• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.24-24
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• 2010

Chalcopyrite $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 화합물 반도체는 고효율 박막태양전지의 광 흡수층으로 사용되는 물질 중 가장 우수한 효율 (19.9%, NREL 2008)을 보유하고 있다. CIGS는 직접천이형 에너지밴드갭 (direct bandgap)을 가지고 있고, 광흡수계수가 $1{\times}10^5\;cm^{-1}$로서 반도체 중 서 가장 흡수율이 높은 재료에 속하여 두께 $1{\sim}2\;{\mu}m$의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다. 현재 고효율 CIGS 셀생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation(동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "sputter-selenization(스퍼터-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se 들을 고진공 분위기에서 고온 ($550{\sim}600^{\circ}C$)기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 스퍼터-셀렌화 공정은 1단계에서 스퍼터링 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온($550{\sim}600^{\circ}C$)하에 $H_2Se$ 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 $H_2Se$ 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하등의 문제점들이 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 Tutorial에서는 CIGS 물질의 열역학 상평형과 반응메카니즘에 대해 설명하고, 다양한 생성 공정들을 소개할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.314-315
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• 2012

최근들어 반도체 및 디스플레이 소자의 구조가 복잡해짐에 따라 다층 박막 증착에 대한 중요성이 날로 증가하고 있다. 본 연구에서는 다층 박막을 효율적으로 증착하기 위해 회전이 가능한 육각건을 개발하였고, 이를 이용하여 에너지 절약형 단열 유리 증착 공정을 구현 하였다. 개발된 회전형 육각건은 기존 플래너형 스퍼터링 건의 확장형으로서 최대 6개의 물질을 하나의 챔버에서 증착이 가능하도록 구성되었다. 기존 공정의 경우 서로 다른 물질 증착을 위해서는 각각의 챔버가 필요한 반면, 회전형 육각건을 이용할 경우 하나의 챔버에서 공정을 진행할 수 있어 원가 절감이 가능하다. Fig. 1은 개발된 회전형 육각건의 모식도로서, 스퍼터링 타겟이 장착 가능한 건과, 회전부로 구성되어 있다. 이를 이용하여 투명전극-금속-투명전극-금속-절연체로 구성되어 있는 에너지 절약형 단열 유리용 다층 박막 증착 공정을 개발하였다. 이때 알루미늄이 도핑된 ZnO (AZO)는 RF 마그네트론 스퍼터로, 금속 박막은 DC 스퍼터, $SiO_2$ 및 SiN과 같은 절연 박막은 $O_2$와 $N_2$ 분위기에서 반응성 RF 스퍼터로 각각 증착하였다. Base pressure는 $10^{-7}$ torr였으며, 증착 시 공정 압력은 1~3 mTorr로 조정하였다. 증착 균일도 향상을 위해 20 rpm의 속도로 기판을 회전시켰다. Fig. 2(a)는 ZnO-Ag-ZnO 구조로 이루어진 다층 박막의 단면을 관찰한 투과전자 현미경 사진으로 각 층간의 계면이 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있으며, 각 층간의 intermixing 현상이 발생하지 않음을 확인 가능하다. 이를 보완하기 위해 Fig. 2(b)에서 보는 바와 같이 XPS를 이용하여 depth profile을 측정하였다. 각 층에서 서로 다른 물질이 발견되는 현상, 즉 교차 오염이 발생함에 따라 나타나는 intermixing 없이 거의 순수한 형태의 ZnO, Ag 박막 성분이 검출되었다. 이는 6개의 서로 다른 물질이 장착된 회전형 육각건을 이용하여 고 품질의 다층 박막 증착이 가능함을 제시하는 결과이다. 증착된 다층 박막의 균일도는 3.8%, 가시광선 영역에서 80% 이상의 투과도, 면저항 값은 3 ${\Omega}/{\Box}$ 이하를 보임으로서 에너지 절약형 단열 유리로서의 사양을 만족시키는 결과를 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.243-244
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• 2011

