• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.104.1-104.1
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• 2011

가볍고, 유연성(flexibility)을 갖는 박막(thin film)형 플랙서블 태양전지(flexible solar cell)는 상황에 따른 형태의 변형이 가능하여, 휴대가 간편하고, 기존 혹은 신규 구조물의 지붕(rooftop)등에 설치가 용이하여, 차세대 성장 동력 분야에서 각광받고 있다. 그러나 아직까지 플랙서블 태양전지는 제작시 열에 의한 기판의 변형, 기판 이송시 너울 현상, 대면적 패터닝(patterning) 기술 등 많은 어려움 등으로 웨이퍼나 글라스 기판에 제조된 태양전지 대비 낮은 광전환 효율을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 플랙서플 태양전지 성능개선을 위해 3.5세대급 ($450{\times}450cm^2$) 스퍼터(sputter), 금속유기 화학기상장치 (MOCVD), 플라즈마 화학기상장치 (PECVD), 레이저 가공장치 (Laser scriber)를 이용하여 a-Si:H/a-SiGe:H 이중접합(tandem)을 갖는 태양전지를 제작하였고, 광 변환효율 특성을 평가하였다. 전도도(conductivity), 라만(Raman)분광 및 UV/Visible 분광 분석을 통하여 박막의 전기적, 구조적, 광학적 물성을 평가하여 단위박막의 물성을 최적화 했다. 또한 제작된 태양전지는 쏠라 시뮬레이터 (Solar Simulator)를 이용하여 성능 평가를 수행하였고, 상/하부층의 전류 정합 (current matching)을 위해 외부양자효율 (external quantum efficiency) 분석을 수행하였다. 제작된 이중접합 접이식 태양전지로 소면적($0.25cm^2$)에서 8.7%, 대면적($360cm^2$ 이상) 8.0% 이상의 효율을 확보하였으며, 성능 개선을 위해 대면적 패턴 기술 향상 및 공정 기술 개선을 수행 중이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.338-338
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• 2012

사파이어 ($Al_2O_3$)는 높은 밴드갭 에너지 (~19.5 eV)를 가진 물질로서 우수한 내마모성, 강도, 전기 절연성 및 안정한 화학적 특성을 갖고 발광다이오드 기판, 보석재료 등 각종 산업 및 기술적 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 플립칩 발광다이오드 구조의 경우 광추출효율을 향상시키기 위해 높은 투과도를 갖는 사파이어 기판이 요구되어 왔으며, 지금까지 건식/습식식각방법을 이용한 사파이어 표면에 마이크로 크기의 심한 거칠기 또는 요철이 형성된 나노크기의 격자구조를 형성시키는 연구가 진행되어 오고 있다. 그 중, 나노 크기의 격자구조는 공기에서 반도체 기판까지 선형적인 유효굴절률 분포를 갖기 때문에 표면에서 생기는 Fresnel 반사 손실을 줄일 수 있다. 이러한 구조를 형성하기 위해서는 식각 마스크가 필요한데, 형성 방법으로 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피 등이 있으나, 비싼 가격과 복잡한 공정 절차 등의 단점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 식각 마스크 패턴을 위해, 보다 저렴하고 간단한 실리카 나노구 및 열적응집 금 나노 입자를 이용하였다. 양면 폴리싱 c-plane 사파이어 기판을 사용하였고, 단일 층의 주기적인 실리카 나노구를 기판 표면에 스핀코팅에 의해 도포한 후 유도결합플라즈마 식각 장비를 이용하여 식각하여 주기적인 패턴을 갖는 렌즈모양의 격자구조를 형성하였다. 그리고 주기적으로 형성된 격자 위에 열 증착기를 이용하여 금 박막을 증착한 후 급속열적어닐닝(rapid thermal annealing)을 이용하여 열처리함으로써 비주기적인 금 나노입자를 형성시켰다. 형성된 금 나노패턴을 이용하여 동일한 조건으로 식각함으로써 광대역 및 전방향성 높은 투과도를 갖는 원뿔 모양의 사파이어 나노구조를 제작하였다. 제작된 샘플의 패턴 및 식각 형상은 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, UV-vis-NIR 분광광도계 (spectrophotometer)를 사용하여 투과율을 측정하였다. 렌즈 모양 표면 위에 원뿔모양의 나노구조를 갖는 사파이어 기판은 일반적인 사파이어 기판보다 향상된 투과율 특성을 보였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.11a
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• pp.49.2-49.2
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• 2009

