• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.3-3
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• 2008

21 세기 제 3의 산업혁명을 가져올 것으로 기대되는 나노기술(NT), 정보기술(IT), 바이오기술(BT)은 전 세계 과학자들의 마음을 사로잡고 있다. 이 가운데 나노기술은 전자산업에 응용시 그 기대효과는 우리가 상상하는 이상의 것이라 예상하고 있다. 나노기술에 특히 관심을 가지는 이유는 물질이 마이크로미터 크기로 작아져도 벌크 물질의 물리적 특성이 그대로 유지되지만, 나노미터 크기가 되면서 우리가 경험하지 못했던 새로운 물리적 특성들이 발현되기 때문이다. 그 특성에는 양자구속효과, Hall-Petch 효과, 자기효과 등이 있다. 나노기술의 구현은 양자점과 같은 영차원 나노입자, 나노와이어, 나노막대, 나노리본 등과 같은 직경이 100nm 이하의 일차원 구조의 나노물질 및 나노박막과 기타 100nm 이하의 나노구조물들이 사용된다. 현재 일차원 구조를 이용한 전자디바이스화 연구는 결정성장을 정확하게 조절하는 합성기술 합성된 일차원 나노물질의 물리적 특성을 지배하는 각종 파라미터들과 물리적 특성들과의 상관관계 정립, 나노와이어를 이용한 Bottom-up 방식에 의한 조립기술 확보를 위해 활발히 진행 중이다. 하지만 나노구조의 특성을 확인하는 형태의 연구일 뿐, 실제 디바이스화에는 여전히 많은 과제를 안고 있다. 본 연구에서는 산화아연을 기반으로 한 고품위 능동형 산화물 나노구조의 다양한 성장방법 및 물성 평가에 대해 연구하였다. 성장장비로는 MOCVD와 스퍼터링을 이용하여 대면적 균일 성장을 이룰 수 있었다. 특히 실제 광전소자에 응용요구에 알맞은 Bottom-up 방식에 의한 수직성장 기술, 길이/직경 비 향상 기술, 결정성 향상 기술, 저온성장 기술, Dimension 조절 기술 Interfacial layer 제거 기술 등을 중점적으로 연구하였다. Dimension 조절 기술로 p-Si 기판위에 성장된 나노 LED에서는 밝은 emission을 관찰하였으며, 세계에서 최초로 스퍼터링을 이용하여 4인치 웨이퍼에 대면적 수직 성장하였다. 최근에는 선택적 삼원계 씨앗층을 이용한 길이/직경 비가 매우 향상된 MgZnO 나노와이어를 Interfacial layer 없이 수직으로 성장하여 산화물 전계방출 에미터로서의 가능성을 확인하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.128-128
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• 2016

