• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.316.2-316.2
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• 2016

Device가 점점 Shrinkage 됨에 따라 미세 패터닝을 위하여 기존에 사용하던 박막은 Hardmask 로써 CD(Critical Dimension)가 제한적으로 이를 개선하기 위한 비정질 실리콘 (amorphous silicon)으로 대체하여 사용되는 Layer의 수가 증가하고 있다. 하지만 비정질 실리콘을 증착 시, 하부막에 따른 Adhesion 및 Hillocks과 같은 공정상에서 발생하는 문제들이 발생하게 되는데, 이는 소자의 특성을 떨어뜨리게 된다. 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 PECVD를 사용하여 비정질 실리콘 박막을 증착하였고, 그 특성을 분석하였으며, Adhesion 및 Hillock 개선을 위해 비정질 실리콘 박막 증착 전 처리를 최적화하여 특성을 개선하였다. 증착된 박막의 두께 및 굴절률은 Auto thickness measurement로 분석하였고, 표면 특성은 Field emission scanning electron microscopy(FE-SEM 그림 참고), 4 Point Bending TEST를 이용하여 분석을 수행하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.11a
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• pp.49.1-49.1
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• 2009

산업화 이후, 석탄 석유를 중심으로 한 화석연료가 이산화탄소를대량으로 배출하며 지구 온난화를 야기함에 따라, 석유를 대체할 새로운 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 많은 대체에너지 가운데, 청정하고 무한 재생 가능한대체에너지를 이야기할 때, 가장 큰 기대를 받고 있는 것은 태양에너지이며, 이에 보조를 맞춰 태양광 발전에 대한 연구개발이 국내외적으로 활발히 진행되고 있는 실정이다. 태양 전지는 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 바꿔주는 소자로, 셀의효율을 높이기 위해서는 최대한 많은 빛을 흡수시킬 수 있는 것이 중요하다. 빛의 반사를 줄이는 방법에는 Texturing 과 Antireflecting coating 이있다. Antireflecting coating은 반도체와 공기의 중간 굴절율을 갖는 박막을 증착하여 측면 반사를 감소시킴으로서 빛의 손실을 감소시키는 역활을 한다. 반사 방지막으로 쓰이는 SiNx는 SiOx의 대체 물질로 굴절률이 약 1.5로서 Si에 쉽게 형성시킬 수 있고, texturing된 Si 표면에 적합하며 반사율을 10 %에서 2 %로 줄일 수 있다. 나아가 고성능의 반사방지막은 박막의 균일도확보 및 passivation 공정이 필수적이라 판단된다. 따라서 본 연구에서는 PECVD 방법으로 SiH4와 NH3 gas 의 비율을 변화시켜 증착한 SiNx 박막의 결정학적 특성을 X-ray Diffraction 분석과 TEM (TransmissionElectron Microsopy) 을 통해 관찰하였으며, XPS (X-rayphotoelectron spectroscopy) 를 통해 화학적결합을 확인하였고, 이를 FT-IR (Fourier Transform-Infrared spectroscopy)를 통해 관찰한 결과와 연관시켜분석하였다. 굴절율의 경우 Ellipsometry를 이용하여측정하였으며 위의 측정을 통하여 SiNx박막의 반사 방지막으로써의 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.200.1-200.1
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• 2013

