• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.115.2-115.2
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• 2014

2004년에 최초의 2D 물질인 그래핀이 발표된 이후로 그래핀에 대한 관심이 매우 높다. 그래핀은 매우 높은 캐리어 이동도와 높은 광학 투과도, 높은 기계적 강도, 뛰어난 유연성등 다양하고, 뛰어난 물리적, 광학적, 기계적 성질을 갖고 있다. 이러한 뛰어난 성질로 인해 초고속 전자소자, 유연소자, 투명전극, 광학소자등 다양한 분야의 응용이 기대되어, 현재 물리학, 화학, 재료등 여러분야에서 활발히 연구가 진행되고 있다. 이러한 활발한 연구에도 불구하고 그래핀이 가진 기본적인 물리적 특성인 "제로 밴드갭" 특성으로 인해 낮은 소모전력이 요구되는 전자소자와 또한 광학소자로서의 응용에 한계를 보이고 있는 것이 사실이다. 그래핀의 기본적인 물리적 성질인 "제로 밴드갭"에서 탈출해 밴드갭을 증가하기 위해 나노리본, 바이레이어 그래핀등, 다양한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 이를 통한 밴드갭의 증가량은 충분히 크지않아서 그래핀의 전자 및 광학적 응용이 아직까지는 매우 어렵다. 이러한 그래핀의 물질적 한계에 비추어 최근에 그래핀과 달리 충분한 밴드갭이 있어 반도체 특성을 가지는 Transition Metal DichalCogenide (TMDC) 물질에 대한 관심이 매우 높다. TMDC물질은 그래핀과 같이 2차원 물질로서 극히 얇으며, 또한 밴드갭을 가지고 있다. 따라서 실리콘과 같이 전자소자, 광학소자의 응용이 더욱 현실적으로 가능하다. 가장 대표적인 물질은 MoS2, WS2등을 들수 있다. TMDC 물질의 연구에서 가장 기본적으로 선행되어야할 연구분야는 바로 물질 성장에 있으며, 본 연구에서는 가장 대표적인 성장방법인 화학기상증착(CVD), 스퍼터링-물리적기상증착 (PVD)를 이용한 MoS2, WS2등의 TMDC의 성장연구에 대해 논의하고자 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.12
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• pp.1171-1176
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• 2012

The selective patterning of a carbon nanotube (CNT) forest on a Si substrate has been performed using a femtosecond laser. The high shock wave generated by the femtosecond laser effectively removed the CNTs without damage to the Si substrate. This process has many advantages because it is performed without chemicals and can be easily applied to large-area patterning. The CNTs grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) have a catalyst cap at the end of the nanotube owing to the tip-growth mode mechanism. For the application of an electron emission and biosensor probe, the catalyst cap is usually removed chemically, which damages the surface of the CNT wall. Precise control of the femtosecond laser power and focal position could solve this problem. Furthermore, selective CNT cutting using a femtosecond laser is also possible without any phase change in the CNTs, which is usually observed in the focused ion beam irradiation of CNTs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.268-268
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• 2010

단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)는 그 뛰어난 전기적, 물리적 특성 때문에 반도체 공정에 있어서 중요한 p-type 채널 물질로 꼽히고 있다. 본 연구에서는 SWCNT를 성장하여 이를 이용한 전계효과 트랜지스터를 제작하고 또한, 부분적인 폴리머의 코팅으로 타입을 변화하는 연구를 보이고자 한다. Ferritin용액을 DI-water에 2000배 희석하여 SiO2 기판 위에 뿌린 뒤 Methanol을 이용하여 기판 표면에 촉매가 붙어있게 한다. 이 기판을 $900^{\circ}C$로 가열하여 유기물질을 제거한 뒤 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)방법으로 SWCNT를 성장하게 된다. 이렇게 성장된 SWCNT는 촉매의 농도에 비례하는 밀도를 가지게 되며 이 위에 전극을 증착하고 back-gate를 설치하여 FET를 제작한다. 메탈릭한 SWCNT는 breakdown 공정을 통하여 제거한 뒤, 전자 농도가 높은 NADH를 전체적으로 코팅을 한다. NADH는 기존의 다른 폴리머(polyethyleneimine: PEI)에 비교하여 코팅 후 전자 제공 효과가 크며 그 성질의 재현성이 높고 공기 중에서 안정성을 유지하는 능력이 있다. 이러한 NADH의 코팅으로 n-type으로의 SWCNT FET를 제작하였으며 type conversion 현상을 이용하면 국부적인 NADH의 코팅으로 homojunction-diode의 제작 등 다양한 소자의 제작에 적용될 것으로 예상한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.11a
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• pp.106-108
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• 2001

