• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.439-439
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• 2012

ZnO 나노로드는 큰 밴드갭 에너지(~3.37 eV)와 60 meV의 높은 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy)를 갖고 있으며, 우수한 전기적, 광학적 특성을 지닌 1차원 나노구조의 금속산화물로서 태양전지 및 광전소자 널리 응용되고 있다. 이러한 ZnO 나노로드를 성장하는 방법 중에 전기화학증착법(electrochemical deposition method)은 전도성 물질위에 증착된 시드층(seed layer)을 성장용액에 담그어 전압을 인가하여 만들기 때문에 기존의 수열합성법(hydrothermal method), 졸-겔 법(sol-gel method)보다 비교적 간단한 공정과정으로 저온에서 빠르게 물질을 성장시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 디스플레이 산업에서 ITO (indium tin oxide)는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)로써 가시광 파장영역에서 높은 투과율과 전도성을 가지며, 액정디스플레이, LED (Light emitting diode), 태양전지 등의 다양한 소자에 투명전극 재료로 쓰이고 있다. 또한 최근 ITO를 유연한 PET (polyethylene terephthalate) 기판 위에 증착은 얇고, 가볍고, 휘어지기 쉬워 휴대하기 편하기 때문에 차세대 광전자소자 응용에 가능성이 크다. 본 연구에서는 ZnO 나노로드를 ITO/PET 기판위에 전기화학증착법으로 성장하여, 구조적 및 광학적 특성을 분석하였다. 시드층을 형성하기 위해 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 ~20 nm 두께의 ZnO 박막을 증착시킨 후, zinc nitrate와 hexamethylenetetramine이 포함된 수용액에 시료를 담그어 전압을 인가하였다. 용액의 농도와 인가전압을 조절하여 여러 가지 성장조건에 대한 ZnO 나노로드의 구조적, 광학적 특성을 비교하였다. 성장된 시료의 형태와 결정성을 조사하기 위해, field-emission scanning electron microscope (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD)을 사용하였으며, UV-vis-NIS spectrophotometer, photoluminescence (PL) 측정장비를 사용하여 광학적 특성을 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.97-97
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• 2011

산화아연 (ZnO)은 넓은 에너지 밴드갭 (~3.37 eV), 큰 엑시톤 결합 에너지 (~60 meV) 그리고 높은 전자 이동도 (bulk~300 $cm^2Vs^{-1}$, single nanowire~1000 $cm^2Vs^{-1}$)를 갖고 있어, 광전자 소자 및 반도체소자 응용에 매우 널리 사용되고 있다. 특히, 산화아연 나노로드(ZnO nanorod)는 1차원 나노구조로써 더욱 향상된 전자 이동도와 캐리어의 direct path way를 제공하여 차세대 광전자소자 및 태양광 소자의 응용에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. 한편, 이러한 산화아연 나노로드를 성장시키기 위하여 VLS (vapor-liquid-solid), 졸-겔 공정(sol-gel process), 수열합성(hydrothermal synthesis), 전기증착(electrodeposition)등 다양한 방법이 보고되었지만, 이러한 산화아연 나노로드의 성장방법은 실제적인 소자응용을 위한 패터닝 형성에 대하여 제약을 받는 문제점이 있다. 이들 중에서 수열합성법과 전극증착법은 ZnO 또는 AZO (Al doped ZnO) seed 층 표면과 성장용액의 화학반응에 의해서 선택적으로 산화아연 나노로드를 성장시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는, 광전자소자의 응용을 위한 간단한 패터닝 공정을 위해, 산화인듐주석(ITO) 박막이 증착된 유리기판(glass substrate)위에 수열합성법과 전극증착법을 이용하여 산화아연 나노로드를 선택적으로 성장시켰다. 실험을 위해, ITO glass 위에 RF magnetron 스퍼터를 사용하여 AZO seed 층을 metal shadow mask를 이용하여 패터닝을 형성한 후, 질산아연과 헥사메틸렌테트라아민으로 혼합된 용액에 $85^{\circ}C$ 온도를 유지하여, 패터닝이 형성된 샘플에 전압을 인가하여 성장시켰다. 나노구조 분석을 위해, 전계주사현미경을 이용하여 수열합성법과 전기증착법에 의한 패터닝된 산화아연 나노로드를 비교하여 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.400-400
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• 2012

