• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.4 no.3
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• pp.20-26
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• 2018

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.182-182
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• 2012

반도체 저차원 구조에서의 독특한 광학적, 전기적 특성이 연구됨에 따라 양자점, 양자선, 양자우물과 같은 공간적으로 구속되어 있는 나노구조 형성에 관한 제작 방법과 그 특성 연구가 많은 관심을 받고 있다. 하지만 Si 또는 GaAs 반도체와 달리 광소자로써 각광받고 있는 질화물 반도체의 경우, 높은 화학적, 물리적 안정성으로 인해, 화학적 에칭에 의한 나노구조 형성이 쉽지 않고, 물리적 에칭의 경우, 표면 결함이 많이 발생되는 문제점이 있어 어려움을 겪고 있다. 최근 본 연구그룹에서는 자체 개발한 고온 HCl 가스를 이용한 화학적 기상 에칭법을 이용하여, 다양한 크기, 모양의 나노구조 형성 및 이를 이용한 다양한 타입의 InGaN 나노구조 제작 및 특성에 대해 연구하였다 (Figure 1). 화학적 기상 에칭법을 이용한 나노구조의 경우, 선택적인 결함구조 제거 및 이종기판 사용에 따른 응력 감소, 광추출 효율을 증가시켜, 우수한 구조적, 광학적 특성을 보여주었고, 에칭 조건에 따른, 피라미드, 막대와 같은 다양한 나노구조를 제작하였다. 뿐만 아니라 이를 기반으로 한 다양한 InGaN 나노구조를 모델을 제시하였는데, 첫번째는 GaN 나노막대 기판 위에 형성된 고품위InGaN 양자우물구조 성장이고, 두 번째는 InGaN 양자우물을 포함하고 있는 나노막대 구조 제작, 세번째는 InGaN/GaN core/shell 구조이다 (Figure 2). 이러한 InGaN 나노구조의 경우 높은 광결정성 및 크게 감소한 내부 전기장 효과, 광방출에 유리한 구조에 기인한 우수한 광특성을 보여주고 있어 광소자로써 응용가능성이 크고, InGaN/GaN core/shell 나노구조의 경우, 나노구조 내부에 단일 InGaN양자점이 형성되어 높은 광추출효율의 양자광소자로써 활용가능성을 보여주었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.32 no.2
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• pp.125-131
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• 2021

Semiconductor-based photocatalysts can only be activated with ultraviolet or visible light due to their intrinsic bandgap, and they cannot use the energy in the near-infrared region, which accounts for about 50% of solar energy. Therefore, in order to improve the performance of the semiconductor photocatalyst, it is necessary to utilize more solar energy in a broad band ranging from ultraviolet to near-infrared. Combining upconversion nanoparticles with semiconductor photocatalysts for near-infrared absorption have thus been reported. Upconversion nanoparticles can sequentially absorb multiple near-infrared photons and convert them into ultraviolet or visible to activate photocatalysts. In addition, by coupling the semiconductor photocatalyst and the upconversion nanoparticles with the plasmonic metal nanoparticles, the photocatalytic activity can be further improved. This review summarizes the recent studies on improving the photocatalytic performance with near-infrared absorption by using upconversion nanoparticles.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.298-299
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• 2012

