• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.284-284
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• 2016

Topological insulator (TI) is a bulk-insulating material with topologically protected Dirac surface states in the band gap. In particular, $Bi_2Se_3$ attracted great attention as a model three-dimensional TI due to its simple electronic structure of the surface states in a relatively large band gap (~0.3 eV). However, experimental efforts using $Bi_2Se_3$ have been difficult due to the abundance of structural defects, which frequently results in the bulk conduction being dominant over the surface conduction in transport due to the bulk doping effects of the defect sites. One promising approach in avoiding this problem is to reduce the structural defects by heteroepitaxially grow $Bi_2Se_3$ on a substrate with a compatible lattice structure, while also preventing surface degradation by encapsulating the pristine interface between $Bi_2Se_3$ and the substrate in a clean growth environment. A particularly promising choice of substrate for the heteroepitaxial growth is hexagonal boron nitride (h-BN), which has the same two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) layered structure and hexagonal lattice symmetry as $Bi_2Se_3$. Moreover, since h-BN is a dielectric insulator with a large bandgap energy of 5.97 eV and chemically inert surfaces, it is well suited as a substrate for high mobility electronic transport studies of vdW material systems. Here we report the heteroepitaxial growth and characterization of high quality topological insulator $Bi_2Se_3$ thin films prepared on h-BN layers. Especially, we used molecular beam epitaxy to achieve high quality TI thin films with extremely low defect concentrations and an ideal interface between the films and substrates. To optimize the morphology and microstructural quality of the films, a two-step growth was performed on h-BN layers transferred on transmission electron microscopy (TEM) compatible substrates. The resulting $Bi_2Se_3$ thin films were highly crystalline with atomically smooth terraces over a large area, and the $Bi_2Se_3$ and h-BN exhibited a clear heteroepitaxial relationship with an atomically abrupt and clean interface, as examined by high-resolution TEM. Magnetotransport characterizations revealed that this interface supports a high quality topological surface state devoid of bulk contribution, as evidenced by Hall, Shubnikov-de Haas, and weak anti-localization measurements. We believe that the experimental scheme demonstrated in this talk can serve as a promising method for the preparation of high quality TI thin films as well as many other heterostructures based on 2D vdW layered materials.

• 한국진공학회지
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• 제18권6호
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• pp.459-467
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• 2009

진공증착법으로 $Cd_2GeSe_4$와 $Cd_2GeSe_4:Co^{2+}$ 박막을 ITO(indium tin oxide) 유리 기판 위에 제작하였다. 결정화는 증착된 박막들을 질소분위기의 전기로에서 열처리함으로서 이룰 수 있었다. X-선 회절 분석에 의하여 증착된 $Cd_2GeSe_4$와 $Cd_2GeSe_4:Co^{2+}$ 박막의 격자상수는 $a\;=\;7.405\;{\AA}$, $c\;=\;36.240\;{\AA}$와 $a\;=\;7.43\;{\AA}$, $c\;=\;36.81\;{\AA}$로서 능면체(rhombohedral) 구조이었고, 열처리 온도를 증가함에 따라 (113)방향으로 선택적으로 성장됨을 알 수 있었다. 열처리 온도를 증가시킴에 따라 입계 크기가 점차 커지고 판상구조로 결정화 되었다. 실온에서 측정한 광학적인 에너지 띠 간격은 열처리 온도의 증가에 따라 $Cd_2GeSe_4$ 박막의 경우 1.70 eV ~ 1.74 eV로 증가하였고, $Cd_2GeSe_4:Co^{2+}$ 박막의 경우 1.79 eV ~ 1.74 eV로 감소하였다. $Cd_2GeSe_4$와 $Cd_2GeSe_4:Co^{2+}$ 박막 내의 전하운반자들의 동역학적 거동을 광유기 방전 특성(PIDC : photoinduced discharge characteristics) 방법으로 조사하였다.

