• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.70-70
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• 2003

금속용액을 이용하여 측면고상결정화 시킨 다결정 실리콘 박막내의 고각입계를 줄이기 위해 서 고온열처리를 실시하였다. SEM과 TEM을 이용하여 다결정 실리콘내의 바늘모양의 결정립의 폭의 증가를 관찰하였고, 결정 립내의 결함이 감소를 관찰하였다. 그리고 결정화된 다결정 실리콘의 표면 거칠기를 AFM이용하여 퍼니스에서 53$0^{\circ}C$에서 25시간 동안 결정화 시킨 시편과 이후 80$0^{\circ}C$에서 40분간 추가 고온 열처리시킨 시편을 비교한 결과 6.09$\AA$에서 4.22$\AA$으로 개선되었음을 확인할 수 있었다. 박막내의 금속에 의한 오염을 줄이기 위해 금속의 농도를 줄인 금속용액을 결정화에 사용하였다. 이때 저농도 금속용액을 사용하여 측면결정화시킨 다결정 실리콘 박막내의 소각입계를 이루는 결정립군의 크기가 고농도 금속용액을 이용하여 측면결정화시킨 경우보다 증가함을 확인 할 수 있었다. 박막트랜지스터를 제작하여 트랜지스터의 전기적특성을 살펴보았다. 전계이동도가 80$0^{\circ}C$ 고온 열처리에 의해서 53$\textrm{cm}^2$/Vsec 에서 95$\textrm{cm}^2$/Vsec 로 상승하였는데 이는 고온열처리에 의해서 측면결정화된 다결정 실리콘내의 트랩 밀도가 2.2$\times$$10^{12}$/$\textrm{cm}^2$ 에서 1.3$\times$$10^{12}$$\textrm{cm}^2$로 감소하였기 때문이다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.4
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• pp.391-398
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• 2010

In this paper, we propose a sensor design by using a polysilicon strain gauge bonded to a metal diaphragm. The fabrication process of the thin polysilicon strain gauges having thicknesses of $50\;{\mu}m$ was established using conventional MEMS technologies; further, the technique of glass frit bonding of the polysilicon strain gauge to the stainless steel diaphragm was established. Performance of the polysilicon strain gauge bonded to the metal cantilever beam was evaluated. The gauge factor, temperature coefficient of resistance (TCR), nonlinearity, and hysteresis of the polysilicon strain gauge were measured. The results demonstrate that the resistance increases linearly with tensile stress, while it decreases with compressive stress. The value of the gauge factor, which represents the sensitivity of strain gauges, is 34.0; this value is about 7.15 times higher than the gauge factor of a metal-foil strain gauge. The resistance of the polysilicon strain gauge decreases linearly with an increase in the temperature, and TCR is $-328\;ppm/^{\circ}C$. Further, nonlinearity and hysteresis are 0.21 % FS and 0.17 % FS, respectively.

• Resources Recycling
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• v.20 no.1
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• pp.61-68
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• 2011

Impurity removal from metallurgical grade silicon by acid washing at $50^{\circ}C$ was investigated by employing sulfuric, nitric acid and the mixture of hydrochloric and hydrofluoric acid. Acid washing treatment had no effect on the removal of boron and the concentration of this clement after treatment was rather increased. In our experimental range, the removal percentage of phosphorus was 60%. In the acid washing with sulfuric and nitric acid, the removal percentage of major impurities was below 50%, which indicates that refining effect was not great with these acids. Acid washing with the mixture of hydrochloric and hydrofluoric acid led to removal percentage of higher than 90%. Data on the purity of silicon after acid washing at various conditions are reported.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.48-48
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• 2011