본 실험에서는 플라즈마 화학기상증착(PECVD)으로 증착한 비경질 실리콘(amorphous silicon, a-Si) 박막에 국부적으로 Si+ 이온을 주입한 후 엑시머 레이저 어닐링(exicimer laser annealing, ELA)을 수행하여 그레인의 수평 성장(lateral growth)에 미치는 영향을 관찰한다. Si+ 이온 주입은 비정질 실리콘 박막의 원자 결합 에너지를 효과적으로 감소시키는 역할을 하여 박막이 녹기 시작하는 문턱(threshold) 에너지가 $105mJ/cm^2$에서 $85mJ/cm^2$ 까지 낮아지는 것을 확인하였다. 결과적으로 선택적인 Si 이온 주입을 통해 비정질 박막의 결정화 시 온도 구배에 의한 결정핵(nucleation) 형성의 차이를 유발시킴으로써 위치 제어가 가능한 1um 크기를 갖는 수평 성장 그레인을 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.313-313
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• 2011

일반적으로 초친수 박막들은 물의 퍼짐 현상이 발생하여 빠른 건조와 함께 표면에 붙은 이물질 제거와 공기 중의 미세먼지를 흡착을 하지 않음으로써 표면에 워터스폿(water spot, 물자국)이 생기지 않고 다시 깨끗해지는 자가세정 능력을 가져 유리 및 건축자재의 표면처리 용도로써 많이 사용하고 있다. 이러한 초친수 박막을 제조하는 방법으로는 sol-gel법, 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스퍼터링법 등을 이용한다. 이중 스퍼터링법은 높은 증착속도를 얻을 수 있으며, 비교적 낮은 진공도에서 박막제작을 할 수 있다는 장점을 가진다. 본 실험은 RF-magnetron sputtering법을 이용하여 화학적으로 매우 안정하고 높은 투과율을 가지며 기계적 표면 경도가 우수하여 코팅용 박막으로 널리 이용되고 있는 $TiO_2$와 $SiO_2$를 Single Layer와 Double Layer인 $TiO_2/SiO_2$/Glass박막을 제작하여 초친수 특성을 분석하였다. 광학적 특성을 알아보기 위해 UV-vis spectrophotometer장비를 사용하여 측정한 결과 가시광 영역에서 80% 이상의 높은 투과율을 나타내었다. 이는 모든 박막들의 광학적 특성이 우수하여 높은 광학적 특성을 요구하는 분야에 널리 사용 될 수 있다 것이라는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 박막의 표면을 확인하기 위해 AFM을 측정한 결과 모든 박막들은 고른 거칠기를 나타내고 있다는 것을 볼 수 있었다. 이것으로 볼때 초친수 역시 초발수 박막의 표면과 마찬가지로 일정한 패턴을 가져야 하는 것을 확인 할 수 있었다. 박막이 초친수성을 띄기 위해 가장 중요시되는 조건인 접촉각이 5도 이하인 조건을 확인을 위해 Contact Angle을 이용하여 접촉각을 측정해 본 결과 박막들은 초친수성의 조건인 5도 보다 더욱 낮은 접촉각의 측정결과를 나타내었다. 위 실험결과를 볼 때 $TiO_2$와 $SiO_2$를 기반으로 단층 혹은 다층으로 박막을 제작하면 더욱 좋은 초친수 특성을 가져 사회적으로 여러 분야에 사용 가능 할 것이라 사료된다.

