• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.85.1-85.1
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• 2018

고표면적 다공성 금속 박막 형성 기술은 타겟에서 방출된 금속 원자들이 타겟 주변에서 서로 충돌하여 나노입자를 형성한 후 기판으로 입자를 이송시켜 나노 구조를 지니는 박막을 성장시키는 기술이다. 고표면적 다공성 금속 박막 형성 기술로 제작한 다공성 박막은 열린 기공 구조를 지니고 있기 때문에 외부 기체의 확산이 용이하고 비표면적이 높다는 특징을 가지고 있다. 특히 금속 공기 이차전지 등의 배터리의 경우 전극의 비표면적이 성능을 결정하는 중요한 인자이므로 금속판을 사용하는 경우 대비 비표면적이 높은 나노구조를 사용할 경우 용량 증대에 유리하다. 본 연구에서는 공정 압력, 공정 파워, 타겟과 기판과의 거리, 칠러 온도 등 증착 공정 변수를 제어하여 표면적이 높은 아연 나노 구조를 형성하였다. 이를 분석하기 위해 SEM을 이용하여 미세구조 및 두께를 관찰하였으며, 박막 증착 전후의 무게를 측정하여 기공률을 계산하였다. 또한 XRD 분석을 통하여 결정성 및 결정의 크기를 확인하였다. 이렇게 제작된 고표면적 다공성 Zn 금속박막을 응용하여 아연 전지 성능 평가를 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.325-325
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• 2013

본 연구에서는 선형 대향 타겟 스퍼터(Linear Facing Target Sputtering: LFTS) 시스템을 이용하여 성막한 Ti-doped In2O3 (TIO) 투명 전극의 전기적, 광학적 특성을 연구하였다. LFTS 시스템을 이용하여 유리기판 위에 TIO 박막을 증착시킬 때, 타겟과 기판 사이의 거리(Target-to-Substrate Distance)를 30 mm, 타겟과 타겟 사이의 거리(Target-to-Target Distance)를 65 mm, Ar/$O_2$ 가스의 비율 100：1로 각각 고정한 후, TIO 타겟에 인가되는 DC 파워와 공정압력을 변수로 TIO 박막을 하였다. LFTS 공정을 이용한 TIO 투명전극의 성막 공정 중 DC파워와 공정압력 변화에 따른 구조적, 표면적 특성 변화는 field-effect scanning electron microscopy (FE-SEM) 과 x-ray diffractometry (XRD) 분석을 통해 관찰되었다. 이렇게 증착된 200 nm 두께의 TIO 투명전극은 급속열처리 시스템으로 700도에서 후 열처리를 진행하였으며 상온에서 217.5 ohm/sq의 면저항을 나타내는 TIO박막이 열처리후 35 ohm/sq로 면저항이 급격히 감소됨을 확인하였다. 뿐만 아니라 열처리후 가시광선 영역 (400~800 nm)에서의 TIO 박막의 평균 투과율이 81.02%에서 83.4%로 향상됨을 UV/visible spectrometry 분석을 통해 확인하였다. 본 연구에서는 다양한 분석을 통해 TIO 박막의 특성과 ITO와 구별되는 다양한 장점을 소개한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.179-179
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• 2013

현재 자동차 분야에서 차량 경량화를 통해 연비 향상 및 에너지 효율 향상을 기대하고 있으며, 차량 경량화의 한 수단으로 자동차용 유리를 고강도 투명 플라스틱 소재인 PC (Polycarbonate)로 대체하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나, PC의 낮은 내마모 특성과 자외선에 의한 열화 및 변색 현상은 해결하여야 할 중요한 문제점으로 지적되고 있다. 본 연구에서는, PC의 내마모 특성을 향상시키기 위하여 transmittance가 확보되고, 고경도 특성을 갖는 Al-Si-N 박막 증착에 대한 연구를 하였다. Al-Si-N 박막 증착을 위하여 ICP-assisted reactive magnetron sputtering 장비를 이용하였으며, 고경도 특성을 갖는 Al-Si-N 박막을 제조하였다. 분석 장비로는 박막의 chemical state와 crystallinity를 확인하기 위하여 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), AES (Auger electron spectrscopy)와 XRD (X-ray diffraction)를 이용하여 분석을 수행하였으며, Knoop ${\mu}$-hardness tester와 Pin-on-disk를 이용하여 경도 및 내마모 특성을 평가하였다. Al-Si-N 박막의 두께는 ~5,000 ${\AA}$을 증착하였으며, 가시광 영역에서 평균 92%의 transmittance를 나타내었다. 박막의 Si/(Al+Si) 비율에 따라 다른 경도 특성을 나타냈는데, Si/(Al+Si) 비율이 26~32% 부근에서 최대 31 GPa의 경도 값을 확인 할 수 있었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.2
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• pp.141-145
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• 2011

