• 한국진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.190-198
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• 2010

450 mm의 웨이퍼 공정용 플라즈마 장비의 개발을 위하여 안테나 형상, 챔버의 직경, 웨이퍼까지의 거리에 따른 플라즈마 균일도를 Ar과 $CF_4$에 대하여 축대칭 2차원으로 수치 모델링하였다. 챔버의 종횡비를 직경, 기판까지의 거리, 배기구의 면적으로 나누어서 결정하고 여기에 안테나 구조를 변경하여서 최적의 플라즈마 균일도를 갖는 조건을 도출하였다. Drift diffusion식과 준중성 조건을 이용한 간략화를 이용하였으며 표면 재결합과 식각 반응을 이온에너지의 함수로 처리하였다. 반응기판 표면에서의 플라즈마 밀도 균일도는 기판 홀더와 챔버 벽면과의 거리, 기판과 소스와의 거리가 멀수록 좋아졌으며, 안테나의 디자인이 4 turn으로 1층인 경우, 두 번째, 네 번째 turn만 사용하여 전류비 1 : 4에서 기판표면에서의 플라즈마 균일도를 4.7%까지 낮출 수 있었다. Ar과 $CF_4$의 반경 방향으로 전자 온도 균일도 50%, 전자 밀도 균일도 19%의 차이가 있었다.

• 전기화학회지
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• 제16권3호
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• pp.177-183
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• 2013

고전압에서도 사용 가능한 바인더 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라 이에 적합한 내산화성이 우수한 바인더를 양자화학적 모델링에 기반하여 제안하고자 하였다. 각 고분자 poly(acryl amide)(PAM), poly(methyl acrylate)(PMA), poly(vinylidene fluoride)(PVDF), poly(hexafluropropylene)(PHFP)에 대하여 반경험적 방법(Semi-empirical method) 및 밀도범함수 이론(Density Functional Theory, DFT) 방법을 이용하여 단량체부터 사량체까지의 고분자 바인더에 대한 최고 점유 분자 궤도함수(Highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지와 이온화 에너지(Ionization Potential, IP) 값을 구하여 실험 값과 비교하였다. 밀도범함수 방법으로 해석한 결과, PHFP, PVDF, PMA, PAM 순으로 고분자의 내산화성이 좋은 것으로 시뮬레이션을 통해 예측되었고, 이러한 결과는 선형 훑음 전압-전류법(Linear Sweep Voltametry, LSV)으로부터 얻은 실험값과 일치하였다. 또한 이 결과는 HOMO 오비탈의 구조를 분석하여 내산화성이 좋은 원인을 규명하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.106-106
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• 2018

해양환경용 선박재료는 전기화학적인 부식을 발생시키는 염소이온($Cl^-$)이 다량 포함된 부식 환경에 장기간 노출되어 있어 부식에 대해 취약하다. 따라서 우수한 내식성 및 내침식성을 가진 재료를 선정하는 것은 매우 중요하다. 알루미늄 합금은 충분한 강도와 부동태 피막 형성으로 인해 내식성이 우수하여 해양환경용 선박 재료로서 널리 이용되고 있으며, 이에 따른 부식 특성에 관한 연구도 활발히 이뤄지고 있다. 그러나 선박에서는 부식에 의한 손상뿐만 아니라 전식에 의한 부식 손상도 발생할 수 있다. 특히 선미 부분은 프로펠러의 동합금과 알루미늄 합금의 이종금속 간 전위차에 의한 전식이 발생하여 선체의 다른 부위에 비해 부식이 더 심하게 진행될 수도 있다. 또한 전식은 해안 부두에 접안된 선박의 용접 시미주전류(stray current)에 의한 부식손상이 발생할 수 있으나 이에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 해양환경에서의 전식을 인위적으로 모사할 수 있는 부식 정전류 시험법을 이용하여 다양한 크기의 전식 손상을 유발시켰으며, 해양환경 하에서 선박재료로 주로 사용되는 알루미늄 합금인 Al5083-H321, Al5052-O, Al6061-T6에 대한 전식 특성을 비교, 분석하였다. 실험 방법으로 작동전극은 각 재료의 시험편을 $2cm{\times}2cm$ 으로 절단하여 sand paper # 2000 번까지 연마 후 아세톤과 증류수로 세척하고 건조하였으며, 제작된 시험편은 자체 제작한 홀더를 이용하여 $1cm^2$만 노출시킨 후 정전류 가속 실험을 실시하였다. 기준전극은 은/염화은(Ag/AgCl) 전극을, 대응전극은 백금(Pt) 전극을 사용하였다. 정전류 가속 조건은 $0.001mA/cm^2$, $0.1mA/cm^2$, $1mA/cm^2$, $5mA/cm^2$, $10mA/cm^2$의 전류 밀도를 천연해수에서 30분간 인가하였다. 각 재료에 대한 전식 특성은 실험 전후의 무게 감소량으로 전식의 저항 특성을 확인하였다. 그리고 3D 현미경으로 표면 손상 경향과 깊이를 측정하였으며, 주사전자현미경 (SEM)을 통해 표면 형상을 미시적으로 관찰하였다. 부식 정전류 시험 결과 모든 시편에서 $0.01mA/cm^2$에서 미세한 국부적인 부식이 일어났으며, 전류밀도가 증가할수록 표면 전반에 부식이 진행되고 성장하였다. 그리고 모든 인가 전류밀도의 조건에서 Al6061-T6가 5000계열(Al5083-H321, Al5052-O)보다 더 우수한 내식성을 나타났다.

