• 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.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.3
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• pp.226-233
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• 2008

The nucleation and evolution process of Ge nano-islands on Si(001) surfaces grown by chemical vapor deposition have been explored using atomic force microscopy (AFM). The Ge nano-islands are grown by exposing the substrates to a mixture of gasses GeH4 and H2 at pressure of 0.1-0.5Torr and temperatures of $600-650^{\circ}C$. The effect of growth conditions such as temperature, Ge thickness, annealing time on the shape, size, number density, and surface distribution was investigated. For Ge deposition greater than ${\sim}5$ monolayer (ML) with a growth rate of ${\sim}0.1ML/sec$ at $600^{\circ}C$, we observed island nucleation on the surface indicating the transition from strained layer to island structure. Further deposition of Ge led to shape transition from initial pyramid and hut to dome and superdome structure. The lateral average size of the islands increased from ${\sim}20nm$ to ${\sim}310nm$ while the number density decreased from $4{\times}10^{18}$ to $5{\times}10^8cm^{-2}$ during the shape transition process. In contrast, for the samples grown at a relatively higher temperature of $650^{\circ}C$ the morphology of the islands showed that the dome shape is dominant over the pyramid shape. The further deposition of Ge led to transition from the dome to the superdome shape. The evolution of shape, size, and surface distribution is related to energy minimization of the islands and surface diffusion of Ge adatoms. In particular, we found that the initially nucleated islands did not grow through long-range interaction between whole islands on the surface but via local interaction between the neighbor islands by investigation of the inter-islands distance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.369-369
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• 2011

양자점 감응형 태양전지는 가시광 영역을 흡수, 이용할 수 있는 광감응 물질로 무기물 양자점을 사용하며, 이 경우 나노미터 크기의 무기물 양자점으로 인한 양자제한 효과 (quantum confinement effect)에 의해 양자점의 사이즈 조절 만으로 밴드갭을 조절할 수 있어 광학적 특성 조절이 용이하며, 하나의 광자를 흡수하여 두개 이상의 전자-정공쌍을 만들 수 있는 (multiple exciton generation) 가능성이 있어 기존 태양전지가 가지는 이론적 한계효율(Shockley-Queisser limit)을 뛰어넘을 수 있다. 본 연구에서는 양자점 및 염료 감응형 태양전지분야에서 가장 많이 사용되고 있는 TiO2 다공성 필름이 아닌, ZnO 나노선 구조를 이용하여 양자점 감응형 태양전지를 제작하였다. ZnO의 경우 TiO2보다 높은 전자이동도를 가지며, 나노선 구조가 바닥전극까지 수직 연결된 1차원의 전자전달경로를 제공하여 결과적으로 광전자 포집에 유리하다. 또한, CdS, CdSe 양자점을 동시에 사용하여 광흡수 범위를 가시광 전 영역으로 확장하였으며, 계단형 밴드구조를 통해 광전자-정공 분리 및 포집을 용이하게 하였다. 더 나아가 전해질의 조성, 나노선의 길이 등 다양한 부분을 조절하면서 각 변수가 소자의 효율에 미치는 영향을 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.378-378
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• 2011

본 연구에서는 ZnO 나노선 기판을 제작하여 그 위에 밴드갭이 낮은 물질인 CdS, CdSe를 증착시킨 후 p-type 반도체 물질인 CuSCN을 증착시켜 안정성이 향상된 양자점 감응형 태양전지를 제작하였다. ZnO 나노선 기판은 투명한 FTO 기판 위에 ZnO를 진공증착시켜 seed layer를 제작하고 그 위에 $10{\mu}m$정도의 길이의 나노와이어를 성장시킨 후, 밴드갭이 낮은 CdS, CdSe 물질과의 다중접합을 이용하여 제작하고, 이러한 나노선 구조위에 chemical solution deposition을 이용하여 ${\beta}$-CuSCN을 형성시켰다. 양자점 감응형 태양전지는 ZnO 나노선을 photoanode로 이용하고 ZnO 나노선은 암모니아수와 아연염을 이용한, 비교적 저온의 수열합성법을 통해 합성하였고, sensitizer로 쓰인 CdS, CdSe 물질은 CBD방식을 통하여 합성된 나노선 위에 in-situ로 접합시켰다. 또한, 기존의 액체전해질을 이용한 양자점 감응형 태양전지의 안정성을 향상시키기 위해 p-type의 반도체 물질인 CuSCN물질을 propyl sulfide를 이용, ${\sim}80^{\circ}C$의 열을 가하여 in-situ 방식으로 다공성 구조에 효율적으로 접합이 가능하도록 deposition하였다. 일반적으로, CuSCN film은 홀 전도체로서의 장점을 지닌 반면, 전도성이 낮은 단점이 있기 때문에 이를 향상시키기 위해서 첨가제를 이용, 농도에 따라서 전도도가 향상되고 셀의 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 이와 같이 합성된 구조는 주사전자현미경(SEM), X-선 회절(XRD), 솔라시뮬레이터 등의 분석장비를 이용하여 태양전지로서의 특성을 분석하였다. 또한 안정성 평가를 위하여 시간에 따른 셀의 특성변화도 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.428-428
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• 2012

