• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.17 no.1
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• pp.33-39
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• 2010

Printing technologies have been indicated as alternative methods for patterning conductive, semi-conductive or insulative materials on account of their low-cost, large-area patternability and pattern flexibility. For application of the printing technologies in manufacture of semiconductor or display modules, ink or paste composed of nanoparticles, solvent and additives are basically needed. Here, we report recent advances in eco-friendly nano-ink technology for semiconductor and display technology. Then, we will introduce an eco-friendly ink formation technology developed in our group with an example of manufacturing $SiO_2$ nanopowders and inks. We tried to manufacture ultrafine $SiO_2$ nanoparticles by applying a low-temperature synthetic method, and then attempted to fabricate the printed $SiO_2$ film onto the glass substrate to see whether the $SiO_2$ nanoparticles are feasible for the printing or not. Finally, the electrical characteristics of the films were measured to investigate the effect of the manufacturing parameters.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.61 no.3
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• pp.456-462
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• 2023

An electrically conductive and transparent electrode was created by applying a dispersion of pristine single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and silver nanowires to a polyethylene terephthalate (PET) film using a bar coating method. The SWCNTs were added to increase the electrical conductivity and transmittance of the silver nanowires while also preventing the haze from increasing due to the stacking of multiple layers containing SWCNTs and silver nanowires on the PET substrate. The silver nanowires in the electrode were also found to be stable against oxidation. The transparent electrode displayed excellent electrical and optical properties, with a sheet resistance of 47 Ω/□, transmittance of 96.72%, and haze of 1.93%. Additionally, the sheet resistance of the electrode remained stable over time, with a change of only 6.4% after a constant temperature and humidity test, making it suitable for long-term use. A hybrid transparent electrode that is economically feasible and environmentally sustainable has been developed through the utilization of pristine SWCNT and silver nanowire.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07c
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• pp.2093-2095
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• 2004

본 논문은 압전소자를 구동장치로 사용한 마이크로 펌프의 제작과 실험에 관한 논문이다. 마이크로 펌프의 상부기판은 polydimethyl siloxane(PDMS)을 소재로 미세유로에 상시 닫힌 밸브가 일체화된 구조로 제작되었고, 하부기판은 polymethyl methacrylate(PMMA)를 소재로 3개의 압전 디스크가 구동기로 부착되었다. 최종적으로 상, 하부 기판은 액상 PUMS로 접합하여 제작했다. 구동기의 입력신호는 6상으로 구형파를 인가하여 연동구동하며 주파수와 전압을 가변하면서 유량을 측정하였다. 구동 주파수가 0.167 Hz이고 전압이 20 V일 때, 마이크로펌프의 1회 토출량은 104 nl이고, 유량은 1.04${\mu}{\el}$/min이다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1326-1327
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• 2011

결정질 태양전지 제작 시 실리콘 기판 표면의 전극형성은 주로 스크린 프린트를 이용하여 형성되고 있다. 이는 squeeze 와 실리콘 기판과의 직접 접촉으로 인하여 기판의 파손이 야기 될 수 있으며, 보다 미세한 전극 형성이 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 비접촉식 잉크젯 프린팅을 이용한 태양전지의 전극형성에 관하여 기술하였으며, 고효율 태양전지를 제작하기 위해 레이저를 이용한 grooving 형성과 전극의 패턴에 따른 반사방지막층 제거를 통하여 Buried contact cell 제작을 연구하였다. 이를 통해 전극의 선 폭을 $45{\mu}m$로 구현하였으며, 나노 크기의 입자 형태를 띤 Ag 잉크를 이용하여 인쇄하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.268-268
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• 2010

