• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.88-88
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• 2009

실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위한 주요 요소기술 중 TCO/a-Si:H 간의 계면 특성은 태양전지 효율을 결정하는 주요 인자이다. 일반적으로 투명전도 산화막으로는 ZnO:Al 또는 ITO 가 사용되고 있으며 Zn, In, Sn, O 등의 확산과 Si원소의 확산으로 TCO/a-Si:H 계면에서 $SiO_x$가 생성되어 태양전지 충진률을 감소시키는 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 TCO/a-Si 계면에서 확산을 방지 하면서 패시베이션 역할을 하는 완충층을 삽입하여 실리콘 이종접합 태양전지의 효율을 높이는 연구를 수행하였다. 완충층으로 사용된 ZnO:Al의 수소화와 Zn 박막, $TiO_2$ 박막의 전기 광학적 특성을 분석하였고 AES 분석을 통해 $SiO_x$의 생성과 각 원소의 확산정도를 분석하고, CTLM을 이용하여 TCO/완충층/a-Si 간의 접촉저항을 측정하였다. 결과적으로 완충층으로 사용된 $TiO_2$(5nm)는 광특성에 큰 감소요인 없이 전기적 특성과 접촉저항 특성이 우수하였으며, 원소들간의 확산방지층으로도 우수한 특성을 보였다. ZnO:Al의 수소화는 SIMS 분석 결과 수소원소들이 계면쪽에 위치하지 않고 표면쪽에 다수 존재함으로써 패시베이션 특성을 크게 보이지 않았으나 AZO 박막의 전기적 특성은 크게 향상 시켰다. 그밖에 완충층으로 사용된 Zn 박막은 두께가 두꺼원 질수록 접촉저항의 감소를 가져왔으나 광학적 특성이 크게 감소하면서 효율적인 광포획 특성을 가지지 못하였다. 본 연구를 통하여 TCO/a-Si:H 간의 완충층 삽입을 통해 접촉저항을 낮추고 원소간의 확산을 억제하여 계면 패시베이션 특성을 향상 시킬수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.208.1-208.1
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• 2015

최근, 차세대 투명 디스플레이 구동소자로서 산화물 반도체를 이용한 Transparent Amorphous Oxide Semiconductor (TAOS) 기술이 큰 주목을 받고 있다. 산화물 반도체는 기존의 a-Si에 비해 우수한 전기적인 특성과 낮은 구동전압 그리고 넓은 밴드 갭으로 인한 투명성의 장점들이 있다. 그리고 낮은 공정 온도에서도 제작이 가능하기 때문에 유리나 플라스틱과 같은 다양한 기판에서도 박막 증착이 가능하다. 하지만 기존의 furnace를 이용한 열처리 방식은 낮은 온도에서 우수한 전기적인 특성을 내기 어려우며, 공정 시간이 길어지는 단점들이 있다. 따라서 본 연구에서는 산화물 반도체중 In-Ga-Zn-O (IGZO)와 In-Sn-O(ITO)를 각각 채널 층과 게이트 전극으로 이용하였다. 또한 마이크로웨이브 열처리 기술을 이용하여 기존의 열처리 방식에 비해 에너지 전달 효율이 높고 짧은 시간동안 저온 공정이 가능하며 우수한 전기적인 특성을 가지는 투명 박막 트랜지스터를 구현 하였다. 본 실험은 glass 기판위에서 진행되었으며, RF sputter를 이용하여 ITO를 150 nm 증착한 후, photo-lithography 공정을 통하여 하부 게이트 전극을 형성하였다. 이후에 RF sputter를 이용하여 SiO2 와 IGZO 를 각각 300, 50 nm 증착하였고, patterning 과정을 통하여 채널 영역을 형성하였다. 또한 소자의 전기적인 특성 향상을 위해 마이크로웨이브 열처리를 1000 Watt로 2 분간 진행 하였고, 비교를 위하여 기존 방식인 furnace 를 이용하여 N2 분위기에서 $400^{\circ}C$로 30분간 진행한 소자도 병행하였다. 그 결과 마이크로웨이브를 통해 열처리한 소자는 공정 온도가 $100^{\circ}C$ 이하로 낮기 때문에 glass 기판에 영향을 주지 않고 기존 furnace 열처리 한 소자보다 전체적으로 전기적인 특성이 우수한 것을 확인 하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.22 no.11
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• pp.961-968
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• 2009