ZnO:Al thin films were deposited by RF magnetron sputtering with various base pressure, and their structural, optical, and electrical properties were studied. The influence of the base pressure on the ZnO:Al thin film was confirmed and a high-quality thin film was obtained by controlling the base pressure. In all Al-doped ZnO thin films, the preferred orientation of (002) plane was observed and light transmittance in visible region (400 nm~800 nm) had above 85%. With decreasing of base pressure, crystallinity, resistivity, and figure of merit were improved. The improvement of resistivity with base pressure was attributed to the change of grain size.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.214-214
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• 2010

Indium-tin-oxide(ITO)는 평판디스플레이 산업이 성장함에 따라 그 수요는 계속 늘고 있지만 세계적으로 In의 매장량의 한계로 그 단가가 매우 높다. 또한 ITO는 플렉시블 디스플레이에 적용함에 있어서 고온 공정으로 인해 많은 단점을 보이고 있어 이를 대체할 새로운 투명전극의 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 IZTO($In_2O_3$:ZnO:$SnO_2$=80:10:10 wt.%)의 In 량을 절감한 조성의 타겟을 제조하였다. 그리고 유리기판 위에 IZTO 박막을 펄스 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 증착압력과 활성 산소의 분압을 변화시키며 증착하였다. 증착압력의 변화는 3mTorr~8mTorr 범위에서 제어하였고 활성 산소의 분압은 0%~3% 범위에서 제어하였으며 기판의 온도의 제어 없이 상온에서 증착하였다. 증착한 박막은 전기적, 광학적 및 구조적 특성 등을 조사하였다. 증착압력 6mTorr와 산소분압 2%의 조건에서 비저항은 $5.07{\times}10^{-4}\;({\Omega}{\cdot}cm)$, 캐리어 농도는 $2.96{\times}10^{20}(cm^{-3})$, 이동도는 $41.6(cm^{-2}/Vs)$로 가장 좋은 전기적 특성을 보였다. 박막의 투과율을 측정한 결과 평균 85% (400nm~800nm)이상의 우수한 광학적 특성을 보였다. 또한 이 IZTO 박막을 이용하여 OLED 소자를 제작하여 그 특성을 조사하였다. 조사 결과 플렉시블 디스플레이 분야에서 IZTO 박막은 In 절감효과와 상온 공정에서 우수한 투명전극 특성을 보여 ITO를 대체할 물질로 가능성을 보여주었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.500-500
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• 2013

특정한 유기 물질에 전류를 인가했을 때 발광을 하는 특성을 이용한 Organic Light Emitting Diode (OLED)는 뛰어난 색재현성, 적은 전력소모, 간단한 제조공정, 넓은 시야각 등으로 인해 PDP, LCD, LED에 이은 차세대 디스플레이 소자로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 OLED는 각기 다른 굴절률을 가지는 다층구조로 되어있어 실질적으로 소자 밖으로 나오는 빛은 원래 생성된 빛의 20% 정도 밖에 되지 않는다. 이러한 광 손실을 줄이기 위해 Photonic Crystal (PC)이나 마이크로 렌즈 어레이(MLA) 부착 등과 같이 특정한 크기를 갖는 주기적인 나노 구조물을 이용한 광추출 효율 상승 방법은 특정 파장의 빛에서만 효과가 있는 한계가 있었으며 고가의 공정과정을 거쳐야 했으므로 OLED 소자의 가격 향상에 일조하였다. 이의 해결을 위해 본 연구는 유리기판 위에 랜덤한 분포를 가지는 나노 구조물 제작 공정법을 제안한다. 먼저 유리기판 위에 스퍼터로 금속 박막을 입혀 이를 Rapid thermal annealing (RTA) 공정을 이용하여 랜덤한 분포의 Island를 가지는 마스크를 제작하였다. 그 후 플라즈마 식각을 이용하여 유리기판에 나노 구조물을 형성하였고 기판 위에 남아있는 마스크는 Ultrasonic cleaning을 이용하여 제거하였다. 제작된나노구조물은 200~300 nm의 높이와 약 200 nm 폭을 가지고 있다. 제작된 유리기판의 OLED 소자로의 적용가능성을 알아보기 위한 광학특성 조사결과는 300~900 nm의 파장영역에서 맨유리와 거의 비슷한 수직 투과율을 보이면서 최대 50%정도의 Diffusion 비율을 나타내고 있고 임계각(41도) 이상의각도에서 인가된 빛의 투과율에 대해서도 향상된 결과를 보여주고 있다. 제안된 공정의 전체과정 기존의 PC, MLA 등의 공정에 비해 난이도가 쉽고 저가로 진행이 가능하며 추후 OLED 소자에 적용될 시 대량생산에 적합한 후보로 보고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.159-159
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• 2009

