• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.309.2-309.2
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• 2014

산화아연은 넓은 밴드갭과 큰 엑시톤 에너지를 갖고 있어 광전자반도체 물질로 산화인듐주석의 대체물질로 유망하다. 그러나, 산화아연 박막 및 나노막대는 대부분 c-축 방향으로의 성장이 보고되고 있다. 하지만, c-축으로 성장하는 극성 산화아연은 자발분극과 압전분극을 갖으며 이는 quantum confinement Stark effect (QCSE)를 발생시킨다. 그러므로, 반극성과 무극성 산화아연의 연구가 활발히 진행 되고 있다. 더욱이, 산화아연 나노구조체는 넓은 표면적, 높은 용해도, 광범위한 적용분야 등의 이점으로 많은 연구가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 m-면 사파이어 기판 위에 원자층 증착법을 이용하여 비극성 산화아연의 박막을 형성 후 전기화학증착법을 이용하여 반극성 산화아연 막대를 성장하고 이에 대한 성장 메커니즘을 분석하였다. 반극성 (10-11) 산화아연 나노구조체를 성장하기 위하여 두 단계 공정을 이용하였다. 먼저 원자층 증착법을 이용하여 m-면 사파이어 기판 위에 60 nm의 산화아연 씨앗층을 $195^{\circ}C$에서 성장 하였다. X-선 회절분석을 통하여 m-면 사파이어 위에 성장한 산화아연 씨앗층이 무극성 (10-10)으로 성장한 것을 확인하였다. 무극성 산화아연 씨앗층 위에 나노구조체를 형성하기 위하여 전기화학 증착법을 이용하여 주 공정이 진행되었다. 전구체로는 질산아연헥사수화물 ($Zn(NO3)2{\cdot}6H2O$)과 헥사메틸렌테트라민을 ((CH2)6N4)을 사용하였다. 무극성 산화아연 기판을 질산아연헥사수화물과 헥사메틸렌테트라민을 용해한 전해질에 담근 뒤 $70^{\circ}C$에서 두시간 동안 -1.0V의 정전압을 인가하였다. SEM을 이용한 표면 분석에서 원자층 증착법을 이용해 성장한 무극성 산화아연 씨앗층 위에 산화아연 나노구조체를 성장 시, 한 방향으로 기울어진 반극성 산화아연 나노구조체가 성장하는 것이 관찰되었다. 산화아연 막대의 성장 시간에 따라 XRD를 측정한 결과, 성장 초기에는 매우 약한 $31.5^{\circ}$ (100), $34.1^{\circ}$ (002), $36^{\circ}$ (101) 부근의 피크가 관찰되는 반면, 성장 시간이 증가함에 따라 강한 $36^{\circ}$ 부근의 피크가 관찰되는 X-선 회절 분석 결과를 얻을 수 있었다. 이는, 성장 초기에는 여러 방향의 나노구조체가 성장하였지만 성장시간이 점차 증가함에 따라 (101) 방향으로 우선 성장되는 것을 확인하였다.

• 한국광물학회지
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• 제13권2호
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• pp.73-83
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• 2000

다덕 광산 폐석내 섬아연석과 함망간탄산염 광물의 풍화현상과 그에 따른 중금속의 거동을 조사 하였다. 섬아연석은 풍화초기에 극미립 산화철의 망상구조 집합체로 교대되었으며, 후기에는 자연황이 용해중인 섬아연석과 산화철 집합체 사이에 침전되었다. 산화철 집합체에는 As가 다량 함유되어 있다. 능망간석와 함망간 방해석은 함아연산화망간의 망상구조 집합체로 교대되었으며, 함망간방해서과 함아연산화망간 사이에는 스미소나이트가 침전되었다. 선택적 용해외 X선회절분석을 이용하여 감정한 결과, 함아연산화망간은 헤테롤라이트/하이드로헤테롤라이트인 것으로 판명되었다. Zn의 일부는 규산과 결합하여 입간 공극에 월레마이트로 침전되었다. 풍화 초기에 형성되는 극미립 산화철 및 함아연산화망간의 치밀한 망상 집합체는 풍화용액의 순환을 차단하여, 모광물의 풍화 반응을 지체시키는 지화학적 장벽 역할을 하였다. 이에 따라 망상구조 내에 조성된 국지적 미환경하에서 풍화중간산물들이 침전되었다. 이상의 연구 결과로 다음과 같은 사항을 추론할 수 있다. 섬아연석의 Fe와 함망간탄산염의 Mn은 각각 산화철과 산화망간으로 침전되어 산성화에 기여하였다. 폐광석 더미내 As의 활동도는 저결정질 산화철에의 흡착에 의해 조절되며, Zn의 활동도는 미소환경조건에 따라 하이드로헤테롤라이트/헤테롤라이트, 스미소나이트, 월레마이트 등의 다양한 이차광물의 용해도에 의하여 조절된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.313-313
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• 2014

