• 광학세계
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• 통권118호
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• pp.60-63
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• 2008

7월호와 9월호에 이어 최근 관심이 고조되고 있는 태양전지에 대해 다루고 있다. 이번호는 마지막 시간으로 주택용 태양전지인 다결정 실리콘 태양전지의 전망에 대해 알아본다. 본 원고에서는 다결정 실리콘 태양전지의 변환효율향상 시도에 대해서 개괄한 후, 최근의 연구개발에서 달성된 고효율화 기술에 관한 성과를 소개한다. 각각의 특징을 비교하고 다결정 실리콘 태양전지의 고효율화 기술을 실용화할 때의 지침에 대해서 언급하겠다. 그리고 기판의 저 코스트화와 원료이용효율의 향상책으로서 이미 실용화레벨이 달하고 있는 슬라이스레스 실리콘기판기술에 대해서 비교검토하고, 이후의 지침에 대해서 언급하겠다. 마지막으로 이후의 초박형 Cast기판 태양전지를 전망하겠다.

• 한국진공학회지
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• 제21권1호
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• pp.55-61
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• 2012

본 연구에서는 주기적인 3차원 패턴이 형성된 유리기판을 사용하여 비정질 실리콘 박막 태양전지를 제작하였다. 주기적인 패턴은 일반적인 전도성 투명 산화막(TCO: Trasparent Conductive Oxide) 표면의 불규칙 패턴과 비교하여 더 효율적인 광포획을 가능하게 한다. 태양전지 제작 전 광특성 전산모사를 통하여 주기적인 패턴 유리 기판의 광학적 특성을 알아보았다. 비정질 실리콘 박막 태양전지의 제작은 PECVD를 이용하여 구면 패턴이 형성된 유리기판을 이용하여 제작되었으며, 인공 태양광 조사장치를 이용하여 제작된 태양전지의 성능 평가를 진행하였다. 태양전지 전산모사 결과와 실험 결과들을 비교 분석하여 주기적인 패턴 유리 기판을 이용한 비정질 실리콘 박막 태양전지의 효율향상 가능성을 확인하였다.

• 한국재료학회지
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• 제5권4호
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• pp.397-404
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• 1995

반도체 세정공정에서 염기성 세정액(SCI, Standard cleaning 1, $NH_{4}$OH + $H_{2}$O_{2}$ + $H_{2}$O)은 공정상 발생되는 여러 오염물 중 파티클의 제거를 위해 널리 사용되고 있는데, SCI 조성중 $NH_{4}$OH양에 따라 세정 중 실리콘의 식각속도를 증가시킨다. 이 연구에서는 SCI 세정이 CZ(Czochralski)와 에피 실리콘 기판 표면에 미치는 영향을 단순세정과 연속적인 산화-HF 식각-SCI 세정공정을 통해 관찰되었다. CZ와 에피 기판을 8$0^{\circ}C$의 1 : 2 : 10과 1 : 1 : 5 SCI 용액에서 60분까지 단순 세정을 했을 때 laser particle scanner와 KLA사의 웨이퍼 검색장치로 측정된 결함의 수는 세정시간에 따라 변화를 보이지 않았다. 그러나 CZ와 에피 기판을 10분간 SCI 세정후 90$0^{\circ}C$에서 산화 HF식각공정을 4번까지 반복하였을 때 에피 기판 표면의 결함수는 감소하는 반면에 CZ기판에서는 직선적으로 증가하였다. 반복적인 산화-HF 식각-XCI 세정공정을 통해 생성된 CZ기판 표면의 결함은 크기가 0.7$\mu$m 이하의 pit과 같은 형상을 보여주었다. 이들 결함은 열처리 중 CZ 기판내와 표면에 산화 석출물들이 형성, 반복적인 HF 식각-SCI 세정공정을 통해 다른 부위에 비해 식각이 빨리 일어나 표면에 생성되는 것으로 여기어 진다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.366-366
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• 2009

