• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.53.2-53.2
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• 2011

Dye-sensitized solar cells(DSSCs) have been recognized as an alternative to the conventional p-n junction solar cells because of their simple fabrication process, low production cost, and transparency. A typical DSSC consists of a transparent conductive oxide (TCO) electrode, a dye-sensitized oxide semiconductor nanoparticle layer, liquid redox electrolyte, and a Pt-counter electrode. In dye-sensitized solar cells, charge recombination processes at interfaces between coducting glass, $TiO_2$, dye, and electrolyte play an important role in limiting the photon-to-electron conversion efficiency. A layer of ZTO thin film less than ~200nm in thickness, as a blocking layer, was deposited by DC magnetron sputtering method directly onto the anode electrode to be isolated from the electrolyte in dye-sensitized solar cells(DSCs). This is to prevent the electrons from back-transferring from the electrode to the electrolyte ($I^-/I_3^-$). The presented DSCs were fabricated with working electrode of Ga-doped ZnO glass coated with blocking ZTO layer, dye-attached nanoporous $TiO_2$ layer, gel electrolyte and counter electrode of Pt-deposited GZO glass. The effects of blocking layer were studied with respect to impedance and conversion efficiency of the cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.252-252
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• 2011

최근 주목받고 있는 amorphous gallium-indium-zinc-oxide (a-GIZO) thin film transistors (TFTs)는 수소가 첨가된 비정질 실리콘 TFT에 비해 높은 이동도와 뛰어난 전기적, 광학적 특성에 의해 큰 주목을 받고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가지므로 가시광 영역에서 투명한 특성을 보이고, 플라스틱 기판 위에서 구부러지는 성질에 의해 플랫 패널 디스플레이나 능동 유기 발광소자 (AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용되고 있다. 뿐만 아니라, 일반적인 Poly-Si TFT는 자체적으로 가지는 결정성에 의해 대면적화 시 균일성이 좋지 못하지만 GIZO는 비정질상 이기 때문에 백플레인의 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 이러한 TFT를 제작하기 전, 전기적 특성에 대한 정보를 얻거나 예측하는 것이 중요한데, 이에 따라 고안된 구조가 바로 metal point contact FET (pseudo FET)이다. pseudo FET은 소스/드레인 전극을 따로 증착할 필요 없이 채널을 증착한 후, 프로브 탐침을 채널의 표면에 적당한 압력으로 접촉시켜 전하를 공급하는 소스와 드레인처럼 동작시킬 수 있다. 따라서 소스/드레인을 증착하거나 lithography와 같은 추가적인 공정을 요구하지 않아 소자의 특성을 보다 간단하고 수월하게 분석할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 p-type 기판위에 100nm의 oxidation SiO2를 게이트 절연막으로 사용하는 a-GIZO pseudo FET를 제작하였다. 소자 제작 후, 열처리 온도에 따른 전기적 특성을 분석하였고, 열처리 조건은 30분간 N2 분위기에서 실시하였다. 열처리 후 전기적 특성 분성 결과, 450oC에서 가장 낮은 subthreshold swing 값과 게이트 전압의 더블 스윕 후 문턱 전압의 변화가 거의 없음을 확인하였다.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.16 no.1
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• pp.97-101
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• 2017

In this paper, IGZO thin film transistor (TFT) was fabricated with cross-linked Poly (4-vinylphenol) (PVP) gate dielectric for flexible, transparent display applications. The PVP is one of the candidates for low-temperature gate insulators. MIM structure was fabricated to measure the leakage current and evaluate the insulator properties according to the annealing temperature. Low leakage current ( <0.1nA/cm2 @ 1MV/cm ) was observed at $200^{\circ}C$ annealing condition and decreases much more as the annealing temperature increases. The electrical characteristics of IGZO TFT such as subthreshold swing, mobility and ON/OFF current ratio were also improved, which shows that the performance of IGZO TFTs with PVP can be enhanced by reducing the amount of incomplete crosslinking in PVP.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.170-170
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• 2012