산화물 반도체는 넓은 에너지갭을 가지고 높은 이동성과 높은 투명성을 가지기 때문에 초고 속 박막 트랜지스터(Thin film transistor; TFT)에 많이 응용되고 있다. 그러나 ZnO 및 $In_2O_3$ 산화물 반도체를 박막트랜지스터에 사용할 경우 소자가 불안정하여 전기적 성질이 저하되고 문턱전압의 이동이 일어난다. TFT에 사용되는 산화물 반도체로는 GaInZnO, ZrInZnO, HfInZnO 및 GaSnZnO의 전기적 특성에 관한 연구가 많이 되었다. 그러나 titanium-indium-zinc-oxide (TIZO) TFT에 대한 연구는 비교적 적게 수행 되었다. 본 연구에서는 TFTs의 안정성을 향상하기 위하여 TFT의 채널로 사용되는 TiInZnO를 형성하는데 간단한 제조 공정과 낮은 비용의 용액 증착방법을 사용하였다. 졸-겔 전해액은 Titanium (IV) isopropoxide $[Ti(OCH(CH_3)_2)_4]$, 0.1 M Zinc acetate dihydrate $[Zn(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O]$ 그리고 indium nitrate hydrate $[In(NO_3)_3{\cdot}xH_2O]$을 2-methoxyethanol의 용액에 합성하였다. $70^{\circ}C$에서 한 시간 동안 혼합 하였다. Ti의 몰 비율은 10%, 20% 및 40% 로 각각 달리하여 제작하였다. $SiO_2$층 위에 2,500 rpm 속도로 25초 동안 스핀 코팅하여 TFT를 제작하였다. TIZO 박막에 대한 X-선 광전자 스펙트럼 관측 결과는 Ti 몰 비율이 증가함에 따라 Ti 2p1/2피크의 세기가 증가함을 보여주었다. TiZO 박막에 Ti 원자를 첨가하면 $O^{2-}$ 이온이 감소하기 때문에 전하의 농도가 변화하였다. 전하 농도의 변화는 TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 문턱전압을 양 방향으로 이동 하였으며 off-전류를 감소하였다. TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 드레인 전류-게이트 전압 특성은 on/off비율이 $0.21{\times}107$ 만큼 크며 이것은 TFT 소자로서 우수한 성능을 보여주고 있다.

• 한국결정학회지
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• 제1권1호
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• pp.19-28
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• 1990

단결정 6H-SiC는 에너지갭이 3.0eV인 반도체로서 청색발광소자 및 고온반도체소자로 응용이 기대되는 재료이다. 본 연구에서는 청색발광소자 제작을 위해 6H-SiC 단결정을 승화법으로 성장시켰다. 승화법으로 성장시 성장도가니내의 온도구배를 44℃/cm, 성장온도는 1800-1990℃ 압력은 50-1000 mTorr이었다. 사용한 종자정은 에치슨법으로 성장시킨 SiC 단결정을 사용하였다. 성장된 6H-SiC 결정은 종자징위에 epitaxial growtll를 하였음을 편광현미경과 Back reflection Xray Laue 법으로 확인하였다. 성장조건을 변화시켰을 때 생성되는 결정상의 변화를 XRD로 조사하였다. 성장 온도가 1840℃ 이상일 경우에는 6H-SiC이 성장되었으며, 그 이하에서는 6H-SiC가 성장되었다. 또한 3C-SiC는 저온 저파포화도 성장조건에서 성장되는 상임을 확인하였다. van der Pauw측정법에의한 전기적 특성을 조사하였는데, 전도형은 p형이고 hole 농도와 이동도는 7.6x1014cm-3와 19cm2 V-1sec-1였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제3권2호
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• pp.140-148
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• 1993

