• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.295-296
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• 2015

최근 indium tin oxide (ITO)의 높은 전기 전도도 및 광투과율을 이용하여 줄 발열을 기초로 하는 투명 면상 발열체에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 하지만 단일 ITO박막으로 제작한 투명 면상 발열체는 다양한 문제점들을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 단일 ITO박막을 이용한 투명 면상 발열체의 단점을 보완하기 위하여 하이브리드 구조 투명 면상 발열체를 제작하여 금속 삽입층의 두께에 따른 전기전도도, 광투과율, 면 발열성능을 평가 하였다. 그 결과 하이브리드 구조의 투명 면상발열체의 발열량, 온도 균일성 등이 기존의 단일 ITO 박막의 투명 면상 발열체보다 효율이 크게 향상 된 것을 확일 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.160-160
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• 2016

최근 indium tin oxide (ITO)의 높은 전기 전도도 및 광투과율을 이용하여 줄 발열을 기초하는 투명 면상 발열체에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 하지만 단일 ITO박막으로 제작한 투명 면상 발열체는 다양한 문제점들을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 단일 ITO박막을 이용한 투명 면상 발열체의 단점을 보완하는 하이브리드 구조 투명 면상 발열체를 제작하여 금속 삽입층의 두께에 따른 전기전도도, 광투과율을 관찰 하였다. 그 결과 하이브리드 구조의 투명 면상발열체의 발열량, 온도 균일성등이 기존의 단일 ITO 박막의 투명 면상 발열체보다 효율이 크게 향상 된 것을 확일 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.182.2-182.2
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• 2015

최근 학계나 산업계에서 투명 전자 소자에 대하여 활발한 연구가 진행되면서, 투명 전 도성 산화물(TCO: transparent conductive oxide)에 대한 관심이 높아지고 있다. 대표적인 TCO 물질인 Indium Tin Oxide (ITO)는 가시 광 영역에서의 높은 투과 및 높은 도전성을 가져 전압을 인가하면 발열이 가능하므로 이를 투명 면상 발열체에 적용시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, ITO는 발열 테스트 결과 온도가 상승함에 따라 발열이 일부분에 집중되는 현상이 있으며, 전도성을 높이기 위하여 추가공정이 필요하다. 또한, 글라스의 곡면 부분에서 ITO를 사용하면 유연성이 부족하므로 크랙이 발생한다는 단점이 있다. 따라서, 최근 Silver nanowire (AgNW), Single-walled Carbon nanotube (SWCNT), ITO를 기반으로 한 AgNW에 ITO를 증착 하거나 SWCNT를 코팅하여 우수한 전기적, 광학적 특성을 지닌 하이브리드 전극이 투명 면상 발열체 재료로서 사용되고 있다. 하지만 대체된 재료들도 다양한 문제점을 가지고 있다. 예를 들어 고온에서 발열을 유지하지 못하고 끊어지거나 가시광영역의 투과율이 낮은 점 등이 있다. 이런 다양한 문제점들을 보완 할 수 있는 새로운 투명 면상 발열체에 적용한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 GZO/Ag/GZO 하이브리드 구조의 투명 면상 발열체를 제작하여 전기적, 광학적 특성을 비교하고 발열량, 온도 균일 성, 발열 유지 안정도를 확인하였다. 본 연구에서는 $50{\times}50mm$ 크기의 Non-alkali glass (삼성코닝 E2000) 기판 상에 DC마그네트론 스퍼터링 공정을 이용하여 상온에서 GZO, Ag, GZO 박막을 연속적으로 증착 하여 다층구조의 하이브리드형 투명 면상 발열체를 제조하였다. 박막 증착 파워는 DC (Ag) power 50 W, RF (GZO) power 200 W로 하였으며 GZO박막두께는 45 nm로 고정 시키고 Ag박막 두께는 5~20 nm로 변화를 주었다. 증착원은 3인치 GZO 세라믹 타깃 (2.27 wt. % Ga2O3) 과 Ag 금속 타깃 (순도 99.99%)을 사용하였으며, Ar을 40 sccm 주입 후 Working pressure는 고 순도 Ar을 사용하여 1.0 Pa로 고정하며 10분간 Pre-sputtering을하고 증착을 진행하였다. 앞선 실험을 통해 증착한 박막의 전기적, 광학적 특성은 각각 Hall-effect measurements system (ECOPIA, HMS3000), UV-Vis spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu)를 사용해 측정 되었으며, 하이브리드 표면의 구조 및 형상은 FESEM으로 관찰하였다. 또한 표면온도 측정기infrared camera (IR camera)를 이용하여 4~12 V/cm의 전압을 인가 시 시간에 따른 투명 면상 발열체의 표면 온도변화를 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.473.2-473.2
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• 2014

