• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.60-60
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• 1999

단결정 다이아몬드의 열전도도는 약 22W/cm.K로 열전도도가 가장 큰 물질로 알려져 있으며, 비저항은 10$\Omega$.cm 이상의 높은 값을 갖는다. 대부분 열전도도가 큰 것으로 알려진 물질들은 Cu, Ag 등과 같이 전자의 흐름에 의하여 열이 전도되기 때문에 큰 전기전도도를 함께 갖는 것일 일반적이다, 그러나, 다이아몬드는 빠른 phonon의 이동에 의하여 열전도가 이루어지므로 전기적으로 절연 특성을 갖으면서도 큰 열전도가 가능하다. 단결정 다이아몬드는 고방열 절연체로서 이상적인 물질 특성을 보여준다. 전기절연성을 갖는 열전도층으로 다이아몬드를 이용하기 위해서는 저가로 제조가 용이한 화학기상증착법을 이용하여야 한다. 화학기상증착법으로 제조된 다결정 다이아몬드 박막의 열전도도는 약 21W/cm.K로 여전히 매우 높은 값을 갖는 것으로 알려져 있지만, 비저항 값은 인위적으로 도핑을 전혀 하지 않은 상태에서도 106$\Omega$.cm 정도의 낮은 값을 갖는다. 전혀 도핑을 하지 않았음에도 전도성을 갖는 특이한 특성을 다결정 다이아몬드가 보여 주고 있으므로 이에 대한 연구는 주로 전기 전도성을 갖는 특이한 특성을 다결정 다이아몬드가 보여주고 있으므로 이에 대한 연구는 주로 전기전도성의 원인을 규명하는데 집중되고 있다. 아직 명확한 전도 기구는 제안되고 있지 못하지만 전도성의 원인은 수소와 관련이 있고 전도는 표면을 통하여 이루어진다는 것이다. 산(acid)을 이용하여 다결정 다이아몬드 박막을 세척하면 전기 전도성이 사라지고 높은 저항값을 갖는 박막을 얻게 되는데 박막을 세척하는 공정은 박막의 표면만을 변호시키므로 표면에 있던 전기전도층이 용액 처리를 통하여 제거되므로 전도성이 사라진다고 생각하는 것이다. 그러나, 본 연구에서는 두께가 두꺼울수록 저항값이 증가하는 것이 관찰되었고 기존의 측정방식인 수평적인 저항 측정법에 대하여 수직적 방향으로 저항을 측정하면 저항값이 1/2 정도 작게 측정되었다. 다결정 다이아몬드에서 표면을 통하여 전류가 흐른다면 박막의 두께에 따른 변화가 나타나지 않아야 하고 수직적인 전류 측정법이 오히려 더 큰 저항을 보여주어야 한다. 기존의 표면 전도 모델로는 설명되지 못하는 현상들이 관찰되었고 정확한 전기 전도 경로를 확인하기 위하여 전해 도금법으로 금속들이 석출되는 모습을 관찰하였다. 이 방법을 통하여 다결정 다이아몬드에서 전류는 결정입계를 통하여 전도됨을 알 수 있었다. 온도에 따른 다결정 다이아몬드의 전기전도도 변화를 관찰하였고 이로부터 활성화 에너지 값을 구할 수 있었다. 다결정 다이아몬드의 전도도는 온도에 따라서 0.049eV와 0.979eV의 두 개의 활성화 에너지를 갖는 구간으로 나뉘어졌다. 이로부터 다결정 다이아몬드에는 활성화 에너지 값이 다른 두 종류의 defect level이 형성되는 것으로 추정할 수 있고 이 낮은 defect level에 의하여 전도성을 갖는 것으로 생각된다.