RF 스퍼터링법을 이용하여 유리기판위에 ZnO:Al 박막을 증착하고 다양한 조건 하에서 후 열처리를 실시하여 이에 따른 박막의 구조적, 전기적 및 광학적 특성과 HCl 습식 식각 후의 표면형상 변화를 조사하였다. ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성, 수소 플라즈마 안정성 및 저 비용 등으로 실리콘 박막 태양전지 전면 전극용으로 많은 관심을 받고 있다. 기존의 비정질 실리콘 박막 태양전지용으로 많이 사용되고 있는 상용 Asahi-U형 ($SnO_2:F$) 투명전도막의 경우는 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 낮은 산란특성으로 인하여 실리콘 박막 태양전지의 고효율화를 위한 적용에 한계를 나타내고 있다. 이를 개선하기 위하여 스퍼터링법으로 우수한 전기적 특성을 갖는 ZnO:Al 박막을 제조한 후 습식 식각을 통한 표면형상 변화를 통하여 입사광의 산란특성을 향상시키는 방법이 개발되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 2.5 wt%의 $Al_2O_3$가 함유된 ZnO 타겟을 이용하여 ZnO:Al 박막을 RF 스퍼터링으로 증착한 후 $N_2$ 분위기와 진공 분위기 하에서 다양한 시간과 온도에 따라 후열처리를 하여 열처리 전 박막과의 물질 특성을 상호 비교하고 1%로 희석된 HCl로 습식 식각하여 열처리 전 박막의 구조적 특성이 습식 식각 후의 박막 표면형상 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 이로부터 후열처리를 통한 ZnO:Al 투명전도막의 특성을 최적화하고 Asahi-U형 투명전도막과의 특성 비교를 통하여 실리콘 박막 태양전지용 전면전극으로의 적용 가능성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.401-401
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• 2012

유기발광소자는 유연 소자로의 적용, 자체 발광 등의 장점으로 차세대 디스플레이로서 각광받고 있다. 하지만 유기발광소자는 유기물을 발광층으로 하고 있기 때문에 수분에 취약하다는 단점이 있다. 그래서 봉지 기술(encapsulation)을 필요로 한다. 널리 알려진 방법으로는 유리로 소자를 감싸고 내부에 흡습제를 충진하여 수분 투습을 줄일 수 있다. 하지만 위 기술을 사용할 경우 유기발광소자의 장점인 유연 소자의 적용이 어렵다. 따라서 박막 봉지 기술을 이용하면 보다 얇은 두께의 소자 제작이 가능하고 유연 소자의 적용 역시 가능해진다. 박막 코팅을 이용한 봉지 기술 중 화학적 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)이나 물리적 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)을 이용하는 방법이 널리 알려져 있지만 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하면 보다 낮은 두께의 치밀한 박막을 제작 할 수 있다. 본 연구는 원자층 증착법을 응용한 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)을 이용하여 Trimethylaluminum과 Ethylene glycol을 순차적으로 주입함으로써 Alucone 유기 박막을 제작하고 유기발광소자의 봉지 기술로의 적용을 위해 투과 방지막 특성에 관하여 분석했다. 박막 봉지 기술로서 적용하기 위해 제작된 투과 방지막은 원자층 증착법으로 Al2O3무기 박막을 제작하고 분자층 증착법으로 Alucone 박막을 순차적으로 증착하였다. 이를 Ca를 이용하여 전도도를 측정하고, 투습도를 계산하여 투과 방지막 특성을 분석하였다. Alucone 박막은 우수한 투과 방지막 특성을 가지지는 못하지만 적층 구조로 제작함으로써 두 쌍의 Alucone/Al2O3일때, $6.07{\times}10^{-2}g/m^2day$의 투습도를 보여주고 있다. Alucone 박막의 존재는 수분이나 산소의 투과 경로 길이를 늘려줌으로써 Alucone/Al2O3 박막의 투과방지 특성이 향상되는 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.4 no.2
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• pp.199-209
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• 1994

