• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.6-6
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• 2010

Indium Tin Oxide (ITO)를 포함한 Transparent Conduction Oxide (TCO)는 LCD, OLED와 같은 Display, 그리고 Solar Cell 등 광신호와 전기신호간 변환이 필요한 모든 Device에 반드시 필요한 핵심 물질로, 특히 고특성 Display의 투명전극에서 요청되는 95% 이상의 투과도와 $15\;{\Omega}/{\square}$ 이하의 면저항 특성을 동시에 만족할 수 있는 기술은 현재까지 Plasma Sputtering 공정으로 $160^{\circ}C$ 이상에서 증착된 ITO 박막이 유일하다. 그러나, 최근 차세대 기술로서 Plastic Film을 기반으로 하는 Flexible Display 및 Flexible Solar Cell 구현에 대한 요구가 급증하면서, Plastic Film 기판위에 Plasma Damage이 없이 상온에 가까운 저온 ($100^{\circ}C$ 이하)에서 특성이 우수한 ITO 투명전극을 형성 할 수 있는 기술의 확보가 중요한 현안이 되고 있다. 지난 10년 동안 $100^{\circ}C$이하 저온에서 고특성의 ITO 또는 TCO 박막을 얻기위한 다양한 연구와 구체적인 공정이 활발히 연구되어 왔으나, ITO의 결정화 온도 (통상 $150{\sim}180^{\circ}C$)이하에서 증착된 ITO박막은 비정질 상태의 물성적 특성을 보여 원하는 전기적, 광학적 특성확보가 어려웠다. 본 논문에선 기본적으로 절연체 특성을 가져야 하는 산화물인 TCO가 반도체 또는 도체의 물리적 특성을 보여주는 기본원리의 고찰을 토대로, 재료학적 특성상 Crystalline 구조를 보여야 하는 ITO (Complex Cubic Bixbyte Structure)가 Plasma Sputtering 공정으로 저온에서 증착될 때 비정질 구조를 갖게 되는 원인을 규명하고, 이를 바탕으로 저온에서 증착된 ITO가 Crystalline 구조를 유지 할 수 있게 하고, Stress Control에 유리한 Nano-Crystalline 박막을 형성하면서 Crystallinity를 임의로 조절 할 수 있는 새로운 기술인 Magnetic Field Shielding Sputtering (MFSS) 공정과 최근 성과를 소개한다. 한편, 또 다른 새로운 저온 TCO 박막형성 기술로서, 유기반도체와 같은 Process Damage에 매우 취약한 유기물 위에 Plasma Damage 없이 TCO 박막을 직접 형성할 수 있는 Neutral Beam Assisted Sputtering (NBAS) 기술의 원리를 설명하고, 본 공정을 적용한 Top Emission OLED 소자의 결과를 소개한다. 또한, 고온공정이 수반되는 Solar Cell용 투명전극의 경우, 통상의 TCO박막이 고온공정을 거치면서 전기적 특성이 열화되는 원인을 규명하고, 이에 대한 근본적 해결 방법으로 ITO 박막의 Dopant인 Tin (Sn) 원자의 활성화를 증가시킨 Inductively Coupled Plasma Assisted DC Magnetron Sputtering (ICPDMS)의 원리와 박막의 물성적 특성과 내열 특성을 소개한다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.23 no.5
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• pp.255-259
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• 2013

An effect of thermal annealing on activating phosphorus (P) atoms in ZnO nanorods (NR) grown using a hydrothermal process was investigated. $NH_4H_2PO_4$ used as a dopant source reacted with $Zn^{2+}$ ions and $Zn_3(PO_4)_2$ sediment was produced in the solution. The fact that most of the input P elements are concentrated in the $Zn_3(PO_4)_2$ sediment was confirmed using an energy dispersive spectrometer (EDS). After the hydrothermal process, ZnO NRs were synthesized and their PL peaks were exhibited at 405 and 500 nm because P atoms diffused to the ZnO crystal from the $Zn_3(PO_4)_2$ particles. The solubility of the $Zn_3(PO_4)_2$ initially formed sediment varied with the concentration of $NH_4OH$. Before annealing, both the structural and the optical properties of the P-doped ZnO NR were changed by the variation of P doping concentration, which affected the ZnO lattice parameters. At low doping concentration of phosphorus in ZnO crystal, it was determined that a phosphorus atom substituted for a Zn site and interacted with two $V_{Zn}$, resulting in a $P_{Zn}-2V_{Zn}$ complex, which is responsible for p-type conduction. After annealing, a shift of the PL peak was found to have occurred due to the unstable P doping state at high concentration of P, whereas at low concentration there was little shift of PL peak due to the stable P doping state.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.406-406
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• 2011