• 센서학회지
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• 제12권6호
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• pp.273-281
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• 2003

수평 전기로에서 $CdIn_2Te_4$ 다결정을 합성하여 Bridgeman 법으로 3단 수직 전기로에서 $CdIn_2Te_4$ 단결정을 성장하였다. 성장된 결정의 특성은 x선 회절과 광발광 측정으로 조사하였다. $CdIn_2Te_4$ 단결정 시료는 Laue에 배면 반사법에 의해서 (001)면으로 성장되었음을 확인하였다. Hall 효과는 van der Pauw 방법에 의해 측정되었으며, 온도에 의존하는 운반자 농도와 이동도는 293K에서 각각 $8.61{\times}10^{16}/cm^3$, $242\;cm^2/V{\codt}s$였다. $CdIn_2Te_4$ 단결정의 광흡수와 광전류 spectra를 293K에서 10K까지 측정하였다. 광흡수 스펙트럼으로부터 band gap $E_g(T)$는 Varshni공식에 따라 계산한 결과 1.4750eV - $(7.69{\times}10^{-3}\;eV/K)T^2$/(T+2147 K)임을 확인하였다. 막 성장된(as-grown) $CdIn_2Te_4$ 단결정 시료를 Cd-, In-, Te 분위기에서 열처리하여 10K에서 Photoluminescence(PL) spectra를 측정하여 점 결함의 기원을 알아보았다. $CdIn_2Te_4$ 단결정내에서 내재된 결함들의 기원을 10 K에서 광발광을 측정하여 연구되었다. PL 측정으로 부터 얻어진 $V_{Te}$, $Cd_{int}$, $V_{Cd}$, 그리고 $Te_{int}$는 주개와 받개로 분류되어졌다. $CdIn_2Te_4$ 단결정 시료를 Cd 분위기에서 열처리하면 n형으로 변환됨을 악 수 있었고, In 분위기에서 열처리하면 열처리 이전의 PL spectra를 보이고 있어서 $I_2$, $I_1$ 및 S.A emission에 의한 PL peak에는 영향을 주지 않는다고 보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.189-189
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• 2012

Lead sulfide (PbS) nanocrystal quantum dots (NQDs) are promising materials for various optoelectronic devices, especially solar cells, because of their tunability of the optical band-gap controlled by adjusting the diameter of NQDs. PbS is a IV-VI semiconductor enabling infrared-absorption and it can be synthesized using solution process methods. A wide choice of the diameter of PbS NQDs is also a benefit to achieve the quantum confinement regime due to its large Bohr exciton radius (20 nm). To exploit these desirable properties, many research groups have intensively studied to apply for the photovoltaic devices. There are several essential requirements to fabricate the efficient NQDs-based solar cell. First of all, highly confined PbS QDs should be synthesized resulting in a narrow peak with a small full width-half maximum value at the first exciton transition observed in UV-Vis absorbance and photoluminescence spectra. In other words, the size-uniformity of NQDs ought to secure under 5%. Second, PbS NQDs should be assembled carefully in order to enhance the electronic coupling between adjacent NQDs by controlling the inter-QDs distance. Finally, appropriate structure for the photovoltaic device is the key issue to extract the photo-generated carriers from light-absorbing layer in solar cell. In this step, workfunction and Fermi energy difference could be precisely considered for Schottky and hetero junction device, respectively. In this presentation, we introduce the strategy to obtain high performance solar cell fabricated using PbS NQDs below the size of the Bohr radius. The PbS NQDs with various diameters were synthesized using methods established by Hines with a few modifications. PbS NQDs solids were assembled using layer-by-layer spin-coating method. Subsequent ligand-exchange was carried out using 1,2-ethanedithiol (EDT) to reduce inter-NQDs distance. Finally, Schottky junction solar cells were fabricated on ITO-coated glass and 150 nm-thick Al was deposited on the top of PbS NQDs solids as a top electrode using thermal evaporation technique. To evaluate the solar cell performance, current-voltage (I-V) measurement were performed under AM 1.5G solar spectrum at 1 sun intensity. As a result, we could achieve the power conversion efficiency of 3.33% at Schottky junction solar cell. This result indicates that high performance solar cell is successfully fabricated by optimizing the all steps as mentioned above in this work.

• 한국결정성장학회지
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• 제15권1호
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• pp.1-9
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• 2005

AgGaS₂ 단결정 박막을 수평 전기로에서 합성한 AgGaS₂ 다결정을 증발원으로하여, hot wall epitaxy(HWE) 방법으로 증발원과 기판(반절연성-GaAs(100))의 온도를 각각 590℃, 440℃로 고정하여 성장하였다. 이때 단결정 박막의 결정성은 광발광 스펙트럼과 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)으로 부터 구하였다. AgGaS₂의 광흡수 스펙트럼으로부터 구한 온도에 의존하는 에너지 밴드갭 E/sub g/(T)는 Varshni 공식에 fitting한 결과 E/sub g/(T) = 2.7284 eV - (8.695×10/sup -4/ eV/K)T²/(T + 332 K)를 잘 만족하였다. 성장된 AgGaS₂ 단결정 박막을 Ag, Ga, S 분위기에서 각각 열처리하여 10K에서 photoluminescience(PL) spectrum을 측정하여 점 결함의 기원을 알아보았다. PL 측정으로 부터 얻어진 V/sub Ag/, V/sub s/, Ag/sub int/, 그리고 S/sub int/는 주개와 받개로 분류되어졌다. AgGaS₂ 단결정 박막을 Ag 분위기에서 열처리하면 n형으로 변환됨을 알 수 있었다. 또한, Ga 분위기에서 열처리하면 열처리 이전의 PL 스펙트럼을 보이고 있어서. AgGaS₂ 단결정 박막에서 Ga은 안정된 결합의 형태로 있기 때문에 자연 결함의 형성에는 관련이 없음을 알았다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.105-105
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• 2009