단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)는 그 뛰어난 전기적, 물리적 특성 때문에 반도체 공정에 있어서 중요한 p-type 채널 물질로 꼽히고 있다. 본 연구에서는 SWCNT를 성장하여 이를 이용한 전계효과 트랜지스터를 제작하고 또한, 부분적인 폴리머의 코팅으로 타입을 변화하는 연구를 보이고자 한다. Ferritin용액을 DI-water에 2000배 희석하여 SiO2 기판 위에 뿌린 뒤 Methanol을 이용하여 기판 표면에 촉매가 붙어있게 한다. 이 기판을 $900^{\circ}C$로 가열하여 유기물질을 제거한 뒤 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)방법으로 SWCNT를 성장하게 된다. 이렇게 성장된 SWCNT는 촉매의 농도에 비례하는 밀도를 가지게 되며 이 위에 전극을 증착하고 back-gate를 설치하여 FET를 제작한다. 메탈릭한 SWCNT는 breakdown 공정을 통하여 제거한 뒤, 전자 농도가 높은 NADH를 전체적으로 코팅을 한다. NADH는 기존의 다른 폴리머(polyethyleneimine: PEI)에 비교하여 코팅 후 전자 제공 효과가 크며 그 성질의 재현성이 높고 공기 중에서 안정성을 유지하는 능력이 있다. 이러한 NADH의 코팅으로 n-type으로의 SWCNT FET를 제작하였으며 type conversion 현상을 이용하면 국부적인 NADH의 코팅으로 homojunction-diode의 제작 등 다양한 소자의 제작에 적용될 것으로 예상한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.371-371
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• 2010

탄소나노튜브(CNT)는 기계적인 특성이 뛰어나며, 화학적으로 안정하고, 전기적으로 도체 및 반도체성을 가지고 있을 뿐만이 아니라 직경이 최소 1nm 수준으로 종횡비 및 비표면적이 매우 큰 특성을 가지고 있다. CNT는 투명전극, 유연성 디스플레이, 전자종이 분야 등 투명 전극 응용 분야에서 ITO 대체 신소재로 각광을 받고 있다. 본 발표에서는 SWCNT 전도막의 특성을 향상시키기 위해 PET 기판에 다양한 전처리 방법을 적용하여 SWCNT의 부착력 및 접착력, 투명전극의 면저항, 투과도 및 균일도 향상을 통해 SWCNT 투명전극 특성향상 연구를 진행했다. 접촉각과 표면에너지 제어를 통한 박막특성과의 상관관계 분석, 전처리 방법에 따른 표면에너지 및 제타포텐셜 변화와 박막특성과의 관계를 규명, Roughness 조절을 통한 기판의 면저항과 투과도 향상, 플라즈마 및 polymer 처리를 통해 물리적, 화학적 기판 전처리에 따른 SWCNT 투명전극 특성 향상을 목적으로 실험을 진행했다. 플라즈마 처리 후 polymer 처리된 박막에서는 친,소수 작용기 양의 변화에 따른 상관관계를 보이지 않았지만, 플리즈마 처리 후 친,소수 작용기 양과 Roughness 변화정도에 대해서는 면저항과 투과도의 변화를 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.404-404
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• 2012

저차원계 탄소 동소체는 특유의 구조에서 기인하는 우수한 물리적 성질로 인해 각광받고 있는 물질이다. 탄소원자가 육각형 격자 모양을 지닌 2차원계 물질인 그래핀(graphene)은 뛰어난 전기적, 물리적, 광학적 성질로 인해 전계효과 트랜지스터(field effect transistors), 투명전극(transparent electrodes), 에너지 저장체, 복합체, 화학/바이오 센서 등 다양한 분야에서 활용을 위한 연구가 진행되고 있다. 또한 그래핀이 튜브형태로 말려있는 1차원계 물질인 탄소나노튜브(carbon nanotube)의 전기적, 열적, 기계적 성질은 이를 전계방출 디스플레이(field emission display), 전도성 플라스틱, 가스 저장체, 슈퍼 커패시터 등에 적용가능하게 한다. 최근 2차원계 물질인 그래핀과 1차원계 물질인 탄소나노튜브의 장점을 극대화하기 위한 복합 나노 구조에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는 추세이다[1-5]. 본 연구에서 그래핀-탄소나노튜브 혼성 구조의 제작은 다음과 같이 진행되었다. 우선 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition)을 이용하여 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀은 메타크릴산메탈 수지(polymetylmethacrylate; PMMA)를 이용한 전사(transfer)방법을 이용하여 원하는 기판에 위치시키고, 직류 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering)을 이용하여 탄소나노튜브의 합성을 위한 촉매층을 증착하였다. 이후 열 화학기상증착법을 이용하여 그래핀 위에 탄소나노튜브를 합성함으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy)을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경(atomic force microscopy)과 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 확인하였다. 또한 제작된 그래핀-탄소나노튜브의 전기적 특성 측정을 통해 나노전자소자로의 응용가능성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.397-397
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• 2012

