• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.178-178
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• 2007

II-VI의 넓은 밴드갭 (3.37 eV)을 가지는 ZnO는 solar cells, transparent conductive electrodes, ultraviolet light emitters, and chemical sensors 등에 응용되고 있다. 특히 고효율 ZnO계 발광 소자 구현을 위하여 MgO (7.7eV), CdO (2.0eV) 등의 고용을 통한 밴드갭을 엔지니어링 하며, 단파장 영역의 광원을 확보하기 위하여 MgO 첨가를 통한 밴드갭 에너지를 증가시키는 방향으로의 연구가 활발하다. 그러나 ZnO의 wurtzite 구조와 MgO의 rocksalt 구조의 상이한 결정구조로 인하여 Mg의 고용한계는 4 at. %, 4.1 eV 알려져 있다. 본 실험에서는 p-type Si (100), c-sapphire (0002)과 GaN 기판 위에 MgO (99.999 %)와 ZnO (99.999 %) 두가지 타겟을 사용하여 RF co-스퍼터링법으로 ZnMgO 박막을 증착 하였다. 이때 ZnO 타겟의 power 밀도는 고정 시키고 MgO 타겟의 power 밀도를 변화 시키며 Mg의 함량을 조절하여 그에 따른 광학적 구조적 특성의 변화를 연구 하였다. 성장된 ZnMgO 박막은 MgO 타겟의 power 밀도가 증가할 때 Mg의 함량이 10 at. %까지 증가 하며, 그에 따른 표면의 거칠기 및 입계 크기가 감소하며, 박막의 성장속도 또한 감소함을 SEM과 AFM을 통하여 알 수 있었다. XRD를 동하여 ZnMgO 박막의 (0002) peak의 위치는 $34.50^{\circ}{\sim}34.7^{\circ}$로 오른쪽으로 이동하며, c-축으로 성장하였음을 알 수 있다. PL과 UV룰 동하여, Mg의 함량이 증가 할수록 박막의 밴드갭 에너지는 3.2 eV에서 4.1 eV 로 증가하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.207-210
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• 2005

In order to investigate the influence of the homo buffer layer on the microstructure of the ZnO thin film, undoped ZnO buffer layer were deposited on sapphire (0001) substrates by ultra high vaccum pulsed laser deposition (UHV-PLD) and molecular beam eiptaxy (MBE). After high temperature annealing at $600^{\circ}C$ for 30min, undoped ZnO buffer layer was deposited with various oxygen pressure (35~350mtorr). On the grown layer of undoped ZnO, Arsenic-doped(l, 3wt%) ZnO layers were deposited by UHV-PLD. The optical property of the ZnO was analyzed by the photoluminescence (PL) measurement. From $\Theta-2\Theta$ XRD analysis, all the films showed strong (0002) diffraction peak, and this indicates that the grains grew uniformly with the c-axis perpendicular to the substrate surface. Field emission scanning electron microscope (FE-SEM) revealed that microstructures of the ZnO were varied with oxygen pressure, arsenic doping level, and the deposition method of undoped ZnO buffer layers. The films became denser and smoother in the cases of introducing MBE-buffer layer and lower oxygen pressure during As-doped ZnO deposition. Higher As-doping concentration enhanced the columnar-character of the films.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제22권10호
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• pp.814-820
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• 2009

Antimony (Sb) doped ZnO thin films (0.1 at.%) were deposited on sapphire (0001) substrates at various temperatures (200 - 600$^{\circ}C$) by using pulsed laser deposition technique. All the thin films have been characterized by X-ray diffractometer, atomic force microscopy and spectrophotometer to investigate their structural, morphological and optical properties, respectively. Hall measurements were also carried out to identify the electrical properties of the thin films. These thin films were constituted in wurtzite structure with the preferential orientation of (002) diffraction plane and had as high as 80% optical transmission in the visible range. The bandgap energy also was determined by spectrophotometer which was around 3.28 eV. Hall measurements results revealed that the Sb dope ZnO thin film (0.1 at.%) grown at $500^{\circ}C$ exhibited p-type conduction with a carrier concentration of $8.633\times10^{16}\;cm^{-3}$, a mobility of $1.41\;cm^2/V{\cdot}s$ and a resistivity of $51.8\;\Omega{\cdot}cm$. We have successfully achieved p-type conduction in antimony doped ZnO thin films with low doping level even though the electrical properties are not favorable. This paper suggests the feasibility of p-type doping with large-size-mismatched dopant by using pulsed laser deposition.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.115-115
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• 2000

