• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.103-103
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• 2010

최근 산화물 반도체 기반의 박막 트랜지스터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이는 공간 점유와 시각적 제약을 해소하려는 시장의 요구에 의해 주도되고 있다. 특히, 2004년 Hosono 그룹에서 비정질 InGaZnO (IGZO) 박막을 이용한 TFT소자 제작을 발표하고 우수한 특성을 확인한 후 산화물 TFT 소자기술에 대한 전 세계적인 연구개발의 계기가 마련되었다. 그러나 다성분계 화합물로 이루어진 산화물 반도체의 경우 복잡한 성분 조합과 조절이 어렵고, 장비의 제약으로 인해 상업화에 어려움을 겪고 있다. 따라서 이성분계 물질인 산화아연의 경우 아직까지 상업화 이점이 남아있으며, 우수한 전기적 성질과 광학적 장점이 있기에 그 가능성은 더욱 커지고 있다. 그럼에도 불구하고 산화아연계 박막 트랜지스터의 경우 바이어스에 의해 동작전압이 이동하는 DC신뢰성의 문제점이 남아 있고, 이를 해결하기 위해 안정적인 절연막 또는 보호막을 도입하려는 연구가 많이 시도되고 있다. 본 연구에서는 산화아연기반의 박막 트랜지스터에 Hf이온을 도핑하여 DC 신뢰성을 향상시키는 연구를 진행하였다. Bottom gate 형식의 HfZnO TFT를 제작하였고 전이 특성을 살펴본 결과 Hf의 함량이 늘어날수록 이동도는 감소하는 경향이 나타났다. 또한 Hf의 미량 도핑에도 불구하고 산소결핍에 의한 결함 생성을 억제하여 DC신뢰성이 상당히 향상되었으며, 이는 특히 산화물 반도체와 절연막 사이의 결함을 억제하여 생긴 결과로 생각된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.73-73
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• 2011

Zn-Sn-O (ZTO) 다성분계 산화물 박막은 일반적인 rf 스퍼터법으로 성막할 경우 비정질상으로 성장하여 결정질 산화물 박막에 비해 우수한 표면평탄도와 식각 단면을 제공한다. 비정질임에도 불구하고 넓은 자유전하 농도 범위에서 높은 Hall 이동도를 제공할 수 있는 것으로 보고되어 있어 비정질 산화물의 투명도전성 박막에 대한 관심이 높아지고 있다. 투명 TFT에 적용되는 또 다른 비정질계 산화물 박막인 In-Zn-O (IZO) 박막에 비해 ZTO 박막은 상대적으로 제한된 연구가 이루어졌으나, In의 함유되지 않아 경제적으로 유리하고, 특히 SnO2의 우수한 기계적 및 화학적 특성과 ZnO의 내환원성 특성을 잠재하고 있는 유망한 투명도전성 박막재료이다. 본 연구에서는 Zn-Sn-O계 박막을 통상의 rf 스퍼터법으로 성막하여 조성, 증착 온도, 그리고 열처리 온도에 따른 ZTO 박막의 구조적인 특성 변화와 이에 따른 전기적 및 광학적 특성 변화에 대하여 고찰하였다. ZnO 타겟과 SnO2 타겟을 사용하여 co-sputtering하여 ZnO의 부피 분률을 13~59 mol%까지 변화되도록 조절하여 증착하였다. 증착 온도는 상온, 150 및 $300^{\circ}C$로, 그리고 성막가스 중의 산소분률은 0%, 0.5% 및 1% 로 변화시켰다. 40 mol% 이상의 ZnO를 함유한 ZTO 박막은 가시광 영역에서의 평균 광투과도는 좋으나 전기적인 특성이 열악하였으며, ZnO 분율이 낮은 ZTO 박막은 10-2~10-3 ohm-cm 정도의 비교적 낮은 비저항을 나타내었으나 광투과도 면에서 떨어지는 단점을 보였다. 평균 광투과도는 증착 온도가 증가할수록, 그리고 산소의 양이 증가할수록 향상 되었다. 자유전하농도가 1017~1020 cm-3 정도의 넓은 범위에서 10 cm2/Vs 을 넘는 홀 이동도를 가지는 ZTO 박막의 증착이 가능함을 확인하였으며, 이로부터 투명 TFT 소자로 적용이 가능성이 있음을 보였다. EPMA를 이용한 정량분석 및 XRD를 이용한 구조분석과 연계한 ZTO 박막의 물성 및 최적 조건에 대한 논의가 이루어질 것이다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.30.2-30.2
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• 2011