ZnO 나노 구조는 화학적으로 안정하고 큰 엑시톤 에너지를 가지는 성질 때문에 청색 영역에서 작동하는 광전소자의 제작에 대단히 유용하다. ZnO 나노 구조중에서 ZnO 나노 입자는 UV 광탐지기 소자가 작동하는 영역에서 광반응이 매우 민감하여 연구가 많이 진행되고 있다[1]. 그래핀은 높은 전도도, 투명도 및 화학적, 열적 안정성이 뛰어난 독특한 물리적 특성을 가지고 있기 때문에 차세대 전자소자와 광전소자의 우수한 소재로 각광 받고 있다[2,3]. 본 연구에서는 UV 광탐지기에서 뛰어난 특성을 보이는 ZnO 양자점을 포함된 poly-N-vinylcarbazole (PVK) 층에 전기적 특성이 뛰어난 그래핀 층을 삽입하여 UV 광탐지기의 광전류를 향상 시키는 연구를 하였다. PVK 표면에 ZnO 양자점이 붙어서 형성되어 있는 모습과 그래핀 층에 PVK와 ZnO QD가 붙어있는 것을 투사 전자 현미경을 통하여 관찰 하였다. 전류-접압 측정을 하여 암전류와 광전류의 차이가 많이 나는 것을 알 수 있었다. 그래핀 층을 삽입한 광탐지기 소자에서 광전류가 향상되는 것을 알 수 있었다.

• Ceramist
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• v.18 no.2
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• pp.78-85
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• 2015

이산화티탄 나노튜브와 같이 방향성을 가지고 성장한 반도체는 염료감응 태양전지의 새로운 박막구조로서 많은 관심을 받고 있다. 감응형 태양전지의 전력 생산에 필요한 빛 흡수, 전하주입, 전하운반체수송 등이 박막에서 이루어진다는 점에서 박막은 태양전지의 광전효율을 결정하는 중요한 요소이다. 특히 이산화티탄 나노튜브가 가지는 물리적, 전기적, 광학적 특성을 조절함으로써 이산화티탄 나노입자를 이용한 태양전지의 광전효율을 빠르게 따라잡을 수 있었다. 본고에서는 이산화티탄 나노튜브의 구조와 합성에 대해 검토하고 나노입자와 나노튜브 각각의 구조가 감응형 태양전지에서 빛의 수집과 전하 수집에 주는 영향에 대해 논의하고자 한다. 뿐만 아니라 나노튜브의 구조적, 전기적 특성에 따른 태양전지 제작과정의 차이를 알아본다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.1
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• pp.51-57
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• 2008

we have demonstrated structural evolution and optical properties of Si-nanowires (NWs) synthesized on Si (111) substrates with nanoscale Au-Si islands by rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD). The Au-Si nano-islands (10-50nm in diameter) were employed as a liquid-droplet catalysis to grow Si-NWs via vapor-liquid-solid mechanism. The Si-NWs were grown by a mixture gas of SiH4 and H2 at a pressure of 1.0 Torr and temperatures of $500{\sim}600^{\circ}C$. Scanning electron microscopy measurements showed that the Si-NWs are uniformly sized and vertically well-aligned along <111> direction on Si (111) surfaces. The resulting NWs are ${\sim}60nm$ in average diameter and ${\sim}5um$ in average length. High resolution transmission microscopy measurements indicated that the NWs are single crystals covered with amorphous SiOx layers of ${\sim}3nm$ thickness. In addition, the optical properties of the NWs were investigated by micro-Raman spectroscopy. The downshift and asymmetric broadening of the Si main optical phonon peak were observed in Raman spectra of Si-NWs, which indicates a minute stress effects on Raman spectra due to a slight lattice distortion led by lattice expansion of Si-NW structures.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.3-3
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• 2008