투명전극은 디스플레이, 태양전지와 같은 광전자 소자에 필수적이며, 지금까지 개발된 재료 중에는 ITO가 가장 투명하면서 전기전도도가 높고 생산성도 좋기 때문에 투명전극의 재료로 사용하고 있다. ITO는 낮은 비저항(${\sim}10^{-4}{\Omega}cm$) 과 높은 투과율 (~85 %), 상대적으로 넓은 밴드갭 에너지 (3.5 eV) 의특성과 같이 뛰어난 전기적 광학적 특성에 반해서 높은 원자재 가격, 불안정한 공급량 등으로 인한 문제점이꾸준히 제기되고 있다. 따라서 $In_2O_3$:Sn, ZnO:Al, ZnO:Ga, ZnO:F, ZnO:B, TiN 등과 같은 물질들로대체하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. ZnO는 ITO보다원자재의 수급이 원활하기 때문에 원가가 낮으며, 상대적으로 낮은 온도에서도 제작이 가능하다. 또한 화학적으로 안정적이므로 ZnO에 Al, Ga 등의 3족 원소를 도핑함으로써 낮은 비저항의 박막 제작이 가능하고, ITO 박막과 비교하여 etching이 쉬우며 기판과의 접착성이 좋으며, sputtering 공정시 plasma 분위기에서의 안정성이 뛰어나고 박막증착율이 높기 때문에 투명전극으로 적합한 재료이다. 본 연구에서는 cylindrical type의 Aldoping된 ZnO single target을 사용하여 박막 증착 압력의 변화를 주어 유리기판 위에 DC sputtering을 하였다. Fieldemission scanning electron microscope (FESEM)을 통해 ZnO:Al 박막의 표면의 형상과 두께를 확인하였으며, X-ray diffraction (XRD) 분석을 통해 박막의 결정학적 특성을 관찰하였다. 투명전극용 물질로서 ZnO:Al 박막의 적합성 여부를 확인하기 위하여 Van der Pauw 방법을 이용하여 박막의 비저항, 전자 이동도, 캐리어 농도를 측정하였으며, 박막의 기계적 성질 및 표면 접착성을 확인하기 위하여 nano-indentaion 분석을 하였다. 또한 UV-vis spectrophotometer를 이용하여 ZnO:Al 박막의 투과율을 분석하여 투명전극으로의 응용 가능성을 확인하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.10 no.1
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• pp.104-111
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• 2001

B-doped hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:H) thin films were prepared by plasma-enhanced chemical-vapor deposition in a gas mixture of $SiH_4, CH_4,\;and\; B_2H_6$. Physical and chemical properties of a-SiC:H films grown with varing the ratio of $B_2H_6/(SiH_4+CH_4)$ were characterized with various analysis methods including scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometry (XRD), Raman spectroscopy, Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, secondary ion mass spectroscopy (SIMS), UV absorption CH_4spectroscopy and electrical conductivity measurements. With the B-doping concentration, the doping efficiency and the micro-crystallinity were decreased and the film became amorphous when $B_2H_6/(SiH_4{plus}CH_4)$ was over $5{\times}10^{-3}$. The addition of $B_2H_6$ gas during deposition decreased the H content in the film by lowering the quantity of Si-C-H bonds. Consequently, the optical band gap and the activation energy of a-SiC:H films were decreased with increasing the B-doping level.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.61.2-61.2
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• 2011

