• Journal of Ceramic Processing Research
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• 제22권2호
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• pp.169-178
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• 2021

In this work, in-flight synthesis route of Ga doped ZnO (GZO) nano-powders was investigated experimentally and numerically, using Radio-Frequency (RF) induction plasmas. For experimental study, mixture of micron-sized ZnO and Ga₂O₃ powders were treated by RF induction plasmas, then, the as-treated powders were retrieved from reactor bottom and filtration for characterization. For numerical study, single particle model was combined with two-dimensional simulation code of RF induction plasma to predict the particle behaviors of ZnO and Ga₂O₃ depending on their sizes. First, experimental results showed that filtration-retrieved powders were characterized as GZO nano-powders although gallium content can be decreased due to Ga₂O₃ decomposition into sub-oxides at the elevated temperatures. From reactor bottom, however, spherical structures consisting of Ga₂O₃ and ZnO particles were observed in sub-millimeter sizes. Numerical results predicted that micron-sized (≤ 10 ㎛) ZnO and Ga₂O₃ particles can vaporize easily during the flight of plasma, while particles with the sizes of 25~100 um were simulated to be partially evaporated or unevaporated. Comparing these experimental and numerical results indicates that GZO nano-powders can be synthesized from vapor species of ZnO and Ga₂O₃, which are primarily produced by in-flight treatment of micron-sized ZnO and Ga₂O₃ powders in RF induction plasmas.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.61.2-61.2
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• 2011

넓은 밴드갭을 가지고 있어 가시광에서 투명하며 높은 이동도를 가진 산화물 반도체는 기존의 Si 기반 TFT 소자를 대체할 차세대 디스플레이의 핵심 소재기술로 관심이 높아지고 있다. 그러나 대표적인 산화물 반도체인 In-Ga-Zn-O (IGZO)에 포함된 인듐의 수요 증가에 따른 가격 급등 문제로 이를 대체할 수 있는 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 이에 비교적 저가의 물질로 구성된 Zn-Sn-O계 산화물 소재에 대한 연구가 진행된 바 있으나, 높은 수준의 캐리어 농도를 가지고 있어 TFT 채널용 반도체소재로 적용되기 위해서는 이를 $10^{17}\;cm^{-3}$ 이하로 조절할 수 있는 기술개발이 요구된다. 본 연구는 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착된 Ga-Zn-Sn-O (GZTO) 박막의 갈륨 첨가에 따른 특성변화를 조사하였다. GZO ($Ga_2O_3$ 5wt%)와 $SnO_2$ 타켓의 인가 파워를 고정한 상태에서 $Ga_2O_3$ 타켓의 인가 파워를 0~100W로 조절하여 박막 내 Ga 함량을 증가시켰다. 제조된 모든 GZTO 박막은 Ga함량에 관계없이 비정질 구조를 가지며 가시광 영역에서 약 78%의 우수한 투과율을 나타낸다. Ga 함량에 따라 박막의 구조적, 광학적 특성은 크게 변하지 않지만 전기적 특성은 뚜렷한 변화를 나타냈다. $Ga_2O_3$ 파워가 증가할수록 박막 내 캐리어 농도와 이동도의 감소로 비저항이 크게 증가하는데 특히 캐리어 농도는 $Ga_2O_3$ 파워가 0에서 100W로 증가할 때 $2{\times}10^{18}$에서 $8{\times}10^{14}\;cm^{-3}$으로 감소하였다. 이는 Ga-O의 화학적 결합 에너지가 다른 원소들(Zn 또는 In)에 비해 커서 박막 내 산소공공의 감소가 야기되었기 때문이다. 이러한 전기물성의 변화를 이해하기 위해 XPS 분석을 수행하였다. 제조된 GZTO 박막은 $Ga_2O_3$ 파워가 증가함에 따라 O 1s peak에서 산소공공과 관련된 530.8 eV peak의 intensity가 감소한다. 따라서 Ga을 첨가에 따른 캐리어 농도의 감소는 산소공공의 발생억제로 기인한 것으로 판단되며, 본 연구결과는 ZTO계 비정질 산화물 반도체의 활용가능성을 제시하였다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 한국전기화학회 2002년도 연료전지심포지움 2002논문집
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• pp.271-276
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• 2002