Wide band gap을 갖는 III-V족 반도체인 GaN는 파란색에서 자외선영역에 이르는 발광소자용으로, 그리고 최근에는 전자소자로도 가장 유망한 반도체 중의 하나이다. 하지만 격자상수가 일치하는 적당한 기판이 존재하지 않아 성장된 GaN 박막 내에는 많은 결함들이 존재하게 된다. 일반적으로 가장 널리 쓰이는 기판은 사파이어 기판이 주로 이용되고 있는데 사파이어는 GaN와 격자상수 불일치가 16%에 이르므로 고품질의 GaN 박막을 성장시키기 위해서는 격자상수 불일치를 어느 정도 완화시키면서 초기성장과정의 컨트롤이 매우 중요하다. 이러한 방법들로는 GaN박막 성장 전에 사파이어 기판 질화처리를 하거나 buffer 층을 도입하는 것인데, 이에 관한 많은 연구들이 보고되고 있다. 하지만 각각 두 공정에 관한 연구는 많이 되어 있지만 두 공정사이를 연결해 주는 공정처리법에 관한 연구는 보고되고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 사파이어기판 질화처리를 한 후 buffer 층을 성장시키기 전까지 chamer 내부의 분위기 가스가 GaN 박막성장 거동에 어떤 영향을 주는지에 관해 연구하였다. 질화처리 후 chamber 내부의 분위기 가스가 GaN 박막 성장 거동에 미치는 영향을 연구하기 위하여 두 개의 시편 A,B를 준비하였다. 시편 A는 먼저 사파이어 기판을 유기용매를 이용하여 cleaning 한 후 장비에 장입되었다. 수소분위기하에서 10nsrks 104$0^{\circ}C$에서 가열한 후 30초간 암모니아 유속을 900sccm으로 유지하며 사파이어 기판 질화처리를 수행하였다. GaN buffer 층을 성장하기 위하여 104$0^{\circ}C$에서 56$0^{\circ}C$로 온도를 내리는 과정중 질화처리를 위하여 흘려주었던 암모니아 유속을 차단한 채 수소분위기에서만 온도를 내렸다. 56$0^{\circ}C$에서 GaN buffer 층을 300 성장시킨 후 102$0^{\circ}C$의 고온에서 2$\mu\textrm{m}$ 두께로 GaN 박막을 성장하였다. 시편 B는 질화처리 후 단계부터 GaN 박막성장 단계에 이르기까지 AFM을 이용하여 두 시편의 성장거동을 비교 분석하였다. 두 시편의 표면을 관찰한 결과 시편 A는 2차원적 성장을 하며 매우 매끄러운 표면을 갖는데 반해, 시편 B는 3차원적 성장을 하며 매우 거친 표면을 보였다. 또한 두 시편 A, B를 XRD, PL, Hal 측정으로 분석한 결과 시편 A가 시편 B보다 우수한 구조적, 광학적, 전기적 특성을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.171-171
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• 2010

GaN 기반 Light emitting diodes(LEDs)의 p-type doping layer는 일반적으로 hole을 발생시키는 acceptor로 Mg이 사용하되고 있다. 보통 Mg이 도핑된 p-type GaN은 >$1\;{\Omega}{\cdot}cm$의 저항이 존재하는데 그 이유는 Mg의 열적 이온화를 위한 activation 에너지가 높아서 상온에서 valence band의 hole concentration는 전체 억셉터 농도의 1%가 되지 않기 ��문이다. 본 논문에서는 높은 hole 농도를 얻기 위해서 metalorganic chemical-vapor deposition (MOCVD)를 장비를 사용하여 사파이어 기판의 misorientation-angle에 따른 p-type a-plane(11-20) GaN 특성을 분석하였다. misorientation-angle은 c축 방향으로 $+0.15^{\circ}$, $-0.15^{\circ}$, $-0.2^{\circ}$, $-0.4^{\circ}$ off된 r-plane(1-102) 사파이어 기판 을 사용하였다. p-type 도핑물질로 bis-magnesium (Cp2Mg) 소스를 사용하였고 성장 과정중 발생하는 hydrogen passivation으로 인한 Mg-H complexes현상을 해결하기위해 conventional furnace annealing (CFA)와 rapid thermal annealing (RTA)를 이용하여 열처리 공정을 진행하였다. 열처리 공정은 Air와 N2 분위기에서 $650^{\circ}C$에서 $900^{\circ}C$ 사이의 다양한 온도에서 수행하였고 Hall 측정을 위해 Ni을 전극 물질로 사용하였다. 상온에서 Accent HL5500IU Hall system을 사용하여 hole concentration, mobility, specific resistance을 측정하였다. 열처리 공정 후 Hall측정 결과 $+0.15^{\circ}$, $-0.15^{\circ}$, $-0.2^{\circ}$, $-0.4^{\circ}$ off된 각 샘플들은 온도, 시간, 분위기에 따라 hole concentration ($7.4{\times}10^{16}cm^{-3}{\sim}6{\times}10^{17}cm^{-3}$), mobility(${\mu}h=\;1.72\;cm^2/V-s\;{\sim}15.2\;cm^2/V-s$), specific resistance(4.971 ohm-cm ~8.924 ohm-cm) 가 변화됨을 확인 할 수 있었다. 또한 광학적 특성을 분석하기 위해 Photoluminescence (PL)을 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.174-174
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• 2010

