• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.162-162
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• 2010

InAs 는 광전자 및 광통신 소자에 널리 이용되는 $In_xGa_{1-x}As_yP_{1-y}$ 화합물의 endpoint 로서, Heterojunction Field-Effect Transistors (HEMTs), Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) 등에 중요하게 이용되고, 다양한 소자의 기판으로도 폭넓게 사용되는 물질이다. InAs 의 반도체 소자로의 응용을 위해서는 정확한 광 특성과 밴드갭 값들이 필수적이며, 분광타원편광분석법(ellipsometry) 을 이용한 상온 InAs 유전율 함수는 이미 정확히 알려져 있다. 그러나 상온에서는 $E_2$ 전이점 영역에서 여러 개의 밴드갭들이 중첩되어 있어, 밴드구조계산 등에 필수적인 InAs의 전이점을 정확히 정의하기 어렵다. 또한, 현재의 산업계에서 중요하게 여겨지는 실시간 모니터링을 위해서는 증착온도에서의 유전율 함수 데이터베이스가 필수적이다. 이와 같은 필요성에 의해, 22 K - 700 K 의 온도범위에서 InAs 의 유전율 함수와 밴드갭 에너지에 대한 연구를 수행하였다. InAs bulk 기판을 methanol, acetone, DI water 등으로 세척 한 뒤, 저온 cryostat 에 부착하였다. 분광타원분석법은 표면의 오염에 매우 민감하기 때문에, 저온에서의 응결 방지를 위해 고 진공도를 유지하며, 액체 헬륨으로 냉각하였다. 0.7 - 6.5 eV 에너지 영역에서 측정이 가능한 분광타원편광분석기로 측정한 결과, 온도가 증가함에 따라 열팽창과 phonon-electron 상호작용효과의 증가에 의해, 밴드갭 에너지 값의 적색 천이와 밴드갭들의 중첩을 관찰 할 수 있었다. 정확한 밴드갭 에너지 값의 분석을 위하여 2계 미분을 통한 표준 밴드갭 해석법을 적용하였으며, 22 K 의 저온에서는 $E_2$ 전이점 영역에서 중첩된 여러 개의 밴드갭들을 분리 할 수 있었다. 또한 고온에서의 연구를 통해, 실시간 분석을 위한 InAs 유전함수의 데이터베이스를 확립하였다. 본 연구의 결과는 InAs 를 기반으로 한 광전자 소자의 개발 및 적용분야와 밴드갭 엔지니어링 분야에 많은 도움이 될 것으로 예상한다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제4회(2015년)
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• pp.330-337
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• 2015

본 연구는 제 1원리 계산을 기반으로 여러 BN-그래핀 하이브리드 구조들의 결합 에너지와 밴드갭을 계산하여 그 경향성을 분석했다. 그 결과 하이브리드 구조의 에너지 안정성은 BN영역과 C영역의 결합 개수에 반비례한다는 것을 확인하였으며 결합에너지와 밴드갭이 유사한 서로 다른 두 구조에 대해서는 BN의 비율이 더 높은 구조가 더 안정한 구조라는 것을 보였다. 태양전지에 사용되기 가장 적합한 구조는 육각형의 BN 테두리를 기반으로 한 구조인 것으로 나타났다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제4회(2015년)
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• pp.388-391
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• 2015

본 연구에서는 탄소로 이루어진 그래핀과 붕소와 질소의 합성물인 h-BN을 적절하게 섞어, 밴드갭(band gap)의 변화를 범밀도함수이론(DFT)을 통하여 설계하려고 한다. 본 연구에서 태양전지의 가장 높은 효율을 가지기 위한 밴드갭 1.2eV 가지는 모델을 설계하려고 한다. Armchair 방향으로 B와 N을 도핑을 하여 width에 따른 Nanorribbons 형태를 만들어 밴드갭(band gap)의 변화를 살펴 볼 것이다. 그래핀과 h-BN을 각각 고정시키며 다른 한쪽의 width를 늘리면서 밴드갭(band gap)의 변화도 살펴 볼 것이다. 그래핀와 h-BN의 비가 5:3일 때 1.14eV로 가장 1.2eV에 비슷하게 나왔고 3:5일 때 1.12eV로 그 다음으로 가장 가까운 결과를 얻을 수 있엇다. 또한 비슷한 밴드갭을 가지더라도 그러한 원자 구조가 얼마나 안정적인지를 알기 위해 cohesive 에너지를 계산 할 것이다. 이러한 결과로 인해 태양에너지 연구에 큰 이바지를 할 수 있다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.783-790
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• 2017