넓은 밴드갭을 가지고 있어 가시광에서 투명하며 높은 이동도를 가진 산화물 반도체는 기존의 Si 기반 TFT 소자를 대체할 차세대 디스플레이의 핵심 소재기술로 관심이 높아지고 있다. 그러나 대표적인 산화물 반도체인 In-Ga-Zn-O (IGZO)에 포함된 인듐의 수요 증가에 따른 가격 급등 문제로 이를 대체할 수 있는 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 이에 비교적 저가의 물질로 구성된 Zn-Sn-O계 산화물 소재에 대한 연구가 진행된 바 있으나, 높은 수준의 캐리어 농도를 가지고 있어 TFT 채널용 반도체소재로 적용되기 위해서는 이를 $10^{17}\;cm^{-3}$ 이하로 조절할 수 있는 기술개발이 요구된다. 본 연구는 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착된 Ga-Zn-Sn-O (GZTO) 박막의 갈륨 첨가에 따른 특성변화를 조사하였다. GZO ($Ga_2O_3$ 5wt%)와 $SnO_2$ 타켓의 인가 파워를 고정한 상태에서 $Ga_2O_3$ 타켓의 인가 파워를 0~100W로 조절하여 박막 내 Ga 함량을 증가시켰다. 제조된 모든 GZTO 박막은 Ga함량에 관계없이 비정질 구조를 가지며 가시광 영역에서 약 78%의 우수한 투과율을 나타낸다. Ga 함량에 따라 박막의 구조적, 광학적 특성은 크게 변하지 않지만 전기적 특성은 뚜렷한 변화를 나타냈다. $Ga_2O_3$ 파워가 증가할수록 박막 내 캐리어 농도와 이동도의 감소로 비저항이 크게 증가하는데 특히 캐리어 농도는 $Ga_2O_3$ 파워가 0에서 100W로 증가할 때 $2{\times}10^{18}$에서 $8{\times}10^{14}\;cm^{-3}$으로 감소하였다. 이는 Ga-O의 화학적 결합 에너지가 다른 원소들(Zn 또는 In)에 비해 커서 박막 내 산소공공의 감소가 야기되었기 때문이다. 이러한 전기물성의 변화를 이해하기 위해 XPS 분석을 수행하였다. 제조된 GZTO 박막은 $Ga_2O_3$ 파워가 증가함에 따라 O 1s peak에서 산소공공과 관련된 530.8 eV peak의 intensity가 감소한다. 따라서 Ga을 첨가에 따른 캐리어 농도의 감소는 산소공공의 발생억제로 기인한 것으로 판단되며, 본 연구결과는 ZTO계 비정질 산화물 반도체의 활용가능성을 제시하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.60.2-60.2
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• 2011

본 연구에서는 Indium-free 및 gallium-free 기반의 산화물 TFT를 제작하기 위해 n-type $TiO_2$ 반도체 기반의 thin film transistor ($Mo/TiO_{2-x}/SiO_2/p+\;+Si$)를 oxygen deficient black $TiO_{2-x}$ 타겟을 이용하여 DC magnetron sputtering 공법으로 제작하고 그 특성을 분석하였다. DC magnetron sputtering 공법으로 성막된 $TiO_{2-x}$ semiconductor의 전기적, 광학적, 화학적 결합 에너지 및 구조적 특성 분석을 위해 semiconductor parameter analyzer (Aglient 4156-C), UV/Vis spectrometer, X-ray Photoelectron Spectroscopy, Transmission Electron Microscopy를 각각 이용하여 분석하였으며 이를 RTA 전/후 특성 비교를 통하여 관찰하였다. $TiO_{2-x}$ TFT의 소자 특성은 RTA 열처리 전/후 전형적인 insulator 특성에서 semiconductor 특성으로 변화되는 것을 관찰할 수 있었으며, 최적화된 열처리 공정에서 filed effect mobility 0.69 $cm^2$/Vs, on to off current ratio $2.04{\times}10^7$, sub-threshold swing 2.45 V/decade와 Vth 10.45 V를 확보할 수 있었다. 또한 RTA 열처리 후 밴드갭이 3.25에서 3.41로 확장되는 특성을 나타내었다. 특히 RTA 열처리 후 stoichiometric $TiO_2$ 상태와는 다른 $Ti^{2+}$, $Ti^{3+}$, $Ti^{4+}$ 등의 다양한 oxidation states가 관찰되었으며 이러한 oxidation states를 $TiO_{2-x}$ 박막에서의 oxygen deficient 상태와 연관시킴으로써 oxygen vacancy의 n-type dopant로의 거동을 확인하였다. $TiO_2$ 채널 기반의 TFT 특성을 통하여서 indium free 또는 gallium free 산화물 채널로써의 가능성을 확인하였다.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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• v.35D no.6
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• pp.46-53
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• 1998