최근 주목받고 있는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) thin film transistors (TFTs)는 수소가 첨가된 비정질 실리콘 TFT (a-Si;H)에 비해 비정질 상태에서도 높은 이동도와 뛰어난 전기적, 광학적 특성에 의해 큰 주목을 받고 있다. 또한 넓은 밴드갭에 의해 가시광 영역에서 투명한 특성을 보이고, 플라스틱 기판 위에서 구부러지는 성질에 의해 플랫 패널 디스플레이나 능동 유기 발광 소자 (AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용되고 있다. 하지만, 실제 디스플레이가 동작하는 동안 스위칭 TFT는 백라이트 또는 외부에서 들어오는 빛에 지속적으로 노출되게 되고, 이 빛에 의해서 TFT 소자의 신뢰성에 악영향을 끼친다. 또한, 디스플레이가 장시간 동안 동작 하면 내부 온도가 상승하게 되고 이에 따른 온도에 의한 신뢰성 문제도 동시에 고려되어야 한다. 특히, 실제 AM-LCD에서 스위칭 TFT는 양의 게이트 전압보다 음의 게이트 전압에 의해서 약 500 배 가량 더 긴 시간의 스트레스를 받기 때문에 음의 게이트 전압에 대한 신뢰성 평가는 대단히 중요한 이슈이다. 스트레스에 의한 문턱 전압의 변화는 게이트 절연막과 반도체 채널 사이의 계면 또는 게이트 절연막의 벌크 트랩에 의한 것으로 게이트 절연막의 선택에 따라서 신뢰성을 효과적으로 개선시킬 수 있다. 본 연구에서는 적층된 $Si_3N_4/SiO_2$ (NO 구조) 이중층 구조를 게이트 절연막으로 사용하고, 완충층의 역할을 하는 $SiO_2$막의 두께에 따른 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 평가하였다. a-IGZO TFT 소자의 전기적 특성과 신뢰성 평가를 위하여 간단한 구조의 pseudo-MOS field effect transistor (${\Psi}$-MOSFET) 방법을 이용하였다. 제작된 소자의 최적화된 $SiO_2$ 완충층의 두께는 20 nm이고 $12.3cm^2/V{\cdot}s$의 유효 전계 이동도, 148 mV/dec의 subthreshold swing, $4.52{\times}10^{11}cm^{-2}$의 계면 트랩, negative bias illumination stress에서 1.23 V의 문턱 전압 변화율, negative bias temperature illumination stress에서 2.06 V의 문턱 전압 변화율을 보여 뛰어난 전기적, 신뢰성 특성을 확인하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.22 no.10
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• pp.821-825
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• 2009

Recently, transparent ZnO-based TFTs have attracted much attention for flexible displays because they can be fabricated on plastic substrates at low temperature. We report the fabrication and characteristics of ZnO TFTs having different channel thicknesses deposited at low temperature. The ZnO films were deposited as active channel layer on $Si_3N_4/Ti/SiO_2/p-Si$ substrates by RF magnetron sputtering at $100^{\circ}C$ without additional annealing. Also, the ZnO thin films deposited at oxygen partial pressures of 40%. ZnO TFTs using a bottom-gate configuration were investigated. The $Si_3N_4$ film was deposited as gate insulator by PE-CVD at $150^{\circ}C$. All Processes were processed below $150^{\circ}C$ which is optimal temperature for flexible display and were used dry etching method. The fabricated devices have different threshold slop, field effect mobility and subthreshold slop according to channel thickness. This characteristics are related with ZnO crystal properties analyzed with XRD and SPM. Electrical characteristics of 60 nm ZnO TFT (W/L = $20\;{\mu}m/20\;{\mu}m$) exhibited a field-effect mobility of $0.26\;cm^2/Vs$, a threshold voltage of 8.3 V, a subthreshold slop of 2.2 V/decade, and a $I_{ON/OFF}$ ratio of $7.5\times10^2$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.256-256
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• 2016