• 한국진공학회지
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• 제16권2호
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• pp.79-90
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• 2007

저에너지 초고속 표면 처기 이온원, 4개의 마그네트론 스퍼터 캐소드가 부착된 300 mm 폭 다목적 연성 기판 제작을 위한 부피 800 L 용량의 진공 웹코터 원형 (prototype) 장비를 설계 제작하였고, 무접착제 2층 연성 동박 적층 필림을 제작하여 성능을 평가하였다. 2 개의 터보 펌프 및 폴리콜드를 장착한 비코팅 부분인 상실부와 각각 1개씩의 터보 펌프를 사용한 표면 처리 및 코팅 부분인 하실부의 진공 배기 특성을 측정하였다. 패러데이 컵을 사용하여 대면적 이온원의 이온 전류 밀도 및 균일도를 측정하고, 스퍼터 캐소드의 자기장 분포 및 타겟 사용 효율을 조사하였다. 진공 웹코터의 성능 및 각 구성 요소의 특성 조사를 위하여 연성 기판으로는 폴리이미드 (Kapton-E) $38{\mu}m$을 사용하여 여러 가지 가스 이온에 대한표면 처리 조건에 따른 증류수의 접촉각 변화와 화학 성분의 변화를 x-선 분광학을 사용하여 조사하였다. 고밀도 2층 연성 동박 적층 필림 기판을 스퍼터-전기 도금법으로 제작하기 위하여 스퍼터 타겟으로는 Ni-Cr 및 Cu 금속을 사용하여, 각각의 증착율을 직류 전력의 변화 및 롤의 속도에 따라 조사하였고, 전기 도금으로 $9{mu}m$ 까지 동박 적층 필림을 제작한 후 접착력 및 내열성, 내화학성을 측정하여 소형 진공 웹 코터의 특성을 조사하였다.

• 한국진공학회지
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• 제11권3호
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• pp.176-182
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• 2002

이온빔 스퍼터링을 사용하여 유리 기판위에 $TiO_2$ 박막을 증착하고 광학적, 구조적 특성을 분석한 후 실제 반사 방지막을 제작하였다. 박막 증착은 상온에서 실시하였으며 이온빔 전압을 1.2 kV 이온빔 전류 밀도를 200 $\mu\textrm{A}/\textrm{cm}^2$로 고정하였다. 방전가스로 아르곤과 산소 가스를 사용하였으며 $O_2$/Ar비를 변화시켜 박막을 증착하고 각 박막의 특성을 분석하였다. 증착된 박막은 비정질이었고 $O_2$/Ar비가 1일 때 화학량론적인 조성비를 나타내었다. 증착된 박막의 표면 거칠기는 7 $\AA$이내의 낮은 값을 보였으나 과량의 산소분위기에서는 그 값이 50 $\AA$이상으로 증가하였고 이로 인해 투과도가 감소하는 경향을 보였다. 증착된 $TiO_2$ 박막의 굴절률은 2.40-2.45값을 나타내었고.$O_2$/Ar 비가 0.25-1사이에서 높은 투과도를 나타내었다. 이온빔 스퍼터링으로 $SiO_2$/$TiO_2$6층 반사 방지막을 제작하여 가시 광선 영역에서 약 1%이하의 반사율 특성을 갖는 박막을 증착할 수 있었다.

