• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.16 no.2
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• pp.89-93
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• 2017

For various process pressures, aluminum doped zinc oxide(AZO) films were deposited by in-line pulsed-DC sputtering. The deposited AZO films were optically and electrically investigated and analyzed for the window layers of CIGS solar cell systems. As the pressure was increased from 9 mtorr to 15 mtorr, the thickness of AZO was decreased as a result of scattering and its sheet resistance was rapidly increased. The transmittance of AZO was slightly decreased as the pressure was increased and the calculation of figure of merit(F.O.M) was dependent on the sheet resistance. The structural characteristics of AZO thin films analyzed by X-ray diffraction(XRD) showed no significant dependency according to the pressure.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.151-151
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• 2012

A new plasma process, i.e., the combination of PIII&D and HIPIMS, was developed to implant non-gaseous ions into materials surface. HIPIMS is a special mode of operation of pulsed-DC magnetron sputtering, in which high pulsed DC power exceeding ~1 kW/$cm^2$ of its peak power density is applied to the magnetron sputtering target while the average power density remains manageable to the cooling capacity of the equipment by using a very small duty ratio of operation. Due to the high peak power density applied to the sputtering target, a large fraction of sputtered atoms is ionized. If the negative high voltage pulse applied to the sample stage in PIII&D system is synchronized with the pulsed plasma of sputtered target material by HIPIMS operation, the implantation of non-gaseous ions can be successfully accomplished. The new process has great advantage that thin film deposition and non-gaseous ion implantation along with in-situ film modification can be achieved in a single plasma chamber. Even broader application areas of PIII&D technology are believed to be envisaged by this newly developed process. In one application of non-gaseous plasma immersion ion implantation, Ge ions were implanted into SiO2 thin film at 60 keV to form Ge quantum dots embedded in SiO2 dielectric material. The crystalline Ge quantum dots were shown to be 5~10 nm in size and well dispersed in SiO2 matrix. In another application, Ag ions were implanted into SS-304 substrate to endow the anti-microbial property of the surface. Yet another bio-application was Mg ion implantation into Ti to improve its osteointegration property for bone implants. Catalyst is another promising application field of nongaseous plasma immersion ion implantation because ion implantation results in atomically dispersed catalytic agents with high surface to volume ratio. Pt ions were implanted into the surface of Al2O3 catalytic supporter and its H2 generation property was measured for DME reforming catalyst. In this talk, a newly developed, non-gaseous plasma immersion ion implantation technique and its applications would be shown and discussed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.194-194
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• 2010

태양전지용 투명전도막에 사용되는 Al-doped ZnO (AZO) 막은 저가이면서도 가시광역 영역에서 갖는 우수한 투과율과 낮은 비저항을 갖는 특성 때문에 ITO의 대체 재료로서 최근 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 양산 현장에서는 in-line type의 대형 sputtering system에서 증착하고 있으며 높은 증착 속도와 박막 특성의 균일도가 중요한 과제다. 본 연구에서는 $2\;m\;{\times}\;1\;m\;{\times}\;0.2\;m$의 sputtering system에서 기판 캐리어를 이용해서 커다란 기판을 좁고 긴 타겟의 양쪽으로 왕복 운동을 하는 swing dynamic deposition 방법으로 $272\;mm\;{\times}\;500\;mm$ 크기의 AZO target (Al 2 wt%)을 이용하여 bipolar pulsed dc로 증착하였다. 이 시스템의 배기는 TMP와 cryo pump를 이용해서 $5\;{\times}\;10^{-7}\;Torr$의 기본 진공도를 얻으며, 공정 중에는 TMP만 사용하였다. 하지만, 본 시스템의 TMP는 비대칭 적으로 한쪽에 치우쳐 설치되어 있는데, 이것이 챔버 내에서 공정 가스인 Ar의 유동의 불균일도를 초래하게 되며, 그것이 증착되는 박막의 두께 균일도 및 특성 균일도에 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 다른 기본 진공도에서 증착된 AZO 박막의 특성 차이를 알아보고 비대칭 배기 구조가 in-line type 시스템에서 어떠한 두께 및 특성 불균일도를 가져오는지, 그리고 시스템 내부에 발생시키는 압력 불균일도를 상용 3차원 전산 유체해석 프로그램인 CFD-ACE+를 이용하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.107-107
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• 2017

