• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.596-601
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• 2020

SiC는 큰 밴드 갭 에너지를 갖고, 불순물 도핑에 의해 p형 및 n형 전도의 제어가 용이해서 고온용 전자부품소재로 활용이 가능한 재료이다. 따라서 국내 부존 규조토의 고부가가치 활용을 위해 정제 규조토로부터 합성한 β-SiC 분말의 열전물성에 대해 조사하였다. 정제한 규조토 중의 SiO₂ 성분을 카본블랙으로 환원 탄화 반응시켜 β-SiC 분말을 합성하고, 잔존하는 불순물(Fe, Ca 등)을 제거하기 위해서 산처리 공정을 행하였다. 분말의 성형체를 질소 분위기 2000℃에서 1~5시간 소결시켜 n형 SiC 반도체를 제작하였다. 소결시간이 길어짐에 따라 캐리어 농도의 증가 및 입자간의 연결성 향상에 의해 도전율이 향상되었다. 합성 및 산처리한 β-SiC 분말에 내재하는 억셉터형 불순물(Al 등)로 인한 캐리어 보상효과가 도전율 향상에 저해하는 요인으로 나타났다. 소결시간이 증가함에 따라 입자 및 결정 성장과 함께 적층 결함 밀도의 감소에 의해 Seebeck 계수의 절대값이 증가하였다. 본 연구에서의 열전 변환 효율을 반영하는 power factor는 상용 고순도 β-SiC 분말로 제작한 다공질 SiC 반도체에 비해 다소 작게 나타났지만, 산처리 공정을 정밀하게 제어하면 열전물성은 보다 향상될 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.264-265
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• 2010

최근, nanorod나 nanowire와 같은 1차원의 나노구조가 나노디바이스로 각광을 받고 있다. [1] 특히 InN는 3족 질화물 반도체 중 가장 작은 밴드갭 에너지와 뛰어난 수송 특성을 가지고 있어 나노디바이스로의 응용에 적합한 물질이다. [2] 그러나 InN는 큰 평형증기압을 가지므로 쉽게 인듐과 질소로 분해되는 특성이 있어 나노구조로의 성장이 쉽지 않음이 알려져 있다. [3] 최근 연구결과에 따르면, InN 나노구조는 금속 catalyst를 사용한 방법이나, 기판 위 패턴을 이용하여 성장하는 방법, 염소를 사용한 방법이 널리 쓰이고 있다. [4,5,6] 그러나 이 방법들은 의도치 않은 불순물의 원인이 되거나 다른 추가적인 과정을 필요로 한다는 문제점도 일부 가지고 있다. 본 연구에서는 catalyst-free 유기 금속 화학 증착법 (MOCVD)를 이용하여 $Al_2O_3$ (0001)면 위에 InN nanostructure를 성장하였다. InN nanostructure 성장 시 트리메틸인듐(TMIn)과 암모니아($NH_3$) 를 전구체로 사용하였으며, 캐리어 가스로는 질소를 사용하였다. 또한 모든 샘플의 성장시간은 60분으로 고정하였으나, 성장 시 온도의 의존성을 보기 위해 $680-710^{\circ}C$ 의 온도범위에서 성장을 진행하였다. 그 결과 InN는 본 실험에서 적용된 성장온도범위 내에서 온도가 증가함에 따라 초기에는 columnar구조로 성장된 박막의 형태에서 wall이 배열된 형태로 변화하며 결국 $710^{\circ}C$ 의 온도에서 nanorod로 성장하게 된다. 성장된 InN의 나노구조는 X-선 회절 측정법, 주사 전자 현미경 그리고 투과 전자 현미경을 이용하여 각각의 구조적 특성을 분석하였다. X-선 회절 측정법과 주사 전자 현미경을 통한 분석결과에서는 이들 nanorods가 대부분 c 방향으로 수직하게 정렬되어 있음을 확인 할 수 있었다. 또한, $690^{\circ}C$ 에서 60분간 성장된 InN의 wall 구조의 두께는 200 nm, 길이는 $2-2.5\;{\mu}m$로 관찰되었으며, $710^{\circ}C$에서 60분간 성장된 InN nanorod의 지름은 150 nm, 길이는 $3\;{\mu}m$ 정도로 관찰되었다. 이를 통하여 볼 때 성장 온도가 InN의 나노구조 형성 시 표면의 모폴로지변화에 중요한 변수로 작용함을 알 수 있다. 본 발표에서는 이러한 표면 형상 및 구조 변화가 성장온도에 따른 관계성을 가짐을 InN의 분해와 성장의 경쟁적인 관계에 의해 논의할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.89-89
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• 2000

