• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.15 no.5
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• pp.518-526
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• 2006

Nanoporous alumina film was fabricated by anodization of an aluminum sheet. Highly ordered nanowellstructured and nanonets-tructured metal films were fabricated by vacuum evaporation of several metals(Al, Sn, and Co) using the anodic nanoporous alumina film as a template. In this experiment, an anodic porous alumina film with the cell size of 100 nm and the pore diameter of 60 nm was used. The resistance heating method was adopted for evaporating a desired metal, and vapor deposition was carried out under the base pressure of torr. It was founded that whether the structure fabricated by vacuum evaporation is nanowell or nanonet is dependent on the amount of deposited material. When an anodic porous alumina film with the cell size of 100 nm and the pore diameter of 60 nm was used, a nanowell-structured film was fabricated when a sufficient amount of metal was suppled to cover the surface pores. On the other hand, nanonet-structured film was fabricated bellow a half the amount of metal required for nanowell-structured film.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.8 no.5
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• pp.382-386
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• 1997

The composite $MgF_2$-$TiO_2$ films are fabricated by codeposition from two independent sources. To improve optical and mechanical properties of films, the films are prepared by ion-assisted deposition. Chemical compositions, optical properties and microstructures of the composite films were investigated. The chemical composition rates of Ti:Mg of $MgF_2$-$TiO_2$ composite films are nonlinearly varied according to the relative deposition rate. It is found that the refractive indices of the composite films decrease with increasing $MgF_2$ contents and can be fitted quite well with Drude's formula and that the microstructures of the composite films changes from an amorphous to crystalline with increasing $MgF_2$ mole fractions.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.705-705
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• 2013

CIGS 박막태양 전지는 I-III-VI Chalcopyrite 결정구조를 가진 화합물 반도체 태양전지로 인위적인 밴드갭 조작을 통하여 효율 향상에 용이하다. 4원소 화합물인 CIGS 광흡수층의 대표적인제조 방법으로는 co-evaporation 공정법이 있다. 동시 증발법은 CIGS 결정을 최적화하기 위하여 박막이 증착되는 동안 기판의 온도를 3단계로 변화시켜주는 3-stage 공정을 통하여 제작된다. 일반적으로 CIGS 박막태양전지는 전면전극으로 투명전도막이 사용되며 높은 광투과성과 전기전도성을 가져야 한다. 투명전도막의 광학적, 전기적 특성은 CIGS 박막태양전지의 효율에 영향을 미치기 때문에 최적화된 조건이 요구된다. 본 연구에서는 CIGS 광흡수층은 Ga/(In+Ga)=0.31, Cu/(In+Ga)=0.86으로 최적화 시켰으며, 투명전도막은 Ga이 도핑된 ZnO박막을 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다. CIGS 박막 태양전지 직렬저항 성분인 투명 전도막의 비저항이 $4.46{\times}{\square}10{\square}-3{\square}$(${\Omega}$-cm)에서 $9.3{\times}{\square}0{\square}-4{\square}$(${\Omega}$-cm) 으로 변화함에 따라 Efficiency가 9.67%에서 16.47%으로 증가하였으며, Voc가 508 mV에서 596 mV으로, Jsc가 29.27 mA/$cm^2$에서 37.84 mA/$cm^2$으로, FF factor가 64.99%에서 72.96%로 증가하였다. 이에 따른 투명 전도막의 전기적, 광학적 특성을 통해 CIGS 박막태양전지에 미치는 영향에 대해 조사하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.27.1-27.1
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• 2009