실리콘 태양전지 표면에는 구조적인 결함에 의해 소수 캐리어의 재결합이 일어난다. 재결합에 의해 캐리어의 반송자 수명은 줄어들게 되고, 태양전지의 효율은 감소하게 된다. 이를 줄이기 위해 태양전지 전 후면에 패시베이션을 하게 되는데, 이번 연구는 단결정 실리콘 태양전지 전면에 SiNx막을 증착함으로 수소 패시베이션이 반송자 수명에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 공정을 위해 $156{\times}156mm^2$, 200 ${\mu}m$, 0.5-3.0 ${\Omega}{\cdot}cm$ and p-type 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하였고, SiNx막을 올리기 전에 KOH 8.5% 용액으로 SDR을 실행하였다. RF-PECVD 장비로 SiNx 막을 증착하였고 증착 온도는 $200{\sim}400^{\circ}C$, 반응기 내부의 압력을 200~1,000 mtorr, SiH4/NH3/N2 각각의 가스 비율 조절, 그리고 플라즈마 RF power 변화시킴에 따라 증착된 SiNx막의 균일도 및 특성을 분석하였다. 반사광 측정 장비인 Reflectometer장비로 막의 두께와 굴절률, 반사율을 측정하였고, 반송자 수명을 측정하여 태양전지의 표면결함을 최대한 패시베이션 시켜주는 조건에 대한 연구를 수행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.93.1-93.1
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• 2010

반사방지막은 태양전지 표면에서의 광 반사를 낮춰주며, Si wafer 표면에서의 carrier의 재결합을 줄이는 passivation 역할을 한다. 이를 위한 다양한 물질이 반사방지막으로 사용된다. 단일박막은 passivation 효과가 미미하여 최근 passivation 향상에 도움이 되는 이중구조 반사방지막이 널리 연구되어지고 있다. 하지만 물질이 다양해짐에 따라 공정시간 및 비용이 늘어나고, passivation에 최적화된 물질사용이 필수적으로 요구되는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존에 passivation 효과가 뛰어나다고 알려진 SiNx의 굴절률 가변을 통하여 이중구조를 갖는 박막을 반사방지막으로 이용하여 그 특성을 비교, 분석하였다. SiNx 이중반사방지막은 0.8 Torr~1 Torr의 압력에서 $450^{\circ}C$의 기판온도로 PECVD를 이용하여 증착되었으며 이때의 plasma power는 180mW/$cm^2$으로 고정 하였다. 굴절률 1.9 및 2.3을 갖는 가스 조성비를 이용하여 각 layer의 두께를 20/60nm, 30/50nm, 40/40nm로 가변하였다. 샘플 제작 후 Sun-Voc 측정을 통하여 implied Voc 및 효율을 측정하였다. 단일반사방지막을 사용한 샘플의 경우 608mV의 implied Voc가 측정되었으며, FF는 82.8%, 효율은 17.6%로 측정되었다. 가장 우수한 특성을 나타낸 20/60nm의 두께로 증착된 샘플의 경우 implied Voc는 625mV, FF는 84.1%, 효율은 18.3%로 우수한 결과를 나타내었다. 반사도 측정 결과 단일반사방지막은 2.27%로 높았으나 SiNx 이중구조를 이용한 반사방지막은 1.67%로 낮은 값을 확인 하여 이중구조의 반사방지막이 반사도 저감 및 passivation 효과 향상에 도움이 되는 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.12
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• pp.1150-1154
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• 2001

Silicon oxynitride (SiON) thick films using the core layer of silica optical waveguide have been deposited on Si wafer by PECVD at low temperature (32$0^{\circ}C$) were obtained by decomposition of appropriate mixture of (SiH$_4$+$N_2$O+$N_2$) gaseous mixtures under RF power and SiH$_4$/($N_2$O+$N_2$) ratio deposition condition. Prism coupler measurements show that the refractive indices of SiON layers range from 1.4663 to 1.5496. A high SiH$_4$/($N_2$O+$N_2$) of 0.33 and deposition power of 150 W leads to deposition rates of up to 8.67 ${\mu}{\textrm}{m}$/h. With decreasing SiH$_4$/($N_2$O+$N_2$) ratio, the SiON layer become smooth from 41$\AA$ to 6$\AA$.