현재 반도체 나노구조는 단전자 트랜지스터, 레이저, LED, 적외선 검출기 등과 같은 고효율 광전자 소자에서의 응용을 위해 활발한 연구가 진행 되고 있다. 이러한 응용 분야를 위한 다양한 종류의 나노구조 성장이 광범위하게 시도 되고 있지만 주로 III-V 족 화합물 반도체에 대한 연구가 주를 이룬 반면 II-VI 족 화합물 반도체에 대한 연구는 아직 미흡하다. 하지만 II-VI 족 화합물 반도체는 III-V 족 화합물 반도체와 비교했을 때 더 큰 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지는 우수한 특성을 보이고 있으며 이러한 성질을 가지는 II-VI 족 화합물 반도체 중에서도 넓은 에너지 갭을 가지는 CdTe 양자점은 녹색 영역대의 광전자 소자로서 활용되고 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(molecular beam epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(atomic layer epitaxy; ALE)으로 CdTe 두께에 따른CdTe/ZnTe 나노구조의 광학적 특성을 연구하였다. 광루미네센스(photoluminescence; PL)를 통해 CdTe/ZnTe 나노구조에서 CdTe 두께에 따른 에너지 밴드와 열적 활성화 에너지를 관찰하였다. 또한 시분해 광루미네센스(Time-resolved PL)를 통해 CdTe 두께에 따른 CdTe/ZnTe 나노구조의 운반자 동역학을 조사하였다. 저온 광루미네센스 측정 결과 CdTe 두께가 증가할수록 각 샘플의 피크는 더 낮은 에너지 영역대로 이동하는 것을 관찰할 수 있다. 1.2 에서 2.0 ML로 증가할 때 광 루미네센스의 작은 적색편이를 관찰할 수 있는데, 이는 CdTe 양자우물에서 양자점으로의 구조적인 전이가 일어남에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 또한 2.0 에서 3.6 ML까지 CdTe 두께가 증가할 때 측정된 적색편이 현상은 양자점의 사이즈 증가함에 따른 것이다. 마지막으로 3.6 에서 4.4 ML로 CdTe 두께가 증가할 때 큰 적색편이 현상을 볼 수 있는데 이는 CdTe 양자점에서 양자세선으로의 구조적 전이에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 온도 의존 광루미네센스(Temperature-dependent PL) 측정 결과 1.2 와 3.0 ML 두께의 CdTe/ZnTe 나노구조에서 구속된 전자의 열적 활성화 에너지가 18 과 35 meV로 관찰되었다. 3.0 ML CdTe/ZnTe 나노구조에서 가장 큰 열적 활성화 에너지를 갖는 것은 양자점의 균일도가 좋아지고 저차원 나노구조로의 구조적 전이가 일어나면서 운반자 구속효과에 다른 쿨롱 상호작용이 증가하였기 때문이다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.05a
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• pp.9-9
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• 2004

나노 패턴 성형 기술은 반도체와 같은 정보전자 소자 기술과 정보저장매체 기술 분야 및 광통신 분야에서 그 기술의 필요도가 급속히 증가하고 있다. 정보저장 매체의 경우 저장밀도가 기하급수적으로 증가하고 있는 추세이며 향후 수년 내에 기존의 정보저장매체 제작방법으로는 더 이상의 저장밀도 증가가 불가능한 수준까지 기술의 발달이 이루어지리라 예상된다. 이에 따라 패턴드 미디어(patterned media) 및 초고밀도 광정보저장매체가 정보저장기술의 차세대 매체로서 제안되었으며 이의 실현을 위해 나노 패턴 성형기술의 시급한 개발이 요구되고 있다.(중략)

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2003.10a
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• pp.42-42
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• 2003

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.65.2-65.2
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• 2013

발광다이오드, 태양전지, 광센서, 바이오센서, 나노발전기 등을 포함한 여러 종류의 광전자 소자들의 성능을 향상시키기 위한 새로운 기술적 시도들이 제안되어 왔다. 반도체기반 나노구조는 넓은 표면적과 독특한 특성을 가지고 다양한 기능성의 부여가 용이하며, 주로 나노패턴형성 및 식각에 의한 top-down 방법과 성장/합성에 의한 bottom-up 방법들에 의해 제작되어 왔다. 최근, 단순성, 저비용 공정을 바탕으로 소자 표면상에 나노구조를 형성하여 성능을 개선하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 또한 다층박막을 통한 무반사 코팅을 대체할 수 있는 moth-eye 효과를 이용한 생체모방형 서브파장 무반사 나노구조에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 발표에서는 실리콘, 화합물, 산화물을 포함한 반도체 나노구조들의 설계 및 제작을 통해 구조적, 광학적 특성을 측정, 분석하고 이들의 다양한 광전자소자 응용에 대한 연구결과를 발표하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.163-163
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• 2010

