• Korean Chemical Engineering Research
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• v.53 no.3
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• pp.372-381
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• 2015

The effect of preparation method on the catalytic activities of the $Ni/Al_2O_3$ catalysts on steam reforming of ethylene glycol was investigated. The catalysts were prepared with various preparation methods such as an incipient wetness impregnation, wet impregnation, and coprecipitation method. In the case of coprecipitation method, various precipitants such as KOH, $K_2CO_3$, and $NH_4OH$ were compared. The prepared catalysts were characterized by using $N_2$ physisorption, inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, X-ray diffraction, temperatureprogrammed reduction, pulsed $H_2$ chemisorption, temperature-programmed oxidation, scanning electron microscopy, and thermogravimetric analysis. Among the catalysts reduced at 773 K, the $Ni/Al_2O_3$ catalyst prepared by a coprecipitation with KOH or $K_2CO_3$ as precipitants showed the best catalytic performance. The preparation method affected the particle size of Ni, reducibility of nickel oxides, catalytic performance (activity and stability), and types of coke formed during the reaction. The $Ni/Al_2O_3$ catalyst prepared by a coprecipitation with KOH showed the increasing catalytic activity with an increase in the reduction temperature from 773 to 1173 K because of an increase in the reduction degree of Ni oxide species even though the particle size of Ni increased with increasing reduction temperature.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.26 no.1
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• pp.1-10
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• 2023

The cathode, which is one of the four major components of a lithium secondary battery, is an important component responsible for the energy density of the battery. The mixing process of active material, conductive material, and polymer binder is very essential in the commonly used wet manufacturing process of the cathode. However, in the case of mixing conditions of the cathode, since there is no systematic method, in most cases, differences in performance occur depending on the manufacturer. Therefore, LiMn₂O₄ (LMO) cathodes were prepared using a commonly used THINKY mixer and homogenizer to optimize the mixing method in the cathode slurry preparation step, and their characteristics were compared. Each mixing condition was performed at 2000 RPM and 7 min, and to determine only the difference in the mixing method during the manufacture of the cathode other experiment conditions (mixing time, material input order, etc.) were kept constant. Among the manufactured THINKY mixer LMO (TLMO) and homogenizer LMO (HLMO), HLMO has more uniform particle dispersion than TLMO, and thus shows higher adhesive strength. Also, the result of the electrochemical evaluation reveals that HLMO cathode showed improved performance with a more stable life cycle compared to TLMO. The initial discharge capacity retention rate of HLMO at 69 cycles was 88%, which is about 4.4 times higher than that of TLMO, and in the case of rate capability, HLMO exhibited a better capacity retention even at high C-rates of 10, 15, and 20 C and the capacity recovery at 1 C was higher than that of TLMO. It's postulated that the use of a homogenizer improves the characteristics of the slurry containing the active material, the conductive material, and the polymer binder creating an electrically conductive network formed by uniformly dispersing the conductive material suppressing its strong electrostatic properties thus avoiding aggregation. As a result, surface contact between the active material and the conductive material increases, electrons move more smoothly, changes in lattice volume during charging and discharging are more reversible and contact resistance between the active material and the conductive material is suppressed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.40-40
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• 2011