Cu 배선폭 미세화 기술은 반도체 디바이스의 성능 향상을 위한 핵심 기술이다. 현재 배선 기술은 lithography, deposition, planarization등 종합적인 공정 기술의 발전에 따라 10x nm scale까지 감소하였다. 하지만 지속적인 feature size 감소를 위하여 요구되는 높은 공정 기술 및 비용과 배선폭 미세화로 인한 재료의 물리적 한계로 인하여 배선폭 미세화를 통한 성능의 향상에는 한계가 있다. 배선폭 미세화를 통한 2차원적인 집적도 향상과는 별개로 chip들의 3차원 적층을 통하여 반도체 디바이스의 성능 향상이 가능하다. 칩들의 3차원 적층을 위해서는 별도의 3차원 배선 기술이 요구되는데, TSV(through-Si-via)방식은 Si기판을 관통하는 via를 통하여 chip간의 전기신호 교환이 최단거리에서 이루어지는 가장 진보된 형태의 3차원 배선 기술이다. Si 기판에 $50{\mu}m$이상 깊이의 via 및 seed layer를 형성 한 후 습식전해증착법을 이용하여 Cu 배선이 이루어지는데, via 내부 Cu ion 공급 한계로 인하여 일반적인 공정으로는 void와 같은 defect가 형성되어 배선 신뢰성에 문제를 발생시킨다. 이를 해결하기 위해 각종 유기 첨가제가 사용되는데, suppressor를 사용하여 Si 기판 상층부와 via 측면벽의 Cu 증착을 억제하고, accelerator를 사용하여 via 바닥면의 Cu 성장속도를 증가시켜 bottom-up TSV filling을 유도하는 방식이 일반적이다. 이론적으로, Bottom-up TSV filling은 sample 전체에서 Cu 성장을 억제하는 suppressor가 via bottom의 강한 potential로 인하여 국부적 탈착되고 via bottom에서만 Cu가 증착되어 되어 이루어지므로, accelerator가 없이도 void-free TSV filling이 가능하다. Accelerator가 Suppressor를 치환하여 오히려 bottom-up TSV filling을 방해한다는 보고도 있었다. 본 연구에서는 유기 첨가제의 치환으로 인한 TSV filling performance 저하를 방지하고, 유기 첨가제 조성을 단순화하여 용액 관리가 용이하도록 하기 위하여 suppressor만을 이용한 TSV filling 연구를 진행하였다. 먼저, suppressor의 흡착, 탈착 특성을 이해하기 위한 연구가 진행되었고, 이를 바탕으로 suppressor만을 이용한 bottom-up Cu TSV filling이 진행되었다. 최종적으로 $60{\mu}m$ 깊이의 TSV를 1000초 내에 void-free filling하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.48-48
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• 2009

최근 나노광전소자 응용에 큰 관심을 받는 물질인 산화물 나노선은 앞으로 불어 올 나노소재 시대를 여는 선두 물질이다. 이러한 산화물 나노선 가운데 가장 큰 관심을 받는 물질로는 산화아연 나노선을 들 수 있다. 삼화아연 나노선은 상온에서 큰 엑시톤 결합에너지 및 큰 밴드갭을 가지고 있으며 투명성 및 소자구동시 안정성을 지니고 있어 그 응용이 기대된다. 하지만 이러한 나노선을 이용한 광전소자 응용은 bottom-up 방식을 기초로 한 대면적 소자제작이 어렵다. 이러한 bottom-up 방식의 나노소자 제작에서 필요한 나노선 성장기술은 금속 catalyst 없이 대면적 성장, 나노선 수직어레이, 나노선의 고온성장, 기판 사이에 발생하는 자발적 계면층 제거 등으로 대표된다. 또한 나노선의 결정성 및 광특성 향상을 위해서는 고온성장이 불가피한데, 실리콘 기판과 같이 격자상수 불일치도가 큰 기판에서는 나노선 성장이 이루어지지 않고 다시 탈착되어 구조물이 성장되지 않는다. 본 연구에서는 선택적 삼원계 단결정 씨앗층을 이용하여 길이/직경 비가 매우 향상된 MgZnO 나노와이어를 interfacial layer 없이 수직으로 고온에서 성장하여 산화물 전계방출 에미터로서의 가능성을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2008년도 춘계학술발표대회 및 제14회 신소재 심포지엄
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• pp.44.1-44.1
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• 2008

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.346-346
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• 2011