결정질 태양전지에서 도핑(Doping)은 반도체(Semiconductor)의 PN 접합(Junction)을 형성하는 중요한 역할을 한다. 도핑은 반도체에 불순물(Dopant)을 주입하는 공정으로 고온에서 진행되며 온도는 중요한 변수(Parameter)로 작용한다. 본 연구에서는 여러 가지 에미터(emitter)층 형성방법 중에 가장 저가이면서 공정과정이 간단하며 대면적 도핑이 용의한 Spray 방법을 통해 효과적인 에미터 층 형성의 최적화를 위해 DI water에 각각 1%, 3%, 5% 7%로 희석된 H3PO4용액 으로 850$^{\circ}C$에서 열처리 시간을 가변해 가며 최적화된 면저항과 표면농도 특성을 분석하였다. 도핑소스가 웨이퍼(wafer) 각각의 표면에 흡착시킨 후 오븐에 넣어 150$^{\circ}C$에서 5분간 건조시킨 후 퍼니스(furance)에 넣어 시간을 가변해 가며 도핑시켰다. Spray 방식은 기존의 방식보다 저렴하고 In-line 공정에 적합하며 대용량으로 전환이 쉽다는 많은 장점을 가지고 있다. 도핑시 먼저 spray를 이용하여 웨이퍼 표면에 균일하게 용액을 흡착시킨 후 오븐에서 150$^{\circ}C$에서 5분간 건조 후 furnace에 넣어 850$^{\circ}C$에서 시간을 가변 해가며 실험하였다. H3PO4용액의 비율이 1%일 때는 2분 이상 열처리를 하였을 때 60${\Omega}/{\Box}$ 이하로 내려가지 않았다. 이는 최초 표면농도가 낮아 더 이상 확산되지 않음을 의미한다. 또한 H3PO4의 비율이 3% 이상일 때는 열처리 시간이 1분 이하일 때 면저항의 변화가 거의 없었으나 2분 이상일 때는 시간에 따라서 점차 낮아졌으며 균일도 역시 좋아졌다. 이는 H3PO4의 비율이 3% 이상일 때는 표면농도가 높아서 1분 이하의 열처리 시간에서는 확산해 들어가는 양이 거의 같음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.387-387
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• 2012

결정 Si 및 비정질 Si 태양전지는 환경친화적이며 안정적인 물질로 전력변환 및 에너지 저장 장치에 중요하기 때문에 연구가 활발하게 진행되고 있다. 고효율 Si 태양전지를 제작하여 상용화하기에는 여러 가지 문제점이 있다. 공기와 비교하여 높은 굴절률을 갖고 있기 때문에 발생하는 반사를 줄이기 위해서 필요한 무반사 코팅층(Anti-reflective coating; ARC)은 주로 SiO2 와 SiNx 와 같은 유전체를 이용하여 사용하지만 이들 ARC 증착은 PECVD와 같은 진공장비를 사용하므로 제작 비용이 높아지는 단점이 있다. 나노선 또는 나노 팁과 같은 sub-wavelength 구조를 표면에 만들어 반사율을 줄이는 작업을 통해 ARC 공정비용을 감소하고 효율을 증진하는 연구가 활발히 진행되고 있다. CdS 양자점을 태양전지 표면에 형성함으로 ARC로 해결할 수 없는 단파장영역에 해당하는 부분을 줄이는 연구가 진행되었으며, 비정질의 경우 원기둥 형태의 태양전지 형태와 더불어 지름 방향으로의 PN 접합 나노로드 배열을 만들어 흡수면을 증가하여 효율을 증가한 연구도 진행되었다. 태양전지 표면의 형태를 V-groove 형태로 형성하여 입사하는 태양전지의 광밀도를 증가하는 이론적 결과도 발표되었다. 본 연구에서는 Si 태양전지의 표면변형에 따른 태양전지의 전력변환효율의 변화를 관찰하기 위하여 태양전지 표면의 texture 지름을 $3{\sim}15{\mu}m$, 간격을 $5{\sim}20{\mu}m$로 변화하고, 태양전지 표면의 나노 패턴을 2~10 nm 로 변화하여 반사율과 전력변환효율을 비교하였다. 나노와 마이크로 패턴은 각각 polystyrene nanosphere 와 photo mask를 이용하여 제작하였으며 PN junction Si 태양전지는 spin on dopant 방식으로 제작하여 성능을 조사하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.1 no.4
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• pp.191-197
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• 1991