에너지갭이 큰 SnO2 반도체는 빛 투과율이 우수하여 투명성이 좋으며 화학적으로 안정된 구조를 가지고 있어 전자소자 및 광소자 응용에 대단히 유용하다. SnO2 박막을 증착하는 방법은 Physical Vapor Deposition과 Chemical Vapor Deposition이 있으나 나노 구조를 가진 SnO2를 형성하기 어렵다. 전기 화학적 증착 (Electrochemical Deposition: ECD)은 낮은 온도에서 진공 공정이 필요하지 않기 때문에 경제적이며 빠른 성장 속도를 가지고 있기 때문에 SnO2 나노 구조를 효과적으로 형성 할 수 있다. 본 연구에서는 Indium Tin Oxide (ITO) 기판 위에 SnO2 나노 구조를 형성시켜 전기적 및 구조적 특성을 관찰하였다. 0.015 M의 Tin chloride pentahydrate(SnCl4 5H2O)를 타켓 물질로 사용하고 0.1 M의 KCl을 완충물질로 사용하여 SnO2 나노구조를 성장하였다. 타겟 물질이 잘 녹지 않으므로 DI water와 ethanol을 7：3의 비율로 용매 사용하였다. 전류-전압 곡선을 분석하여 최적의 성장조건을 확보하고, $65^{\circ}C$ 1기압 하에서 -2.5 V 부터 -1.0 V까지 0.5 V 간격으로 나누어서 SnO2 나노구조를 성장하였다. X-선 회절 분석결과에서 SnO2의 피크의 크기가 큰 전기화적적 성장 전압구간과, 주사전자현미경 분석 결과에서 나노 구조가 가장 잘 나타난 성장 전압구간을 다시 0.1 V 간격으로 세분화하여 최적화 조건을 분석하였다. X-선 회절 실험으로 형성한 SnO2 나노구조의 피크가 (110) (101) (200) (211) (310)로 나타났다. X-선 회절 분석의 intensity의 값이 (101)방향이 가장 크게 나타났으므로 우선적으로 (101) 방향으로 SnO2 나노구조가 성장됨을 알 수 있었다. 주사전자현미경상은 grain size가 50~100 nm 사이의 SnO2 나노구조가 형성되며, grain size가 전기화학적 증착 장치의 성장전압이 저 전압 구간에서 커지는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.161-161
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• 2010