후면접합 태양전지는 상용 태양전지의 수평전류 손실(lateral current loss) 이 없으며, 전면전극에 의해 발생하는 그림자 손실(shading loss) 줄인 고효율 태양전지의 하나이다. 생성된 반송자가 후면에 위치한 전극에서 수집되기 때문에 효율향상을 위해서는 불순물에 의한 재결합을 줄이는 것이 중요하다. 따라서 Gettering 은 높은 소수반송자 수명(life-time)을 가지는 고품위 실리콘 기판은 고효율 실리콘태양전지 제작을 위한 중요 요소 기술이다. 본 연구에서는 n-type c-Si 기판을 이용한 고효율 실리콘 이종접합 태양전지제작을 위해 external gettering 공정을 이용하여 고품위 실리콘 기판을 제작하였다. POC13 doping process 의 온도, 시간을 변화시킴으로써 이에 따른 변화를 관찰하였다. 주사전자현미경(SEM)를 통해 etch pit 을 확인 했으며,Four point probe 를 통해 면저항을 측정, 인(P)의 농도를 계산 하였다. 계산된 면저항을 통해 인(P)의 확산 깊이를 계산하였다. Iodine passivation 된 시편을 Qusi-steady state photoconductance (QSSPC)를 이용하여 소수반송자 수명을 측정함으로써 gettering 에 의한 bulk lifetime 향상 효과를 관찰하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.141-142
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• 2008

다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 만들기 위해 가장 많이 사용되는 제작방법은 비정질 실리콘을 기판에 형성한 뒤 결정화 시키는 방법이다. 고온에서 장시간 열처리하는 고상 결정화(SPC)와 레이저를 이용한 결정화(ELA)가 자주 사용되어진다. 그러나 SPC의 경우는 고온에서 장시간 열처리하기 때문에 유리 기판이 변형될 수 있고 ELA의 경우 장비가격이 비싸고 표면일 불균일하다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 이 문제를 해결하기 위해서 화학 기상 증착법(저온 공정)을 이용하여 비정질 실리콘 박막을 증착 시키고, 이를 금속 촉매를 이용하여 금속 유도 결정화 방법(MIC)으로 결정화 시키는 공정을 이용하였다. 유리 기판 상부에 버퍼 층을 형성한 후 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)을 이용하여 비정질 실리콘을 증착하고 Ni-solution을 이용하여 얇게 Ni 코팅하고 그 시료를 약 $650^{\circ}C$의 Rapid Thermal Annealing(RTA) 공정을 이용하여 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화 시키는 연구를 진행하였다. Ni 코팅시간은 20분, RTA 공정은 5시간의 진행시간을 거쳐야 최적의 결정화 정도를 만들어낸다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.20.2-20.2
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• 2009

최근 무전해 식각법을 이용한 실리콘 나노와이어 합성이 다양한 각도에서 이루어지고 있다. 무전해 식각법을 통한 나노와이어 합성은, 단결정 실리콘 기판에 촉매를 올려 기판을 식각할 수 있는데, 이 방법을 이용하여 넓은 면적의 수직방향으로 배열된 10 ~ 300nm 지름의 단결정 실리콘 나노와이어를 합성할 수 있다. 본 연구에서는 무전해 식각법으로 boron이 도핑된 p-type실리콘 기판을 식각하여 실리콘 나노와이어를 합성하였고, 단일 나노와이어의 field-effect transistor(FET) 소자가 가지는 전기적 특성에 대하여 분석하였다. 특히 무전해 식각법을 이용하여 나노와이어를 합성할 때, 촉매로 사용되는 Ag particle이 나노와이어에 미치는 영향에 대해서 분석해 보았다. FET 소자의 게이트 절연막은 가장 일반적으로 사용되는 SiO2 (300nm)와 고유전체로 잘 알려진HfO2(80nm)를 사용하여 전기적 특성을 비교하여 보았다. 한편, HfO2 박막은 atomiclayer deposition(ALD)장비를 이용하여 증착하였다. 합성된 실리콘 나노와이어의 경우 X-ray diffraction(XRD)로 결정성을 확인하였으며, high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM)으로 결정성 및 나노와이어의 표면 형태를 확인하였다. 전기적 특성은 I-V 측정을 통하여 Ion/Ioff ratio, 이동도, subthreshold swing, subthreshold voltage값을 평가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.103-103
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• 2000

