• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.266-266
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• 2010

실리콘 나노잉크를 이용한 프린팅 공정을 적용하여 결정질 실리콘 박막을 제조하였으며, 다양한 공정조건에 따른 박막의 특성을 연구하였다. 기존의 실리콘 박막형 제조 기술은 고가의 진공프로세스이므로, 비진공 프린팅 공정의 대체를 통하여 박막 태양전지의 제조원가를 획기적으로 절감할 수 있다. 실리콘 나노입자는 저온 플라즈마를 사용하여 합성하였으며, 스핀코팅 (spin coating), 드롭핑 (dropping), 딥핑 (dipping) 등의 프린팅 공정을 이용하여 단결정 실리콘 웨이퍼 위에 박막을 형성하였다. 사용된 실리콘 나노입자는 10 ~ 50 nm 의 크기와 단결정 구조를 갖는다. 이러한 실리콘 나노입자는 Propylene Glycol 용매에 분산시켜 하부기판에 프린팅 하였다. 이렇게 증착된 나노입자들은 $600{\sim}1000^{\circ}C$의 온도와 다양한 분위기에서 열처리되어 고밀도화 되었다. 제조된 실리콘 박막의 물성 분석은 SEM, EDX, 그리고 X-ray 회절 측정을 통하여 수행되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.423.2-423.2
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• 2014

비정질 실리콘 박막 태양전지는 1970년대 중반 개발된 이후 현재까지 지속적으로 연구 개발이 이루어져 왔으며, 대면적의 용이성 및 재료 사용의 효율성 등 산업적 측면에서 많은 장점을 보이고 있다. 하지만, 재료 특유의 무질서(disorder)로 인한 Voc의 한계 및 광 열화 현상 등의 문제점이 극복해야 할 과제로 남아있다. 이를 개선하기 위한 시도 중 하나로 나노입자를 포함한 실리콘 박막 제작을 통해 재료의 무질서도를 낮추고 전기광학적 물성을 개선하는 방법이 제안되고 있다. 본 연구에서는 유도결합 플라즈마(ICP, Inductively coupled plasma)를 사용하여 제작한 실리콘 나노입자 박막으로 비정질 실리콘 박막의 한계를 극복하고자 한다. 실리콘 나노입자를 사용하여 조밀한 박막을 제작하는데 중요한 변수로는 유도결합 플라즈마 반응기 상, 하부의 압력차 및 이로 인한 제트분사의 속력, 그리고 나노 입자의 크기 등이 중요하게 작용한다. 합성된 입자의 크기와 물성의 변화는 유입되는 반응 가스의 양, 공정압력과 파워에 의존한다. 실리콘 나노입자 박막을 다양한 플라즈마 조건에 따라 제작한 후 XRD, Raman, SEM, TEM을 이용하여 물성 변화를 관찰하였으며, 이를 통해 박막태양전지로의 응용 가능성을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.41-41
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• 2003

비정질 실리콘 박막은 단결정 실리콘에 비해 저가이고 저온형성이 가능하여, 대면적/고효율의 실리콘 박막 태양전지 제작에 응용되고 있다. 태양전지에 적용하기 위해서는 우수한 암전류 및 광전류 특성을 나타내야 하고, 광학적 밴드 갭 특성 또한 중요하다. 본 연구에서는 HDP(High Density Plasma) PECVD 장비를 이용하여 나노결정립 및 비정질 실리콘 박막을 형성하고, 각 박막의 전기적, 광학적 특성을 측정, 평가하였다. 나노결정립 및 비정질 실리콘 박막의 전기적 특성은 Keithley 4200을 이용하여 암전류를 특성을 측정하였고, Solar Simulator를 이용하여 AM1.5, 100mW/$\textrm{cm}^2$ 조건에서 광전류 특성을 측정하였다. 또한, Spectrometer를 이용하여 박막의 투과율을 측정하여 Tauc Plot을 통해 광학적 밴드 갭을 계산하였다. 본 연구에서 형성된 비정질 실리콘 박막은 -$10^{6}$의 우수한 Photoresponse($\sigma$$_{ph}$ $\sigma$$_{d}$) 특성을 나타내었다. 또한, 비정질 실리콘 박막 내에 나노결정립이 형성됨에 따라 암전류는 증가하고, 광학적 밴드 갭도 증가하는 것을 알 수 있었다. 이렇게 밴드 갭이 증가된 나노결정립 실리콘 박막은 태양전지의 Window 층에 적용하면 효율 증가에 크게 기여할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.304-304
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• 2011