$ZrO_2$ is one of the most attractive high dielectric constant (high-k) materials. As integrated circuit device dimensions continue to be scaled down, high-k materials have been studied more to resolve the problems for replacing the EY31conventional $SiO_2$. $ZrO_2$ has many favorable properties as a high dielectric constant (k= 20~25), wide band gap (5~7 eV) as well as a close thermal expansion coefficient with Si that results in good thermal stability of the $ZrO_2/Si$ structure. In order to get fine-line patterns, plasma etching has been studied more in the fabrication of ultra large-scale integrated circuits. The relation between the etch characteristics of high-k dielectric materials and plasma properties is required to be studied more to match standard processing procedure with low damaged removal process. Due to the easy control of ion energy and flux, low ownership and simple structure of the inductively coupled plasma (ICP), we chose it for high-density plasma in our study. And the $BCl_3$ included in the gas due to the effective extraction of oxygen in the form of $BCl_xO_y$ compound In this study, the surface kinetic properties of $ZrO_2$ thin film was investigated in function of Ch addition to $BCl_3/Ar$ gas mixture ratio, RF power and DC-bias power based on substrate temperature. The figure 1 showed the etch rate of $ZrO_2$ thin film as function of gas mixing ratio of $Cl_2/BCl_3/Ar$ dependent on temperature. The chemical state of film was investigated using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The characteristics of the plasma were estimated using optical emission spectroscopy (OES). Auger electron spectroscopy (AES) was used for elemental analysis of etched surface.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.576-583
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• 2018

탄화규소는 실리콘과 비교시 큰 에너지 밴드 갭을 갖고, 불순물 도핑에 의해 p형 및 n형 전도의 제어가 용이해서 고온용 전자부품 소재로 활용이 가능한 재료이다. 특히 ${\beta}$-SiC 분말로부터 제조한 다공질 n형 SiC 세라믹스의 경우, $800{\sim}1000^{\circ}C$에서 높은 열전 변환 효율을 나타내었다. SiC 열전 변환 반도체를 응용하기 위해서는 변환 성능지수도 중요하지만 $800^{\circ}C$ 이상에서 사용할 수 있는 고온용 금속전극 또한 필수적이다. 일반적으로 세라믹스는 대부분의 보편적인 용접용 금속과는 우수한 젖음을 갖지 못 하지만, 활성 첨가물을 고용시킨 합금의 경우, 계면 화학종들의 변화가 가능해서 젖음과 결합의 정도를 증진시킬 수 있다. 액체가 고체 표면을 적시면 액체-고체간 접합면의 에너지는 고체의 표면에너지 보다 작아지고 그 결과 액체가 고체 표면에서 넓게 퍼지면서 모세 틈새로 침투할 수 있는 구동력을 갖게 된다. 따라서 본 연구에서는 비교적 낮은 융점을 갖는 Ag를 이용해서 다공질 SiC 반도체 / Ag 및 Ag 합금 / SiC 및 알루미나 기판간의 접합에 대해 연구하였고, Ag-20Ti-20Cu 필러 메탈의 경우 SiC 반도체의 고온용 전극으로 적용 가능할 것으로 나타났다.

