• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.08a
• /
• pp.358-358
• /
• 2011

탄소원자로 구성된 2차원의 단원자 층의 그래핀은 우수한 기계적 강도, 전기전도도, 화학적 안정성 등의 특성으로 인하여 현재 기초연구 및 응용연구들이 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 그래핀의 물성은 그래핀의 층수, edge 형태, 구조적 defect의 양, 불순물의 양 등에 의해 좌우되는 것으로 알려져 있어, 그 원인들의 영향을 살펴보는 일은 그래핀 물성 제어의 측면에서 매우 중요하다. 한편, 그래핀을 산업적으로 이용하기 위해서는 CVD합성법이나 화학적인 박리법 등과 같은 대량의 그래핀 제조법이 요구되며, 이러한 그래핀들의 산화거동을 알아 보는 것은 향후 산화 분위기에서 사용될 그래핀 응용소자 개발에 유용한 정보가 될 것이다. 본 연구에서는 그래핀 층수에 따른 산화 거동을 연구하기 위하여, 그래핀을 산화시킨 후 Raman 분광법과 AFM 분석을 통하여 광학적, 구조적 변화를 체계적으로 분석하였다. 그래핀은 니켈박막을 촉매층으로 이용한 실리콘 웨이퍼에 메탄가스를 원료가스로 한 CVD법으로 합성하였다. 효율적인 산화처리를 위해 합성한 그래핀은 홈이 있는 기판 위에 전사하여 산화반응시 기판의 영향을 제거하였다. 산화처리는 열 산화처리 및 플라즈마 산화처리로 나누어 각각 실시하였으며, 5분간의 산화처리와 특성평가를 반복적으로 실시하였다. 한편, 층수에 따른 산화 거동을 조사하기 위해서는, 합성한 그래핀 내에 존재하는 단층영역, 수층영역, 다층영역을 지정하여 매회 동일영역을 분석함으로써 산화 거동을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.427-427
• /
• 2011

그래핀은 탄소원자가 육각형의 벌집형태로 배열되어 있는 원자단위 두께의 가장 얇은 재료중의 하나이다. 이는 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성을 지니고 있어 다양한 분야로의 응용이 가능할 것으로 예측되고 있다. 그래핀의 산업적 응용을 위해서는 대면적으로 두께 균일도가 높은 그래핀을 저렴한 방법으로 합성하는 것이 무엇보다도 우선적으로 요구된다. 그래핀을 얻는 방법으로는 물리 화학적 박리, 탄화규소의 흑연화, 열화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition; TCVD) 등의 다양한 방법이 있으며, 현재로선 그 중 TCVD법이 대면적으로 두께균일도가 높은 그래핀을 합성할 수 있는 가장 적합한 방법으로 인식되고 있다. 그러나 이 방법은 탄소가 포함된 원료가스를 분해하기 위하여 고온의 공정이 요구되는 단점이 있다. 이러한 이유로 최근 그래핀은 저온에서 합성하기 위한 많은 연구들이 진행 중에 있으며 그 결과가 속속 보고 되고 있다. 본 연구에서는 고주파 플라즈마가 결합된 TCVD장치를 이용하여 원료가스를 효율적으로 분해함으로서 그래핀의 저온합성을 도모하였다. 기판은 300 nm 두께의 니켈박막이 증착된 산화막 실리콘 기판을 사용하였으며, 원료가스로는 메탄을 사용하였다. 실험결과, 350 W의 파워로 플라즈마를 방전하여 30분간 합성을 수행하였을 때 약 $450^{\circ}C$ 근처의 저온에서 수 겹의 그래핀이 합성 가능한 것을 확인하였다. 합성된 그래핀은 분석의 용이함 및 향후 다양한 응용을 위하여 산화막 실리콘 기판 및 투명 고분자 기판 등으로 전사하였다. 그래핀의 특성분석을 위해서는 광학현미경, 라만 분광기, 투과전자현미경, 자외 및 가시선 분광광도계, 4탐침측정기 등을 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.78-78
• /
• 2010