In this work, transparent conductive oxide(TCO) films such as $In_2O_3-SnO_2$(ITO) and $In_2O_3-ZnO$(IZO) were prepared on polyethylene naphthalene(PEN) and glass substrates by using rf-magnetron sputtering system. The TCO films deposited on PEN substrate show very poor conductivity as compared to that of the TCO films deposited on glass substrates. From the results of the residual gas analysis(RGA) test, this poor stability of plastic substrate is presumed to be caused by the deteriorated adhesion between the TCO films and the plastic substrate due to outgassing from the plastic substrate during deposition of TCO films. From our experiment, it is found that the vaporization of some defects in the plastic substrates deteriorate the adhesion of the TCO films to the plastic substrate, because the most plastic substrates containing the water vapor and/or other adsorbed particles such as organic solvents. Mixing of these gases vaporized in the sputtering process will also affect the electrical property of the deposited TCO films. Inorganic thin composite $(SiO_2)_{40}(ZnO)_{60}$ film as a gas barrier layer is coated on the PEN substrate to protecting the diffusion of vapors from the substrate, so that the TCO films with an improved quality can be obtained.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.66-66
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• 2008

Most of the properties of ITO films depend on their substrate nature, deposition techniques and ITO film composition. For the display panel application, it is normally deposited on the glass substrate which has high strain point (>575 degree) and must be deposited at a temperature higher than $250^{\circ}C$ and then annealed at a temperature higher than $300^{\circ}C$ in order to high optical transmittance in the visible region, low reactivity and chemical duration. But the high strain point glass (HSPG) used as FPDs is blocking popularization of large sizes FPDs because it is more expensive than a soda lime glass (SLG). If the SLG could be used as substrate for FPDs, then diffusion of Na ion from the substrate occurs into the ITO films during annealing or heat treatment on manufacturing process and it affects the properties. Therefore proper care should be followed to minimize Na ion diffusion. In this study, we investigate the electrical, optical and structural properties of ITO films deposited on the SLG and the Asahi glass(PD200) substrate by rf magnetron sputtering using a ceramic target ($In_2O_3:SnO_2$, 90:10wt.%). These films were annealed in $N_2$ and air atmosphere at $400^{\circ}C$ for 20min, 1hr, and 2hrs. ITO films deposited on the SLG show a high electrical resistivity and structural defect as compared with those deposited on the PD200 due to the Na ion from the SLG on diffuse to the ITO film by annealing. However these properties can be improved by introducing a barrier layer of $SiO_2$ or $Al_2O_3$ between ITO film and the SLG substrate. The characteristics of films were examined by the 4-point probe, FE-SEM, UV-VIS spectrometer, and X-ray diffraction. SIMS analysis confirmed that barrier layer inhibited Na ion diffusion from the SLG.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.110-110
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• 2010