나노 채널 구조는 반응 물질의 빠른 확산 경로를 제공하고, 넓은 반응 활성화 면적을 가지므로, 센서, 촉매, 전지 등의 다양한 기능성 전기 화학 소자용 고효율 전극 구조로서 관심을 받고 있다. 최근 양극 산화법을 이용하여, 자가 배열된 나노 채널 구조의 주석 산화물을 형성시키는 연구가 진행되고 있다. 그러나, 기재위에 도금된 주석 박막이 양극 산화에 의해 산화물로 변화하는 과정에서 내부 균열 및 표면 기공의 막힘 현상이 관찰되고, 기재 위 주석의 산화가 완료되는 시점에서는 기재의 산화 및 산소 발생에 의한 기계적 충격 등으로 인해 산화물이 기재로부터 탈리되는 문제가 발생하여, 그 응용 연구가 크게 제한되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 다공성 주석 산화물 합성 시의 구조적 결함이 나타나는 이유에 대해 체계적으로 분석하고, 이를 바탕으로 결함이 없는 나노 채널 주석 산화물을 제조하는 방법을 제시하였다. 또한, 주석 산화물 박막을 기능성 전기화학 소자용 전극 활물질, 특히 리튬 전지용 음극재료로 사용하기 위한 효과적인 전극 제조 방법에 대해 논의하고, 그에 따라 제조된 전극의 충방전 용량, 사이클링 안정성 등을 제시하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.28.1-28.1
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• 2011

비휘발성 저항 메모리소자인 ReRAM은 간단한 소자구조와 빠른 동작특성을 나타내며 고집적화에 유리하기 때문에 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항메모리소자 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 박막은 이성분계 산화물로써 조성비가 간단하고, 빠른 동작특성을 나타내며, 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 또한 가시광선 영역에서 광학적으로 투명한 특성을 보이기 때문에 투명소자 응용에도 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Metal/Insulator/Metal (Al/ZnO/Al) 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. Radio frequency (RF) sputter를 이용하여 ZnO 박막을 합성하고 박막의 결정성을 평가하였으며, resistive switching 효과를 관찰하였다. 합성된 박막 내부의 결정성은 메모리 구동 저항에 영향을 주며, 이를 제어하여 신뢰성있는 메모리 효과를 얻을 수 있었다. 특히 박막의 두께를 제어함으로써 구동전압의 변화를 관찰하였으며 소자에 적합한 두께를 평가할 수 있었다. 또한, ZnO 박막 내의 결함에 따른 on/off 저항의 변화를 관찰할 수 있었다. 제작된 저항 메모리소자는 unipolar 특성을 보였으며, 높은 on/off 저항의 차이를 유지하였다. Scanning electron microscope(SEM)을 통해 합성된 박막의 형태를 평가하였고, X-ray diffraction (XRD) 및 transmission electron microscopy (TEM)을 통해 결정성을 평가하였으며, photoluminescence (PL) spectra 분석을 통하여 박막 내부의 결함 정도를 평가하였다. 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.240-240
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• 2011

