• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.30 no.4
• /
• pp.91-97
• /
• 2023

Electrochemical (EC) CO₂ reduction is a promising method to convert CO₂ into valuable hydrocarbon fuels and chemicals ecofriendly. Here, we report on a facile method to synthesize surface-controlled SnO₂/Cu(OH)₂ nanowires (NWs) and its EC reduction of CO₂ to HCOOH and CO. The SnO₂/Cu(OH)₂ NWs (-16 mA/cm²) showed superior electrochemical performance compared to Cu(OH)2 NWs (-6 mA/cm²) at -1.0 V (vs. RHE). SnO₂/Cu(OH)₂ NWs showed the maximum Faradaic efficiency for conversion to HCOOH (58.01 %) and CO (29.72 %). The optimized catalyst exhibits a high C1 Faradaic efficiency stable electrolysis for 2 h in a KHCO₃ electrolyte. This study facilitates the potential for the EC reduction of CO₂ to chemical fuels.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.23.1-23.1
• /
• 2011

최근 화석연료를 대체하기 위한 지속가능한 신에너지에 대한 요구가 증대됨에 따라 태양광 발전에 대한 연구도 폭발적으로 늘어가고 있는 추세이다. 태양광이 화석연료 대체에너지로 실효성을 가지기 위해서는 태양광 발전 시스템의 발전효율을 높이고 생산 비용을 저감하는 문제가 선결되어야 한다. 기존 실리콘 태양전지 시스템 설비 비용의 60% 이상을 차지하는 모듈의 제조과정에서 소재 손실을 최소화함으로써 저가격화를 실현하고자 박막형 태양전기 기술이 태동되었다. 현재 박막 태양전지와 관련하여 활발한 기술 개발이 진행되고 있으며 상당한 시장 점유율을 보이고 있는 실정이다. 박막 태양전지 분야에서 CIGS와 같은 화합물 반도체 박막 태양전지 시장이 확대되고 있는 실정을 고려한다면 실리콘 박막 태양전지의 경우 고효율화 저가격화 달성은 더욱 절실한 문제이다. 실리콘 박막의 경우 독성이 없으며 고갈 우려가 없는 소재이면서 기존의 직접회로 산업의 인프라 구조를 활용할 수 있어 많은 기대와 관심을 끌고 있는 박막 태양전지 후보이다. 박막 태양전지 제조에 있어서 핵심기술은 도핑된 실리콘층과 광흡수를 위한 진성 실리콘층을 합성하는 공정 기술이다. 현재 박막 태양전지 산업에서 실리콘 박막 소재의 합성은 주로 PECVD법에 의해 이루어지고 있다. 그러나 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막 합성 연구 또한 20년 이상의 오랜 기간 동안 연구되어 오고 있다. 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막합성는 독성 가스를 사용하지 않으며, 디스플레이와 같은 기존의 소자 공정 기술을 채용할 수 있다는 장점을 가지고 있어 주목 받고 있다. 실제로 반응성 마그네트론 스퍼터링에 의해 제조된 실리콘 박막은 PECVD공정에 의한 실리콘 박막에 상응하는 우수한 광전자적 특성을 보인다. 스퍼터 공정에서는 박막 성장을 위한 수송 물질들이 열적 평형 상태에 근접한 라디칼들이라기 보다 대부분 고에너지 원자종과 이온들이 주류를 이루고 있어 합성된 실리콘 박막의 결함 제어가 어렵다는 문제가 있다. 박막 합성 기구의 규명을 통하여 이러한 문제를 해결하기 위한 시도들이 이루어 지고 있으며, 본 발표를 통하여 스퍼터 공정을 이용한 태양전지용 실리콘 박막 합성기술에 대한 현황을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.08a
• /
• pp.400-401
• /
• 2012