강한 결정 방향 의존성과 낮은 항정계를 갖는 Bi4Ti3O12 강유전체 박막은 NDRO형 비휘발성 강유전체 메모리 분야에서 매우 유망한 재료이다. 이를 위해서는 실리콘 기판과의 계면조절과 실리콘 기판성에서 고품질의 강유전성 박막을 성장시키는 기술이 필수적이다. MOCVD에 의한 Bi4Ti3O12 의 증착에서는 Bi 성분의 강한 휘발 특성과 낮은 반응성으로 인하여 조성과 두께 등의 조절이 매우 어렵다. 따라서 화학기상증착의 기구를 이해하고 제어하는 기술이 양질의 박막을 얻는데 필수적이다. 본 연구에서는 유기금속 원료 TPB, TIP 과 산소를 이용하여 실리콘 기판위에 Bi4Ti3O12 강유전체 박막을 증착할 때, 증착 변수의 변화에 따른 박막의 증착 거동과 구조적, 전기적 특성을 연계하여 분석하였다. 특히 기판부착력이 낮고 휘발성이 강한 Bi의 특성으로 인한 문제를 개선하기 위하여 TIP원료를 주기적으로 공급, 중단을 반복하는 펄스주입법을 고안하여 그 효과를 살펴보았다. 실리콘 기판위에서 TiO2의 증착속도는 실험온도 영역에서 온도에 따라 변화하지 않는 전형적인 물질 전달에 의해 지배되는 양상을 나타내었다. 반면 Bi2O3 경우에는 50$0^{\circ}C$ 이상에서 급격하게 증착속도가 감소하는 특이한 경향을 나타내었으며 이는 Bi2O3의 높은 휘발성 때문일 것이다. Bi4Ti3O12 박막은 온도증가에 따라 증착속도가 증가한 후 $600^{\circ}C$ 이상에서 포화되는 경향을 보였다. 이로부터 실리콘 기판위에서의 Bi4Ti3O12 박막의 증착 모델을 제시하였다. Bi2O3에 비해 상대적으로 표면 부착력이 월등히 큰 TiO2가 우선적으로 실리콘 펴면에 형성된 후 TPB 유기금속 원료가 이 TiO2와 반응하는 과정으로 Bi4Ti3O12 박막이 증착된다. $600^{\circ}C$이상에서는 증착 변수들을 바꾸어도 물성이 변하지 않는 자기조절기능이 있음을 알 수 있었는데 이는 고온에서의 Bi2O3의 강한 휘발성 때문일 것이다. 실리콘 기판에서 층상 페로브스카이트 상은 58$0^{\circ}C$ 이상에서 형성되며, 매우 좁은 온도 변화에도 결정구조, 박막현상 및 성분이 크게 바뀌는 온도에 민감한 증착거동이 관찰되었다. 증착 모델에서 예견되는 Bi의 불리함을 개선하기 위해 펄스주입법을 실시한 경우 Bi의 성분량이 증가되었고 결정성이 향상되었다. 이로부터 펄스주입법이 박막내에 부족하기 쉬운 Bi를 보충하여 박막의 특성을 개선함을 확인하였다. Bi4Ti3O12 박막의 증착온도에 따른 누설전류 특성 측정 결과 증착온도가 감소할수록 누설전류가 감소함을 알 수 있었고 펄스주입법이 연속주입법보다 더 낮은 누설전류를 보임을 알았다. 펄스주입법의 경우 -2.5V 인가 시의 누설전류는 7.4$\times$10-8A/cm2에서 1.3$\times$10+7A/cm2의 매우 우수한 값을 가졌다. 연속 주입법에 의해 증착된 박막은 C-V 측정 결과 강유전성 이력이 나타나지 않았으나, $600^{\circ}C$ 이상에서 펄스주입법에 의해 증착된 박박은 강유전성 이력을 나타내었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.202-202
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• 2008