반도체 소자의 미세화와 더불어 세정공정의 중요성이 차지하는 비중이 점점 커지고, 이에 따라 세정 기술 개발에 대한 요구가 증대되고 있다. 기존 세정 기술은 화학약품 위주의 습식 세정 방식으로 패턴 손상 및 대구경화에 따른 어려움이 있다. 따라서 건식세정 방식이 활발하게 도입되고 있으며 대표적인 것이 에어로졸 세정이다. 에어로졸 세정은 기체상의 작동기체를 이용하여 에어로졸을 형성하고 표면 오염물질과 직접 물리적 충돌을 함으로써 세정한다. 하지만 이 또한 생성되는 에어로졸 내 발생 입자로 인해 패턴 손상이 발생하며 이러한 문제점을 극복하기 위하여 대두되는 것이 가스클러스터 세정이다. 가스 클러스터란 작동기체의 분자가 수십에서 수백 개 뭉쳐 있는 형태를 뜻하며 이렇게 형성된 클러스터는 수 nm 크기를 형성하게 된다. 그리고 짧은 시간의 응축에 의해 수십 nm 크기까지 성장하게 된다. 에어로졸 세정과 다르게 클러스터가 성장할 환경과 시간을 형성하지 않음으로써 작은 클러스터를 형성하게 되며 이로 인해 패턴 손상 없이 오염입자를 제거하게 된다. 이러한 가스 클러스터 세정을 최적화하기 위해서는 설계 단계부터 노즐 내부 유동의 수치해석에 기반한 입자 크기 분포를 계산하여 반영하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 상용 수치해석 프로그램을 이용하여 세정 환경을 조성하는 조건에서의 노즐 내부 유동을 해석하고, 이를 통해 얻어진 수치를 이용하여 aerosol general dynamic equation (GDE)를 계산하여 발생하는 클러스터의 크기 분포를 예측하였다. GDE 계산 시 입자의 크기 분포를 나타내기 위해서는 여러 가지 방법이 존재하나 본 연구에서는 각 입자 크기 노드별 개수 농도를 계산하였다. 노즐 출구에서의 가스 클러스터 크기를 예측하기 위하여 먼저, 노즐 내부 유속 및 온도 분포 변화를 해석하였다. 이를 통하여 온도가 급격하게 낮아져 생성된 클러스터의 효과적 가속 및 에너지 전달이 가능함을 확인할수 있었다. 이에 기반하여 GDE를 이용한 입자 크기를 예측한 결과 수 나노 크기의 초기 클러스터가 형성되어 온도가 낮아짐에 따라 성장하는 것을 확인할 수 있었으며, 최빈값의 분포가 실험적 측정값과 일치하는 경향을 가지는 것을 볼 수 있었다. 이는 향후 확장된 영역에서의 유동 해석과 증발 등 세부 요소를 고려한 계산을 통해 가스 클러스터 세정 공정의 최적화된 설계에 도움이 될 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.255-255
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• 2016

Resistive random access memory (ReRAM)는 낮은 동작 전압, 빠른 동작 속도, 고집적화 등의 장점으로 인해 차세대 비휘발성 메모리 소자로써 많은 관심을 받고 있다. 최근에 ReRAM 절연막으로 NiOx, TiOx, AlOx TaOx, HfOx와 같은 binary metal oxide 물질들을 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, HfOx는 안정적인 동작 특성을 나타낸다는 점에서 ReRAM 절연막 물질로 적합하다고 보고되고 있다. ReRAM 절연막을 형성할 때, 물리 기상 증착 방법 (PVD)이나 화학 기상 증착법 (CVD)과 같은 방법이 많이 이용된다. 이러한 증착 방법들은 고품질의 박막을 형성시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만, 높은 온도에서의 공정과 고가의 진공 장비가 이용되기 때문에 경제적인 문제가 있으며, 기판 또는 금속에 플라즈마 손상으로 인한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 문제점들을 개선하기 위해 용액 공정이 많은 관심을 받고 있다. 용액 공정은 공정과정이 간단할 뿐만 아니라 소자의 대면적화가 가능하고 공정온도가 낮으며 고가의 진공장비가 필요하지 않은 장점을 가진다. 따라서 본 연구에서는, 용액공정을 이용하여 HfOx 기반의 ReRAM 제작하였고 $25^{\circ}C$와 $85^{\circ}C$에서 ReRAM의 동작특성에 미치는 compliance current의 영향을 평가하였다. 실험 방법으로는, hafnium chloride (0.1 M)를 2-methoxyethanol에 충분히 용해시켜서 precursor를 제작하였다. 이후, p-type Si 기판 위에 습식산화를 통하여 300 nm 두께의 SiO2 절연층을 성장시킨 후, 하부전극을 형성하기 위해 electron beam evaporation을 이용하여 10/100 nm 두께의 Ti/Pt 전극을 증착하였다. 순차적으로, 제작된 산화물 precursor를 이용하여 Pt 위에 spin coating 방법으로 1000 rpm 10 초, 6000 rpm 30초의 조건으로 두께 35 nm의 HfOx 막을 증착하였다. 최종적으로, solvent 및 불순물을 제거하기 위해 $180^{\circ}C$의 온도에서 10 분 동안 열처리를 진행하였으며, 상부 전극을 형성하기 위해 electron beam evaporation을 이용하여 Ti와 Al을 각각 50 nm, 100 nm의 두께로 증착하였다. ReRAM 동작에서 compliance current가 미치는 영향을 평가하기 위하여 compliance current를 10mA에서 1mA까지 변화시키면서 측정한 결과, $25^{\circ}C$에서는 compliance current의 크기와 상관없이 일정한 메모리 윈도우와 우수한 endurance 특성을 얻는 것을 확인하였다. 한편, $85^{\circ}C$의 고온에서 측정한 경우에는 1mA의 compliance current를 적용하였을 때, $25^{\circ}C$에서 측정된 메모리 윈도우 크기를 비슷하게 유지하면서 더 우수한 endurance 특성을 얻는 것을 확인하였다. 결과적으로, 용액공정 방법으로 제작된 ReRAM을 측정하는데 있어서 compliance current를 줄이면 보다 우수한 endurance 특성을 얻을 수 있으며, ReRAM 소자의 전력소비감소에 효과적이라고 기대된다.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.17 no.6
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• pp.1175-1180
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• 2022