그래핀(Graphene)은 탄소원자가 육각형 벌집(honeycomb)구조로 빼곡히 채워진 2차원의 단원자 층으로 역학적 강도와 우수한 화학적/열적 안정성 및 흥미로운 전기 전도 특성을 가지고 있다. 이러한 그래핀의 우수한 특성으로 인하여 현재 기초연구뿐만 아니라 응용연구 등 많은 연구들이 진행되고 있다. 일반적으로 그래핀의 우수한 물리적 특성들은 그래핀의 층수, 모서리(edge)구조, 결함(defect), 불순물 등에 의해 크게 좌우되는 것으로 알려져 있다. 따라서 그래핀의 구조 및 결함정도를 자유로이 제어하고 그에 따르는 특성 변화를 관찰하는 것은 기초연구의 측면에서 뿐만 아니라 향후 그래핀 응용에 있어서도 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 그래핀의 내산화 특성을 연구하기 위하여, 그래핀을 열 및 플라즈마 산화 분위기에 노출시킨 후, Raman 분광법을 이용하여 광학적, 구조적 변화를 분석함으로써 그래핀의 내산화 특성에 대하여 조사하였다. 그래핀은 실리콘 웨이퍼에 전자빔증착법으로 니켈박막을 증착한 후 열화학증기증착법으로 합성하였으며, 메탄가스를 원료가스로 $900^{\circ}C$ 전후에서 합성하였다. 합성한 그래핀은 산화반응 시 기판의 영향을 제거하기 위하여 트렌치 구조의 기판 위에 전사(transfer)함으로써 공중에 떠있는 구조를 구현하였다. 열 산화의 경우, 합성한 그래핀을 대기분위기의 고온($500^{\circ}C$) 챔버에 넣고 처리시간에 따른 특성변화를 살펴보았다. 플라즈마 산화의 경우는 공기를 이용하여 직류플라즈마를 발생시킨 후 0.4 W의 낮은 플라즈마 파워를 이용하여 플라즈마 산화처리와 특성평가를 매회 반복하였다. 그래핀의 특성분석은 Raman분광기와 광학현미경, 원자힘현미경(AFM) 등을 이용하여 분석하였으며, 상기 결과들은 향후 산화환경에서의 그래핀 응용소자 개발에 유용할 것으로 예상된다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.14 no.3
• /
• pp.163-170
• /
• 2011

Nanocrystalline Ni thin films were electodeposited from chloride baths to investigate the influences of additive concentration, current density and solution pH on residual (or internal) stress, surface morphology, and microstructure of the films. It was observed that residual stress in Ni thin film was changed from tensile stress mode (about 150 MPa) to compressive stress mode (about -100 MPa) with increasing saccharin concentration as an additive. Microstructure of Ni thin films was changed with/without saccharin in baths. Ni thin films electrodeposited from saccharinfree bath mainly consisted of both FCC(111) and FCC(200) phases. However, Ni thin film electrodeposited from the baths containing saccharin exhibited FCC(111), FCC(200) and FCC (311) phases [sometimes, FCC (220)]. Current density influenced residual stress of Ni thin films. It was measured to be the lowest compressive stress value (about-100 MPa) in range of current density of $2.5\sim10mA{\cdot}cm^{-2}$. Solution pH also influenced residual stress of Ni thin film. Addition of saccharin in baths affected grain size of Ni thin films. Grain sizes of Ni thin films were measured to be about 60 nm without saccharin and 24~38 nm with more than 0.0005M saccharin concentration. Surface of Ni thin films was changed from nodular to smooth surface morphology with addition of saccharin.

