• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.613-613
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• 2013

그래핀은 저차원계 구조에서 기인하는 뛰어난 전기적, 물리적, 기계적 성질을 지니고 있어 실리콘 기반 기술을 대체할 전계 효과 트랜지스터 이외에도 투명전극, 초고용량 커패시터, 전계방출 디스플레이 등 다양한 응용분야에 적용 가능하다. 최근에는 이러한 응용 연구분야에서 그래핀과 탄소나노튜브 각각의 단점을 최소화하고 장점을 극대화하기 위한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조에 대한 연구들이 진행되고 있는 추세이다. 이전 연구들에서 환원된 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide, RGO)을 이용한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조가 제작되었는데, 이는 RGO의 제작과정에서 복잡한 공정과 긴 합성과정이 요구될 뿐 아니라, 복합 물질에서 탄소나노튜브의 밀도 제어가 어렵다는 단점을 지닌다. 또한 현재까지 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 경우, 열 화학기상증착법으로 합성된 다층(few-layers)의 그래핀과 탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다 [1-6]. 본 연구에서는 우수한 전기적 특성을 가진 단층(monolayer)의 그래핀을 열 화학기상증착법으로 합성한 후, 그래핀 위에 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경과 라만 분광기 측정을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경과 X선 광전자 분광법을 통해 확인하였다. 또한 그래핀 기반의 전계 효과 트랜지스터의 경우, 상온에서 그래핀은 우수한 전하 이동도를 가지며 웨이퍼 스케일에서 제작하기 쉬우나 밴드 갭이 없으므로 높은 Ion/Ioff를 가지는 그래핀 기반의 트랜지스터를 만드는 것이 과제이다. 반면 탄소나노튜브는 큰 에너지 갭을 가지고 있으므로 높은 Ion/Ioff를 구현하는 소자 제작이 가능하다. 그리하여 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 소자 제작을 통해 전기적 특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.237-237
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• 2009

전도 특성을 가지는 나노선 제작의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 실험에서는 높은 전도성을 가지는 구리 이온을 이용하여 나노선을 제작하는 실험을 진행하였으며 제작된 구리-나노선의 전도특성을 분석하여 구리 이온 치환 정도에 따른 DNA 전도성 개선 여부를 확인하였다. DNA를 기반으로 구리 Metalization 횟수가 늘어날수록 나노선이 연속적으로 형성되며 선형적이고 높은 전도특성을 가지게 되는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과로부터 본 연구에서 사용한 방법을 이용하여 제작된 구리 나노선이 향후 나노소자 제작에 크기 기여할 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.502-502
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• 2013

유기태양전지는 간단한 제작 공정과 저비용 제작이 가능하고 플렉서블 소자를 제작할 수 있는 장점을 가지고 있어서 많은 연구자들이 관심을 가지고 있다. 하지만 현재 유기태양전지의 효율은 낮기 때문에 실리콘 기반이나 화합물 기반의 태양전지에 비해서 효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 유기태양전지의 효율을 높이기 위한 다양한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 특히 나노구조를 가지는 광활성층을 사용하여 제작된 고효율 유기태양전지에 대한 연구가 이루어지고 있다. 나노구조를 가지는 유기태양전지는 생성된 엑시톤을 분리시킬 수 있는 계면이 넓어지기 때문에 전하 분리 효율을 높아지게 되고, 고효율의 유기태양전지를 제작할 수 있게 된다. 또한, 넓은 광흡수 스펙트럼을 가지는 양자점을 활용하는 연구도 함께 진행되고 있다. 양자점을 사용하여 유기태양전지의 효율을 높이는 실험이 진행되고 있지만, 실제 효율을 높이는데 많은 어려움을 가지고 있다. 본 연구에서는 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체를 사용하여 요철 구조를 가진 광활성층을 사용한 유기태양전지를 제작하였다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체는 물질에 비해서 넓은 광흡수 영역을 가져서 생성된 엑시톤의 양을 늘리는 역할을 한다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체로 만든 요철 구조는 평면구조로 제작한 요철 구조에 비해서 계면에서 균일한 적층이 가능한 나노구조가 제작되기 때문에, 계면에서 일어나는 전하 손실을 줄일 수 있다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체로 제작된 요철 구조를 사용한 유기태양전지가 기본 소자에 비해서 상당한 효율 향상을 확인하였다. 양자점을 포함한 나노복합체로 제작된 유기 태양전지의 효율증진 메커니즘을 논한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.422.1-422.1
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• 2014

