• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.8 no.2
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• pp.269-277
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• 1998

The crystallization method determines the material quality and consequent device performance. This paper investigates the crystallization of a-Si:H films on various substrate materials and analyzes the crystallization effect with and without using eutectic forming metals. From the examinations of the various substrate materials, a metal Mo was selected for the a-Si:H films growth and subsequent crystallization of it. For a sample without any eutectic metal layer, we observed grain size of $0.8{\mu}m$ after $1100^{\circ}C$ anneal treatment. To reduce crystallization temperature, we used some of the eutectic forming metals such as Au, Al and Ag. Poly-Si films with grain size over $10{\mu}m$ and (111) preferential plains were achieved using a premetal layer of Au at an anneal temperature of $700^{\circ}C$. The various crystallization effects of eutectic metal thickness and type were investigated for photovoltaic (PV) device applications.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.64-64
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• 1999

다결정 실리콘-게르마늄(poly-SiGe)은 태양전지 및 TFT-LCD와 같은 소자 응용에 있어서 중요하게 연구되고 있는 물질이다. 우리는 수소화된 비정질 실리콘-게르마늄 (a-Si1-xGex:H) 박막을 증착시키고 고상결정화시키며 XRD(x-ray diffraction) 및 ESR (electron spin resonance) 측정을 수행하였다. PECVD 증착가스는 SiH4과 GeH4가스를 사용하였고 Ge의 성분비는 x=0.0, 0.1, 0.5 정도로 조절되었다. 기판은 Corning 1737 glass를 사용하였고, 기판 온도는 20$0^{\circ}C$ 이었다. 증착압력과 r.f. 전력은 각각 0.6Torr와 3W이었다. 증착된 SiGe 박막은 고상결정화를 위해 $600^{\circ}C$ N2 분위기에서 가열되고, 그에 따른 XRD 및 ESR spectrum의 변화를 관찰하였다. ESR 측정은 X-band 그리고 상온에서 행해졌다. 먼저 XRD 측정으로부터 박막의 고상결정화 정도를 알 수 있었고, 고상결정화 과정이 초기 핵형성 단계와 결정화 단계, 그리고 더 이상 결정화가 일어나지 않는 완료 단계로 구분될 수 있음을 보여주었다. X값이 증가함에 따라 결정화 시간은 훨씬 단축되었다. ESR로 측정된 스핀 밀도는 a-Si1-xGex:H 박막이 처음 가열됨에 따라 전체적으로 크게 증가했다가, 결정화가 일어나면서 다시 감소하여 나중에는 거의 변화가 없었다. ESR 신호의 초기 증가는 수소 이탈에 의한 dangling bond의 증가에 기인하며, 다음 단계의 감소 및 안정 상태는 결정화에 따른 결정경계 영역의 감소와 결함들의 안정성에 기인하는 것으로 생각된다. 그러나 흥미로운 것은 Si1-xGex 합금의 경우 가열시간이 증가됨에 따라 Si-db(Si-dangling bond)와 Ge-db에 의한 신호가 서로 분리되어 나타났으며, 이 Si-db 스핀 밀도와 Ge-db 스핀밀도의 변화정도는 x값에 크게 의존함을 보여준 것이다. 즉 순수한 a-Si:H의 경우 Si-db 의 스핀밀도의 증가시간은 4시간 정도였고, 그리고 다시 감소하였으며, x=0.1 인 박막에서 Si-db와 Ge-db의 변화 시간은 순수 S-db 변화의 경우와 거의 유사하였다. 그러나 x=0.5 샘플에서는 Si-db의 변화가 빨라져서 0.1 시간 안에 증가되었고, Ge-db의 변화는 더 빠르게 수 분 동안에 증가 된후 다시 감소하였다. 이것은 수소의 Si에 대한 친화력 뿐 만아니라 Si-H과 Ge-H 결합에너지가 주위 원자들의 구성에 크게 영향받을 수 있는 가능성을 제시해준다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2003.07c
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• pp.1502-1504
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• 2003