Gallium Nitride(GaN) attracts great attention due to their wide band gap energy (3.4eV), high thermal stability to the solid state lighting devices like LED, Laser diode, UV photo detector, spintronic devices, solar cells, sensors etc. Recently, researchers are interested in synthesis of polycrystalline and amorphous GaN which has also attracted towards optoelectronic device applications significantly. One of the alternatives to deposit GaN at low temperature is to use Single Source Molecular Percursor (SSP) which provides preformed Ga-N bonding. Moreover, our group succeeds in hybridization of SSP synthesized GaN with Single wall carbon nanotube which could be applicable in field emitting devices, hybrid LEDs and sensors. In this work, the GaN thin films were deposited on c-axis oriented sapphire substrate by MBE (Molecular Beam Epitaxy) using novel single source precursor of dimethyl gallium azido-tert-butylamine($Me_2Ga(N_3)NH_2C(CH_3)_3$) with additional source of ammonia. The surface morphology, structural and optical properties of GaN thin films were analyzed for the deposition in the temperature range of $600^{\circ}C$ to $750^{\circ}C$. Electrical properties of deposited thin films were carried out by four point probe technique and home made Hall effect measurement. The effect of ammonia on the crystallinity, microstructure and optical properties of as-deposited thin films are discussed briefly. The crystalline quality of GaN thin film was improved with substrate temperature as indicated by XRD rocking curve measurement. Photoluminescence measurement shows broad emission around 350nm-650nm which could be related to impurities or defects.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.124-124
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• 2010

Much interest has been focused on InGaN-based materials and their quantum structures due to their optoelectronics applications such as light emitting diode (LED) and photovoltaic devices, because of its high thermal conductivity, high optical efficiency, and direct wide band gap, in spite of their high density of threading dislocations. Build-in internal field-induced quantum-confined Stark effect in InGaN/GaN quantum well LED structures results in a spatial separation of electrons and holes, which leads to a reduction of radiative recombination rate. Therefore, many growth techniques have been developed by utilizing lateral over-growth mode or by inserting additional layers such as patterned layer and superlattices for reducing threading dislocations and internal fields. In this work, we investigated various characteristics of InGaN multiple quantum wells (MQWs) LED structures grown on selectively wet-etched porous (SWEP) GaN template layer and compared with those grown on non-porous GaN template layer over c-plane sapphire substrates. From the surface morphology measured by atomic force microscope, high resolution X-ray diffraction analysis, low temperature photoluminescence (PL) and PL excitation measurements, good structural and optical properties were observed on both LED structures. However, InGaN MQWs LED structures grown on SWEP GaN template layer show relatively low In composition, thin well width, and blue shift of PL spectra on MQW emission. These results were explained by rough surface of template layer, reduction of residual compressive stress, and less piezoelectric field on MQWs by utilizing SWEP GaN template layer. Better electrical properties were also observed for InGaN MQWs on SWEP GaN template layer, specially at reverse operating condition for I-V measurements.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.403-403
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• 2010

The Pt-Ni alloy is an electro-catalyst of interest in the low temperature direct methanol fuel cells(DMFCs). It has been already reported that the Pt-Ni alloy catalysts may even have enhanced activity compared to pure platinum catalyst, depending on how the surfaces are prepared. The order-disorder transition in bimetallic alloy such as $\beta$-CuZn, Cu3Au, and CuAu have been investigated greatly by x-ray diffraction. After annealing the bimetallic alloy, the crystal structure changes as observed in the order-disorder transition of Cu3Au which changes from the face centered cubic to a simple cubic structure. Pt-Ni bimetallic alloy has been already reported to have the face centered cubic structure. However, in nano-scale Pt-Ni bimetallic alloy crystals the crystal structures changes to a simple cubic structure. In this experiment, we have studied the order-disorder transition in Pt-Ni bimetallic nanocrystals. Pt/Ni thin films were deposited on sapphire(0001) substrates by e-beam evaporator and then Pt-Ni alloy were formed by RTA at 500, 600, and $700^{\circ}C$ in a vacuum environment and Pt-Ni nano particles were formed by RTA at $1059^{\circ}C$ in a vacuum environment. We measured the structure of Pt-Ni bimetallic alloy films using synchrotron x-ray diffraction and SEM.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.400-400
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• 2010