GaN계 물질 기반의 광 반도체는 조명 및 디스플레이 관련 차세대 광원으로 많은 관심을 받고 있고, 효율 증대를 위한 에피, 소자 구조 및 패키지 등의 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 투명 전극을 이용한 광 추출 효율의 증가에 대한 연구는 전체 외부양자효율을 증가시키는 중요한 기술로 각광을 받고 있다. 이러한 투명전극은 가시광 영역의 빛을 투과하면서도 전기 전도성을 갖는 기능성 박막 전극으로 산화인듐주석이 널리 사용되고 있으나 인듐 가격의 상승과 산화인듐주석 전극 자체의 크랙 특성으로 인하여 많은 문제점이 지적되고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 GaN계 발광 다이오드에 있어서 산화인듐주석 투명 전극의 대체 물질들에 대한 많은 연구들이 활발하게 이루어 지고 있다. 특히, 투명전극 층으로 사용되는 산화인듐주석 대체 박막으로 산화아연에 대한 연구가 각광을 받고 있는 실정이다. 또한, 발광 다이오드의 효율 증가를 위해 발광소자에 표면 요철 구조 형성과 나노구조체 형성 등 박막 표면의 구조 변화를 통한 광추출효율 향상에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 산화아연 박막을 투명전극으로 사용하였으며 광추출효율 향상을 위해 산화아연 투명전극에 패터닝을 형성하고, 그 위에 산화아연 나노막대를 형성하여 기존에 사용하던 산화아연 투명전극보다 우수한 추출효율 및 전류 퍼짐 향상 구조를 제안하고 이에 따른 LED 소자의 광추출효율 향상을 연구하였다. 금속유기화학증착법을 이용하여 c-면 사파이어 기판에 n-GaN, 5주기의 InGaN/GaN 다중양자우물 구조 및 p-GaN의 간단한 LED구조를 성장한 후, p-GaN층 상부에 원자층 증착법을 이용하여 투명전극인 산화아연 박막을 60 nm 두께로 증착하였다. 산화아연 투명전극만 증착한 LED-A와 이후 0.1% HCl을 이용한 습식식각을 통하여 산화아연 투명전극에 육각형 모양의 패턴을 형성한 LED-B, 그리고 LED-B위에 전기화학증착법을 이용하여 $1.0{\mu}m$의 산화아연 나노 막대를 증착한 LED-C를 제작하였다. LED-A, -B 및 -C에 대한 표면 구조는 SEM이미지를 통하여 확인한 바 산화아연의 육각 패턴과 그 상부에 산화아연의 나노막대가 잘 형성된 것을 확인하였다. I-L 분석으로부터 패턴이 형성되지 않은 산화아연 투명전극으로만 구성된 LED-A에 비하여 산화아연 투명 전극에 육각 패턴을 형성한 LED-B의 전계 발광 세기가 더욱 큰 것을 확인하였다. 또한, 육각 패턴에 산화아연 나노막대를 성장시켜 융합구조를 형성한 LED-C에서는 LED-B와 -A보다 더 큰 전계 발광세기를 확인할 수 있었다. 특히, 인가 전류가 고전류로 갈수록 LED-C의 발광세기가 더욱 강해지는 것으로 효율저하현상 또한 나노융합구조의 LED-C에서 확인할 수 있었다. 이는 기존 산화아연 투명전극에 육각형의 패턴 및 나노막대융합구조를 형성할 경우 전류퍼짐현상을 극대화 할 뿐 아니라, 추가적인 광추출효율 향상 효과에 의해 질화갈륨 기반LED 소자의 광효율이 증가된 것으로 판단된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.241-242
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• 2012