A new method to form the double structured active layers of a-Si/a-SiN$_{x}$ of polycrystalline thin film transistor is proposed and poly-Si TFTs employed double structure active film are fabricated. Nitrogen ions were added to bottom amorphous silicon active film(a-SiN$_{x}$ ) and pure a-Si film deposition on a-SiN$_{x}$ was followed. The XeCl excimer laser was irradiated to crystallize double structure active film. The grain growth of upper a-Si film was also promoted in the double structured active layers of a-Si/a-SiN$_{x}$ due to the mitigation of solidification process of lower a-SiN$_{x}$ layer. Our experimental results show that the ratio of NH$_3$/SiH$_4$ is required to maintain below 0.11 for the reduction of contact resistance of n$^{+}$ poly-SiN$_{x}$ layer.r.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.59-59
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• 2010

ZnO는 II-VI 족 화합물 반도체로써 상온에서 큰 엑시톤 결합에너지 (~60 meV) 를 가지며 밴드갭이 3.37 eV인 직접 천이형 반도체로 잘 알려진 물질이다. 이러한 ZnO의 물리적 특성은 광학소자로 상용화된 GaN와 유사하기 때문에 LED나 LD등의 광 소자 재료로 주목 받고 있다. 또한 ZnO는 3족 원소 (In, Ga, Al)를 도핑 함으로써 전기적 특성 제어가 가능한 장점을 가지고 있다. 본 연구는 펄스레이저 증착법 (Pulsed Laser Deposition)을 이용하여 Si (111) 기판 위에 ZnO:In 박막을 성장 시켰으며, 도핑된 indium 양에 따른 ZnO 박막의 배향성 변화를 관찰 하였다. X-선 회절 분석법 (X-ray diffraction), 탐침형 원자현미경 (Atomic Force Microscope) 그리고 투과전자 현미경 (Transmission Electron Microscope)을 측정하였다. XRD 측정 결과 un-doped ZnO 박막은 (002) 방향으로 c-축 우선성장 하였다. 그러나 ZnO 박막내의 Indium 양이 증가 할수록 (002) 방향에서 (101), (102), (103) 등의 (101) 방향으로 성장이 변화 하였으며 5 at.% 이상에서는 (100) 방향의 성장이 관찰 되었다. TEM 측정 결과 un-doped ZnO 박막은 columnar 구조로 성장 되었으나, Indium 양이 증가할수록 column의 size가 감소하며, 5 at.% 이상에서 columnar 구조 성장이 거의 관찰되지 않는다. AFM 결과에서는 Indium 양이 증가 할수록 박막의 표면거칠기와 결정립 크기가 감소하였다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.7 no.3
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• pp.218-224
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• 1998

2nO and $Al_{2}O_{3}$ powder were weighed in 1 : 1 mole ratio and ball-milled in ethanol for 3 h. Dried mixture were pressed and then sintered at $900^{\circ}C{\sim}1200^{\circ}C$ for 3 h in vacuum($3{\times}10^{-5}$ Torr). According to XRD, remnant ZnO and $Al_{2}O_{3}$ not converted to $ZnAl_{2}O_{4}$ were observed up to $1100^{\circ}C$, which were completely changed to$ZnAl_{2}O_{4}$ ternary compound at $1200^{\circ}C$. Optical bandgap is calculated at 4.75 eV. With increasing sintering temperature, PL spectrums shifted to shorter wavelengths and are appeared 430nm at $1200^{\circ}C$.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.41 no.1
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• pp.57-61
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• 2004

Zinc Oxide (ZnO) have the crystal structure of wurtzite which is semiconducting oxide with band gap energy of 3.3eV. $In_2O_3$-doped ZnO films were fabricated by electron beam evaporation at $400^{\circ}C$ and their characteristics were investigated. The content of $In_2O_3$ in ZnO films had a marked effect on the electrical properties of the films. As $In_2O_3$ content decreased. $In_2O_3$-doped ZnO films was converted amorphous into crystallized films and showed a better characteristics generally as a transparent conducting oxide. As $In_2O_3$-doped ZnO films were prepared by $In_2O_3$-doped ZnO pellet with 0.2at% of $In_2O_3$ content, the value of resistivity was about $6.0 {\times} 10^{-3} {\Omega}cm$. The transmittance was higher than 85% throughout the visible range.