• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.117-117
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• 2000

높은 광학적 투과성과 전기전도성을 갖는 ITO film은 solar cell같은 optoelectronic device나 휴대용 소형 TV, flat panel display 등의 투명전극으로 그 응용 분야가 광범위하여 많은 연구가 수행되어져 왔다. 기판으로서 유리를 사용할 때 생기는 활용범위 제한을 극복하고자 최근 유기물 위에 증착이 가능한 저온 증착방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 가운데 이온빔과 같은 energetic한 beam을 이용한 박막의 제조는 기판을 플라즈마 발생지역으로부터 분리시켜 이온빔의 flux 및 에너지, 입사각 등의 자유로운 조절을 통해 상온에서도 우수한 성질의 박막형성 가능성이 제시되어 지고 있다. ITO박막을 형성하는 방법 중 스프레이법이나 CVD법과 같은 화학적 증착방법은 증착시 350-50$0^{\circ}C$의 고온이 필요하고 현재 가장 많이 응용되어 지고 있는 sputter법은 15$0^{\circ}C$정도의 가열이 필요하므로 앞으로 응용가능성이 매우 커서 많은 연구가 진행중인 플라스틱과 아크릴 같은 flexible 한 기판위 증착에 적용이 불가능하다. 본 실험에서는 IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)법을 이용하여 저온 ITO film을 유리와 유기막위에 증착하는 연구를 수행하였다. 유기막위에 증착된 ITO는 보다 가볍고 충격에 강하고 유리에 못지 않은 투과성을 가지고 있으나 현재 film의 quality 향상에 대한 요구가 증대되어 지고 있는 실정이다. 따라서, 본 실험에서는 dual oxygen ion gun의 조건변화에 따른 ITO film의 특성변화를 관찰하였다. 고정된 증？율에 한 개 ion gun에 ion flux를 고정시킨 후 또 다른 ion gun에서 발생하는 oxygen radical의 영향을 조사하였으며 oxygen radical의 rf power에 따른 변화는 OES(Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 너무 적은 oxygen ion beam flux나 oxygen radical은 film의 전도도 및 투과도를 저하시켰고 반면 너무 과도한 flux의 증가 시는 전도도는 감소하였고 투과도는 증가하는 경향을 보였다. 기판에 도달하는 oxygen ion flux는 faraday cup을 이용하여 측정하였으며 증착된 ITO film은 XPS, UV-spectrometer, 4-point probe를 이용하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.82-82
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• 2018

광전소자용 투명전극으로 적용하기 위한 초박형 Al 박막에 대해서 기초연구를 수행하였다. 증착 전 챔버(chamber) 내 기저압력은 $3{\times}10^{-7}Torr$이하로 유지하였으며 Ar 불활성 기체의 유입을 통해 작업압력을 $1{\times}10^{-2}Torr$로 상승시켜 증착을 실시하였다. DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 유리기판상에 Al 박막의 증착을 실시하였으며, 박막의 두께가 3-12 nm인 Al 박막을 각각 형성하였다. 두께가 7 nm 일 때 면저항은 $135{\Omega}/{\square}$로 측정되었고 7 nm 이상인 두께의 박막은 두께가 증가할 때 면저항이 점진적으로 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 두께가 10 nm인 박막의 측정된 면저항은 $13.1{\Omega}/{\square}$로 두께 7 nm인 박막과 비교하였을 때 약 10배의 차이를 확인할 수 있었다. 두께 6 nm 이하인 박막은 면저항 측정이 불가능하였는데 이는 SEM 분석 결과, 연속박막을 이루지 못 하였기 때문이라고 결론을 내릴 수 있었으며, 두께 12 nm인 박막까지 완전한 연속박막이 형성되지 않았다. 각각의 박막에서 입자의 크기는 선 교차법(line intercept method)을 이용하여 시편당 평균 120개의 입자에 대한 평균값을 측정하였으며, 이론적으로 예상할 수 있는 바와 같이 두께가 증가할수록 입자크기도 비례하여 증가하게 되는 것을 확인할 수 있었다. 가시광선 파장영역 내 투과도의 경우, 3 nm 두께에서 평균 80% 이상의 투과도가 측정된 데 반하여, 4-5 nm 두께에서 평균 60%로 급격하게 감소되기 시작하며 그 이후, 두께 증가에 따라 투과도가 점진적으로 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 Al 박막은 시간의 경과에 따른 표면의 산화가 진행되어 기존에 측정된 면저항보다 10-60%의 면저항이 증가하였는데 이는 두께가 얇을수록 더 산화의 영향을 많이 받기 때문에 나타난 결과로 보인다. 추후 산화방지막 및 빛반사방지막 층을 초박형 Al박막과 함께 Oxide/Metal/Oxide 구조로 형성하여 위와 같은 현상들을 해결하고 박막물성의 증진을 통해 투명전극에 적용을 목표로 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.364-365
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• 2011