열필라멘트 화학 기상 증착 공정(HWCVD, hot wire chemical deposition)은 낮은 기판 온도에서 다결정 실리콘 박막을 빠른 속도로 증착할 수 있는 방법이다. 이는 후처리가 없어도 전기적 특성이 우수한 박막을 저온에서 얻을 수 있기 때문에 녹는점이 낮은 기판에 증착을 할 수 있으며 공정비용 절감 효과가 있다. 이러한 박막 증착 공정 중 기상 핵생성에 의해 나노 입자가 생성되며, 새로운 관점에서는 그 농도와 크기가 박막 성장에 중요한 변수로 작용한다. 따라서 공정조건의 변화에 따라 생성되는 나노 입자의 크기 분포를 실시간으로 분석하여 박막 형성의 최적 조건을 찾는 연구가 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 열필라멘트 화학 기상 증착 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 HWCVD 배기 라인에 연결하여 진행하였으며 반응기 내 샘플링 위치, 필라멘트 온도, 챔버 압력, 작동기체의 비율을 변수로 하여 진행하였다. 그 결과 실리콘 나노 입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인 하였고, 측정 조건에 따라 일부 단일 극성으로 존재하였다. 한편, 필라멘트 온도가 증가할수록 하전된 나노입자의 최빈값은 감소하였다. 또한 반응 가스인 SiH4 농도가 증가할수록 최빈값은 농도에 비례하여 증가하였다. 이런 결과는 기존 HWCVD 실험에서 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 분석한 실리콘 나노 입자의 크기 분포 결과와 경향이 일치함을 확인하였다. 본 연구를 통하여 확인된 하전된 나노 입자의 존재를 실험적으로 확인하였으며 추후 지속적 연구에 의해 이러한 하전된 나노 입자가 박막 형성에 기여 하는 것을 규명하고 박막 형성 조건을 최적화하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2007.06a
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• pp.90-93
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• 2007

밀도가 높고 주기적으로 배열된 실리콘 나노점이 실리콘 기판위에 형성 되었다. 실리콘 나노점을 형성하기 위해 사용된 나노패턴의 지름은 20 나노미터(nm)이고 깊이는 40 nm 이었으며 기공과 기공사이의 거리는 50 nm 였다. 나노미터 크기의 패턴을 형성시키기 위해서 자기조립물질을 사용했으며 폴리스티렌(PS) 바탕에 벌집형태로 평행하게 배열된 실린더 모양의 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)의 구조를 형성하였다 폴리메틸메타아크릴레이트를 아세트산으로 제거하여 폴리스티렌만 남아있는 나노크기의 마스크를 만들었다. 형성된 나노패턴에 전자빔 기상증착장치를 사용하여 금 박막을 $100\;{\AA}$ 증착하고 리프트오프(lift-off) 방식으로 금 나노점을 만들었다. 형성된 금 나노점을 불소기반의 화학반응성 식각법을 이용하여 식각하고 황산으로 제거하였다. 형성된 실리콘 나노점의 지름은 24 nm 였고 높이는 20 nm 였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.130-131
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• 2006

차세대 반도체 정보기억장치로서 활발하게 연구되고 있는 나노 부유 게이트 메모리 (Nano Floating Gate Memory) 소자를 위해 필수적인 요소인 나노 크리스탈의 형성을 위하여 다양한 굴절률을 가진 실리콘 질화막 (SiNx)을 형성하고 고온 열처리 (rapid thermal annealing)를 실시하여 나노 크리스탈의 형성과 특성에 대한 연구를 진행하였다. 다양한 굴절률을 가진 실리콘 질화막을 형성한 후 나노 크리스탈의 형성을 위하여 열처리를 수행하였고, photoluminescence (PL)를 통하여 굴절률이 높은 Si-rich SiNx 박막의 고온 열처리를 수행한 실리콘 질화막으로부터 나노 크리스탈의 형성을 확인할 수 있었다. 또한 열처리한 실리콘 질화막 위에 Al을 증착하여 MIS 구조를 형성한 후 Capacitance-Voltage (C-V) 특성을 측정하였으며, $900^{\circ}C$에서 열처리한 박막에서 나노 크리스탈에 의한 메모리 효과를 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.170-170
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• 2011