• 센서학회지
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• 제23권5호
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• pp.314-319
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• 2014

Here, we review the various methods for the preparation of vanadium dioxide ($VO_2$) films and nanowires, and their potential applications to the sensors such as gas sensor, strain sensor, and temperature sensor. $VO_2$ is an interesting material on account of its easily accessible and sharp Mott metal-insulator transition (MIT) at ${\sim}68^{\circ}C$ in the bulk. The MIT is also triggered by the electric field, stress, magnetic field etc. This paper involves exceptionally sensitive hydrogen sensors based on the catalytic process between hydrogen molecules and Pd nanoparticles on the $VO_2$ surface, and fast responsive sensors based on the self-heating effects which leads to the phase changes of the $VO_2$. These features will be seen in this paper and can enable strategies for the integration of a $VO_2$ material in advanced and complex functional units such as logic gates, memory, FETs for micro/nano-systems as well as the sensors.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.264.2-264.2
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• 2014

비휘발성 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 메모리로써 현재 다양한 차세대 전자소자의 집적화 구현을 위해 저전압 동작 및 저장능력의 향상 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이때 삽입되는 전하저장층의 경우 기존 널리 이용되는 질화막(SiNx) 외에 최근에는 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 고유전상수 물질 뿐만 아니라, 밴드갭 조절을 통해 전하저장능력을 향상시키는 산화막(SiOx)에 대한 연구도 진행 중이다. 이번 연구에서는 전하저장능력을 향상시키기 위해 전하저장층으로 산화막을 이용할 뿐만 아니라, 기존의 평편한 구조가 아닌 표면 조절을 통해 전하저장능력을 보다 향상시키고자 한다. 또한 이번 연구에서는 비휘발성 메모리 소자의 응용을 위해 우선적으로 금속-절연체-반도체 형태의 MOOxOyS 구조를 이용하였다. 이 때 실리콘 표면적을 변화시키기 위해 이용된 실리콘 웨이퍼는 1) 평편한 실리콘, 2) 수산화암모늄, 이소프로필 알코올 및 탈이온수를 혼합한 용액에 식각시킨 삼각형 구조, 3) 불산, 질산 및 아세트산을 혼합한 용액에 식각시킨 라운드 구조이다. 정전용량-전압 측정을 통해 얻어진 메모리 윈도우는 1) 평편한 실리콘의 경우 약 5.1 V, 2) 삼각형 구조의 경우 약 5.3 V, 3) 라운드 구조의 경우 약 5.9 V를 얻었다. 이 때, 라운드 구조의 경우 가장 넓은 표면적으로 인해 상대적으로 전하트랩이 가장 많이 되어 메모리 윈도우가 가장 커지는 특성을 볼 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.193-197
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• 2013

본 연구에서는 sol-gel법을 이용해 제작된 $VO_2$ 박막의 광전변환 특성을 연구하기 위해 광 조사 유무에 의해 생성되는 전류를 bias voltage에 따라 온도별로 측정하였다. 그 결과, 광 조사 유무에 따라 박막에서 생성되는 전류가 변화되는 것을 알 수 있었으며, bias voltage가 증가할수록 전류가 일정하게 늘어나는 것을 알 수 있었다. 특히, 광에 의해 생성되는 전류는 $VO_2$에서의 MIT 온도보다 낮은 $50^{\circ}C$에서 최대였다. 이러한 결과는 $VO_2$에서 photo-voltaic 효과가 발생함을 의미하며, 따라서 $VO_2$ 박막을 광전변환 소자로 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국결정학회:학술대회논문집
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• 한국결정학회 2002년도 정기총회 및 추계학술연구발표회
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• pp.45-47
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• 2002

