• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.34.2-34.2
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• 2010

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 화합물 반도체를 기반으로 한 태양전지는 박막태양전지 기술 중 세계최고효율을 기록하고 있다. CIGS를 합성하는 방법은 동시증발법, 스퍼터링/셀렌화 등의 진공방식과 나노분말법, 전착법, 용액법 등의 비진공방식이 있으나, 현재까지 진공방식이 양산기술로서 완성도가 높은 것으로 알려져 있다. 특히 스퍼터링에 의한 전구체 박막 증착과 셀렌 분위기에서의 열처리 공정을 결합시킨 2단계 공정은 동시증발법에 비해 대면적 모듈 제조에 유리한 것으로 알려져 있다. 셀렌화 공정은 통상 반응성이 매우 높은 H2Se 기체를 이용하고 있으나, 부식성 및 안전성 문제를 해결하기 위해 추가적인 설비가 요구되므로 제조비용을 높이는 단점을 갖는다. 한편, Se 증기를 이용하면 안전성은 담보되나 낮은 반응성으로 인해 고온에서 장시간 열처리를 해야하는 문제를 안고 있다. 본 연구에서는 새로운 Se 증기를 사용하되 반응효율을 높일 수 있는 새로운 셀렌화 열처리방법을 제시하고자 한다. 기존의 Se 증기가 별도의 증발원을 이용하여 공급된 것과는 달리, 금속전구체 직상부에 Se이 코팅된 별도의 커버글라스를 위치시켜 Se의 손실을 최대한 억제하였다. Se 커버글라스가 밀착된 금속프리커서를 $200{\sim}600^{\circ}C$ 온도범위에서 열저항가열로 내부에서 열처리하였으며, 추가로 Se을 공급하지는 않았다. 이와 같은 방법 제조된 CIGS 박막의 물성을 X선회절법, 주사전자현미경 등으로 관찰하였으며, 예비실험결과 비교적 낮은 온도에서 chalcopyrite 상이 형성됨을 확인하였다. 근접셀렌화에 의해 제조된 CIGS 박막이 적용된 태양전지를 제조하여 셀렌화 공정변수에 따른 소자특성변화를 제시하고자 한다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.14 no.3
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• pp.145-151
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• 2011

ZnSe, as a II-VI compound semiconductor which has a wide band gap in the visible region is applicable to the various fields such as laser diode, display and solar cell. By using the electrochemical deposition method, ZnSe thin film was synthesized on the ITO glass substrate. The synthesis of ZnSe grains and their structure having zinc blende shape were verified through the analysis of XRD and SEM. UV spectrophotometric method determined the band gap as the value of 2.76 eV. Applying the DFT (Density Functional Theory) in the molecular dynamics, the band structure of ZnSe grains was analyzed. For ZnSe grains with zinc blende structure, the band structure and its density of state were simulated using LDA (Local Density Approximation), PBE (Perdew Burke Ernzerhof), and B3LYP (Becke, 3-parameter, Lee-Yang-Parr) functionals. Among the calculations of energy band gap upon each functional, the simulated one of 2.65 eV based on the B3LYP functional was mostly near by the experimental measurement.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.16 no.5
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• pp.348-352
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• 2007

In submicron processes, the feature size of ULSI devices is critical, and it is necessary both to reduce the RC time delay for device speed performance and to enable higher current densities without electromigration. In case of contacts between semiconductor and metal in semiconductor devices, it may be very unstable during the thermal annealing process. To prevent these problems, we deposited tungsten carbon nitride (W-C-N) ternary compound thin film as a diffusion barrier for preventing the interdiffusion between metal and semiconductor. The thickness of W-C-N thin film is $1,000{\AA}$ and the process pressure is 7mTorr during the deposition of thin film. In this work we studied the interface effects W-C-N diffusion barrier using the XRD and 4-point probe.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.221-221
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• 2010