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막 태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모 뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGSe2를 광흡수층으로 하는 CIGSe2 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 상부투명전극)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 이중에 하부전극은 Mo 재료을 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 0.24 Ohm /cm2 정도의 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 고온 안정성 확보를 위하여 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 그리고 CIGSe2의 광흡수층 제조시 셀렌화 공정에서 100 nm 이하의 MoSe2 두께를 갖도록 해야하며, 이는 CIGSe2 박막태양전지의 Rs 값을 줄여 Ohmic 접촉을 향상시키는데 기여한다. 본 연구에서는 CIGSe2 박막태양전지에서 요구되는 하부전극 Mo 박막의 제작과 CIGSe2 박막태양전지 전체공정에 적용후의 MoSe2/Mo 박막특성에 대해서 연구결과들을 논하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.287-287
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• 2012

최근 투명 산화물 반도체(TOS: Transparent Oxide Semiconductor)중에 비정질 산화물 반도체(amorphous oxide semiconductor)를 이용한 트랜지스터 연구가 활발히 진행되고 있다. 비정질 산화물 반도체는 박막 트렌지스터 소자의 Active Layer으로 사용할 수 있다. 본 연구는 RF magnetron sputtering법으로 유리기판 위에 IGZO박막을 증착하였다. 박막 증착 조건은 초기 압력 $3.0{\times}10^{-6}$ Torr, 증착 압력 20 mTorr, 반응가스 Ar 50 sccm, RF power 30w, 증착 온도는 실온으로 고정하였으며, 공정변수로 증착 시간을 변화시키며 IGZO박막을 증착하였다. IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1:1:1 mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였다. XRD 분석결과에 따라서 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광 영역에서(450~700 nm) 모든 박막은 90% 이상 투과도를 나타내었다. 증착시간이 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인하였다. 증착시간이 5분인 경우 캐리어 농도는 $2.2{\times}10^{19}$ $cm^{-3}$, 이동도는 7.5 $cm^2/V-s$, 비저항은 $3.8{\times}10^{-2}{\Omega}$-cm의 반도체 특성을 나타냈고, 박막 트렌지스터 소자의 Active Layer으로 사용할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.407.2-407.2
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• 2016

Cu2ZnSnS4 (CZTS) 박막은 낮은 가격과 유리한 특성을 가지므로서 차세대 박막 태양전지에서 이상적인 흡수층 물질 중 하나로 여겨지고 있다. 우리는 CZTS 박막 태양전지를 합성하는 데 있어서 Zn와 ZnS를 전구체에 사용하여 이에 따른 특성 차이를 연구하였다. 열처리 한 박막은 Zn와 ZnS를 사용하였을 때 특성 차이를 조사하기 위하여 여러 분석을 진행하였다. CZTS 박막의 미세구조와 조성 분포, 전기적 특성을 살펴보았다. Zn를 사용한 CZTS 박막은 큰 입자크기와 더 적은 영역에서 Zn가 집중되어 있는 층을 가진다. CZTS와 Mo 경계인 이 영역에 ZnS 2차상이 존재함을 의미하며 Zn 타겟을 사용하였을 때 더 낮은 Zn 조성을 가지는 것을 확인하였고 이는 결과적으로 접합 특성의 향상을 가져온다. 제작 된 CZTS 태양 전지 소자에서 이러한 이유로 Zn를 사용하였을 때 5.06%로 ZnS를 사용하였을 때에 비하여 더 높은 효율을 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.394-396
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• 2008

