• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.33.2-33.2
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• 2010

산화물 반도체 나노선 가스센서는 기존의 벌크 및 박막재료에 비해 체적-표면적비가 매우 커서 극미량의 화학물질에 대한 감응특성이 유리하여 많은 각광을 받고 있다. 현재, 다양한 물질들의 나노선 합성 및 센서 소자 구현에 대한 연구가 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다. 이와 같은 나노선 센서의 실용화를 위해 특정 물질에 대한 선택성과 감응특성의 증진이 여전히 요구되고 있으며, 이에 대한 여러 방향에서의 연구가 진행되고 있다. 특히, 촉매특성이 뛰어난 귀금속 나노입자를 나노선 표면에 부착시킨, 기능화된 나노선 센서소자에 관련된 연구가 활발하다. 본 연구에서는 기상법을 이용하여 합성한 산화물 나노선에 감마선을 조사하여 Au, Pt 및 Pd 금속나노입자를 형성시켰다. 이와 같이 금속나노입자가 고착된 산화물 나노선의 미세구조와 가스 감응특성을 조사하였으며, 기능화된 금속 나노입자가 가스 감응에 미치는 영향과 가스 감응 메커니즘을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.150.1-150.1
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• 2015

일부 금속들은 산화물을 형성하여 반도체적 성질을 갖게 되는데 이를 산화물 반도체라 한다. 산화물 반도체는 전자의 전도 특성에 의해 기존에 널리 사용되고 있는 a-Si 반도체 보다 뛰어난 전자 이동도를 갖고 넒은 Band gap energy를 갖기 때문에 누설 전류가 적어 Device 제작 시 저전력 구동이 가능하다는 장점이 있어 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 산화물 박막을 증착하는 방법으로는 용액 공정, CVD, Sputtering 등이 있다. 그 중 Sputtering을 이용한 산화물 박막 증착 시 산소 음이온이 기판으로 가속하여 박막에 충돌, 박막 물성에 영향을 준다는 연구결과가 보고되고 있다. 본 연구에서는 Sputtering을 이용하여 ITO를 증착하는 과정에서 발생하는 산소 음이온을 측정하는 장치를 개발하여 산소 음이온 발생여부를 확인해 보았다.

• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.23 no.3
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• pp.32-41
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• 2020

사람들은 대부분의 시간을 실내에서 보내고 있으며, 실내에 존재하는 유해가스는 미량의 농도에도 불구하고 심각한 질환을 일으킬 수 있다. 금속산화물 반도체 가스센서는 감도가 우수하고, 구조가 간단하며, 초소형화가 가능한 장점이 있어 고가의 대형 장비를 사용하지 않고 실내 유해가스를 측정하는 데 효과적으로 이용될 수 있다. 본 기고문에서는 금속산화물 반도체를 이용한 가스 센서의 검지 원리를 고찰하고, 나노 구조 조절, 마이크로 리액터 및 이중층 구조를 이용한 가스 개질 등 실내 유해가스 측정을 위한 다양한 센서 설계방법을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.178.1-178.1
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• 2013

산화물 반도체는 가시광선영역인 380~780nm에서의 투과율이 80% 이상이고, 3.2eV 이상의 밴드갭과 높은 이동도를 가지는 물질로 투명하고 휘어지는 디스플레이에 전도유망한 물질로 연구되고 있다. $10cm^2/V{\cdot}s$ 이상의 이동도를 확보하기 위해 IGZO에서 Ga대신 Sn을 첨가한 ITZO 산화물 반도체에 대한 연구가 되고 있다. 본 연구에서 ITZO 산화물 반도체 박막 증착 시 가장 중요한 특성으로 알려진 산소의 영향에 따른 광학적 특성을 알아보기 위한 실험이다. RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 산소 가스 분압에 따라 ITZO 박막을 증착하였다. $(Ar+O_2)$의 합을 20으로 고정하고 $O_2/(Ar+O_2)$의 비율을 0~40%까지 가변하였고, $O_2$의 비율이 증가함에 따라 증착율은 감소하는 경향을 보였다. 투명 소자로서의 가능성을 판단하기 위하여 밴드갭과 투과도를 측정하였다. 광학적 밴드갭은 증착 시 산소 분압이 0%에서 40%로 증가할수록 3.46eV에서 3.32eV로 감소하였고, 또한 투과도가 가시광 영역(380~770nm)에서 87%에서 85% 감소하였다. In, Sn, Zn 의 금속 원자와의 결합 과정에서 산소의 빈자리가 줄어들어 전도도가 감소하여 광학적 밴드갭이 감소함에 따라 투과도가 감소하는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.202.2-202.2
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• 2015

