• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.176-176
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• 2012

본 연구는 GaN 기반의 전자소자의 표면 패시베이션 방법으로 열산화 공정을 이용한 알루미늄산화막 패시베이션 공정에 대하여 연구하였다. 결정질의 알루미늄산화물은 경도가 크고 화학적으로 안정적이기 때문에 외부 오염에 대한 소자 표면을 효과적으로 보호할 수 있으며, 열적안정성이 뛰어나 공정중 또는 공정 후의 고온 환경에서의 열 손상이 적은 장점을 가진다. 결정질 알루미늄산화막($Al_2O_3$)을 소자 표면에 형성하기 위해서 일반적으로 TMA (trimethlyaluminium)와 오존($O_3$)가스를 이용한 ALD 공정법이 사용되고 있으나 공정 비용이 비싸고 열산화막에 비해 전자 trapping이 많이 발생하여 전자이동도가 저하되는 단점이 있어, 본 연구에서는 열산화 공정을 이용하여 소자의 전기적 특성 저하를 발생시키지 않는 알루미늄산화막 패시베이션을 수행하였다. 실험에 사용된 기판은 AlGaN/GaN 이종접합 구조가 증착된 HEMT 제작용 기판을 사용하였으며 TLM 구조를 제작하여 소자의 채널 면저항 및 절연영역간 누설전류 특성을 확인하였다. TLM 구조가 제작된 샘플 위에 알루미늄을 100 ${\AA}$ 두께로 소자위에 증착하고 $O_2$ 분위기에서 약 $525{\sim}675^{\circ}C$ 온도로 3분간 열처리하여 알루미늄 산화막을 형성한 후 $950^{\circ}C$ 온도로 $N_2$ 분위기에서 30초간 안정화열처리 하여 안정한 알루미늄 산화막 패시베이션을 형성하였다. 알루미늄산화막 패시베이션 후 소자의 절연영역 사이의 누설전류는 패시베이션 전과 비슷한 크기를 나타냈고 패시베이션 후 채널의 면저항이 패시베이션 전에 비해 약 20% 감소한 것을 확인하였다. 또한 패시베이션된 소자와 패시베이션되지않은 소자에 대해 $900^{\circ}C$ 온도로 30초간 열처리한 결과 패시베이션 되지 않은 소자는 74%만큼 채널 면저항이 증가하였으며, 절연영역 누설전류가 다섯오더 크기로 증가한 반면 알루미늄산화막 패시베이션한 소자는 단지 13%의 채널 면저항의 증가를 나타내었고 절연영역 누설전류는 100배 감소한 값을 보여 알루미늄산화막 패시베이션이 소자의 열적 안정성을 향상시키는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.115-115
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• 2010

광 결정 발광 다이오드를 제작하는데 있어서 문제가 되는, 표면 비 발광 재결합을 줄이기 위해서 $(NH_4)_2S_x$ 패시베이션 효과를 연구하였고, 실제 소자를 공정하였다. $(NH_4)_2S_x$ 패시베이션의 영향을 알아보기 위해서, GaAs 기판위에 10쌍 다중 양자 우물 구조를 가진, 에피탁시를 이용하여 광 결정 다이오드를 제작하였고, 그 후 패시베이션 처리를 하였다. 광 결정 격자 상수는 600 nm 였고, 전자 빔 노광기법을 이용하여 패턴을 만들었다. 패시베이션효과는 시분해 발광 측정을 이용하여 캐리어 라이프 타임의 변화를 통해 확인 할 수 있었다. 광 결정 구조가 없는 발광 다이오드에서의 라이프 타임은 2206 ps였고, 광 결정 구조를 가진 발광다이오드에서의 라이프타임은 831ps였다. 이는 식각된 구멍의 표면에서 비 발광 재결합이 증가했다는 것을 의미한다. 패시베이션 처리된 광 결정 발광다이오드의 라이프 타임은 1560 ps 으로 광 결정 구조의 표면에서 발생된 비 발광 표면 재결합이 상당히 줄었음을 알 수 있다. 상용 에피탁시에 실제 소자에 적용 가능한 광 결정 발광 다이오드를 제작하였다. 상용 에피탁시는 20쌍의 다중 양자우물과, 16쌍의 Distributed Bragg Reflector를 가진 구조이다. 이 상용 에피탁시에 광 결정 구조를 만들기 위해서 니켈 크롬 (NiCr) 마스크를 사용하였고, 기존 식각 시간보다 세배 길어진 식각 시간을 달성하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.418.1-418.1
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• 2016