• Journal of the Korean Chemical Society
• /
• v.50 no.2
• /
• pp.163-177
• /
• 2006

Alpha Nickel hydroxide samples have been synthesized by electrodeposition on platinum and nickel substrates at current densities of 1, 5, 6, 7 and 10 mAcm？2 at a controlled temperature of 30.00 oC from Ni(NO3)2 bath. Platinum substrate shows a tendency to incorporate less nitrate ions with increase in current density thus producing less hydroxy-deficient nickel hydroxide layers. On the whole the interlayer distance (d003) is found to be inversely proportional to the amount of nitrate ions incorporated in-between the lattice. For the first time we have observed a decrease in lattice spacing with increase in concentration of intercalant (anions) and the reason for lattice contraction is attributed to the columbic attractive forces exerted by the oppositely charged nitrate ion and positively charged slabs. The Infrared spectra of the samples with expanded interlayers show two types of OH vibrations corresponding to hydrogen bonded and non-hydrogen bonded OH groups whereas the contracted interlayers show only hydrogen-boded OH groups. Although the faradaic efficiency is found to increase with increase in applied current there is a local minimum at 6.0 mAcm？2 current density on both platinum and nickel substrates. In this manuscript, GC-MS data is provided which clearly demonstrates the electrodeposited nickel hydroxide sample to consist of huge amount of carbonate ions although the electrolyte solution in nickel nitrate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.681-682
• /
• 2013

전기는 우리 주변의 에너지 형태 중에서 가장 편리하고 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 전기는 전자제품, 전기자동차, 에너지 저장 플랜트 등 매우 많은 분야에서 저장되고 사용되고 있다. 특히 에너지 저장 용량의 확대는 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 IT 기기의 성장에 결정적인 역할을 하였다. 가볍고 작으면서도 고용량의 전기 에너지 저장 장치가 없었다면, 통신이나 인터넷 그리고 오락 등 다양한 기능을 작은 휴대용 기기에 구현할 수 없었을 것이다. 그러나 시간이 흐를수록 기기의 요구 성능이 높아지고 소비자의 니즈가 더욱더 다양해지고 고도화될수록 단일 부품으로 가장 큰 부피를 차지하는 에너지 저장 장치의 용량과 디자인은 점점 중요해지고 있다. 이러한 에너지 저장 장치에서 가장 친숙한 형태는 2차 전지 계열이다. 납 축전지를 비롯하여, 니켈수소, 니켈카드뮴, electrochemical capacitor와 Li ion 계열 등이 대표적이다. 특히 Li ion 배터리는 모바일, 자동차 및 에너지 저장 그리드 등과 같은 다양한 분야에 가장 많이 적용되고있다. Li ion 배터리에 대하여 현재의 핵심적인 연구분야는 전극 재료(cathode, anode)와 electrolyte에 대한 것이다. Anode 전극 재료 중에서 가장 많이 사용되는 재료는 카본을 기반으로 하는 재료로 안정성에 대한 장점이 있지만 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다. 에너지 저장 용량 증가에 대한 필요성이 증가하기 때문에 현재 많이 사용되고 있는 에너지 밀도가 낮은 카본 재료를 대체하기 위해서 이론 용량이 높다고 알려진 실리콘과 같은 메탈이나 주석 산화물과 같은 천이 금속 산화물에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 현재까지 알려진 많은 재료 중에서 가장 큰 capacity (~4,000 mAh/g)를 가지고 있다고 알려진 실리콘이 카본의 대체 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나, Li 과 반응을 하며 약 300~400%에 달하는 부피팽창이 발생하고, 이러한 부피 팽창 때문에 충 방전이 진행됨에 따라 current collector로부터 박리되는 현상을 보여 빠른 용량 감소를 보여주고 있다. 본 연구에서는 adhesion layer를 current collector와 실리콘 전극 재료 사이에 삽입하여 충 방전 시 부피팽창에 의한 미세구조의 변화와 electrochemical 특성에 대한 영향을 알아보았다. 실험에 사용한 anode 전극은 상용 Cu foil current collector에 RF/DC magnetron 스퍼터링을 통해 다양한 종류(Ti, Ta 등)의 adhesion layer과 200 nm 두께의 Si 박막을 증착하였다. 또한 Bio-logic Potentiostat/ Galvanostat VMP3 와 WanAtech automatic battery cycler 장비를 사용하여 0.2 C-rate로 half-cell 타입의 코인 셀로 조립한 전극에 대한 충 방전 실험을 진행하였다. Adhesion layer의 사용으로 인해 실리콘 박막과 Cu current collector 사이의 박리 현상을 줄여줄 수 있었고, 충 방전 시 Cu 원자의 실리콘 박막으로의 확산을 통한 brittle한 Cu-Si alloy 형성을 막아 줄 수 있어 큰 특성 향상을 확인할 수 있었다. 또한, 리튬과 실리콘의 반응을 통한 형태와 미세구조 변화를 SEM, TEM 등의 다양한 장비를 사용하여 확인하였고, 이를 통해 adhesion layer의 사용이 전극의 특성향상에 큰 영향을 끼쳤다는 것을 확인할 수 있었다.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.3 no.1
• /
• pp.28-32
• /
• 1993