태양전지와 박막 트랜지스터를 위한 유망한 재료로서 수소화된 비정질 실리콘과 나노결정 실리콘 박막이 관심을 받아 왔다. 특히, 수소화된 나노결정 실리콘 박막은 비정질 대비 높은 방향성과 조밀한 구조 덕에 박막 태양전지나 TFT(Thin film transistor) 소자의 성능 향상에 기여할 수 있는 물질로 연구되고 있다. 이러한 박막들은 보통 $SiH_4$같은 Si을 포함한 가스에 다량의 $H_2$를 희석시켜 플라즈마 화학 증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 성장된다. 이러한 CVD증착 방식을 이용하여 결정화된 박막을 얻기 위해서는 대개 높은 수소 희석비를 이용하는 것이 일반적이나, 이러한 공정 방식은 실리콘이 결합되어야 할 결합위치에 bonding energy가 더 높은 수소의 결합을 촉진하게 된다. 이러한 특성은 박막 태양전지에서 효율을 떨어뜨리는 주요 요소로 작용하고 있다.(1) 본 연구에서는 수소의 결합 확률을 낮춘 결정화된 박막을 성장시키기 위해 수소를 대신하여 헬륨을 희석가스로 사용하여 박막을 증착하고 그 특성을 분석해 보았다. 박막의 구조적 특성, 결정화도(Xc), 플라즈마 내 활성 라디칼(Active radical in plasma), Si-H결합 특성, 전도도(Conductivity)와 같은 박막 특성을 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy), 라만 분광기(Raman spectroscopy), 광 방출 분광기(OES, Optical Emission Spectrocopy), 적외선 분광기(FT-IR, Fourier Transform-Infrared Spectroscopy), Keithley measurement kit이 사용되었다. 수소를 대신하여 헬륨을 사용함으로써 동일 결정화도 대비 10%이상 낮은 microstructure factor 값을 얻을 수 있었으며 인가되는 RF 전력을 140W까지 증가시켰을 때 약 80%의 결정화도를 관찰할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.240-240
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• 2010

반사 방지막은 LEDs, 태양전지, 센서 등의 광전소자의 효율을 향상시키는데 사용되고 있다. 일반적으로 사용되는 단층 또는 다층 박막의 반사방지막은 thermal expansion mismatch, adhesion, stability 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 단층 또는 다층 박막의 반사방지막 대신에 파장이하의 주기를 갖는 구조(subwavelength structure, SWS)의 반사방지막 연구가 활발히 진행되고 있다. 입사되는 태양 스펙트럼의 파장보다 작은 주기를 갖는 SWS 구조는 Fresnel 반사율을 감소시켜 빛의 손실을 줄일 수 있다. 이러한 SWS 반사 방지막을 제작하기 위해서는 에칭 마스크가 필요하다. 에칭 마스크 제작을 위해서 사용되는 장비로는 홀로그램, 전자빔, 나노임프린트와 같은 리소그라피 방법이 있으나, 이들은 제작 비용이 고가이며 복잡한 기술을 필요로 한다. 따라서 본 실험에서는 리소그라피 방법보다 간단하고 저렴한 self-assembled Au 나노 입자 에칭 마스크를 이용한 실리콘 SWS 반사 방지막을 제작하여 구조적 및 광학적 특성을 연구하였다. Au박막은 열증발증착(thermal evaporator)법에 의해 실리콘 기판 위에 증착되었고, 급속 열처리(rapid thermal annealing, RTA)를 통해 Au 나노입자 에칭 마스크를 형성시켰다. 실리콘 SWS 반사방지막은 식각 가스 $SiCl_4$를 기반의 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 장비를 사용하여 제작되었다. Au 나노 입자의 마스크 패턴 및 에칭된 실리콘 SWS 프로파일은 scanning electron microscope를 사용하여 관찰하였으며, UV-Vis-NIR spectrophotometer를 사용하여 300-1100 nm 파장 영역에 따른 반사율을 측정하였다. ICP 에칭 조건을 변화시켜 가장 낮은 반사율을 갖는 최적화된 실리콘 SWS 반사방지막을 도출하였다. 최적화된 구조에 대해서, 실리콘 SWS 반사방지막은 벌크 실리콘 (>35%)보다 더 낮은 5% 이하의 반사율을 나타냈다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.11a
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• pp.20-21
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• 2001

실리콘 나노결정 박막은 Nd:YAG 레이저를 사용한 펄스레이저 증착법으로 p형 (100) 실리콘 기판위에 형성되였다. 증착 후, 다양한 분위기 가스와 $400^{\circ}C$에서 $800^{\circ}C$까지 범위의 여러 온도에서 후열 처리가 수행되었다. 후열 처리가 끝난 시료 중 일부는 혼합가스(95 % $N_2$ + 5 % $H_2$)에서 한시간 동안 수소 passivation을 수행하였다. 실온에서 강한 청자색 photoluminescence (PL)을 관찰할 수 있었다. 이 논문에서 우리는 다양한 후열처리 조건과 수소 passivation 효과에 따른 PL 특성 변화를 제시하고, 이 결과를 통해 실리콘 나노결정 박막의 발광 메카니즘을 간접적으로 유추하였다.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.30 no.4
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• pp.586-591
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• 2013

This paper describes the characteristics of thermo-field emission in a freestanding silicon nanomembrane under ion bombardment with various thermal and field conditions. The thermal effect and field effect in thermo-field emission in silicon nanomembrane are investigated by varying kinetic energy of ions and electric field applied to the silicon nanomembrane surface, respectively. We found that thermo-field emission increases linearly as the electric field increases, when the electric field intensity is lower than the threshold. The thermo-field emission (schottky effect) increases proportionally to the power of temperature, which agree well with the predictions of a thermo-field emission model.