• 공업화학
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• 제30권1호
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• pp.74-80
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• 2019

저가습 작동을 위한 수소 이온 교환막 연료전지용 $Nafion/TiO_2$ 복합막을 졸-겔 법을 이용하여 제조하였다. 이때 Nafion막에 $TiO_2$ 나노 입자를 함침시키기 위하여 $TiO_2$ 전구체 용액에 1일부터 7일까지 함침 시간을 달리하여 복합막을 제조하였다. 담금 시간이 증가할수록 Nafion막 내에 함침되는 $TiO_2$ 함량이 증가하였다. $TiO_2$ 함량이 증가함에 따라 막의 표면의 친수성이 증가하면서 접촉각은 감소하는 것을 보여주었다. 물 흡수력(water uptake)과 복합막을 통한 수소 이온 전도도는 담금 시간이 4일인 경우 가장 높게 나타났고 4일 이상인 경우에는 오히려 감소하는 경향을 보여주었다. 담금 시간이 7일인 경우에는 큰 $TiO_2$ 입자들이 막의 표면과 내부에 생성되어 애노드에서 캐소드로의 수소 이온 전도를 방해하게 되는 결과를 초래하였다. 전지 성능 시험 결과 물 흡수력 및 수소 이온 전도도의 결과와 상당히 일치하는 것을 보여주었다. 즉, 0.6 V에서 담금 시간이 1일, 3일, 4일 및 7일인 경우 전류 밀도가 상대 습도(relative humidity, RH) 40%에서 각각 0.54, 0.6, $0.63A/cm^2$ 및 $0.49A/cm^2$를 나타내었다. Nafion 분산액과 $TiO_2$ 입자를 혼합하여 제작한 막과 Nafion 115를 이용하여 RH 40%에서 수행한 전지 성능 결과와 비교할 때 졸-겔 법을 이용하여 제조한 복합막의 경우 약 66%의 전지 성능 향상을 얻을 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.97-97
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• 2010

많은 플라즈마 공정 중에 건식 식각은 복잡하고 표면반응이 잘 알려지지 않은 등의 이유로 가장 어려운 분야 중의 하나이다. 이러한 이유로 식각 장치 디자인뿐만 아니라 플라즈마를 이용한 건식 식각의 공정 조건은 수많은 시행착오를 통해 시도되어 왔다. 이런 문제들을 극복하기 위해 많은 연구자들에 의해서 다양한 방법과 tool을 이용해 모델링이 시도되고 있다. 본 연구에서는 $CF_4$ 가스를 이용한 유도결합 플라즈마에 의해 Si와 $SiO_2$를 식각하는 것을 상용 프로그램인 전산모사 유체역학 시뮬레이터인 CFD-ACE+를 이용하여 모델링했다. 150 mm 직경의 웨이퍼에 대한 모델은 식각 속도 실험결과와 비교 하였다. Ar의 경우 20 mTorr에서 13.56 MHz, 500 W인가 시 2.0 eV의 전자온도와 $7.3{\times}10^{11}\;cm^{-3}$의 전자밀도가 계산결과와 상당히 일치하게 측정되었고, $CF_4$를 이용한 $SiO_2$ 식각에서도 식각 속도가 평균 190 nm/min로 일치했고 식각 균일도는 3% 였다. 450 mm 웨이퍼 공정용 장치의 모델 계산 결과에서는 안테나와 기판의 거리, 챔버의 단면적, 기판 지지대와 배기구와의 높이 등 기하학적인 구조와 각 안테나 턴의 위치 및 전류비가 플라즈마 균일도에 많은 영향을 주었으며, 안쪽부터 4 turn이 있는 경우 2번째, 4번째 turn에만 1:4의 전류비를 인가했을 때, 수십%의 전자밀도의 불균일도를 4.7%까지 낮출 수 있었다. 또한, Si 식각에서는 식각 속도의 분포가 F radical의 분포와 같은 경향을 보임을 확인했고, $SiO_2$ 식각에서는 전자 밀도의 분포와 일치함을 확인함으로써 균일한 식각을 위해서 두 물질의 식각 공정에서는 다른 접근의 시도가 필요함을 확인했다. 플라즈마의 준중성 조건을 이용해서 Poisson 방정식을 풀지 않고 sheath를 해석적 모델로 처리하는 방법과, Poisson 식으로 정전기장을 푸는 방법을 통해서 입사 이온의 에너지 분포를 비교하였다. 에너지 범위는 80~120 eV로 같지만, 실험에서는 IED가 낮은 에너지 쪽이 더 높게 측정됐고, 계산 결과에서는 높은 에너지 쪽이 높았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.445.2-445.2
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• 2014