$PbTiO_3$ thin films were prepared on soda-lime-silica slide glasses, Si-wafer and sapphire substrate by the dip-coating of precursor solution. As starting materials, titanium tetra iso-propoxide and lead acetate trihydrate were used. Then acetylacetone was added to prepare stable sol. The effect of the parameters such as viscosity and composition of sol were investigated. The optical transmittance at visible range, refractive index, IR spectra were measured in varying compositions, thickness and heat treatment temperature. The crystallization of $PbTiO_3$ films were measured by using XRD and SEM. Diffusion of compositions from slide glass to thin film were investigated by using EDX, too. These sols not precipitated for 20 days. Transmittance of $PbTiO_3$ films at visible range were decreased with the increase of thickness and heat treatment temperatures, and were exhibited flat spectra. Pyrochlore type appeared in the films on slide glass and perovskite type appeared in the films on Si-wafer or sapphire at $600^{\circ}C$. Perovskite crystals transformed to $PbTi_3O_7$ phase at $800^{\circ}C$.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.158-158
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• 2016

최근 화석연료의 고갈과 환경 보전 및 에너지 절약에 대한 관심이 높아짐에 따라 화석연료의 소비를 최소화하고 실내조건을 쾌적하게 유지하려는 연구가 진행되고 있다. 국내의 경우 전체 에너지 소비의 30%이상을 차지하고 있는 건물부문에서의 에너지 소비를 줄이기 위한 활발한 연구가 진행되고 있으며 이에 따른 에너지절약 소재개발이 활발하게 진행되고 있다. 1975년 이후 여러 차례에 걸친 단열강화 조치를 통해 건물에서의 에너지 소모를 줄이고 있었으나 건물의 외벽에 대한 사항으로 한정되어있었고, 또한 건물의 창 면적이 증가함에 따라 창을 통한 열손실량과 열획득량이 더욱 증가하게 되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 열반사유리에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 열반사유리는 근적외선(열선)영역의 빛을 반사시켜 실내의 열손실량 및 외부에서의 열획득량을 감소시켜 에너지의 소비를 줄일 수 있는 유리을 말한다. 이러한 열반사유리은 fresnel 방정식을 통해 빛의 파장대에 따른 반사율 및 투과도를 예측할 수 있는데, 다층박막구조인 Oxide-Metal-Oxide(OMO)구조는 Oxide의 높은 굴절률과 Metal의 낮은 굴절률을 통해 가시광영역대의 높은 투과도와 근적외선 영역의 높은 반사율을 얻을 수 있다. 또한 Metal층을 삽입함으로서 flexible한 코팅이 가능하고, 높은 carrier density와 mobility로 표면 플라즈몬 공명을 통해 특정 파장대의 반사율을 높일 수 있으므로 많은 연구가 진행되고 있다. $TiO_2$는 고굴절률 및 낮은 광흡수성의 특성을 가지는 산화물반도체로 기존의 $In_2O_3$계 산화물에 비해 값이 싸고 높은 안정성과 광촉매특성을 보이므로 외부에 노출된 환경에 적합한 재료이다. Ag는 저굴절률과 낮은 광흡수성을 가지는 재료로 금속층에 적합하다. 본 연구에서는 fresnel 방정식을 통해 반사도 및 투과도를 예측하고 마그네트론 스퍼터링법으로 다층박막을 열선인 적외선 영역에서의 반사율 및 반사 효율을 평가하였다. Index-matching 시뮬레이션을 통해 $TiO_2/Ag/TiO_2$ 다층박막의 투과도와 반사도를 이론적으로 검토하였다. 시뮬레이션 프로그램은 Macleod프로그램을 이용하였고 재료 각각의 굴절률은 Ellipsometry를 이용하여 측정하였다. 두께 40 nm 와 8 ~ 16 nm를 가지는 $TiO_2$층과 Ag층을 각각 RF/DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Glass기판 위에 증착하였다. 직경 3 in 의 $TiO_2$, Ag 소결체 타깃을 이용하였고 스퍼터링 파워는 각각 200 W, 50 W로 설정하였고, 스퍼터링 가스는 Ar가스의 유량을 20 sccm으로 설정하였다. 작업압력은 모두 1 Pa로 설정하였고 타깃 표면의 불순물 및 이물질 제거를 위해 Pre-sputtering을 10분 진행하였다. 박막의 두께는 reflectometer와 Alphastep을 이용하여 측정하였고 Hall effect measurement를 이용하여 비저항, carrier density, mobility등 전기적 특성을 측정하였다. 또한 UV-VIS spectrometer와 USPM-RU-W NIR Micro-Spectrophotometer를 통해 광학적 특성을 측정하였고 계산 값과 비교분석하였다. 또한 열반사 특성을 평가하기 위해 직접 set-up한 장비를 이용하였다. 단열 박스에 샘플을 장착해 적외선 램프를 조사하였을 때의 열 반사효율을 평가하였고, IR Camera를 이용하여 단열 박스 내부의 온도 변화를 관찰하였다.