투명 면상 발열체는 심미적인 기능을 부가할 수 있기 때문에 다양한 용도의 어플리케이션이 가능하여 저온용 뿐 아니라 고온용 발열체에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 ITO/ZnO의 투명 면상 발열체를 제작하였으며, 발열체의 특성을 최적화하기 위해 씨드층 및 수열합성법으로 제작된 film-like ZnO 나노구조체의 두께에 따라 발열 특성을 비교분석 하였다. 제작된 발열체는 $350^{\circ}C$이상에서 안정적으로 발열을 확인하였다. 발열체를 제품 적용 가능성을 확인하기 위해 발열량, 온도균일성, 발열 유지 안정도, 내마모성 등의 신뢰성 평가를 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.319.2-319.2
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• 2013

투명 발열체는 심미적인 기능을 부가할 수 있기 때문에 다양한 용도의 어플리케이션이 가능하여 저온용 뿐 아니라 고온용 발열체에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 스퍼터링과 솔루션 공정으로 제작된 ITO와 ZnO를 이용하여, 투명 면상 발열체를 제작하였다. ITO 발열 테스트 결과 온도가 상승함에 따라 발열이 일부분에 집중되는 현상을 확인하였으며, ITO층 위에 용액공정을 통해 film-like의 ZnO 나노구조체를 형성한 기판의 경우 열이 균일하게 분산되는 것을 알 수 있었다. 발열체의 특성을 최적화 하기 위해 씨드층 및 film-like ZnO 나노구조체의 두께에 따라 발열 특성을 비교하였고, 제작된 발열체는 $350^{\circ}C$이상에서 안정적으로 발열이 되었다. 4 Point Probe, UV-Visible spectrometer, FE-SEM와 XRD를 이용하여 제작된 발열체의 특성을 비교분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.252-252
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• 2016

