• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.3 no.3
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• pp.360-367
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• 1994

Si2H6PH3 혼합기체를 사용하여 증착된 in-situ P-doped 비정질 실리콘과 SiH4 기체를사용하여 증착한후에 As+ 이온주입에 의해 도핑시킨 다결정 실리콘 박막을 하부 전극으로 하는 캐패시터를 형성 하였다. 여기서 유전박막층은 자연산화막 화학증착된 실리콘질화막 및 질화막의 산화에 의해 형성된 O-N-O 구조를 갖는 것이었다. 두 종류의 하부전극에 따른 캐패시터의 전기적 특서을 조사하였다. 전기 적 특성으로는 정전용량, 누설전류, 절연파괴전압 및 TDDB 등이었다. 이 가운데 정전용량, 누설전류 및 절연파괴전압은 하부전극에 따라 큰 차이를 보이지않았다. 그러나 음의 전장하에서의 TDDB 특성은 in-situ P-doped 비정실 실리콘이 하부전극인 캐패시터가 As+ 이온 주입실리콘이 하부전극인 것에 비해 더우수하였다. 이와 같은 TDDB 특성의 차이는 하부전극 실리콘의 integrity 차이로 인한 자연산화막의 결함 정도의 차이에 기인하는 것 같다. 이를 뒷받침하는 것으로 투과전자현미경 단면사진으로 확인하였 다. Shallow junction을 유지하는데도 in-situ P-doped 비정실 실리콘은 만족할 만한 결과를 보이며 박 막자체의 면저항값도 낮출 수 있어 초고집적 회로의 캐패시터 전극으로서 이용될 수 있는 것으로 평가 되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.142-142
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• 2010

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치 창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막 태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막 태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모 뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGS를 광흡수층으로 하는 CIGS 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 앞면 투명전극, 반사방지막)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 이 중에 하부전극은 Mo 재료을 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 0.24 Ohm/cm2 정도의 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 그리고 CIGS 박막 내에서 Na 도핑을 어떻게 제어할 것인지도 고려해야한다. 본 연구에서는 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지에서 요구되는 하부전극 Mo 박막의 특성과 기술적 이슈들에 대해서 연구결과들을 논하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.365-365
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• 2012

본 연구에서는 X-ray 영상을 얻기 위한 검출기 중 직접 검출방식에 쓰이고 있는 광도전체(Photoconductor)의 전극으로 Au를 사용하여 전기적인 특성을 파악하였다. Au는 유기물에 대한 반응이 적고 전기 전도도가 좋은 물질로서 투명전극으로 많이 쓰이고 있는 인듐 주석 산화물(ITO)을 대체할 수 있는 물질로 각광받고 있다. 우선 시편 제작을 위해 투명한 기판(Corning Glass, 0.7t)위에 하부전극으로 Au를 $3cm{\times}3cm$의 크기로 Physical Vapor Deposition(PVD) 방식을 이용하여 증착하였다. 이 때 챔버 내 저진공은 Rotary Pump를 이용하여 $3.9{\times}10-2Torr$ 이하를 유지하고 고진공은 Diffusion Pump를 이용하여 $5.3{\times}10-5Torr$ 이하를 유지하였다. 완성된 하부전극 위에 광도전체인 $HgI_2$를 폴리머 물질에 교반하여 메탈 폴리머 결합을 가진 Paste를 제조하고 이 Paste를 Screen Printing Method를 이용하여 증착 후 건조하였다. 마지막으로 시편위에 상부전극을 하부전극과 같은 조건으로 증착함으로서 시편을 완성한다. 상하부 전극으로 쓰이는 Au의 증착 조건을 변화시키면서 그에 따른 시편의 전기적인 특성 변화를 관찰하였다. 그 결과, Au의 증착온도와 질량에 따라 특성이 변화함을 알 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 디지털 방사선 검출기에서 Au 전극의 적용 가능성을 확인하였으며, 추후 Au 증착 조건의 최적화를 통해 방사선 검출기의 효율 향상을 위한 연구를 하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.432-432
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• 2013