현재 반도체 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있는 실리콘등의 3차원 반도체 물질은 반도체 공정 기술의 발전에 따른 물질적인 한계에 부딪히고 있다. 이러한 물질적인 한계를 극복하기 위하여 Graphene과 같은 2차원 물질 중 전이금속 칼코게나이드 화합물(TMD)의 반도체 특성이 뛰어나 실리콘 등을 대체할 차세대 나노 반도체 물질로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 기존 반도체를 도핑시키기 위하여 사용되었던 이온 주입 공정은 TMD의 결정구조에 심각한 손상을 가하여 이를 대체할 새로운 도핑 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 우리는 이번 연구에서 기존에 유기반도체 물질로 연구되었던 pentacene을 도핑층으로 활용하고 Raman 분광법 및 전기 측정 등을 통하여 TMD물질이 금속화 되지 않는 정도의 매우 낮은 p형 도핑 현상을 확인하였다. 또한 시간에 따른 측정을 통하여 pentacene의 p형 도핑현상이 필름 증착 직후에는 미약하지만 시간이 지나면서 점점 강해지는 것을 발견하였다.. 이는 도핑현상이 pentacene의 구조에 의해 주로 일어나는 것으로 시간이 지남에 따라 대기중의 수분에 의해 생성된 pentacene 산화물들이 도핑 현상을 증가 시키는 원인으로 보인다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.447-447
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• 2013

최근 전자산업의 발전으로 차세대 디스플레이 소자로 산화물반도체가 주목받고 있다. 산화물 반도체는 저온공정, 높은 이동도 및 투과율을 가지기 때문에 이러한 공정이나 물성 측면에 있어 기존의 a-Si, LTPS 등을 대채할 만한 소자로서 연구가 활발이 이루어지고 있다. 특히 고해상도 및 고속구동이 진행됨에 따라 높은 이동도의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 IGZO 산화물 반도체 박막트랜지스터의 이동도 개선을 위해 나노입자를 사용하였다. 게이트전극으로 사용된 Heaviliy doped P-type Si 기판위에 200 nm의 SiO2 절연층을 성장시킨 후, 채널로 작동하기 위한 IGZO 박막을 증착하기 전에 10~20 nm 크기의 니켈, 금 나노입자를 부착시켰다. 열처리 온도는 $350^{\circ}C$, 90분동안 진행하였고, 100 nm의 알루미늄 전극을 증착시켜 TFT 소자를 제작하였다. TFT 소자가 동작할 시, IGZO 박막 내부의 전자들은 게이트 전압으로 인해 하부로 이동하여 채널을 형성, 동시에 드레인 전압으로 인한 캐리어들의 움직임으로 인해 소자가 동작하게 된다. 본 연구에서는 채널이 형성되는 계면 부근에 전도성이 높은 금속 나노입자를 부착시켜 다수 캐리어인 전자가 채널을 통과할 때 전류흐름에 금속 나노입자들이 기여하여 전기적 특성의 변화에 어떠한 영향을 주는지 연구하였다. 반응시간을 조절하여 기판에 붙는 나노입자의 밀도 변화에 따른 특성과 다양한 크기(5, 10, 20 nm)를 갖는 금, 니켈 나노입자를 포함한 IGZO TFTs 소자를 제작하여 전달특성, 출력특성의 변화를 비교하였고, 실질적인 채널길이의 감소효율과 캐리어 이동도의 변화를 비교분석 하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.123-123
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• 2003

나노튜브는 반도체 재료로서 뿐만 아니라 다른 분야로까지 다양한 응용범위를 가진 물질로서 기존에는 주의 탄소를 사용하여 제작, 사용되어지고 있으나 게이트옥사이드(Gate Oxide) 물질인 지르코니아(ZrO$_2$), 타이타니아(TiO2$_2$) 등을 이용한 나노튜브는 많이 제작되어지고 있지 못하다. 따라서 보다 나은 성질을 갖는 물질로서 나노튜브를 제작할 시 반도체 재료에서의 고집적화를 통해 좋은 성질을 갖게 할 수 있으며 여러 분야로까지 확대가 가능한 재료를 사용하여 광학 및 환경분야 등 응용범위를 넓힐 수 있다. 본 실험은 나노튜브 제작에 있어서 템플레이트의 구멍 내부를 ALD 기술을 이용하여 균일한 두께를 갖는 금속 산화물층을 성장시킨 후 템플레이트 재료의 식각을 통해 금속산화물 나노튜브가 남아있게 하여 제작하는 방법이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.210.1-210.1
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• 2013

