• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.8
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• pp.484-490
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• 2017

We investigated the rewritable operation of a non-volatile memory device composed of Al (top)/$TiO_2$/indium-zinc-oxide (IZO)/Al (bottom). The oxygen-deficient IZO layer of the device was spin-coated with 0.1 M indium nitrate hydrate and 0.1 M zinc acetate dehydrate as precursor solutions, and the $TiO_2$ layer was fabricated by atomic layer deposition. The oxygen vacancies IZO layer of an active component annealed at $400^{\circ}C$ using thermal annealing and it was proven to be in oxygen vacancies and oxygen binding environments with OH species and heavy metal ions investigated by X-ray photoelectron spectroscopy. The device, which operates at low voltages (less than 3.5 V), exhibits non-volatile memory behavior consistent with resistive-switching properties and an ON/OFF ratio of approximately $3.6{\times}10^3$ at 2.5 V.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.62.1-62.1
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• 2011

현재 상용화된 LED 또는 태양전지 등의 투명전극(TCO, transparent couducting oxide)재료로 높은 전기전도도와 광투과도를 갖는 ITO (Indium Tin Oxide)가 많이 채택되고 있다. 그러나 이에 사용되는 Indium의 단가가 높다는 문제점이 있어 이를 대체하기 위한 물질의 연구가 많이 이루어지고 있다. 특히 Aluminum을 doping한 ZnO (AZO)는 우수한 전기적, 광학적 특성 등으로 인해 ITO를 대체할 차세대 TCO 물질로 각광받고 있다. 본 연구에서는 sol-gel법을 및 direct patterning법을 이용하여 moth-eye 패턴을 포함하는 AZO 박막을 제작하였다. AZO sol을 제작하기 위하여 2-methoxyethanol, zinc acetate dihydrate 및 doping source로 aluminum nitrate nonahydrate를 사용하였다. 또한 광추출 향상 효과를 갖는 moth-eye 구조의 master stamp를 Polydimethyl siloxane(PDMS)를 이용하여 역상 moth-eye 구조의 mold를 복제하였으며, 이 복제된 mold와 제작된 AZO sol을 이용한 direct patterning법을 통해 나노급 moth-eye 구조를 갖는 AZO 투명전극층을 형성하였다. 제작된 moth-eye 구조를 갖는 AZO 투명전극층의 전기적 특성 평가를 위해, 4-point probe 측정 및 Hall measurement를 시행하였으며, 광학적 특성을 확인하기 위하여 UV-Visable spectrometer를 이용하여 투과도를 측정하였다. 본 연구를 통해 현재 상용화된 광전자 소자에 사용되고 있는 ITO 투명전극을 대체할 차세대 투명전극으로써 AZO 박막의 가능성을 확인하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.54 no.4
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• pp.303-307
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• 2017

Pure $In_2O_3$, 0.5 and 1.0 wt% Mg doped $In_2O_3$ hollow spheres were synthesized by ultrasonic spray pyrolysis of a solution containing In-, Mg-nitrate and sucrose and their gas sensing characteristics to 5 ppm $C_2H_5OH$, p-xylene, toluene, and HCHO were measured at 250, 300 and $350^{\circ}C$. Although the addition of Mg decreases the specific surface area and the volume of meso-pores, the gas response (resistance ratio) of the 0.5 wt% Mg doped $In_2O_3$ hollow spheres to 5 ppm $C_2H_5OH$ at $350^{\circ}C$ (69.4) was significantly higher than that of the pure $In_2O_3$ hollow spheres (24.4). In addition, the Mg doped $In_2O_3$ hollow spheres showed the highest selectivity to $C_2H_5OH$. This was attributed to the dehydrogenation of $C_2H_5OH$ assisted by basic MgO into reactive $CH_3CHO$ and $H_2$.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.07a
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• pp.2113_2114
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• 2009