그래핀(Graphene)은 열 전도도가 높고 전자 이동도(200 000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET), 유기 전자 소자(Organic electronic device)와 광전자 소자(Optoelectronic device) 같은 반도체 소자에 응용 가능하다. 그러나 에너지 밴드 갭이 없기 때문에 소자의 전기적 특성이 제한되는 단점이 있다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ion-irradiation) 등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization) 등의 방법으로 그래핀을 도핑 후 에너지 밴드 갭을 형성시키는 연구 결과들이 보고된 바 있다. 그러나 이러한 방법들은 표면이 균일하지 않고, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가조립 단층막(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 이산화규소(Silicon oxide; SiO2) 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면 그래핀의 일함수를 쉽게 조절하여 소자의 전기적 특성을 최적화할 수 있다. SAMs는 그래핀과 SiO2 사이에 부착된 매우 얇고 안정적인 층으로 사용된 물질의 특성에 따라 운반자 농도나 도핑 유형, 디락 점(Dirac point)으로부터의 페르미 에너지 준위(Fermi energy level)를 조절할 수 있다[1-3]. 본 연구에서는 SAMs한 기판을 이용하여 그래핀의 도핑 효과를 확인하였다. CVD를 이용하여 균일한 그래핀을 합성하였고, 기판을 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)와 Borane-Ammonia(Borazane)을 이용하여 각각 아민 기(Amine group; -NH2)와 보론 나이트라이드(Boron Nitride; BN)로 기능화한 후, 그 위에 합성한 그래핀을 전사하였다. 기판 위에 NH2와 BN이 SAMs 형태로 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)을 통해 확인하였고, 그 결과 NH2와 BN에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
• /
• v.50 no.1
• /
• pp.35-41
• /
• 2017

$TiO_2$, $Al_2O_3$, and $TiO_2-Al_2O_3$ nanolaminated films were grown by atomic layer deposition (ALD) on the 316L stainless steel (SS316L) substrates at a temperature of $150^{\circ}C$. The growth kinetics of $ALD-TiO_2$ and $Al_2O_3$ thin films were systematically investigated in order to precisely control the thickness of each layers in the $TiO_2-Al_2O_3$ nanolaminated films using a high-resolution transmission electron microscopy. And, the exact deposition rates of $ALD-TiO_2$ on $Al_2O_3$ surface and $ALD-Al_2O_3$ on $TiO_2$ surface were revealed to be 0.0284 nm/cycle and 0.11 nm/cycle, respectively. At given growth conditions, the microstructures of $TiO_2$, $Al_2O_3$ and $TiO_2-Al_2O_3$ nanolaminated films were amorphous. The potentiodynamic polarization test revealed that the $TiO_2-Al_2O_3$ nanolaminated film coated SS316L had a best corrosion resistance, although all ALDcoated SS316L exhibited a clear improvement of the corrosion resistance compared with a bare SS316L.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.14 no.2
• /
• pp.90-93
• /
• 2004

Silicon dioxide thin films were deposited on p-type Si (100) substrates by atomic layer deposition (ALD) method using alternating exposures of $SiH_2$$Cl_2$ and $O_3$ at $300^{\circ}C$. $O_3$ was generated by corona discharge inside the delivery line of $O_2$. The oxide film was deposited mainly from $O_3$ not from $O_2$, because the deposited film was not observed without corona discharge under the same process conditions. The growth rate of the deposited films increased linearly with increasing the exposures of $SiH_2$$Cl_2$ and $O_3$ simultaneously, and was saturated at approximately 0.35 nm/cycle with the reactant exposures over $3.6 ${\times}$ 10^{9}$ /L. At a fixed $SiH_2$$Cl_2$ exposure of $1.2 ${\times}$ 10^{9}$L, growth rate increased with $O_3$ exposure and was saturated at approximately 0.28 nm/cycle with $O_3$ exposures over$ 2.4 ${\times}$ 10^{9}$ L. The composition of the deposited film also varied with the exposure of $O_3$. The [O]/[Si] ratio gradually increased up to 2 with increasing the exposure of $O_3$. Finally, the characteristics of ALD films were compared with those of the silicon oxide films deposited by conventional chemical vapor deposition (CVD) methods. The silicon oxide film prepared by ALD at $300^{\circ}C$ showed better stoichiometry and wet etch rate than those of the silicon oxide films deposited by low-pressure CVD (LPCVD) and atmospheric-pressure CVD (APCVD) at the deposition temperatures ranging from 400 to $800^{\circ}C$.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.13 no.8
• /
• pp.497-502
• /
• 2003