본 연구에서는 무질서 효과가 고려된, 새로이 가정한 가상 결정 근사법을 갖는 empirical pseudopotential method를 사용하여 온도와 조성비 변화에 따른 3원계 질화물계 화합물 반도체 GaP1-xNx의 휨 매개변수 및 에너지 밴드갭을 계산하였다. 300K의 조성비 구간($0{\leq}x{\leq}0.05$)에서 에너지 밴드갭들이 급격히 감소하며, 해당하는 계산된 휨 매개변수가 13.1eV임을 알 수 있었다. 에너지 밴드갭 계산 결과로부터 굴절률 n과 실수부 유전상수 함수 ${\varepsilon}$를 계산하였고, 에너지 밴드갭 계산 결과는 실험치를 대체로 잘 설명하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.1213-1222
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• 2018

본 연구에서는 무질서 효과가 고려된, 새로이 가정한 가상 결정 근사법을 갖는 empirical pseudopotential method를 사용하여 온도와 조성비 변화에 따른 3원계 질화물계 화합물 반도체 $GaAs_{1-X}N_X$의 휨 매개변수 및 에너지 밴드갭을 계산하였다. 300K의 조성비 구간($0{\leq}x{\leq}0.05$)에서 에너지 밴드갭들이 급격히 감소하며, 해당하는 계산된 휨 매개변수가 15eV임을 알 수 있었다. 에너지 밴드갭 계산 결과로부터 굴절률 n과 고주파 유전상수 ${\varepsilon}$ 등의 광학상수를 계산하였고, 에너지 밴드갭 계산 결과는 실험치를 대체로 잘 설명하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제14권5호
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• pp.877-886
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• 2019

본 연구에서는 band anticrossing 모델을 사용하여 온도와 조성비 변화에 따른 4원계 질화물계 화합물 반도체 $In_yGa_{1-y}As_{1-x}N_x$의 에너지 밴드갭과 광학상수를 계산하였다. 300K의 조성비 구간($0{\leq}x{\leq}0.05$, $0{\leq}y{\leq}1.0$)에서 에너지 밴드갭들이 연속적으로 감소하며, 계산된 휨 매개변수는 0.522eV가 사용되었다. 에너지 밴드갭 계산 결과는 다른 연구 결과와 대체로 잘 일치하였다. 또한 에너지 밴드갭 결과를 새롭게 제안한 모델식에 적용하여 굴절률 n과 고주파 유전상수 ${\varepsilon}$를 계산하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.63.1-63.1
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• 2010

실리콘 박막 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 밴드갭이 다른 흡수층을 적용한 tandem형 적층 태양전지를 이용하고 있다. 일반적으로 1.7eV이상의 밴드갭이 큰 비정질 실리콘을 이용하여 단파장의 빛을 흡수하고, 상대적으로 낮은 1.1eV 정도의 밴드갭을 갖는 미세결정 실리콘 층으로 장파장을 흡수하게 된다. 이렇게 연결된 tandem형 태양전지의 효율을 극대화하기 위해서는 각 태양전지에서 발생하는 전류 밀도를 일치시키는 것이 필요하다. 이를 위해 비정질 실리콘의 두께가 증가되는 경우가 있는데 이러한 경우 비정질 실리콘의 광열화 특성(Lihgt-induced degradation)으로 안정화 효율이 감소하게 된다. 따라서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상 시켜 두께를 최소화하는 것이 매우 중요하다. Tandem형 태양전지에서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상시키기 위해 두 개의 전지사이에 광 반사층을 적용하여 태양전지를 제조하게 된다. 이러한 경우 비정질 실리콘의 전류 밀도는 증가하지만, 광 반사 층의 장파장 흡수로 인하여 하부 태양전지의 전류 밀도 감소가 더 커지게 되어 전체 발생 전류 밀도는 오히려 감소하게 된다. 본 논문에서는 비정질 실리콘의 밴드갭을 제어하여 광 흡수 파장 영역 확대로 전류 밀도를 향상시키는 연구를 진행하였다. PECVD의 RF power 조건을 제어하여 1.75eV에서 1.67eV까지 밴드갭을 변화시켰다. 이와 같은 조건의 박막을 광 흡수층으로 갖는 p-i-n 구조의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. i층의 밴드갭이 감소됨에 따라 장파장 영역의 흡수가 확대되어 전류 밀도가 증가 하였지만, Voc의 감소가 컸다. 이는 i층의 밴드갭이 좁아짐에 따라 p층과의 불연속성이 커졌기 때문이다. 이러한 악영향을 줄이기 위해 p층과 i층 사이에 buffer층을 삽입하여 태양전지를 제작하였다. 이와 같은 최적의 buffer층 삽입을 통하여 불연속성을 줄임으로써 Voc의 상승효과를 확인하였다. 본 연구의 결과로 좁은 밴드갭을 갖는 광 흡수 층을 적용하여 전류 밀도를 향상시키고, 최적화된 buffer층 삽입으로 Voc를 향상시킴으로써 고효율의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 이를 tandem형 태양전지에 적용할 경우 초기 효율뿐만 아니라 얇은 두께에서 제조할 수 있기 때문에 광열화 특성이 향상되어 안정화 효율의 증가를 가져올 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.565-565
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• 2012