투명전도성 산화물 박막은 넓은 밴드갭을 가지고 있으며 금속 도핑에 따라서 낮은 저항과 높은 투과도를 가지고 있다. 이러한 투명전도성 산화물 박막은 광학 디바이스, 유기광전자 디바이스(OLED) 및 태양전지 등 다양한 분야에 응용이 되고 있다. 또한 이러한 투명전도성 산화물 박막중에서도 AZO 박막은 실리콘 태양전지의 전극으로 사용이 되며, 이를 식각하여 다양한 모양을 가지는 박막으로 성장시킬 경우 빛의 산란 및 포집 효과에 의해서 태양전지의 current density를 증가시키는 요인이 된다. 본 연구에서는 AZO 박막을 RF magnetron sputtering법을 이용하여 유리 기판위에 성장하였다. 또한, 성장된 AZO 박막은 염산, 질산, 황산, 인산, 초산 등의 다양한 산성용액을 이용하여 식각을 하였다. 그 결과 식각률은 식각용액의 농도 및 pH에 따라서 다양한 변화를 보였으며, 식각된 AZO 박막은 실리콘 태양전지에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.141-141
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• 2012

X-선 반사율 측정법(XRR)은 비파괴적인 측정방법과 수 nm의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 장점으로 인하여 반도체 산업현장에서 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 이러한 XRR은 두께 분석 측정의 정밀도를 향상시키고 부정확한 결과를 방지하기 위하여 측정기기를 검증하고 보정할 수 있는 두께 표준물질을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 XRR용 두께 표준물질을 이온빔 스퍼터링 증착방법을 이용하여 제작하였다. 두께 표준물질 제작에 있어 공기 중 노출에 의해 산화가 되지 않는 산화물 박막과 산화물 기판을 선택하였다. 후보물질은 glass, sapphire, quartz, SiO2기판과 HfO2, Ta2O5, Cr2O3 산화물 타켓을 이용하여 박막을 제작하였다. 제작된 후 보물질은 교정된 XRR을 통하여 박막의 두께, 계면 및 표면 거칠기, 밀도등 박막의 구조특성분석을 하였다. Glass, quartz의 경우 기판 표면 거칠기가 좋지 않아 제작된 샘플의 X-선 반사율 곡선이 급격히 떨어지면서 측정되는 각도의 영역이 작아졌다. Sapphire로 제작한 시편은 측정된 데이터와 simulation의 curve fitting이 양호하지 않았다. 이 중 SiO2기판을 사용하고 HfO2박막을 증착한 샘플이 다른 후보물질보다 XRR curve fitting 결과가 가장 양호하여 두께 표준물질로 응용하기에 적절하였다. 그리고 AFM (Atomic Force MicroScope)을 이용하여 기판의 거칠기 및 증착한 박막표면 거칠기 측정을 하였고, TEM (Transmission Electron Microscope)으로 두께 측정을 하여 XRR로 얻은 데이터와 비교하였다. 이러한 결과를 토대로 XRR용 두께 표준물질 제작할 수 있었고, 추후 불확도 평가 및 비교실험을 통하여 제작된 XRR용 두께 표준물질을 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.159-159
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• 1999

