• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.282-282
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• 2013

그래핀(Graphene)은 열 전도도가 높고 전자 이동도(200 000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 차세대 전자재료로써 유망한 후보로 간주되어 왔다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ion-irradiation) 등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization)등의 방법으로 그래핀의 전도도를 향상시킬 수 있었다. 그러나 이러한 방법들은 기판의 표면을 거칠게 하며, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가 조립 단층막법(Self-Assembled Monolayers; SAMs)을 이용하여 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면, 자가 조립 단층막의 기능기에 따라 그래핀의 일함수를 조절 가능하고 운반자 농도나 도핑 유형을 변화시켜 소자의 전기적 특성을 최적화 할 수 있다 [1-3]. 본 연구에서는 PET(polyethylene terephthalate) 기판에 SAMs를 이용하여 유연하고 투명한 그래핀 전극을 제작하였다. 자외선 오존처리 (UV ozone treatment)를 이용하여 PET 기판 표면 위에 하이드록실 기(Hydroxyl group; -OH)를 기능화 화였고 이를 접촉각 측정(Contact angle measurement)을 통해 확인하였다. 또한 3-Aminopropyltriethoxysilane(APTES)와 톨루엔 (toluene)을 이용하여 PET 기판 표면 위의 하이드록실 기 위에 아민 기(Amine group; -NH2)를 기능화 하였고 이를 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS)으로 분석하였다. 이렇게 만들어진 PET기판 표면 위에 화학적 기상 증착법을 이용하여 합성한 대면적의 균일한 그래핀을 전사하였다. NH2그룹에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 전류-전압 특성곡선(I-V characteristic curve)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 유연하고 투명한 기판 위에 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.30 no.4
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• pp.267-272
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• 2021

In this study, Ag was deposited to investigate its applicability as a surface-enhanced Raman scattering substrate after forming a grass-type black silicon structure through maskless reactive ion etching. Grass-structured black silicon with heights of 2 - 7 ㎛ was formed at radio-frequency (RF) power of 150 - 170 W. The process pressure was 250 mTorr, the O₂/SF₆ gas ratio was 15/37.5, and the processing time was 10 - 20 min. When the processing time was increased by more than 20 min, the self-masking of Si_xO_yF_z did not occur, and the black silicon structure was therefore not formed. Raman response characteristics were measured based on the Ag thickness deposited on a black silicon substrate. As the Ag thickness increased, the characteristic peak intensity increased. When the Ag thickness deposited on the black silicon substrate increased from 40 to 80 nm, the Raman response intensity at a Raman wavelength of 1507 / cm increased from 8.2 × 10³ to 25 × 10³ cps. When the Ag thickness was 150 nm, the increase declined to 30 × 10³ cps and showed a saturation tendency. When the RF power increased from 150 to 170 W, the response intensity at a 1507/cm Raman wavelength slightly increased from 30 × 10³ to 33 × 10³ cps. However, when the RF power was 200 W, the Raman response intensity decreased significantly to 6.2 × 10³ cps.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.12
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• pp.1202-1207
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• 2003

Using a recently developed Hybric Plasma-Particle Accelerating Impact Deposition (HP-PAID) process, synthesis of nanostructured silicon coatings has been investigated by injecting vapor-phase TEOS (tetraethosysilane, (C$_2$H$\_$5/O)$_4$Si) into an Ar hybrid plasma. The plasma jet with reactants was expanded through nozzle into a deposition chamber, with the pressure dropping from 700 to 10 torr. Ultrafine particles accelerated in the free jet downstream of the nozzle, deposited by an inertial impaction onto a temperature controlled substrate. By using this process, nanostructured amorphous silicon coatings with grain size smaller than 10 nm could be synthesized. These samples were annealed in an Ar and crystallized at 900$^{\circ}C$ for 30 min. TEM analysis showed that the annealed coatings were also composed of nanoparticles smaller than 10 nm, which showed a good consistency that the average grain size of 7 nm was also estimated from a peak shift of 2.39 cm$\^$-1/ and Full Width at Half Maximum (FWHM) 5.92 cm$\^$-1/ of Raman analysis. The noteworthy is that a strong PL peak at 398 nm was also obtained for this sample, which indicates that the deposited coatings also contained 3∼4 nm nanostructured grains.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.351-352
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• 2011