STI has been studied a lot as a process technology for wide area planarization according to miniaturization and high integration of semiconductor devices. In this study, as methods for improving the STI profile, wet etching of pad oxide using hydrofluorine solution and dry etching of O₂+CF₄ after STI dry etching were proposed. This process technology showed improvement in profile imbalance and leakage current between patterns according to device density compared to the conventional method. In addition, as a result of measuring the HLD thickness after CMP for a device having the same STI depth and HLD deposition, the measured value was different depending on the device density. It was confirmed that this was due to the difference in the thickness of the nitride film according to the device density after CMP and the selectivity of the slurry.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.6 no.1
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• pp.9-19
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• 1997

The reaction mechanisms of dry cleaning with UV-excited chlorine radical for Zn, Fe and Ti trace contaminants on the Si wafer have been studied by SEM, AFM and XPS analyses in this work. The patterned Zn, Fe and Ti films were deposited on the Si wafer surface by thermal evaporation and changes in the surface morphology after dry cleaning with $Cl_2$and UV/$Cl_2$at $200^{\circ}C$ were studied by optical microscopy and SEM. In addition, changes in the surface roughness of Si wafer with the cleaning was observed by AFM. The chemical bonding states of the Zn, Fe and Ti deposited silicon surface were observed with in-line XPS analysis. Zn and Fe were easily cleaned in the form of volatile zinc-chloride and iron-chloride as verified by the surface morphology changes. Ti which forms involatile oxides was not easily removed at room temperature but was slightly removed by UV/$Cl_2$at elevated temperature of $200^{\circ}C$. It was also found that the surface roughness of the Si wafer increased after $Cl_2$and UV/$Cl_2$cleaning. Therefore, the metallic contaminants on the Si wafer can be easily removed at lower temperature without surface damage by a continuous process using wet cleaning followed by UV/$Cl_2$dry cleaning.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.12 no.3
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• pp.263-270
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• 2009

Carbon felt surface was modified by heat or acid treatment in order to use for the electrode of a redox-flow battery. Polymers on the surface of carbon felt was removed and oxygen-containing functional group was attached after the thermal treatment of carbon felt. Thermal treatment was better for the stability of the carbon structure than the acid treatment. Oxygen-containing functional group on the thermally treated carbon felt at 500$^{\circ}C$ was confirmed by XPS and elementary analysis. BET surface area was increased from nearly zero to 96 $m^2/g$. Thermally treated carbon felt at 500$^{\circ}C$ showed lower activation polarization than the thermally treated carbon felt at 400$^{\circ}C$ and the acid-treated carbon felt in the cyclicvoltammetry and polarization experiments. The thermally treated carbon felts at 400$^{\circ}C$ and 500$^{\circ}C$ and the acid-treated carbon felt was applied for the electrode to prepare vanadium redox flow battery. Voltage efficiencies of charge/discharge were 86.6%, 89.6%, and 96.9% for the thermally treated carbon felts at 400$^{\circ}C$ and 500$^{\circ}C$ and the acid-treated carbon felt, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.177-177
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• 2010