최근 전자기기의 경박단소화 추세는 전자기기의 크기와 가격의 감소를 이끌었으며 이러한 추세는 앞으로 지속될 것이다. 이와 같은 현상으로 전자기기를 구성하는 요소의 절반이상을 차지하는 단위수동소자의 경우 소형화를 넘어 박막화 및 집적화가 절실히 요구되는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현재 GHz 대역의 휴대용 무선통신 송 수신부 등에 사용되고 있는 기판이 $Al_2O_3$ 기판인 점을 고려하여 기판의 공통화를 위해 $Al_2O_3$ 기판 위에 Ta/$Ta_2O_5$/Ta 구조를 갖는 MIM 박막커패시터를 제작하여 그 특성을 고찰하였다. 모든 박막의 증착은 RF-magnetron reactive sputtering법에 의해 이루어졌으며, 유전체 열처리는 $700^{\circ}C$ 진공상태에서 60 sec 동안 수행하였다. XRD 분석결과, as-deposited $Ta_2O_5$ 박막은 열처리 후에 비정질상에서 결정질상으로 변환되었다. Ta/$Ta_2O_5$/Ta/Ti/$Al_2O_3$ 커패시터의 전기적 특성으로는 C-F, C-V, I-V 를 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.128-128
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• 2018

최근 디스플레이 기술은 보다 가볍고, 얇고, 선명한 스마트 형태로 발전되고 있다. 특히 스마트산업의 성장으로 터치스크린패널(Touch Screen Panel, TSP)을 사용하는 기술이 다양해짐에 따라 더 높은 감도와 해상도를 달성하기 위한 핵심기술이 필요한 실정이다. TSP는 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 등 다양한 방식이 있다. 그 중 정전용량방식 터치 패널 (Capacitive type touch panel, CTTP)은 다른 유형에 비해 빠른 반응속도 및 멀티 터치 기능 등의 이점을 가지고 있기 때문에 연구의 초점이 되고 있다. 이를 실현하기 위해서 CTTP은 가시광영역의 높은 투과율과 낮은 비저항을 필요로 하기 때문에 박막의 초 슬림화 및 고 결정화도가 선행되어야만 한다. CTTP에 사용되는 투명전극 소재 중에서 40%의 비중을 차지하고 있는 ITO박막은 내구성과 시인성이 좋으나 생산 비용이 비싸다는 단점이 있다. 한편, 반응성 스퍼터링은 기존에 단일 소결체를 사용한 DC마그네트론 스퍼터링법보다 높은 증착률과 낮은 생산 비용으로 초박막을 만들 수 있다는 장점을 가진다. 본 실험에서는 In/Sn (2wt%) 금속 합금 타깃을 사용한 반응성 스퍼터링법을 이용하여 기판 온도 (RT 및 $140^{\circ}C$)에서 두께 30 nm의 In-Sn-O (ITO)박막을 증착하고, 대기 중 $140^{\circ}C$ 온도에서 시간에 따라 열처리한 후 박막의 물성을 관찰하였다. 증착 중 기판 가열을 하지 않은 ITO 박막의 경우, 열처리 시간이 증가함에 따라 비저항은 감소하였고, 홀 이동도는 현저하게 증가하였으며 캐리어 밀도에서는 별다른 차이가 없었다. 이를 통해 비저항의 감소는 캐리어 농도보다는 결정화를 통한 이동도의 증가와 관련 있다는 것을 확인할 수 있었다. 열처리 시간에 따른 박막의 핵 생성 및 결정 성장은 투과 전자 현미경(TEM)으로 명확하게 확인하였으며, 완전 결정화 된 박막의 grain size는 300~500 nm로 확인되었다. 기판온도 $140^{\circ}C$에서 증착한 박막의 경우, 후 열처리를 하지 않은 상태에서도 이미 결정화 된 것을 확인할 수 있었으며, 후 열처리 시에도 grain size에는 큰 변화가 없었다. 이는 증착 중에 박막의 결정화가 이미 완결된 것으로 판단된다. 또한, RT에서 증착한 박막의 경우에는 후 열처리 초기에는 산소공공등과 같은 결함들의 농도가 감소하여 투과율이 증가하였으나 완전한 결정화가 일어난 후에는 투과율이 약간 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이는 결정화 시 박막의 표면 조도가 증가하였고 이로 인해 빛의 산란이 증가하여 투과율이 감소한 것으로 판단된다. 이러한 결과로 반응성 스퍼터링 공정으로 제조한 ITO 초박막은 후열처리에 의한 완전한 결정화를 이룰 수 있으며, 이를 통해 얻은 낮은 비저항과 높은 투과율은 고품질 TSP에 적용될 가능성을 가진다고 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.261-261
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• 2012