E-textile과 같은 웨어러블 전자소자는 휴대용 전자소자, 의료센서 및 디스플레이 등을 포함하는 다기능 직물등의 적용가능 응용분야에서의 잠재력으로 인하여 많은 관심을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이같은 응용분야에 적용하기 위하여 전기방사를 이용한 나노크기의 나일론 섬유를 제작하고 reduced graphene oxide를 섬유에 코팅하여 전도성을 가지는 나노섬유를 제작하였다. 나일론 알갱이를 포름산에 녹인 용액을 이용하여 전기방사를 통해 약 100 nm 두께를 가지는 나노섬유를 제작하였다. 제작된 나일론 섬유와 그래핀 옥사이드 사이의 결합력을 향상시키기 위하여 BSA(bovine serum albumin)으로 표면 처리를 하였다. 마지막으로 나일론 섬유에 코팅된 그래핀 옥사이드를 hydrazine을 이용하여 환원하여 전도성을 가지는 섬유를 제작하였다. 제작된 전도성을 가지는 섬유는 약 10 kohm 정도의 저항을 가지는 것을 확인하였으며, 물리적인 외부 변형에서도 안정적으로 전도성을 가지는 것을 확인하였다. 이러한 전도성을 가지는 나노섬유는 웨어러블 전자소자를 제작하는데 응용 가능할 뿐만 아니라, 전기방사를 통한 나노구조물 제작 기술을 가스센서, 바이오센서, 태양전지, 나노소자등 다양한 분야에 적용 가능한 우수한 기술이라고 생각한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.393.2-393.2
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• 2014

유기물/무기물 나노복합체를 이용하여 제작한 비휘발성 메모리 소자는 유기 박막 소자의 응용 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 유기물 박막 안에 분산된 금속 나노입자를 사용하여 제작한 메모리 소자의 전기적 특성 향상에 대한 연구가 많은 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 Ag 금속 나노입자가 유기물 박막 안에 분산된 유기 쌍안정성 메모리 소자에서 메모리 특성 및 나노입자의 분산 농도에 따른 전기적 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 화학적 방법을 이용하여 합성한 Ag 금속 나노입자를 클로로벤젠에 용해되어 있는 polymethylmethacrylate (PMMA) 용액을 제작하였다. Ag 금속 나노입자 포함된 용액을 p-형 Si 기판 위에 스핀 코팅한 후, 열을 가해 남아있는 용매를 제거하여 Ag 금속 나노입자가 PMMA 유기물에 분산되어 있는 나노복합체 박막을 형성하였다. 형성된 Ag 금속 나노입자가 포함된 나노복합체 박막 위에 상부 전극으로 Al을 열증착하여 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다. 제작된 소자의 전하 저장 능력을 측정하여 Ag 금속 나노입자를 포함하지 않은 소자의 전하 저장 능력과 비교하여 Ag 금속 나노입자가 메모리 소자에서의 전하 저장 매체의 중요한 역할인 것을 확인하였다. Ag 금속 나노입자의 농도에 따른 전하 저장 능력 및 전기적 특성에 대해서도 측정 및 확인 하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.35.2-35.2
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• 2011