n-type 반도체 특성을 띄는 $SnO_2$ 나노선은 가스 센서, 투명 소자, 태양광 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 화학기상증착법으로 성장한 $SnO_2$ 나노선으로 폴리이미드 (PMDA-ODA: PI) 박막을 게이트 절연막으로 이용한 전계효과트랜지스터를 플렉서블 기판에 제작하고 전기적 특성을 분석하였다. 전자 전달 특성 곡선으로부터 n-형의 반도체 특성을 확인하였으며, 대부분의 산화금속 나노선에서와 같이 매우 큰 전기적 히스테리시스가 관찰되었다. 산화금속계통 나노선 소자의 히스테리시스는 나노선 표면에 산소 및 물 분자가 흡착되어 생기는 전자 갇힘 현상이 가장 큰 원인으로 알려져 있는데, 이러한 히스테리시스를 조절하거나 없애는 것은 소자의 특성 향상에 있어 매우 중요하다. 한편 PI 절연막에는 느린 분극 현상을 만드는 OH 반응기가 존재하기 때문에 나노선과는 반대 방향의 히스테리시스를 보일 것으로 예상된다. 본 연구에서는 제작된 $SnO_2$ 나노선 FET에서 PI 게이트 절연막의 경화 정도에 따른 히스테리시스를 조사하였다. FT-IR 측정에 따르면, PI 필름에 존재하는 OH 반응기는 PI를 경화시킴에 따라 감소하였으며 전기적인 히스테리시스도 감소하였다. 따라서, 절연막을 경화시키지 않았을 때는 PI 내부에 다량의 OH 반응기가 존재하여, PI의 히스테리시스가 나노선 히스테리시스보다 더 크게 작용하여, 전체적으로는 PI의 특성인 반시계 (counterclockwise) 방향의 히스테리시스를 나타내었다. 한편, 절연막을 완전히 경화시키면, OH 반응기는 대부분 사라지고 나노선의 히스테리시스만 발현되어 소자는 시계방향의 히스테리시스를 보였다. 이러한 실험결과를 통해, PI 박막을 $250^{\circ}C$ 에서 약 7분간 경화시켰을 때 나노선과 절연막의 히스테리시스가 가장 이상적으로 상쇄되어 전체적으로 히스테리시스가 매우 작아진 것을 관찰할 수 있었다. 이는 향후 나노선 FET의 안정적인 응용에 매우 유용한 결과로 활용될 것으로 예측된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.283.2-283.2
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• 2014

열필라멘트 화학증착공정(Hot Wire Chemical Vapor Deposition)에서 기상 에서 생성되는 하전된 실리콘 나노입자와 저온결정성 실리콘박막 증착의 연관성을 압력의 변화에 따른 상호비교를 통해 조사하였다. 필라멘트 온도는 $1800^{\circ}C$로 고정시키고 0.3~2 torr의 범위에서 공정 압력을 변화시키면서 증착하였다. 압력이 증가함에 따라 증착된 실리콘 박막의 결정화도는 증가하였으며, 증착속도는 감소하였다. 반응기 압력에 따른 기상에서 생성되는 나노입자의 크기분포의 변화를 조사하기 위하여 탄소막이 코팅된 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy) 그리드 위에 실리콘 나노입자를 포획하고 관찰하였다. 포획된 실리콘 나노입자의 크기분포와 개수농도는 압력이 증가함에 따라 감소하였다. 투과전자현미경을 이용하여 분석한 결과, 나노입자는 결정성 구조를 보였다. 압력이 증가함에 따라 나노입자의 크기가 감소하고 개수농도가 감소하는 것은 증착속도의 감소와 관련됨을 알 수 있다. 한편, 공정압력 증가에 따른 나노입자의 크기분포 및 개수농도 감소와 증착속도의 감소는 일반적으로 알려진 기상에서 석출하는 고상의 평형석출량(equilibrium amount of precipitation)이 압력의 증가함에 따라 증가한다는 사실과 일치하지 않는다. 이러한 압력경향성은 Si-H 시스템이 0.3~2 torr의 압력 영역에서 retrograde solubility를 갖는 것을 의미한다. 나노입자의 하전여부, 크기분포 및 개수농도를 측정하기 위하여 입자빔질량분석장비(Particle Beam Mass Spectroscopy)를 이용하였다. 그 결과, 실리콘 나노입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM) grid에 포획한 실리콘 나노입자의 크기와 경향성이 일치하였다. 이는 나노입자가 저온의 기판에서 핵생성되어 성장하여 생성된 것이 아니라 열필라멘트 주위의 고온영역에서 생성된 것을 의미한다.