• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.1
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• pp.36-40
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• 2012

We have developed the detection method of the resonance frequency of micro/nano mechanical resonator using optical method. The optical interferometery method enabled us to detect the displacement change of resonators within several nm scale. The micro mechanical resonator was produced by attaching a micro mechanical cantilever to a piezo ceramic. The mass of cantilever was increased by evaporating Au using electron beam evaporator and the mass variation was estimated by detecting the resonance frequency changes.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.42-42
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• 2000

진공장비 내에서 사용되는 베어링에 있어서 그리이스나 오일은 중기압이 높아 장치내 진공도 저하뿐 아니라 처리되는 부품에 오염을 초래하게 되므로 많은 경우 진공 환경용 베어링은 전동면 또는 마찰면에 마찰계수가 매우 낮은 박막을 형성시켜 윤활을 실현한다. 진공용 베어링이 사용되는 곳은 인공위성의 안테나, 태양전지 전개 기구 및 회전부 등 우주항공 분야를 비롯하여, 상업적으로는 X-ray 발생장치, 반도체 등 전자소재 제조 장치의 구동부 및 각종 진공 증착 장치 등에 널리 사용되고 있다. 이러한 진공용 베어링은 일반 베어링의 수 천배에 달하는 고가로 그간 전량 수입에 의존하여 왔으며 근래에는 국내 전자 산업의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하여 수입 비용의 부담도 크게 늘고 있다. 당사에서는 진공에서의 각종 요구특성에 대응한 베어링으로 연질금속계(Ag. Au, Pb) 황하물계(Mos2), 폴리머계(PTFE) 의 윤활 막을 코팅한 진공용 베어링을 개발하여 공급능력을 갖추었기에 이의 특징 및 용도를 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.298-299
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• 2011

최근 입력소자로 활용되는 터치스크린은 키보드나 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고, 스크린에 손가락, 펜 등을 접촉하여 입력하는 방식이다. 터치패널의 구현방식에 따라 저항막(Resistive) 방식, 정전용량(Capacitive) 방식, SAW (Surface Accoustic Wave; 초음파) 방식, IR (Infrared; 적외선) 방식등으로 구분된다. 특히 최근 관심을 받고 있는 IR 방식은 적외선이 사람의 눈에는 보이지 않으나, 직진성을 가지고 있어 장애물이 있으면 차단되는 특성을 이용한 방식이다. IR방식의 터치패널은 발광(Light emitting)소자와 수광(Light detecting)소자가 마주하도록 배치되어 터치에 의해 차단된 좌표를 인식하게 되며, ITO 필름 등이 필요 없어 Glass 1장으로도 구현이 가능하며 투과율이 우수하다. 이러한 IR 방식의 터치패널을 제작하기 위하여 사용된 IR 광검출기는 광학적 band-gap이 작은 박막물질을 필요로 한다. 본 연구에서는 IR 광검출을 위한 물질로 SiGe를 co-sputtering 기법을 이용하여 성장시켰다. 일반적으로 SiGe 박막을 성장시키기 위하여 저압화학기상증착법(low pressure chemical vapor deposition, LPCVD)이나 고진공 LPCVD를 사용하지만 본 연구에서는 CVD에 비하여 무독성이면서 환경친화적이고 초기투자비용이 낮은 증착장비인 sputtering을 이용하였다. 본 연구에서 성장된 SiGe 박막은 400$^{\circ}C$에서 rf plasma가 인가된 Ge과 dc plasma가 인가된 Si의 power를 조절하여 결정화도가 70% (Fig. 1)이고 결정성장방향이 (111)과 (220)방향으로 성장하는 SiGe 박막을 얻을 수 있었다. 본 논문에서는 co-sputtering 성장조건에 따라 성장된 SiGe의 박막 특성을 논의할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.170-170
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• 2011