• Proceedings of the IEEK Conference
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• 1999.06a
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• pp.934-937
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• 1999

MMIC 제작을 위한 단일 반도체 공정으로써 PECVD를 이용한 Si₃N₄의 증착, RIE를 이용한 CaAs via-hole건식식각, 그리고 airbridge 공정조건을 위한 실험 및 분석 작업을 수행하였다. Si₃N₄의 증착 실험에서는 굴절률이 2인 조건을, GaAs via-hole 식각 실험에서는 최적화된 thru-via의 모양과 식각률을 갖는 조건을, airbridge 실험에서는 polyimide coating 및 건식 식각 조건과 금 도금 및 습식 식각의 최적 조건들을 찾아내었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.107-107
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• 2003

원자층 증착(ALD, Atomic Layer Deposition)기술은 기판 표면에서의 self-limiting reaction을 통해 매우 얇은 박막을 형성할 수 있고, 두께 및 조성 제어를 정확히 할 수 있으며, 복잡한 형상의 기판에서도 100%에 가까운 step coverage를 얻을 수 있어 초미세패턴의 형성과 매우 얇은 두께에서 균일한 물리적, 전기적 특성이 요구되는 초미세 반도체 공정에 적합하다. 특히 반도체의 logic 및 memory 소자의 gate 공정에서 절연막과 보호막으로, 그리고 배선공정에서는 층간절연막(ILD, Inter Layer Dielectric)으로 사용하는 silicon oxide 박막에 적용될 경우, LPCVD 방법에 비해 낮은 온도에서 증착이 가능해 boron과 같은 dopant들의 확산을 최소화하여 transistor 특성 향상이 가능하며, PECVD 방법에 비해 전기적·물리적 특성이 월등히 우수하고 대면적 uniformity 증가가 기대된다. 본 연구에서는 자체적으로 설계 및 제작한 장비를 이용하여 silicon oxide 박막을 ALD 방법으로 증착하고 그 특성을 살펴보았다. 먼저, cycle 수에 따른 증착 박막 두께의 linearity를 통해서 원자층 증착(ALD)임을 확인할 수 있었으며, reactant exposure(L)와 증착 온도에 따른 deposition rate 변화를 알아보았다 Elipsometer를 이용해 증착된 silicon oxide 박막의 두께 및 굴절률과 그 uniformity를 관찰하였고, AES 및 XPS 분석 장비로 박막의 조성비와 불순물 성분을 살펴보았으며, 증착 박막의 치밀성 평가를 위해 HF etchant로 wet etch rate를 측정하여 물리적 특성을 정리하였다. 특히, 기존의 박막 증착 방법인 LPCVD와 PECVD에 의한 silicon oxide박막의 물성과 비교, 평가해 보았다. 나아가 적절한 촉매 물질을 선정하여 원자층 증착(ALD) 공정에 적용하여 그 효과도 살펴보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.154-154
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• 2010

표면 passivation 효과향상 기술은 고효율의 결정질 실리콘 태양 전지를 제작하는데 필수적 요소이다. passivation을 통해서 전자와 전공의 재결합 속도를 낮출 수 있어 $V_{oc}$가 상승하고, 전류 값 증가를 통하여 효율 향상의 결과를 얻을 수 있기 때문이다. passivation을 위해서 다양한 각도로 접근하였다. 첫째는 $SiN_x$를 이용한 passivation효과 실험 둘째는 plasma 분위기에서 $N_2O$를 이용한 passivation효과 실험 그리고 마지막으로 RTO를 이용한 passivation 효과를 실험하였다. 첫 번째 실험은 PECVD를 이용하여 $SiN_x$를 증착한 후 굴절률 1.9 2.66으로 가변 한 결과 $SiN_x$ n=2.66에서 $D_{it}=8.82{\times}10^9$ [$cm^{-2}eV^{-1}$]로 우수한 passivation 효과를 얻을 수 있었다. 두 번째 실험에서는 PECVD를 이용해서 $N_2O$ treatment 후 SiON 증착한 샘플을 이용하여 시간 가변에 따른 passivation 효과를 확인하였다. 그 결과 $N_2O$ 50sccm, 100mTorr, 20W, $400^{\circ}C$ 8min 조건에서 가장 우수한 passivation 효과를 관찰할 수 있었다. 마지막 실험은 RTP를 이용하여 $SiO_2$ 박막에 대한 온도, 시간에 따른 passivation효과를 확인하였다. 그 결과 $O_2$ 3L/min $800^{\circ}C$ 2~3nm 3min 공정에서 lifetime이 220us(n형)의 결과를 얻을 수 있었다. 상기 세 실험결과를 태양전지제작에 응용한다면 고효율의 태양전지 제작이 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.312.2-312.2
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• 2013

