• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.4 no.4
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• pp.70-74
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• 1995

We have observed anisotropic anodisation process for porous silicon formation. The starting material was (100) silicon $n/n^{+}/n$ wafer structured by $n^{+}$-diffusion on n-type substrate and by subsequent n-epitaxial growth. After the top n-silicon epitaxial layer was etched to open the porous silicon layer(PSL) anodisation window, anodisation takes place only to $n^{+}$-buried layer. The process of porous silicon formation on (100) sample was anisotropic, which was evident from that the shapes of the reacted porous silicon layer was all squarelike regardless of the shapes of reaction windows. The experimental results show that the PSL anodisation process does not depend on chemical reaction but does on electrical conduction property, which is hole mobility depending on the crystal direction.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.224-224
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• 2010

야금학적 정련은 태양전지 소재인 실리콘의 저가화를 통한 태양전지의 단가를 낮추는데 유망한 공정이다. 이중에서도 실리콘의 전자빔정련은 고순도의 실리콘 정련에 효과적인 기술이다. 본 연구에서는 전자빔용융법을 이용하여 실리콘 정련을 수행하였으며, 제조된 실리콘의 미세구조 및 분순물농도를 측정하였다. 고진공의 챔버 하부에 수냉동도가니가 위치해있고, 상부에 100 kW출력의 전자총이 설치되었다. 실리콘은 분쇄 및 세척과 같은 전처리 없이 수냉동도가니에 250g 이 장입되었다. 전자빔때턴은 소프트웨어를 통한 헌혈, 나선형의 경로(path)와 원형의 형상(Shape)이 결합하여 원형패턴과 나선형패턴의 형상으로 실리콘에 조사되었다. 전자빔의 출력을 15 kW로 실리콘을 용융하였고 분당 0.5 kW의 속도로 서냉하였다. 제조된 실리콘은 지름 100 mm, 높이 25 mm의 버튼형상이었으며, 횡방향으로 절단하여 미세구조와 불순물거동을 분석하였다. 미세구조는 광학현미경 (OM) 과 전자현미경 (SEM)을 통하여 관찰하였고 불순물거동은 유도결합플라즈마 분광분석기(ICP-AES) 을 통하여 분석하였다. 장입된 실리콘의 초기순도는 99.5 %이고, 전자빔정련 공정 후 99.996 %까지 향상되었다. 전자빔패턴을 이용한 고순도 실리콘의 정련은 태양전지 소재 개발에 유망한 기술로 활용될 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.373-375
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• 2011

최근 태양전지 연구에서 저가격화를 실현하는 방법 중 하나로 폐 실리콘 웨이퍼를 재생하는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존 웨이퍼 재생공정은 높은 재처리 비용과 복잡한 공정등의 많은 단점을 가지고 있다. 결정형 태양전지에서 저가격화 및 고효율은 태양전지를 제작하는데 있어 필수 요소 이다. 그 중 결정질 태양전지 고효율을 위한 여러 연구 방법 중 표면 텍스쳐링(texturing)에 관한 연구가 활발하다. 텍스쳐링은 표면반사에 의한 광 손실을 최소화 하여 효율을 증가시키기 위한 방법으로 습식 식각과 건식 식각을 사용하여 태양전지 표면 위에 요철 및 피라미드구조를 형성하여 반사율을 최소화 시킨다. 건식식각은 습식식각과 다른 환경적 오염이 적은 것과 소량의 가스만으로 표면 텍스쳐링이 가능하여 많은 연구가 진행중이다. 건식 식각 중 하나인 RIE(reactive ion etching)는 고주파를 이용하여 플라즈마의 이온과 silicon을 반응 시킨다. 실험은 RIE를 이용하여 SF6/02가스를 혼합하여 비등방성 에칭 및 피라미드 구조를 구현하였다. RIE 공정 중 SF6/02가스는 높은 식각 율을 갖으며 self-masking mechanism을 통해 표면이 검게 변화되고 반사율이 감소하게 된다. 이 과정을 통해 블랙 실리콘을 형성하게 된다. 블랙 실리콘은 반사율 10% 이하로 self-masking mechanism으로 바늘모양의 구조를 형성되는 게 특징이며 표면이 검은색으로 반사율이 낮아 효율증가로 예상되지만 실제 바늘 모양의 블랙 실리콘은 태양전지 제작에 있어 후속 공정 인 전극 형성 시 Ag Paste의 사이즈와 표면 구조를 감안할 때 태양 전지 제작 시 Series resistance를 증가로 효율 저하를 가져온다. 본 연구는 SF6/02가스를 혼합하여 기존 RIE로 형성된 바늘모양의 구조의 블랙 실리콘이 아닌 RIE 내부에 metal-mesh를 장착하여 단결정(100)실리콘 웨이퍼 표면을 텍스쳐링 하였고 SF6/02 가스 1:1 비율로 공정을 진행 하였다. metal-mesh 홀의 크기는 100um로 RIE 내부에 장착하여 공정 시간 및 Pressure를 변경하여 실험을 진행하였다. 공정 시간이 변경됨에 따라 단결정(100) 실리콘 웨이퍼 표면에 피라미드 구조의 균일한 1um 크기의 블랙 실리콘을 구현하였다. 바늘모양의 블랙 실리콘을 피라미드 구조로 구현함으로써 바늘 모양의 단점을 보완하여 태양전지 전기적 특성을 분석하여 태양전지 제작시 변환 효율을 증가시킬 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.354-354
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• 2012