최근에 산화물 반도체를 평판 디스플레이와 태양 전지의 투명 전극으로 응용하기 위해 많은 연구가 진행중에 있다. 특히, $In_2O_3$ 박막은 투명 전도 산화막으로써 3.7 eV의 직접 전이 밴드갭 에너지를 갖고 가시광 영역에서 높은 투과도를 갖는 반도체이어서 다양한 영역에서 응용 가능하다. 본 연구는 낮은 비저항과 높은 투과율을 갖는 최적의 투명 전도막을 성장시키기 위하여 라디오파 반응성 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 질소 도핑된 $In_2O_3$ 박막을 유리 기판 상부에 증착하였고, 후열처리로 온도 400, 450, 500, 550$^{\circ}C$에서 급속 열처리를 수행하여, 증착된 박막의 구조, 표면, 광학, 전기적 특성을 조사하였다. 증착된 박막은 XRD를 사용하여 구조적 특성을 조사한 결과, $2{\theta}=30.2^{\circ}$와 43.95$^{\circ}$에서 상대적으로 강한 피크가 관측되었다(Fig. 1). 전자는 (222)면에서 회절된 피크이며, 후자는 (100)면에서 발생한 회절 피크이다. 열처리 온도가 0$^{\circ}C$에서 500$^{\circ}C$로 증가함에 따라 (222) 면의 회절 신호의 세기는 상대적으로 증가하였고, 550$^{\circ}C$에서 급격하게 감소하였다. 박막의 광학적 특성은 자외선-가시광선 분광기를 사용하여 광학 흡수율과 투과율을 측정하였다(Fig. 2). 열처리를 하지 않은 박막의 경우에, 파장 200~1,100 nm 범위에서 측정된 평균투과율은 76%이었다. 광학 흡수 계수와 광자 에너지의 관계를 나타내는 포물선 관계식을 기초로 하여 광학 밴드갭 에너지를 계산하였다. 박막의 전기적 특성의 경우에, Hall 효과를 측정하여 전하 운반자 농도, 홀 이동도, 전기 비저항을 조사한 결과, 전기적 특성은 열처리 온도에 상당한 의존성을 나타냄을 알 수 있었고, 열처리 온도 500$^{\circ}C$에서 박막의 비저항값은 $4.0{\times}10^{-3}{\Omega}cm$이었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.269-270
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• 2006

이온빔 스퍼터를 사용하여 PC기판위에 $TiO_2$ 박막을 증착한 후 광학적 특성을 고찰하였다. 증착 전 어시스트 이온건을 사용하여 아르곤 플라즈마로 표면처리를 하였으며, Ti 박막을 $300{\AA}$정도로 증착한 다음, 그 위에 산소 반응스퍼터링 기법을 사용함으로써 $TiO_2$박막을 증착하였다. 표면처리에 의한 기판의 표면개질로 TI 버퍼층과의 막부착력을 높이고, 아르곤 산소의 분압비를 1로 고정하였을 때, $TiO_2$박막의 두께에 따라서 박막의 색상이 변화는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 아르곤과 산소의 분압 변화에 대한 의존성은 $TiO_2$박막의 색상과 투과율과 같은 광학적인 성질에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.11
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• pp.973-979
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• 2001

Tin-doped indium oxide (ITO) thin films were deposited using r.f. magnetron reactive sputtering and the electrical properties, such as the resistivity, carrier concentration and mobility, were investigated as a function of the sample position under a given magnetron sputtering condition. The nonhomogeneity of the electrical properties with the sample position was observed under a given magnetron sputtering condition. The resistivity of ITO thin film on the substrate which corresponded to the center of the target had a minimum value, 2∼4$\times$10$\^$-4/$\Omega$$.$cm, and it increased symmetrically when the substrate deviated from the center. The density measurement result also showed that ITO thin film deposited at the center has a maximum density of 7.0g/cm$^3$, which was a relative density of about 97%, and the density decreased symmetrically as the substrate deviated from the center. The nonhomogeneity of electrical properties with the deposition position could be explained with the incidence angle of the source beam alpha, which is related with an atomic self-shadowing effect. It was confirmed experimentally that the density in film affect both the carrier mobility and the conductivity. In the case where the density of ITO thin film is 7.0g/cm$^3$, the magnitude of the mean free path was identical with that of the grain size(the diameter of column). However, in the other cases, the mean free path was smaller than the grain size. These results showed that the scattering of the free electrons at the grain boundary is the major factor for the electrical conduction in ITO thin films having a high density, and there exists other scattering sources such as vacancies, holes, or pores in ITO thin films having a low density.ing a low density.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.150-150
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• 2012

진공증착을 이용하여 제조된 알루미늄 박막은 증착 조건에 따라 그 특성이 현저히 달라지는 것으로 알려져 있다. 특히, 진공도와 증착율에 따라 비저항과 반사율, 표면 색상 등이 크게 달라지며 이에 따라 적절한 증발원 및 증착 방법의 선택이 박막의 특성을 좌우하게 된다. 알루미늄은 융점이 낮은 반면 증기화되는 온도가 높을 뿐만 아니라 고온에서는 대부분의 내화물 금속과 반응하기 때문에 저항가열 증발원을 이용하여 증발시키기가 매우 까다로운 물질중의 하나이다. 또한 전자빔으로 증발시킬 경우에는 열전도도가 커서 수냉 도가니를 통해 열이 빠져나가기 때문에 효과적인 증발을 위해서는 고전력을 투입해야 하는 어려움이 있다. 한편, 스퍼터링 증발원을 이용하여 알루미늄을 증착하면 낮은 증착율로 인해 반사율과 같은 제반 특성이 현저히 떨어지는 단점이 있다. 본 논문에서는 알루미늄 박막의 제조를 위한 최적의 증발원과 증착 방법을 소개하고 증착 조건과 박막 특성의 상관성 자료를 소개하였다. 이를 위해 각종 저항가열 및 전자빔 증발원 그리고 스퍼터링을 이용한 증발 실험 결과를 소개하고 증발원에 따른 알루미늄 박막의 특성 변화 그리고 제반 증착 조건이 박막의 특성에 미치는 영향을 소개하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.15 no.2
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• pp.147-152
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• 2002