니켈 산화물 박막을 전자비임 증착법으로 기판온도는 RT~25$0^{\circ}C$의 범위에서 제작하였다. 제작시 초기 베이스 압력은 2$\times$10-6mbar로 하고 산소주입후 작업진공도를 3$\times$10-4mbar로 유지하여 증착하였다. 제작시 기판온도에 따라 제작된 시료들은 각각 X선회절장치(XRD)로 막의 구조과 그림과 같이 입방체 구조 또는 팔면체구조를 갖음을 알 수 있었으며 막의 표면형상은 SEM을 이용하여 분석하였다. 각각의 여러 기판온도에 따라 제작된 니켈 산화물 박막의 전기 화학적인 특성을 분석하기 위해 순환전압전류법을 이용하였다. 또한, 전기적인 광학소자로써의 특성을 분석하기 위해 UV-Vis 광분광기를 사용하여 투과율을 측정하여 그 특성을 알아보았다. 순환전압전류법에 의한 각 시료에 대한 박막의 전기화학적 특성은 0.5M KOH 전해질 수용액에서 기판온도가 150~20$0^{\circ}C$로 제작된 니켈 산화물 박막이 다른 온도에서 제작된 시료들보다 높은 전기화학적 안정성을 보임을 알 수 있었다. 마찬가지로 광학적 특성에서 착색과 탈색의 순환과정시 분광광도계에서 나타나는 광투과율을 비교해 보면 100~20$0^{\circ}C$에서 제작된 니켈 산화물 박막이 가역적인 착탈색의 색변화가 현저하게 나타남을 알 수 있었다. 결과적으로 광학적 특성 및 전기화학적 안정성 분석으로 인해 막의수명과 전기적착색 물질의 특성면에서 증착시 기판온도가 150~20$0^{\circ}C$에서 제작된 시료가 가장 내구성면에서 막의 이온 누적이 적고 활성적인 광투과율의 성질을 갖는다는 것이다. 이와같이 니켈산화물 박막제작시 기판온도가 전기적착색물질의 특성과 내구성에 큰 영향을 미침을 분석할 수 있었다.electron Microscopy)과 AFM(Atomim Force microscopy)으로 증착박 표면의 topology와 roughness를 관찰하였다. grain의 크기는 10nm에서 150nm이었고 증착막의 roughness는 4.2nm이었다. 그리고 이 산화막에 전극을 형성하여 유전 상수와 손실률 등을 측정하였다. 이와 같이 plasma를 이용한 3-beam에 의한 증착은 금속의 산화막을 얻는데 유용한 기술로 광학 재료 및 유전 재료의 개발 및 연구에 많이 사용될 것으로 기대된다.소분압 조건에서 RuO2의 형성을 관찰하였으며, 이것은 열역학적인 계산을 통해서 잘 설명할 수 있었다.0$\mu\textrm{m}$, 코일간의 간격은 100$\mu\textrm{m}$였다. 제조된 박막 인덕터는 5MHz에서 1.0$\mu$H의 인덕턴스를 나타내었으며 dc current dervability는 100mA까지 유지되었다. CeO2 박막과 Si 사이의 결함때문이라고 사료된다.phology 관찰결과 Ge 함량이 높은 박막의 입계가 다결정 Si의 입계에 비해 훨씬 큰 것으로 나타났으며 근 값도 증가하는 것으로 나타났다. 포유동물 세포에 유전자 발현벡터로써 사용할 수 있음으로 post-genomics시대에 다양한 종류의 단백질 기능연구에 맡은 도움이 되리라 기대한다.다양한 기능을 가진 신소재 제조에 있다. 또한 경제적인 측면에서도 고부가 가치의 제품 개발에 따른 새로운 수요 창출과 수익률 향상, 기존의 기능성 안료를 나노(nano)화하여 나노 입자를 제조, 기존의 기능성 안료에 대한 비용 절감 효과등을 유도 할 수 있다. 역시 기술적인 측면에서도 특수소재 개발에 있어 최적의 나노 입자 제어기술 개발 및 나노입자를 기능성 소재로 사용하여 새로운 제품의 제조와 고압 기상 분사기술의 최적

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.159-159
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• 2008

투명전도체 (transparent conducting oxides: TCOs) 는 일반적으로 $10^3\Omega^{-1}Cm^{-1}$의 전도도, 가시광 영역에서 80%이상의 투명성을 가지는 재료로서, 액정 박막 표시 장치(TFT-LCD), 광기전성 소자, 유기 발광 소자, 에너지 절약 창문, 태양전지(sollar cell) 등 전극으로 사용되고 있다. 최근에는 TCO의 전도도특성을 조절하여 반도성특성을 가진 투명 산화물 반도체(transparent oxide semiconductor: TOS) 을 이용한 박막 트랜지스터 연구가 활발히 진행 중이다. 기존의 실리콘을 기반으로 하는 박막 트랜지스터의 낮은 이동도, 불투명성의 특성을 가지고 있지만, 산화물 박막트랜지스터는 높은 이동도를 발현 할 수 있을 뿐만 아니라, 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 산화물을 이용하므로 투명한 특성도 발현 할 수 있어 차세대 디스플레이의 구동소자로서 응용연구가 되고 있다. 이에 본 연구에서는 박막트랜지스터 channel layer로서의 Indium-Tin-Zinc oxide 적용특성을 조사하였다. Indium, Tin, Zinc 의 혼합비율을 다양하게 조절하여 타겟을 제작하였다. 이를 RF magnetron sputtering 를 이용하여 박막으로 성장시켰으며, 기판으로는 glass 기판을 사용하였다. 박막 성장시 아르곤과 산소의 비율을 다양하게 조절하였다. 성장시킨 박막은 Hall effect, Transmittance, Work function, XRD등을 이용하여 전기적, 광학적, 구조특성을 평가하였다. Indium-Tin-Zinc Oxide(ITZO) 을 channel layer로 사용하여 Thin-film transistor 을 제작하여, TFT의 I-V 및 stability특성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.198-198
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• 2010