AlN 박막은 Al과 N원자의 부분적 이온결합 특성을 가진 공유결합을 한 육방정계의 wurtzite 경정구조의 화합물 반도체로서, III-V족 반도체 중 가장 큰 에너지 갭(6.2 eV), 결정 구조적 이방성, 화학 양론적 결합구조, 높은 탄성종과 전달속도(약 10$\times$106 m/s)와 높은 열전도도, 고온 안정성, 가시광성.적외선 영역에서의 좋은 투과성과 높은 굴절률, 상온 대기압에서의 유일하게 안정적인 특성을 가지고 있어, 절연재료, 내열재료, 저주파 영역 센서의 압전 트랜스듀서, 광전소자, 탄성파 소자 및 내환경 소자, MIS소자 등으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 BAW 공진기의 활용을 목적으로 반응성 마그네트론 스퍼터링 방법으로 AIN 압전박막을 제작하여, 증착 조건-질소 농도, 고주파 출력, 전체 스퍼터링 압력, 기판 온도-에 대한 박막의 특성을 조사하였다. AlN 박막의 c축 우선 방위 결정성 및 낮은 투과성, 적당한 굴절률의 특성이 BAW 공진기의 활용을 위한 요건이므로, 각각의 증착 조건하에 제작된 박막은 XRD의 $\theta$/2$\theta$ 스캔 회절상에 의한 결정성의 분석과 우선 성장 결정면의 rocking curve 및 XRD로 측정한 FWHM과 표준 편차로 결정성의 배열성과 소자 응용가능성을 조사하였다. 박막의 표면.단면 미세 구조 및 평활도는 SEM으로 관찰하였으며, Al-N 결합 상태는 XPS와 FT-IR로 분석 조사하였다. 제작된 AlN 박막의 결정성 분석 결과, c축 우선 방위 성장을 위한 스퍼터링 압력에 대한 임계 질소 농도와 임계 스퍼터링 압력이 관찰되었다. 전체 스퍼터링 압력이 6~8 mTorr의 범위에서 나타난 최소 임계질소 농도는 10%, 최대 임계 질소 농도는 60%이며, 4 m Torr 이하 10 m Torr 이상의 전체 스퍼터링 압력에서 박막의 우선 방위성장이 제재된다. 이는 AlN 박막이 형성에 관여하는 질소 이온 양의 충분한 형성에 필요로 하는 질소 가스의 유입량에 따른 것으로 판단된다. AlN 박막의 c축 결정면인 (002) 결정면의 성장을 유도하며 다른 방향으로의 성장을 제어하여 소자 활용에 유용한 박막을 제작하기 위한 고주파 출력은 300W 정도가 적당하며, 기판을 가열하지 않았을 때 낮은 투과도를 나타낸다. 본 연구에 의한 BAW 공진기 활용을 위한 AlN 압전박막의 제작을 위한 최적 증착 조건은 기판의 가열 없이 6~8 mTorr의 전체 스퍼터링 압력에 20~25%의 질소종도, 300W의 고주파 출력이다. 최적 조건에서의 AlN 박막은 약 0.19$^{\circ}$의 FWHM과 약 0.08$^{\circ}$의 표준편차를 가지며, 균일하고 조밀한 표면 미세구조와 주상정 구조의 측면구조, 파장에 대한 약 2.0의 굴절률, 낮은 투과도와 화학 양론적 구조를 가지는 우수한 박막이 형성되었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.87-87
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• 2018