실리콘 나노와이어는 높은 표면적으로 인해 뛰어난 감지 능력을 가지는 재료 중 하나로 다양한 센서 응용 분야에 사용되고 있다. 이를 제작하는 방법에는 Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) 공정을 이용한 Top-down 방식과 Vapor-Liquid-Solid (VLS) 공정을 이용한 Bottom-up 방식이 널리 사용되고 있다. 특히 Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD)와 Au 촉매를 이용한 Bottom-up 방식은 수십 나노미터 이하의 실리콘 나노와이어를 간단한 변수 조절을 통해 성장시킬 수 있다. 또한 Au/Si의 공융점인 363$^{\circ}C$보다 낮은 온도에서 $SiH_4$를 분해시킬 수 있어 열적 효과로 인한 손실을 줄일 수 있는 장점을 지니고 있다. 하지만 PECVD를 이용한 실리콘 나노와이어 성장은 VLS 공정을 통해 표면으로부터 수직으로 성장하게 되는데 이는 센서 응용을 위한 전극 사이의 수평 연결 어려움을 지니고 있다. 따라서 이를 피하기 위한 표면 성장된 실리콘 나노와이어가 요구된다. 본 연구에서는 PECVD VLS 공정을 이용하여 $HAuCl_4$를 촉매로 이용한 표면 성장된 Tree-like 실리콘 나노와이어를 성장시켰다. 공정가스로는 $SiH_4$와 이를 분해시키기 위해 Ar 플라즈마를 사용 하였고 웨이퍼 표면에 HAuCl4를 분사하고 고진공 상태에서 챔버 기판을 370$^{\circ}C$까지 가열한 후 플라즈마 파워(W) 및 공정 압력(mTorr)을 변수로 두어 실험을 진행하였다. 기존의 보고된 연구와 달리 환원된 금 입자 대신 $HAuCl_4$용액을 그대로 사용하였는데 이는 표면 조도(Surface roughness)를 가지는 Au 박막 상태로 존재하게 된다. 이 중 마루(Asperite) 부분에 PECVD로부터 발생된 실리콘 나노 입자가 상대적으로 높은 확률로 흡착하게 되어 실리콘 나노와이어의 표면성장을 유도하게 된다. 성장된 실리콘 나노와이어는 SEM과 EDS를 이용하여 직경, 길이 및 화학적 성분을 측정하였다. 직경은 약 100 nm, 길이는 약 10 ${\mu}m$ 정도로 나타났으며 Tree-like 실리콘 나노와이어가 성장되었다. 향후 전극이 형성된 기판위에 이를 직접 성장시킴으로써 이 물질의 I-V 특성을 파악 할 것이며 이는 센서 응용 분야에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국결정성장학회지
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• 제17권6호
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• pp.277-282
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• 2007

화력발전소에서 발생하는 석탄 바닥재(bottom ash)와 점토를 혼합하여 성형 후, 소성하여 인공경량골재를 제조하고, 소성온도와 조성 변화에 따른 물성을 분석하였다. 바닥재는 입경이 4.75mm 이상인 입자가 13wt% 정도로 거친 분말로 압출성형을 위하여 미분쇄 공정이 필요하였다. 또한 바닥재는 미연탄소(C)를 다량 함유하고 있어 소결 시 C의 산화반응과 이에 따른 가스발생으로 소결체의 경량화를 유도하였다. 점토에 바닥재 첨가량이 증가할수록 소성 지수가 감소하였고 이에 따라 성형체의 성형성이 저하되었으나 바닥재 첨가량이 40wt% 까지의 성형체는 소성 지수 및 소성 한계값이 각각 약 10과 22로서 압출성형이 가능하였다. 바닥재가 $30{\sim}50wt%$ 첨가되고 $1150{\sim}1200^{\circ}C$ 범위에서 소결된 골재는 부피비중 $1.3{\sim}1.5$, 흡수율 $14{\sim}16%$를 나타냈고 따라서 고층빌딩이나 교량 등의 골재대체재로써의 가능성이 확인되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제28권5호
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• pp.179-184
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• 2018

고효율 태양전지용 단결정 실리콘 웨이퍼는 쵸크랄스키 성장법으로 석영도가니 속의 실리콘 액체에서 단결정 잉곳을 성장시켜 제조된다. 석영도가니 성분 중의 하나는 산소는 실리콘 잉곳으로 유입되고, 태양전지의 전력변환 효율 저하 문제를 발생시킨다. 이러한 산소 유입을 줄이는 다양한 방법 중 하나는 히터의 모양과 구조를 변경하는 방법이 있다. 그러나 히터 구조 변경 시 단결정 실리콘 잉곳 바디 성장에 필요한 온도 분포경향에 큰 변화를 일으킨다. 따라서 본 연구에서는 쵸크랄스키 실리콘 성장에서 다양한 히터의 구조와, 히터와 석영도가니의 상대적 위치가 단결정 실리콘 잉곳 Body 성장 시의 ATC 온도와 Power 분포경향에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 삼중점과 히터 중심과의 위치가 가장 먼 SSH-Low가 가장 높은 ATC 온도 분포경향을 보여주었다. 또한 길이가 짧은 Short Side Heater(SSH-Up, SSH-Low)보다는 실리콘 액체를 담고 있는 석영도가니 측면의 많은 영역을 커버할 수 있는 일반 Side Heater(SH)가 가장 Power 소모 측면에서 유리하였다. 특히 본 연구 결과를 통해 고효율 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳 성장 시 필요한 효율적인 ATC 온도를 예측할 수 있음을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.771-783
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• 1995

