• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.274-274
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• 2014

금속칼코게나이드 화합물중 하나인 $MoS_2$는 초저 마찰계수의 금속성 윤활제로 널리 사용되고 있으며 흑연과 비슷한 판상 구조를 지니고 있어 기계적 박리법을 통한 그래핀의 발견 이후 2차원 박막 합성법에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 최근 다양한 응용이 진행 중인 그래핀의 경우 높은 전자이동도, 기계적 강도, 유연성, 열전도도 등 뛰어난 물리적 특성을 지니고 있으나 zero-bandgap으로 인한 낮은 on/off ratio는 thin film transistor (TFT), 논리회로(logic circuit) 등 반도체 소자 응용에 한계가 있다. 하지만 $MoS_2$는 벌크상태에서 약 1.2 eV의 indirect band-gap을 지닌 반면 단일층의 경우 1.8 eV의 direct-bandgap을 나타내고 있다. 또한 단일층 $MoS_2$를 이용하여 $HfO_2/MoS_2/SiO_2$ 구조의 트랜지스터를 제작하였을 때 $200cm^2/v^{-1}s^{-1}$의 높은 mobility와 $10^8$ 이상의 on/off ratio 나타낸다는 연구가 보고되어 있어 박막형 트랜지스터 응용을 위한 신소재로 주목을 받고 있다. 한편 2차원 $MoS_2$ 박막을 합성하기 위한 대표적인 방법인 기계적 박리법의 경우 고품질의 단일층 $MoS_2$ 성장이 가능하지만 대면적 합성에 한계를 지니고 있으며 화학기상증착법(CVD)의 경우 공정 gas의 분해를 위한 높은 온도가 요구되므로 박막형 투명 트랜지스터 응용을 위한 플라스틱 기판으로의 in-situ 성장이 어렵기 때문에 이를 보완할 수 있는 $MoS_2$ 박막 합성 공정 개발이 필요하다. 특히 Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 방법은 공정 gas가 전기적 에너지로 분해되어 chamber 내부에서 cold-plasma 형태로 존 재하기 때문에 박막의 저온성장 및 대면적 합성이 가능하며 고진공을 바탕으로 합성 중 발생하는 오염 요소를 효과적으로 제어할 수 있다. 본 연구에서는PECVD를 이용하여 plasma power, 공정압력, 공정 gas의 유량 등 다양한 공정 변수를 조절함으로써 저온, 저압 조건하에서의 $MoS_2$ 박막 성장 가능성을 확인하였으며 전구체로는 Mo 금속과 $H_2S$ gas를 사용하였다. 또한 향후 flexible 소자 응용을 위한 플라스틱 기판의 녹는점을 고려하여 공정 온도는 $300^{\circ}C$ 이하로 설정하였으며 합성된 $MoS_2$ 박막의 두께 및 화학적 구성은 Raman spectroscopy를 이용하여 확인 하였다. 공정온도 $200^{\circ}C$와 $150^{\circ}C$에서 성장한 $MoS_2$ 박막의 Raman peak의 경우 상대적으로 낮은 공정온도로 인하여 Mo와 H2S의 화학적 결합이 감소된 것을 관찰할 수 있었고 $300^{\circ}C$의 경우 약 $26{\sim}27cm^{-1}$의 Raman peak 간격을 통해 5~6층의 $MoS_2$ 박막이 형성 된 것을 확인할 수 있었다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.17 no.9
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• pp.484-488
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• 2007