Atomic layer deposition (ALD)를 이용하여 증착된 aluminum oxide ($Al_2O_3$)는 우수한 패시베이션 특성을 가지고 있다. $Al_2O_3$ 박막은 많은 수소를 가지고 있기 때문에 화학적 패시베이션에 의한 실리콘 표면을 패시베이션 할 수 있다. 또한 $Al_2O_3$는 강한 고정전하를 가져 전계 효과 패시베이션을 할 수 있다. 따라서 $Al_2O_3$ 박막을 태양전지에 적용할 경우 높은 효율을 기대할 수 있다. 실리콘 태양전지를 제작하기 위해 소성공정(> $800^{\circ}C$)은 필수이다. $Al_2O_3$ 박막은 많은 수소를 가지고 있기 때문에 소성공정시 수소가스를 방출하여 $Al_2O_3$ 박막에 블리스터를 형성시킨다. 이 블리스터는 $Al_2O_3/Si$ 계면에서 발생하여 패시베이션 특성을 감소시킨다. 블리스터를 억제하기 위해 수소의 양을 조절할 필요가 있다. 이 실험에서는 plasma-assisted atomic layer deposition (PAALD)으로 $Al_2O_3$를 증착하였다. PAALD의 RF power를 200 W부터 800 W까지 조절하여 $Al_2O_3$ 막에 포함되는 OH의 농도를 조절하였다. $Al_2O_3$ 박막에 포함되는 OH 농도는 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)를 이용하여 분석하였다. 열처리공정 후, 화학적 패시베이션에 의한 유효 반송자 수명 (${\tau}_{eff}$) 향상이 나타났다 소성공정 후 블리스터가 형성되지 않는 조건에서 화학적 패시베이션과 전계 효과 패시베이션에 의해 ${\tau}_{eff}$가 증가하였다. 블리스터가 형성되었을 때 기존 논문들과 같이 패시베이션 특성이 감소하였다. 패시베이션 특성의 감소는 블리스터에 의한 화학적 패시베이션의 감소 때문이며 전계 효과 패시베이션은 오히려 증가하였다. 이를 통해 고온에서 열안정성을 갖는 $Al_2O_3$ 박막을 만들었으며 블리스터가 형성되지 않았고 패시베이션 특성이 증가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.689-689
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• 2013

Atomic layer deposition (ALD)에 의한 알루미늄 산화 막(Al2O3)은 고효율 결정질 실리콘 태양전지를 위한 우수한 표면 패시베이션 특성을 제공한다. 알루미늄 산화막는 고정적인 음전하를 가지고 있기 때문에 p-형 실리콘 태양 전지 후면은 전계에 의한 우수한 패시베이션 효과를 형성한다. 그러나, ALD 방식으로 증착된 알루미늄 산화막은 매우 긴 공정 시간을 필요로 하기 때문에 기존의 실리콘 태양 전지 공정에 적용하기가 어렵다. 본 논문에서는 알루미늄 산화막 형성에서 공정 시간을 줄이기 위해 Plasma assisted atomic layer deposition (PA-ALD) 방식을 적용했다. PA-ALD 기술은 trimethylaluminum (TMA)과 O2를 사용하여 기판 표면에 알루미늄 산화막을 증착하는 것으로 ALD 방식과 유사하지만, O2 플라즈마를 사용함으로써 증착 속도를 향상시킬 수 있다. 이는 좋은 패시베이션 특성을 가지는 알루미늄 산화막을 실리콘 태양전지양산 공정에 적용할 수 있는 가능성을 제시한다. PA-ALD 방식에 의한 알루미늄 산화막의 패시베이션 특성을 최적화하기 위해서 증착 후 열처리 조건에 대한 연구도 수행하였다. 막증착률이 1.1${\AA}$/cycle인 Al2O3층의 두께 변화에 따른 특성을 최적화하기 위해 공정 온도를 $250^{\circ}C$ 고정하고, 열처리 온도와 시간을 가변하였으며 유효 반송자수명을 측정하여 알루미늄 산화막의 패시베이션 특성을 확인했다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.200.1-200.1
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• 2013