태양전지와 박막 트랜지스터를 위한 유망한 재료로서 수소화된 비정질 실리콘과 나노결정 실리콘 박막이 관심을 받아 왔다. 특히, 수소화된 나노결정 실리콘 박막은 비정질 대비 높은 방향성과 조밀한 구조 덕에 박막 태양전지나 TFT(Thin film transistor) 소자의 성능 향상에 기여할 수 있는 물질로 연구되고 있다. 이러한 박막들은 보통 $SiH_4$같은 Si을 포함한 가스에 다량의 $H_2$를 희석시켜 플라즈마 화학 증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 성장된다. 이러한 CVD증착 방식을 이용하여 결정화된 박막을 얻기 위해서는 대개 높은 수소 희석비를 이용하는 것이 일반적이나, 이러한 공정 방식은 실리콘이 결합되어야 할 결합위치에 bonding energy가 더 높은 수소의 결합을 촉진하게 된다. 이러한 특성은 박막 태양전지에서 효율을 떨어뜨리는 주요 요소로 작용하고 있다.(1) 본 연구에서는 수소의 결합 확률을 낮춘 결정화된 박막을 성장시키기 위해 수소를 대신하여 헬륨을 희석가스로 사용하여 박막을 증착하고 그 특성을 분석해 보았다. 박막의 구조적 특성, 결정화도(Xc), 플라즈마 내 활성 라디칼(Active radical in plasma), Si-H결합 특성, 전도도(Conductivity)와 같은 박막 특성을 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy), 라만 분광기(Raman spectroscopy), 광 방출 분광기(OES, Optical Emission Spectrocopy), 적외선 분광기(FT-IR, Fourier Transform-Infrared Spectroscopy), Keithley measurement kit이 사용되었다. 수소를 대신하여 헬륨을 사용함으로써 동일 결정화도 대비 10%이상 낮은 microstructure factor 값을 얻을 수 있었으며 인가되는 RF 전력을 140W까지 증가시켰을 때 약 80%의 결정화도를 관찰할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.175-175
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• 2011

인체감지 적외선 센서로 사용되는 마이크로볼로미터 센서 감지재료인 $V_{2-x}W_xO_5$를 증착하고 단위소자를 제작하여 저항 및 센서성능을 측정 조사하였다. 감지재료는 $V_2O_5$에 W을 첨가하여 $V_{2-n}W_nO_5$ 타겟을 제작하였으며 RF sputtering 장비를 이용하여 $V_{1.85}W_{0.15}O_5$ 박막을 증착하였다. 증착온도 $400^{\circ}C$, $Ar/O_2$ 가스비율 50/20, 두께 200nm로 증착된 센서 재료의 특성을 조사한 결과 저항은 약 $20{\sim}70k{\Omega}$이었으며, TCR 값은 -3%/$^{\circ}C$ 이상으로 매우 우수한 박막특성을 얻었다. 볼로미터소자는 $40{\times}40{\sim}140{\times}140um^2$의 셀면적으로 설계하여 전극패턴과 습식식각공정으로 센서 구조체를 제작하였다. 소자의 성능평가는 검출기 측정장비를 이용하여 반응도 및 탐지도 특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.225.2-225.2
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• 2013

실리콘기반의 광전변환 소자는 소자공정의 편의성, 소자 신뢰성, 화학적 안정성, 그리고 저가경쟁력 등의 이점 때문에 수 십 년간 널리 연구되어 왔다. 그러나, 실리콘 재료의 경우 높은 굴절률로 인해 표면에서 높은 광 반사도를 가지고 있다. 일반적으로, 태양전지의 광전변환 효율은 빛이 서로 다른 유전율을 가진 계를 통과할 때 발생하는 계면반사로 인한 물리적인 한계를 가진다. Indium Tin Oxide (ITO)는 발광 다이오드, 태양전지, 그리고 광 검출기 등의 광소자에 적용하기 위해 수 년간 투명전도 산화막 재료로서 연구되어 왔다. ITO의 뛰어난 광학적, 전기적 특성은 높은 투과도와 낮은 전기 전도도를 요구하는 소자 응용에 대해 유망한 후보로 거듭나게 했다. 게다가, ITO의 굴절률은 대략 2정도이다. 그 결과, ITO는 반도체 기반 태양전지의 무반사 코팅 소재로서도 장점을 가지고 있다. 본 연구는 전자빔 증착법으로 경사입사 증착을 하여 실리콘 기반 태양전지에 증착될 ITO 박막의 굴절률을 조절한다. 여기서, 실리콘의 굴절률은 대략 3.5정도이다. 그러므로, 더 나은 광학적 특성을 가지기 위해 다층으로 올려진 ITO 박막이 점진적인 굴절률 변화를 가지는 것을 필요로 한다. 점진적 굴절률 변화를 가진 무반사 박막이 실리콘 태양전지의 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해 광전변환 효율을 측정하였다. 증착된 박막의 굴절률과 표면형상은 각각 타원편광분석과 Atomic Force Microscopy (AFM)을 통해 분석되었다. 또한, 소자의 단면형상은 Scanning Electron Microscopy (SEM)으로 측정되었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.13 no.1
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• pp.22-28
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• 2004