• 한국안광학회지
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• 제10권3호
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• pp.193-203
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• 2005

Zn-나프텐산염을 출발 원료로 사용하고 스핀코팅 - 열분해법을 이용하여 실리카 유리 위에 c축으로 배향된 나노 결정질 ZnO 박막을 제조하였다. X-선 회절 분석을 행한 결과, 모든 시편에서 ZnO (002) 피크만이 관찰되었으며, 박막의 열처리 온도가 증가함에 따라 (002) 피크 강도가 증가하였다. 박막의 표면 미세 구조는 매우 균질하였으며, 입자들 간의 응집은 관찰되지 않았다. 박막의 topology를 주사형 탐침 현미경으로 분석한 결과에 따르면, 실리카 기판 자체의 불균질한 표면 특성과 ZnO 입자의 c축 배향 특성에 의한 것으로 보이는 3차원적인 입자성장이 모든 열처리 온도 영역에 대해 박막의 표면에서 관찰되었다. 고배향된 박막들 중에서 $800^{\circ}C$로 열처리한 박막의 표면이 가장 균질한 특성을 나타내었다. 박막의 가시영역에서의 투과율은 $1000^{\circ}C$로 열처리한 박막을 제외하고 모든 박막에 있어서 80% 이상의 투과율을 나타냈으며, 380~400nm 영역에서 날카로운 absorption edge가 나타났다. 흡수피크를 이용하여 계산된 오든 박막의 에너지 밴드 캡은 ZnO 단결정 및 다른 연구자들에 의해 보고된 박막과 같은 영역에 존재하였다. 본 연구에서 제조된 ZnO 박막들 중에 치밀한 입자 성장과 균질한 표면 특성을 보이는 $600^{\circ}C{\sim}800^{\circ}C$로 열처리된 박막은 UV차단성 투명전도막 및 렌즈 등의 광학소자에 실질적인 응용이 기대 된다.

• 한국진공학회지
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• 제7권3호
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• pp.242-247
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• 1998

DC saddle-field-plasma-enhanced chemical-vapor deposition(PECVD) 장치를 이용 하여 상온에서 p-type Si(100)기판위에 hydrogenated amorphous carbon nitride [a-C:H(N)] 박막을 증착하였다. 원료가스인 $CH_4$과 $N_2$의 전체압력은 90mTorr로 고정하고 $N_2/CH_4$비를 0 에서 4까지 변화하면서 제작한 a-C:H(N)박막의 미세구조의 변화를 연구하였다. 진공조의 도달 진공도는 $1\times10^{-6}$Torr이고, 본 실험시 $N_2+CH_4$가스의 유량은 5sccm으로 고정하고 배 기량을 조절하여 진공조의 가스 압력을 90mTorr로 고정하였으며 기판에 200V의 직류 bias 전압을 인가하였다. $\alpha$-step과 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 이용한 분석결과 $N_2/CH_4$비가 0에서 0.5로 증가함에 따라 박막 두께는 4840$\AA$에서 2600$\AA$으로 급격히 감소하 였으며, 박막내의 탄소에 대한 질소함유량(N/C비)는 N2/CH4비가 4일 때 최대 0.25로 증가하 는 것을 확인하였다. 또한 XPS 스펙트럼의 fitting 결과 $N_2/CH_4$비가 증가할수록 CN결합이 증가하였다. Fourier Transformation Infrared(FT-IR) 분석결과 $N_2/CH_4$비가 증가함에 따라 박막내의 C-H결합은 감소하고, N-H, C≡N결합은 증가하였다. Optical bandgap 측정 결과 $N_2/CH_4$비가 0에서 4로 증가함에 따라 a-C:H(N)박막의 bandgap 에너지는 2.53eV에서 2.3eV 로 감소하는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.345-346
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• 2013

InGaN material is being studied increasingly as a prospective material for solar cells. One of the merits for solar cell applications is that the band gap energy can be engineered from 0.7 eV for InN to 3.4 eV for GaN by varying of indium composition, which covers almost of solar spectrum from UV to IR. It is essential for better cell efficiency to improve not only the crystalline quality of the epitaxial layers but also fabrication of the solar cells. Fabrication includes transparent top electrodes and surface texturing which will improve the carrier extraction. Surface texturing is one of the most employed methods to enhance the extraction efficiency in LED fabrication and can be formed on a p-GaN surface, on an N-face of GaN, and even on an indium tin oxide (ITO) layer. Surface texturing method has also been adopted in InGaN-based solar cells and proved to enhance the efficiency. Since the texturing by direct etching of p-GaN, however, was known to induce the damage and result in degraded electrical properties, texturing has been studied widely on ITO layers. However, it is important to optimize the ITO thickness in Solar Cells applications since the reflectance is fluctuated by ITO thickness variation resulting in reduced light extraction at target wavelength. ITO texturing made by wet etching or dry etching was also revealed to increased series resistance in ITO film. In this work, we report a new way of texturing by deposition of thickness-optimized ITO films on ITO nano dots, which can further reduce the reflectance as well as electrical degradation originated from the ITO etching process.