현대에 이르러 직접방식 엑스선 검출기에서는 기존의 a-Se을 주로 이용하였지만, 고전압 인가에 따른 회로 손상과 짧은 수명, 그리고 누설전류에 따른 안전의 문제 등으로 낮은 에너지 밴드갭과 높은 흡수효율, 비저항 등에 의거한 다양한 대체 물질에 대한 연구가 활발하게 이루어져가고 있다. 본 논문에서는 직접방식 엑스선 검출물질로 전기이동도와 흡수효율이 뛰어나고, 밴드갭이 낮아 태양전지분야 뿐만 아니라 최근 엑스선 검출물질로 각광받고 있는 CdTe를 선정하였다. 연구의 목적은 PVD (Physical Vapor Deposition)방식의 CdTe 검출 물질의 제작과정에서 CdTe가 기화되어 하부전극 기판에 증착될 시, 하부전극 기판 온도에 따른 CdTe의 박막형성과 전기적 측정을 실시하여 그에 따른 최적의 증착조건을 선정하는 것이다. 하부전극 기판으로는 Au/glass를 사용하였으며 증착 시, $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$로 나누어 특성을 평가하였다. 시료는 파우더형태의 다결정CdTe를 120 g를 사용하여 증착완료 시, 약 $100{\mu}m$의 박막두께를 구현하였다. PVD증착의 조건으로는 Mo재질의 보트를 사용하였으며, 증착 시 진공도는 $5{\times}10^{-6}$ Torr, 보트온도는 약 $350^{\circ}C$ 소요시간은 5시간이었다. 증착이 완료된 CdTe의 표면구조와 전기적 특성평가를 위해 SEM촬영을 실시하였고, 전기적 특성 평가를 위해 CdTe표면에 Au를 PVD방식으로 증착하였다. 실험 결과 SEM촬영을 이용한 표면특성에서는 하부전극 기판의 온도가 높아질수록 표면 결정입자가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 전기적 특성에서도 하부전극 기판의 온도가 증가할수록 RQA-5 조건의 70 kVp, 100 mA, 0.03 sec 엑스선에 대한 우수한 민감도와 암전류 값을 확인하였다. 이러한 결과는 증착과정에서 온도에 따른 다결정 CdTe의 표면결정 크기 증가는 동일한 면적에서 표면결정 수의 감소를 뜻한다. 이는 결정간의 경계에서 트랩 되어지는 전자가 감소하고, 전자의 이동도 또한 높은 효율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통하여 CdTe기반의 직접방식 엑스선 검출기 제작과정에서 증착 시 하부전극기판 온도가 증가할수록 결정의 크기가 증가하여 최적의 전기적 특성을 나타냄을 검증할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.327-328
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• 2012