기존의 디스플레이 기슬은 마스크를 통해 특정 부분에만 유기재료를 증착시키는 방법을 사용하였으나, 기판의 크기가 커짐에 따라 공정조건에 제약이 발생하였다. 이를 해결하기 위해 최근 용액 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 용액 공정은 기존 진공 증착 방식과 비교하였을 때 상온, 대기압에서 증착이 가능하며 경제적이고, 대면적 균일 증착에 유리하다는 장점이 있다. 반면, 용액 공정으로 제작한 소자는 시간이 지남에 따라 점차 전기적 특성이 변하는 aging effect를 보인다. Aging effect는 용액에 포함된 C기와 OH기 기반의 불순물의 영향으로 시간의 경과에 따라서 문턱전압, subthreshold swing 및 mobility 등의 전기적 특성이 변하는 현상으로 고품질의 박막을 형성하기 위해서는 고온의 열처리가 필요하다. 지금까지 고품질 박막 형성을 위한 열처리는 퍼니스 (furnace) 장비에서 주로 이루어졌는데, 시간이 오래 걸리고, 상대적으로 고온 공정이기 때문에 유리, 종이, 플라스틱과 같은 다양한 기판에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 $100^{\circ}C$ 이하의 저온에서도 열처리가 가능한 microwave irradiation (MWI) 방법을 이용하여 solution-processed InGaZnO TFT를 제작하였고, 기존의 열처리 방식인 furnace로 열처리한 TFT 소자와 aging effect를 비교하였다. 먼저, solution-processed IGZO TFT를 제작하기 위해 p type Si 기판을 열산화시켜서 100 nm의 SiO2 게이트 산화막을 성장시켰고, 스핀코팅 방법으로 a-IGZO 채널층을 형성하였다. 증착후 열처리를 위하여 1000 W의 마이크로웨이브 출력으로 15분간 MWI를 실시하여 a-IGZO TFT를 제작하였고, 비교를 위하여 furnace N2 gas 분위기에서 $600^{\circ}C$로 30분간 열처리한 TFT를 준비하였다. 제작된 직후의 TFT 특성을 평가한 결과, MWI 열처리한 소자가 퍼니스 열처리한 소자보다 높은 이동도, 낮은 subthreshold swing (SS)과 히스테리시스 전압을 가지는 것을 확인하였다. 한편, aging effect를 평가하기 위하여 제작 후에 30일 동안의 특성변화를 측정한 결과, MWI 열처리 소자는 30일 동안 문턱치 전압(VTH)의 변화량 ${\Delta}VTH=3.18[V]$ 변화되었지만, furnace 열처리 소자는 ${\Delta}VTH=8.56[V]$로 큰 변화가 있었다. 다음으로 SS의 변화량은 MWI 열처리 소자가 ${\Delta}SS=106.85[mV/dec]$인 반면에 퍼니스 열처리 소자는 ${\Delta}SS=299.2[mV/dec]$이었다. 그리고 전하 트래핑에 의해서 발생하는 게이트 히스테리시스 전압의 변화량은 MWI 열처리 소자에서 ${\Delta}V=0.5[V]$이었지만, 퍼니스 열처리 소자에서 ${\Delta}V=5.8[V]$의 큰 수치를 보였다. 결과적으로 MWI 열처리 방식이 퍼니스 열처리 방식보다 소자의 성능이 우수할 뿐만 아니라 aging effect가 개선된 것을 확인할 수 있었고 차세대 디스플레이 공정에 있어서 전기적, 화학적 특성을 개선하는데 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.156-156
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• 2003

수평 전기로에서 ZnIn$_2$S$_4$ 다결정을 합성하여 HWE(Hot Wall Epitaxy)방법으로 2nIn2S4단결정 박막을 반절연성 GaAs(100)기판 위에 성장시켰다. ZnIn2S4 단결정 박막은 증발원의 온도를 610 $^{\circ}C$, 기판의 온도를 450 $^{\circ}C$로 성장시켰고 성장 속도는 0.5 $\mu\textrm{m}$/hr로 확인되었다. ZrIn2S4 단결정 박막의 결정성의 조사에서 10 K에서 광발광(photoluminescence) 스펙트럼이 433 nm (2.8633eV)에서 exciton emission스펙트럼이 가장 강하게 나타났으며, 또한 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)의 반폭치(FWHM)도 133 arcsec로 가장 작아 최적 성장 조건임을 알 수 있었다. Hall 효과는 van der Pauw방법에 의해 측정되었으며, 온도에 의존하는 운반자 농도와 이동도는 293K에서 각각 8.51$\times$$10^{17}$ electron/$cm^{-3}$ 291 $\textrm{cm}^2$/v-s였다. ZnIn2S4 단결정 박막의 광전류 단파장대 봉우리들로부터 10 K에서 측정된 $\Delta$Cr(crystal field splitting)은 0.1678 eV, $\Delta$So(spin orbit coupling)는 0.0148 eV였다. 10 K의 광발광 측정으로부터 고품질의 결정에서 볼 수 있는 free exciton 과 매우 강한 세기의 중성 주개 bound exciton등의 피크가 관찰되었다. 이때 중성 주개 bound exciton의 반치폭과 결합 에너지는 각각 9 meV와 26 meV 였다. 또한 Haynes rule에 의해 구한 불순물의 활성화 에너지는 130 meV 였다.다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.22 no.1
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• pp.1-4
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• 2012