산화아연 씨앗층을 졸-겔 스핀코팅법으로 석영기판위에 증착시킨 후, 수열합성법을 이용하여 갈륨의 양을 0에서 2.0 at.% 으로 변화를 주어 갈륨이 도핑된 산화아연 나노막대를 성장하였다. 산화아연과 갈륨이 도핑된 산화아연 나노막대의 구조적 광학적 특성을 조사하기 위해 field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), 그리고 ultraviolet-visible spectroscopy를 이용하였다. 일정한 산화아연과 갈륨이 도핑된 산화아연 나노막대는 육각형형태로 성장하였다. XRD 데이터로부터, 산화아연과 갈륨이 도핑된 산화아연 나노막대의 스트레스는 각각 -0.022 (0 at.%), 0.097 (0.5 at.%), 0.165 (1.0 at.%), 0.177 (1.5 at.%), 0.182 GPa (2.0 at.%) 였다. PL 스펙트라에서 얻어진 반가폭(The full width at half maximum)은 갈륨의 양이 0에서 2.0 at.%로 증가함에 따라 127에서 171 meV로 증가하였다. Urbach 에너지는 68 (0 at.%), 97 (0.5 at.%), 108 (1.0 at.%), 104 (1.5 at.%), 127 meV (2.0 at.%)였다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권7호
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• pp.467-472
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• 2009

Seedling 성장 실험은 나노입자에 대한 독성 평가로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 오이에 대한 나노 아연과 나노 산화아연의 독성을 filter paper방법과 phytagel방법을 통해 평가해 보았다. 비교 결과 phytagel방법이 불용성인 나노아연, 산화 아연의 침전을 방지했다. 오이 seedling 길이는 노출된 나노 아연, 나노 산화 아연의 농도에 따라 filter 방법에서 음의 관계를 나타냈다. 나노 아연과 나노 산화 아연에 대한 오이의 EC50값은 598, 600 mg/L로 나타났다. Filter paper방법에서만 아연의 오이 내 생체 축적량은 노출된 나노 아연, 나노 산화 아연의 농도에 따라 증가하였다. 관찰 결과 filter paper방법이 phytagel 방법보다 더 좋은 protocol로 나타났다

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2011년도 춘계학술논문집 1부
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• pp.510-512
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• 2011

본 연구에서는 수지상 아연 생성 반응에 영향을 주는 인자로써 산화아연의 농도에 주목하여, 아연의 전기화학적 산화 환원 반응에 미치는 전해질 농도의 영향을 규명하는 것을 목적으로 하였다. 아연의 석출 용해 반응은 산화아연의 전해질 농도에 크게 영향을 받았다. 저농도에서는 사이클이 진행될수록 충 방전 효율이 크게 저하되는데 비해, 고농도에서는 상대적으로 고효율이 유지되었다. 또한 각 농도의 용액에서 50 사이클이 진행된 후 생성된 수지상 아연은 저농도에서 생성된 수지상 아연보다 고농도에서의 수지상 아연이 두꺼운 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.291.1-291.1
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• 2014

산화아연 박막은 아연이 코팅된 테프론 기판 위에 졸-겔 스핀코팅 방법을 이용하여 각기 다른 후열처리 온도에서 제작되었다. 산화아연 박막의 후열처리 온도에 따른 구조적, 광학적 특성은 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffractometer, and photoluminescence spectroscope를 이용하여 분석하였다. 후열처리 온도를 달리하여 성장한 모든 산화아연 박막은 수지상(dendrite) 구조를 가지고 있으며, 이 수지상 구조 위에 약 20 nm의 산화아연 입자들이 성장되었다. 후열처리 온도가 증가함에 따라 c-축 배향성이 우세하게 나타났으며, 인장응력도 증가하였다. 후열처리 온도 $400^{\circ}C$에서 Near-band-edge emission (NBE) 피크는 적색편이(red-shift) 하였고, 후열처리 온도가 증가함에 따라 deep-level emission (DLE) 피크의 세기는 감소하였다. 또한 $400^{\circ}C$의 후열처리 온도에서 NBE 피크의 반치폭(FWHM)이 가장 작았으며, INBE/IDLE의 비율이 가장 높았다. 따라서 $400^{\circ}C$의 후열처리 공정에 의해 결정성 및 광학적 특성이 가장 우수한 산화아연 박막을 얻을 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.48-48
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• 2018