Chalcopyrite구조의CIS 화합물은 직접천이형 반도체로서 높은 광흡수 계수 ($1\times10^5\;cm^{-1}$)와 밴드갭 조절의 용이성 및 열적 안정성 등으로 인해 고효율 박막 태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 끌고 있다. CIS 계 물질에 속하는 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 경우 박막 태양전지 중 세계 최고 효율인 20%를 달성한 바 있으며, 이는 기존 다결정 웨이퍼형 실리콘 태양전지의 효율에 근접하는 수치이다. 그러나 이러한 우수한 효율에도 불구하고 박막 증착시 동시증발장치 혹은 스퍼터링장치와 같은 고가 진공장비를 사용하게 되면 공정단가가 높을 뿐만 아니라 사용되는 재료의 20-50%의 손실을 감수해야만 한다. 또한 대면적 Cell제작에 어려움이 있기 때문에 기술개발 이후의 상용화 단계를 고려할 때 광흡수층 박막 제조 공정단가를 획기적으로 낮출 수 있고 대면적화가 용이한 신 공정 개발이 필수적이다. 이러한 관점에서 비진공 코팅방법에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 CIS 태양전지의 저가화 및 대면적화를 가능케 하는 차세대 기술로 인식되고 있고 최근 급속한 발전을 이루고 있는 미세 입자 합성, 제어 및 응용 기술에 부합하여 많은 세계 연구기관 및 기업체에서 활발히 연구를 진행하고 있다. 비진공 방식에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 전구체 물질의 형태에 따라 크게 입자형 전구체를 사용하는 방법과 용액 전구체를 사용하는 방법으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 용액 전구체를 paste 공정으로 실험하였다. 이는 용액전구체 물질 제조가 입자형 전구체 제조에 비해 매우 간단하고, 전구체 물질 내 구성원소의 원자비를 쉽게 조절할 수 있다는 장점 및 사용효율이 높아 소량의 source로도 박막 제작이 가능해 공정 단가 절감에 큰 효과가 기대되기 때문이다. 실험에 사용 된 용액전구체는 $Cu(NO_3)$ 및 $InCl_3$, $Ga(NO_3)$를 Cu, In, Ga 출발 물질로 선정하여 이를 메탄올에 완전히 용해시켜 binder인 셀룰로오즈와 메탄올을 섞은 용액과 혼합하여 전구체 슬러리를 형성하였다. 이 슬러리를 paste공정으로 precursor막을 입히고 저온 건조 후 Se 분위기에서 열처리하여 CIGS박막을 얻을 수 있었다. 박막의 특성을 XRD, SEM, AES, TGA등으로 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.309.2-309.2
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• 2013

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 일반적으로 Na을 함유하고 있는 소다회유리를 기판으로 사용하여 제작되며, 높은 광전 변환 효율로 인해 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 제조 비용 절감과 양산성 향상을 위해 현재 유연 기판 CIGS 박막 태양전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 폴리이미드 기판에서 20.4%의 최고 효율이 보고되었다. 유연 기판은 유리 기판 대비 무게가 가볍기 때문에 유리 기판 태양전지보다 활용도가 높으며, 우주용으로 사용할 경우 단위 무게 당 발생되는 전력이 높은 장점이 있다. 본 연구에서는 폴리이미드 기판을 이용하여 유연 CIGS 박막 태양전지를 제작하였다. 후면 전극 Mo은 DC sputtering으로 증착하였으며, Mo의 증착 압력에 따라 폴리이미드 기판의 잔류 응력과 전기적 특성을 분석하여 증착 압력을 결정하였다. 광흡수층인 CIGS는 다단계 동시 증발 법으로 증착하였으며, 2nd stage 공정온도는 유리 기판 대비 저온인 $475^{\circ}C$로 공정을 진행하였다. 저온공정인 $475^{\circ}C$ 공정에서는 Ga의 함량이 높아질수록 성능이 감소하였으며, Na 공급을 통해 Voc와 FF가 향상되어 성능이 향상됨을 알 수 있었다. 버퍼층 CdS는 습식 공정인 CBD법으로 증착하였으며, 공정변수인 thiourea의 농도와 CdS 박막의 두께 변화를 통해 폴리이미드 기판 CIGS 박막 태양전지에서 CdS 버퍼층의 최적의 조건을 도출하였다. 최종적으로 제작된 폴리이미드 기판 유연 CIGS 박막 태양전지는 반사 방지막 없이 개방전압 0.511V, 단락전류밀도 32.31mA/cm2, 충실도 64.50%, 변환효율 10.65%를 나타내었다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.14 no.6
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• pp.244-252
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• 2004

A stoichiometric mixture of evaporating materials for $CuInSe_2$ single crystal thin films was prepared from horizontal electric furnace. To obtain the single crystal thin films, $_CuInSe2$ mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the hot wall epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were $620^{\circ}C$ and $410^{\circ}C$, respectively. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence and double crystal X-ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobility of $CuInSe_2$ single crystal thin films measured with Hall effect by van der Pauw method are $9.62\times10^{16}/\textrm{cm}^3$, 296 $\textrm{cm}^2$/Vㆍs at 293 K, respectively. The temperature dependence of the energy band gap of the $CuInSe_2$ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation, $E_g$(T) = 1.1851 eV -($8.99\times10^{-4} eV/K)T^2$(T + 153 K). The crystal field and the spin-orbit splitting energies for the valence band of the CuInSe$_2$ have been estimated to be 0.0087 eV and 0.2329 eV at 10 K, respectively, by means of the photocurrent spectra and the Hopfield quasicubic model. These results indicate that the splitting of the Δso definitely exists in the $\Gamma$6 states of the valence band of the $CuInSe_2$. The three photocurrent peaks observed at 10 K are ascribed to the $A_1-, B_1$-와 $C_1$-exciton peaks for n = 1.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.8 no.6
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• pp.1022-1028
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• 1997

