부유대용융법에 의하여 전이금속, 희토류금속, 및 3A족 금속이온의 종류와 농도를 조절하면서 Rutile 단결정을 성장하였으며, 결정결함과 1.55 ㎛에서의 광 투과도에 미치는 각 불순이온의 영향을 조사하였다. 주입된 불순이온 중에서 양호한 결정형을 나타내는 이온은 V5+, Fe3+, Al3+, Zr4+, Ga3+, Sc3+이었으며, Al3+, Zr4+, Sc3+ 이온은 우수한 투과도를 나타내었다. 성장된 결정 중에서 가장 양호한 결정형을 제공하고, 산소결핍 및 low-angle grain boundaries의 형성을 최대로 억제하며, 양호한 투과도를 나타낸 우수한 품질의 Rutile 단결정은 TiO2 99.4 at%-Al2O3 0.6 at%로 평가되었다.
Crystal growth chamber 상부에 있는 reservoir에서 polycrystalline silicon powder를 연속적으로 feeding하면서 도가니 하부에 용융대를 형성시키고 seed를 meed를 dipping하여 회전시키면서 하부로 끌어내려 단결정을 성장시키는 연속성장법의 기본 원리를 확립하였고, 직접 고안 설계 제작한 연속성장 장치로 silicon 단결정을 성장시켰다. 본 연속성장법은 melt에 미치는 중력, 진동, melt의 표면장력, melt와 solid의 계면 장력, seed의 회전에 따른 원심력 등의 힘들이서로 상쇄되고 power, feeding양과 성장속도가 비례하여 적당한 조합을 이룰 때 안정한 연속성장을 할 수있다.
Hot wall epitaxy 법으로 GaAs(100) 기판 위에 $Zn_{1-x}Mn_xTe(0{\leq}x{\leq}1)$ 단결정 박막을 성장하였다. XRD 스펙트럼으로부터 $Zn_{1-x}Mn_xTe$ epilayer들이 전 영역에 걸쳐 zincblende 구조임을 알았다. double crystal rocking curve(DCRC)로부터 격자상수를 계산하고 이훌 이용하여 조성비를 계산하였다. ZnMnTe 단결정 박막의 DCRC 반치폭은 Mn 조성비가 증가함에 따라 급격하게 증가하다가 포화되는 모습을 나타내었다
자성물질의 자구를 관측하고, 표면의 자기전하를 측정하는 간단하면서도 정량적인 방법을 제시하였다. 관측방법은 자기 garnet film을 사용하며, 이 방법을 이용하여 {100} 철단결정 표면의 자구를 관측할 수 있었다. garnet film의 자구는 garnet 면과 수직한 자기장에 의해서만 변하고 임계 자기장에서는 사라진다. 그러나, 철단결정의 자구는 단결정 표면에 평행하게 걸어준 자기장에 대하여서는 영향을 받지만 수직하게 가한 자 기장에는 아무런 영향을 받지 않는다. 위와 같이 성질을 이용하여 철단결정과 평행한 자기장을 가할 때 철단결정의 자구에 유도된 전하에 인하여 garnet film의 자구가 변화하며, 이 garnet film의 자구는 편광된 빛을 이용하여 직접 관측할 수 있다. 이 방법으로 철단결정의 표면에 유도 되는 자기전하 분포를 측정할 수 있었고, 또한 단결정에 걸어준 전류가 변할때 단결정 자구의 움직임을 관측할 수 있었다. 이 관측한 결과 를 이용하여 철단결정에 전류를 가할 때의 비대칭적으로 유도되는 교류 자기감수율 실험의 결과를 설명할 수 있었다.
나노 크기에서 존재하는 Grain Boundary나 Dislocation과 같은 결함들은 거시적인 물성을 크게 좌우하는 요인들이 되기도 한다. 또한 다결정을 이루고 있는 입도(Grain Size)에 따라 기계적인 강도 특성도 달라지는데, 금속의 경우에 입도가 비교적 큰 영역(d > $d_c$)에서는 입도가 작고 균일해지면서 강도가 증가하는 'Hall-Petch 효과'를 보인다. 반면 입도가 작은 영역(d < $d_c$)에서는 입도가 줄어들 때 강도가 감소하는 경향을 보이는데 이를 '역 Hall-Petch 효과'라고 한다. 본 연구에서는 분자 동역학을 이용한 단결정과 다결정의 Si에 대한 기계적 성질에 대해 조사한다. 입도와 온도 변화에 따른 단결정 Si와 다결정 Si의 Strain-Stress Curve와 Young's Modulus, Yield Point에 대해 관찰하고 특이점을 제시한다. 이를 통해 나노 영역에서의 기계적 성질의 예측과 거시적 영역에서의 성질의 연관성을 추구한다.
본 연구에서는 태양전지 표면에 입사된 빛의 반사율을 최소화하기 위해서 단결정 실리콘 기판 표면에 다공성 실리콘층을 적용하여 반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 실험을 하였다. 다공성 실리콘(Porous silicon, PSi)은 실온에서, 기판 성질에 따라 일정 비율로 만든 전해질 용액($HF-C_2H_5OH-H_2O$)을 사용하여 실리콘 표면에 양극산화처리 함으로써 단순 공정만으로 실리콘 기판의 반사율을 낮출 수 있다. 본 연구는 일정한 면저항을 가지는 단결정 실리콘 기판에 다공성 실리콘층을 여러 조건으로 형성하여 반사방지막으로써의 특성을 비교 분석하였다.