습도는 대기중에 분포되어있는 물 분자의 양으로 사람이 살아가는데 있어 막대한 영향을 주는 환경적 요소중 하나이다. 산업적 가스의 순도에 막대한 영향을 끼치기도 하고, 반도체 산업에서 불량률과도 밀접한 관련이 있다. 또한, 식품학이나 기상학, 농사와도 밀접한 관련이 있어서 습도를 측정하는 것은 중요시 되고 있다. 이를 위해서 많은 물질들이 사용되고, 연구되었다. 산화 구리, 산화 아연, 산화 납 등의 산화금속 물질들이나 전도성 고분자, 실리콘 기반의 물질들이 주로 사용되고 있는데, 그 중 산화 금속이 쉬운 합성 방법과 낮은 단가, 명확한 작동 원리로 인해 널리 사용되고 있다. 산화 아연의 경우 넓은 direct band gap energy와 우수한 내화학성으로 인해 주로 사용되는데 그 중 1차원 물질인 nanowire의 경우 비등성 구조와 높은 비표면적을 갖는 특성으로 인해 산화 아연의 nanowire 구조가 많이 사용된다. 본 연구에서는 열처리 공정을 이용하여 산화아연의 nanowire 구조를 합성하였고, 합성된 nanowire는 양쪽의 미세전극을 직접적으로 연결하여 간편한 방식으로 소형 소자를 만들 수 있다는 장점이 있다. 열처리 공정 이전에 전기도금 방식을 이용하여 아연층을 증착 하였다. 전기도금 조건은 0.1 M의 염화 아연과 1 M의 염화 칼륨으로 구성된 용액에 -1.1 V를 인가하였다. 합성된 아연층은 열처리 공정에 의해 산화아연의 nanowire 구조체로 변환되고, SEM (scanning electron microscope)를 통해 표면 형상을 관찰 하였고, XRD (X-ray diffraction)을 통해 미세구조를 확인하였다. -1 V부터 1 V 범위의 전압을 흘려주어 형성된 소자의 전기적 특성을 확인하였고, 1 V를 인가하였을 때, 습도 변화에 따른 센서 소자의 저항변화를 통해 습도 센서로서의 특성을 확인 하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.243-244
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• 2012

산화아연 나노구조를 금을 금속촉매로 사용하여 실리콘 기판위에 기상이동법으로 성장하였다. 성장할 때 소스(source)와 기판 사이의 거리는 5에서 50 mm로 변화를 주며 아르곤과 산소 분위기에서 $900^{\circ}C$로 성장하였다. 산화아연 나노구조의 구조적 및 광학적 특성을 조사하기 위해 field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), 그리고 photoluminescence (PL)를 이용하였다. 산화아연 나노구조는 나노선과 나노입자의 형태로 성장하였다. 산화아연 나노구조의 광학적 특성은 소스와 기판사이의 거리가 가까울수록 향상되었다. 특히, 소스와 기판사이의 거리가 5 mm 일 때, 산화아연 나노선이 관찰되었으며 XRD 와 PL 분석에서 나타난 반가폭 (full width at half maximum)은 $0.061^{\circ}$ 와 96 meV로써 가장 작았다. 산화아연 나노선은 산화아연 나노입자와 비교하여, 결정성 및 광학적 특성이 우수하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.97-97
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• 2011

산화아연 (ZnO)은 넓은 에너지 밴드갭 (~3.37 eV), 큰 엑시톤 결합 에너지 (~60 meV) 그리고 높은 전자 이동도 (bulk~300 $cm^2Vs^{-1}$, single nanowire~1000 $cm^2Vs^{-1}$)를 갖고 있어, 광전자 소자 및 반도체소자 응용에 매우 널리 사용되고 있다. 특히, 산화아연 나노로드(ZnO nanorod)는 1차원 나노구조로써 더욱 향상된 전자 이동도와 캐리어의 direct path way를 제공하여 차세대 광전자소자 및 태양광 소자의 응용에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. 한편, 이러한 산화아연 나노로드를 성장시키기 위하여 VLS (vapor-liquid-solid), 졸-겔 공정(sol-gel process), 수열합성(hydrothermal synthesis), 전기증착(electrodeposition)등 다양한 방법이 보고되었지만, 이러한 산화아연 나노로드의 성장방법은 실제적인 소자응용을 위한 패터닝 형성에 대하여 제약을 받는 문제점이 있다. 이들 중에서 수열합성법과 전극증착법은 ZnO 또는 AZO (Al doped ZnO) seed 층 표면과 성장용액의 화학반응에 의해서 선택적으로 산화아연 나노로드를 성장시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는, 광전자소자의 응용을 위한 간단한 패터닝 공정을 위해, 산화인듐주석(ITO) 박막이 증착된 유리기판(glass substrate)위에 수열합성법과 전극증착법을 이용하여 산화아연 나노로드를 선택적으로 성장시켰다. 실험을 위해, ITO glass 위에 RF magnetron 스퍼터를 사용하여 AZO seed 층을 metal shadow mask를 이용하여 패터닝을 형성한 후, 질산아연과 헥사메틸렌테트라아민으로 혼합된 용액에 $85^{\circ}C$ 온도를 유지하여, 패터닝이 형성된 샘플에 전압을 인가하여 성장시켰다. 나노구조 분석을 위해, 전계주사현미경을 이용하여 수열합성법과 전기증착법에 의한 패터닝된 산화아연 나노로드를 비교하여 관찰하였다.