태양전지에서 SiNX층은 반사방지막 역할과 표면 페시베이션의 역할을 동시에 하고 있다. SiNx에서 굴절율과 두께는 반사율과 밀접한 관계가 있으며 동시에 표면 소수캐리어 수명에도 큰 영향을 미친다. 따라서 굴절율과 두께를 조절하여 낮은 반사도와 긴 소수캐리어 수명을 가지는 SiNx 박막을 제조하여야 우수한 효율의 태양전지를 제조할 수 있다. 본 연구에서는 다양한 굴절율과 두께의 SiNx 박막을 결정질 실리콘 태양전지에 적용하여 효율과의 상관관계를 해석하였다. SiNx 박막은 PECVD장비를 이용하여 RF파워, 가스혼합량, 증착시간 등을 각각 변화시키며 형성하였다. RF 파워는 100~500 W로 변화 시켰고 혼합가스 변화는 SiH4가스와 NH3가스, Ar가스를 각각 주입하며 증착하였다. RF 파워 300W, 가스혼합량 SiH4 90sccm, NH3 26sccm, Ar 99sccm과 기판 온도 $300^{\circ}C$, 공정시간 58초에서 포면 반사율 1.09%와 굴절률 1.965, 두께 76nm를 갖는 SiNx층을 형성 할 수 있었다. SiNx층을 증착하여 셀을 제작한 결과, 개방전압: 0.612V, 전류밀도: 38.49 mA/cm2, 충실도: 75.62%, 효율: 17.82%를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.470.2-470.2
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• 2014

RF-PECVD 장치에 의해 증착된 실리콘 질화막(SiNx)은 결정질 실리콘 태양전지에서 반사 방지막 효과 및 우수한 표면 패시베이션 특성을 제공하는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 실리콘 질화막의 패시베이션 특성을 향상시키기 위해서 공정온도를 $400^{\circ}C$로 고정하고 공정압력, 가스비, RF (radio frequency) power를 가변하였다. 이 때의 실리콘 질화막의 굴절률 및 두께는 각각 2.0, 80 nm로 증착하여 그에 따른 특성에 대해 분석하였다. 공정 압력이 감소할수록 실리콘 질화막이 증착된 결정질 실리콘 태양전지의 유효 반송자 수명이 증가함을 보였고, 반면에 증착속도는 감소하였다. 또한 RF-power 500 W에서 실리콘 질화막이 증착된 결정질 실리콘 태양전지의 유효 반송자 수명이 상대적으로 높았으며 출력이 올라갈수록 증착속도가 증가하였다. 결과적으로 결정질 실리콘 태양전지에 증착한 실리콘 질화막은 0.8torr 공정 압력과 RF-power 500 W에서 $38.8{\mu}s$로 가장 좋은 유효 반송자 수명을 확인하였다. 위의 결과를 바탕으로 결정질 실리콘 태양전지를 제작하였고 향상된 패시베이션 특성을 갖는 실리콘 질화막의 조건을 찾기 위해서 개방전압(open circuit voltage)을 비교하였다. 공정압력 0.8 torr, RF-power 500 W에서 가장 높은 결과를 보였으며 이는 유효 반송자 수명과 유사한 결과를 나타냈다. 하지만 낮은 FF (fill factor)로 인해 변환 효율이 낮은 결과를 보였다. 태양전지 제작시 낮은 fill factor를 보인 이유와 위의 단점을 보완하기 위해 추가 실험을 수행하였으며, 개선된 fill factor를 통해 18.3% 효율의 태양전지를 제작하였다.