As-Se-Ge 3원계 칼코게나이드 유리의 비정질화와 결정화 및 박막화를 통하여 전기적, 광학적 특성을 평가코자 하였다. 조성의 범위는$As_{20~50}, Se_{40~70}, Ge_{10~40}$ at%였으며, Se을 40 at%로 고정시 As가 30 at%이상일 때 급격한 전기전도도의 증가를 가져왔으며,$As_{20}Se_{50}Ge_{30}$을 결정화시킨 경우, $476^{\circ}C$에서 3시간 결정을 성장시켰을 때의 전기전도도가 가장 양호하였으며, 주결정상으로 $GeSe_2와 As_2Se_3$의 흔정을 관찰할 수 있었다. 박막에서는1.8~2.4eV의 광에너지 영역에서 $2{times}10^3~7{times}10^4$의 광흡수계수를 나타냈고, 1.85eV의 광학적 에너지 갭을 나타냈다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.1555-1562
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• 2015

금속 산화물 반도체는 독특한 전기 광학적 특성, 높은 표면적 등으로 인해 태양전지, 센서, 광소자 및 디스플레이 등 여러 분야에 걸쳐 응용되고 있다. 금속 산화물 가운데 우수한 물리 화학적 특성을 가지는 산화아연은 3.37 eV의 넓은 밴드갭 에너지와 60 meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 갖는 n-형 반도체로서 산화아연에 양이온을 도핑하여 전기 광학적 특성을 보완하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 알루미늄이 도핑 된 산화아연을 마이크로파 수열합성법으로 합성하였다. 전구체의 종류와 몰 비 등의 반응 변수를 조절하여 최적의 결정형상과 광학적 특성을 갖는 산화아연을 합성하였으며, 알루미늄을 도핑하여 광학적 특성 변화를 시도하였다. 합성된 입자는 SEM, XRD, PL, UV-Vis 분광기 및 EDS 등의 기기분석을 통해 광학적, 물리 화학적 특성을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.150-150
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• 2007

ZnO는 3.37eV의 넓은 에너지 밴드갭을 가지고 있으며, 60meV의 큰 엑시톤(exciton) 결합에너지의 특성을 가지고 있어 UV 영역의 소스로서 가장 활용도가 클 것으로 예상된다. 특히 ZnO 박막은 청색과 자외선 발광소자 및 광전자 소자, 화학적 센서로 활용이 가능하다. 최근 ZnO 박막을 이용한 LED 및 LD 소자 제작에 대한 연구가 국내외적으로 매우 활발하게 이루어지고 있다. 이런 소자를 제작할 때 가장 우선시 되는 것이 ZnO 박막의 전기적은 특성(캐리어 밀도, 전도도, 이동도, 비저항)이다. ZnO 박막을 성장하는 방법으로는 sputtering, PLD, MOCVD, sol-gel 법 등 여러방법이 있지만, MOCVD 법은 소스인 DEZn 와 산소의 유량이 조절이 가능하여 박막의 특성 다양하게 변화시킬 수 있는 장정이 있다. 본 연구에서는 MOCVD 법을 이용하여 사파이어 기판위에 ZnO 박막을 성장 시켰다. 성장 시 VI족 소스인 산소가스와 II족 소스인 DEZn 양을 조절함으로써 이때 변화되는 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성에 대해 연구하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.373-373
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• 2010