Mo(Ti) alloy and pure Cu thin films were subsequently deposited on $SiO_2-coated$ Si wafers, resulting in $Cu/Mo(Ti)/SiO_2$ structures. The multi-structures have been annealed in vacuum at $100-600^{\circ}C$ for 30 min to investigate the outdiffusion of Ti to Cu surface. Annealing at high temperature allowed the outdiffusion of Ti from the Mo(Ti) alloy underlayer to the Cu surface and then forming $TiO_2$ on the surface, which protected the Cu surface against $SiH_4＋NH_3$ plasma during the deposition of $Si_3N_4$ on Cu. The formation of $TiO_2$ layer on the Cu surface was a strong function of annealing temperature and Ti concentration in Mo(Ti) underlayer. Significant outdiffusion of Ti started to occur at $400^{\circ}C$ when the Ti concentration in Mo(Ti) alloy was higher than 60 at.%. This resulted in the formation of $TiO_2/Cu/Mo(Ti)\;alloy/SiO_2$ structures. We have employed the as-deposited Cu/Mo(Ti) alloy and the $500^{\circ}C-annealed$ Cu/Mo(Ti) alloy as gate electrodes to fabricate TFT devices, and then measured the electrical characteristics. The $500^{\circ}C$ annealed Cu/Mo($Ti{\geq}60at.%$) gate electrode TFT showed the excellent electrical characteristics ($mobility\;=\;0.488\;-\;0.505\;cm^2/Vs$, on/off $ratio\;=\;2{\times}10^5-1.85{\times}10^6$, subthreshold = 0.733.1.13 V/decade), indicating that the use of Ti-rich($Ti{\geq}60at.%$) alloy underlayer effectively passivated the Cu surface as a result of the formation of $TiO_2$ on the Cu grain boundaries.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.222.2-222.2
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• 2016

트랜지스터 응용 등에 관한 연구가 활발해 지면서 에너지 밴드갭이 0 eV에 가까운 그래핀 이외의 밴드 갭 조절이 가능한 MoS2 (molybdenum disulfide), BN (boron nitride), Bi2Te3 (bismuth telluride), WS2 (tungsten disulfide) 등과 같은 이차원 Transition Metal DiChalcogenides (TMDC) 물질이 반도체 물질로 각광받고 있다. 특히 MoS2의 경우 단결정 덩어리 상태에서는 약 1.3 eV의 밴드갭을 가지나 두께가 줄어들어 두 층일 경우에는 약 1.65 eV, 단일층이 되면 약 1.9 eV의 밴드갭을 가져 박막 층수에 따라 에너지 밴드갭 조절이 가능한 것으로 알려져있다. 하지만 두께 조절이 가능하면서 대면적, 고품질을 가지는 MoS2 박막 합성은 아직 제한적이라 할 수 있으며 새로운 방법 및 물질에 대한 연구가 지속적으로 이루어 지고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 층수를 지니는 MoS2 합성을 위해 나노 두께의 MoS2 박막을 CF4 plasma 를 이용하여 layer etching 진행하고 CF4 plasma 100초 etching 진행한 2 layer 두께의 MoS2를 기준으로 H2S plasma를 이용하여 treatment 진행하였다. 물리적, 화학적 분석은 Raman spectroscopy, XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), AFM (Atomic Force Microscopy) 등을 이용해 진행하였고 이를 통해 MoS2 layer 감소 및 damage recovery 등을 확인하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.27 no.4
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• pp.119-125
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• 2020

Transition metal dichalcogenides (TMDCs), two-dimensional atomic layered materials with direct bandgap in the range of 1.1-2.1 eV, have attracted a lot of research interest due to their high response to light and capability to build new types of artificial heterostructures. However, the large-area synthesis of high-quality and uniform TMDC films with vertical-stacked heterostructure still remains challenge. In this study, we have developed a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) system for TMDCs and conducted a systematic study on the growth of single-layer TMDCs and their heterostructures. In particular, using a bubbler-type organometallic compound sources, the concentration and flow rate of each source can be precisely controlled to obtain uniformly single-layered MoS2 and WS2 films over the centimeter scale. In addition, the MoS2/WS2 vertical heterostructure was achieved by growing WS2 film directly on the MoS2 film, as confirmed by electron microscopy, UV-visible spectrophotometer, Raman spectroscopy, and photoluminescence spectroscopy.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.101.1-101.1
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• 2010