고효율 비정질 실리콘 박막 태양전지 제작을 위해서는 광파장대에서 optical confinement 능력을 최대화할 수 있는 기술이 필수적이다. 효율적인 photon trapping을 위해서는 back reflector를 사용하거나 전면전극인 투명전도성막의 표면에 요철을 형성하여 포획된 태양광의 내부 반사를 증가시키거나 전면 투명전극에서 반사를 감소시켜 태양광의 travel length를 증가시키는 방법이 일반적이며, 이를 통해 흡수층의 효율을 최대화할 수 있다. 이 중 전면전극으로 사용되는 투명전도성막은 불소가 도핑된 tin-oxide가 주로 사용되었으나, 최근 들어 Al이 도핑된 산화아연막을 이용한 비정질 실리콘 박막 태양전지 개발에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 투명전극 증착후 표면의 유효면적을 증가시키기 위해 염산 용액을 이용하여 표면 텍스쳐링을 수행한다. 그후 흡수층인 p-i-n 층을 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 형성하는 것이 일반적이다. 이때 표면처리 된 투명전극은 수소플라즈마에 대해 특성이 변하지 않아야 고효율 비정질 실리콘 박막 태양전지 제조에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 표면처리 된 AZO 투명전극의 수소플라즈마에 의한 특성 변화에 대해 고찰하였다. 먼저 AZO 투명전극은 스퍼터링 공정을 적용하여 $1\;{\mu}m$두께로 증착하였고, 0.5 wt%의 HCl 용액을 이용하여 습식 식각을 수행하였다. 수소플라즈마 처리 조건은 $H_2$ flow rate 30 sccm, working pressure 20 mtorr, RF power 300 W, Temp $60^{\circ}C$ 이며 3분간 진행하였다. 표면형상은 수소플라즈마 전 후에는 큰 차이를 보이지 않았으며 AZO의 grain size는 각각 220 nm, 210 nm로 관찰되었다. 투명전극의 가장 중요한 특성인 가시광선 영역에서의 투과도는 수소플라즈마 처리전에는 90 % 이상의 투과도를 보였으나, 수소플라즈마 처리 후에는 85 %로 약간 저하된 특성을 보였다. 그러나 이는 박막 태양전지용 전면전극으로 사용하기 위한 투과도인 80 % 이상을 만족하는 결과로, 비정질 박막 실리콘 태양전지 제작에 사용될 수 있다. 또 하나의 중요한 특성인 Haze factor 역시 수소플라즈마 처리 전 후 모두 10 이상의 값을 나타냈다. 하지만 고효율 실리콘 박막 태양전지에 적용하기 위해서는 Haze factor를 증가시키는 공정 개발에 대한 추가 연구가 필요하다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.30 no.1
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• pp.97-105
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• 2008

Nitrogen budgets in Korea in 2005 were estimated using a mass balance approach. Major nitrogen fluxes were divided into three sections: cities, agricultural area, and forest. Nitrogen inputs were chemical and biological fixation, dry and wet deposition, imported food and feed, while crop uptake, volatilization, denitrification, leaching, runoff, and forest consumption were nitrogen outputs. Non-point source(NPS) pollution budgets were also estimated by mass balance approach. Annual total nitrogen inputs budgets were 1,442,254 ton$\cdot$yr$^{-1}$, and outputs were 814,415 ton$\cdot$yr$^{-1}$. Approximately 19.4% of nitrogen input leaked to river and seawater as NPS pollution. It contains nitrogen input 21 percent more than the previous research in 2002. Especially the change of government plans affect nitrogen budget. As a result, in the output field, the whole nitrogen amount due to landfill reduce from 20 percent to less than 1 percent.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.32 no.2
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• pp.165-174
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• 2010

The numerical modeling of a coal gasification reaction occurring in an entrained flow coal gasifier is presented in this study. The purposes of this study are to develop a reliable evaluation method of coal gasifier not only for the basic design but also further system operation optimization using a CFD(Computational Fluid Dynamics) method. The coal gasification reaction consists of a series of reaction processes such as water evaporation, coal devolatilization, heterogeneous char reactions, and coal-off gaseous reaction in two-phase, turbulent and radiation participating media. Both numerical and experimental studies are made for the 1.0 ton/day entrained flow coal gasifier installed in the Korea Institute of Energy Research (KIER). The comprehensive computer program in this study is made basically using commercial CFD program by implementing several subroutines necessary for gasification process, which include Eddy-Breakup model together with the harmonic mean approach for turbulent reaction. Further Lagrangian approach in particle trajectory is adopted with the consideration of turbulent effect caused by the non-linearity of drag force, etc. The program developed is successfully evaluated against experimental data such as profiles of temperature and gaseous species concentration together with the cold gas efficiency. Further intensive investigation has been made in terms of the size distribution of pulverized coal particle, the slurry concentration, and the design parameters of gasifier. These parameters considered in this study are compared and evaluated each other through the calculated syngas production rate and cold gas efficiency, appearing to directly affect gasification performance. Considering the complexity of entrained coal gasification, even if the results of this study looks physically reasonable and consistent in parametric study, more efforts of elaborating modeling together with the systematic evaluation against experimental data are necessary for the development of an reliable design tool using CFD method.