• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.230-230
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• 2010

질화갈륨 기반의 III족-질화물 계열의 반도체 물질은 녹색-자외선 영역의 발광다이오드에 응용되어 왔으며 고효율, 고휘도 발광소자의 구현 및 성능 향상을 위해 많은 연구가 진행되었다. 일반적으로 널리 사용되어온 c축 방향으로 성장된 질화갈륨 기반 발광다이오드에서는 활성층의 에너지 밴드구조가 내부전기장에 의해 변형되어 전자와 정공의 재결합 확률이 저하된다. c축 방향으로 형성되는 내부전기장은 축방향으로의 자발적 분극화와 높은 압전 분극 현상에 기인한다. 이와 같은 분극 성장에서의 내부양자효율 저하 현상을 해결하기 위하여 내부 전기장이 존재하지 않는 a축과 m축과 같은 무분극 방향으로의 성장이 집중적으로 연구되고 있다. 현재 사파이어 기판위에서 무분극 성장된 박막은 높은 밀도의 결함이 발생하여 고품위의 발광다이오드 동작에 어려움을 겪고 있다. 최근 결함 밀도를 낮추고 높은 결정성을 갖는 무분극 질화갈륨 박막을 성장하기 위하여 2-단계 성장 방법, 나노구조층 삽입, 산화규소 마스크 패턴 등 다양한 성장 방법들이 연구되어 주목할 만한 연구 결과들이 보고되고 있다. 다양한 성장 방법들에 의해 성장된 박막들은 고유한 특성들을 보이는데, 특히 박막 성장방법에 따라 박막 내부에 형성되는 깊은 준위의 특성들은 발광다이오드의 소자 특성에도 큰 영향을 미치게 되므로 무분극 박막에서의 깊은 준위에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 금속-유기 화학기상증착 방법으로 r면의 사파이어기판 위에 a면의 질화갈륨을 성장시켰다. 고품질의 결정성을 구현하기 위해 저온 핵형성층, 3차원 성장층, 2차원 중간온도 성장층, 2차원 성장층의 4개 버퍼층을 사용하였으며, 질화규소 나노구조층을 삽입함으로써 고품 위의 a면 질화갈륨 박막을 구현하였다. 성장된 a면 질화갈륨 박막에 형성된 깊은 준위들은 접합용량과도분광법을 이용하여 분석되었으며 질화규소 삽입층의 유무에 따른 깊은 준위의 특성 차이에 대한 연구를 수행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.448-448
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• 2013

최근 생물학적 분석 기구에서 시료를 처리, 분리, 검출, 샘플링 또는 분석하기 위해 사용되는 마이크로펌프(Micropump)에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 전자소자의 성능과 신뢰성의 증진을 위한 전자소자의 열 문제를 해결하기 위해 냉각장치로 마이크로 펌프가 적용되기도 한다. 그 외에도 마이크로펌프는 다양한 분야에 응용이 가능하다. 마이크로펌프는 작동 방식에 따라 압전형, 공압형, 열공압형, 연동형 등의 여러 종류로 분류되고 있다. 그중에서도 최근에는 연동형 마이크로 펌프의 개발이 각광받고 있다. 기존의 연동형 펌프들은 다중 챔버를 가지고 있으며, 각각의 챔버 내에서 Dead volume이 많이 발생할 뿐만 아니라 이상적인 연동운동과는 차이가 많이 나는 문제점을 가지고 있다. 또한 압전방식과 열공압방식은 느린 응답성으로 인해 효율적인 유체 이동이 어렵다. 본 논문에서는 이상적인 연동운동을 구현하기 위하여 기존의 연동형 펌프의 단점을 보완하고, 하나의 챔버에 다중전극 구조를 가지는 정전기력방식의 연동형 펌프를 개발하였다. 정전기력방식으로 펌프를 구동함으로써, 저전력으로 펌프구동이 가능하며, 하나의 챔버에 다중전극을 설치함으로써 이상적인 연동운동을 재현하였다. 그리고 Dead volume을 최소화 하였다. 또한, 빠른 반응속도로 인해 효율적인 유체 이동을 실현시킬 수 있었다. 본 연구에서 제안된 마이크로 펌프의 구성은 크게 챔버, 박막, Inlet/outlet hole으로 구성되었다. 챔버는 Si-wafer에 wet etching 공정으로 제작 하였고 그 위에 알루미늄 박막을 200 nm 증착시켰다. 챔버는 가로 32 mm, 세로 5 mm, 깊이는 $15{\mu}m$, 부피는 $200{\mu}l$으로 제작되었다. 박막은 폴리이미드(polyimide)를 사용하여 $3{\mu}m$의 두께로 제작 되었으며, 폴리이미드 박막 사이에는 200 nm 두께의 4개의 알루미늄 박막 전극을 삽입시켰다. 삽입된 4개의 전극에 개별적인 전기신호를 보냄으로써 연동운동이 가능하다. Inlet/outlet hole은 직경 2 mm의 크기로 제작되었으며, 튜브를 연결하여 유체가 흐를 수 있는 체널을 형성하였다. 제작된 마이크로 펌프의 구동전압은 115 V이며, 인가되는 주파수를 1 Hz~100 KHz까지 변화시켜 유량을 측정하였다. 작동 유체는 공기이며, 유량측정은 튜브 내에 물방울을 삽입하여 시간에 따른 이동거리를 관측하였다. 측정결과 2.2 KHz에서 2.4 mm/min의 가장 높은 유량을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 제안된 연동형 마이크로펌프는 이상적인 연동운동이 가능함으로써 기존의 연동형 방식의 문제점을 보완하였으며, 생명과학, 의학, 화학 등의 분야에서 적용이 가능하리라 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.231-231
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• 2013