실리콘 태양전지 표면에는 구조적인 결함에 의해 소수 캐리어의 재결합이 일어난다. 재결합에 의해 캐리어의 반송자 수명은 줄어들게 되고, 태양전지의 효율은 감소하게 된다. 이를 줄이기 위해 태양전지 전 후면에 패시베이션을 하게 되는데, 이번 연구는 단결정 실리콘 태양전지 전면에 SiNx막을 증착함으로 수소 패시베이션이 반송자 수명에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 공정을 위해 $156{\times}156mm^2$, 200 ${\mu}m$, 0.5-3.0 ${\Omega}{\cdot}cm$ and p-type 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하였고, SiNx막을 올리기 전에 KOH 8.5% 용액으로 SDR을 실행하였다. RF-PECVD 장비로 SiNx 막을 증착하였고 증착 온도는 $200{\sim}400^{\circ}C$, 반응기 내부의 압력을 200~1,000 mtorr, SiH4/NH3/N2 각각의 가스 비율 조절, 그리고 플라즈마 RF power 변화시킴에 따라 증착된 SiNx막의 균일도 및 특성을 분석하였다. 반사광 측정 장비인 Reflectometer장비로 막의 두께와 굴절률, 반사율을 측정하였고, 반송자 수명을 측정하여 태양전지의 표면결함을 최대한 패시베이션 시켜주는 조건에 대한 연구를 수행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.212-212
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• 2012

수소화된 실리콘 질화막은 결정질 태양전지 산업에서 반사방지막 과 패시베이션 층으로 널리 사용되고 있다. 또한, 수소화된 질화막은 금속 소성공정과 같은 높은 공정온도를 거친 후에도 결정질 실리콘 태양전지의 표면층으로서 충족되는 특성들이 변하지 않고 유지되어야 한다. 본 연구에서는 PECVD 장치를 이용한 수소화된 실리콘 질화막의 특성 변화에 대한 경향성을 알아보기 위하여 증착조건의 변수(온도, 증착거리, 무선주파수 전력, 가스비율 등.)들을 다양하게 가변하여 증착조건의 최적화를 찾았다. 이후 수소화된 실리콘 질화막의 전구체가 되는 사일렌(SiH4)과 암모니아(NH3) 가스비를 변화시켜가며 결정질 실리콘 태양전지에 사용되기 위한 박막의 광학 전기 화학적 그리고 표면 패시베이션 특성들을 분석하였다. 가스 비율에 따른 수소화된 실리콘 질화막의 굴절률 범위는 1.90-2.20까지 나타내었다. 결정질 실리콘 태양전지에 사용하기 위한 가장 적합한 특성은 3.6(NH3/SiH4)의 가스비율을 나타내었다. 이를 통하여 PECVD 내에서 구현 할 수 있는 가스의 혼합(SiH4+NH3+N2, SiH4+NH3, SiH4+N2)을 달리하여 박막의 광학적 및 패시베이션 특성을 분석하였다. 이후 $156{\times}156mm$ 대면적 결정질 실리콘 태양전지를 제작하여 SiH4+NH3+N2 의 가스 혼합에서 17.2%의 변환 효율을 나타내었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.446-446
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• 2009