저차원 나노양자구조에서 전자적 구조와 광 이득에 대한 연구는 전자소자나 광소자의 효율을 증진시키는데 중요한 역할을 하고 있다. 전자적 부띠 구조를 결정하기 위해서는 변형효과와 비포물선 효과를 고려하여 계산하면 나노 양자구조의 전자적 구조를 비교적 정확하게 계산 할 수 있다. 양자우물에서의 광 이득은 전자적 구조에 따른 전도 대역의 전자와 가전자 대역의 정공 사이에 발생하는 쿨롱 상호작용에 의한 엑시톤 결합 에너지를 고려함으로 정확히 계산할 수 있다. 본 연구에서는 양자 우물의 격자 부정합에 따른 변형효과와 전도대역에서 전자 에너지의 비포물선 효과가 양자 우물의 전자적 성질에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 또한, 온도변화에 따른 양자 우물의 전자적 구조를 계산하였고, 전자적 구조에 따라 엑시톤 결합 에너지가 광 이득에 미치는 영향을 계산하였다. 양자우물 구조에서 전자 및 정공의 부띠에너지, 파동함수 및 부띠천이 에너지를 가변메시 유한차분법으로 결정하였고, interacting pair Green's function 방법과 energy space integrated function 방법을 이용하여 광 이득을 계산하였다. 계산한 결과를 광루미네센스 측정으로 관측한 부띠에너지 천이와 비교하여 변형효과와 비포물선 효과가 전자적 구조에 미치는 영향과 엑시톤 결합 에너지가 광 이득에 미치는 영향에 대하여 비교하였다. 반도체 양자우물의 전자적 구조는 변형효과와 비포물선 효과에 의하여 영향을 받고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 전자-정공의 쿨롱 상호작용을 고려하여 계산한 광 이득이 온도 변화에 따라 관측한 실험 결과와 잘 맞는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 격자 부정합한 화합물 반도체 양자우물의 저차원적인 전자적 구조와 광 특성을 이해하는데 많은 도움이 된다고 생각된다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2006.05a
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• pp.127-130
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• 2006

사파이어 기판위에 MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)를 이용하여 8주기의 InGaN/GaN 다중양자우물(multiple quantum well : MQW)구조가 성장되어졌고 이 구조 위에 p-GaN층이 형성됐다. 다시 p-GaN 위에 200nm의 두께를 갖는 PMMU 박막을 도포하고 electron beam lithography system을 이용하여 직경이 150nm가 되도록 나노단위의 삼각격자 구조를 가진 구멍을 패턴하고 inductively coupled plasma(ICP)를 이용하여 식각을 하여 광결정을 제작하였다. 광결정은 두께가 26nm이고 격자간격은 460nm로서 파장이 450nm인 파란빛을 나노회절 시켜서 photoluminescence(PL)의 세기를 강화시킨다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.104-104
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• 2011

ZnO는 3.37 eV의 넓은 에너지 밴드갭을 갖는 투명 전도성 반도체이며 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 광원소자 개발을 위한 새로운 물질로 많은 주목을 받아왔다. 더욱이, ZnO는 쉽게 나노구조 형성이 가능하기 때문에 이를 응용한 가스센서, 염료감응태양전지, 광검출기 등의 소자 개발이 활발히 이루어지고 있다. 최근에는 GaN 기반 발광다이오드 (light emitting diode, LED)의 광추출 효율을 향상시키기 위한 ZnO 나노구조 응용에 관한 연구가 보고되고 있다. GaN 기반 LED의 경우 반도체 물질과 공기 사이의 높은 굴절률 차이로 인하여 낮은 광추출 효율을 나타낸다. 이를 해결하기 위한 방법으로 표면 roughening, texturing 등 에칭공정을 이용해 광추출 효율을 개선하려는 연구들이 보고되고 있으나, 복잡한 공정과정을 필요로 하고 에칭공정에 의한 소자 표면 손상으로 전기적 특성이 나빠질 수 있다. 반면 전기화학증착법으로 성장된 ZnO 나노구조를 이용할 때, 보다 간단한 방법으로 쉽고 빠르게 나노구조를 형성할 수 있고 낮은 공정온도를 가지기 때문에 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 주지 않는다. 수직방향으로 잘 정렬된 ZnO 나노구조를 갖는 LED의 경우 내부 Fresnel 반사 손실을 효과적으로 줄여 발광 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, ZnO 나노구조의 성장제어 및 성장특성을 분석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 ITO glass 위에 ZnO 나노구조를 성장하고 그 특성을 분석하였다. ITO glass 기판 위에 RF magnetron 스퍼터를 사용하여 Al 도핑된 ZnO (AZO)를 얇게 증착한 후 전기화학증착법으로 ZnO 나노구조를 성장하였다. 농도, 인가전압, 공정시간 등 다양한 공정조건을 변화시키면서 성장 메커니즘을 분석하였고, scanning electron microscope (SEM) 및 X-ray diffraction (XRD)을 통하여 구조 및 결정성 등을 분석하였다. 또한, UV-Visible-NIR spectrophotometer를 사용하여 투과율을 실험적으로 측정하여 ZnO 나노구조의 광학적 특성을 분석하였고, rigorous coupled wave analysis (RCWA) 방법을 사용하여 계면에서 발생하는 내부 반사율을 계산함으로써 나노구조의 효과를 이론적으로 분석하였다.