다이아몬드 상 탄소(diamond-like carbon, DLC)는 상당량의 $sp^3$ 결합을 가지는 비정질 탄소(a-C) 또는 수소화 비정질 탄소(a-C:H)로 이루어진 준안정 형태의 탄소이다. DLC는 전기 저항과 굴절률이 높고 화학적으로 다른 물질과 반응하지 않으며, 마찰계수가 낮고 경도가 높아 자기 디스크, 광학 소자 등의 다양한 분야에서 적용되고 있다[1,2]. 또한 다이아몬드에 비해 상온에서 성장이 가능할 정도로 합성온도가 낮아 적용 기판의 제한이 거의 없고, 증착 방법과 조건에 따라 탄소 결합의 다양성과 비정질성이 변화하기 때문에 넓은 범위의 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 지금까지 DLC 박막의 광학적 특성, 특히 굴절률, 광학적인 에너지 밴드 갭, 자외선과 적외선 투과성에 대해서는 많은 연구가 진행되었으나 가시광선의 투과성에 대한 연구는 제한적이며[4], 가시광선 투과도 개선에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 ITO 기판 위에 DLC를 합성하고 기계적 특성과 가시광선 영역 투과도를 조사하였다. RF-PECVD(radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의해서 $C_2H_2+Ar$ 혼합 가스 비율과 $C_2H_2+N_2$ 혼합 가스 비율을 변화시켜 ITO 기판 위에 DLC 박막을 합성하였다. 공정 압력과 rf-power, 증착시간, 기판온도는 0.2 torr, 40 W, 5 분, $50^{\circ}C$로 고정하고, 공정 가스는 $C_2H_2+Ar$과 $C_2H_2+N_2$가 200 sccm이 되도록 비율을 변화하였다. $C_2H_2:Ar$과 $C_2H_2:N_2$의 비율은 180 : 20, 160 : 40, 140 : 60, 120 : 80, 100 : 100이 되도록 가스의 유량을 조절하였다. 투과도는 가시광선(380 ~ 780 nm) 범위에서 측정하였고 두께와 표면조도는 AFM으로 측정하였다. 투과도는 $C_2H_2+Ar$의 Ar 가스 비율이 증가할수록 증가해 140 : 60일 때 최댓값을 나타낸 후 다시 감소하였다. $C_2H_2+N_2$ 투과도는 $N_2$ 가스 비율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 표면 거칠기는 $C_2H_2+Ar$ 혼합 가스를 사용한 경우의 Ar의 가스 비율이 증가할수록 증가하였다. 그러나 $C_2H_2+N_2$ 혼합 가스를 사용한 경우에는 $N_2$ 가스의 혼합 비율이 증가할수록 감소하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권2호
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• pp.15-20
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• 2010

본 연구에서는 RF magnetron sputtering법으로 기판온도 $200^{\circ}C$에서 공정 압력 (5~20 mTorr)과 산소 가스비 (0~3%)를 변화시켜가며 PES 플라스틱 기판 위에 AZO (Al:3wt%) 박막을 제작하여 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정 조건에 관계없이 모든 AZO박막이 c 축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, 표면 거칠기 값은 공정압력 5 mTorr, 산소 가스비 3%에서 제작한 박막에서 가장 낮은 값 (3.49 nm) 을 나타내었다. 모든 AZO 박막이 가시광 영역에서 80% 정도의 투과율을 보였으며, 공정 압력과 산소 가스비가 감소할수록 에너지 밴드갭이 증가하는 Burstein-Moss 효과를 관찰할 수 있었다. Hall 측정 결과, 공정 압력 5 mTorr와 산소 가스비 0%에서 제작한 AZO 박막에서 가장 높은 캐리어 농도 $2.63\;{\times}\;10^{20}\;cm^{-3}$ 값과 가장 낮은 비저항 $4.35\;{\times}\;10^{-3}\;{\Omega}cm$ 값을 나타내었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.491-499
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• 2015