전자제품의 성능이 향상됨에 따라서 전자제품에 사용되는 부품의 고집적화가 필연적으로 요구되고 있으며, 고집적화 된 전자제품의 방열(heat dissipation)에 관한 문제점이 대두되고 있다. 방열은 전자기기의 성능과 수명을 유지하는데 있어서 중요한 문제 중 하나로서 방열 효과를 높이기 위해 다양한 연구 개발이 진행 중이다. 방열에 사용되는 소재로는 Cu가 있으며, 저렴한 가격과 상대적으로 높은 방열 효율을 가지는 장점이 있다. Cu는 전기 도금 증착 방법을 사용하여왔으나, 전기도금 방식으로 증착된 Cu 방열판은 제품에 열이 축적될 경우 Cu와 substrate 사이의 residual stress로 인해 박리나 뒤틀림 현상 등이 발생하여 high power를 사용하는 device의 방열 소재로 사용하기에는 개선해야 할 문제점이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 magnetron sputter 증착 방법이 있으며, magnetron sputter은 대면적화가 용이하고, 다양한 물질의 증착이 가능한 장점으로 인해 hard coating 또는 thin film 증착과 같은 공정에 사용되고 있다. 특히 증착된 film의 특성을 조절하기 위해서 magnetron sputter에 pulse 또는 ICP (inductively coupled plasma) assisted 등을 적용하여 plasma 특성을 조절하는 방법 등에 관한 연구가 보고되고 있다. 본 연구에서는 pulsed magnetron sputtering 방식을 이용하여 증착된 Cu film 특성 변화를 확인하였다. 다양한 pulsing frequency와 pulsing duty ratio 조건에서, Si substrate 위에 증착된 Cu film과의 residual stress 변화를 측정하였다. Pulse duty ratio가 90% 에서 60%로 감소함에 따라서 Cu film의 residual stress가 감소하였고, pulsing frequency가 증가함에 따라 Cu film의 residual stress가 감소하는 것을 확인하였다. 증착 조건에 따른 plasma의 특성 분석을 위하여 oscilloscope를 이용하여 voltage와 current를 측정하였고, Plasma Sampling Mass spectrometer 를 이용하여 ion energy의 변화를 측정하였다. 이를 통해 plasma 특성 변화가 증착된 Cu film에 미치는 영향과 residual stress의 변화에 대한 연관성에 대하여 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.207-207
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• 2010

Both ZnO and GaN have excellent physical properties in optoelectronic devices such as blue light emitting diode (LED), blue laser diode (LD), and ultra-violet (UV) detector. The ZnO/GaN heterostructure, which has a potential to achieve the cost efficient LED technology, has been fabricated by using radio frequency (RF) sputtering, pyrolysis, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), direct current (DC) arc plasmatron, and pulsed laser deposition (PLD) methods. Among them, the PLD system has a benefit to control the composition ratio of the grown film from the mixture target. A 500-nm-thick ZnO film was grown by PLD technique on c-plane GaN/sapphire substrates. The post annealing process was executed at some varied temperature between from $300^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$. The morphology and crystal structural properties obtained by using atomic force microscope (AFM) and x-ray diffraction (XRD) showed that the crystal quality of ZnO thin films can be improved as increasing the annealing temperature. We will discuss the post-treatment effect on film quality (uniformity and reliability) of ZnO/GaN heterostructures.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.39 no.5
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• pp.206-209
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• 2006

Indium tin oxide (ITO) films were synthesized on polymer (PES, polyethersulfone) at room temperature by pulsed DC magnetron sputtering. By the control of introducing hydrogen to argon atmosphere, the resistivity of ITO films was obtained at $5.27\;{\times}\;10^{-4}\;{\Omega}{\cdot}cm$ without substrate heating in comparison with $2.65\;{\times}\;10{-3}\;{\Omega}{\cdot}cm$ under hydrogen free condition. ITO film synthesized at Ar condition was changed from amorphous to crystalline. These result from the enhancement of electron temperature in $Ar\;+\;H_2$ plasma, which induces the increase of ionization of target materials and argon. The dominant increase of ions such as In II and O II and neutral Sn I was monitored by optical emission spectroscopy (OES). Thermal energy required for the crystalline film formation is compensated by kinetic energy transfer through ion bombardments to substrate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.244.2-244.2
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• 2014

금속, 플라스틱, 유리 등의 재료 표면에 다양한 색상을 표현하기 위해 일반적으로 습식 도금을 많이 적용하고 있다. 하지만 습식 도금은 공정 수가 많을 뿐만 아니라 위험물질 및 오염물질을 많이 사용하기 때문에 산업사고, 환경오염 등을 야기 시킨다. 따라서 본 연구에서는 친환경적 방법인 물리적기상증착(PVD ; Physical Vapor Deposition) 방식의 한 종류인 스퍼터링(Sputtering)으로 색상을 구현하였다. PVD 방식의 증착은 습식 도금 방식에 비해 친환경적이며, 전처리에서 후처리까지 한 공정으로 가능하다는 점이다. 스퍼터링은 PVD의 다른 방식인 E-beam 방식에 비해 대량생산을 할 수 있다는 장점이 있다. 양산형 스퍼터링 장비(${\Phi}1200mm{\times}H1400mm$)로 실험을 진행하였으며, 증착 물질은 Ti, Al, Cr 을 사용하였고, 반응성 가스(Reactive Gas) 로는 N2, C2H2 가스를 사용하였다. 전처리는 LIS (Linear Ion Source)로 식각(Etching) 하였고, 펄스직류전원공급장치(Pulsed DC Power Supply)를 사용하여 증착 하였으며, 증착시 기판에 bias (-100 V)를 인가 하였다. 그 결과 회색계열, 갈색계열 등 여러가지 색을 구현할 수 있었으며, 증착된 박막의 특성을 알아보기 위하여 색차계, 내마모 시험기, 연필경도 시험기를 사용하였다. 향후 후처리 공정으로 내지문(AF ; anti fingerprint coating) 박막 등과 같은 실용적인 박막을 증착할 계획이다.