광촉매능을 갖는 $TiO_2$는 국내외적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 빛의 조사로 발생하는 다양한 물리 화학적 촉매특성이 환경정화 뿐만 아니라 및 에너지 흡수차단 기능도 갖고 있어 최근 주목을 받고 있다. 응용분야로 초친수성 유리제품, 필터, 살균기능의 의료용 부품소재, 고효율 수소생산 및 태양전지 등에 활용성이 커서 친환경에너지 소재로 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 초친수성 자동차의 사이드미러 개발을 위해 유리표면에 초친수성 $TiO_2$를 코팅하 고 그의 특성을 평가하였다. 특히, 이종밴드갭을 갖는 복합구조 $TiO_2/Cr_2O_3$/Cr 박막을 스퍼터링법으로 증착하여 중간층인 $Cr_2O_3$의 역할을 고찰하였다. 제조된 박막의 결정구조는 thin film형 X-선회절기(XRD)를 사용하여 분석하였으며, 박막의 표면 미세구조는 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)와 AFM(Atomic Force Microscope)으로, 화학구조는 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscope)로 분석하였다. 친수성 평가는 실온 분위기에서 접촉각 측정기(Topcon-UVR2)를 사용하여 평가 하였으며 이때 조사되는 UV는 파장이 365nm이다. $Cr_2O_3$(비정질)/Cr박막위에 제조된 $TiO_2$ 박막은 균일한 anatase-$TiO_2$가 성장했으나, Cr, $Cr_2O_3$(결정질)박막위에 제조 된 $TiO_2$ 박막은 anatase상과 rulile상이 혼합된 형태로 성장하였다. $TiO_2$/Cr, $TiO_2/Cr_2O_3$(비정질)/Cr, $TiO_2/Cr_2O_3$(결정질)/Cr박막은 UV조사 1시간 만에 $10^{\circ}$ 이하의 초친수성을 나타내었다. 이종 밴드갭을 갖는 $TiO_2/Cr_2O_3$(비정질)/Cr박막은 40시간까지 친수성을 유지하는 결과를 나타냈다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.161-162
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• 2011

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. GaN 물질은 높은 전자 이동도와 높은 포화 속도 등 광전자 소자에 유리한 광, 전기적 특성들을 가지고 있다. 또한, In의 함량을 변화시켜가며, 0.7eV에서 3.4eV까지 밴드갭을 조절함으로써, 자외선부터 적외선까지 태양빛 스펙트럼의 대부분을 흡수할 수 있는 장점이 있다. InGaN 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 In의 함량을 늘려 밴드갭을 줄이는 것이 중요하다. 하지만 GaN 와 InN 간의 격자 부정합으로 인해 In 함량이 높은 단결정 InGaN 층을 두껍게 성장 하는 것이 어렵다. 때문에 GaN 기반 태양전지 관련 연구 그룹들이 태양전지의 효율 향상을 위해 활성층에 양자우물(MQWs) 구조, Supper Lattice (SLs) 구조와 같이 얇은 InGaN/GaN 층을 주기적으로 반복하여 적층함으로써 높은 조성의 In을 함유한 상질의 InGaN/GaN 층을 성장하는 연구들을 진행해 왔다. 본 연구에서는, p-i-n 구조와 MQW 구조를 갖는 InGaN 기반 태양전지를 제작하여, 각각의 특성을 분석해 봄으로써, In0.1Ga0.9N 태양전지 활성층의 구조에 따른 장/단점에 대해 논의하였다. 먼저 MOCVD를 이용하여 200 nm의 i-In0.1Ga0.9N 활성층을 갖는 p-i-n 구조와 In0.19Ga0.81N/GaN(3 nm/8 nm) MQWs (8 periods) 구조를 갖는 태양전지 에피를 각각 성장하였고, 그 후 공정을 통해 그림 1과 같이 InGaN 태양전지 소자를 제작하였다. 그 후, 각 태양전지의 전류/전압 곡선과 외부양자효율을 측정하여 그림 2와 같은 결과를 얻었다. p-i-n과 MQW 샘플의 외부양자효율은 각각 ~70%, ~25%로 측정 되었다. MQW 샘플의 외부 양자효율이 높지 않음에도 불구하고 p-i-n 구조에 비해 높은 In 함량을 가지고 있으므로, 더 넓은 파장의 빛을 흡수하여, 높은 단락전류(0.778 mA/cm2)를 보이고 있다. 또한 p-i-n 구조에 비해 높은 개방전압(2.3V)를 가지고 있으므로, MQW 샘플이 약 17% 정도 높은 변환효율(1.4%)를 보이고 있다. 이후 추가적으로 p-i-n 과 MQW 구조의 InGaN 태양전지에 나타나는 Voc와 Jsc의 차이를 Polarization 효과를 비롯한 다양한 측면에서 분석해 보고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.361-361
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• 2013

