• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.350.1-350.1
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• 2014

분포 브래그 반사기(distributed Bragg reflector; DBR)는 광센서, 도파로, 태양전지, 반도체 레이저 다이오드, 광검출기와 같은 고성능 광 및 광전소자 응용분야에 널리 사용되고 있다. 일반적으로, DBR은 박막의 두께를 4분의 1 파장(${\lambda}/4$)으로 가지는 서로 다른 저굴절율 물질과 고굴절율 물질을 교대로 적층 (pair)한 다중 pair로 제작되어지며, DBR의 반사 특성과 반사대역폭은 두 물질의 굴절율 차이와 pair의 수에 영향을 받는다. 그러나, 서로 다른 굴절율을 갖는 두 물질을 이용하는 DBR의 경우, 두 물질간 열팽창계수의 불일치, 접착력 문제, 높은 굴절율 차이를 갖는 물질 선택의 어려움 등 많은 문제점을 지니고 있다. 최근, 경사입사각증착법을 이용한 동일 재료(예, 인듐 주석 산화물, 게르마늄, 실리콘)기반의 DBR 제작 및 특성에 대한 연구가 보고되고 있다. 높은 입사각을 갖고 박막이 증착될 경우, 저율을 갖는 다공박막 제작이 가능하여 경사입사각증착법으로 homogeneous 물질 기반의 고반사 특성을 갖는 다중 pair의 DBR을 제작할 수 있다. 본 실험은, 갈륨비소 기판 위에 경사입사각증착법 및 전자빔증착법을 이용하여 중심파장 960 nm가 되는 이산화 티타늄 기반의 DBR을 제작하였고, 제작된 샘플의 증착된 박막의 표면 및 단면의 프로파일은 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, UV-Vis-NIR 스펙트로미터를 이용하여 반사율 특성을 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.341-345
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• 2009

최근 전세계적으로 신재생에너지에 대한 관심과 투자가 증폭되고 있으며, 우리나라에서도 그 간의 지속적인 연구개발 지원에 힘입어 국산기술 확보 및 산업화가 점차적으로 이루어지고 있는 것으로 분석되고 있다. 더욱이 신정부에서는 국정지표인 녹생성장의 실현방안으로 신재생에너지에 대한 지원을 대폭 확대하고 있어 관련 기술개발 투자도 지속적으로 확대될 것으로 보인다. 본 고에서는 이러한 국내 신재생에너지 기술개발 관련 정책 및 기술개발 동향에 대하여 알아보고, 특히 급속한 성장세 속에 2008년 전세계 태양전지생산량이 7.9GW1) 에 달한 태양광 분야는 우리나라가 강점을 갖고 있는 반도체, LCD 기술과 유사하여 국내의 축적된 기술과 인프라를 활용할 경우 조기에 세계수준의 기술력을 확보할 것으로 기대되고 있으며, 정부에서는 태양광 분야를 수출전략산업화 하기위해 집중적인 투자에 나서고 있다. 이러한 상황에서 그간의 기술개발 현황, 실적 및 향후 전망 등에 대하여 살펴보고자 한다.

• 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 Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.165-165
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• 2010

GaInZnO는 투명 비정질 산화물 반도체로서 태양전지, 평판 액정 디스플레이, 잡음방지 코팅, 터치 디스플레이 패널, 히터, 광학 코팅 등 여러 응용에 쓰인다. 이 논문에서는 투명전자소자로 관심을 모으고 있는 GaInZnO의 전자적 그리고 전기적 특성을 측정하였다. GaInZnO 박막은 $SiO_2$ (100)/Si 기판위에 RF 마그네트론 스퍼터링 증착법으로 $Ga_2O_3:In_2O_3:ZnO$의 조성이 2:2:1로 된 타겟을 가지고 박막을 성장시켰다. 성장한 후에 RTP를 이용하여 30분간 열처리 하였다. GaInZnO의 전자적 특성을 나타내는 띠틈 및 실리콘 기판과의 원자가 띠 오프셋 값을 측정하였으며, 이 값들을 통해 GaInZnO박막과 실리콘 기판과의 띠 정렬도 수행하였다. 띠틈은 반사 전자 에너지 손실 분광법(REELS)을 이용하여 측정하였고, 원자가 띠 오프셋은 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 측정하였다. 열처리 온도가 $400^{\circ}C$까지는 띠틈의 변화 및 XPS 결합에너지의 변화가 없는 것으로 보아 열적안정성이 우수함을 알 수 있다. 반면 $450^{\circ}C$에서의 띠틈이 감소하는 것으로 보아 $450^{\circ}C$에서는 열적안정성이 깨지는 것을 알 수 있다. GaInZnO 박막을 채널 층으로 하고 전극은 알루미늄(Al)으로 된 TFT를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다. TFT 특성 결과 이동도가 약, subthreshold swing(S.S)이 약 1.5 V/decade, 점멸비가 약 $10^7$으로 측정되었다. 유리 위에 증착시킨 GaInZnO 박막의 투과율을 측정해본 결과 모든 시료가 가시광선 영역에서 80%이상의 투과율을 갖는 것으로 보아 투명전극소자로 응용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.104-104
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• 2014