표면 패시베이션 기술로 이용되는 수소화된 실리콘 질화막은 제조원가의 절감을 위한 실리콘 기판재료의 두께 감소에 따른 특성상의 문제점을 해결하기 위해 중요한 영향을 미치는 요소이다. 실리콘 질화막은 강한 기계적 강도, 우수한 유전적 특성, 수문에 의한 부식과 유동적 이온에 대한 우수한 저항력 때문에, 반도체 소자 산업에서 널리 사용되고 있다. 수소화된 실리콘 질화막은 반사방지 특성과 함께 표면 패시베이션의 질을 향상시킬 수 있다. 굴절률 1.9 ~ 2.3 범위에서 쉽게 변화 가능한 수소화된 실리콘 질화막은 굴절률 1.4 ~ 1.5 사이의 열적 산화막 보다 효과적인 반사방지막이다. 수소화된 실리콘 질화막을 사용한 태양전지에서는 효율을 높이기 위해서 기판 표면에서의 케리어 재결합이 억제되어져야한다. 또한, 수소화된 실리콘 질화막은 최적화된 두께와 굴절률을 가져야한다. 본 연구에서는 고효율 태양전지에 적용하기 위해 반송자 수명이 향상된 수소화된 실리콘 질화막을 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 증착하였다. 박막은 $250^{\circ}C\;{\sim}\;450^{\circ}C$에서 증착되었으며 증착된 박막은 1.94 to 2.05 굴절률 값을 가지고 있다. 반송자 수명을 증가시키기 위해 $650^{\circ}C\;{\sim}\;950^{\circ}C$에서 어닐링 하였고 반송자 수명을 측정하여 패시베이션 특성을 분석하였다. 수소화된 실리콘 질화막은 $850^{\circ}C$의 어닐링 온도와 굴절률 2.0 조건에서 가장 좋은 반송자 수명을 나타냈다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.54.2-54.2
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• 2009

결정질 실리콘 태양전지의 알루미늄 후면전극이 패시베이션층의 공극을 통하여 확산됨으로써 국부 후면전계(local back surface field)가 형성되는 후면 점접촉 구조를 제조하였으며, 이에 대한 공정조건 및 특성을 연구하였다. 후면 패시베이션층은 실리콘 기판과 금속전극사이에 삽입됨으로써 표면 재결합속도를 낮추고, 후면 반사도를 높여 광흡수 경로를 증가시킬 수 있다. 고가의 사진식각기술 대신에 저가의 단순한 공정인 레이저 식각기술을 사용하여 후면 패시베이션층에 균일하고 잘 정렬된 공극 패턴을 형성할 수 있었다. 레이저 식각 조건 및 소성조건에 따른 Al 확산 국부 후면전계의 단면 형상을 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였으며 이에 대한 전기적, 광학적 특성 변화를 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.446-446
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• 2014

흑연(graphite)과 티타늄(titanum; Ti) 타겟이 양쪽에 부착되어 있는 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 Ti이 도핑되어진 다이아몬드상 탄소박막(Ti doped Diamond-like carbon, DLC:Ti)을 증착하였다. 흑연과 티타늄 타겟의 파워는 고정하고 기판에 음의 DC 바이어스를 인가하여 DC 바이어스 변화에 따른 DLC:Ti 박막을 증착하였다. 증착되어진 박막의 음의 DC 바이어스의 변화에 따라 변화되어지는 경도와 마찰계수, 표면의 거칠기, 접촉각 등의 물리적 특성들을 분석하였으며, XPS와 라만등의 분석법을 이용하여 박막의 구조적 특성을 분석하였으며, 패시베이션 층을 위한 전기적 특성등을 평가하여 이들 특성들간에 관계를 고찰하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권3호
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• pp.51-57
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• 2019

구리 표면을 대기 중의 산화로부터 보호하기 위해서 아르곤(Ar)과 질소($N_2$) 가스를 이용하는 two-step플라즈마 공정으로 산화 방지층인 구리 질화물 패시베이션 형성을 연구하였다. Ar 플라즈마는 구리 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 동시에 표면을 활성화시켜 다음 단계에서 진행되는 $N_2$ 플라즈마 공정 시 질소 원자와 구리의 반응을 촉진시키는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 two-step 플라즈마 공정 중 Ar 플라즈마 공정 조건이 구리 질화물 패시베이션 형성에 미치는 영향을 실험계획법의 완전요인설계를 통하여 분석하였다. XPS 분석에 의하면 Ar 플라즈마 공정 시 낮은 RF 파워와 압력을 사용할 경우 구리 산화물 피크(peak) 면적은 감소하고, 반대로 구리 질화물(Cu4N, Cu3N) 피크 면적은 증가하였다. Ar 플라즈마 공정 시 구리 질화물 형성의 주 효과는 RF 파워로 나타났으며 플라즈마 공정 변수간 교호작용은 거의 없었다.