그래핀(Graphene) 기반의 전계효과 트랜지스터(Field effect transistor) 응용에 있어, 가장 핵심적인 도전과제중 하나는 에너지 밴드갭(Energy bandgap)을 갖는 그래핀 채널의 제작이다. 그래핀은 에너지 밴드갭이 존재하지 않는 반금속(semi metal)의 특성을 지니고 있어, 그 본래의 물리적 특성을 지니고서는 소자구현에 어려움이 있다. 그러나 폭이 수~수십 나노미터인 그래핀 나노리본(Graphene nanoribbon)의 경우 양자구속효과(Quantum confinement effect)에 의하여 에너지 밴드갭이 형성되며, 갭의 크기는 리본의 폭에 반비례한다는 연구결과가 보고된 바 있다. 이러한 이유에서, 효과적이며 실현가능한 그래핀 나노리본의 제작은 필수적이다. 본 연구에서는 은 나노 와이어(Ag nanowire)를 기반으로 한 그래핀 나노리본의 합성을 연구하였다. 은 나노와이어를 열화학 기상증착법(Thermal chemical vapor deposition)을 이용, 아세틸렌(Acetylene, C2H2) 가스를 탄소공급원으로 하여 그래핀을 나노와이어 표면에 합성하였다. 합성과정에서 구조에 영향을 미치는 요인인 합성온도와 가스의 비율, 압력 등을 조절하여 최적화된 합성조건을 확립하였다. 합성된 나노리본의 특성을 라만분광법(Raman spectroscopy)과 주사전자 현미경(Scanning electron microscopy), 투과전자현미경(Transmission electron microscopy), 원자힘 현미경(Atomic force microscopy)를 통하여 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.386-386
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• 2009

TCO/p/i/n 구조의 비정질 실리콘 박막 태양전지의 제작에 있어서 TCO계면과 p층사이의 이종접합에서의 큰 밴드갭 차이는 p층으로부터의 정공 재결합을 통하여 효율 저하의 원인이 된다. 이러한 재결합은 넓은 밴드갭을 가진 물질을 완충층으로 삽입함으로써 개선되어 질 수 있다. 본 논문에서는 비정질 실리콘 보다 넓은 광학적 밴드갭을 가지는 a-SiOx 박막을 완충층으로 사용하여 TCO/P 계면에서의 재결합 감소에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. a-SiOX 박막 내에 포함된 산소의 양에 따라 밴드갭을 조절하여 1.8eV~2.0eV 사이의 완충층을 삽입하여 박막태양전지의 개방전압, 단락전류, 효율 등에 끼치는 영향을 ASA 시뮬레이션을 통하여 알아보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.86.1-86.1
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• 2010

Cu2ZnSnSe4는 CIS 태양전지의 In 대체 물질계로 주목을 받고 있는 저가형 태양전지 재료로 장차 차세대 태양전지 재료로 응용이 기대되고 있다. 그러나 에너지 밴드갭이 0.9~1.1eV로 다소 낮아 태양전지 광흡수층 재료로 사용하기 위해서는 wide band gab화 처리가 필요하다. 본 연구에서는 CZTSe에 S를 첨가하여 에너지 밴드갭을 확장하고자 하며, S의 첨가가 CZTSe 박막의 특성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 실험의 편의성을 도모하고자 펄스레이저 법을 사용하여 증착하였다. 박막 조성 제어에는 Cu, Zn, Sn, Se, S 분말을 볼밀로 분쇄, 혼합하여 균질 혼합상 프리커서를 제조하고 이를 Cold Isostatic Press(CIP) 성형하여 Source target을 사용하였다. Pulsed YAG-Laser를 사용하여 soda lime glass상에 증착하고 조성, 구조, 조직을 관찰하고 에너지 밴드갭, 광흡수계수, 면저항, 전하밀도 등 특성을 조사하였다.