실리콘 양자점 태양전지는 실리콘이 nm 크기의 양자점으로 될 경우 밴드갭이 증가하여 태양광 중의 가시광선을 광전변환에 활용함으로써 효율을 향상시키는 차세대 태양전지이다. 그러나 실리콘 양자점이 SiO2 매질 내에 분포하므로 양자점층의 두께가 증가할 경우 박막의 직렬저항이 증가하여 일정 두께 이상이 되면 효율이 감소하는 결과를 가져온다. 본 연구에서는 두께증가에 따른 효율저하 문제를 해결하기 위해 다결정 실리콘으로 이루어진 완충층을 도입 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 두 가지 형태의 실리콘 양자점 태양전지를 제작하여 광전변환 특성을 비교하였다. 첫 번재 구조는 B이 도핑된 단일 실리콘 양자점층 태양전지이다. 양자점층은 2 nm SiOx 층과 2 nm SiO2 층을 적층한 후 $1,100^{\circ}C$에서 20분간 질소 분위기에서 급속 열처리하여 제작하였다. 실리콘 양자점 층의 두께를 40 nm에서 200 nm까지 변화시키면서 효율을 측정한 결과 100 nm 정도에서 효율이 감소하기 시작하였다. 이러한 효율감소는 양자점층의 저항 증가에 따른 전류감소에 의함이 확인되었다. 이와는 대조적으로 실리콘 양자점 층의 저항을 줄이기 위해 실리콘 양자점층 내에 50 nm 간격으로 10 nm 두께의 B이 도핑된 다결정 실리콘층을 배치하는 실리콘 양자점 태양전지를 개발하였다. 이러한 실리콘 양자점 층의 두께를 증가시킬 경우 효율이 지속적으로 증가함을 관찰하였다. 이러한 두 가지 형태의 양자점층을 이차이온질량분석법으로 분석한 결과 단일 실리콘 양자점층의 경우 두께가 약 70 nm 정도부터 이온빔 스퍼터링에 의한 저항증가에 따른 대전현상 (charging)이 관찰되었으나 다결정 실리콘 층이 배치된 실리콘 양자점층에서는 전혀 대전현상이 발생하지 않았다. 이는 다결정 실리콘 층이 캐리어를 이동시키는 매개체 역할을 하는 것으로 해석될 수 있다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.4 no.1
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• pp.71-75
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• 1994

In this study, a thermoelastic stress index of (100) oriented single crystalline silicon wafer and a relationship between thermal stress and critical plastic deformation temperatures were simulated. The simulated results for the thermoelastic stress index indicated a maximum value on <110> direction and a minimum on <100>. Then, it could be predicted that silicon wafer is plastically deformable over 1000 K, based on the relationship between the thermal stress derived from the thermoelastic stress index and the critical plastic deformation temperature.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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• v.36D no.9
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• pp.31-36
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• 1999

A capacitance-type sensor using porous silicon layer is developed to measure aqueous alcohol concentration. Since alcohol, so called ethanol, is very permeable into the silicon wafer, it is often used to help chemical reaction when the silicon wafer is processed under some aqueous solution. In this work, the sensing property was measured for the alcohol concentration from zero to near 100 percent with two types of samples with porous silicon layer formed in 25 and 35% HF solution, respectively. Good reliability as well as fast response time and good linearity were shown over 10kHz and the measured capacitance was observed to be inverse to alcohol concentration due to the decrease of the whole dielectric constant in porous silicon layer.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07c
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• pp.1581-1583
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• 2002