산화물 반도체는 넓은 밴드갭을 가지고 있어 가시광에서 투명하며 높은 이동도로 디스플레이 구동 회로 집적에 유리하다. 또한 가격 및 공정 측면에서도 기존의 Si 기판 소자에 비해 여러 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이의 핵심 기술로 산화물반도체에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 RF 동시 스퍼터링법을 이용하여 Zn-Sn-O 박막을 제조하고, 그 전기적, 광학적, 구조적 특성에 대해 조사하였다. 일정한 증착 온도($100^{\circ}C$)에서 ZnO와 $SnO_2$ 타켓의 인가 파워를 조절하여 Sn/(Zn+Sn) 성분비가 약 40~85%인 Zn-Sn-O 박막을 제조하였다. Sn 함량이 증가할수록 박막의 비저항은 약 $2{\times}10^{-1}$ (Sn 45%)에서 약 $2\;{\times}\;10^{-2}\;{\Omega}{\cdot}cm$ (Sn 67%)까지 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 이 때 캐리어 농도는 $3\;{\times}\;10^{18}$에서 $4\;{\times}\;10^{19}\;cm^{-3}$으로 증가하였으며, 이동도는 11에서 $8\;cm^2/V{\cdot}s$로 약간 감소하였다. XRD분석결과, 제조된 모든 Zn-Sn-O 박막은 비정질 구조를 가짐을 확인하였다. 투과율은 박막 내 Sn함량 증가에 따라 감소하나 모든 시편이 약 70%이상의 투과도를 나타내었다. Zn-Sn-O 박막의 Ga 도핑 영향을 확인하기 위해 ZnO 타켓 대신 갈륨이 5.7 wt.% 도핑된 GZO 타켓을 사용하여 동일한 공정조건에서 박막을 제조하였다. Ga이 첨가된 Zn-Sn-O 박막은 구조적 특성과 광학적 특성에서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 전기적 특성의 뚜렷한 변화가 관찰되었다. Sn 함량이 45%인 Zn-Sn-O 박막의 경우, 캐리어 농도가 $3.1\;{\times}\;10^{18}$에서 Ga 도핑 효과로 인해 $1.7\;{\times}\;10^{17}\;cm^{-3}$으로 크게 감소하고 이동도는 11에서 $20\;cm^2/V{\cdot}s$로 증가하였다. 따라서 본 연구는 Zn-Sn-O 비정질 박막에 Ga을 도핑함으로써 산화물 반도체재료로서 요구되는 물성을 만족시킬 수 있다는 가능성을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.05a
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• pp.175-176
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• 2009

연성 기판을 기초로 하는 플렉서블 디스플레이 등의 연성 소자에 적용되는 TCO, 투습방지막의 기계적 특성을 시험하였다. 실제 사용 환경에서의 기계적 특성을 평가하기 위하여 굽힘시험과 인장시험을 적용하였다. PET 기판위에 PE-CVD 공정으로 성장된 실리콘 산화물 ($SiO_x$) 박막과 그 위에 스퍼터링 공정으로 성장된 투명 전도성 산화물 (TCO, Transparent Conducting Oxide) 박막의 시험 결과, 균열 생성 임계 변형량은 TCO 박막에 의해서 결정됨을 알 수 있었다. 따라서 향상된 기계적 특성을 얻기 위해서는 TCO 박막의 특성 제어가 필요하다.