ZnO은 hexagonal wurtzite 구조를 갖는 직접 천이형 화합물 반도체로서, 상온에서 3.37 eV 정도의 wide band gap energy를 가지고 있으며, 60 meV의 큰 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy)를 갖는다. 또한 동종 기판이 존재하고 열, 화학적으로 안정한 상태이며 습식 식각이 가능한 장점으로 인해 각광받고 있다. 또한, ZnO 박막은 우수한 전기 전도성을 나타내며 광학적 투명도가 우수하기 때문에 투명전극으로 많이 이용되어 왔고, 태양 전지(solar cell), 가스 센서, 압전소자 등 많은 분야에서 사용되고 있다. 이와 같은 ZnO박막을 안정적인 쇼트키 다이오드 특성을 얻기 위해서는 쇼트키 배리어 장벽의 형성이 필수적이다. Mg을 ZnO에 첨가하여 MgZnO 박막을 형성할 경우, 금속의 일함수와 MgZnO의 전자친화력 차이가 증가하여 더 큰 쇼트키 장벽 형성이 가능하며, 금속의 일함수가 큰 물질을 사용해야 한다. 또한, 박막의 결함이 적은 박막을 형성해야 하는 에피탁셜 박막이 필요하다. SiC는 높은 포화 전자 드리프트 속도(${\sim}2.7{\times}107$ cm/s), 높은 절연 파괴전압(~3 MV/cm)과 높은 열전도율(~5.0W/cm) 특징을 가지고 있으며, MgZnO/Al2O3의 격자 불일치는 ~19%인 반면에 MgZnO/SiC의 격자 불일치는 ~6%를 가진다. 금속의 일함수가 큰 Ag 금속은 열처리가 될 경우 AgOx가 될 경우 더욱 안정적인 쇼트키 장벽을 형성될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 쇼트키 접합을 형성하기 위해 금속의 일함수가 큰 Ag 금속을 사용하였으며, Al2O3 기판과 6H-SiC 기판위에 MgZnO(30 at.%) 박막을 증착하였다. 증착 후에 Ag를 증착 한 뒤 급속 열처리를 하였다. 열처리된 MgZnO의 경우 열처리 하지않은 소자보다 약 $10^5$ 이상의 우수한 on/off 특성을 보였다.

• 한국반도체및디스플레이장비학회:학술대회논문집
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• 한국반도체및디스플레이장비학회 2003년도 추계학술대회 발표 논문집
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• pp.105-108
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• 2003

본 논문은 파이렉스 #7740 유리박막을 이용한 MEMS용 MLCA와 Si기판의 양극접합 특성에 관한 것이다. 최적의 RF 마그네트론 스퍼터링 조건(Ar 100 %, input power $1W/\textrm{cm}^2$)하에서 MLCA 기판위에 파이렉스 #7740 유리의 특성을 갖는 박막을 증착한 후 600 V, $400^{\circ}C$에서 1시간동안 양극접합했다. 그 다음에 Si 다이어프램을 제조한 후, MLCA/Si 접합계면과 MLCA 구동을 통한 Si 다이어프램 변위특성을 분석 및 평가하였다. 다이어프램 형상에 따라 정밀한 변위 제어가 가능했으며 0.05-0.08 %FS의 우수한 선형성을 나타내었다. 또한, 측정동안 접합계면 균열이나 계면분리가 일어나지 않았다. 따라서, MLCA/Si기판 양극접합기술은 고성능 압전 MEMS 소자 제작공정에 유용하게 사용가능할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.120-120
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• 2010