미래형 전자소자는 높은 성능과 더불어 소형화, 박막화를 거쳐 휘어질 수 있고(flexible), 착용이 가능하며(wearable), 접을 수 있거나(foldable) 늘어날 수 있는(stretchable) 방향으로 발전해 가고 있다. 실리콘, 갈륨비소 등 무기소재를 기반으로 하는 전자소자의 경우 그 성능은 우수하나 딱딱하고 휘어질 수 없는 반면, 유기소재를 기반으로 하는 경우 보다 유연한 구조를 가질 수 있지만 성능이나 신뢰성면에서 아직 개선할 점이 많이 남아있다. 최근에는 성능이 우수한 무기소재를 초박막 형태로 구성하여 이를 휘거나 늘어날 수 있는 기판에 부착하는 형태의 소자들이 많이 개발되고 있으며 이를 통해 박막트랜지스터, LED, CMOS 회로, 태양 전지 및 각종 센서 등이 휘거나 심하게 변형될 수 있는 형태로 진화하였으며, 기존에 구현하기 어려웠던 피부에 부착이 가능한 전자소자, 반구형 구조를 갖는 이미지 센서 등의 구현이 가능하게 되었다. 무기소재 박막을 플렉서블 기판에 부착시키는 데에는 전사 프린팅(transfer printing) 방법이 핵심기술로서 주로 이용된다. 본 튜토리얼은 플렉서블/스트레쳐블 전자소자의 구현을 위한 전사 프린팅 방법을 소개하고, 구체적인 공정 방법과 이를 이용한 독특한 형태 전자소자의 개발에 대해 다루고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.391-391
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• 2011

최근 나노에 대한 연구가 활성화되고 나노입자가 가지는 특성이 부각되면서 이를 소자 제조에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자를 바탕으로 소자 제조에 관한 연구가 이루어지면서 플라즈마 내 발생하는 나노입자를 이용하여 패터닝 등에 적용하고자 하는 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 특히 플라즈마에서 발생하는 나노입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특징으로 인해 다른 입자 제조 공정과 달리 응집이 없는 균일한 입자를 제조할 수 있다. 이러한 플라즈마 내 발생 입자를 응용하기 위해서는 공정 조건에 따른 입자의 생성 및 성장 분석이 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정 장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 나노입자 합성 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정압력 등이 있다. 본 연구에서는 실리콘 나노입자를 만드는데 필요한 여러 변수들을 제어함으로써 이에 따른 입경분포를 측정하였다. 또한 동일한 조건에서 생성 나노입자를 포집하여 TEM과 SEM을 이용하여 분석하여 그 결과를 비교하였다. 추후 지속적 연구에 의해 변수에 따른 나노입자 생성을 데이터베이스화 하여 요구되는 응용분야에 적합한 특성을 가지는 나노입자를 형성하는 조건을 정립 하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.281-284
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• 2007

