Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.17-18
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2011
Plasma in liquid phase has attracted great attention in the last few years by the wide domain of applications in material processing, decomposition of organic and inorganic chemical compounds and sterilization of water. The plasma in liquid is characterized by three main regions which interact each - other during the plasma operation: the liquid phase, which supply the plasma gas phase with various chemical compounds and ions, the plasma in the gas phase at atmospheric pressure and the interface between these two regions. The most complex region, but extremely interesting from the fundamental, chemical and physical processes which occur here, is the boundary between the liquid phase and the plasma gas phase. In our laboratory, plasma in liquid which behaves as a glow discharge type, is generated by using a bipolar pulsed power supply, with variable pulse width, in the range of 0.5~10 ${\mu}s$ and 10 to 30 kHz repetition rate. Plasma in water and other different solutions was characterized by electrical and optical measurements. Strong emissions of OH and H radicals dominate the optical spectra. Generally water with 500 ${\mu}S/cm$ conductivity has a breakdown voltage around 2 kV, depending on the pulse width and the repetition rate of the power supply. The characteristics of the plasma initiated in ultrapure water between pairs of different materials used for electrodes (W and Ta) were investigated by the time-resolved optical emission and the broad-band absorption spectroscopy. The deexcitation processes of the reactive species formed in the water plasma depend on the electrode material, but have been independent on the polarity of the applied voltage pulses. Recently, Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy method was employed to investigate the chemistry in the liquid phase and at the interface between the gas and the liquid phases of the solution plasma system. The use of the solution plasma allows rapid fabrication of the metal nanoparticles without being necessary the addition of different reducing agents, because plasma in the liquid phase provides a reaction field with a highly excited energy radicals. We successfully synthesized gold nanoparticles using a glow discharge in aqueous solution. Nanoparticles with an average size of less than 10 nm were obtained using chlorauric acid solutions as the metal source. Carbon/Pt hybrid nanostructures have been obtained by treating carbon balls, synthesized in a CVD chamber, with hexachloro- platinum acid in a solution plasma system. The solution plasma was successfully used to remove the template remained after the mesoporous silica synthesis. Surface functionalization of the carbon structures and the silica surface with different chemical groups and nanoparticles, was also performed by processing these materials in the liquid plasma.
Cation exchange separation and inductively coupled plasma atomic emission spectrometric(ICP-AES) determination of ruthenium in HCl solutions were studied to quantitatively determine ruthenium in spent nuclear fuels. Ruthenium-bearing samples were dissolved with the mixed acid solution(9 : 1 mole ratio, HCl-HNO$_3$) using an acid digestion bomb. Based on the absorption spectra and ion exchange behaviour of ruthenium in hydrochloric acid media, its possible chemical species were discussed. On a cation exchange column (0.7 ${\times}$ 8.0 cm) packed with AG 50W ${\times}$ 8(100~200 mesh) and equilibrated with 0.5 M HCl, ruthenium was eluated with 0.5 M HCl while uranium was retained on the column. The established separation method was applied to a simulated spent nuclear fuel and resulted in the recovery of 98.5% with a relative standard deviation of 0.7%.
Park, Sanghyun;Song, Byungkwan;Kong, Hoon Young;Byun, Jonghoe;Hwang, Cheong-Soo
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.4
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pp.1169-1176
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2014
In this study, water-dispersible ZnS:Mn nanocrystals were synthesized by capping the surface with conventional and simple structured amino acid ligands: $\small{L}$-Glycine and $\small{L}$-Alanine. The ZnS:Mn-Gly and ZnS:Mn-Ala nanocrystal powders were characterized by XRD, HR-TEM, EDXS, ICP-AES, and FT-IR spectroscopy. The optical properties were measured by UV-Visible and photoluminescence (PL) spectroscopy. The PL spectra for the ZnS:Mn-Gly and ZnS:Mn-Ala showed broad emission peaks at 599 nm and 607 nm with PL efficiencies of 6.5% and 7.8%, respectively. The measured average particle size from the HR-TEM images were $6.4{\pm}0.8$ nm (ZnS:Mn-Gly) and $4.1{\pm}0.5$ nm (ZnS:Mn-Ala), which were also supported by Debye-Scherrer calculations. In addition, the degree of aggregation of the nanocrystals in aqueous solutions were measured by a hydrodynamic light scattering method, which showed formation of sub-micrometer size aggregates for both ZnS:Mn-Gly ($273{\pm}94$ nm) and ZnS:Mn-Ala ($233{\pm}34$ nm) in water due to the intermolecular attraction between the capping amino acids molecules. Finally, the cytotoxic effects of ZnS:Mn-Gly and ZnS:Mn-Ala nanocrsystals over the growth of wild type E. coli were investigated. As a result, no toxicity was shown for the ZnS:Mn-Gly nanocrystal in the colloidal concentration region from 1 ${\mu}g/mL$ to 1000 ${\mu}g/mL$, while ZnS:Mn-Ala showed significant toxicity at 100 ${\mu}g/mL$.