최근 학계나 산업계에서 indium tin oxide (ITO)의 높은 전기 전도도 및 광투과율을 이용하여 줄 발열을 기초로 하는 투명 면상 발열체에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 하지만 단일 ITO 박막으로 제작한 투명 면상 발열체는 온도가 상승함에 따라 균일하게 발열 되지 않으며, 글라스의 곡면 부분에서 유연성이 부족하여 크랙이 발생하는 다양한 문제점들을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 ITO의 결정화 온도 $160^{\circ}C$ 이상의 고온공정 또는 증착 후 열처리가 필요 하는 추가적인 공정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 단일 ITO 박막의 단점을 개선하는 ITO/Ag/ITO 하이브리드 구조의 투명 면상 발열체를 제작하여 전기적, 광학적 특성을 비교하고 발열량, 온도 균일성, 발열 유지 안정도를 조사하였다. 본 연구에서는 $50{\times}50mm$ 크기의 non-alkali glass (Corning E-2000) 기판 상에 마그네트론 스퍼터링 공정으로 상온에서 ITO/Ag/ITO 박막을 연속적으로 증착 하여 다층구조의 하이브리드 형 투명 면상 발열체를 제조하였다. 박막 증착 파워는 DC (Ag) power 100 W, RF (ITO) power 200 W로 하였으며 ITO박막두께는 40 nm로 고정 시키고 Ag박막 두께는 10 ~ 20 nm로 변화를 주었다. 증착원은 3인치 ITO 단일 타깃(SnO2, 10 wt.%)과 Ag 금속 타깃 (순도 99.99%)을 사용하였으며, 고순도 Ar을 이용하여 방전하였으며 총 주입량은 20 sccm, working pressure는 1.0 Pa을 유지하였다. 증착전 타깃 표면의 불순물 제거와 방전의 안정성을 유지하기 위해 10분간 pre-sputtering을 진행하고 증착하였다. 증착한 박막의 전기적, 광학적 특성은 각각 Hall-effect measurements system (ECOPIA, HMS3000), UV-Vis spectrophotometer (UV-1800, SHIMADZU)으로 측정하였으며, 하이브리드 표면의 구조 및 형상은 field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi S-4800)으로 관찰하였다. 또한 투명 면상 발열체의 성능은 0.5 ~ 3 V/cm의 다양한 전압을 power supply (Keithly 2400, USA)를 통해서 시편 양 끝단에 인가한 후 시간에 따른 투명면상 발열체의 표면 온도변화를 infrared thermal imager (IR camera, Nikon)를 이용하여 관찰하였다. 하이브리드 구조를 가진 ITO박막의 두께는 40 nm로 고정 시키고 Ag박막의 두께는 10, 15, 20 nm로 변화를 주었다. 이들 박막의 면저항 값은 각각 5.3, 3.2, $2.1{\Omega}/{\Box}$였으며, 투과도는 각각 86.9, 81.7, 66.5 %였다. 이에 비해 두께 95 nm의 단일 ITO박막의 면저항 값은 $59.5{\Omega}/{\Box}$였으며, 투과도는 89.1 %였다. 하이브리드 구조의 전기적특성은 금속층의 두께가 증가할수록 캐리어 농도 값이 증가함에 따라 비저항 값이 감소되어 면저항 값도 감소된 것이며, 금속 삽입층의 전도특성이 비저항에 큰 영향을 주고 있음을 보여준다. 하지만 금속 층의 두께가 증가할수록 Ag층이 연속적인 막을 형성하여 반사율이 증가함에 따라 투과도가 감소하였다. 따라서 하이브리드 구조를 가진 투명 면상 발열체에 금속 삽입층의 두께 조절은 매우 중요한 인자임을 확인 할 수 있었다. 또한 발열성능을 평가 하기 위해 시편 양 끝단에 3 V전압을 인가한 결과, 금속 삽입층의 두께가 10 nm에서 5 nm씩 증가한 하이브리드 구조를 가진 투명면상 발열체의 최고 온도는 각각 98, 150, $167^{\circ}C$ 였으며, 단일 ITO의 최고 온도는 $32^{\circ}C$였다. 이 것은 동일한 두께 (95 nm)의 단일 ITO 박막과 비교하여 면저항이 낮은 하이브리드 박막의 발열량은 약 $120^{\circ}C$로 발열효율이 매우 우수한 것을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.168.2-168.2
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• 2017

발열체는 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 전기 저항체인데, Ni-Cr계 합금이 발열 가능 온도가 범위가 크고 열 효율 및 내 산화성, 내 부식성이 우수하여 발열체로 많이 사용되고 있다. 그리고 기존의 선형 발열체의 효율성을 개선한 면상 발열체가 개발되었고, 최근 나노 기술의 발달로 나노크기의 ITO(Indium Tin Oxide) 입자나 탄소나노튜브가 코팅된 형태의 투명 면상 발열체가 개발되어 주목을 받고 있다. 투명 면상 발열체는 발열체의 형태를 거시적으로 확인할 수 없기 때문에 자동차의 전면 유리 히터 및 건축용 기능성 창호 등의 심미적 효과를 요구하는 제품에 사용될 수 있다. 본 연구에서는 PVP(Poly vinyl Pirrolidone)을 이용하여 Ni-Cr Nanofiber 제조를 위한 효율적인 전기 방사 조건을 도출한다. PVP 질량에 따라서 Ethanol과 Methanol, 물을 이용하여 viscosity와 ion conduciviy를 조절하였고, 전기방사 조건으로 bead를 최소화 하는 나노섬유를 얻었다. 이어서 Ni-Cr/PVP 용액은 Metal Precursor wt.% 조절 및 방사조건으로 100~300nm의 직경을 가진 나노 섬유를 얻을 수 있었다. 산화/환원 열처리 후 PVP와 Oxide가 제거된 Ni-Cr nanofiber를 합성하였다. Nanofiber 형상은 FE-SEM으로 측정하였으며, XRD, FT-IR 분석을 통해 제작된 나노 섬유의 구조적 특성을 확인하였다.