Carbon nitride thin films were deposited by reactive sputtering for the hard coating materials on Si wafer and tool steels. When the nitrogen content of carbon nitride film on tool steel is 33.4%, the mean hardness and elastic modulus are 49.34 GPa and 307.2 GPa respectively. The nitrided or carburised surface acts as the diffusion barrier which shows better adhesion of carbon nitride thin film on the steel surface. To prevent nitrogen diffusion from the film, steel substrate can be saturated by nitrogen forming a Fe$_3$N layer. The desirable structure at the surface after carburising is martensite, but sometimes, due to high carbon content an proeutectoid Fe$_3$C structure may form at the grain boundaries, leaving the overall surface brittle and may cause defects.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.1
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• pp.30-34
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• 2011

We investigated the structural, electrical and optical characteristics of thin films with ITO deposited by a low temperature RF reactive magnetron sputtering. The deposited thin films were annealed for 2 hours at various temperatures of $50^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $200^{\circ}C$ and $250^{\circ}C$ and were analyzed by using X-ray diffractometer, scanning electron microscopy and 4 point probe. The films annealed at temperatures higher than $150^{\circ}C$ were found to be crystallized and their electrical resistance were decreased from $40{\Omega}cm$to $18{\Omega}cm$. The optical transmittance of the film annealed at $150^{\circ}C$ was increased by over 87% in the 450 nm ~ 900 nm wavelength range. Our results indicate that the films with ITO deposited at even a low temperature can show better optical and electrical properties through a proper heat treatment.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.17-18
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• 2014

최근 자동차 성능 및 연비향상을 위해서 엔진의 고출력화 및 소형화 경향이 뚜렷해지고 있으며, 이로 인해 엔진내부의 부품이 받는 환경은 더욱 가혹해 지고 있다. 즉, 자동차 엔진 구동부품은 금속간의 접촉가능성이 매우 높은 경계윤활조건에 놓이게 되며, 또한 배기가스 규제로 인한 첨가제를 최소화 하려는 경향에 따라 경계윤활 환경에서 더욱 심한 마모문제에 직면할 것으로 예상되어 내구성 및 내마모성이 높은 코팅기술에 대한 요구가 더욱 증가하고 있다. 본 연구에서는 Zr기지의 비정질 형성능을 갖는 합금계를 이용하여 아르곤 및 질소분위기에서 스퍼터링 함으로써 고경도의 ZrN상과 엔진오일과 반응하여 저마찰 트라이보 필름을 형성시킬 수 있는 금소계 원소가 Tissue phase로 존재하는 질화물 나노박막합성기술을 개발한 후 자동차 구동부품인 벨브트레인계 및 피스톤링/라이너 부품에 적용하여 마찰특성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.92-92
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• 2016

전기방전의 기본적인 특성을 가지고 있는 플라즈마를 이용하여 재료를 가공하는 증착, 식각, 표면처리 공정에 있어서 플라즈마 내의 전자 충돌 반응에 의한 이온, 라디칼의 생성과 재료 표면의 반응을 분석하는 도구로써 분압 측정은 일반적인 화학 조성 분석에 기원한 오랜 역사를 가지고 있다. 1 amu 정도의 분해능을 가지고 있고 크기가 30 cm 정도에 불과한 사중극자 질량 분석기는 적절한 질량 스캔 시간과 넓은 이온 전류 측정 범위를 가지므로 소형 차등 배기 시스템과 조합하면 1 mTorr 영역의 스퍼터링 시스템에서 1 Torr 영역의 PECVD/PEALD 시스템 진단에도 쉽게 적용이 가능하다. Inficon사의 CPM-300과 Pfeiffer사의 Prisma80을 이용한 플라즈마 식각 공정 분석 결과를 보면 동위원소까지 분석이 가능하다. 또한 전자충돌 이온화 에너지를 조절하여 m/q(질량전하비율)가 중첩되는 경우의 해석도 가능하다. 다중 오리피스를 갖는 compact design의 밸브 블록을 이용한 설계에서는 line-of-sight 입사가 불가능하여 이온 전류를 분석할 수 없다는 단점이 있으나 표준 가스를 이용한 정량화 등의 큰 장점들이 있다. 최근 이루어진 연구의 내용으로는 유도 결합 플라즈마 장치에서 전도성 메쉬를 이용한 라디칼 거동 관찰을 위해서 두 대의 CPM-300을 메쉬 전 후에 설치하여 라디칼의 양 변화를 전류 프로브와 같이 사용하여 조사하였다.