고체산화물 연료전지의 구성요소인 전해질의 $(La_{1-x}Sr_x)(Ga_{1-y}Mg_y)O_{3-\delta}$계의 결정상 및 미세구조특성을 연구하였다. Mg의 첨가량이 증가할수록 Sr의 고용량도 증가하였으며 Sr의 함량이 많으면 2차상인 $LaSrGa_3O_7$상이 생성되었으며 Mg의 첨가량이 증가함에 따라서는 $LaSrGaO_4$상이 생성되었다. $LaSrGaO_4$상이 생성된 경우에는 낮은 전도도를 나타내었으며 $LaSrGa_3O_7$상의 경우에는 전기전도도에 큰 영향을 미치지 않았다. 또한 Sr과 Mg 첨가량의 증가는 grain 성장을 억제하였으며 $(La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$는 $1000^{\circ}C$에서 0.1S/cm 정도의 전기전도도를 나타내었다.

• 전기화학회지
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• 제12권2호
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• pp.189-195
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• 2009

고순도의 $\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드(nanorods)가 니켈산화물 나노입자를 촉매로 사용하고 갈륨금속분말을 원료물질로 이용하여 화학기상증착법으로 합성되었다. 전계방출형 주사전자현미경을 이용하여 $\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드를 관찰한 결과, 평균직경은 약 160 nm 그리고 평균길이는 $4{\mu}m$였으며 vaporsolid(VS) 성장기구를 통하여 성장되었음을 알 수 있었다. X-선 회절시험과 고분해능 투과전자 현미경을 이용한 결정구조 분석 결과, 합성된 나노로드의 내부는 단사정계 결정구조를 가지는 단결정의 $\beta-Ga_{2}O_{3}$로 이루어져 있고 외벽은 비정질 갈륨옥사이드로 이루어진 코어-셀 구조로 구성되어 있는 것을 확인하였다. 합성된 $\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드를 음극 활물질로 사용하여 전극을 제조하고 전기화학적 특성을 분석한 결과, 리튬/$\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드 전지는 첫 방전 시 867 mAh/g-$\beta-Ga_{2}O_{3}$의 높은 용량을 나타내었으나 초기 비가역 용량으로 인해 62%의 낮은 충 방전 효율을 나타내었다. 그러나 5 사이클 이후 높은 충 방전 효율을 보이며 30 사이클까지 안정된 사이클 특성을 나타내었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2001년도 하계학술대회 논문집
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• pp.848-850
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• 2001

In this work, we investigated on the white-colored ribbon fiber synthesized from GaN powder. We convinced the formation of monoclinic phase $\beta$-Ga$_2$O$_3$from the X-ray diffraction pattern on ribbon fiber. The 10 K PL spectrum consisted with the strong emission band caused by self-activated optical center at 3.464 eV with the full-width at half maximum of 48 meV and the impurity related emission bands. Through this work, the optical properties and the electrical conductivity of $\beta$-Ga$_2$O$_3$, it will be useful for the fabrication of optoelctronic devices operating in visible spectrum region.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.242-247
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• 1998

In this study, we have synthesized $ZnGa_2O_4$:Mn,X powder doped with Mn, MnO, $MnF_2$ and $MnCl_2$, low voltage green emitting phosphor, in vacuum atmosphere. From PL spectra, the intensity of the emission peak, the brightness with coactivator show that $ZnGa_2O_4$:Mn,Cl > $ZnGa_2O_4$:Mn,F > $ZnGa_2O_4$:Mn,O > $ZnGa_2O_4$:Mn. These improvement of the brightness are caused by the increase of the concentration of $Mn^{2+}$ ion. In case of $ZnGa_2O_4$:Mn,Cl and ZnGa$_2$O$_4$:Mn,F, the brightness is enhanced much more, which is owed to the decrease of defect of host material. For $ZnGa_2O_4$:Mn,Cl phosphor fabricated with optimized condition, the decay time becomes short from 30 ms of the $ZnGa_2O_4$:Mn and $ZnGa_2O_4$:Mn,O to 6 ms and the brightness of CL at 1 kV, 1 mA is 60 cd/$m^2$.