현재 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 기반의 개발이 주를 이루고 있으며, 이 비정질 실리콘은 성막공정이 간단하고 대면적에 용이하지만 전기적인 특성이 우수하지 않기 때문에 디스플레이의 적용에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 poly-Si을 이용한 박막 트랜지스터의 연구가 진행되고 있는데, 이는 공정온도가 높고, 대면적에의 응용이 어렵다. 따라서 앞으로 저온 공정이 가능하며 대면적 응용이 용이한 박막 트랜지스터의 연구가 필수적이다. 한편 최근 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용되는 물질에는 oxide 기반의 ZnO, SnO2, In2O3 등이 주로 사용되고 있고, 보다 적합한 채널층을 찾기 위한 연구가 많이 진행되어 왔다. 최근 Hosono 연구팀에서 IGZO를 채널층으로 사용하여 high mobility, 우수한 on/off ratio의 특성을 가진 소자 제작에 성공함으로써 이를 시작으로 IGZO의 연구 또한 세계적으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히, ZnO는 wide band gap (3.37eV)을 가지고 있어 적외선 및 가시광선의 투과율이 좋고, 전기 전도성과 플라즈마에 대한 내구성이 우수하며, 낮은 온도에서도 성막이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 그러나 intrinsic ZnO 박막은 bias stress 같은 외부 환경이 변했을 경우 전기적인 성질의 변화를 가져올 뿐만 아니라 고온에서의 공정이 불안정하다는 요인을 가지고 있다. ZnO의 전기적인 특성을 개선하기 위해 본 연구에서는 hafnium을 doping한 ZnO을 channel layer로 소자를 제작하고 전기적 특성을 평가하였다. 이를 위해 DC magnetron sputtering을 이용하여 ZnO 기반의 박막 트랜지스터를 제작하였다. Staggered bottom gate 구조로 ITO 물질을 전극으로 사용하였으며, 제작된 소자는 semiconductor analyzer를 이용하여 출력특성과 전이 특성을 평가하였으며, ZnO channel layer 증착시 hafnium이 도핑 되는 양을 조절하여 소자를 제작한 후 intrinsic ZnO의 소자 특성과 비교 분석하였다. 그 결과 hafnium을 doping 시킨 소자의 field effect mobility가 $6.42cm^2/Vs$에서 $3.59cm^2/Vs$로 낮아졌지만, subthreshold swing 측면에서는 1.464V/decade에서 0.581V/decade로 intrinsic ZnO 보다 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 그리고 intrinsic ZnO의 경우 외부환경에 대한 안정성 문제가 대두되고 있는데, hafnium을 도핑한 ZnO의 경우 temperature, bias temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성이 확보된다면 intrinsic ZnO 박막트랜지스터의 문제점을 해결할 수 있는 물질로 될 것이라고 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.341-341
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• 2011

최근 AMOLED 구동이 가능한 소자에 대한 연구가 활발히 진행중이다. AMOLED구동 가능소자는 LTPS TFT, a-Si TFT, OTFT, Oxide TFT가 있으며 그 중에서 현재 대부분 LTPS TFT를 사용하고 있다. LTPS TFT는 높은 전자 이동도와 안정성을 가지고 있기 때문에 현재 각광 받는 AMOLED에 잘 맞는다. 하지만 LTPS TFT는 고비용, 250$^{\circ}C$ 이상의 공정온도, Substrate가 Glass, Metal로 제한 된다는 문제점이 있으며, 균일성이 낮고 현재 대면적 기술이 부족한 상태이다. 해결방안으로 AMOLED를 타겟으로 하는 Oxide TFT 기술이 떠오르고 있다. Oxide TFT는 이동도가 높고 저온공정이 가능하며 Substrate로 Plastic 기판을 사용할 수가 있어 차후에 Flexible 소자로서의 적용이 가능하다. 또한 기존의 진공장비 사용대신 용액공정이 가능하여 장비사용시간 및 절차를 단축시킬 수 있어 비용적인 유리함을 가지고 있다. Oxide TFT는 단결정 산화물과 다결정 복합 산화물 두 가지 범주를 가지고 있다. Oxide TFT의 재료물질은 ZnO, ZTO, IZO, SnO2, Ga2O3, IGO, In2O3, ITO, InGaO3(ZnO)5, a-IGZO이 있다. 본 연구에서는 산화물질 중 하나인 ZTO를 이용하여 TFT 소자를 제작하였다. 산화물 특성상 열처리 온도에 따라 형성되는 결정의 정도가 다르기 때문에 온도 및 시간 변수에 따른 ZTO의 특성변화에 초점을 맞추어 연구함으로서 최적화된 조건을 찾고자 실험을 진행하였다. 실험을 위한 기판으로 n-type wafer을 사용하였다. PE-CVD 장비를 이용하여 SiNx를 120 nm 증착하고, ZTO 용액을 spin-coating을 이용하여 channel layer을 형성하였다. 균일하게 형성된 ZTO의 결정을 위하여 200$^{\circ}C$, 300$^{\circ}C$, 400$^{\circ}C$, 500$^{\circ}C$에서 1시간, 3시간, 6시간, 10시간의 온도 및 시간 변수를 두어 공기 중에서 열처리 하였다. ZTO는 약 30 nm 두께로 형성되었다. Thermal evaporator를 이용하여 Source, Drain의 알루미늄 전극을 형성하고, wafer 뒷면에는 Silver paste를 이용하여 Gate전극을 만들었다. 제작된 소자를 dark room temperature에서 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.278.2-278.2
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• 2014