반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 MOSFET 구조의 게이트 절연막으로 사용되고 있는 SiO₂ 박막의 두께를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 0.1㎛ 이하의 소자를 위해서는 15Å 이하의 두께를 갖는 SiO₂가 요구된다. 하지만 두께감소는 절연체의 두께와 지수적인 관계가 있는 누설전류를 증가시킨다[1-3]. 따라서 같은 게이트 개패시턴스를 유지하면서 누설전류를 감소시키기 위해서는 높은 유전상수를 갖는 두꺼운 박막이 요구되는 것이다. 그러므로 약 25정도의 높은 유전상수를 갖고 5.2～7.8 eV 정도의 비교적 높은 bandgap을 갖으며, 실리콘과 열역학적으로 안정한 물질로 알려진 HfO2[4-5]가 최근 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 HfO₂ 박막을 실제 소자에 적용하기 위하여 전극 및 열처리에 따른 HfO₂ 박막의 미세구조 및 전기적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해, HfO₂ 박막을 reactive DC magnetron sputtering 방법으로 증착하고, XRD, TEM, XPS를 사용하여 ZrO₂ 박막의 미세구조를 관찰하였으며, MOS 캐패시터 구조의 C-V 및 I-V 특성을 측정하여 HfO₂ 박막의 전기적 특성을 관찰하였다. HfO₂ 타겟을 스퍼터링하면 Ar 스퍼터링에 의해 에너지를 가진 산소가 기판에 스퍼터링되어 Si 기판과 반응하기 때문에 HfO₂ 박막 형성과 더불어 Si 기판이 산화된다[6]. 그래서 HfO₂같은 금속 산화물 타겟 대신에 순수 금속인 Hf 타겟을 사용하고 반응성 기체로 O₂를 유입시켜 타겟이나 시편위에서 high-k 산화물을 만들면 SiO/sub X/ 계면층을 제어할 수 있다. 이때 저유전율을 갖는 계면층은 증착과 열처리 과정에서 형성되고 특히 500℃ 이상에서 high-k/Si를 열처리하면 계면 SiO₂층은 증가하는 데, 이것은 산소가 HfO₂의 high-k 박막층을 뚫고 확산하여 Si 기판을 급속히 산화시키기 때문이다. 본 방법은 증착에 앞서 Si 표면을 희석된 HF를 이용해 자연 산화막과 오염원을 제거한 후 Hf 금속층과 HfO₂ 박막을 직류 스퍼터링으로 증착하였다. 우선 Hf 긍속층이 Ar 가스 만의 분위기에서 증착되고 난 후 공기중에 노출되지 않고 연속으로 Ar/O₂ 가스 혼합 분위기에서 반응 스퍼터링 방법으로 HfO₂를 형성하였다. 일반적으로 Si 기판의 표면 위에 자연적으로 생기는 비정질 자연 산화막의 두께는 10～15Å이다. 그러나 Hf을 증착한 후 단면 TEM으로 HfO₂/Si 계면을 관찰하면 자연 산화막이 Hf 환원으로 제거되기 때문에 비정질 SiO₂ 층은 관찰되지 않았다. 본 실험에서는 HfO2의 두께를 고정하고 Hf층의 두께를 변수로 한 게이트 stack의 물리적 특성을 살펴보았다. 선증착되는 Hf 금속층을 0, 10, 25Å의 두께 (TEM 기준으로 한 실제 물리적 두께) 로 증착시키고 미세구조를 관찰하였다. Fig. 1(a)에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층의 두께가 0Å일때 13Å의 HfO₂를 반응성 스퍼터링 방법으로 증착하면 HfO₂와 Si 기판 사이에는 25Å의 계면층이 생기며, 이것은 Ar/O₂의 혼합 분위기에서의 스퍼터링으로 인한 Si-rich 산화막 또는 SiO₂ 박막일 것이다. Hf 금속층의 두께를 증가시키면 계면층의 성장은 억제되는데 25Å의 Hf 금속을 증착시키면 HfO₂ 계면층은 10Å미만으로 관찰된다. 그러므로 Hf 금속층이 충분히 얇으면 플라즈마내 산소 라디칼, 이온, 그리고 분자가 HfO₂ 층을 뚫고 Si 기판으로 확산되어 SiO₂의 계면층을 성장시키고 Hf 금속층이 두꺼우면 SiO/sub X/ 계면층을 환원시키면서 Si 기판으로의 산소의 확산은 막기 때문에 계면층의 성장은 억제된다. 따라서 HfO₂/Hf(Variable)/Si 계에서 HfO₂ 박막이 Si 기판위에 직접 증착되면, 순수 HfO₂ 박막의 두께보다 높은 CET값을 보이고 Hf 금속층의 두께를 증가시키면 CET는 급격하게 감소한다. 그러므로 HfO₂/Hf 박막의 유효 유전율은 단순 반응성 스퍼터링에 의해 형성된 HfO₂ 박막의 유전율보다 크다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층이 너무 얇으면 계면층의 두께가 두꺼워 지고 Hf 금속층이 두꺼우면 HfO₂층의 물리적 두께가 두꺼워지므로 CET나 EOT 곡선은 U자 형태를 그린다. Fig. 3에서 Hf 10초 (THf=25Å) 에서 정전 용량이 최대가 되고 CET가 20Å 이상일 때는 high-k 두께를 제어해야 하지만 20Å 미만의 두께를 유지하려면 계면층의 두께를 제어해야 한다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2009년도 학술논문요약집
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• pp.63-64
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• 2009