• The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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• v.56 no.10
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• pp.1782-1785
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• 2007

In this paper, the effect of substrate temperature on structural, electrical and optical properties of aluminium-doped zinc oxide (AZO) films were investigated. AZO thin films were prepared on glass substrate by pulsed DC magnetron sputtering technique. The properties of AZO were measured by using XRD, AFM, UV spectrophotometer, and hall effect measurement system. The resistivity of AZO films was improved under the condition of high substrate temperature. The resistivity decreased from $9.95{\times}10^{-2}\;{\Omega}-cm\;to\;1.1{\times}10^{-3}\;{\Omega}-cm$ as a result of high substrate temperature and the average transmittances in visible range were above 80%.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.311-311
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• 2010

본 논문은 직류전원에 펄스주파수를 인가함으로써 AZO 박막이 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 기존과는 다른 형태인 원통형의 회전(Cylindrical rotatable)하는 방식을 가진 DC magnetron sputter를 이용하였다. 인가되는 전력과 압력, 온도 그리고 거리는 각각 고정하였고 펄스 주파수 가변을 통해 박막의 전기적, 광학적, 구조적 그리고 SEM등의 다양한 특성에 대해 확인하였다. 박막의 광학적 특성인 투과도를 알아보기 위해 UV-Vis를 이용하여 측정하였고 가변 범위에 관계없이 550 nm의 파장 길이에서 약 90%의 투과도를 보였다. 그리고 펄스주파수가 증가할수록 XRD의 Intensity는 오히려 감소되는 경향을 보였고, 홀 측정을 통해 비저항의 증가와 전자농도 증가, 감소된 홀 이동도를 통해 증가된 펄스 주파수가 박막의 구조적, 전기적 특성이 얼마나 많은 영향을 끼치는지 또한 알 수 있었다. 그리고 펄스주파수는 면저항과 홀 이동도의 감소 요인이며 이것은 XRD의 결과로 확인하였다. 펄스주파수가 향후 박막 태양전지 및 TFT와 NVM 등의 소자를 적용하는데 있어 중요한 요소 중의 하나로 판단할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.155.2-155.2
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• 2013

Strain-relaxed SiGe layer on Si substrate has numerous potential applications for electronic and opto- electronic devices. SiGe layer must have a high degree of strain relaxation and a low dislocation density. Conventionally, strain-relaxed SiGe on Si has been manufactured using compositionally graded buffers, in which very thick SiGe buffers of several micrometers are grown on a Si substrate with Ge composition increasing from the Si substrate to the surface. In this study, a new plasma process, i.e., the combination of PIII&D and HiPIMS, was adopted to implant Ge ions into Si wafer for direct formation of SiGe layer on Si substrate. Due to the high peak power density applied the Ge sputtering target during HiPIMS operation, a large fraction of sputtered Ge atoms is ionized. If the negative high voltage pulse applied to the sample stage in PIII&D system is synchronized with the pulsed Ge plasma, the ion implantation of Ge ions can be successfully accomplished. The PIII&D system for Ge ion implantation on Si (100) substrate was equipped with 3'-magnetron sputtering guns with Ge and Si target, which were operated with a HiPIMS pulsed-DC power supply. The sample stage with Si substrate was pulse-biased using a separate hard-tube pulser. During the implantation operation, HiPIMS pulse and substrate's negative bias pulse were synchronized at the same frequency of 50 Hz. The pulse voltage applied to the Ge sputtering target was -1200 V and the pulse width was 80 usec. While operating the Ge sputtering gun in HiPIMS mode, a pulse bias of -50 kV was applied to the Si substrate. The pulse width was 50 usec with a 30 usec delay time with respect to the HiPIMS pulse. Ge ion implantation process was performed for 30 min. to achieve approximately 20 % of Ge concentration in Si substrate. Right after Ge ion implantation, ~50 nm thick Si capping layer was deposited to prevent oxidation during subsequent RTA process at $1000^{\circ}C$ in N2 environment. The Ge-implanted Si samples were analyzed using Auger electron spectroscopy, High-resolution X-ray diffractometer, Raman spectroscopy, and Transmission electron microscopy to investigate the depth distribution, the degree of strain relaxation, and the crystalline structure, respectively. The analysis results showed that a strain-relaxed SiGe layer of ~100 nm thickness could be effectively formed on Si substrate by direct Ge ion implantation using the newly-developed PIII&D process for non-gaseous elements.