This work was performed to study the characteristics of electrochemical intercalation reactions occurring at the interface between the organic electrolyte and tungsten trioxide thin film (thickness of $4000{\AA}$) prepared by e-beam evaporation method as cathodically coloring oxide with regard to the electrochromism by the intercalating reactions of the lithium cation in the 1M $LiClO_4/PC$ organic solution. The characteristics of electrochemical intercalation reactions were investigated by various DC electrochemical methods such as cathodic Tafel polarization test, multiple and the single sweep cyclic voltammetry and the coulomety titrations method. The surfaces of thin films were observed with the patterns of X ray diffraction after the coloring and bleaching reactions. In comparison with the previous results that $WO_3$ thin film intersely detached from the surface of electrode when the hydrogen cation was intercalated into $WO_3$ thin film in the o.1N $H_2SO_4$ aqueous solution, the intercalation reaction of lithium cation into $WO_3$ thin film in the 1M $LiClO_4/PC$ organic solution was shown that the stable bleaching and coloration was appeared within 1.0V of the applied overpotential. When the overpotential of electrochromic reaction for lithium cation in the 1M $LiClO_4/PC$ organic solution had been applied up to 1.5V, the accumulation phenomenon of lithium in amorphous $WO_3$ thin film layer occurred because the inserted lithium into amorphous $WO_3$ thin layer for coloring process was not fully removed from the thin layer to the electrolyte during bleaching process. It was found that there is a limitation of applied overpotential for coloring process by the reduction of the current densities of bleaching and coloration after few number of coloring and bleaching cycles.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.129-129
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• 2000

태양전지는 태양광에너지를 바로 전기에너지로 전환시키는 소자이다. 최근에는 다결정 태양전지의 응용가능성에 대한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 이 중 CuInSe2는 여러 가지 좋은 물성을 가지고 있어서, 저가의 고효율 태양전지를 위한 광흡수층 재료로 주목받고 있다. 현재까지 다양한 방법이 시도되었지만, 10% 이상의 고효율을 가지는 고품질을 박막을 얻는 방법은 진공증발증착법과 selenization 방법뿐이다. 이 중 진공증발증착법에 의하여 형성된 박막을 이용하여 가장 높은 효율의 태양전지를 얻을 수 있으나, 진공 장비의 대면적화가 힘들기 때문에 대면적 태양전지 제조가 힘들다는 단점이 있다. 따라서 selenization 방법을 이용하여 CuInSe2 박막을 제조하는 것이 가장 유망한 방법이라 할 수 있다. Selenization 방법은 Cu-In 금속층을 제작한 뒤 이를 selenium과 반응을 시키는 방법이다. 따라서 이 방법을 이용하여 박막을 제조할 때는 Cu-In 금속층의 물성 조절이 이후 생성되는 CuInSe2 박막의 물성향상에 필수적이다. 따라서 Cu-In 금속층의 물성에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 Cu-In 이 성분계에서 알려진 반가 없다. 저온에서는 반응속도론적으로 매우 느리게 반응이 일어나기 때문에 열역학적으로 안정한 상을 얻기가 힘들기 때문이다. 따라서 본 실험에 앞서 각 제조 조건에 따른 열역학적인 안정상을 계산하였다. 그 결과, 상온에서 Cu의 양이 증가함에 따라, In$\longrightarrow$CuIn2$\longrightarrow$Cu11In9$\longrightarrow$Cu7In3 상으로 변화하였다. 9$0^{\circ}C$이하의 온도에서는 CuIn2 상이 안정하였고, 10$0^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 Cu11In9 상 두 가지로 존재하였고, Cu/In 인가전력비를 변화시켰을 때 조성비가 선형적으로 변하였다. 즉, Cu-In 동시스퍼터링법은 원하는 조성을 간편한 방법으로 정확하게 조절할 수 있는 방법이라 할 수 있다. 증착 온도를 변화시켰을 때는 9$0^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 존재하던 CuIn2 상이 10$0^{\circ}C$이상의 온도에서는 완전히 사라지고 In과 CuIn2 상이 사라지고 In 상과 Cu11In9 상이 나타났다. 상전이를 위하여 30$0^{\circ}C$의 높은 열처리 온도가 필요한 것은, 밀 저온 안정상이 형성된 뒤 각 원소들의 확산에 의해 상전이가 일어나기 때문에 이를 위한 충분한 열에너지를 가질 수 있는 온도가 필요하기 때문이다. 조성을 일정하게 유지하면서 챔버 압력을 변화시켰을 때는 형성되는 상의 미세구조난 결정성은 일정하였다. 인가전력, 증착온도, 챔버 압력 변화에 따른 상변화는 앞서 계산한 열역학적 결과와 정확히 일치하였다. 이는 동시스퍼터링 방법이 각 입자들을 원소 단위에서 균일하게 혼합할 수 잇는 방법이고, 또 입자들이 높은 에너지를 가지고 있기 때문이다. 즉, 원소 단위에서 균일한 반응을 하고, 가장 안정한 위치로 쉽게 이동할 수 있기 때문에 열역학적으로 안정한 상을 형성할 수 있는 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.148-148
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• 1999