변환시설의 해체 시 발생한 해체폐기물은 2009년 현재까지 약 354톤이며, 이들 중 탱크, 배관, 반응기, 펌프류 동의 해체금속폐기물이 약 191톤으로 54% 를 차지하고 있다. 이들 해체금속폐기물은 제염 처리공정을 통하여 전량 자체처분폐기물로 전환시키는 것을 목표로 두고 있다. 이는 오염된 금속류를 효과적으로 제염한 다음 자체처분시킴으로서 방사성폐기물에 대한 처분비용을 저감할 수 있기 때문이다. 해체금속폐기물 중 스테인레스강 해체폐기물은 질산 용액을 사용한 초음파화학제염공정으로 제염한 후 자체처분폐기물로 53톤을 전환하였다. 탄소강 해체물의 경우 스팀제염공정으로 제염한 결과 제영 효율은 좋았으나 변환시설 가동 중 유지 보수를 위하여 페인팅을 하였던 해체물의 경우 페인트를 제거하지 않을 경우 스팀제염장치로는 제염이 안 되었다. 탄소강 해체금속폐기물은 약 117톤 발생하였으며, 이들 중 모터, 펌프 등을 제외한 제염 대상 폐기물은 약 80톤이며, 이들을 용융 제염 및 감용을 위하여 기초 연구를 수행한 결과를 바탕으로 약 180kg/batch 용량의 금속용융제염 설비를 제작 설치하여 탄소강 해체금속폐기물 용융제염 처리를 수행 중에 있다. 금속용융은 장치가 간단하고 폐기물 처리량이 비교적 적고 단속적인 운전에 매우 효과적인 고주파 유도로를 사용하였다. 용융장치는 고주파 발진장지와 용해로체로 구성된 고주파 유도설비와 냉각계통으로 구성된다. 고주파발진장치는 철제 200kg을 용해할 수 있는 용량을 갖추었으며, 실험 및 실제 처리 등 용해로체의 크기 변경이 필요할 경우에는 고주파발진기의 출력 주파수를 변경할 수 있게 하였다. 용융 장치의 발진기 부분의 입력전원은 3상, 440V, 60Hz 이며, 출력전원은 200kW, 출력주파수는 lkHz, 3kHz, 5kHz로 구성되어 있으며, 회당 180kg 의 폐기물을 용융할 시에는 3kHz로 고정하여 사용하였다. 용해로체 부분 중 고주파유도가열부는 heating coil 및 절연부로 구성되어 있고, 그 외 support frame과 lever로 구성되어 있다. 용해로체와 고주파 발진장치의 냉각을 위한 냉각설비는 냉각기와 냉매의 저장을 위한 저장조로 구성되어 있으며, 냉각기의 용량은 20RT 이다. 용융로체의 직경은 약 28cm로 크기가 큰 해체물의 장입이 어려워 작은 크기로 세절을 해야만 하며，용융로의 용량을 증가시킬 경우 해체물을 작은 크기로 세절하는 비용을 절감할 수 있을 것이다. 용융 중 시료 채취는 매 배치마다 수행하였으며, 그림3과 같은 시료 채취용 주형 틀에 국자모양의 채취기로 채취하였다. 해체물의 용융시 ingot를 생성하기 위해서 주형틀에 용융물을 장입하기 전 시료를 채취하였다 그림4는 생성된 ingot이며, 이들의 방사능 농도는 배치마다 차이는 있지만 최대 0.05 Bq/g 이하로 나타나 자체처분 폐기물로 전량 전환 가능하였다 그림5 는 해체물에 함유된 우라늄과 불순물을 제거한 슬래그로 방사능농도는 약 12Bq/g 으로 나타났으며, 이들의 발생량은 약 3wt% 정도로 폐기물 발생량이 작았다. 따라서 금속폐기물의 경우 용융제염으로 처리할 경우 폐기물 발생량을 최대로 줄일 수 있어 처리 효율이 기타 처리 공정보다 효율적인 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권9호
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• pp.110-120
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• 2003