Crystallographic characteristics and interfacial structures of $Al_2$$O_3$and $ZrO_2$dielectric films prepared by atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) were investigated at atomic scale by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS)/electron energy-loss spectroscopy (EELS) coupled with a field-emission transmission electron microscope. The results obtained from cross-sectional and plan-view specimens showed that the $Al_2$$O_3$film was crystallized by annealing at a high temperature and its crystal system might be evaluated as either cubic or tetragonal phase. Whereas the $ZrO_2$film crystallized during deposition at a low temperature of ∼$300^{\circ}C$ was composed of both tetragonal and monoclinic phase. The interfacial thickness in both films was increased with the increased annealing temperature. Further, the interfacial structures of X$ZrO_2$$O_3$and $ZrO_2$films were discussed through analyses of EDS elemental maps and EELS spectra obtained from the annealed films, respectively.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.57 no.1
• /
• pp.111-117
• /
• 2019

This study proposed the fabrication and deposition of high purity crystalline $core-TiO_2/shell-Al_2O_3$ nanoparticles. Morphological properties of $core-TiO_2$ and coated $shell-Al_2O_3$ were confirmed by transmission electron microscope (TEM) and transmission electron microscope - energy dispersive spectroscopy (TEM-EDS). The electrical properties of the prepared $core-TiO_2/shell-Al_2O_3$ nanoparticles were evaluated by applying them to a working electrode of a Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC). The particle size, growth rate and the main crystal structure of $core-TiO_2$ were analyzed through dynamic light scattering system (DLS), scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The $core-TiO_2$, which has a particle size of 17.1 nm, a thin film thickness of $20.1{\mu}m$ and a main crystal structure of anatase, shows higher electrical efficiency than the conventional paste-based dye-sensitized solar cell (DSSC). In addition, the energy conversion efficiency (6.28%) of the dye-sensitized solar cell (DSSC) using the $core-TiO_2/shell-Al_2O_3$ nanoparticles selectively controlled to the working electrode is 26.1% higher than the energy conversion efficiency (4.99%) of the dye-sensitized solar cell (DSSC) using the conventional paste method.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.7 no.3
• /
• pp.176-186
• /
• 1998

Pure Pt, Co and their alloy thin films with three different compositions (Pt66-Co34, Pt40-Co60 and Pt18-Co82) were deposited on Si(100) wafers and proposed as a set of certified reference materials (CRM) for the quantification and standardization of surface compositional analysis. The compositions of the binary alloy thin films were controlled by in-situ XPS analyses and the certified compositions of the films have been determined by ICP-AES and RBS analyses after thin film growth. Through comparison of the compositions determined by in-situ XPS with those by ICP, relatively accurate compositions could be obtained with a matrix effect correction. Standard deviations of XPS and AES round robin tests with the Pt-Co alloy thin films were large up to about 4%. On the other hand, the average compositions of the Pt-Co alloy thin films by two methods were in a good agreement within 1%. The formation of a Pt rich surface layer by ion beam sputtering indicates that the surface modification by preferential sputtering must be understood for a better compositional analysis.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.129-129
• /
• 2010