The surface roughnesses of titanium silicide films and the diffusion behaviours of dopants in single crystal and polycrystalline silicon substrates durng titanium silicide formation by rapid thermal annealing(RTA) of sputter deposited Ti-filicide film from the composite $TiSi_{2.6}$ target were investigated by the secondary ion mass spectrometry(SIMS), a four-point probe, X-ray diffraction, and surface roughness measurements. The as-deposited films were amorphous but film prepared on single silicon substrate crystallized to the orthorhombic $TiSi_2$(C54 structure) upon rapid thermal annealing(RTA) at $800^{\circ}C$ for 20sec. There was no significant out-diffusion of dopants from both single crystal and polycrystalline silicon substrate into titanum silicide layers during annealing. Most of the implanted dopants piled up near the titanium silicide/silicon interface. The surface roughnesses of titanium silicide films were in the range between 16 and 22nm.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.10 no.8
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• pp.525-531
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• 2000

Sb-doped tin oxide films were deposited on Cornig glass 1737 substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique. The films deposited at different reaction parameters were then examined by using XRD and AFM. The relatively good crystalline thin film was formed at $450^{\circ}C$, input gas ratio R[$P_{SbCl}P_{{SnCl}_4}$]=1.12 and r.f. power 30W. The surface roughness of the film formed by PECVD compared to TCVD was more smooth. Higher concentration of Sb dopant, lower deposition temperature, and thinner thickness of deposited film led to de-creasing surface roughness of the formed thin films.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.16 no.4
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• pp.257-263
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• 2006

We have investigated the effect of silver added to Cu films on the microstructure evolution, resistivity, surface morphology, stress relaxation temperature, and adhesion properties of Cu(Ag) alloy thin films deposited on Mo glue layer upon annealing. In addition, pure Cu films deposited on Mo has been annealed and compared. The results show that the silver in Cu(Ag) thin films control the grain growth through the coarsening of its precipitates upon annealing at $300^{\circ}C{\sim}600^{\circ}C$ and the grain growth of Cu reveals the activation energy of 0.22 eV, approximately one third of activation energy for diffusion of Ag dopant along the grain boundaries in Cu matrix (0.75 eV). This indicates that the grain growth can be controlled by Ag diffusion along the grain boundaries. In addition, the grain growth can be a major contributor to the decreased resistivity of Cu(Ag) alloy thin films at the temperature of $300^{\circ}C{\sim}500^{\circ}C$, and decreases the resistivity of Cu(Ag) thin films to $1.96{\mu}{\Omega}-cm$ after annealing at $600^{\circ}C$. Furthermore, the addition of Ag increases the stress relaxation temperature of Cu(Ag) thin films, and thus leading to the enhanced resistance to the void formation, which starts at $300^{\circ}C$ in the pure Cu thin films. Moreover, Cu(Ag) thin films shows the increased adhesion properties, possibly resulting from the Ag segregating to the interface. Consequently, the Cu(Ag) thin films can be used as a metallization of advanced TFT-LCDs.