비냉각 적외선 검출소자는 빛이 전혀 없는 환경에서도 사물을 감지하는 열상장비의 핵심소자이다. 마이크로볼로미터 적외선 검출기는 상온에서 동작하며, 온도안정화를 위해 TEC를 장착하여 진공패키지로 조립된다. 패키지는 진공을 유지할 수 있도록 일반적으로 메탈로 제작되며, 단가 감소 및 생산성 증대를 위해 wafer level packaging 방법을 이용한다. 마이크로볼로미터의 특성은 패키지의 진공 변화에 매우 민감하다. 센서의 감도를 증가시키기 위해서는 진공환경을 유지해야 한다. 볼로미터 소자의 특성은 상압에서 열전도는 기판과 멤브레인 사이의 에어갭을 통해 열손실을 야기하므로 센서의 반응도가 현저히 줄어든다. 에어갭이 1 um 정도 되더라도 그 사이에 존재하는 열전도가 가능하므로 진공을 유지하여 열고립 상태를 증대시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 소자의 동작시 압력, 즉 진공도가 볼로미터 소자의 반응도 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 마이크로볼로미터 소자는 $2{\times}8$ 어레이 형태로 제작하였으며, metal pad를 각 단위셀에 배치하였으며, 공통전극으로 한 개의 metal pad를 넣어 설계하였다. 흡수체로써 VOx를 사용하였으며, 열 고립구조를 위해 2.5 um 공명 흡수층의 floating 구조로 멤브레인을 형성하였다. 진공패키지는 메탈패키지를 제작하여 볼로미터 칩을 TEC 위에 장착하였으며, 신호의 감지를 위해 가변저항을 매칭시켰다. 반응도는 신호 대 잡음 값을 획득하여 소자에 도달하는 적외선 에너지에 대해 반응하는 값을 계산에 의해 얻어내는 것이다. 픽셀 크기는 $50{\times}50$ um이며, 패키지 조립 공정 후 온도변화에 따른 저항 측정을 통해 TCR 값을 얻었다. 이때 TCR은 약 -2.5%/K으로 나타났다. $2{\times}8$의 4개 단위소자에 대해 측정한 값은 균일하게 TCR 값이 나타났다. 광반응 특성은 볼로미터 단위소자에 대해서 먼저 고진공(5e-6 torr) 하에서 측정하였으며, 반응도는 25,000 V/W의 값을 나타내었고, 탐지도는 약 2e+8 $cmHz_{1/2}$/W로 나타났다. 패키지의 압력 조절을 위해 TMP 및 로터리 펌프를 이용하여 100 torr에서 1e-4 torr의 범위에서 압력조절 밸브를 이용하여 질소가스의 압력으로 진공도를 변화시켰다. 적외선 반응신호는 압력이 증가함에 따라 감소하였으며, 2e-1 torr의 압력에서 신호의 크기가 감소하기 시작하여 5 torr에서 반응도의 1/2 값을 나타냄을 알 수 있었다. 30 torr 이상에서는 신호가 잡음값 과거의 동일하여 신호대 잡음비가 1로 나타남을 알 수 있었다. 또한 진공도 변화에 대해, 흑체온도에 따른 반응도 및 탐지도의 특성을 조사한 결과를 발표한다. 반응도의 증가를 위해 진공도는 진공도는 1e-2 torr 이하의 압력을 유지해야 함을 본 실험을 통해 알 수 있었다.