기존의 PECVD에서 문제시 되고 있는 플라즈마에 의한 박막손상과 $300^{\circ}C$ 이상의 증착온도 등의 단점을 보완한 증착 기술로 중성입자 빔 (Hyper-thermal neutral beam ; HNB)을 이용한 저온 증착방법에 대한 연구를 진행하였다. 중성빔을 이용하여 HNB sputtering 방법과 $SiH_4$와 Ar, $H_2$ 가스를 이용한 HNB CVD 방법으로 a-Si 박막 제작에 대한 연구를 진행하였고, HIT(heterojunction with Intrinsic Thin layer) cell 태양전지를 만들고자 기본적인 박막 증착과 박막 특성 및 계면특성 등의 분석을 실시하였다. 유리기판과 p-type Si 기판 위에 a-Si 및 nc-Si 박막을 증착하였으며, TEM, FTIR, Raman, IV 측정 등을 통해 그 특성을 분석하여 HNB의 특성 및 효과를 규명하였다.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.6 no.1
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• pp.50-55
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• 1995

We have performed Brillouin light scattering experiments to study the elastic properties of Cr films deposited on soda-lime glasses by using Ar-ion assisted deposition techniques. The elastic constants of the films increased as the ion-current density employed during the film deposition increases and they approached to the values of bulk Cr. The best fit values of the elastic constants of the films manufactured with ion current density of $400\muA/cm^{2}$are $c_{11}=296, c_{13}=83, c_{33}=289$, and $c_{55}=c_{44}=108(\times10^9/N/m^{2}}$ and these are 5% lower than those of bulk Cr in hexagonal symmetry. metry.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.665-665
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• 2013

박막형 태양전지에서 광흡수층으로 널리 쓰이는 metal chalcogenide 화합물 중, CuInS2(CIS)은 전기적, 광학적 특성이 우수하여 널리 연구되고 있다. CIS계 태양전지 최근 동시 증발법을 이용하여 20.3%의 고효율을 기록한 바 있으나 기존 진공, 고온 기반 공정 기술은 초기 투자 비용이 높고, 고가의 희귀원소인 In 등의 원료 활용도가 떨어져 원가 절감에 있어 한계가 있다. 이에 따라 제조 비용 절감과 원료 사용 효율을 향상시키기 위해 비진공 방식을 이용한 광흡수 층 증착 공정에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 상온, 상압, 저온에서 합성이 가능한 CIS계 광흡수층을 전자 전달 및 빛 포집에 유리한 ZnO 나노구조와 응용함으로써 superstrate 구조의 박막형 태양전지를 구현하고 그 특성을 평가하였다. CIS 박막 태양전지에서 투명창층으로 쓰이는 ZnO 박막을 수열합성법으로 합성된 ZnO 나노로드 어레이로 대체하여 빛 산란 효과를 줄이고, 전하 수집 및 이동 효과를 극대화하였다. 또한 CIS 광흡수층은amine계 용매와 금속염 및 thiourea를 조합하여 저온에서 코팅 후 건조시켜 박막을 제조하였다. 각 요소 박막들의 물성을SEM, XRD, UV-transmittance 분석을 통해 살펴보았으며, 소면적 태양전지 제작을 통해 박막 구조 대비 30배 이상의 광변환효율(최고효율 3.30%)을 기록하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.23.1-23.1
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• 2009