Ta films were deposited on Si (100) substrates at zero substrate bias voltage and a substrate bias voltage of -125 V ($V_{s}$ = -125 V) using a non-mass separated ion beam deposition system. To investigate the effect of the negative substrate bias voltage on the impurity concentration in the Ta films, secondary ion mass spectrometry (SIMS) was used to determine impurities in the Ta films. By the SIMS depth profiles with $Cs^{+}$ cluster ion beam, high intensities of O, C and Si were clearly found in the Ta film at $V_{s}$ = 0 V, whereas these impurities remarkably decreased in the Ta film at $V_{s}$ = -125 V. Furthermore, from the SIMS result with $Cs^{+}$ and $O_2^{+}$ ion beams, it was found that applying the negative substrate bias voltage could affect individual impurity contents in the Ta films during the deposition. Discussions concerning the effect of the negative substrate bias voltage on the impurity concentration of Ta films will be described in details.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.397.2-397.2
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• 2014

유기 발광 다이오드 (OLED)의 상용화를 위해 해결해야할 기술적 문제 중하나는 장수명이다. OLED에 적용된 유기물 층은 수분과 산소에 취약하여 소자 수명을 단축하는 요소로 작용하는데, 이를 해결하기 위해 유기물을 보호하며, 유기물 내로 침투되는 수분과 산소를 제어하기 위한 보호 층의 증착이 필수적이다. 필수적이다. 본 연구에서는, 사이클 화학 기상 증착법(C-CVD)을 이용하여 SiN/SiCN/SiN 구조의 무기 박막을 증착하여 유기물 보호층으로서의 적용 가능성을 제시하고자 한다. 이 때 각층의 두께는 각 각 10 nm이다. 증착된 다층 무기 박막은 비정질 상으로 수분 침투 보호막으로서 적당하다. 다층 무기 박막의 수분에 대한 저항성은 칼슘을 이용한 투과도 변화를 이용하여 측정하였다. 칼슘을 이용한 투과도 측정을 위해 고분자 PEN 필름위에 칼슘을 60nm 두께로 증착 시키고, 이어서 무기물인 SiN/SiCN/SiN의 다층 박막을 확산 방지층으로 증착 하였다. 제작된 소자는 온도 $85^{\circ}C$, 상대습도 85%의 가혹 조건에서 시간에 따른 표면 변화 및 투과도의 변화를 측정하였다. SiN/SiCN/SiN 구조를 갖는 무기 박막 층의 투습도는 3000시간까지는 $3.2{\times}10-5g/m/day$를 유지하였다. 이는 OLED 소자의 상용화를 위한 요구 조건에 근접한 값이다. 그러나 투습도는 측정 시간이 6000시간이 지난 후에 급격 증가하는데 이것은 30nm 두께의 SiN/SiCN/SiN의 확산 방지층에 임계 수명이 존재 한다는 것을 의미 한다고 할 수 있다. C-CVD 기술에 의해 제조된 다층 무기 박막 보호 층의 경계면에서 각 층간의 intermixing 현상이 관측되었으며, 이는 무기물 층의 결함과 핀 홀을 통해 내부로 확산 되는 수분의 침투 경로를 효과적으로 제어할 수 있는 방법이다. 본 연구 결과는 유연 기판 상에 제작된 OLED 소자에 적용 가능한 기술로서 소자 수명의 연장 뿐만 아니라 경량화에도 기여할 수 있는 기술이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.193.2-193.2
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• 2014