고공을 운항하는 항공기는 대기중의 자연현상에 의해 낙뢰에 노출되게 된다. 낙뢰 피해는 개발초기에는 목재 항공기의 절연파괴에 의한 손상과 화재등이 있었으며 알루미늄의 보급으로 전금속체 항공기가 개발되었지만 연료탱크의 화재 문제라든지 낙뢰 사고는 계속 발생하였다. 이에 NACA에서는 1938년 문제를 제기하고, 인공 낙뢰에 대한 연구를 시작하였다. 이어 FAA에서는 낙뢰보호에 대한 인증을 위해 감항기준을 제정하고 SAE에 낙뢰에 대한 항공기의 보호를 위한 시험대책 연구를 의뢰하여 낙뢰를 모사한 시험 전류, 전약 파형을 제시하여 항공기의 낙뢰보호, 인증에 활용하고 있다. 이 글에서는 낙뢰의 메커니즘 분석을 통한 항공기에 대한 낙뢰의 영향을 제시하고 특히 항공기 안전사고의 중요한 요인으로 대두되고 있는 항공기에 대한 낙뢰의 직접영향에 대한 사례를 분석하고 인증기준과 시험 전류 및 전압파형, 낙뢰 피격부위를 열거하여 개발항공기 및 비행체에 대한 인증에 활용되도록 하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권5호
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• pp.8-14
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• 2007

본 논문에서는 MOS 소자의 게이트 유전체로 사용될 고유전 박막으로 $HfO_2$/Hf 박막을 제조하여 그 전기적 특성을 관찰하였다. $HfO_2$박막은 TEMAH와 $O_3$ 전구체를 사용한 ALD 방법으로 p-type (100) 실리콘 웨이퍼 위에 증착하였다. $HfO_2$막을 증착시키기 전에 중간층으로써 Hf 금속 층을 증착하였다. Round-type의 MOS 커패시터 제작을 위해, 상부 전극은 Al 또는 Pt을 이용하여 약 2000 ${\AA}$ 두께의 전극을 형성하였다. $HfO_2$ 박막은 화학정량적 특성을 보였으며, $HfO_2$/Si 계면에서 Si-O 결합 대신 Hf-Si 결합과 Hf-Si-O 결합이 관찰되었다. $HfO_2$와 Si 사이의 Hf 중간층은 $SiO_x$의 성장이 억제되었고, $HfSi_xO_y$으로 변형되었다. 이러한 결과로 $HfO_2$/Hf/Si 구조에서 Hf 중간층이 있음으로 게이트 유전체의 고유전율이 유지되면서 계면 특성이 개선됨을 확인하였다.

• 접착 및 계면
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• 제21권3호
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• pp.107-112
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• 2020

원자층 두께의 전이금속 칼코겐화합물(transition-metal dichalcogenide, TMD) 기반 반도체 소재는 그래핀과 비슷한 구조의 이차원구조를 지니는 소재로서 조절 가능한 밴드갭 뿐만 아니라 우수한 유연성, 투명성 등 다양한 장점으로 인해 다양한 미래사회의 전자소자에 활용될 수 있는 소재로서 각광받고 있다. 하지만 이러한 TMD 소재들은 수분과 산소에 매우 취약하다는 단점 때문에 대기안정성을 해결할 수 있는 다양한 시도가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 핫픽업 전사기술을 이용하여 TMD 반도체 소재 중 하나인 WSe₂ 와 이차원 절연체 h-BN와의 수직 헤테로 구조를 제작하여 WSe₂의 대기 안정성을 향상시키기 위한 연구를 수행하였으며, h-BN/WSe₂ 구조를 활용하여 WSe₂ 기반 고성능 전계효과 트랜지스터 제작에 대한 연구를 수행하였다. 제작된 소자의 전기적 특성을 분석한 결과, h-BN에 의해 표면이 안정화된 WSe₂ 기반 소자는 대기안정성 뿐만 아니라 150 ㎠/Vs의 상온 정공 이동도, 3×10⁶의 온/오프 전류비, 192 mV/decade의 서브문턱스윙 등 우수한 전기적 특성을 갖는다는 것 또한 확인할 수 있었다.