• Journal of Adhesion and Interface
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• v.22 no.2
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• pp.57-62
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• 2021

Recently, the atomically thin two-dimensional transition-metal dichalcogenides (TMDs) have received considerable attention for the application to next-generation semiconducting devices, owing to their remarkable properties including high carrier mobility. However, while a technique for growing graphene is well matured enough to achieve a wafer-scale single crystalline monolayer film, the large-area growth of high quality TMD monolayer is still a challenging issue for industrial application. In order to enlarge the size of single crystalline MoS₂ monolayer, here, we systematically investigated the effect of process parameters in molten-salt-assisted chemical vapor deposition method. As a result, with optimized process parameters, we found that single crystalline monolayer MoS₂ can be grown as large as 420 ㎛.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.39-39
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• 2007

원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 방법은 반응물질들을 펄스형태로 챔버에 공급하여 기판표면에 반응물질의 표면 포화반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 박막증착기술이다. ALD법은 기존의 화학적 기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)과 달리 자기 제한적 반응(self-limiting reaction) 에 의하여 반응가스가 기판 표면에서만 반응하고 가스와 가스 간에는 반응하지 않는다. 따라서 박막의 조성 정밀제어가 쉽고, 파티클 발생이 없으며, 대면적의 박막 증착시 균일성이 우수하고, 박막 두께의 정밀 조절이 용이한 장점이 있다. 이러한 ALD 방식으로 3차원의 반도체 장치 구조물에 산화막 등을 형성하는 공정에서 중요한 요소 중의 하나는 전구체의 충분한 공급이다. 따라서 증기압이 높은 전구체를 선호하는 경향이 있다. 그러나 증기압이 낮은 전구체를 사용할 경우, 공급량이 부족하여 단차 도포성(step coverage)이 떨어지는 문제가 있다. 원자층 증착 공정에서 전구체를 충분히 공급하기 위해전구체 온도를 증가시키거나 전구체의 공급시간을 늘리는 방법을 사용한다. 그러나 전구체 온도를 상승시키는 경우, 전구체의 변질이나 수명을 단축시키는 문제점을 발생시킬 수 있으며. 전구체를 충분히 공급하기 위하여 전구체의 공급시간을 늘이는 방법을 사용하면, 원하는 박막을 형성하기 위하여 소요되는 공정시간과 전구체 사용량이 증가된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 반응기 안에서 전구체 노출 시간을 조절하는 새로운 ALD 공정을 소개한다. 특히 이러한 기술을 적용하면 나노튜브를 성장시키는데 매우 유리하다. 본 연구에서 전구체 노출 시간을 조절하기 위하여 사용된 ALD 장비는 Lucida-D200-PL (NCD Technology사)이며 (TEMA)Zr와 H2O를 사용하여 ZrO2 나노튜브를 폴리카보네이트 위에 성장시켰다. 전구체의 노출 시간은 반응기의 Stop 밸브를 이용하여 조절하였으며, SEM, TEM 등을 이용하여 나노튜브의 균일성과 단차피복성 등의 특성을 관찰하였다. 그 결과 전구체 노출시간을 조절함으로써 높은 종횡비를 갖는 나노튜브를 성장 시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 낮은 증기압을 가지는 전구체를 이용하여도 우수한 특성의 나노튜브를 균일하게 성장시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.05a
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• pp.143-143
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• 2004