Abstract The hot wire anemometer-type flow sensor, which consisted of Ni thin film resistors evaporated on Si substrates, was fabricated and characterized. It was known that the temperature coefficients of Ni resistors were decreased as the film thickness was thinned and the operating characteristics of the fabricated flow sensor were determined as a sensitivity of 111.3${\mu}$W/(${\ell}$ pm$)^{1/2}$ and a dynamic response time of several 10 seconds.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
• /
• v.7 no.6
• /
• pp.1056-1063
• /
• 2006

Thermal evaporated 10 nm-Ni/l nm-Ir/(or polycrystalline)p-Si(100) and 10 nm-$Ni_{50}Co_{50}$/(or polycrystalline)p-Si(100) films were thermally annealed using rapid thermal annealing fur 40 sec at $300{\sim}1200^{\circ}C$. The annealed bilayer structure developed into Ni(Ir or Co)Si and resulting changes in sheet resistance, microstructure, phase and composition were investigated using a four-point probe, a scanning electron microscopy, a field ion beam, an X-ray diffractometer and an Auger electron spectroscope. The final thickness of Ir- and Co-inserted nickel silicides on single crystal silicon was approximately 20$\sim$40 nm and maintained its sheet resistance below 20 $\Omega$/sq. after the silicidation annealing at $1000^{\circ}C$. The ones on polysilicon had thickness of 20$\sim$55 nm and remained low resistance up to $850^{\circ}C$. A possible reason fur the improved thermal stability of the silicides formed on single crystal silicon substrate is the role of Ir and Co in preventing $NiSi_2$ transformation. Ir and Co also improved thermal stability of silicides formed on polysilicon substrate, but this enhancement was lessened due to the formation of high resistant phases and also a result of silicon mixing during high temperature diffusion. Ir-inserted nickel silicides showed surface roughness below 3 nm, which is appropriate for nano process. In conclusion, the proposed Ir- and Co- inserted nickel silicides may be superior over the conventional nickel monosilicides due to improved thermal stability.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.5 no.4
• /
• pp.358-369
• /
• 1995

Surface structure and adhesion by the reaction between thin metal films and SiC were studied at temperatures between 550 and $1450^{\circ}C$ for various times. The reaction with the formation of various silicides was initially observed above $850^{\circ}C$ for SiC/Co system and $650^{\circ}C$ for SiC/Ni system. The cobalt reacted with SiC and consumed completely at $1050^{\circ}C$ for 0.5 h and the nickel at $950^{\circ}C$ for 2 h. The observed CoSi phase in SiC/Co and Ni$_2$Si phase in SiC/Ni are thermodynamically stable in the reaction zone up to 125$0^{\circ}C$ and $1050^{\circ}C$ respectively. Carbon was crystallized as graphite above $1450^{\circ}C$ for SiC/Co reaction surface and $1250^{\circ}C$ for SiC/Ni. The critical loads of the thin metal films on SiC substrate were qualitatively compared in terms of the scratch test method. At temperatures between 850 and $1050^{\circ}C$, relatively higher values of 20~33 N were observed for SiC/Ni couples.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2014.11a
• /
• pp.174-175
• /
• 2014

We fabricated a Ni/C composite thick film on ${\alpha}-Al_2O_3$ substrate. A number of precipitations were observed on the film surface. Structural characterization was performed on the observed precipitations using transmission electron microscopy (TEM) with help of the elemental mapping, electron diffraction (ED) and ED simulation. The structural characterization revealed that the precipitation is ${\theta}-Al_2O_3$ having the space group of C2/m (Monoclinic).