나노와이어를 제작하는 많은 방법들 중에서 실리콘 기판을 무전해식각하여 실리콘 나노와이어를 제작하는 방법은 쉽고 간단하기 때문에 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 무전해식각법을 이용한 실리콘 나노와이어 합성은 단결정 실리콘 나노와이어를 합성할 수 있고, p 또는 n형의 도핑 정도에 따라 원하는 전기적 특성의 기판을 선택하여 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 n형으로 도핑된 기판으로 나노와이어를 제작하였을 경우 식각으로 인한 나노와이어 표면의 거칠기로 인하여, 실제로는 n형 반도체 특성을 나타내지 않는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 무전해식각법으로 합성한 n형 나노와이어의 거칠기를 조절하고 filed-effect transistor (FET) 소자를 제작하여 나노와이어의 전기적 특성변화를 확인하였다. n형 나노와이어의 거칠기를 조절하기 위하여 열처리를 통해 표면을 산화시켰고, 열처리 시간에 따른 나노와이어 FET 소자를 제작하여 I-V 특성을 관찰하였다. 이때 절연막과 나노와이어 계면 사이의 결함을 최소화 하기 위하여 나노와이어를 poly-4-vinylphenol (PVP) 고분자 절연막에 부분 삽입시켰다. 나노와이어 표면의 거칠기는 high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM)을 통하여 확인하였으며, 전기적 특성은 Ion/Ioff ratio, 이동도, subthreshold swing, threshold voltage 값 등을 평가하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.22.2-22.2
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• 2011

Si 나노와이어를 합성하는 다양한 방법들 중에서 Si 기판을 나노와이어 형태로 제작하는 무전해 식각법은 쉽고 간단하기 때문에 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 무전해 식각법을 이용한 Si 나노와이어는 p 또는 n형의 전기적 특성을 갖는 Si 기판의 도핑농도에 따라 원하는 전기적 특성을 갖는 나노와이어를 얻을 수 있을 것이라는 기대가 있었지만 n형으로 제작된 나노와이어의 경우 식각에 의한 표면의 거칠기 때문에 그 특성을 나타내지 못하는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 무전해 식각법을 이용하여 p와 n형 나노와이어를 합성하고 field-effect transistors (FETs) 소자를 제작하여 각각의 특성을 구현하였다. 나노와이어와 절연막 사이의 계면 결함을 최소화하기 위하여 poly-4-vinylphenol (PVP) 고분자 절연막에 나노와이어를 삽입시킨 형태로 소자를 제작하였고, 특히 n형 나노와이어의 표면을 보다 평평하게 하기 위하여 열처리를 진행 하였다. 이렇게 각각의 특성이 구현된 나노와이어를 이용하여 soft-lithography 공정을 통해 complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) 구조의 인버터 소자를 제작하였으며 그 전기적 특성을 평가하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.30.1-30.1
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• 2010

Hydrogen silsesquioxane (HSQ)는 spin-on glass (SOG)의 일종으로 spin-coating이 가능하며 $400^{\circ}C$ 이상의 고온에서의 어닐링을 통해 silica로 변환되는 물질이다. 이 물질은 가시광선 영역에서 95% 이상의 높은 투과도를 나타내며 산화물로의 변환 공정이 간단하며 표면 개질이 용이하기 때문에 나노 바이오, 반도체, 광전자 소자 등의 다양한 분야로의 적용이 기대되는 물질이다. 최근 나노 기술의 발전에 따라 다양한 나노 구조물을 이용하여 소자들의 효율을 향상시키는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 따라서 HSQ를 이용하는 소자의 효율을 높이기 위해서는 쉽고 간단하면서 생산성이 높은 HSQ 나노 구조물 제작 기술에 대한 연구가 필요하다. 현재 개발된 대면적 HSQ 나노 구조물 제작 기술로는 e-beam lithography, x-ray lithography, room temperature nanoimprint lithography 등이 있다. 하지만 이와 같은 나노 패터닝 기술들은 생산성이 낮거나 공정이 복잡한 단점이 있다. 본 연구에서는 poly(dimethylsiloxane) (PDMS) mold를 이용한 직접 printing 기술을 통해 HSQ 나노 구조물을 제작하는 기술을 개발하였다. 이 기술은 대면적에 간단한 기술로 HSQ 나노 패턴을 제작할 수 있으며 master mold의 패턴이 그대로 HSQ layer로 전사되기 때문에 제작이 까다로운 아날로그 패턴도 손쉽게 제작할 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 이와 같은 HSQ 직접 printing 기술을 이용하여 HSQ 아날로그 나노 패턴을 제작하고 이의 응용기술에 대한 연구를 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.393.1-393.1
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• 2014