우리는 기본 진공 $10^{-11}\;Torr$의 UHV surface magneto-optical Kerr effect (SMOKE) 시스템을 quarter-wave plate를 사용하였던 기존의 방식에서 PEM (photo elastic modulator)를 사용하는 방식으로 장비의 기능을 향상시켰다. 기존 quarter-wave plate를 사용하는 방식의 경우 Kerr signal을 구하기 위해 편광자와 검광자를 수직으로 두어 광량을 0으로 만들어야 한다. 그러나 금속의 경우 대부분 가시광선 영역에서 큰 반사율 때문에 측정되는 광량이 편광자와 검광자를 거치면서 넓은 각도 범위에서 최소값을 갖기 때문에 정확한 영점을 잡는 데 한계가 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 우리는 PEM을 이용한 위상변조방식을 사용하였다. 위상변조 방식은 Kerr signal과 관계된 양을 PEM을 이용하여 50 kH ($1{\omega}$)와 100 kH ($2{\omega}$)의 진동 주파수에 공조시키고 이를 Lock-in-amplifier를 사용하여 탐지하기 때문에 좋은 sensitivity를 얻을 수 있을 뿐 아니라 Kerr ellipticity와 Kerr rotation을 동시에 측정할 수 있다. 자화에 필요한 전자석은 순철로 된 코어를 제작하여 챔버에 부착하였고 10 A에서 최대 7 kOe의 고자장을 얻을 수 있어 포화자화가 큰 물질에 대해서도 필요한 자성영역까지 측정이 가능하게 하였다. 또 저온 측정을 위해 SMOKE 샘플 홀더를 개조하여 액체 질소를 이용하여 100 K 근방의 영역에서 온도를 제어할 수 있도록 저온 장치를 구성하였다. 여기에서 샘플 근처에 위차한 e-beam heater가 장착된 고온 부분과 액체 질소 냉각, 온도감지를 위한 센서, cartridge heater가 장착된 저온 부분을 sapphire plate로 분리하여 저온용 cartridge heater의 파손을 최소화하였다. 이러한 SMOKE 시스템을 구성한 후에 우리는 Fe/Cr(001)시스템의 자성특성에 대해 연구하였다. Fe/Cr 시스템은 Fe/Cr/Fe의 exchange coupling이나 bulk Cr의 복잡한 자성 특성 때문에 주목을 받아왔다. 이 연구에서 우리는 저온 및 상온에서 Cr(001) 단결정 위에 증착된 Fe 박막의 자성 특성을 보고한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.305-305
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• 2013

태양전지는 무기태양전지와 유기태양전지 등이 연구 되고 있는데 [1] 그 중 유기물질의 장점(높은 수율, solution phase processing, 저비용으로 전력 생산)과 무기재료의 장점(높은 전자 이동도, 넓은 흡수 범위, 우수한 환경 및 열 안정성)을 융합함으로써 장기적 구조안정성의 확보와 광전변환의 고 효율화를 동시에 달성하기 위한 유기무기 하이브리드 태양전지가 최근 큰 관심을 끌고 있다[2]. 본 연구에서는 hybrid photovoltaics에 유기물 MDMO-PPV와 전도성 고분자 PEDOT:PSS를 무기물 GaN 위에 spin coating 하여 두께에 다른 효율을 측정하였다. 유기물 MDMO-PPV는 p-형으로 클로로벤젠, 톨루엔과 같은 유기 용매에 잘 녹으며 HOMO 5.33eV, LUMO 2.97eV, energy band gap 2.4eV이며 99.5%의 순도 물질을 사용하였다. 또한 정공 수송층(hole transport layer, HTL)으로 PEDOT:PSS를 사용하였으며, HOMO 5.0eV, LUMO 3.6eV, energy band gap 1.4eV를 가지며 증류수나 에탄올과 같은 수용성 용매에 잘 녹는 특성을 가지고 있다. 무기물은 III-V 족 물질 n-GaN(002)을 사용하였고 valence band energy 1.9eV, conduction band energy 6.3eV, energy band gap 3.4eV, 높은 전자 이동도와 높은 포화 속도, 광전자 소자에 유리한 광 전기적 특성을 가지고 있다. 기판으로는 GaN와 격자 부정합도와 열팽창계수 부정합도가 큰 Sapphire (Al2O3) 이종 기판을 사용하였다. 전극으로 Au를 사용하였으며 E-beam증착하였다. Reflector로서 Al를 thermal evaporator로 증착하였다 [3]. 실험 과정은 두께에 따른 효율을 알아보기 위해 MDMO-PPV를 900~1,500 rpm으로 spin coating 하였고, 열처리에 따른 효율을 알아보기 위해 열처리 온도 조건을 $110{\sim}170^{\circ}C$의 변화를 주었다. FE-SEM으로 표면과 단면을 관찰하였으며 J-V 특성을 알아보기 위해 각 샘플마다 solar simulator를 사용하여 측정하였고 그 결과를 논의하였다.