정비조성으로 성장시킨 $LiTaO_3$ 단결정 및 비정비조성으로 성장시킨 $LiTaO_3$ 단결정 내에 불순물로 도핑된 $Fe^{3+}$ 상자성 불순물 이온의 바닥 상태에서의 에너지 준위를 계산하였다. $LiTaO_3$ 단결정 내에서 육방정계 대칭성을 갖는 $Fe^{3+}$ 이온의 전자 상자성 공명 상수인 분광학적 분리인자 g 및 영자기장 갈라지기 D 값을 이용하여 6개의 에너지 준위 사이의 에너지 준위를 계산하였다. 자기장을 결정학적 주축 ([100], [001], [111])과 나란하게 가하여 자기장을 증가시켜 감에 따라 얻은 에너지 준위 갈라지기는 자기장을 가한 방향에 따라서 서로 다른 값을 나타내었다. ${\mid}{\pm}5/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}3/2$ >및 ${\mid}{\pm}3/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}1/2$ > 사이의 전이에서 계산한 영자기장 갈라지기 값은 정비조성으로 성장시킨 $LiTaO_3$ 단결정과 비정비조성으로 성장시킨 단결정의 경우에 각각 12.300 GHz, 6.150 GHz와 59.358 GHz, 29.679 GHz이다. 결정성장 조건에 따라 에너지 준위가 상당히 다른 것으로 나타났다.
목 적: X선이 조사된 물질의 색변화를 통하여 방사선 측정 및 선량분포확인을 위한 물질로서의 가능성에 대하여 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 순수한 KCl과 KCl에 희토류 물질인 Eu를 0.5 mol% 첨가하여 초크랄스키 방법으로 각각의 단결정을 성장시키고 선형가속기를 이용하여 X선조사선량에 따른 KCl결정의 색 변화를 관찰하였다. 결 과: 고 에너지 X선조사에 의해 KCl:Eu 단결정은 가시광의 푸른색 형광과 함께 자주색을 나타내었고 순수한 KCl 단결정은 눈으로 확인할 수 있을 정도의 형광은 관찰되지 않았지만 보라색으로 착색되었다. 결 론: KCl 단결정의 색 변화는 X선으로 인하여 안정된 색 중심이 생기고 이러한 색변화는 X선 측정물질과 펜톰으로 유용하게 사용되어질 것이다.
AgGaS₂ 단결정 박막을 수평 전기로에서 합성한 AgGaS₂ 다결정을 증발원으로하여, hot wall epitaxy(HWE) 방법으로 증발원과 기판(반절연성-GaAs(100))의 온도를 각각 590℃, 440℃로 고정하여 성장하였다. 이때 단결정 박막의 결정성은 광발광 스펙트럼과 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)으로 부터 구하였다. AgGaS₂의 광흡수 스펙트럼으로부터 구한 온도에 의존하는 에너지 밴드갭 E/sub g/(T)는 Varshni 공식에 fitting한 결과 E/sub g/(T) = 2.7284 eV - (8.695×10/sup -4/ eV/K)T²/(T + 332 K)를 잘 만족하였다. 성장된 AgGaS₂ 단결정 박막을 Ag, Ga, S 분위기에서 각각 열처리하여 10K에서 photoluminescience(PL) spectrum을 측정하여 점 결함의 기원을 알아보았다. PL 측정으로 부터 얻어진 V/sub Ag/, V/sub s/, Ag/sub int/, 그리고 S/sub int/는 주개와 받개로 분류되어졌다. AgGaS₂ 단결정 박막을 Ag 분위기에서 열처리하면 n형으로 변환됨을 알 수 있었다. 또한, Ga 분위기에서 열처리하면 열처리 이전의 PL 스펙트럼을 보이고 있어서. AgGaS₂ 단결정 박막에서 Ga은 안정된 결합의 형태로 있기 때문에 자연 결함의 형성에는 관련이 없음을 알았다.
$CuInSe_2$ 단결정 박막은 수평 전기로에서 합성한 다결정을 증발원으로 하여, hot wall epitaxy(HWE) 방법으로 증발원과 기판(반절연-GaAs(100))의 온도를 각각 $620^{\circ}C$, $410^{\circ}C$로 고정하여 단결정 박막을 성장하였다. 단결정 박막의 결정성은 광발광과 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)으로 연구하였다. $CuInSe_2$ 단결정 박막의 운반자 농도와 이동도는 van der Pauw 방법으로 측정되었다. 또한 $CuInSe_2$ 단결정 박막의 C축에 수직하게 빛을 쬐었을 때 측정되여진 단파장대의 광전류 봉우리 갈라짐으로부터 결정장 갈라짐 $\Delta$Cr과 스핀 궤도 갈라짐 $\Delta$So(spin orbit splitting) 값을 구하였다. 광발광 측정으로부터 고품질의 결정에서 볼 수 있는 free exciton($E_x$)와 매우 강한 세기의 중성 받게 bound exciton($A^{\circ}$, X) 피크가 관찰되었다. 이때 중성 받게 bound exciton의 반치폭과 결합 에너지는 각각 7meV와 5.9meV였다. 또한 Haynes nile에 의해 구한 불순물의 활성화 에너지는 59meV였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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