Chalcopyrite based sollar cells have received much attention because of their tunable electronic and optical properties. As a typical ternary chalcopyrite material, $CuInS_2$ has been considered as one of the most popular and promising candidates as absorber materials for photovoltaic applications because of its high absorption coefficient and environmental consideration. In this study, $CuInS_2$ powders have been synthesized using polyol process of a mixture of copper nitrate, indium nitrate, and thiourea with various stoichiometric molar ratios in ethylene glycol at $196^{\circ}C$. As boiling time goes by, the color of metal ion mixed solutions were changed transparent green to dark green and finally turned to black by reduction of OH- radicals. The prepared powders were fully characterized using SEM, XRD. The particle shape of black colored powders showed sphere with about 50 nm in particle size compared to those with dark green colored powders showed irregular shape with about $1{\mu}m$ in particle size. The XRD results showed highly crystallized $CuInS_2$.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.04a
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• pp.30-32
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• 2009

In this study, $CuInS_2$ powders have been synthesized using polyol process of a mixture of copper nitrate, indium nitrate, and thiourea with various stoichiometric molar ratios in ethylene glycol at 196$^{\circ}C$. As boiling time goes by, the color of metal ion mixed solutions were changed transparent green to dark green and finally fumed to black by reduction of $OH^-$ radicals. The prepared powders were fully characterized by SEM, XRD and UV-Vis. The particle shape of black colored powders showed sphere with about 30 nm in particle size compared to those with dark green colored powders showed irregular shape with about 1 ${\mu}m$ in particle size. The XRD results showed highly crystallized $CuInS_2$. The UV-Vis spectra showed broad shoulder at 430 and 780 nm corresponding to 2.78 and 1.58 eV for the dark green colored one and black colored one, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.200-200
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• 2010

In recent times, metal oxide semiconductors thin films transistor (TFT), such as zinc and indium based oxide TFTs, have attracted considerable attention because of their several advantageous electrical and optical properties. There are many deposition methods for fabrication of ZnO-based materials such as chemical vapor deposition, RF/DC sputtering and pulsed laser deposition. However, these vacuum process require expensive equipment and result in high manufacturing costs. Also, the methods is difficult to fabricate various multicomponent oxide semiconductor. Recently, several groups report solution processed metal oxide TFTs for low cost and non vacuum process. In this study, we have newly developed solution-processed TFTs based on Ti-related multi-component transparent oxide, i. e., InTiO as the active layer. We propose new multicomponent oxide, Titanium indium oxide(TiInO), to fabricate the high performance TFT through the sol-gel method. We investigated the influence of relative compositions of Ti on the electrical properties. Indium nitrate hydrate [$In(NO^3).xH_2O$] and Titanium isobutoxide [$C_{16}H_{36}O_4Ti$] were dissolved in acetylacetone. Then monoethanolamine (MEA) and acetic acid ($CH_3COOH$) were added to the solution. The molar concentration of indium was kept as 0.1 mol concentration and the amount of Ti was varied according to weighting percent (0, 5, 10%). The complex solutions become clear and homogeneous after stirring for 24 hours. Heavily boron (p+) doped Si wafer with 100nm thermally grown $SiO_2$ serve as the gate and gate dielectric of the TFT, respectively. TiInO thin films were deposited using the sol-gel solution by the spin-coating method. After coating, the films annealed in a tube furnace at $500^{\circ}C$ for 1hour under oxygen ambient. The 5% Ti-doped InO TFT had a field-effect mobility $1.15cm^2/V{\cdot}S$, a threshold voltage of 4.73 V, an on/off current ratio grater than $10^7$, and a subthreshold slop of 0.49 V/dec. The 10% Ti-doped InO TFT had a field-effect mobility $1.03\;cm^2/V{\cdot}S$, a threshold voltage of 1.87 V, an on/off current ration grater than $10^7$, and a subthreshold slop of 0.67 V/dec.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.400-400
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• 2012