Silicon Carbide(SiC)는 높은 열전도도와 넓은 밴드갭 에너지로 인해 고온과 고전압 소자로 사용하는데 큰 장점을 가지고 있는 물질이다. SiC를 이용하여 전력반도체소자를 제작할 경우, 소자가 목표 전압을 충분히 견딜 수 있도록 Edge Termination 기법을 적용하여야한다. Edge Termination 기법에는 여러 가지 방안이 제안되어왔는데, SiC 소자에 가장 적합한 기법은 Junction Termination Extension (JTE)이다. 본 논문에서는 각 JTE 구조별 도핑 농도와 Passivation Oxide Charge 변화에 따른 항복전압의 변화를 살펴보았다. 결과적으로 Single Zone JTE (SZ-JTE)는 1D 시뮬레이션 값의 98.24%, Double Zone JTE (DZ-JTE)는 99.02%, Multiple-Floating-Zone JTE (MFZ-JTE)는 98.98%, Space-Modulated JTE (SM-JTE)는 99.22%의 최대 항복전압을 나타내었고, JTE 도핑 농도 변화에 따른 최대 항복전압의 민감도는 MFZ-JTE가 가장 낮은 반면 SZ-JTE가 가장 높았다. 또한 Passivation Oxide 층의 전하로 인해 소자의 항복전압의 변화를 살펴보았는데, 이에 대한 민감도 역시 MFZ-JTE가 가장 낮았으며 SZ-JTE가 가장 높았다. 결과적으로 본 논문에서는, 짧은 JTE 길이에서 높은 도핑 농도를 필요로 하는 MFZ-JTE보다 DZ-JTE와 SM-JTE가 실제 소자 설계에 있어 가장 효과적인 JTE 기법으로 분석되었다.

• 한국광학회지
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• 제16권2호
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• pp.168-173
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• 2005

고주파 마그네트론 동시 스퍼터링법을 이용하여 $TiO_2$ 박막에 Ag를 도핑한 $Ag/TiO_2$ 박막을 제작하고, 열처리 온도에 따른 박막의 물리적, 화학적 특성을 조사하였다. XRD 측정 결과로부터 금속을 도핑한 박막이 순수 $TiO_2$ 박막보다 결정크기가 더 작은 것을 확인하였으며, SEM 측정 결과로부터 $Ag/TiO_2$ 박막은 순수 $TiO_2$ 박막보다 골자의 크기가 작고 균일하다는 것을 알 수 있었다. 제작된 박막은 가시광선 영역에서 높은 투과율을 나타내었다. $600^{\circ}C$에서 열처리한 박막은 아나타제 결정상이 나타났으며, $900^{\circ}C$에서 열처리한 박막은 아나타제와 루타일상이 혼합되어 나타났다 특히, $900^{\circ}C$에서 열처리한 경우 아나타제에서 루타일로의 상전이에 따른 밴드갭 에너지의 변화에 의해 박막의 흡수단이 장파장 영역으로 이동하였다. 또한 박막 내의 흡수와 산란효과에 의해 투과율이 감소하였다. $Ag/TiO_2$ 박막의 광활성은 순수 $TiO_2$ 박막보다 우수함을 알 수 있었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.665-670
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• 2020