Crystallographic characteristics and interfacial structures of $Al_2$$O_3$and $ZrO_2$dielectric films prepared by atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) were investigated at atomic scale by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS)/electron energy-loss spectroscopy (EELS) coupled with a field-emission transmission electron microscope. The results obtained from cross-sectional and plan-view specimens showed that the $Al_2$$O_3$film was crystallized by annealing at a high temperature and its crystal system might be evaluated as either cubic or tetragonal phase. Whereas the $ZrO_2$film crystallized during deposition at a low temperature of ∼$300^{\circ}C$ was composed of both tetragonal and monoclinic phase. The interfacial thickness in both films was increased with the increased annealing temperature. Further, the interfacial structures of X$ZrO_2$$O_3$and $ZrO_2$films were discussed through analyses of EDS elemental maps and EELS spectra obtained from the annealed films, respectively.
Kim, Kyoung-Bum;Jang, Yong-Ho;Kim, Chang-Il;Jeong, Young-Hun;Lee, Young-Jin;Jo, Jeong-Ho;Paik, Jong-Hoo;Nahm, Sahn
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.10
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pp.839-843
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2011
ZnO nanostructures were developed on a Si (100) substrate from powder mixture of ZnO and 5 mol% Pd (ZP-5) as reactants by ${\times}$ sccm oxygen pressures(x= 0, 10, 20, 40). DTA (differential thermal analysis) result shows the Pd(5 mol%)+ZnO mixtured powder(PZ-5) is easily evaporated than pure ZnO powder. The PZ-5 mixtured powder was characterized by DTA to determine the thermal decomposition which was found to be at $800^{\circ}C$, $1,100^{\circ}C$. Weight loss(%) and ICP (inductively coupled plasma) analysis reveal that Zn vaporization is decreased by increased oxygen pressures from the PZ-5 at $1,100^{\circ}C$ for 30 mins. Needle-like ZnO nanostructures array developed from 10 sccm oxygen pressure, was well aligned vertically on the Si substrate at $1,100^{\circ}C$ for 30 mins. The lengths of the Needle-like ZnO nanostructures is about 2 ${\mu}m$ with diameters of about 65 nm. The developed ZnO nanostructures exhibited growth direction along [001] with defect-free high crystallinity. It is considered that Zn vaporization is responsible for the growth of Needle-like ZnO nanostructures by controlling the oxygen pressures. The photoluminescence spectra of ZnO nanostructures exhibited stronger 376.7 nm NBE (near band-edge emission) peak and 529.3 nm DLE (deep level energy) peak.
Lee, Gang Seok;Kim, Kyoung Hwa;Kim, Sang Woo;Jeon, Injun;Ahn, Hyung Soo;Yang, Min;Yi, Sam Nyung;Cho, Chae Ryong;Kim, Suck-Whan
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.29
no.3
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pp.83-90
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2019
In this paper, Mg-doped AlN epilayers for power semiconductor devices are grown by mixed-source hydride vapor phase epitaxy. Magnesium is used as p-type dopant material in the grown AlN epilayer. The AlN epilayers on the GaN-templated sapphire substrate and GaN-templated-patterned sapphire substrate (PSS), respectively, as the base substrates for device application, were selectively grown. The surface and the crystal structures of the AlN epilayers were investigated by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and high-resolution-X-ray diffraction (HR-XRD). From the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectra results, the p-type AlN epilayers grown by using the mixed-source HVPE method could be applied to power devices.
The forming conditions of X-ray storage phosrhors $BaFBr_{1-x}I_x:Eu^{2+}$, $Na^+$ have been investigated, and measured the PSL emission spectra and its intensity, fading characteristics and does dependence of the prepared phosphors. These characteristics were compared with those of commercial image plate (ST-III) obtained from Fuji Photo Film Co. The optimal preparing conditions of $BaFBr_{1-x}I_x:Eu^{2+}$, $Na^+$ Phosphor were 0.5 mol% of $EuF_3$, 4.0 mol% of NaF and composition ratio x=0.3, and the sintering temperature were $950^{\circ}C$ in $H_2$ atmosphere. When the composition ratio x was equal to 0, the spectral range of the luminescence of $BaFBr_{1-x}I_x:Eu^{2+}$, $Na^+$ phosphor was $365{\sim}420\;nm$, and its maximum luminescence intensity appeared at 390 nm. When composition ratio x was not equal to 0, the wavelength ranges and peak of the spectra were shifted to the longer wavelength with the growth of composition ratio x. A good linearity was shown between the PSL intensity and X-ray irradiation dose. The phosphor sample with x=0.3 exhibited better fading characteristics than that of other $BaFBr_{1-x}I_x:Eu^{2+}$ phosphor samples, and the fading characteristics of the PSL intensity at room temperature were shown poorer with increasing $I^-$ ion concentration. The lattice constant of the phosphor becomes larger with increasing the $I^-$ ion concentration.
Kim, Hee-Yeon;Oh, H.J.;Ahn, S.W.;Ryu, Mee-Yi;Lim, J.Y.;Shin, S.H.;Kim, S.Y.;Song, J.D.