산화물 반도체는 넓은 에너지갭을 가지고 높은 이동성과 높은 투명성을 가지기 때문에 초고 속 박막 트랜지스터(Thin film transistor; TFT)에 많이 응용되고 있다. 그러나 ZnO 및 $In_2O_3$ 산화물 반도체를 박막트랜지스터에 사용할 경우 소자가 불안정하여 전기적 성질이 저하되고 문턱전압의 이동이 일어난다. TFT에 사용되는 산화물 반도체로는 GaInZnO, ZrInZnO, HfInZnO 및 GaSnZnO의 전기적 특성에 관한 연구가 많이 되었다. 그러나 titanium-indium-zinc-oxide (TIZO) TFT에 대한 연구는 비교적 적게 수행 되었다. 본 연구에서는 TFTs의 안정성을 향상하기 위하여 TFT의 채널로 사용되는 TiInZnO를 형성하는데 간단한 제조 공정과 낮은 비용의 용액 증착방법을 사용하였다. 졸-겔 전해액은 Titanium (IV) isopropoxide $[Ti(OCH(CH_3)_2)_4]$, 0.1 M Zinc acetate dihydrate $[Zn(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O]$ 그리고 indium nitrate hydrate $[In(NO_3)_3{\cdot}xH_2O]$을 2-methoxyethanol의 용액에 합성하였다. $70^{\circ}C$에서 한 시간 동안 혼합 하였다. Ti의 몰 비율은 10%, 20% 및 40% 로 각각 달리하여 제작하였다. $SiO_2$층 위에 2,500 rpm 속도로 25초 동안 스핀 코팅하여 TFT를 제작하였다. TIZO 박막에 대한 X-선 광전자 스펙트럼 관측 결과는 Ti 몰 비율이 증가함에 따라 Ti 2p1/2피크의 세기가 증가함을 보여주었다. TiZO 박막에 Ti 원자를 첨가하면 $O^{2-}$ 이온이 감소하기 때문에 전하의 농도가 변화하였다. 전하 농도의 변화는 TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 문턱전압을 양 방향으로 이동 하였으며 off-전류를 감소하였다. TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 드레인 전류-게이트 전압 특성은 on/off비율이 $0.21{\times}107$ 만큼 크며 이것은 TFT 소자로서 우수한 성능을 보여주고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.278-278
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• 2010

3.37 eV의 와이드 밴드갭과 60 mV의 높은 엑시톤 결합에너지를 갖는 반도체인 ZnO는 화학 및 열적 안정성, 압전특성 등 다양한 특성을 갖는 물질로써, 수열합성법을 이용하여 길이 $1.5{\mu}m$, 직경 100nm의 n-type ZnO 나노와이어를 성장시켰으며, P3HT는 유기 태양전지에서 가장 많이 사용되는 고분자 도너로써 열처리를 통하여 결정화 됨에 따라, 엑시톤의 확산속도나 전하의 이동도가 증가하여 더 많은 광전류를 생성하는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 ZnO 필름이 아닌 n-type ZnO 나노와이어와 Poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를 사용 하여 ZnO/P3HT 이종접합 태양전지를 제작하였다. 기판으로 글래스, 전극으로 ITO (Indium Tin Oxide), 나노와이어의 씨앗층으로 ZnO:Al를 스퍼터로 100nm 증착 하였다. Znc nitrate hydrate와 hexamethylenetetramine이 혼합된 수용액에서 기판을 담그고 n-type ZnO 나노와이어 성장 시키고, P3HT의 스핀 코팅조건과 열처리 온도를 변화시켜 P3HT의 두께와 결정화도가 ZnO/P3HT 이종접합 태양전지에 미치는 영향을 비교 분석 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.439-439
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• 2012