O- and Zn-polar ZnO films were grown by DC magnetron sputtering. Growth of high-quality, single-crystal ZnO thin films were confirmed by XRD and pole figure analysis. O-polar ZnO was grown on an $Al_2O_3$ substrate, which was confirmed by a slow growth rate (378 nm/hr), a fast etching rate (59 nm/min), and by the hillocks on the surface after etching. Zn-polar ZnO was grown on a GaN/$Al_2O_3$ substrate, which was confirmed by a fast growth rate (550 nm/hr), a slow etching rate (28 nm/min), and by pits on the surface after etching. Results from the present study show that it is possible to use DC-sputtering to grow ZnO film with the same polarity as other epitaxial growth methods.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.11
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• pp.900-904
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• 2011

In this paper, we investigated an anomalous hump phenomenon under the positive bias stress in p-type LTPS TFTs. The devices with inferior electrical performance also show larger hump phenomenon. which can be explained by the sub-channel induced from trapped electrons under thinner gate oxide region. We can confirm that the devices with larger hump have larger interface trap density ($D_{it}$) and grain boundary trap density ($N_{trap}$) extracted by low-high frequency capacitance method and Levinson-Proano method, respectively. From the C-V with I-V transfer characteristics, the trapped electrons causing hump seem to be generated particularly from the S/D and gate overlapped region. Based on these analysis, the major cause of an anomalous hump phenomenon under the positive bias stress in p-type poly-Si TFTs is explained by the GIDL occurring in the S/D and gate overlapped region and the traps existing in the channel edge region where the gate oxide becomes thinner, which can be inferred by the fact that the magnitude of the hump is dependent on the average trap densities.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.53-53
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• 2011

This paper describes results for surface and bulk characterization of the most promising thin film solar cell material for high performance devices, (Ag,Cu) (In,Ga) Se2 (ACIGS). This material in particular exhibits a range of exotic behaviors. The surface and general materials science of the material also has direct implications for the operation of solar cells based upon it. Some of the techniques and results described will include scanning probe (AFM, STM, KPFM) measurements of epitaxial films of different surface orientations, photoelectron spectroscopy and inverse photoemission, Auger electron spectroscopy, and more. Bulk measurements are included as support for the surface measurements such as cathodoluminescence imaging around grain boundaries and showing surface recombination effects, and transmission electron microscopy to verify the surface growth behaviors to be equilibrium rather than kinetic phenomena. The results show that the polar close packed surface of CIGS is the lowest energy surface by far. This surface is expected to be reconstructed to eliminate the surface charge. However, the AgInSe2 compound has yielded excellent atomic-resolution images of the surface with no evidence of surface reconstruction. Similar imaging of CuInSe2 has proven more difficult and no atomic resolution images have been obtained, although current imaging tunneling spectroscopy images show electronic structure variations on the atomic scale. A discussion of the reasons why this may be the case is given. The surface composition and grain boundary compositions match the bulk chemistry exactly in as-grow films. However, the deposition of the heterojunction forming the device alters this chemistry, leading to a strongly n-type surface. This also directly explains unpinning of the Fermi level and the operation of the resulting devices when heterojunctions are formed with the CIGS. These results are linked to device performance through simulation of the characteristic operating behaviors of the cells using models developed in my laboratory.