2010년 약 19.5 GWp 의 규모로 성장한 태양광 시장의 주요 소재는 실리콘을 이용한 태양전지이며, 고성능 및 고효율 태양전지 시장이 급성장 하였다. 이러한 고품질 태양전지에 사용되는 주요 원료인 9N 급 폴리실리콘은 2008년 4월 $265/kg 까지 상승하였으나, 점차 하향안정세에 있으며, 급속한 가격 경쟁을 통해 당분간 장기공급가가 50$/kg 이하로 하락할 것으로 전망된다. 이러한 실리콘 제조기술 중 가장 많이 사용되는 기술은 Trichloro-silane (TCS) 또는 Mono-silane (MS)를 사용하는 기상법인 일명 Siemens 공정이다. 이러한 기상법의 경우 12N 이상의 초고품질 실리콘 제조가 가능하나, 대규모의 설비투자(1억원/폴리실리콘 1톤)와 높은 에너지(120 kWh/kg)가 요구된다. 이에 최근 기상법이 아닌 야금학적인 정련법에 대한 기술이 개발되고 있으며, 이는 금속 실리콘을 슬래그 처리, 편석 분리, 응고 급랭, 전자빔, 플라즈마 등을 이용하여 정련하는 공정을 말한다. 야금학적 정련법은 순도 면에서 기상법에 비하여 낮은 단점이 있음에도 불구하고, 여러 장점들로 인해 활발히 연구되며 점차 실용화 되고 있는 매우 유용한 기술이다. 야금학적 정련법의 주요 장점은 기상법에 비해 약 25% 정도의 설비 투자비로 가능하고, 금속 실리콘을 직접 사용하며, 에너지 payback이 짧다. 또한, 산 및 염화실렌을 사용하지 않으므로 환경 문제를 적게 야기하고, 생산설비의 확장성도 매우 높다. 본 연구에서는 국내 규석광을 이용하여 일련의 정련 공정을 거쳐 고순도SG(Solar Grade)급 실리콘을 제조하고자 하였다. 실리콘 용융 환원로를 개발하고 순도를 높이기 위해 슬래그정련법을 이용하였으며, 생산된 3N 급의 금속 실리콘을 비기상법정련 방식인 일방향 응고와 플라즈마 정련 및 전자기유도 용해법을 이용하여 고순도의 실리콘을 제조하였다. 본 연구에서는 상업생산을 개시한 외국의 E사와 비교하여 산침출공정을 거치지 않으므로 실리콘회수율 및 환경부하 절감의 장점을 갖고 있으며 최종 순도 실리콘 6N 이상, 보론 함유량 0.2 ppm 이하를 달성하였으며, 기존 기상법 대비 약 20%의 전력 감소와 약 13%의 금속실리콘 원료 절감 효과가 있었다. 저가/고순도 SG급실리콘의 제조기술 개발은 향후 세계 태양광 시장에 대한 경쟁력을 확보하고, 시장 점유율 상승에 기여할 수 있으며, 산업 확대를 통한 주변 산업으로의 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.7
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• pp.661-670
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• 1996

리모트 수소 플라즈마를 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면 위에 있는 금속불순물의 제거 및 제거기구에 관하여 조사하였다. 실리콘의 표면과 내부분석을 위하여 TXRF(total reflection x-ray fluorescence)와 SPV(surface photovoltage), AFM(atomic force microscope)을 사용하였다. TXRF 분석결과 리모트 수소 플라즈마가 금속오염물질 제거에 상당한 효과가 있는 것으로 나타났다. TXRF분석결과 리모트 수소 플라즈마가 금속오염물질 제거에 상당한 효과가 있는 것으로 나타났다. 리모트 수소플라트마 처리 후 금속오염은 금속원소의 종류에 따라 1010atoms/$\textrm{cm}^2$-1011atoms/$\textrm{cm}^2$수준이었다. SPV분석결과를 보면 수소 플라즈마 처리에 의해 minority carrier 수명이 전반적으로 증가하였다. AFM 분석을 통하여 수소 플라즈마 처리가 표면 손상을 일으키지 않으며 표면의 거칠기에 나쁜 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 또한 본 실험에서 나타난 결과들을 종합해 볼 때 금속오염물의 제거기구는 자연산화막 혹은 수소로 passivate된 실리콘 웨이퍼 표면을 수소 플라즈마에서 발생된 수소원자가 실리콘표면을 약하게 에칭할 때 떨어져 나가는 'lift-off'가 유력한 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.11
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• pp.1127-1135
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• 1996