A simplified model for the so-called ACRT(accelerated crucible rotation technique) Bridgman crystal growth was considered in order to investigate the principal effects of the periodic variation of angular velocity. Numerical solutions were obtained for Ro=0.5, Ra=4.236*10$_{6}$ and E=2.176*10$^{-3}$ . The effects of spin-up process combined with natural convection was investigated as a preliminary study. The spin-up time scale for the present problem was a little larger than that observed for homogeneous spin-up problems. Numerical results reveal that over a time scale of (H$^{2}$/.nu..omega.$_{f}$)$^{1}$2/ the forced convection due to the formation of Ekman layer predominates. When the state of rigid body rotation is attained, natural convection due to buoyancy emerges as the main driving force and them the steady-state is approached asymptotically. Based on our preliminary results with simple spin-up, several fundamental features associated with variation of rotation speed are successfully identified. When a periodic variation of angular velocity was imposed, the system response was also periodic. Due to effect of mixing, the heat transfer was enlarged. From the analysis of time-averaged Nusselt number along the bottom surface the effect of a periodic variation of angular velocity on the interface location could be indirectly identified.d.

• 한국결정성장학회지
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• 제20권6호
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• pp.272-277
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• 2010

화력발전소에서 배출된 석탄 바닥재(bottom ash, B/A)를 이용하여 결정화 유리를 제조하고 그 결정상, 미세구조 및 기계적 특성을 분석하였다. 먼저 바닥재의 용융점을 낮추기 위해 수식제로 $Li_2O$를 첨가하고 용융하여 유리를 제조하였다. 제조된 유리는 2단계 열처리 공정을 이용하여 결정화시켰다. 즉 핵형성을 위한 1차 열처리를 한 후 결정성장을 시키는 2차 열처리를 행함으로서 결정화도를 높이고자 하였다. 제조원 결정화유리에는 주 결정상으로 ${\beta}$-spodumene상이 그리고 부차적인 상으로 $Li_2SiO_3$이 생성되었다. 결정화된 시편의 결정화도는 2차 열처리 공정의 유지시간이 길수록 증가하였다. 유지시간이 3시간 이하일 때의 시편의 미세구조는 결정화가 완전히 일어나지 않았고 불균일한 형상을 보였으며 또한 9시간 이상이 되면 시편 내부에 균열이 발생하였으며, 이로 인하여 기계적 강도가 감소하였다. 결론적으로 시편의 결정화도가 우수하고, 미세구조가 균일하면서 기계적 강도값이 가장 높은 물성을 갖는 유리상의 제조가 가능한 조건을 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권7호
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• pp.653-657
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• 2015

표면확산계수의 활성화를 통한 실리콘-게르마늄(silicon-germanium) 양자점의 성장을 수치해석적으로 구현하였다. 실리콘 기판 위에 증착된 실리콘-게르마늄 박막의 성장을 표현하는 비선형 지배방정식을 유도하였으며, 확산계수를 온도의 함수로 고려하여 표면확산계수의 국소적 향상이 미치는 효과를 살펴보았다. 해석결과는 안정상태의 박막이 섭동될 때에 양자점이 자기조립되는 과정을 보여주며, 박막표면의 국소부위에 선택적으로 구조물이 성장하는 현상을 나타낸다. 본 연구는 바텀업(bottom-up) 방식이 내재적으로 지닌 불규칙성을 해결할 대안을 마련하여 양자기기를 위한 공정개발의 방향을 제시한다.