CIGS 박막 태양 전지의 버퍼층은 흡수층과 윈도우층 사이의 밴드정렬(band alignment)을 통해 에너지 변환 효율을 향상시킨다. ZnS는 무독성의 II-VI 반도체 화합물로서 직접천이형 광대역 밴드갭과 n형 전도성을 가지며, 높은 광투과성, 높은 굴절률 등의 우수한 전기적, 광학적 특성을 가지고 있고, 우수한 격자정합을 가지는 물질이다. 이 연구에서, RF 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 증착 후 급속 열처리에 의해 제작된 ZnS 버퍼층 박막의 구조적, 광학적 특성의 상관관계에 대해 고찰하였다. (111), (220), (311) 면의 섬아연광 입방정 구조를 확인할 수 있고, 상대적으로 저온에서 급속열처리를 수행한 시료에서는 (002) 면의 우르쯔광 육방정 구조가 함께 나타나는 다결정이 되었다. 고온에서 급속열처리 수행한 시료에서는 섬아연광 입방정 구조의 단결정으로 상전이 된다. 화학적 성분 분석을 통해서 Zn/S의 비율이 화학양론에 근접한 시료에서 섬아연광 입방정 구조의 단결정이 나타났음을 확인하였다 급속열처리 온도가 증가할수록 흡수단이 다소간 단파장 쪽으로 이동되고, 가시광 파장 범위에서 평균 광투과율이 증가하는 경향성을 보이며 500℃ 조건에서는 80.40%로 향상되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.2497-2502
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• 2014

본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 RF 파워 (50~80 W) 를 변화시켜가며 PES 플라스틱 기판 위에 GZO ($Ga_2O_3$ : 5 wt %, ZnO : 95 wt %) 박막을 제작하여, 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정 조건에 관계없이 모든 GZO 박막이 c 축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었고, 70W에서 제작한 GZO 박막이 반가폭 $0.44^{\circ}$로 가장 우수한 결정성을 나타내었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, 표면 거칠기 값은 RF 파워 70 W 에서 제작한 박막에서 가장 낮은 값인 0.20 nm 를 나타내었다. Hall 측정 결과, RF 파워 70 W에서 제작한 GZO 박막에서 가장 낮은 비저항 $6.93{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ 값과 가장 높은 캐리어 농도 $7.04{\times}10^{20}cm^{-3}$ 및 이동도 $12.70cm^2/Vs$ 값을 나타내었다. 모든 GZO 박막은 RF 파워에 무관하게 가시광 영역에서 약 80 % 정도의 투과율을 나타냈으며, 캐리어 농도의 증가에 따라 에너지 밴드갭이 청색 편이 되는 Burstein-Moss 효과도 관찰할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.29-34
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• 2019

SiC는 큰 에너지 밴드 갭을 갖고, 불순물 도핑에 의해 p형 및 n형 전도의 제어가 용이해서 고온용 전자부품 소재로 활용이 가능한 재료이다. 특히 $N_2$ 분위기, $2000^{\circ}C$에서 ${\beta}-SiC$ 분말로부터 제조한 다공질 n형 SiC 반도체의 경우, $800{\sim}1000^{\circ}C$에서의 도전율 값이 단결정 SiC와 비교해서 비슷하거나 오히려 높은 값을 나타내었으며, 반면에 열전도율은 치밀한 SiC 세라믹스와 비교시 1/10~1/30 정도로 낮은 값을 나타내었다. 본 연구에서는 소결온도를 낮추기 위해 n형 ${\beta}-SiC$에 함침 시킨 polycarbosilane (PCS)의 열분해에 의한 반응소결 공정 ($1400{\sim}1600^{\circ}C$)으로 다공질 소결체를 제작하였다. 함침 및 소결공정($N_2$ 분위기, $1600^{\circ}C$, 3시간)을 반복함에 따라 상대밀도는 크게 증가하지 않았지만 Seebeck 계수 및 도전율은 크게 증가하였다. 본 연구에서의 열전변환 효율을 반영하는 power factor는 고온에서 상압소결 공정으로 제작한 다공질 SiC 반도체에 비해 1/100~1/10 정도 작게 나타났지만, 미세구조 및 캐리어 밀도를 정밀하게 제어하면, 본 연구에서의 반응소결 공정으로 제작한 SiC 반도체의 열전물성은 크게 향상될 것으로 판단된다.