• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.12.1-12.1
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• 2011

최근 p-type 결정질 실리콘 태양전지의 광열화현상(light induced degradation)에 대한 관심이 높아지면서, 이를 해결하기 위한 많은 연구들이 수행되고 있다. 본 연구에서는 LID 현상을 원천적으로 제거 할수 있는 n-type 기판을 이용하여, 상업적으로 양산화 가능한 공정을 도입하고, 시뮬레이션을 통하여 고효율화 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 일반적인 p-type 결정질 실리콘 태양전지 제작 공정을 사용하여 알루미늄이 도핑된 후면 에미터 구조의 n-type 결정질 실리콘 태양전지를 제작하였으며, PC1D 시뮬레이션을 통해서 n+/n/p+구조의 n-type 결정질 실리콘 태양전지의 에너지 변환 효율 향상을 위한 방안을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.201-201
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• 2010

DRAM (dynamic random access memory)은 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터의 구조 (1T/1C)를 가지는 구조로써 빠른 동작 속도와 고집적에 용이하다. 하지만 고집적화를 위해서는 최소한의 캐패시터 용량 (30 fF/cell)을 충족시켜 주어야 한다. 이에 따라 캐패시터는 stack 혹은 deep trench 구조로 제작되어야 한다. 위와 같은 구조로 소자를 구현할 시 제작공정이 복잡해지고 캐패시터의 집적화에도 한계가 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 1T-DRAM이 제안되었다. 1T-DRAM은 하나의 트랜지스터로 이루어져 있으며 SOI (silicon-on-insulator) 기판에서 나타나는 floating body effect를 이용하여 추가적인 캐패시터를 필요로 하지 않는다. 하지만 SOI 기판을 이용한 1T-DRAM은 비용측면에서 대량생산화를 시키기는데 어려움이 있으며, 3차원 적층구조로의 적용이 어렵다. 하지만 다결정 실리콘을 이용한 기판은 공정의 대면적화가 가능하고 비용적 측면에서 유리한 장점을 가지고 있으며, 적층구조로의 적용 또한 용이하다. 본 연구에서는 ELA (eximer laser annealing) 방법을 이용하여 비정질 실리콘을 결정화시킨 기판에서 1T-DRAM을 제작하였다. 하지만 다결정 실리콘은 단결정 실리콘에 비해 저항이 크기 때문에, 메모리 소자로서 동작하기 위해서는 높은 바이어스 조건이 필요하다. 게이트 산화막이 얇은 경우, 게이트 산화막의 열화로 인하여 소자의 오작동이 일어나게 되고 게이트 산화막이 두꺼울 경우에는 전력소모가 커지게 된다. 그러므로 메모리 소자로서 동작 할 수 있는 최적화된 게이트 산화막 두께가 필요하다. 제작된 소자는 KrF-248 nm 레이저로 결정화된 ELA 기판위에 게이트 산화막을 10 nm, 20 nm, 30 nm 로 나누어서 증착하여, 전기적 특성 및 메모리 특성을 평가하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.9
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• pp.900-904
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• 1996

비정질 실리콘의 표면에 Ni과 Pd를 형성하여 측면으로의 결정화 속도를 향상시켰다. Ni에 의해 비정질 실리콘이 측면으로 결정화될 때 그 성장 속도는 50$0^{\circ}C$에서 3w$\mu\textrm{m}$/hour였으며 이때의 활성화 에너지는 2.87eV로 나타났다. Pd의 경우는 Pd2Si의 형성에 의해 압축 응력이 유발되어 Pdrks의 간격이 좁을수록 측면으로의 결정화 속도가 증가하였다. Ni과 Pd을 각각 다른 부분에 증착시키고 결정화시키면 Ni에 의해 측면으로 결정화되는 속도가 Ni만으로 결정화시킬 때 보다 약 2배 이상의 측면결정화 속도를 보였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.6
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• pp.589-604
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• 1996