ZnO는 태양전지의 투명전극 및 윈도우 물질로 그 동안 광범위하게 사용되어 왔다. 하지만 태양광의 효율 증가를 위하여서는 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 및 적외선 영역을 이용할 필요가 있다. 또한 금속 산화물 반도체 나노 입자는 크기를 조절하여 흡수하는 태양광의 파장 영역을 조절할 수 있고 이를 이용하여 이종구조를 사지는 고효율의 태양전지를 구현할 수 있다. 본 연구에서는 3.4 eV의 에너지 밴드갭을 가지는 ZnO박막내에 밴드갭을 조절 할 수 있는 금속 산화물 나노입자를 삽입하여 광학적, 전기적 특성을 연구하였다. ZnO 박막을 증착하기 전 유리 및 사파이어 기판에 스퍼터를 사용하여 Pt금속전극을 형성한 이후, ZnO 박막을 $1{\times}10^{-10}$ Torr의 기본 진공도를 유지하는 초고진공 스퍼터를 사용하여 100 nm 두께로 증착 하였다. 금속 산화물 나노 입자를 제작 하기 위하여, ZnO 박막에 열증착 장비(thermal evaporator)를 사용하여 In 나노 입자를 10 nm 이하의 크기로 제작 하였다. 그 상부에 초고진공 스퍼터 와 열증착 장비를 사용하여 ZnO 박막 및 In 나노 입자를 순차적으로 증착하여 수백 nm 두께의 ZnO 박막을 제작한다. ZnO 박막 내부에 형성된 In 양자점은 ZnO 증착공정 중에 산화되어 $In_2O_3$ 의 산화물 나노 입자로 형성되며, 내부의 구조는 투과전자 현미경을 사용하여 확인 하였다. 제작된 금속 산화물 나노입자가 포함된 ZnO 박막의 광학적 특성을 photoluminescence, UV-Vis spectroscopy, ellipsometry를 통하여 확인 하였으며, solar simulator와 전류-전압 특정 장비를 사용하여 전기적 특성을 분석 하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.33.2-33.2
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• 2011

CMP (Chemical-Mechanical Planarization) 공정이란 화학적 반응과 기계적 힘을 동시에 이용하여 표면을 평탄화하는 공정으로, 반도체 산업에서 회로의 고집적화와 다층구조를 형성하기 위해 CMP 공정이 도입되었으며 반도체 패턴의 미세화와 다층화에 따라 CMP 공정의 중요성은 더욱 강조되고 있다. CMP 공정은 압력, 속도 등의 공정조건과, 화학적 반응을 유도하는 슬러리, 기계적 힘을 위한 패드 등에 의해 복합적으로 영향을 받는다. CMP 공정에서, 폴리우레탄 패드는 많은 기공들을 포함한 그루브(groove)를 형성하고 있어 웨이퍼와 직접적으로 접촉을 하며 공정 중 유입된 슬러리가 효과적으로 연마를 할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 하지만, 공정이 진행 될수록 그루브는 손상이 되어 제 역할을 하지 못하게 된다. 패드 컨디셔닝이란 컨디셔너가 CMP 공정 중에 지속적으로 패드 표면을 연마하여 패드의 손상된 부분을 제거하고 새로운 표면을 노출시켜 패드의 상태를 일정하게 유지시키는 것을 말한다. 한편, 금속박막의 CMP 공정에 사용되는 슬러리는 금속박막과 산화반응을 하기 위하여 산화제를 포함하는데, 산화제는 금속 컨디셔너 표면을 산화시켜 부식을 야기한다. 컨디셔너의 표면부식은 반도체 수율에 직접적인 영향을 줄 수 있는 scratch 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 컨디셔너의 수명도 저하시키게 되므로 이를 방지하기 위한 노력이 매우 중요하다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 연마 잔여물 흡착을 억제하고, 슬러리와 컨디셔너 표면 간에 일어나는 표면부식을 방지하기 위하여 소수성 자기조립 단분자막(SAM: Self-assembled monolayer)을 증착하여 특성을 평가하였다. SAM은 2가지 전구체(FOTS, Dodecanethiol를 사용하여 Vapor SAM 방법으로 증착하였고, 접촉각 측정을 통하여 단분자막의 증착 여부를 평가하였다. 또한 표면부식 특성은 Potentiodynamic polarization와 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 등의 전기화학 분석법을 사용하여 평가되었다. SAM 표면은 정접촉각 측정기(Phoenix 300, SEO)를 사용하여 $90^{\circ}$ 이상의 소수성 접촉각으로써 증착여부를 확인하였다. 또한, 표면에너지 감소로 인하여 슬러리 내의 연마입자 및 연마잔여물 흡착이 감소하는 것을 확인 하였다. Potentiodynamic polarization과 EIS의 결과 분석으로부터 SAM이 증착된 표면의 부식전위와 부식전류밀도가 감소하며, 임피던스 값이 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 SAM을 증착 하였고, CMP 공정 중 발생하는 오염물의 흡착을 감소시킴으로써 CMP 연마 효율을 증가하는 동시에 컨디셔너 금속표면의 부식을 방지함으로써 내구성이 증가될 수 있음을 확인 하였다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.33 no.5
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• pp.6-15
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• 2020