의료분야의 진단 방사선 장비는 초기의 필름방식 및 카세트에서 진보되어 현재는 디지털방식의 DR (Digital Radiography)이 널리 사용되며 이에 관한 연구개발이 활발히 진행 되고 있다. DR은 일반적으로 직접방식과 간접방식으로 나눌 수 있다. 직접방식의 원리는 X선을 흡수하면 전기적 신호를 발생 시키는 광도전체(Photoconductor)를 사용하여 광도전체 양단 전극에 전압을 인가하여 전기장을 유도한 가운데, X선을 조사하면 광도전체 내부에서 전자-전공쌍(Electron-hole pair)이 생성된다. 이것은 양단에 유도된 전기장의 영향으로 전자는 +극으로, 전공은 -극으로 이동하여 아래에 위치한 하부기판을 통하여 이미지로 변조된다. 간접방식은 X선을 흡수하면 가시광선으로 전환하는 형광체(Scintillator)를 사용하여 조사된 X선을 형광체에서 가시광선으로 전환하고, 이를 Photodiode와 같은 광변환소자로 전기적 신호로 변환하여 방사선을 검출하는 방식을 말한다. 본 연구에서는 직접방식에서 이용되는 광도전체 중 흡수효율이 높고 Mobility가 뛰어난 CdTe를 선정하여 PVD (Physical vapor deposition)방식으로 300 m의 두께를 목표로 하여 증착을 진행하였다. Chamber의 진공도가 $2.5{\times}10^{-2}$ Torr로 도달 시점부터, Substrate와 Boat에 열을 가하였다. Substrate온도는 $350^{\circ}C$, Boat온도는 $300^{\circ}C$도로 설정하여 11시간 동안 진행하였다. Substrate온도는 $303^{\circ}C$, Boat온도는 $297^{\circ}C$도부터 증착이 시작되어 선형적인 증가세 추이를 나타내어 Substrate 및 Boat온도가 설정 값에 도달 하였을 때, $25{\sim}34.4{\AA}/s$ 증착율을 나타내었다. 하부전극의 물질에 따른 CdTe증착 효율성 평가를 진행한 후, 그에 따른 전기적 특성을 알아보았다. 하부전극의 물질로는 ITO (Indium Tin Oxide), Parylene이 코팅 된 ITO, Au, Ag를 사용하였다. 하부전극의 물질 상단에 Thermal Evaporation System을 사용하여 CdTe를 증착한 후, Cdte 상단에 Au를 증착 시켜 민감도(Sensitivity)와 암전류(Dark current)를 측정하였다. 증착 결과 ITO와 Ag상단에 증착시킨 CdTe박막은 박리가 되었고, Au와 Parylene이 코팅 된 ITO에는 CdTe박막이 안정적이게 형성이 되었다. 이 두 샘플에 대하여 동일한 조건으로 민감도와 암전류를 측정 시, Parylene이 코팅된 ITO를 하부전극으로 사용한 CdTe박막은 0.1021 pA/$cm^2$의 암전류와 1.027 pC/$cm^2$의 민감도를 나타낸 반면, Au를 하부전극으로 사용한 CdTe박막은 0.0381 pA/$cm^2$의 암전류와 1.214 pC/$cm^2$의 민감도를 나타내어 Parylene이 코팅된 ITO보다 우수한 전기적 특성을 나타내었다. 따라서 Au는 CdTe박막 증착 시, 하부전극 기판으로서 뛰어난 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.453.2-453.2
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• 2014

그래핀을 수직으로 성장한 형태인 탄소나노월(Carbon nanowall; CNW)은 탄소를 바탕으로 하는 다른 나노물질에 비해 표면적이 상당히 넓은 물질로 전극에 활용하여 소자 성능향상을 기대 할 수 있다. 또한 탄소를 기반으로 하는 나노 구조물중에서 가장 높은 표면밀도를 가진다. CNW를 차세대 염료감응형 태양전지(Dye sensitised solar cells; DSSC)의 상대전극으로 사용한다면 기존대비 광변환 효율을 향상시킬 수 있어 새로운 상대전극으로 활용 가능하다. 또한 CNW는 다른 촉매 없이 직접성장이 가능함으로 불순물 제거공정이 필요하지 않고, 공정시간이 짧아 대량생산에 용의하다. 본 연구에서는 마이크로웨이브 PECVD 장비를 사용하고 메탄(CH4)을 반응가스로 사용하여 CNW 하부전극을 제조하였다. CNW 하부전극의 광 변환효율을 관찰하기위해서 합성시간을 변화를 주었다. 제조된 DSSC의 광 변환 효율을 측정하기 위해 Solar simulator 장비를 사용하여 제작된 cells의 효율을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2002.04b
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• pp.73-76
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• 2002

박막 다이오드의 전기적 특성에 미치는 전극 구조의 영향을 관찰하였다. 박막 다이오드는 하부전극-절연층($Ta_{2}O_{5}$)-상부전극의 3층 구조로 설계 및 제작하였고, 하부 전극으로 Ta, 상부 전극으로 Cr 및 Ti를 각각 사용하였다. Cr을 상부 전극으로 사용한 결과 비대칭비가 1.8인 높은 비대칭 특성을 나타내었다. 그러나 Ti 상부 전극의 경우 반대의 경향을 나타내었다. 이들을 각각 $150^{\circ}C$에서 열처리한 결과 Cr 상부 전극 다이오드는 비대칭비가 1.4로 여전히 비대칭 경향을 나타내었으나, Ti 상부 전극의 박막 다이오드는 비대칭비가 1.1로 대칭에 가까운 우수한 특성을 나타내었다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.6 no.2
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• pp.177-184
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• 1996