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에서는 여러 가지 표면 조직화 공정 기술을 이용하여 표면 형상에 따른 광 변환 효율에 대해 연구하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. KOH를 이용한 표면 조직화, 산 증기를 이용한 표면 조직화, 반응성 이온 식각을 이용한 표면 조직화, 금속 촉매 반응을 이용한 표면 조직화 공정 기술을 이용하여 표면 조직화 공정을 진행하였다. 셀 제작 결과, 반사도 결과와는 상반되는 결과를 얻을 수 있었다. 표면 조직화 형상에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 표면 조직화 공정 기술별 도핑 프로파일을 보면 KOH를 이용한 표면 조직화 공정을 제외한 나머지 표면 조직화 공정들의 도핑 프로파일은 불균일하게 형성되어 있는 것을 확인 할 수 있다. 양자 효율 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면 조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자, 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 결과적으로 낮은 반사율을 갖는 표면 조직화 공정도 중요하지만 표면 조직화 공정 기술에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도와 개방전압 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국재료학회지
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• 제3권2호
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• pp.151-157
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• 1993

In situ on-axis rf magnetron sputtering 방법으로 $Y_1$B$a_2$C${u_4}\;{_2O_x}$의 비화학 양론적인 타게트를 사용하여 $T_c$, $_{zero}$/-88.2K, ${\Delta}{T_c}$, <1.5K의 고온초전도 박막을 제조하고, 활성이온식각법으로 이 박막을 patterning하여 그 특성을 조사하였다. 제조된 패턴은 깨끗한 경계면을 가지고 있음이 관찰되었으며, 패턴 폭이 5${\mu}$m에서 2${\mu}$m로 좁아짐에 따라 임계온도와 임계전류밀도의 특성저하가 나타났으나, 그 저하폭이 크지 않아 소자로서 응용하기에 충분한 특성을 가지고 있음을 확인하였다. 한편 RIE방법에 의하여 미크론 이하의 선폭 제조가능성을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제29권3호
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• pp.164-172
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• 2019

본 연구에서는 녹말(starch)과 poly(acrylonitrile) (PAN)으로 이루어진 가지형 공중합체 기반의 슈퍼 캐퍼시터용 전해질막을 손쉽게 제조하는 방법을 제시하였다. 가지형 공중합체(starch-g-PAN)는 세륨 이온에 의해 개시된 자유 라디칼 중합을 통해 합성되었다. 실온에서 어떠한 유기용매 없이 Starch-g-PAN 고분자를 이온성 액체, 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA)에 용해하였으며 1시간 동안 $100^{\circ}C$의 고온을 가해줌으로써 손쉽게 고분자 막을 만들었다. 제조된 막은 유연하여 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터의 전해질에 적용되었다. Starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막을 사용한 슈퍼 캐퍼시터는 0.5 A/g의 전류 밀도에서 약 21 F/g의 정전용량을 가졌으며 10,000 사이클 동안 86%의 유지율을 보이며 높은 주기 안정성을 보였다. 본 연구를 통해 starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막이 우수한 성능을 가진 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터에 응용될 수 있음을 확인하였다.