respectively. The absorption maxima on the film was about 599 nm and the optical band gap was about 1.70 eV. The structure of device was ITO/PEDOT : PSS/PDBDT-TBTD : $PC_{71}BM/BaF_2/Ba/Al$. PDBDT-TBTD and $PC_{71}BM$ were blended with the weight ratio of 1:2 which were then used as an optical active layer. The power conversion efficiency (PCE) of fabricated device was measured by solar simulator and the best PCE was 2.1%.