화학증착기에 의한 실리콘막의 증착에서 증착기의 기초 진공도는 잔류가스로부터 실리콘 막내로 유입되는 oxygen, carbon과 같은 분순물의 양을 결정하며, 따라서 증착 거동 및 막의 결정성에 영향을 줄 수 있는 공정 변수이다. 본 연구에서는 고진공 화학증착기를 이용하여 기초 진공도는 비정질 실리콘의 증착과 결정화에 미치는 영향을 조사하였다. 높은 기초 진공도는 비정질/결정질 천이 증착온도의 감소를 가져왔다. 또한 비정질 실리콘막의 결정화 속도 및 박막 결정성을 향상시키는 것으로 조사되었다. 이와 같은 기초 진공도의 영향은 증착시 잔류가스에 함유되는 O, C과 같은 불순물의 영향으로 설명될 수 있었다. 기초 진공도에 따른 실리콘 막의 결정성 향상은 다결정 실리콘 박막 트렌지스터의 구동 특성을 향상시키는 것으로 조사되었다. 기초 진공도가 10-3Torr에서 10-5Torr 로 증가함에 따라 전자 이동도는 17$\textrm{cm}^2$/V.s에서 25$\textrm{cm}^2$/V.s로 증가하였으며 누설전류는 감소하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.80-80
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• 2010

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 다결정 실리콘 씨앗층을 제조하기 위하여 전자빔을 조사하는 방법과 Al을 이용한 씨앗층 제조법이 비교되어 공정 수행이 이루어진다. 우선, 전자빔 조사를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용하여 ${\sim}10^{20}cm^{-3}$이상의 농도를 갖는 $p^+^+$ 비정질 실리콘 박막을 제조한다. Al의 증착은 DC 스퍼터링법을 이용하여 제조하고 그 두께는 실리콘 박막의 두께와 동일한 조건(350nm)으로 제조한다. 제조된 샘플은 E-beam gun이 달린 챔버로 이동하여 1.4keV의 세기를 가지고 각각 10, 20, 50, 100초를 조사한 후 단면의 이미지를 SEM으로, 결정화 정도를 Raman으로, 결정화 방향 등에 대한 조사를 XRD로 분석 측정한다. 그리고 Hall effect를 통해 전자빔의 조사 전후의 캐리어 농도, 이동도 및 비저항 등에 대한 조사가 이루어진다. 동시에 Al을 촉매로 한 layer교환에 대하여 마찬가지로 분석을 통하여 최종적으로 비교분석이 이루어 진다. 전자빔을 조사한 샘플에 대하여 빠른 시간 및 캐리어농도 제어 등의 우수성이 보이며, 특히 ~98%이상의 결정화율을 보일 것으로 예상된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.10
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• pp.1019-1023
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• 2012

In this research, a novel direct-aluminum-heating-induced crystallization method was developed for the purpose of application to solar cells. By applying a constant current of 3 A to an aluminum thin film, a 200-nm-thick amorphous silicon (a-Si) thin film with a size of $1cm{\times}1cm$ can be crystallized into a polycrystalline silicon (poly-Si) thin film within a few tens of seconds. The Raman spectrum analysis shows a peak of 520 $cm^{-1}$, which verifies the presence of poly-Si. After removing the aluminum layer, the poly-Si thin film was found to be porous. SIMS analysis showed that the porous poly-Si thin film was heavily p-doped with a doping concentration of $10^{21}cm^{-3}$. Thermal imaging shows that the crystallization from a-Si to poly-Si occurred at a temperature of around 820 K.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.05a
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• pp.80-83
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• 2005

$Nd:YVO_4$ 연속발진 레이저 (CW laser)를 이용하여 다결정실리콘 (CLC poly-Si)을 제작하였다. CLC 다결정 실리콘의 결정화 영역은 결정립 크기에 따라 SLC(Sequential Lateral Crystallization) 영역, SLG(Super Lateral Grain) 영역 및 Small Grain 영역으로 구분된다. 레이저를 중첩스캔 하여 제작한 CLC 다결정실리콘의 경우, 레이저 스캔 경계에서 단결정립이 형성됨을 SEM으로 확인하고, CLC 다결정실리콘의 결정성을 XRD와 라만 스펙트럼(Raman spectrum)을 이용하여 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.98-101
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• 2005