• The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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• v.12 no.3
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• pp.218-223
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• 2019

To prevent the low heating effect of heating system caused by the high sheet resistance of CVD graphene, multi-layered graphene was laminated to implement a Transparent plane heating system with good optical properties of low-resistance. Low-resistance plane heating system implemented by $300{\times}400{\times}5mm$ heating plane laminated multi-layered CVD graphene film and PWM control system to drive efficient power. A plane resistance value of $85.5{\Omega}/sq$ was measured on average for 4-layer CVD graphene film used as a heating plane. Thus, the transfer by thermal film as the method of implementing low-resistance CVD graphene is reasonable. The experimental results of heat test show that an average heat-rise rate in low-resistance, transperent plane heating system using CVD graphene is $10^{\circ}C/min$ and has an optical transmittance rate of 86.44%. Therefore, the proposed heating system is applicable to large window glass and vehicle heating window-shild-glass.

• Journal of Surface Science and Engineering
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• v.55 no.5
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• pp.284-291
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• 2022

Herein, we studied ultrathin Cu-layer-based transparent heaters embedded between a ZnO underlayer and an Al₂O₃ overlayer. The anti-reflecting functions for the ZnO and Al₂O₃ layers by independently varying the layer thicknesses, with the Cu layer thickness fixed at 8.5 nm. The smallest visible light transmittance of 11.1% was achieved when the overlayer and underlayer thicknesses were 90 and 30 nm, respectively. We conducted electrically driven Joule heating test for the Cu layers having thicknesses of 8.5 nm (R_s: 14.7 Ohm/sq.) and 19 nm (R_s: 3.4 Ohm/sq.). External voltages were increased with an interval of 2 V until irreversible failures occurred at temperatures of ~390 ℃ and 550 ℃, respectively. At each voltage increase before heater failures, the heater exhibited superior thermal response with the heater temperatures reaching over 90% of the final temperatures. The heaters also showed excellent reproducibility when turning on and off the heater repeatedly.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.114.2-114.2
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• 2017

Transparent film heaters (TFHs) based on Joule heating are currently an active research area. However, TFHs based on an indium tin oxide (ITO) monolayer have a number of problems. For example, heating is concentrated in part of the device. Also, heating efficiency is low because it has high sheet resistance ($R_S$). Resistance of indium zinc oxide (IZO) is similar to ITO and it can be used to flexible applications due to its amorphous structure. To solve these problems, our study introduced hybrid layers of IZO/Ag/IZO deposited by magnetron sputtering, and the electrical, optical, and thermal properties were estimated for various thickness of the metal interlayer. It was found that the sheet resistance of the multilayer was mainly dependent on the thickness of the Ag layers. The $R_S$ of IZO(40)/Ag/IZO(40nm) multilayer was 5.33, 3.29, $2.15{\Omega}/{\Box}$ for Ag thickness of 10, 15, and 20nm, respectively, while the $R_S$ of an IZO monolayer(95nm) was $59.58{\Omega}/{\Box}$. The optical transmittance at 550nm for the IZO(95nm) monolayer is 81.6%, and for the IZO(40)/Ag/IZO(40nm) multilayers with Ag thickness 10, 15 and 20nm, is for 72.8, 78.6, and 63.9%, respectively. The defrost test showed that the film with the lowest RS had the highest heat generation rate (HGR) for the same applied voltage. The results indicated that IZO(40)/Ag(15)/IZO(40nm) multilayer has the best suitable property, which is a promising thin film heater for the application in vehicle windshield.