ZnO 나노로드는 큰 밴드갭 에너지(~3.37 eV)와 60 meV의 높은 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy)를 갖고 있으며, 우수한 전기적, 광학적 특성을 지닌 1차원 나노구조의 금속산화물로서 태양전지 및 광전소자 널리 응용되고 있다. 이러한 ZnO 나노로드를 성장하는 방법 중에 전기화학증착법(electrochemical deposition method)은 전도성 물질위에 증착된 시드층(seed layer)을 성장용액에 담그어 전압을 인가하여 만들기 때문에 기존의 수열합성법(hydrothermal method), 졸-겔 법(sol-gel method)보다 비교적 간단한 공정과정으로 저온에서 빠르게 물질을 성장시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 디스플레이 산업에서 ITO (indium tin oxide)는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)로써 가시광 파장영역에서 높은 투과율과 전도성을 가지며, 액정디스플레이, LED (Light emitting diode), 태양전지 등의 다양한 소자에 투명전극 재료로 쓰이고 있다. 또한 최근 ITO를 유연한 PET (polyethylene terephthalate) 기판 위에 증착은 얇고, 가볍고, 휘어지기 쉬워 휴대하기 편하기 때문에 차세대 광전자소자 응용에 가능성이 크다. 본 연구에서는 ZnO 나노로드를 ITO/PET 기판위에 전기화학증착법으로 성장하여, 구조적 및 광학적 특성을 분석하였다. 시드층을 형성하기 위해 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 ~20 nm 두께의 ZnO 박막을 증착시킨 후, zinc nitrate와 hexamethylenetetramine이 포함된 수용액에 시료를 담그어 전압을 인가하였다. 용액의 농도와 인가전압을 조절하여 여러 가지 성장조건에 대한 ZnO 나노로드의 구조적, 광학적 특성을 비교하였다. 성장된 시료의 형태와 결정성을 조사하기 위해, field-emission scanning electron microscope (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD)을 사용하였으며, UV-vis-NIS spectrophotometer, photoluminescence (PL) 측정장비를 사용하여 광학적 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.262.1-262.1
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• 2013

ZnO 나노구조는 전기적 성질과 화학적인 안정성 때문에 가스센서, 투명 전극 및 태양전지와 같은 전자소자와 광소자에 널리 사용되고 있다. ZnO 박막을 증착하는 방법은 Physical Vapor Deposition과 Chemical Vapor Deposition이 있으나 나노 구조를 가진 SnO2를 형성하기 어렵다. 전기 화학적 증착(Electrochemical Deposition: ECD)은 낮은 온도에서 진공 공정이 필요하지 않기 때문에 경제적이며 빠른 성장 속도를 가지고 있기 때문에 ZnO 나노 구조를 효과적으로 형성 할 수 있다. 본 연구에서는 Indium Tin Oxide (ITO) 기판 위에 ZnO 나노 구조를 형성시켜 전기적 및 구조적 특성을 관찰하였다. 0.1 M zinc nitrate와 0.1 M potassium chloride를 용매에 각각 용해하여 ZnO 나노구조를 성장하였다. ZnO 나노구조를 성장하기 위하여 인가전압을 -0.75 V부터 -2.5 V까지 0.5 V 간격으로 변화하였다. X-선 회절 분석결과에서 ZnO의 피크의 크기가 큰 전기화적적 성장 전압구간과, 주사전자현미경 분석결과에서 나노 구조가 가장 잘 나타난 성장 전압구간을 다시 0.1 V 간격으로 세분화하여 최적화 조건을 분석하였다. X-선 회절 실험으로 형성한 ZnO 나노구조의 피크가 (110) (002)로 나타났다. X-선 회절 분석의 intensity의 값이 (002)방향이 가장 크게 나타났으므로 우선적으로 (002) 방향으로 ZnO 나노구조가 성장됨을 알 수 있었다. 주사전자현미경상은 grain size가 200~300 nm 사이의 ZnO 나노구조가 형성되며, grain size가 전기화학적 증착 장치의 성장전압이 커짐에 따라 커지는 것을 알 수 있었다.