반도체 공정에서 단위소자의 고속화를 구현하기 위한 금속배선공정에 사용되는 금속재료가 최근에 Al에서 구리로 전환됨에 따라, 향후에는 모든 디바이스가 구리를 주요 배선재료로 사용할 것으로 예측되고 있다. 이러한 구리 배선재료의 도입은 미세화와 박막화라는 관점에서 습식 방법임에도 불구하고 전기도금 방법이 반도체 구리 배선공정에 적용되는 획기적인 변화를 이끌어냈다. 이에 전기도금 방법으로 생산된 구리박막에 대한 요구사항이 증가되고 있다. 전기도금으로 구리박막을 성장시킴에 있어 도금 전해액, 유기첨가제, Anode 물질의 변화는 전착된 구리 박막의 미세구조 및 화학적 구조와 전착률, 비저항 등의 물리적 전기적 특성을 다양하게 변화시킬 수 있다. 본 연구에서는 Anode 물질 변화에 따라 Anode 표면에 형성된 불순물막(Passivation layer) 및 전착된 구리박막의 특성을 조사하였다. Anode는 soluble type과 insoluble type으로 나누어 실험을 진행하였다. Anode 물질 변화에 따른, 구리 박막의 물리적 특성을 조사하기 위하여 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)로 화학조성 및 불순물에 대해 분석하였다. 그리고 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope)를 이용하여 전착박막의 두께를 조사 하고 AFM (Atomic Force Microscope)을 이용하여 표면 거칠기를 측정하였다. 또한 전기적 특성을 조사하기 위해 4-point probe를 사용하여 구리 전착박막의 표면저항(sheet resistance)을 측정하였다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2004.04a
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• pp.17-17
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• 2004

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2003.07a
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• pp.199-201
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• 2003

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.395-395
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• 2009

$CuInSe_2$계 태양전지는 동시 증발공정으로 최고 효율 약 20%를 얻었으나, 동시 증발법은 대면적화 및 조성 균일도 조절에 어려움이 있다. 이에 반해 스퍼터링 및 셀렌화 공정은 동시 증발법에 비해 대면적의 조성 조절 및 생산속도가 뻐른 장점이 있다. 이에 따라 스퍼터링 및 셀렌화 공정을 통해 CIS 태양전지를 양산화 하려는 시도가 전세계적으로 활발히 진행중이다. 그러나 연구소 및 학교를 중심으로 연구가 진행되어 박막 증착 공정 및 단계별 박막 특성이 많은 부분 밝혀진 동시 증발공정에 비해, 몇몇 기업을 중심으로 연구가 진행되고 있는 스퍼터링/셀렌화 공정의 경우 공정 조건 및 이에 따른 박막 특성/형성기구에 대한 정보가 거의 없는 상태이다. 따라서 본 연구에서는 CuIn 및 Cu 타겟을 동시 스퍼터링하여 전구체를 만든후 이를 셀렌화하여 CIS 박막을 성장시키고, 특히 열처리 단계별 상분석을 통해 CIS 형성기구를 고찰하고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.109-109
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• 2011