Transparent thin film transistor(TTFT)는 기존의 디스플레이가 가지고 있는 공간적, 시각적 제약을 해소하는 것이 가능하며, 이는 디스플레이 산업 및 기술이 지향하는 대면적, 저가격, 공정의 단순함을 해결해 줄 수 있기 때문에 최근 TTFT에 관한 연구가 급증하고 있다. 산화물 기반의 TFT는 유리, 금속, 플라스틱 등등 그 기판 종류에 상관없이 균일한 제작이 가능하며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작 가능하고, 저렴한 비용으로 제작 가능하다는 장점 때문에 최근 산화물을 기반으로 하는 TFT 연구가 많이 이루어지고 있다. 현재 TTFT 물질로 많이 연구되고 있는 산화물은 ZnO(3.4 eV)나 $InO_x$(3.6 eV), $GaO_x$(4.9 eV), $SnO_x$(3.7 eV)등의 물질과 각각의 조합으로 구성된 재료들이 주로 사용되고 있다. 가장 많은 연구가 이루어진 ZnO 기반의 TFT는 mobility와 switching 속도에서 우수한 특성을 보이나, amorphous ZnO 기반의 TFT의 경우 소자의 안정성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 ZnO 보다 넓은 bandgap energy를 가질 수 있으며, n-type 특성을 보이고, amorphous 구조로 제작 가능한 IGZO 물질을 사용하여 RF magnetron sputtering 방법으로 박막 증착 온도의 변화를 주어 증착하였고, 증착된 IGZO 박막의 열처리를 통해 이에 따른 특성 변화를 분석하였다. Field emission scanning electron microscope(FESEM)와 surface profiler를 이용하여 IGZO 박막의 표면의 형상과 두께를 확인하였으며, x-ray diffraction(XRD) 분석을 통해 박막의 결정학적 특성을 관찰하였다. TTFT 물질로서 IGZO 박막의 적합성 여부를 확인하기 위하여 TFT를 만든 후 I-V를 측정하였으며, UV-vis를 이용하여 IGZO 박막의 투과율을 분석하여 TTFT로의 응용 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.188-188
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• 2010

최근까지는 주로 비정질 실리콘이 디스플레이의 채널층으로 상용화 되어왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 구조적인 문제인 낮은 전자 이동도(< 1 cm2/Vs)로 인하여 디스플레이의 대면적화에 부적합하며, 광학적으로 불투명한 특성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이의 응용에 불리한 점이 있다. 이런 문제점의 대안으로 현재 국내외 여러 연구 그룹에서 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 진행중이다. 산화물 기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하고, 상온에서 증착이 가능하며, 비정질 실리콘에 비해 월등히 우수한 이동도를 가짐으로 디스플레이의 대면적화에 유리하다. 특히 Zinc Oxide, Tin Oxide등의 산화물이 연구되고 있으며, indium이나 aluminum등을 첨가하여 전기적인 특성을 향상시키려는 노력을 보이고 있다. 본 연구에서는 Zinc Oxide 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering를 이용하여 상온에서 제작한 후 다양한 조건에서의 후열처리를 통하여 소자의 특성의 최적화를 이루는 것을 시도하였다. 그리고 ITO를 전극으로 사용하여 bottom gate 구조의 박막 트랜지스터를 만들고 air 분위기에서 온도별, 시간별 열처리를 진행하였다. 또한 gate insulator의 처리를 통하여 thin film의 interface 개선을 통하여 소자의 성능 향상을 시도 하였다. semiconductor analyzer로 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가하였다. 그 결과 기존의 a-Si 기반의 박막 트랜지스터보다 우수한 이동도의 특성을 갖는 ZnO 박막 트랜지스터를 얻었다. 그리고 이를 바탕으로 ZnO를 이용하여 대면적 적합한 디스플레이를 제작할 수 있다는 가능성을 보인다. 그리고 Temperature, Bias Temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성을 평가하여 안정성이 향상을 확보하여 비정질 실리콘을 대체할 유력한 후보중위 하나가 될 것이라고 생각된다.