반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 단위공정의 수가 증가하게 되었고 동시에 실리콘 기판의 오염에 대한 문제가 증가하였다. 실리콘 기판의 주 오염물로는 유기물, 파티클, 금속분순물 등이 있으며 특히, Cu와 Fe과 같은 금속불순물은 이온주입 공정, reactive ion etching, photoresist ashing과 같은 실 공정 중에 1011-1013atoms/㎤정도로 오염이 되고 있다. 그러나 금속불순물 중 Cu와 같은 전기음성도가 실리콘 보다 큰 오염물질은 일반적인 습석세정방법으로는 제거하기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 Cu와 Fe과 같은 금속불순물을 제거할 목적을 건식과 습식 세정방법을 혼합한 UV/ozone과 HF세정을 제안하여 실시하였다. CuCI2와 FeCI2 표준용액으로 실리콘 기판을 인위적 오염한 후 split 1(HF-only), split 2 (UV/ozone+HF), split 3 (UV/ozone + HF 2번 반복), split 4(UV/ozone-HF 3번 반복)를 실시하였고 TXRF(Total Reflection X-Ray Fluorescence)와 AFM(Atomic Force Microscope)으로 금속불순물 제거량과 표면거칠기를 각각 측정하였다. 또한 contact angle 측정으로 세정에 따른 표면상태도 측정하였다. TXRF 측정결과 split 4가 가장 적은 양의 금속불순물 잔류량을 보였으며 AFM 분석을 통한 표면거칠기도 가장 작은 RMS 값을 나타내었다. Contact angle 측정 결과 UV/ozone 처리는 친수성 표면을 형성하였고 HF처리는 소수성 표면을 형성하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.194-195
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• 2012

박막 실리콘 태양전지에 입사한 빛 중 흡수층인 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si)에 흡수된 빛은 출력으로 변환되나, 기타의 층에서 흡수된 빛은 손실 성분이 된다. 이 중 흡수 손실이 큰 층은 도핑 층(p-a-SiC 및 n-a-Si)들인데, 이 들의 흡수 손실을 측정된 광학함수를 이용해 계산해 보면 Fig. 1과 같이 나타난다. p-a-SiC은 광 입사부에 위치하여 단파장 영역의 흡수 손실을 일으키고, n-a-Si 은 태양전지의 후면에 위치하여 장파장 영역의 흡수손실을 일으킨다. 이러한 도핑층에서의 흡수 손실을 제거 또는 개선하기 위해 도핑층의 재료를 기존 재료보다 광학적 밴드갭이 큰 재료로 대체하여 개선하는 방안에 대해 논하고자 한다. 금속 산화물의 밴드갭은 실리콘 화합물에 비하여 대체로 큰 값을 가지기 때문에 이를 기존의 실리콘 화합물 대신으로 사용한다면 광학적 흡수 손실을 효과적으로 줄일 수 있다. 단, 이때 태양전지의 광 전압을 결정하는 인자가 p층과 n층 사이의 일함수 차이에 해당하므로, p층의 대체층으로 사용 가능한 금속 산화물은 일함수가 큰(＞5 eV) 재료 중에서 선택하는 것이 적합하며, n층의 대체층으로 사용 가능한 금속 산화물은 일함수가 작은(＜ 4.2 eV) 재료 중에서 선택하는 것이 적합하다. Table 1에서 p층과 n층 대체용 금속산화물의 후보들을 정리하였다. 먼저 도핑층에서의 광 흡수가 광손실이 될 수 밖에 없는 물리적 근거에 대해서 논하고, 그 실험적인 증명을 제시한다. 이러한 개념을 바탕으로 도핑층의 내부 전기장의 방향을 제어하여 전자-정공쌍을 분리 수집하는 방법을 실험적으로 구현하였다. 이어서 금속 산화물을 부분적으로 대체하여 흡수 손실을 개선하는 방안을 제시한다. WOx, NiOx, N doped ZnO 등을 적용하여 그 효과를 비교 검토하였다. 끝으로 금속산화믈 대체 또는 쇼트키 접합을 적용하여 도핑층의 광 흡수를 줄이고 효율을 향상하는 방안을 제시한다. 그 사례로서 WOx, MoOx, LiF/Al의 적용결과를 살펴보고 추가 개선방안에 대해 토의할 것이다. 결론적으로 광학적 밴드갭이 큰 재료를 도핑층 대신 사용하여 흡수 손실을 줄이는 것이 가능하다는 것을 알 수 있고, 이 때 일함수 조건이 만족이 되면 광 전압의 손실도 최소화할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다. 현재까지 연구의 한계와 문제점을 정리하고, 추가 연구에 의한 개선 가능성 및 실용화 개발과의 연관관계 등을 제시할 것이다.