탄소나노튜브는 고종횡비, 10nm이하의 매우 작은 직경, 높은 전기전도도 및 열전도도, 금속 및 반도체 특성 둥의 우수한 특성 때문에 많이 사용되고 있다. 최근에는 전기적 소자나 화학적, 기계적 센서 그리고 측정용 프로브로 사용될 목적으로 탄소 나노 튜브를 전극들 사이나 끝 단이 날카로운 탐침의 끝에 위치시키는 연구가 진행되고 있다. 탄소나노튜브를 끝 단이 날카로운 탐침의 끝에 위치시켜 CNT tip을 만드는 경우, 지금까지는 수동 조작(manipulation)에 의한 방법과, 화학기상증착법(Chemical Vapor Depsosition: CVD)에 의한 성장방법이 많이 사용되고 있다.(중략)

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.16 no.3
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• pp.187-191
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• 2007

In this paper, the catalyst layer is deposited on silicon substrate using magnetron sputtering system and carbon nanotubes(CNTs) were grown in $NH_3\;and\; C_2H_2$ gas by hot-filament plasma enhanced chemical vapor deposition (HFPECVD) system. A growth temperature of carbon nanotubes was changed from $350^{\circ}C\;to\;650^{\circ}C\;by\;100^{\circ}C$. We observed the shape of CNTs by a field-emission scanning electron microscope(FE-SEM) measurement and analyzed the surface characteristic of CNTs layer by contact angle measurement. That is, the growth temperature of CNTs is the important factor leads to the variation of the properties.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.387-387
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• 2011

탄소 나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 육각형 모양의 구조로서 오직 탄소만으로 이루어진 소재이다. CNT는 열전도율이 다이아몬드보다 약 2배 우수하고, 전기 전도는 구리에 비해 1,000배 높으며, 강도는 강철보다 100배나 뛰어나다. CNT의 이러한 특성을 이용한 트랜지스터, 태양전지, 가스 검출을 위한 고감도 센서, 나노 섬유, 고분자-탄소나노튜브 고기능 복합체 등 많은 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 수직으로 성장된 탄소 나노튜브는 일반적인 재료에서는 보기 드물게 힘들게 직경이 나노 크기인 반면 길이는 수 mm까지 합성 되기 때문에 앞서 언급한 분야로의 활용이 더욱 유리하며, 그 중에서도 나노 섬유, 나노 복합체로서의 활용에 극히 유용하다. 이러한 이유로 수직 배열된 CNT 합성에 많은 연구가 집중 되고 있다. 여러 합성 방법 중 성장 변수를 비교적 용이하게 조절 가능한 열 화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)을 이용하여 수직 배열된 수 mm의 CNT를 합성한 연구 결과들이 보고된 바 있다. 그러나 앞선 연구결과들은 CNT의 성장속도가 느릴 뿐만 아니라 합성 시간이 길어질수록 성장 속도가 감소하는 경향을 보였다. 반면, 마이크로웨이브 플라즈마 화학 기상 증착법(Microwave plasma CVD, MPCVD)은 기존의 다른 TCVD에 비해 낮은 온도에서 CNT를 합성할 수 있는 장점을 가지며, 고출력(~600 W 이상)의 플라즈마를 사용하기 때문에 성장률이 높고 고밀도의 CNT 합성이 가능하다. 본 연구에서는 철을 촉매금속으로 사용하고 MPCVD을 이용하여 얇은 다중벽 CNT를 합성하였다. 철은 직류 마그네트론 스퍼터(D.C magnetron sputter)를 사용하여 증착하였다. 합성시 가스는 탄소 공급원인 메탄($CH_4$)과 함께 플라즈마 공급원인 수소($H_2$)를 사용하였다. 또한 산소($O_2$)의 주입 여부에 따른 CNT의 성장 속도와 성장 길이를 비교하였다. 산소를 주입하였을 때, CNT의 성장 속도와 길이 모두 크게 향상됨을 확인 할 수 있었다. 이는 촉매금속 표면의 비정질 탄소의 흡착으로 인해 활성화된 촉매금속의 반응시간을 증가시키기 때문이다. 성장된 CNT는 주사전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)과 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 통해 표면형상과 결정성을 분석하였다.