$Cu(InGa)Se_2$ (CIGS) 태양전지는 박막형 태양전지 중 가장 높은 에너지 변환 효율이 보고 되고 있다. CIGS 태양전지를 제조하는 방법은 3 단계 동시 증착법, 금속 전구체의 셀렌화 공정법, 전기 증착법 등이 있다. 이 중 금속 전구체의 셀렌화 공정법은 다른 제조 방법에 비해 대면적 생산에 유리하고, 비교적 공정 과정이 간단하다는 장점이 있다. 하지만 금속 전구체의 미세구조 및 제조 방법, 셀렌화 공정의 최적화에 대한 연구가 부족하다. 본 실험에서는 후면전극으로 사용되는 Mo 층이 증착된 소다회 유리(soda-lime glass)를 기판으로 사용하였다. Cu-In(4:6), Cu-Ga(6:4) 타겟을 DC 스퍼터링 시스템을 이용하여 금속 전구체를 증착하였다. 이 후 미국 Delawere 대학교의 IEC 연구소와 한국전자통신연구원 (ETRI)에서 금속 전구체의 셀렌화 공정을 진행하였다. 셀렌화 공정 전후의 금속 전구체의 결정 크기와 미세구조의 변화를 관찰하기 위하여 주사전자현미경 (SEM)과 X선 회절 분석기 (XRD)를 사용하였다. 센렌화 공정이 진행된 금속 전구체 위에 버퍼층으로 사용되는 CdS와 전면전극으로 사영되는 ZnO, ITO 층을 합성한 후 에너지 변환 효율을 측정하였다. 최고 효율은 9.7%로 관찰되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.176-176
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• 2010

전자기술이 발전함에 따라 전자부품 소자는 소형화, 다기능화, 고집적화, 대용량화 되고 있다. 그에 따른 부품들의 고밀도화는 높은 열을 발생시켜 각종 전자부품을 기판으로부터 단락 시키거나 기능을 상실하게 하는 문제점이 발생된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 발생된 열을 가능한 빠르게 방열 시켜주는 것이 대단히 중요하고 높은 방열 특성을 가지는 금속 PCB기판의 중요성이 높아지고 있다. 하지만 금속을 PCB에 적용하기 위해서는 금속기판과 회로전극사이에 절연층이 반드시 필요하다. 본 실험에서는 RF-Magnetron Sputtering 방법을 이용하여 AlN(질화알루미늄)을 절연물질로 사용, Aluminum기판위에 후막을 제작하여 열적 전기적 구조적 특성을 분석 하였다. 스퍼터링시 아르곤과 질소 분압비에 따른 특성과 후막의 두께에 따른 열적, 전기적, 구조적 특성을 측정 분석하였고, 후열처리를 통하여 AlN 후막의 특성 측정 결과 $200^{\circ}C$로 후열처리 했을 경우 절연파괴전압이 후열처리 전 0.56kV보다 1.125kV로 높아지고 SEM 이미지 상의 AlN 입자 밀도가 더욱 조밀해지는 것으로 확인 하였다. 결론적으로 AlN를 RF-Magnetron Sputtering 방법으로 증착 금속 PCB의 절연물질로 적용하기 위해서는 적정한 가스분압비와 후열처리가 필요하며 이를 통하여 금속 PCB의 절연층으로 응용 가능성이 높을 것으로 사료된다. 본 연구는 한국 산업기술 진흥원의 사업화 연계 연구개발(R&BD)사업의 연구비 지원에 의한 것입니다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.12 no.1
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• pp.24-29
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• 2002

It was observed that exchange bias field was increased with smooth surface and better ${\gamma}$-FeMn formation. Sputtering conditions were varied for the control of the surface roughness and ${\gamma}$-FeMn formation. From the results of Cu deposition as underlayer, it was found that ${\gamma}$-FeMn formation was closely related with the thickness of underlayer. After heat treatment, exchange bias field was increased over three times. This improvement was likely that the crystallites of ${\gamma}$-FeMn were well formed. In Co/Cu/Co/FeMn spin valve structure, magnetoresistance was increased over 1.4 times through the heat treatment. This was due to the disappearance of Co/Cu intermixed dead layer and removal of defect, and this was examined by AES analysis.