유기물/무기물 나노복합체를 이용하여 제작한 유기비휘발성 메모리 소자는 간단한 공정과 플렉서블기기 응용 가능성 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 유기물/무기물 나노복합체를 사용하여 제작한 비휘발성 메모리 소자의 전기적 성질에 대한 연구는 많이 진행되었으나, Poly (N-vinylcarbazole) (PVK) 박막 내부에 분산된 친환경 CuInS2 (CIS) 나노입자를 이용하여 제작한 유기 쌍안정 소자의 메모리 특성에 대한 연구는 미미한 실정이다. 본 연구에서는 PVK박막층안에 분산된 CIS나노입자를 사용한 메모리 소자를 제작하여 전기적 특성에 대하여 연구하였다. 화학적으로 합성 된 CIS 나노입자를 톨루엔에 용해되어있는 PVK에 넣고 초음파 교반기를 사용하여 두 물질을 고르게 섞었다. 전극이 되는 indium-tin-oxide 가 성장된 유리 기판 위에CIS 나노입자와 PVK가 섞인 용액을 스핀코팅 한 후, 열을 가해 용매를 제거하여 CIS 나노입자가 PVK에 분산되어 있는 나노복합체 박막을 형성하였다. 형성된 나노복합체 박막 위에 상부 전극으로 Al을 열증착하여 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다. 제작된 소자의 전류-전압 측정 결과는 메모리 특성을 나타내었으며, CIS 나노입자를 포함하지 않은 소자와의 비교를 통해 CIS나노입자가 비휘발성 메모리 소자에서 메모리 특성을 나타내게 하는 역할을 확인하였다. 전류-시간 측정 결과 소자의 ON/OFF 전류 비율이 시간에 따라 큰 변화 없이 1,000 회 이상 지속적으로 유지함을 관찰함으로써 소자의 전기적 기억 상태 안정성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.366-366
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• 2012

무기물 나노입자를 포함한 유기 박막인 나노 복합체를 사용하여 제작한 비휘발성 메모리 소자는 공정의 간단함과 낮은 전력구동이 가능하다는 장점 때문에 차세대 비휘발성 메모리 소자로 각광받고 있다. 다양한 나노입자를 포함한 유기 박막을 사용한 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구는 많이 진행되었지만, 코어-쉘 나노입자가 poly (methylmethacrylate) (PMMA) 유기 박막에 분산되어 있는 나노 복합체를 활성층으로 사용하여 제작한 비휘발성 유기 메모리 소자의 전기적 특성과 메모리 메커니즘에 대한 연구는 비교적 미미하다. 본 연구에서는 코어-쉘 나노 입자가 PMMA 박막 안에 분산되어 있는 나노복합체를 사용한 비휘발성 메모리 소자를 제작하여 전기적 특성, 정보 유지력 및 메모리 스위칭 동작에 대하여 관찰 하였다. 소자 제작을 위해 hexane 안에 들어 있는 코어-쉘 나노입자를 Chlorobenzene에 용해되어 있는 PMMA에 넣어 초음파 교반기를 사용하여 나노입자를 고르게 분산하였다. 코어-쉘 나노입자가 PMMA에 고르게 분산 된 용액을 전극으로 사용 할 Indium-tin-oxide가 성장된 glass 위에 스핀코팅을 한 후 열처리를 하여 용매를 제거한 후 코어-쉘 입자가 PMMA에 분산되어 있는 박막을 형성하였다. 코어-쉘 입자가 PMMA에 분산된 나노복합체 위에 Al을 상부전극으로 열 증착하여 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다. 제작된 소자의 전류-전압 (I-V) 특성을 측정결과는 특정한 두께에서 낮은 전도도 (ON state)와 높은 전도도 (OFF state)가 존재하는 쌍안정성 특성을 확인하였다. 코어-쉘 나노입자가 포함되지 않은 소자에서는 쌍안정성 특성이 보이지 않아 코어-쉘 나노입자가 비휘발성 메모리 소자의 기억 특성을 나타내는 중요한 저장 매체가 됨을 알 수 있었다. 제작된 메모리 소자의 메모리 동작에 대한 메커니즘 설명은 I-V와 에너지 밴드 구조를 사용하여 설명할 것이다.