적외선 검출소자(Infrared Photodetector)는 근적외선에서 원적외선 영역에 이르는 광범위한 파장 범위의 적외선을 이용하는 기기로서 대상물이 방사하는 적외선 영역의 에너지를 흡수하여 이를 영상화할 수 있는 장비이다. 적외선 관련 기술은 2차 세계대전 기간에 태동하였으며, 현재에는 원거리 감지기술 등과 접목되면서 그 활용 분야가 다양해지고 있다. 특히 능동형 정밀 타격무기를 비롯한 감시 정찰 장비 및 지능형 전투 장비 시스템 등에 대한 요구를 바탕으로 보다 정밀하고 신속한 표적 감지 및 정보처리 기술에 관한 연구가 선진국을 통해서 활발히 진행되고 있다. 기존의 Bolometer 형식의 열 감지 소자는 반응 속도가 느리고 측정 감도가 낮은 단점이 있으며, MCT(HgCdTe)를 이용한 적외선 검출기의 경우 높은 기계적 결함과 77K 저온에서 동작해야하기 때문에 발생하는 추가 비용 등이 문제점으로 지적되고 있다[1]. 이에 반해 화합물 반도체 자기조립 양자점(self-assembled quantum dot)을 이용한 적외선 수광소자는 양자점이 가지는 불연속적인 내부 에너지 준위로 인하여, 높은 내부 양자 효율과 온도 안정성을 기대할 수 있으며, 고성능, 고속처리, 저소비전력 및 저소음의 실현이 가능하다. 본 연구에서는 적층 InAs/InGaAs dot-in-a-well 구조를 유기금속화학기상증착법을 이용하여 성장하고 이를 소자에 응용하였다. 균일한 적층 양자점의 성장을 위해서 원자현미경(atomic force microscopy)을 이용하여, 각 층의 양자점의 크기와 밀도를 관찰하였고, photoluminescence (PL)를 이용하여 발광특성을 연구하였다. 각 층간의 GaAs space layer의 두께와 온도 조절 과정을 조절함으로써 균일한 적층 양자점 구조를 얻을 수 있었다. 이를 이용하여 양자점의 전도대 내부의 에너지 준위간 천이(intersubband transition)를 이용하는 n-type GaAs/intrinsic InAs 양자점/n-type GaAs 구조의 양자점 적외선수광소자 구조를 성장하였다. 이 과정에서 상부 n-type GaAs의 성장 온도가 600도 이상이 되는 경우 발광효율이 급격히 감소하고, 암전류가 크게 증가하는 것을 관찰하였다. 이는 InAs 양자점과 주변 GaAs 간의 열에 의한 상호 확산에 의하여 양자점의 전자 구속 효과를 저해하는 것으로 설명된다.

• Korean Journal of Metals and Materials
• /
• v.49 no.6
• /
• pp.498-504
• /
• 2011

We examined the microstructure and optical properties of crystallized ~30 nm-ZnO/~10 nm amorphous $TiO_2$ nano bilayered films as nano electrodes were deposited at extremely low substrate temperatures of $150-210^{\circ}C$. The bilayered films were deposited on silicon substrates with 10 cm diameters by ALD (atomic layer deposition) using DEZn (diethyl zinc(Zn(C2H5)2)) and TDMAT (tetrakis dimethyl-amid $titanium(Ti(N(CH_3)_2)_4)$ as the ZnO and $TiO_2$ precursors, respectively, and $H_2O$ as the oxidant. The microstructure, phase, and optical properties of the bilayered films were examined by FE-SEM, TEM, XRD, AES, and UV-VIS-NIR spectroscopy. FE-SEM and TEM showed that all bilayered films were deposited very uniformly and showed crystallized ZnO and amorphous $TiO_2$ layers. AES depth profiling showed that the ZnO and $TiO_2$ films had a stoichiometric composition of 1:1 and 1:2, respectively. These bilayered films have optical absorption properties in a wide range of ultraviolet wavelengths, 250-390 nm, whereas the single ZnO and $TiO_2$ films showed an absorption range of 350-380nm.