본 실험에서는 축전결합형 고주파 플라즈마와 $BCl_3$와 He의 혼합가스를 이용하여 화합물 반도체인 GaAs와 AlGaAs의 건식식각에 대해 연구하였다. 공정변수로는 첫째, BCl3와 He의 혼합가스 비율을 0%에서 100%까지 변화시켰다. 둘째, 고주파 파워를 50 W에서 200W 까지 변화를 주었고, 셋째, 공정압력을 120 mTorr~300 mTorr 까지 변화시켰다. 식각 실험을 마친 시료는 표면 단차 측정기와, 주사전자현미경을 이용하여 식각률과 선택비, 표면거칠기, 표면형상에 대하여 분석을 진행하였다. 또한, 광학발광분석계 (OES)를 이용하여 건식식각 실험 중 혼합가스에 의해 발생하는 플라즈마의 발광특성에 대한 실시간 분석을 하였다. 결과에 따르면, 1) 혼합가스에서 He의 비율이 20%일 때 GaAs와 AlGaAs 시료의 식각율이 $0.7\;{\mu}m/min$ 와 $0.6\;{\mu}m/min$ 로 가장 높게 나타났다. 2) 감광제에 대한 시료의 선택비 또한 동일 조건에서 GaAs의 경우 1 : 12, AlGaAs의 경우 1:8로 가장 높게 나타났다. 3)고주파 파워의 변화에 따른 식각률의 경우 100 W에서 GaAs 의 경우 $0.6\;{\mu}m/min$, AlGaAs의 경우 $0.5\;{\mu}m/min$ 이었고, 고주파 파워가 증가할수록 식각률은 감소하였다. 4) 감광제에 대한 시료의 식각 선택비의 경우 50 W에서 GaAs 시료가 1:14, AlGaAs 시료가 1:10으로 가장 높은 선택비를 보였고 고주파 전원이 증가할수록 선형적으로 감소하였다. 5) 표면거칠기는 50~100 W 구간에서는 1.0~1.5 nm 으로 큰 증가폭이 없다가 150 W 이상에서는 3.0~5.0 nm 으로 증가하였다. 반응기의 압력이 120 mTorr에서 300 mTorr로 변화할 때 식각률과 선택비는 비교적 선형적으로 감소하였으며, 표면거칠기 또한 증가하였다. 결론적으로 $BCl_3/He$ 고주파 플라즈마에서 약 20%의 He을 포함하고 있을 때 가장 우수한 건식 식각 결과를 얻었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.53.1-53.1
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• 2011

현재 태양전지시장에서 비중이 많은 실리콘 태양전지는 높은 효율에 비해 제조 단가가 비싸다는 단점을 가지고 있다. 이에 비해 칼코파라이트 구조의 $CuInSe_2$ (CIS)계 화합물은 직접 천이형 반도체로서 높은 광흡수 계수($1{\times}105cm-{\acute{e}1$)와 밴드갭 조절의 용이성 및 열적 안정성 등으로 인해 고효율 박막 태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 끌고 있다. CIS 계 물질에 속하는 Cu(InGa)$Se_2$ (CIGS) 태양전지의 경우 양산화에 sputtering방식사용하고 Showa Shell에서는 대면적 CIGS 모듈 효율 13.4%를 달성한 바 있다. 현재 CIGS는 열처리하는 방법으로 selenization 공정을 사용하는데 이 공정은 유독한 $H_2Se$ gas를 이용해야 한다는 점과 긴 시간 동안 열처리를 해야 하는 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 단점을 보완하기 위해 본 연구에서는 전자빔을 사용하여 후속 공정을 실시하였다. 전자빔을 사용할 경우 낮은 온도에서 precursor를 처리하며 짧은 시간에 공정이 끝난다는 장점이 있다. 본 연구에서는 sodalime glass위에 조성비(Cu 60.87% Se 38.66%)인 Cu_2Se$ target(4.002"${\times}0.123$") 을 DC sputter를 이용하여 DC power를 50W,100W를 주고 Working pressure를 20,15,10,5,3,1mtorr로 조절하여 증착하였다. 전자빔의 세기 조건을 3Kv, Rf power 200W, Ar 7sccm로 전자빔 조사 시간을 1,2,3,4,5min으로 늘려가며 최적화 실험 하였고 최적화된 조건으로 $Cu_2Se$ target에 조사 하였다. 박막의 특성평가는 전자빔 조사 전/후에 대해 XRD, SEM, XRF, Hall measurement, UV-VIS을 이용하여 분석평가를 하였다. 이 실험은 $Cu_2Se$상이 자라는 특성과 표면 상태에 따라 CIGS박막을 증착하였을 때 나타나는 효율 변화를 알아 보기위한 초기 공정 실험이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.261-261
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• 2011