변환 효율이 $16\%$에 근접하는 다결정 실리콘 태양전지를 위한 열처리 공정에 대한 연구를 수행하였다. 고속 열처리 공정이 가능한 RTP 를 사용하여 다결정 실리콘 태양전지의 효율 향상에 요구되는 PECVD $SiN_x$ 반사방지막을 이용한 결정 결함의 수소화 효과를 극대화하는 동시에 양산 가능한 screen-printed contacts 의 특성 (FF >0.76) 올 최적화함으로써 다결정 실리콘 태양전지의 변환 효율을 $15.9\%$까지 향상시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.27-27
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• 2010

최근에 고유가와 지구온난화로 인하여 에너지가 향후 인류의 50년을 좌우할 가장 큰 문제로 대두되고 있어서 지구의 모든 에너지의 근원인 태양광을 이용하는 태양광 발전은 무한한 청정 에너지로 각광받고 있다. 빛을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지는 풍력, 수소연료전지, 조력, 바이오에탄올 등의 신재생에너지 기술 중에서 상품성은 가장 뛰어나지만 발전단가가 가장 높은 것이 단점이다. 태양광 발전단가를 줄여서 기존의 화석에너지를 이용한 발전단가와 견줄 수 있는 그리드 패러티(grid parity)를 달성하려면 태양전지 모듈의 고효율화와 동시에 저가화가 반드시 이루어져야 한다. 현재 태양광 모듈 시장의 90%는 효율이 12-16% 정도로 높은 단결정(single crystalline or monocrystalline) 실리콘이나 다결정(polycrystalline or multicrystalline) 실리콘 등의 벌크(bulk)형 결정질 실리콘 모듈이 차지하고 있으나 원재료인 실리콘 웨이퍼의 제조단가의 50%를 차지하고 있어서 저가화가 어렵다. 반면, 원료가스를 분해하여 대면적 기판에 증착하는 박막(thin-film) 실리콘 태양전지의 경우는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 박막 실리콘 모듈은 매우 적은 실리콘 원재료를 소비한다. 단결정이나 다결정 실리콘 웨이퍼의 두께가 $180-250\;{\mu}m$ 정도인 것에 비해서 박막 실리콘의 두께는 $0.3-3\;{\mu}m$ 수준이다. 더불어, 유리, 플라스틱 등의 저가 기판에 저온 대면적 증착이 가능하여 저가양산화에 유리하다. 박막 실리콘 모듈은 벌크형 실리콘 모듈(-0.5%/K) 대비 낮은 온도계수[비정질 실리콘(amorphous silicon; a-Si:H)의 경우 -0.2%/K]와 빛의 세기가 약한 산란광에서도 동작하여 평균발전시간이 증가하므로 외부환경에서 우수한 발전성능을 보이고 있다. 태양전지 모듈은 상온에서의 안정화 효율을 기준으로 가격이 책정되어($/$W_p$) 판매되기 때문에 벌크형 실리콘 모듈에 비해서 박막 실리콘 모듈은 가격대 성능비가 우수하다. 따라서 박막 실리콘 모듈은 벌크형 결정 실리콘 모듈의 대안으로 떠오르고 있으며, 레이저 기술을 이용하여 수려한 투광형 건물일체형(building integrated photovoltaic; BIPV) 모듈을 제작할 수 있는 장점도 있다. 이러한 장점에도 불구하고 기존의 양산화된 단일접합 비정질 실리콘 태양광 모듈은 효율이 6-7%로 낮아서 설치면적 및 설치 모듈의 증가가 성장의 걸림돌이 되고 있다. 박막 실리콘 태양전지의 고효율화를 도모하기 위해서 적층형 탄뎀셀로 양산 트렌드가 변화하고 있다. 이에 적층형 박막 실리콘 태양전지 효율의 한계 및 돌파구에 대해서 논의한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.151-152
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• 2012

라만(Raman) 분광법은 실리콘의 결정화도를 분석하는데 가장 유용하게 쓰이는 기법이다. 본 논문에서는 상압 플라즈마 화학기상증착법 (atmospheric pressure plasma-enhanced chemical vapor deposition, AP-PECVD)에 의해 형성된 실리콘 박막의 결정화도를 라만 분광법에 의해 분석하였다. 라만 분석 시, 조사하는 레이져의 파장에 따라서 실리콘 박막 내로의 침투깊이가 결정된다. 또한 레이져의 파워가 임계점을 넘게 되면, 레이져에 의한 실리콘의 결정화가 진행되는 것을 확인하였다.