최근 투명전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO) 박막은 액정 표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 압전소자 및 태양전지의 투명소자로 사용되어지고 있다. 현재 가장 널리 사용되어지고 있는 투명전극물질인 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)은 낮은 비저항과 높은 투과율을 가지고 있지만, 높은 원자재의 가격 및 수소플라즈마 처리시 In과 Sn이 환원되어 전기적, 광학적으로 불안정한 문제점들이 지적되고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 최근 적외선 및 가시광선 영역에서 높은 투과도 및 전기 전도성과 수소플라즈마에 대한 화학적 안정성을 갖는 ZnO를 기반으로 3족 원소를 첨가한 새로운 투명 전도막에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 RF-Magnetron Sputtering법을 이용하여 $Ga_2O_3$ 혼합비에 따라 제작된 ZnO(GZO) 박막들의 전기적, 광학적, 구조적인 특성들을 분석하였다. 측정결과, $Ga_2O_3$의 첨가량이 7 wt.%인 GZO 박막이 가시광선영역에서 80%이상의 높은 투과율과 $50.5\;\Omega/\Box$의 가장 낮은 면저항을 나타내었다. 이는 Ga원소가 다른 3족 원소와 격자결합을 비교할 때, 이온의 크기가 Zn원소와 비슷하여 최적화된 혼합율을 가지는 경우 격자결합을 최소화시켜 캐리어 밀도의 증가로 인해 높은 전도성을 가지며, 고온에서도 전기적 특성 및 내구성이 향상되기 때문이다. 또한 기판온도에 따른 열처리 특성으로서 기판의 온도를 $100^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$까지 변화를 주어 실험하였다. X-선 회절패턴 분석결과 기판온도가 증가함에 따라 ZnO (002) 방향이 감소하는 반면 ZnO(103) 방향이 증가하였으며, 기판온도가 $300^{\circ}C$ 일 때 $17.1\;\Omega/\Box$의로 가장 낮은 면저항이 나타났다. 이는 SEM 이미지를 분석한 결과, 실온에서 제작된 박막과 비교해 300 에서 증착된 GZO 박막이 결정립의 크기가 크고 밀도도 조밀해져 전하의 이동도가 향상되었기 때문이다.

• 센서학회지
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• 제10권3호
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• pp.173-179
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• 2001

현재 사용되어지는 반도체형 압력센서에는 압저항형과 용량형이 있다. 특히 반도체 마이크로 압력센서는 크기도 작고 신호처리회로를 동일칩 위에 집적화 할 수 있어 많은 관심을 모아왔다. 그러나 이러한 형태의 센서들은 제조공정이 복잡해서 생산성이 낮다. 기존의 센서들이 가지는 단점들을 극복하기 위해 새로운 형태의 FET형 압력센서(PSFET : pressure sensitive field effect transistor)를 제안하고 그 동작특성을 조사하였다. 압력 감지 물질은 PZT(Pb(Zr,Ti)$O_3$)를 사용하였다. RF 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 MOSFET의 게이트 절연막 위에 PZT 압전 박막을 증착하였다. PZT의 안정적 상태인 perovskite 구조를 형성하기 위하여 PbO 분위기에서 열처리하는 기법을 도입하였다. 제작된 PSFET의 감도는 0.38 mV/mmHg이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2011년도 춘계학술대회
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• pp.696-698
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• 2011

박막 벌크 음향 공진 소자 (Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR) 기술은 현 실리콘 공정 기술과 호환되며 차세대 초소형 RF소자 구현을 가능하게 하는 기술로 각광받아 오고 있다. FBAR 소자 제작 시 박막 증착에 RF 스퍼터링 (sputtering) 방식을 이용하는 경우 산소 ($O_2$) 및 아르곤 (Ar)의 혼합가스 분위기에서 증착하는 것이 통상적이다. 본 논문에서는 아산화질소 ($N_2O$) 및 아르곤 (Ar)의 혼합가스 분위기에서 RF 스퍼터링 방식으로 증착된 고품위의 산화아연 (Zinc Oxide, ZnO) 압전(piezoelectric) 박막을 적용하여 FBAR 소자를 제작하는 새로운 방법을 제시한다. 이때 소자 제작과정에 다양한 조건에서의 열처리 과정 (thermal annealing treatments)이 수반되었으며, 이러한 공정조건이 제작된 FBAR 소자의 공진특성 (resonance characteristics)에 미치는 영향을 반사손실 (return loss)의 측면에서 조사하였다. 결과적으로, 공정 조건을 최적화함으로써 ~2.9 MHz 에서 매우 우수한 공진특성을 가지는 FBAR 소자를 제작할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.166-166
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• 2007