본 논문은 다공질 실리콘 다이어프램에 대한 화학 센서의 일종인 습도, 에탄올, 메탄올의 감지 특성을 측정하고 전기 전도도의 변화를 고찰하였다. 먼저, TMAH 용액으로 실리콘 다이어프램을 제작한 후, HF와 에탄올의 혼합 용액내에서 일정 전압을 인가하여 다공질 실리콘 다이어프램을 형성하였다. 다공질 실리콘을 면(100)에 수직한 방향으로 $50{\sim}100{\mu}m$ 두께로 균일하게 형성하여 p+-PSi-n+ 구조의 소자를 제작하였다. 다공질 실리콘 다이어프램의 절대습도에 대한 감도는 입력 주파수 5kHz에서 인가 전압이 $2{\sim}6$Vpp에서 $376.3{\sim}784.8{\Omega}$/%RH으로 변하였다. 또, 인가 전압 6Vpp에서 입력 주파수가 $2{\sim}5$kHz으로 변할 때 $393.3{\sim}784.8{\Omega}$/%RH으로 변하였다. 또한, 에탄올에 대한 감도는 $0.068{\mu}A$/%이며, 메탄올은 $0.212{\mu}A$/%으로 다공질 실리콘 다이어프램은 에탄올 보다 메탄올이 더 민감하게 반응하였다. 일반적으로 다공질 실리콘의 전기전도도는 charged surface traps과 screening effect에 의존한다.

• Elastomers and Composites
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• v.38 no.3
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• pp.227-234
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• 2003

Silicone composites for high voltage insulator (HVI SC) were prepared by adding aluminum trihydrate(ATH) treated by surface treatment agent to base silicone compound at the ratio oi 100:20, 100:40, 100:60, 100:80, and 100:100, respectively And also, ATH was treated by various surface treatment agents, such as stearic arid, acryl silane, and vinyl silane under compounding process. Mechanical properties and electrical properties were investigated for the various contents of ATH and surface-treatment agents. Mechanical properties such as tensile strength, elongation, and tear strength decreased as the load of ATH increased. Volume resistivity, AC break down strength, and tracking resistance for HVI SC containing ATH treated by vinyl silane were better than those for HVI SC containing ATH treated by other surface treatment agents, such as stearic acid and acryl silane. Polymer-filler interaction of silicone composites according to surface treatment agents was studied by measuring bound rubber contend(BR). From the experimental results, BR of silicone composite containing ATH treated with vinyl silane was higher than that of the others. The degree of rule for silicone composite was investigated using Rheometer. Maximum torque of silicone composites contaning ATH treated with vinyl silane was higher than that of silicone composite contaning ATH treated with other surface agents.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.7 no.3
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• pp.449-455
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• 1997

The anisotropic etching behavior of single crystal silicon were studied in aqueous KOH solution. N-type (100) oriented single crystal silicon wafers were used for the study, and the $SiO_2$ layer, whose etching rate is known to be much slower than that of silicon in the KOH solution, was used as a mask for the silicon etching. The silicon etching rate and the etching properties are shown to be a function of etchant temperature uniformity, circulation speed, and circulation direction of the etchant as well as the etchant concentration and the temperature. The etching rate is increased as the temperature is increased from $10\mu \textrm{m}/hr$ to $250\mu \textrm{m}/hr$ in the range of $50^{\circ}C~105^{\circ}C$. Hillock density and height is observed to be correlated with the etchant concentration and the etch temperature. The variation of the hillock density was explained by the ratio between the etching rate of (100) orientation and that of (111) orientation.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.18 no.1
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• pp.15-21
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• 2011

In this study, flexural strength and fracture behavior of silicon die from single crystalline silicon wafer were investigated as a function of thickness. Silicon wafers with various thickness of 300, 200, 180, 160, 150, and 100 ${\mu}m$ were prepared by mechanical grinding and polishing of as-saw wafers. Flexural strength of 40 silicon dies (size: 62.5 mm${\times}$4 mm) from each wafer was measured by four point bending test, respectively. For statistical analysis of flexural strength, shape factor(i.e., Weibull modulus) and scale factor were determined from Weibull plot. Flexural strength reflecting both statistical fracture probability and size (thickness) effect of brittle silicon die was obtained as a linear function of die thickness. Fracture appearance was discussed in relation with measured fracture strength.