21 세기 제 3의 산업혁명을 가져올 것으로 기대되는 나노기술(NT), 정보기술(IT), 바이오기술(BT)은 전 세계 과학자들의 마음을 사로잡고 있다. 이 가운데 나노기술은 전자산업에 응용시 그 기대효과는 우리가 상상하는 이상의 것이라 예상하고 있다. 나노기술에 특히 관심을 가지는 이유는 물질이 마이크로미터 크기로 작아져도 벌크 물질의 물리적 특성이 그대로 유지되지만, 나노미터 크기가 되면서 우리가 경험하지 못했던 새로운 물리적 특성들이 발현되기 때문이다. 그 특성에는 양자구속효과, Hall-Petch 효과, 자기효과 등이 있다. 나노기술의 구현은 양자점과 같은 영차원 나노입자, 나노와이어, 나노막대, 나노리본 등과 같은 직경이 100nm 이하의 일차원 구조의 나노물질 및 나노박막과 기타 100nm 이하의 나노구조물들이 사용된다. 현재 일차원 구조를 이용한 전자디바이스화 연구는 결정성장을 정확하게 조절하는 합성기술 합성된 일차원 나노물질의 물리적 특성을 지배하는 각종 파라미터들과 물리적 특성들과의 상관관계 정립, 나노와이어를 이용한 Bottom-up 방식에 의한 조립기술 확보를 위해 활발히 진행 중이다. 하지만 나노구조의 특성을 확인하는 형태의 연구일 뿐, 실제 디바이스화에는 여전히 많은 과제를 안고 있다. 본 연구에서는 산화아연을 기반으로 한 고품위 능동형 산화물 나노구조의 다양한 성장방법 및 물성 평가에 대해 연구하였다. 성장장비로는 MOCVD와 스퍼터링을 이용하여 대면적 균일 성장을 이룰 수 있었다. 특히 실제 광전소자에 응용요구에 알맞은 Bottom-up 방식에 의한 수직성장 기술, 길이/직경 비 향상 기술, 결정성 향상 기술, 저온성장 기술, Dimension 조절 기술 Interfacial layer 제거 기술 등을 중점적으로 연구하였다. Dimension 조절 기술로 p-Si 기판위에 성장된 나노 LED에서는 밝은 emission을 관찰하였으며, 세계에서 최초로 스퍼터링을 이용하여 4인치 웨이퍼에 대면적 수직 성장하였다. 최근에는 선택적 삼원계 씨앗층을 이용한 길이/직경 비가 매우 향상된 MgZnO 나노와이어를 Interfacial layer 없이 수직으로 성장하여 산화물 전계방출 에미터로서의 가능성을 확인하였다.

• Information Display
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• v.20 no.1
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• pp.5-14
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• 2019

양자점 발광소자 기술은 지난 20여년 동안 급격한 발전이 이루어졌으며, 이는 양자점 발광체 및 소자기술 전반에 대한 집중적인 연구의 결과로 생각할 수 있다. 그러나 양자점 발광소자기술의 상용화를 위해서 해결해야 할 문제는 소재(예: 무중금속 양자점 구현, 대량생산 등) 및 소자(예: 수명문제, 대면적 프린팅문제, 효율저하문제)에 걸쳐 산적해 있다. 본 기고문에서는 이상의 다양한 문제 중 양자점 발광소자의 효율저하문제를 집중적으로 다루었다. 비록 양자점 나노구조체의 제어 및 발광소자 연구가 여전히 카드뮴 기반 양자점을 바탕으로 한 기초연구영역에 머물러 있지만, 향후 친환경 양자점 합성기술이 본격적으로 발전하게 된다면 우수한 효율과 안정성을 보이는 양자점 발광소자가 구현되리라 기대된다.

• The Science & Technology
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• v.35 no.11 s.402
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• pp.24-25
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• 2002

KAIST 조영효 교수가 이끄는 디지털 나노 구동연구단은 지난 4월 새로운 형태의 디지털 나노구동기를 개발하여 화제를 모으고 있다. 이 나노구동기는 생체 근육의 구조와 구동원리를 공학적으로 응용해 개발한 점이 주목된다.