• Current Photovoltaic Research
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• v.3 no.3
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• pp.80-84
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• 2015

We suggest new emitter formation method using solid-phase epitaxy (SPE); solid-phase epitaxy emitter (SEE). This method expect simplification and cost reduction of process compared with furnace process (POCl3 or BBr3). The solid-phase epitaxy emitter (SEE) deposited a-Si:H layer by radio-frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition (RF-PECVD) on substrate (c-Si), then thin layer growth solid-phase epitaxy (SPE) using rapid thermal process (RTP). This is possible in various emitter profile formation through dopant gas ($PH_3$) control at deposited a-Si:H layer. We fabricated solar cell to apply solid-phase epitaxy emitter (SEE). Its performance have an effect on crystallinity of phase transition layer (a-Si to c-Si). We confirmed crystallinity of this with a-Si:H layer thickness and annealing temperature by using raman spectroscopy, spectroscopic ellipsometry and transmission electron microscope. The crystallinity is excellent as the thickness of a-Si layer is thin (~50 nm) and annealing temperature is high (<$900^{\circ}C$). We fabricated a 16.7% solid-phase epitaxy emitter (SEE) cell. We anticipate its performance improvement applying thin tunnel oxide (<2nm).

• The Korean Journal of Ceramics
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• v.4 no.4
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• pp.297-303
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• 1998

The effect of aliovalent dopants, $ Nb_2O_5$ and MnO, on the phase stability of 12 mol% ceria partially-stabilized zirconia (Ce-TZP) polycrystals was studied. Both dopants (MnO and $ Nb_2O_5$) significantly increased the stability of the tetragonal zirconia phase (Mb temperature lower than liquid nitrogen temperature). The enhancement of the stability of the tetragonal phase in Ce-TZP doped with 1 mol% of Mno(Ce-TZP/MnO) andCe-TZP doped with 1 mol% of $ Nb_2O_5$(Ce-TZP/$ Nb_2O_5$) were explained by the significant reduction of the driving force, -${\Delta}$Gchem, for the tetragonal-to-mono-clinic phase transformation caused by the addition of MnO and $ Nb_2O_5$. The enhanced stability of the tetragonal phase in the Ce-TZP and Al2O3 composite (Ce-TZP/$Al_2O_3$) is believed to be caused by smaller grain size, moderate reduction in the chemical driving force and increase in the strain energy barrier to the transformation. Mechanical properties of the Ce-TZP and the Ce-TZP/$Al_2O_3$ with (i) the same grain size and (ii) the same Mb temperature were examined by measuring stress-strain behavior in 3 point bending. The Ce-TZP/$Al_2O_3$ composite doped with 1.3w% MnO (Ce-TZP/$Al_2O_3$/MnO), which had the same grain size as the Ce-TZP and De-TZP/$Al_2O_3$ showed more transformation plasticity than either the Ce-TZP or the Ce-TZP/$Al_2O_3$ composite. The Ce-TZP wihch had the same Mb temperature as that of the Ce-TZP/$Al_2O_3$/MnO did not show any transformation plasticity.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.18 no.11
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• pp.1043-1047
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• 2005

To investigate the electrical properties of the ZnO films which are interested in the next generation of short wavelength LEDs and Lasers, our ZnO thin films were deposited by RF sputtering system. At sputtering process of ZnO thin films, substrate temperature, work pressure respectively is $300^{\circ}C$ and 5.2 mTorr, and the purity of target is ZnO 5N. The thickness of ZnO thin films was about $2.1\;{\mu}m$ at SEM analysis after sputtering process. Phosphorus (P) and arsenic (As) were diffused into the undoped ZnO thin films sputtered by RF magnetron sputtering system in ampoule tube which was below $5\times10^{-7}$ Torr. The dopant sources of phosphorus and arsenic were $Zn_3P_2$ and $ZnAs_2$. Those diffusion was perform at 500, 600, and $700^{\circ}C$ during 3 hr. We found the diffusion condition of the conductive ZnO films which had n- and p-type properties. Our ZnO thin film has not only very high carrier concentration of above $10^{17}/cm^3$ but also low resistivity of below $2.0\times10^{-2}\;{\Omega}cm$.