실리콘 기판 위에 성장된 세륨 산화막(CeO2)은 고품질의 SOI(Silicon on Insulator)나 혹은 안정한 캐패시터 소자와 같은 반도체 소자에 대한 응용 가능성이 높아 여러 연구가 진행되어 왔다. 세륨 산화막은 형석 구조, 다시 말해서 대칭적인 큐빅 구조이며 화학적으로 안정한 물질이다. 또한, 세륨 산화막의 격자상수 (a = $5.411\AA$)는 실리콘의 격자상수 (a = $5.430\AA$) 와 비슷하며 큰 밴드갭(6eV) 및 높은 유전상수 ($\varepsilon$ = 26), 높은 열적 안전성을 지니고 있어 실리콘 기판에 사용된 기존 절연막인 사파이어나 질코늄 산화막보다 우수한 특성을 지니고 있다. 본 논문에서는 스퍼터링을 이용하여 세륨 산화막을 실리콘 기판 위에 형성하면서 기판가열 온도 조건을 각각 상온, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$로 설정하였으며, 세륨 산화막의 증착 두께 조건을 각각 80nm, 120nm로 설정한 다음 퍼니스를 이용하여 $1100^{\circ}C$에서 1시간 동안 열처리를 거친 세륨 산화막의 결정화 형태 및 박막의 막질 상태를 각각 X선 회절 장치 (XRD) 및 주사전자현미경 (SEM)으로 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.279.1-279.1
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• 2016

박막 트랜지스터 (thin film transistor, TFT)는 고밀도, 대면적화로 높은 전자의 이동도가 요구되면서, 비정질 실리콘 (a-Si)에서 다결정 실리콘 (poly-Si) TFT 로 연구되었다. 이에 따라 비정질 실리콘에서 결정질 실리콘으로의 상변화에 대한 결정화 연구가 활발히 진행되었다. 또한, 박막 태양전지 분야에서도 유리기판 위에 비정질 층을 증착한 후에 열처리를 통해 상변화하는 고상 결정화 (solid-phase crystallization, SPC) 기술을 적용하여, CSG (thin-film crystalline silicon on glass) 태양전지를 보고하였다. 이러한 비정질 실리콘 층의 결정화 기술을 결정질 실리콘 태양전지 에미터 형성 공정에 적용하고자 한다. 이 때, 플라즈마화학증착 (Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 장비로 증착된 비정질 실리콘 층의 열처리를 통한 결정화 정도가 중요한 요소이다. 따라서, 비정질 실리콘 층의 결정화에 영향을 주는 인자에 대해 연구하였다. 비정질 실리콘 증착 조건(H2 가스 비율, 도펀트 유무), 실리콘 기판의 결정방향, 열처리 온도에 따른 결정화 정도를 엘립소미터(elipsometer), 투과전자현미경 (transmission electron microscope, TEM), 적외선 분광기 (Fourier Transform Infrared, FT-IR) 측정을 통하여 비교 하였다. 이를 기반으로 결정화 온도에 따른 비정질 실리콘의 결정화를 위한 활성화 에너지를 계산하였다. 비정질 실리콘 증착 조건 보다 기판의 결정방향이 결정화 정도에 크게 영향을 미치는 것으로 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.271-271
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• 2016

highly doped N-type 실리콘 기판 위에 극초단 펄스 레이저를 이용하여 LIPSS (Laser-Induced Periodic Surface Structure) 패턴을 형성하였다. 형성된 LIPSS 구조는 $15{\mu}m$와 500 nm 주기를 가지는 ripple로 형성이 되었고 이 구조를 형성하기 위해서 사용된 레이저는 Satsuma HP2, Amplitude syst?mes 이다. LIPSS 패턴을 가지는 기판 위에는 유기반도체 물질인 pentacene을 50 nm로 열 증착방법을 통해 박막을 형성하여 유기박막트랜지스터를 제작하였고, hole mobility를 측정하였다. LIPSS 패턴을 가지는 실리콘 기판과 pristine 실리콘 기판 위의 pentacene의 morphology를 AFM으로 관찰하고 유도된 구조를 연구하였다.