그래핀(Graphene)은 2차원 평면구조의 $sp^2$ 탄소 결합으로 이루어진 물질이다. 일반적으로 그래핀은 탄소 원자 한층 정도의 얇은 두께를 가지면서 강철의 100배 이상 높은 강도, 다이아몬드보다 2배 이상 뛰어난 열 전도성, 그리고 규소보다 100배 이상 빠른 전자이동도 등의 매우 우수한 특성을 지닌다. 그래핀을 합성하거나 얻는 방법에는, 기계적 박리법(Micro mechanical exfoliation), 산화흑연(graphite oxide)을 이용한 reduced graphene oxide(RGO)방법과 탄화 규소(SiC)를 이용한 epitaxial growth 방법 등이 있지만, 대 면적화가 어렵거나 구조적 결함이 큰 문제점이 있다. 반면, 탄화수소(hydrocarbon)를 탄소 공급원으로 하는 열화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)은 구조적 결함이 상대적으로 적으면서 대 면적화가 가능하다는 이점 때문에 최근 가장 많이 이용되고 있는 방법이다. TCVD를 이용, 니켈, 몰리브덴, 금, 코발트 등의 금속에서 그래핀 합성연구가 보고되었지만, 대부분 수 층(fewlayer)의 그래핀이 합성되었다. 하지만, 구리 촉매를 이용하는 것이 단층 그래핀 합성에 매우 효율적이라는 연구결과가 보고되었다. 구리의 경우, 낮은 탄소융해도(solubility of carbon) 때문에 표면에서 self limiting 과정을 통하여 단층 그래핀이 합성된다. 그러나 단층 그래핀 일지라도 면저항(sheet resistance)이 매우 높고, 이론적 계산값에 비해 전자이동도(electron mobility)가 낮게 측정된다. 이러한 원인은 구조적 결함에서 기인된 것으로써 산업으로의 응용을 어렵게 만들기 때문에 양질의 단층 그래핀 합성연구는 필수적이다[1,2]. 본 연구에서는 TCVD를 이용하여 구리 포일(25 ${\mu}m$, Alfa Aeser) 위에 메탄가스를 탄소공급원으로 하여 수소를 함께 주입하고, 메탄가스의 양과 합성시간, 열처리 시간을 조절하면서 균일한 단층 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀을 $SiO_2$ (300 nm)기판위에 전사(transfer)후 라만 분광법(raman spectroscopy)과 광학 현미경(optical microscope)을 통하여 분석하였다. 그 결과, 열처리 시간이 증가할수록 촉매로 사용된 구리 포일의 grain size가 커짐을 확인하였으며, 구리 포일 위에 합성된 그래핀의 grain size는, 구리 포일의 grain size에 의존하여 커짐을 확인하였다. 또한 동일한 grain 내의 그래핀은 균일한 층으로 합성되었다. 이는 기계적 박리법, RGO 방법, epitaxial growth 방법으로 얻은 그래핀과 비교하여 매우 뛰어난 결정성을 지님이 확인되었다. 본 연구를 통하여 면적이 넓으면서도 결정성이 매우 뛰어난 양질의 단층 그래핀 합성 방법을 확립하였다.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.23 no.2
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• pp.130-134
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• 2019

In this paper, a laser-based non-contact load cell is newly developed for measuring forces in prestressed concrete tendons. First, alumina particles have been sprayed onto an empty load cell which has no strain gauges on it, and the layer has been used as a passive stress sensor. Then, the spectral shifts in fluorescence spectroscopy have been measured using a laser-based spectroscopic system under various force levels, and it has been found that the relation of applied force and spectral shift is linear in a lab-scale test. To validate the field applicability of the customized load cell, a full-scale prestressed concrete specimen has been constructed in a yard. During the field test, it was, however, found that the coating surface has irregular stress distribution. Therefore, the location of a probe has to be fixed onto the customized load cell for using the coating layer as a passive stress sensor. So, a prototype customized load cell has been manufactured, which consists of a probe mount on its casing. Then, by performing lab-scale uniaxial compression tests with the prototype load cell, a linear relation between compression stress and spectrum shift at a specific point where laser light had been illuminated has been detected. Thus, it has a high possibility to use the prototype load cell as a force sensor of prestressed concrete tendons.

• Korean Journal of Mineralogy and Petrology
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• v.33 no.1
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• pp.1-10
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• 2020

The atomic structures of silicate liquids at high pressure provide insights into the transport properties including thermal conductivities or elemental partitioning behavior between rocks and magmas in Earth's interior. Whereas the local electronic structure around silicon may vary with the arrangement of the nearby oxygens, the detailed nature of such relationship remains to be established. Here, we explored the atomic origin of the pressure-induced changes in the electronic structure around silicon by calculating the partial electronic density of states and L₃-edge X-ray absorption spectra of SiO₂ polymorphs. The result showed that the Si PDOS at the conduction band varies with the crystal structure and local atomic environments. Particularly, d-orbital showed the distinct features at 108 and 130 eV upon the changes in the coordination number of Si. Calculated Si XAS spectra showed features due to the s,d-orbitals at the conduction band and varied similarly with those observed in s,d-orbitals upon changes in the crystal structures. The calculated Si XAS spectrum for α-quartz was analogous to the experimental Si XRS spectrum for SiO₂ glass, implying the overall similarities in the local atomic environments around the Si. The edge energies at the center of gravity of XAS spectra were closely related to the Si-O distance, thus showing the systematic changes upon densification. Current results suggest that the Si L_2,3-edge XRS, sensitive probe of the Si-O distance, would be useful in unveiling the densification mechanism of silicate glasses and melts at high pressure.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.400-401
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• 2012