We adopted the $Pt/SiO_{2}/Si$ and the $Ir/SiO_{2}/Si$ substrates of which buffer layer is $PbTiO_{3}$ to improve electrode and interfacial properties of PZT thin film deposited by reactive sputtering method using metal target in this study. We got PZT thin film to have highly oriented(100) structure and good crystallinity using buffer layer in Pt bottom-electrode, though randomly oriented PZT thin film was obtained without buffer layer. Although great improvement of PZT phase formation on Ir bottom-electrode with buffer layer was not observed, we observed the increase of remennant polarization and the decrease of coercive field compared with properties of PZT thin films on the Pt bottom-electrode. So we got the results of the increase of dielectric constant using buffer layer on fabrication of PZT thin film and the better dielectric properties in PZT thin film using Ir bottom-electrode compared with that using Pt bottom-electrode.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.85-85
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• 1999

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)는 높은 유전율로 인해 강유전체 메모리 소자의 응용을 위한 연구가 되고 있으며 또한 전왜(electrostrictive)성을 갖고 있어 이력현상을 갖지 않음으로 최근 들어 미세전기기계소자(MEMS)로의 연구가 활발히 되고 있다. 본 연구에서는 MEMS 소자로서의 응용을 위해 저응력 SiNx가 형성된 Si 기판위에 Pt 전극 혹은 산화물 전극 SrRuO3를 갖는 PMN-PT 박막 캐패시터를 제조하였다. 박막 하부의 구조는 금속전극의 경우 Pt/Ti/LTO/SiNx/Si이고 산화물전극은 SrRuO3/Ru/SiNx/Si의 구조를 갖는다. PMN-PT 박막은 alkoxide를 기반으로 회전 coating 방법을 사용하여 박막 하부층의 변화를 주어서 성장시켰다. PMN-PT 용액의 합성은 분말합성법에서 사용하는 columbite 방법을 응용하여 상대적으로 반응정도가 낮은 Mg를 Nb와 우선 반응하여 Mg-Nb solution을 얻고 Pb-acetate 용액과 합성하여 PMN을 제조한 후 PT를 반응시켜서 제조하였다. PMN-PT 박막에서 동일한 공정조건 하에서 박막 하부층의 구조에 따라서 PMN-PT 박막의 조성이 A2B2O6의 조성을 가지는 파이로클러어상이 형성되거나 또는 ABO3인 페로브스카이트상이 형성되는 것을 관찰하였다. 금속 전극인 Pt를 하부전극으로 사용한 경우는 혼재상이 형성되어 패로브스카이드 PMN-PT를 얻기 위해 seed layer로서 PbTiO3를 사용하였으며 이러한 seed layer 위에 형성된 PMN-PT를 형성하는 경우 rutile 구조인 RuO2 위에 성장시킨 PMN-PT는 파이로클로어와 페로브스카이트의 혼재상이 얻어졌으나 pseudo-perovskite 구조인 SrRuO3 박막 위에 형성된 PMN-PT 박막에서는 페로브스카이트가 주된 상으로 얻어졌다. 즉 하부층(전극 또는 seed layer)으로 perovskite 구조를 갖는 박막을 형성하게 되면 페로브스카이트를 갖는 PMN-PT 박막을 얻을 수 있었다. 전기적인 특성은 상부전극으로 Pt를 사용하여 HP 4194A로 측정을 하였다. PT seed layer를 포함한 PMN-PT 박막은 유전상수 1086과 유전손실 2.75%을 가졌다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.363-363
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• 2013

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치 창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2 세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막 태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모 뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGSe2를 광흡수층으로 하는 CIGSe2 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 상부투명전극)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 이중에 소다라임유리를 기판으로 하는 하부전극은 Mo 재료를 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 우수한 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 고온 안정성 확보를 위하여 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 본 연구에서는 대면적 CIGSe2 박막태양전지에서 요구되는 하부전극 Mo 박막의 제작과 그 특성에 대해 평가하고, 최종적으로 대면적 CIGSe2 박막태양전지 공정에 적용 그 결과를 논하고자 한다.