열차폐 코팅(Thermal Barrier Coating)은 주로 항공기 엔진이나 화력발전용 터빈 등의 $1300^{\circ}C$ 이상의 고온에서 사용되는 부품에 적용되어 모재(내열합금)의 손상 방지 및 에너지 효율 향상을 위해 사용되고 있다. 열차폐 코팅의 경우 Plasma Spray 공법과 EB-PVD(전자빔 물리 증착법) 공법이 가장 많이 사용되고 있다. Plasma Spray에 의한 열차폐 코팅 공정은 생산 비용이 저렴하고 수평형 적층 구조를 통한 높은 열전도율을 가지는 장점이 있으며, EB-PVD 공정은 수직형 구조의 열차폐막을 통해 내열 충격성과 내열 사이클성이 양호하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 열 사이클의 내구성이 뛰어난EB-PVD를 이용하여 열차폐 코팅 공정연구를 진행하였다. 본 연구소에서 사용하고 있는 EB-PVD 는 종래의 장치와는 달리 70 kW급 전자총 5기가 장착 되어 있으며, 각각 시편 가열용 전자총 2기 및 피코팅용 가열 전자총 3기로 구성되어 있다. 이런 구성을 통해 다양한 종류의 열차폐 박막과 높은 결정성과 치밀도를 가지는 박막 형성할 수 있을 것이다. 본 발표에서는 EB-PVD 공정 연구결과 및 향후 실용화를 위한 개발 연구 방향에 대해서 기술하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.283.2-283.2
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• 2014

열필라멘트 화학증착공정(Hot Wire Chemical Vapor Deposition)에서 기상 에서 생성되는 하전된 실리콘 나노입자와 저온결정성 실리콘박막 증착의 연관성을 압력의 변화에 따른 상호비교를 통해 조사하였다. 필라멘트 온도는 $1800^{\circ}C$로 고정시키고 0.3~2 torr의 범위에서 공정 압력을 변화시키면서 증착하였다. 압력이 증가함에 따라 증착된 실리콘 박막의 결정화도는 증가하였으며, 증착속도는 감소하였다. 반응기 압력에 따른 기상에서 생성되는 나노입자의 크기분포의 변화를 조사하기 위하여 탄소막이 코팅된 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy) 그리드 위에 실리콘 나노입자를 포획하고 관찰하였다. 포획된 실리콘 나노입자의 크기분포와 개수농도는 압력이 증가함에 따라 감소하였다. 투과전자현미경을 이용하여 분석한 결과, 나노입자는 결정성 구조를 보였다. 압력이 증가함에 따라 나노입자의 크기가 감소하고 개수농도가 감소하는 것은 증착속도의 감소와 관련됨을 알 수 있다. 한편, 공정압력 증가에 따른 나노입자의 크기분포 및 개수농도 감소와 증착속도의 감소는 일반적으로 알려진 기상에서 석출하는 고상의 평형석출량(equilibrium amount of precipitation)이 압력의 증가함에 따라 증가한다는 사실과 일치하지 않는다. 이러한 압력경향성은 Si-H 시스템이 0.3~2 torr의 압력 영역에서 retrograde solubility를 갖는 것을 의미한다. 나노입자의 하전여부, 크기분포 및 개수농도를 측정하기 위하여 입자빔질량분석장비(Particle Beam Mass Spectroscopy)를 이용하였다. 그 결과, 실리콘 나노입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM) grid에 포획한 실리콘 나노입자의 크기와 경향성이 일치하였다. 이는 나노입자가 저온의 기판에서 핵생성되어 성장하여 생성된 것이 아니라 열필라멘트 주위의 고온영역에서 생성된 것을 의미한다.