We have investigated the highly flexible and transparent Si-doped $In_2O_3$(ISO)/Ag/ISO multilayer grown on polyethylene terephthalate (PET) substrates using a roll-to-roll sputtering system. The electrical and optical properties of ISO/Ag/ISO multilayer electrodes depended on the insertion of a nano-size Ag layer. Due to the high conductivity of a nano-size Ag layer, the optimized ISO/Ag/ISO multilayer electrodes showed the lowest resistivity of $3.679{\times}10^{-5}Ohm-cm$, even though the ISO/Ag/ISO multilayer electrodes was sputtered at room temperature. Furthermore, the ISO/Ag/ISO multilayer electrodes exhibited a high transmittance of 86.33%, because of the anti-reflection effect, comparable to Sn-doped $In_2O_3$ (ITO) electrodes. In addition, the ISO/Ag/ISO multilayer electrodes had a very smooth surface morphology without surface defects and showed good flexibility. The flexible OSCs fabricated on ISO(30nm)/Ag(8nm)/ISO(30nm) multilayer electrode showed a power conversion efficiency of 3.272%. This result indicates that the ISO/Ag/ISO multilayer is a promising transparent conducting electrode for flexible OSCs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.264-264
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• 2016

최근에 charge trap flash (CTF) 기술은 절연막에 전하를 트랩과 디트랩 시킬 때 인접한 셀 간의 간섭현상을 최소화하여 오동작을 줄일 수 있으며 낸드 플래시 메모리 소자에 적용되고 있다. 낸드 플래시 메모리는 고집적화, 대용량화와 비휘발성 등의 장점으로 인해 핸드폰, USB, MP3와 컴퓨터 등에 이용되고 있다. 기존의 실리콘 기반의 플래시 메모리 소자는 좁은 밴드갭으로 인해 투명하지 않고 고온에서의 공정이 요구되는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위해 실리콘의 대체 물질로 산화물 반도체 기반의 플래시 메모리 소자들이 연구되고 있다. 산화물 반도체 기반의 플래시 메모리 소자는 넓은 밴드갭으로 인한 투명성을 가지고 있으며 저온에서 공정이 가능하여 투명하고 유연한 기판에 적용이 가능하다. 다양한 산화물 반도체 중에서 비정질 In-Ga-Zn-O (a-IGZO)는 비정질임에도 불구하고 우수한 전기적인 특성과 화학적 안정성을 갖기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 플래시 메모리의 고집적화가 요구되면서 절연막에 high-k 물질을 atomic layer deposition (ALD) 방법으로 적용하고 있다. ALD 방법을 이용하면 우수한 계면 흡착력과 균일도를 가지는 박막을 정확한 두께로 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한, high-k 물질을 절연막에 적용하면 높은 유전율로 인해 equivalent oxide thickness (EOT)를 줄일 수 있다. 특히, HfOx와 AlOx가 각각 trap layer와 blocking layer로 적용되면 program/erase 동작 속도를 증가시킬 수 있으며 넓은 밴드갭으로 인해 전하손실을 크게 줄일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 ALD 방법으로 AlOx와 HfOx를 게이트 절연막으로 적용한 a-IGZO 기반의 thin-film transistor (TFT) 플래시 메모리 소자를 제작하여 메모리 특성을 평가하였다. 제작 방법으로는, p-Si 기판 위에 열성장을 통한 100 nm 두께의 SiO2를 형성한 뒤, 채널 형성을 위해 RF sputter를 이용하여 70 nm 두께의 a-IGZO를 증착하였다. 이후에 소스와 드레인 전극에는 150 nm 두께의 In-Sn-O (ITO)를 RF sputter를 이용하여 증착하였고, ALD 방법을 이용하여 tunnel layer에 AlOx 5 nm, trap layer에 HfOx 20 nm, blocking layer에 AlOx 30 nm를 증착하였다. 최종적으로, 상부 게이트 전극을 형성하기 위해 electron beam evaporator를 이용하여 platinum (Pt) 150 nm를 증착하였고, 계면 결함을 최소화하기 위해 퍼니스에서 질소 가스 분위기, $400^{\circ}C$, 30 분의 조건으로 열처리를 했다. 측정 결과, 103 번의 program/erase를 반복한 endurance와 104 초 동안의 retention 측정으로부터 큰 열화 없이 메모리 특성이 유지되는 것을 확인하였다. 결과적으로, high-k 물질과 산화물 반도체는 고성능과 고집적화가 요구되는 향후 플래시 메모리의 핵심적인 물질이 될 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.105.2-105.2
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• 2011