• Journal of IKEEE
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• v.20 no.2
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• pp.177-180
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• 2016

The effect of varying thickness of Ag/Ti metal bilayer and annealing time have investigated for controlling self-organized nanoparticles (NPs) on 4H-SiC substrate. In addition, Glass and Si substrate which have different surface energy from SiC were fabricated for analyzing interaction of agglomeration. The results of FE-SEM indicated the different formation behaviors of NPs in various ranges of fabrication condition. The surface energy was measured by using a Contact Angle Analyzer. The formation of network-like NPs was observed on Glass and 4H-SiC, respectively, whereas it was not the case on Si substrates. It has been found that the size of NPs increases with decreasing surface energy, due to particle size-dependent hydrophilic properties of substrates. The different formation behavior was explained by using Young's equation for the contact angles between the metal and different substrates.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.47.2-47.2
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• 2011

광전환 효율 20% (AM1.5G) 이상의 고효율 화합물 박막태양전지의 광흡수층으로 많은 관심을 받고 있는 $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 광흡수층은 다양한 공정에 의해 제조가 가능하다. 현재 고효율 CIGS 셀 생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation (동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "precursorselenization(전구체-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se들을 고진공 분위기에서 고온(550~600$^{\circ}C$) 기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 전구체-셀렌화 공정은 1단계에서 다양한 방식(예: 스퍼터링, 전기도금, 프린팅 등) 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온(550~600$^{\circ}C$)하에 H2Se gas 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 H2Se 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일 분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하 등의 문제점들이 개선, 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 Se layer가 코팅된 금속전구체의 셀렌화 반응메카니즘을 in-situ high-temperature XRD를 이용하여 연구하였다. 금속전구체는 스퍼터링, 스프레이 등 다양한 방법으로 제조되었고, 반응메카니즘 연구결과를 바탕으로 Se 코팅된 금속전구체를 이용한 급속열처리 공정의 최적화를 시도하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.52-52
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• 2010

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성으로 고효율 태양전지 제조가 가능하여 태양전지용 광흡수층으로 매우 이상적이다. 미국 NREL에서는 이러한 CIGS 태양전지를 Co-evaporation 방법으로 제조 20%이상의 에너지 변환 효율을 달성하였다고 보고하였다. CIGS 태양전지의 경우 기존의 유리 기판 대신 유연한 철강 기판을 사용해 태양전지를 flexible하게 제조 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 flexible 태양전지의 경우 기존의 rigid 태양전지의 적용분야 뿐만 아니라 BIPV, 선박, 장난감, 군용, 자동차등 더욱더 많은 분야에 활용이 가능하다. 하지만 flexible 태양전지에 사용되는 철강기판의 경우 기존의 유리 기판인 SLG에 함유되어 있는 Na이 첨가되어 있지 않아 별도의 Na 첨가가 필요하다. Na은 CIGS 광흡수층의 결정을 증가 시키며 태양전지의 전기적 특성을 향상시킨다. 이러한 Na이 없는 경우 효율이 감소한다. 따라서 flexible 태양전지 개발을 위해서는 Na 첨가에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 Na의 증착 순서를 변화시켜서 CIGS 증착 전, 동시증착, CIGS 증착 후로 나누어 CIGS 광흡수층 결정성의 변화를 알아보고자 한다. Na의 두께를 5nm에서 500nm 까지 단계 별로 나누어 실험을 실시하였다. 이때 CIGS 광흡수층은 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하였다. 1st stage의 시간은 15분으로 고정하였으며 기판온도는 약 $300^{\circ}C$로 고정 하였다. 2nd stage는 실시간 온도 감지 장치를 이용하여 Cu와 In+Ga의 조성비가 1:1이 되는 시간을 기준으로 Cu의 조성을 30%더 높게 조절하였으며 기판 온도는 약 $640^{\circ}C$로 고정 후 실험을 실시하였다. 3rd stage의 경우 Cu poor 조성으로 조절하기 위해 모든 조건을 10분으로 고정 후 실험을 실시하였다. 기판은 Na의 영향만을 비교하기위하여 Na이 첨가되어있지 않은 corning glass를 사용하였다. 후면 전극으로 약 $1{\mu}m$ 두께의 Mo을 DC Sputtering 방법을 이용하여 증착 하였다. 각각의 Na 두께에 따른 CIGS 광흡수층의 특성을 분석하기 위해 FE-SEM, XRD 분석을 실시하였다.