• Resources Recycling
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• v.31 no.1
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• pp.3-11
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• 2022

Silicon is the most abundant metal element in the Earth's crust. Metallurgical-grade silicon (MG-Si) is an important metal that has wide industrial applications, such as a deoxidizer in the steelmaking industry, alloying elements in the aluminum industry, the preparation of organosilanes, and the production of electronic-grade silicon, which is used in the electronics industry as well as solar cells. MG-Si is produced industrially by the reduction smelting of silicon dioxide with carbon in the form of coal, coke, or wood chips in electric arc furnaces. MG-Si is purified by chemical treatments, such as the Siemens process. Most single-crystal silicon is produced using the Czochralski method. These smelting and refining methods will be helpful for the development of new recycling processes using secondary silicon resources.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.115.2-115.2
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• 2011

실리콘 박막 태양전지는 기판의 표면형상에 따라 셀 내부에서 이동하는 빛의 광학적인 경로가 크게 증가하여 변환효율의 향상을 기대할 수 있다. 금속 기판은 다양한 표면형상으로 가공이 용이하고 강도와 인성이 우수하며 가격이 저렴하여 실리콘 박막 태양전지의 기판재로 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 금속 기판의 표면형상이 반사특성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 금속 기판재의 표면형상은 기계적 연마 방식을 응용하여 다양하게 제작하였다. 반사특성을 보기 위하여 UV-visible spectrometer를 사용하여 총 반사율과 산란 반사율을 측정하였고, 표면 형상에 따른 Fe-Ni 기판과 Ag 후면반사막의 반사 특성이 태양전지 셀 내부의 광포획의 증가에 어떠한 영향을 주는지 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.89.1-89.1
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• 2012

실리콘 반도체의 Ultra large scale integration (ULSI) 기술 및 소자의 나노스케일화에 따라 배선 금속 물질로 사용하던 알루미늄 보다 낮은 비저항을 가지면서 금속의 전자이동효과에 잘 견딜 수 있는 차세대 배선 물질로서 구리가 큰 주목을 받고 있다. 하지만 구리의 경우, 높은 확산성을 가지기 때문에 열처리 과정에서 구리 실리사이드가 형성되는 등 소자의 신뢰성 및 성능을 감소시키므로, 이를 방지하기 위한 확산 방지막이 필요하다. IC의 배선에서 사용되는 기존의 확산 방지막은 Ta, TaN, TiN, TiW, TaSiN 등으로, 대부분 금속으로 이루어져 있기 때문에 증착 장비를 이용하여 두께를 조절하는 기술, 박막의 질을 최적화 하는 과정이 필요하며, 증착 과정 중에서 불순물이 함께 증착되거나 실리사이드가 형성되는 등의 단점을 가진다. 구리 기반의 배선 물질에서 문제될 수 있는 또 한가지의 이슈는 소자의 나노스케일화에 따른 배선 선폭의 감소로 인하여 확산 방지막 두께 또한 감소되어야 하는 것으로서, 확산 방지막의 두께가 감소함에 따른 방지막의 균일성 감소, 연속성 등이 큰 문제로 작용할 수 있어 이를 해결하기 위한 새로운 기술 또는 새로운 확산 방지막 물질의 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 구리/실리콘 구조에서 금속의 실리콘 박막 내로의 확산 및 실리사이드 형성을 방지하기 위하여 그래핀을 확산 보호막으로서 사용하였다. 그래핀은 화학기상증착법을 이용하여 한 겹에서 수 겹으로 성장되었으며, PMMA 물질을 이용하여 실리콘 기판에 전사되었다. 구리/그래핀/실리콘 구조의 샘플을 500 ~ 800도의 온도 범위에서 열처리 하였고, 구리 실리사이드 형성 여부를 XRD로 분석하였다. 또한 TEM 분석을 통해 구리 실리사이드의 형성 모양을 관측하였다.