ZnO는 육방정계(wurtzite) 결정구조를 지니며 상온에서 3.37eV의 wide band gap을 갖는다. ZnO의 엑시톤 결합 에너지는 GaN에 비해 2.5배 높은 60meV로서 고효율의 광소자 적용 가능성이 높다. 또한 고품위의 박막합성이 가능하다. 이러한 특성 때문에 display소자의 투명전극, 광전소자, 바리스터, 압전소자, 가스센서 등에 폭 넓게 응용되고 있다. ZnO박막의 제조는 스퍼터링, CVD, 진공증착법, 열분해법 등이 있다. 본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터에 의해 제작된 ZnO 박막에 CMP공정을 수행하여 연마율과 비균일도 특성 및 광투과 특성을 연구하였다. ZnO박막은 $2{\times}2Cm$의 Corning glass위에 증착되었다. 로터리 펌프와 유확산 펌프를 이용하여 초기진공을 $2{\times}10^{-6}$ Torr까지 도달시킨 후 Ar과 $O_2$를 주입하였다. 증착은 상온에서 이루어졌으며 공정압력은 $6{\times}10^{-2}$Torr이였다. 초기의 불안정한 상태의 풀라즈마를 안정시키기 위해 셔터를 이용하여 pre-sputtering을 하였다. CMP 공정조건은 플레이튼 속도, 슬러리 유속, 압력은 칵각 60rpm, 90ml/min, $300g/cm^2$으로 일정하게 유지하였으며 헤드속도는 20rpm에서 100rpm까지 증가시키면서 연마특성을 조사하였다. 실리카슬러리의 적합성을 알아보기 위해 DIW와 병행하여 CMP공정을 수행하고 비교 분석하였다. CMP공정 결과 광투과도는 굉탄화된 표면의 확보로 인해 향상된 특성을 보였다. 실리카 슬러리를 사용하여 CMP를 할 경우는 헤드속도는 저속으로 하여야 양호한 연마특성을 얻을 수 있었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권9호
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• pp.1347-1356
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• 2022

본 연구에서는 소자의 크기에 따른 코발트-저마늄 박막 기반의 galvanic cell의 특성을 조사하고, 이를 물 접촉 감지에 활용하기 위한 아두이노 기반 사물인터넷 센서 네트워크에의 적용을 제시한다. 본 연구에서 제안하는 코발트 저마늄 박막 기반 galvanic cell은 기존의 압전, 열전 에너지 하베스팅 소자와 다르게, 소자의 손상을 줄 수 있는 기계적인 변형이나 온도 구배를 필요로 하지 않는다는 점에서, 자가발전 센서 네트워크를 구축하는데 있어 더욱 적합한 에너지 하베스팅 소자로 적합하다. 본 연구는 스퍼터링 방식으로 증착된 코발트-저마늄 박막 기반의 galvanic cell을 센서로 활용함으로써 향후 자가발전 센서 네트워크의 실현 가능성에 대해 논의함으로써 향후 연구, 개발될 발전된 형태의 센서 네트워크 구축에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제11권6호
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• pp.458-464
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• 1998

This paper gives characterization of substrate and PZT(53/47) thin film deposited by metalorganic decomposition, which is concerned in deposition process and device fabrication process, to fabricate micro electro mechanical system (MEMS) device with piezoelectric material. The PZT thin films deposited by MOD at 700^{\circ}C$ for 30 minutes had a polycrystallinity, that is, no substrate dependence, while different interface were developed depending on the bottom electrodes. Such a structural variation could influence on not only the properties of the PZT film but also etching process for fabricating MEMS devices. Therefore the electrode structure is a very important factor in the deposition of the PZT film during etching process by HF acid for MEMS device with piezoelectric material. Piezoelectric coefficients of the PZT films on the different substrates were 40 and 80 pm/V at an applied voltage of 4V. Based in these results, it was possible for deposition of the PZT film by MOD to apply MEMS device fabrication process based on piezoelectricity after selection of proper bottom electrode.