Recently, we have developed p-i-n a-Si:H single junction thin film solar cells with RF (13.56MHz) plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system, and also successfully fabricated the mini modules ($>300cm^2$), using the laser patterning technique to form an integrated series connection. The efficiency of a mini module was 7.4% ($Area=305cm^2$, Isc=0.25A, Voc=14.74V, FF=62%). To fabricate large area modules, it is important to optimise the integrated series connection, without damaging the cell. We have newly installed the laser patterning equipment that consists of two different lasers, $SHG-YVO_4$ (${\lambda}=0.532{\mu}m$) and YAG (${\lambda}=1.064{\mu}m$). The mini-modules are formed through several scribed lines such as pattern-l (front TCO), pattern-2 (PV layers) and pattern-3 (BR/back contact). However, in the case of pattern-3, a high-energy part of laser shot damaged the textured surface of the front TCO, so that the resistance between the each cells decreases due to an incomplete isolation. In this study, the re-deposition of SnOx from the front TCO, Zn (BR layer) and Al (back contact) on the sidewalls of pattern-3 scribed lines was observed. Moreover, re-crystallization of a-Si:H layers due to thermal damage by laser patterning was evaluated. These cause an increase of a leakage current, result in a low efficiency of module. To optimize a-Si:H single junction thin film modules, a laser beam profile was changed, and its effect on isolation of scribed lines is discussed in this paper.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.6 no.2
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• pp.263-274
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• 1996

Titanium dioxide ($TiO_{2}$) film has been widely used as anti-reflection coating for solar cells but not as masking oxide for metallisation and diffusion of impurities. In this paper we have investigated the properties of $TiO_{2}$ for possible incorporation into solar cell processing sequence. Thus the use of a spray deposition system to form the $TiO_{2}$ film and the characterisation of this film to ascertain its suitability to solar cell processing. The spray-on $TiO_{2}$ film was found to be resistant to all the chemicals used in conjunction with solar cell processing. The high temperature anealing (in oxygen ambient) of the spray-on $TiO_{2}$ film resulted in an increased refractive index, which indicated the growth of an underlying thin film of $SiO_{2}$ film for the passivation of silicon surface which would reduce the recombination activities of the fabricated device. Most importantly, the successful incorporation of the $TiO{2}$ film will lead to the reduction of the many high temperature processing steps of solar cell to only one.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.2
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• pp.115-118
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• 2017

Highly photosensitive and wide bandgap amorphous silicon oxide (a-$SiO_x$:H) films were developed at low temperature ranges ($100{\sim}150^{\circ}C$) with employing plasma-enhanced chemical vapor deposition by optimizing $H_2/SiH_4$ gas ratio and $CO_2$ flow. Photosensitivity more than $10^5$ and wide bandgap (1.81~1.85 eV) properties were used for making the a-$SiO_x$:H thin film solar cells, which exhibited a high open circuit voltage of 0.987 V at the substrate temperature of $100^{\circ}C$. In addition, a power conversion efficiency of 6.87% for the cell could be improved up to 7.77% by employing a new n-type nc-$SiO_x$:H/ZnO:Al/Ag triple back-reflector that offers better short circuit currents in the thin film photovoltaic devices.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.406-407
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• 2008

지난 8년간 세계 태양광 시장은 연평균 40% 이상 성장하여 2006년 200억 불 규모로 초고속성장을 지속하고 있으며 2010년 1,300억 불, 2012년에는 2,000억 불에 이를 것으로 전망되며, 2015년에는 메모리반도체 시장규모를 추월할 것으로 예상된다. 국내 태양광 산업은2004년 이후 적극적인 기술개발 및 보급정책의 결과 2008년 현재 산업 기반이 조성되었으며 수출산업으로 전환단계에 있다. 태양광 분야는 반도체/디스플레이 시장과 같이 기술력과 자금력을 보유한 소수의 기업이 이익을 독점하는 구조로서 2007년 상위 5개국이 전체 생산량의 85%를 차지하는 실정이다. 이것은 우리가 조기에 기술 및 규모를 확보하지 못할 경우 추후 경쟁에서 매우 불리함을 인식하고 실리콘 소재 기술력의 국산화 및 박막형 태양전지의 양산화 조성 등 세부기술의 분류를 나열하고 2-3년 이내에 상용화 가능한 요소기술, 4-5년 이내에 양산구동력을 구축할 수 있는 핵심기술, 10년 이내에 글로벌경쟁력을 갖출 수 있는 원천기술력을 발굴하고 정부-기업-연구소(대학)가 공동의 지원책을 강구하여 융합된 미래 글로벌 기술력을 확보한 신성장 동력원으로 가치창출 요소를 발굴할 필요성이 있다.