펄스 직류 전원 $BCl_3/SF_6$ 플라즈마를 이용하여 GaAs/$Al_{0.2}Ga_{0.8}As$의 선택적 식각을 연구하였다. 식각 주요 공정 변수는 $BCl_3/SF_6$ 플라즈마에서 $SF_6$ 가스 유량(0~50%)이었다. $BCl_3/SF_6$의 총 가스 유량은 20 sccm이었다. 다른 공정 조건인 공정 압력(100 mTorr), 펄스 파워(500 V), 펄스 주파수(200 kHz), 리버스 시간 (0.7 ${\mu}s$)은 일정하게 고정시켰으며 기계적 펌프만을 이용하여 공정을 진행하였다. 오실로스코프(Oscilloscope) 데이터에 의하면 가스의 조성 변화에도 척에 걸리는 입력 전압과 전류가 거의 변화가 없었다. $BCl_3/SF_6$ 가스가 10%의 조성에서 GaAs와 $Al_{0.2}Ga_{0.8}As$의 식각 선택비가 약 48 : 1로 우수한 결과를 나타내었다. 그러나 $BCl_3/SF_6$ 가스의 증가는 GaAs의 식각율과 선택도를 감소시켰다. 그리고 $SF_6$ 가스의 조성비가 30% 이상일 경우에는 GaAs와 $Al_{0.2}Ga_{0.8}As$가 식각되지 않았다. 식각 후에 GaAs의 표면 거칠기(RMS surface roughness)는 0.7~1.3 nm로 나타났다. 위의 결과들을 종합적으로 보면 펄스 직류 전원 $BCl_3/SF_6$의 조성비가 10%일 때 가장 좋은 식각 선택비를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.291-291
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• 2012

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 박막태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지 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 하부전극은 Mo 재료을 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 0.24 Ohm/cm2 정도의 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 고온 안정성 확보를 위하여 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 그리고 CIGSe2의 광흡수층 제조시 셀렌화 공정에서 100 nm 이하의 MoSe2 두께를 갖도록 해야하며, 이는 CIGSe2 박막태양전지의 Rs 값을 줄여 Ohmic 접촉을 향상시키는데 기여한다. 본 연구에서는 CIGSe2 박막태양전지에서 요구되는 하부 전극 Mo 박막의 제작과 CIGSe2 박막태양전지 전체공정에 적용후의 MoSe2/Mo 박막특성에 대해서 연구결과들을 논하고자 한다. (본 연구는 경북그린에너지프론티어기업발굴육성사업 연구지원금으로 이루어졌음).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.292-292
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• 2012

현재 투명전극은 주로 ITO를 사용하고 있으며, ITO는 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)이 9대 1의 비율로 혼합된 화합물로 인듐이 주성분이다. 따라서 ITO 사용량의 증가는 인듐의 수요 증가를 이끌어 2003년 이후 인듐 잉곳의 가격이 급등하였다. LCD에 응용되는 금속재료의 가격추이를 비교해보면, 인듐이 가장 큰 변화를 보이고 있으며, 2005년 인듐 가격은 2002년 대비 1,000% 이상 상승하였다가 2007년 이후 500%p 하락하여 2008년 2월 22일 기준으로 톤당 49만 달러에 거래되고 있다. 같은 기간 동안 알루미늄의 가격은 76.6% 상승하였으며 구리는 394%, 주석은 331% 상승하였다. 이러한 인듐의 가격 상승폭은 동일한 기간 동안 다른 금속 재료와 비해 매우 크며, 단위 질량당 가격도 20배 이상 높은 수준이다. ITO의 주성분인 인듐의 이러한 가격의 급등 및 향후 인듐의 Shortage 예상으로 인해 ITO 대체재 확보의 필요성이 증가되고 있다. 태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 고부가 가치 산업유지에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안으로 자리매김하고 있으며, 박막태양전지 산업분야가 현재의 정부정책 지원 없이 자생력을 갖추고 또한 시장 경쟁력을 확보하기 위해서는 박막태양전지 개발과 더불어 저가의 재료개발도 시급한 상황이다. 본 연구에서는 In-line magnetron sputtering system을 사용하여 소다라임 유리기판 위에 박막태양전지용 투명전도성 ZnO(Al) 박막을 제작하였고, 특히 이 박막은 n-형 반도체 특성을 가져야하기 때문에 홀이동도와 개리어농도의 상관관계 및 박막의 두께, 광투과율 특성, 온도 의존성을 조사하였고, 이를 논하고자 한다. (본 연구는 중소기업청의 기술혁신개발사업 연구지원금으로 이루어졌음).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.64-64
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• 2011