• 한국결정성장학회지
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• 제29권4호
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• pp.179-186
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• 2019

본 연구에서는 $Ga_2O_3$ 박막의 구조적 특성과 Ti/Au 전극을 증착하여 제작된 metal-semiconductor-metal (MSM) photodetector 소자의 광학적, 전기적 특성에 대해 연구하였다. 유기 금속 화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)을 이용해 서로 다른 온도에서 $Ga_2O_3$ 박막을 성장하였다. 성장온도에 따라 $Ga_2O_3$의 결정상이 ${\varepsilon}$-상에서 ${\beta}$-상으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. X-선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD) 결과로 ${\varepsilon}-Ga_2O_3$의 결정구조를 확인하였고, 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy, SEM) 이미지로 결정구조의 형성 메커니즘에 대해 논의하였다. 음극선 발광(Cathode luminescence, CL) 측정으로 $Ga_2O_3$의 발광성 천이에 관여하는 에너지 준위의 형성 원인에 대해 논의하였다. 제작된 MSM photodetector 소자의 외부 광에 대한 전류-전압 특성과 시간 의존성 on/off 광 응답 특성을 통해 ${\varepsilon}-Ga_2O_3$로 제작한 photodetector는 가시광보다 266 nm UV 파장 영역에서 훨씬 뛰어난 광전류 특성을 보이는 것을 확인하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권4호
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• pp.352-358
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• 2002

고체산화물 연료전지의 전해질로서 $LaGaO_3$계를 선정하여 La 대신 Sr을, Ga 대신에 Mg를 치환하여 첨가할 때 첨가량 및 소결 조건에 따라 전해질을 제조하고, 그 특성을 조사하였다. Sr과 Mg가 0.15와 0.20 mole 첨가되었을 때 Sr과 Mg가 La와Ga 자리에 동시 고용되어 (La$_{1-x}Sr_x)(Ga_{1-y}Mg_y)O_{3-\delta}$ 단일상이 나타났고, 일부 조성에서는 $LaSrGa_3O_7$ 상과 $LaSrGaO_4$ 상이 2차상으로 나타났다. $LaSrGa_3O_7$ 상은 Sr과 Mg 첨가에 의한 상이며, $LaSrGaO_4$ 상은 액상형성에 의한 것으로 나타났으며, 또한 $LaSrGaO_4$ 상은 소결온도와 Mg 첨가량이 감소함에 따라 얻어졌다. $(La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ 상의 경우 소결온도를 증가함에 따라 열팽창계수는 감소하였으며, $1500^{circ}C$에서 1시간 소결한 소결체의 전기전도도는 $800^{circ}C$, 1mA에서 0.14S/cm를 나타내었다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제20권2호
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• pp.98-102
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• 2021

GaOOH is obtained via hydrothermal synthesis procedure. The formed GaOOH is turned into α-Ga₂O₃ at 500℃ annealing. As the annealing temperatures increase the α-Ga₂O₃ is in part turned into β-Ga₂O₃ and fully turned into β-Ga₂O₃ after 1100℃. XPS and PL results reveal that heterojunction interface between α-Ga₂O₃ and β-Ga₂O₃ become maxim at 500℃ annealing condition, which result in the highest photocatalytic activity. The presence of heterojunction interface slows down the recombination process by separating photogenerated electron-hole pairs and thereby enhance the overall photocatalytic activity.

• 한국결정성장학회지
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• 제33권2호
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• pp.83-90
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• 2023

최근 전력반도체 소재로 관심을 가지는 Ga₂O₃의 β-상은 열역학적으로 가장 안정한 상을 가지며 4.8~4.9 eV의 넓은 밴드갭과 8 MV/cm의 높은 절연파괴전압을 갖는다. 이러한 우수한 물리적 특성으로 인해 전력반도체 소재로 많은 주목을 받고 있다. β-Ga₂O₃는 SiC 및 GaN의 소재와는 다르게 액상이 존재하기 때문에 액상 성장법으로 단결정 성장이 가능하다. 하지만 성장한 순수 β-Ga₂O₃ 단결정은 전력 소자에 적용하기에는 낮은 전도성으로 인해 의도적으로 제어된 도핑 기술이 필요하며 도핑 특성에 관한 연구가 매우 중요하다. 이 연구에서는 Ga₂O₃ 분말과 SnO₂ 분말의 몰 비율을 다르게 첨가하여 Un-doped, Sn 0.05 mol%, Sn 0.1mol%, Sn 1.5 mol%, Sn 2 mol%, Sn 3 mol%의 혼합분말을 제조하여 EFG(Edge-defined Film-fed Growth) 방법으로 β-Ga₂O₃ 단결정을 성장시켰다. 성장된 β-Ga₂O₃ 단결정의 Sn dopant 함량에 따른 결정 품질 및 광학적, 전기적 특성 변화를 분석하였으며 Sn 도핑에 따른 특성 변화를 광범위하게 연구하였다.