1T-1C로 구성되는 기존의 DRAM(Dynamic Random Access Memory)은 데이터를 저장하기 위한 적절한 capacitance를 확보해야 한다. 따라서 캐패시터 면적으로 인한 집적도에 한계에 직면해있다. 따라서 이를 대체하기 위한 새로운 DRAM인 1T (Transistor) DRAM이 각광받고 있다. 기존의 DRAM과 달리 SOI (Silicon On Insulator)기술을 이용한 1T-DRAM은 데이터 저장을 위한 캐패시터가 필요없다. Impact Ionization 또는 GIDL을 이용해 발생한 정공을 채널영역에 가둠으로 서 발생하는 포텐셜 변화를 이용한다. 이로서 드레인 전류가 변화하며, 이를 이용해 '0'과 '1'을 구분한다. 기존의 1T-DRAM은 단결정 실리콘을 이용하여 개발되었으나 좀더 광범위한 디바이스로의 적용을 위해서는 다결정 실리콘 박막의 형태로 제작이 필수적이다. 단결정 실리콘을 이용할 경우 3차원 집적이나 기판재료선택에 제한적이지만 다결정 실리콘을 이용할 경우, 기판결정이 자유로우며 실리콘 박막이나 매몰 산화층의 형성 및 두께 조절이 용이하다. 때문에 3차원 적층에 유리하여 다결정 실리콘 박막 형태의 1T-DRAM 제작이 요구되고 있다. 따라서 이번연구에서는 엑시머 레이저 어닐링 및 고상결정화 방법을 이용하여 결정화 시킨 다결정 실리콘을 이용하여 1T-DRAM을 제작하였으며 메모리 특성을 확인하였다. 기판은 상부실리콘 100 nm, buried oxide 200 nm로 구성된 SOI구조의 기판을 사용하였다. 엑시머 레이저 어닐링의 경우 400 mJ/cm2의 에너지를 가지는 KrF 248 nm 엑시머 레이저 이용하여 결정화시켰으며, 고상결정화 방법은 $400^{\circ}C$ 질소 분위기에서 24시간 열처리하여 결정화 시켰다. 두가지 결정화 방법을 사용하여 제작되어진 박막트랜지스터 1T-DRAM 모두 kink 현상을 확인할 수 있었으며 메모리 특성 역시 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.144-144
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• 2012

스퍼터링 기술은 타겟 사용 효율 및 증착률 향상 개념에서의 소스 특성향상과, 증착 기판으로 이동하는 스퍼터링 입자량 및 이온화율 제어를 통한 코팅 박막의 특성향상 등 크게 두 축을 중심으로 발전되어 왔다. 특히 소스 특성 향상 관점에서 고진공에서의 스퍼터링 기술, 듀얼 마그네크론 스퍼터링 및 무빙 마그네트론 스퍼터링 기술 및 원통형 스퍼터링 기술이 개발되어왔으며, 코팅 박막의 특성 향상과 관련하여서는 스퍼터링 방전 내 플라즈마의 밀도의 증대 및 기판 입사 입자의 에너지 제어를 통한 박막의 치밀도 향상 연구가 많이 이루어져, UBM 또는 ICP 결합 스퍼터링 및 Arc-스퍼터링 혼합공정이 연구되어 왔다. 박막 증착에서 박막의 물성을 조절하는 주요인자는, 기판에 입사하는 입자의 에너지로, 그 조절 범위가 좁고 넓음에 따라 활용 가능한 코팅 공정의 window가 설정된다. 지난 15년간 증착박막의 물성 향상을 위하여 스퍼터링 소스의 제어 관점이 아닌 전원적 관점에서 스퍼터된 입자의 에너지 제어를 MF(kHz), Pulse 전원 사용을 통해 이루어져 왔고, 특히 High Impulse Pulse를 이용한 HiPIMS 기법이 연구개발과 시장의 이해가 잘 어울려져 많은 발전을 이루고 있다. HiPIMS 공정은 박막의 물성을 제어하는 관점을 스퍼터링에 사용되는 보조 가스인 Ar 이온에 의존하지 않고, 직접 스퍼터된 입자의 이온화를 증대시키고, 이 이온화된 입자를 활용하여 증착 박막의 치밀성 및 반응성을 증대시켜, 박막특성을 제어하는 기술이다. HiPIMS의 경우, 초기 개발 당시에는 고에너지, 고이온화의 금속 이온을 대량 생성할 수 있다는 이론적 배경에서 연구되었다. 그러나 연구 개발이 진행되면서, 박막의 물성과 증착률 등 상반된 특성이 나타나면서 이에 대한 전원장치의 개량이나 스퍼터링 소스의 개선 등 다양한 개발 연구들이 요구되고 있다. 재료연구소에서는 스퍼터링 기술에서 가장 문제가 되고 있는 타겟 사용효율화 관점 및 스퍼트된 입자의 이온화률 증대에 대한 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 방안으로 고밀도 플라즈마를 이용한 스퍼터링 기술을 개발하고 있다. 본 발표에서는 이러한 HiPIMS의 연구 개발 동향과 고밀도 플라즈마를 이용한 스퍼터링 기술에 대한 연구 동향을 발표하고자 한다.