다이아몬드에 버금가는 높은 경도뿐만 아니라 높은 화학적 안정성 및 열전도성 등 우수한 물리화학적 특성을 가진 입방정 질화붕소(cubic Boron Nitride)는 마찰.마모, 전자, 광학 등의 여러 분야에서의 산업적 응용이 크게 기대되는 자료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 기대되는 재료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 크게 기대된다. 이 때문에 각종의 PVD, CVD 공정을 이용하여 c-BN 박막의 합성에 대한 연구가 광범위하게 진행되어 많은 성공사례들이 보고되고 있다. 그러나 이러한 c-BN 박막의 유용성에도 불구하고 아직 실제적인 응용이 이루어지지 못한 것은 증착직후 급격한 박리현상을 보이는 c-BN 박막의 밀착력문제때문이다. 본 연구에서는 평행자기장을 부가한 ME-ARE(Magnetically Enhanced Activated Reactive Evaporation)법을 이용하여 c-BN 박막을 합성하고, 합성된 c-BN 박막의 밀착력에 미치는 공정인자의 영향을 규명하여, 급격한 박리현상을 보이는 c-BN 박막의 밀착력 향상을 위한 최적 공정을 도출하고자 하였다. BN 박막 합성은 전자총에 의해 증발된 보론과 (질소+아르곤) 플라즈마의 활성화반응증착(activated reactive evaporation)에 의해 이루어졌다. 기존의 ARE장치와 달리 열음극(hot cathode)과 양극(anode)사이에 평행자기장을 부여하여 플라즈마를 증대시켜 반응효율을 높혔다. 합성실험용 모재로는 p-type으로 도핑된 (100) Si웨이퍼를 30$\times$40 mm크기로 절단 후, 100%로 희석된 완충불산용액에 10분간 침적하여 표면의 산화층을 제거한후 사용하였다. c-BN 박막을 얻기 위한 주요공정변수는 기판바이어스 전압, discharge 전류, Ar/N가스유량비이었다. 증착공정 인자들을 변화시켜 다양한 조건에서 c-BN 박막의 합성하여 밀착력 변화를 조사하였다. 합성된 박막의 결정성 분석을 FTIR을 이용하였으며, Bn 박막의 상 및 미세구조관찰을 위해 투과전자현미경(TEM;Philips EM400T) 분석을 병행하였고, 박막의 기계적 물성 평가를 위해 미소경도를 측정하였다. 증착된 c-BN 박막은 3~10 GPa의 큰 잔류응력으로 인해 증착직후 급격한 박리현상을 보였다. 이의 개선을 위해 증착중 기판바이어스 제어 및 후열처리를 통해 밀착력을 수~수백배 향상시킬 수 있었다. c-BN 박막의 합성을 위해서는 증착중인 박막표면으로 큰 에너지를 갖는 이온의 충돌이 필요하기 때문에 기판 바이어스가 요구되는데, c-BN의 합성단계를 핵생성 단계와 성장 단계로 구분하여 인가한 기판바이어스를 달리하였다. 이 결과 그림 1에서 나타낸 것처럼 c-BN 박막의 핵생성에 필요한 기판바이어스의 50% 정도만을 인가하였을 때 잔류응력은 크게 경감되었으며, 밀착력이 크게 향상되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.183-183
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• 2011

리튬 이온 배터리의 cathode 및 electrolyte 재료로 사용되는 LiCoO2을 sputtering이나 pulsed laser deposition을 이용하여 박막으로 증착하기 위해서는 target이 필요하다. Target은 원료 분말을 가압 성형한 후 고온에서 소결하여 제조된다. LiCoO2 target 제조과정에서 고밀도를 얻기 힘들고 Li 성분의 증발이 일어난다. 또한 Li2O 분말은 흡습성이 매우 크다. 본 연구에서는 시간과 온도를 조절하여 최적화된 소결 과정을 통해 target의 밀도가 이론밀도와 근사한 값을 갖도록 하고, LiCoO2 또는 Co3O4 분말에 각각 흡습성이 낮은 Li2CO3 분말을 첨가하여 Li 성분을 조절하였다. Li과 Co의 조성비가 1:1-2:1인 고밀도의 LiCoO2 target을 제조하여 박막 증착 후 Li과 Co의 조성비가 1:1이 되도록 하였다.