현재 투명전극은 주로 ITO를 사용하고 있으며, ITO는 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)이 9대 1의 비율로 혼합된 화합물로 인듐이 주성분이다. 따라서 ITO 사용량의 증가는 인듐의 수요 증가를 이끌어 2003년 이후 인듐 잉곳의 가격이 급등하였다. LCD에 응용되는 금속재료의 가격추이를 비교해보면, 인듐이 가장 큰 변화를 보이고 있으며, 2005년 인듐 가격은 2002년 대비 1,000% 이상 상승하였다가 2007년 이후 500%p 하락하여 2008년 2월 22일 기준으로 톤당 49만 달러에 거래되고 있다. 같은 기간 동안 알루미늄의 가격은 76.6% 상승하였으며 구리는 394%, 주석은 331% 상승하였다. 이러한 인듐의 가격 상승폭은 동일한 기간 동안 다른 금속 재료와 비해 매우 크며, 단위 질량당 가격도 20배 이상 높은 수준이다. ITO의 주성분인 인듐의 이러한 가격의 급등 및 향후 인듐의 Shortage 예상으로 인해 ITO 대체재 확보의 필요성이 증가 되고 있다. 태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 고부가 가치 산업유지에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안으로 자리매김하고 있으며, 박막태양전지 산업분야가 현재의 정부정책 지원 없이 자생력을 갖추고 또한 시장 경쟁력을 확보하기 위해서는 박막태양전지 개발과 더불어 저가의 재료개발도 시급한 상황이다. 본 연구에서는 In-line magnetron sputtering system을 사용하여 소다라임 유리기판 위에 박막태양전지용 투명전도성 ZnO(Al) 박막을 제작하였고, 특히 이 박막은 n-형 반도체 특성을 가져야하기 때문에 홀이동도와 개리어농도의 상관관계 및 박막의 두께, 광투과율 특성, 온도 의존성을 조사하였고, 이를 논하고자 한다(본 연구는 중소기업청의 기술혁신개발사업 연구지원금으로 이루어졌음).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.302-302
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• 2012

최근 비 휘발성 메모리 시장의 확대와 수요가 많아지면서, 비휘발성 메모리 소자의 제작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 실리사이드 나노입자를 적용한 소자는 현 실리콘 기반의 반도체 공정의 적용이 용이하다. 따라서 본 연구에서는 실리사이드 계열의 화합물 중에서 일함수가 4.63 eV인 Vanadium silicide (V3Si) 나노입자 메모리소자를 제작하여 전기적 특성과 열 안정성에 대하여 알아보았다. p-Si기판에 약 6nm 두께의 SiO2 터널층을 건식 산화 방법으로 성장시킨 후 V3Si 나노입자를 제작하기 위해서 V3Si 금속박막을 스퍼터링 방법으로 4 nm~6 nm의 두께로 터널 절연막 위에 증착시켰다. 그리고 컨트롤 절연막으로 SiO2를 초고진공 스퍼터를 이용하여 50 nm 증착하였고, 급속 열처리 방법으로 질소 분위기에서 $800^{\circ}C$의 5초 동안 열처리하여 V3Si 나노 입자를 형성하였다. 마지막으로 200 nm두께의 Al을 증착하고, 리소그래피 공정을 통하여 채널 길이와 너비가 각각 $2{\mu}m$, $5{\mu}m$, $10{\mu}m$를 가지는 트랜지스터를 제작하였다. 제작된 시편의 V3Si 나노입자의 크기와 균일성은 투과 전자 현미경으로 확인하였고, 후 열처리 공정 이후 V3Si의 존재여부의 확인을 위해서 X-ray 광전자 분광법의 표면분석기술을 이용하여 확인하였다. 소자의 전기적인 측정은 Agilent E4980A LCR meter, 1-MHz HP4280A와 HP 8166A pulse generator, HP4156A precision semiconductor parameter analyzer을 이용하여 측정온도를 $125^{\circ}C$까지 변화시키면서 전기적인 특성을 확인하였다. 본 연구에서는 온도에 선형적 의존성을 가지는 전하누설 모델인 T-model 을 이용하여 나노입자 비휘발성 메모리소자의 전하누설 근원을 확인한 후, 메모리 소자의 동작 특성과의 물리적인 연관성을 논의하였다. 이를 바탕으로 나노입자 비휘발성 메모리소자의 열적안정성을 확보하고 소자 특성향상을 위한 최적화 구조를 제안하고자 한다.