화비정질 실리콘의 빛에 의한 노화현상 (light-induced degradation; LID)은 이미 1977년 보고된 Staebler-Wronski 효과에 의해서 확인된 바 있다. 이는 비정질 실리콘이 빛에 노출될 때, 이미 포함되어 있는 수소원자가 빛 에너지에 의해서 이동하게 되고, 이로 인해서 생성 또는 소멸되는 댕글링 본드 때문에 일어난다. 특히, 일상적인 태양광의 노출 하에서 태양전지의 장시간 성능을 예측하는데 물리적인 이해의 부족 및 기술 환경적인 어려움이 있고, 이러한 요인들은 안정된 태양전지를 개발하는데 장해요인으로 나타난다. 그러므로 비정질 실리콘 태양전지가 장시간 태양광에 노출되어 시간이 지남에 따라서 "성능이 어떻게 변하는지?" 그리고 "이에 대한 원인은 무엇인지?" 등은 여전히 과학적으로 풀어야할 숙제로 남아있다. 본 논문에서는 비정질 실리콘으로 구성된 태양전지가 태양광에 노출될 때 시간이 지남에 따라서 (1) 성능이 어떻게 변하는지, (2) LID의 변화는 언제 안정화되는지, 그리고 (3) 성능변화에 대한 원인은 무엇인지에 대해서 논의한다. 본 논문은 장시간 빛에 노출되는 비정질 실리콘 태양전지의 성능예측에 관해서 연구하였다. 결함밀도의 운동학적 모형을 통해서 태양광 노출에 대한 태양전지 성능변화를 예측하는데 초점을 맞추었고, 이를 위해서 태양전지에 조사되는 태양광 세기, 주변온도, 등이 고려되었다. 특히, 전하운반자의 수명이 결함밀도에 의해서 결정되기 때문에 비정질 실리콘 태양전지의 빛에 대한 노화현상 (LID)이 확장지수함수 (stretched-exponential) 완화법칙을 따르는 결함밀도에 의해서 물리적으로 설명된다. 한편 이와 같은 물리적 계산의 유용성을 확인하기 위해서 동일한 태양전지에 대해서 AMPS-1D 컴퓨터 프로그램을 사용하였고, 이를 통해서 비정질 실리콘 태양전지의 빛에 대한 노화현상을 물리적 및 정량적으로 이해하였다. 본 연구에 적용되는 태양전지는 비정질 실리콘으로 구성된 pin 구조 (glass/$SnO_2$/a-SiC:H:B/a-Si:H/a-Si:H:P/ITO)로서 다음과 같은 특성을 갖는다: 에너지 띠간격~1.72 eV, 두께~400 nm, 내부전위~1.05 V, 초기 fill factor~0.71, 초기 단락전류~16.4 mA/$cm^2$, 초기 개방전압 0.90 V, 초기 변환효율 10.6 %. 우리는 이와 같은 연구를 통해서 과학적으로 비정질 실리콘의 빛에 의한 노화현상을 이해하고, 기술적으로 효율 및 경제성이 높은 태양전지의 개발에 도전한다.