그래핀(Graphene)은 열 전도도가 높고 전자 이동도(200 000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET), 유기 전자 소자(Organic electronic device)와 광전자 소자(Optoelectronic device) 같은 반도체 소자에 응용 가능하다. 그러나 에너지 밴드 갭이 없기 때문에 소자의 전기적 특성이 제한되는 단점이 있다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ion-irradiation) 등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization) 등의 방법으로 그래핀을 도핑 후 에너지 밴드 갭을 형성시키는 연구 결과들이 보고된 바 있다. 그러나 이러한 방법들은 표면이 균일하지 않고, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가조립 단층막(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 이산화규소(Silicon oxide; SiO2) 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면 그래핀의 일함수를 쉽게 조절하여 소자의 전기적 특성을 최적화할 수 있다. SAMs는 그래핀과 SiO2 사이에 부착된 매우 얇고 안정적인 층으로 사용된 물질의 특성에 따라 운반자 농도나 도핑 유형, 디락 점(Dirac point)으로부터의 페르미 에너지 준위(Fermi energy level)를 조절할 수 있다[1-3]. 본 연구에서는 SAMs한 기판을 이용하여 그래핀의 도핑 효과를 확인하였다. CVD를 이용하여 균일한 그래핀을 합성하였고, 기판을 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)와 Borane-Ammonia(Borazane)을 이용하여 각각 아민 기(Amine group; -NH2)와 보론 나이트라이드(Boron Nitride; BN)로 기능화한 후, 그 위에 합성한 그래핀을 전사하였다. 기판 위에 NH2와 BN이 SAMs 형태로 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)을 통해 확인하였고, 그 결과 NH2와 BN에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.81-81
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• 2010

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 흡수층 제조연구를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용한 비정질실리콘의 박막에 대하여 두께별에 따른 밴드갭, 캐리어농도 등의 변화에 대하여 조사한다. 최적의 조건에서 비정질 실리콘을 2um이하로 증착을 한 후, 전자빔 조사를 위해 1.4~3.2keV의 다양한 에너지세기 및 조사시간을 변수로 하여 실험진행을 한 후 단면의 이미지 및 결정화 정도에 대한 관찰을 위해 SEM과 TEM을 이용하고, 라만, XRD를 이용하여 결정화 정도를 조사한다. 또한 Hall효과 측정시스템을 이용하여 캐리어농도, 이동도 등을 각 변수별로 전기적 특성변화에 대하여 분석한다. 또한, 태양전지용 흡수층으로 응용을 위하여 dark전도도 및 photo전도도를 측정하여 광감도에 대한 결과가 포함된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.6
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• pp.527-534
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• 2015

This study offers a novel method for improving the physical contact between the anode and fuel in a direct carbon fuel cell (DCFC): a direct generation of carbon in a porous Ni anode through the thermal decomposition of gaseous hydrocarbons. Three kinds of alkane hydrocarbons with different carbon numbers (CH4, C2H6, and C3H8) are tested. From electron microscope observations of the carbon particles generated from each hydrocarbon, we confirm that more carbon spheres (CS), carbon nanotubes (CNT), and carbon nanofibers (CNF) were identified with increasing carbon number. Raman scattering results revealed that the carbon samples became less crystalline and more flexible with increasing carbon number. DCFC performance was measured at $700^{\circ}C$ with the anode fueled by the same mass of each carbon sample. One-dimensional carbon fuels of CNT and CNF more actively produced and had power densities 148 and 210 times higher than that of the CS, respectively. This difference is partly attributed to the findings that the less-crystalline CNT and CNF have much lower charge transfer resistances than the CS.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.55 no.3
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• pp.353-357
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• 2017

In this study, the inclusion phenomena of tetrahydrofuran + 3-hydroxytetrahydrofuran + $CH_4$ clathrate hydrates were explored via thermodynamic and spectroscopic approaches. The phase equilibria of the double hydrates - THF + $CH_4$ and 3-OH THF + $CH_4$ clathrate hydrates - were determined by pressure-temperature trace during hydrate formation and dissociation, and the result revealed that the equilibrium pressures were shifted to lower pressure region compared to pure $CH_4$ hydrate. The powder X-ray diffraction patterns revealed that the double hydrates of THF + 3-OH THF formed structure II type clathrate hydrates with $CH_4$. The dispersive Raman spectra of the double clathrate hydrates also exhibited that $CH_4$ can be trapped in both $5^{12}6^4$ and $5^{12}$ cages whereas THF and 3-OH THF were encaged in $5^{12}6^4$ cage.