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.19
no.3
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pp.211-216
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2010
The luminescence properties of $In_{0.5}Ga_{0.5}As/In_{0.5}Al_{0.5}As$ multiple quantum wells (MQWs) grown on $In_{0.5}Al_{0.5}As$ buffer layers have been studied by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. A$1-{\mu}m$ thick $In_{0.5}Al_{0.5}As$ buffer layers were deposited on a 500 nm thick GaAs layer, followed by the deposition of the InGaAs/InAlAs MQWs. In order to investigate the effects of InAlAs buffer layer on the optical properties of the MQWs, four different temperature sequences are used for the growth of InAlAs buffer layer. The growth temperature for InAlAs buffer layer was varied from 320^{\circ}C to $580^{\circ}C$. The MQWs consist of three $In_{0.5}Ga_{0.5}$As wells with different well thicknesses (2.5 nm, 4.0 nm, and 6.0 nm thick) and 10 nm thick $In_{0.5}Al_{0.5}$As barriers. The PL spectra from the MQWs with InAlAs layer grown at lower temperature range ($320-580^{\circ}C$) showed strong peaks from 4 nm QW and 6 nm QW. However, for the MQWs with InAlAs buffer grown at higher temperature range ($320-480^{\circ}C$), the PL spectra only showed a strong peak from 6 nm QW. The strongest PL intensity was obtained from the MQWs with InAlAs layer grown at the fixed temperature of $480^{\circ}C$, while the MQWs with buffer layer grown at higher temperature from $530^{\circ}C$ to $580^{\circ}C$ showed the weakest PL intensity. From the emission wavelength dependence of PL decay times, the fast and slow decay times may be related to the recombination of carriers in the 4 nm QW and 6 nm QW, respectively. These results indicated that the growth temperatures of InAlAs layer affect the structural and optical properties of the MQWs.
The ZnSe sample grown by chemical bath deposition (CBD) method were annealed in Ar gas at $45^{\circ}C$. Using extrapolation method of X-ray diffraction pattern, it was found to have zinc blend structure whose lattice parameter $a_o$ was $5.6687\;{\AA}$. From Hall effect, the mobility was likely to be decreased by impurity scattering at temperature range from 10 K to 150 K and by lattice scattering at temperature range from 150 K to 293 K. The band gap given by the transmission edge changed from $2.700{\underline{5}}\;eV$ at 293 K to $2.873{\underline{9}}\;eV$ at 10 K. Comparing photocurrent peak position with transmission edge, we could find that photocurrent peaks due to excition electrons from valence band, ${\Gamma}_8$ and ${\Gamma}_7$ and to conduction band ${\Gamma}_6$ were observed at photocurrent spectrum. From the photocurrent spectra by illumination of polarized light on the ZnSe thin film, we have found that values of spin orbit coupling splitting ${\Delta}so$ is $0.098{\underline{1}}\;eV$. From the PL spectra at 10K, the peaks corresponding to free bound excitons and D-A pair and a broad emission band due to SA is identified. The binding energy of the free excitons are determined to be $0.061{\underline{2}}\;eV$ and the dissipation energy of the donor -bound exciton and acceptor-bound exciton to be $0.017{\underline{2}}\;eV$, $0.031{\underline{0}}\;eV$, respectively.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.10
no.6
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pp.425-433
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2000
The stochiometric mix of evaporating materials for the $CuGaTe_2$single crystal thin films was prepared from horizontal furnance. Using extrapolation method of X-ray diffraction patterns for the $CuGaTe_2$polycrystal, it was found tetragonal structure whose lattice constant $a_0 and c_0$ were 6.025 $\AA$ and 11.931 $\AA$, respectively. To obtain the single crystal thin films, $CuGaTe_2$mixed crystal was deposited on throughly etched semi-insulator GaAs(100) substrate by the Hot Wall Epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperature were $670^{\circ}C$ and $410^{\circ}C$ respectively, and the thickness of the single crystal thin films is 2.1$\mu\textrm{m}$. The crystalline structure of single crystal thin films was investigated by the photoluminescence and double crystal X-ray diffraction (DCXD). Hall effect on this sample was measured by the method of van der Pauw and studied on carrier density and mobility dependence on temperature. The carrier density and mobility of $CuGaTe_2$single crystal thin films deduced from Hall data are $8.72{\times}10{23}$개 $\textrm m^3$, $3.42{\times}10^{-2}$$\textrm m^2$/V.s at 293K, respectively. From the photocurrent spectrum by illumination of perpendicular light on the c-axis of the $CuGaTe_2$single crystal thin film, we have found that the values of spin orbit coupling $\Delta$s.o and the crystal field splitting $\Delta$cr were 0.0791 eV and 0.2463 eV at 10 K, respectively. From the PL spectra at 10 K, the peaks corresponding to free bound excitons and D-A pair and a broad emission band due to SA is identified. The binding energy of the free excitons are determined to be 0.0470 eV and the dissipation energy of the donor-bound exciton and acceptor-bound exciton to be 0.0490 eV, 0.0558 eV, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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