• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.370-370
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• 2011

I-III-IV2족의 Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 3단계(three-stage) 동시증발공정을 통하여 약 19.9%의 최고의 효율을 보유하고 있다. 3단계 공정에 있어 IV2족 Se의 증발 속도 또는 증착압력은 우선 배향성 제어 및 표면 미세구조 영향 등에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 CIGS 박막 합성을 위한 3단계 공정에서 각 단계별 Se 분압의 변화를 주어, 각 공정 단계에서 Se 분압의 변화가 CIGS 박막의 미세구조 및 셀 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 3단계 공정에서 Cu, In, Ga 분압은 고정시키고, Se 분압의 크기 순서대로 1, 2, 3으로 변화시켜 CIGS 박막을 제조하였다. 이 박막의 미세구조, 특히, 우선 배향성, 표면의 기공, 결정성을 제어 하기 위하여 3단계 공정에서 1st stage 이후 Se 분압을 증가시키는 방법($3{\rightarrow}1$, $2{\rightarrow}1$)과 1st stage 이 후 Se 분압을 감소시키는 방법($1{\rightarrow}3$, $1{\rightarrow}2$)을 적용하여 비교하였다. 그 결과 3단계에서 1st stage 이후 Se 분압을 증가시킴으로써 (220)/(204)의 우선 배향성을 촉진시키며, 결정성을 개선하였고, 1st stage 이후 Se 분압을 감소시킴으로써 CIGS 박막 표면의 기공을 제거하고, 결정성을 향상시켰다. 이렇게 1st stage이 후 Se 분압을 증가시킴으로써 (220)/(204)의 우선 배향성의 촉진과 결정성 개선은 단락 전류(Jsc)를 증가시켰으며, 1st stage 이후 Se 분압을 감소시킴으로써 CIGS 박막 표면의 기공을 제거와 결정성 개선은 개방전압(Voc)의 증가효과를 가져왔다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.174-174
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• 2003

ZnO는 상온에서 3.36 eV의 wide band gap과 60 meV의 큰 엑시톤 결합 에너지를 가지며, GaN(28 meV)와 ZnSe(19 meV)와 같은 wide band gap 재료와 비교해서 가장 우수한 exciton emission을 가진다. 이러한 특성 때문에 UV 레이저 및 LED와 같은 광학소자로서 그 응용의 잠재성이 높다. 박막의 우수한 광학적 특성과 결정성을 개선하기 위해 다양한 공정조건(RF 파워, 공정압력, 산소분압, 온도)에서 마그네트론 스퍼터링을 이웅하여 Si 기판상에 ZnO 박막을 성장 하였다. 또한, 저온 self-buffer를 이용하여 박막의 광학적 특성과 결정성을 더욱 개선 할 수 있었다. RF 파워와 공정압력은 박막의 PL(phothluminescehce) 특성이나 결정성에는 큰 영향을 주지 않았고 산소분압은 PL intensity의 변화를 가져왔으며, 온도는 결정성에 큰 영향을 주었다. 산소 분압이 증가 할수록 비화학량론적(산소 공공, 침입형 아연) 결함으로 인한 visiable 영 역의 peak 의 강도가 감소하는 것을 관찰하였다. 온도가 증가할수록 박막의 결정성에 나쁜 영향을 주었는데 저온 self-buffer를 도입하므로써 ZnO 박막의 결정성과 PL특성을 함께 개선하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2011.05a
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• pp.139-139
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• 2011

DC magnetron sputtering과 DC pulsed magnetron sputtering을 이용하여 공정 압력별, $O_2$ 분압별, 온도등의 증착조건에 따른 IGZO 박막의 특성을 조사하였다. Working pressure 따른 deposition rate 측정한 결과 동일 파워 적용 시 DC magnetron sputtering 대비하여 DC pulsed magnetron sputtering 은 약 84% 수준에 머물렀으며, IGZO 박막 내에 $O_2$의 분압비가 증가함에 따라 투과도는 단파장 영역에서 장파장 영역으로 갈수록 상승 경향을 보였다. 캐리어 농도와 이동도 등 전기적 특성도 증가하는 경향을 보였다. 온도에 따른 전기적 특성을 비교 해 본 결과 상온과 $150^{\circ}C$ 영역에서는 유의차가 없었으며, DC pulsed magnetron sputtering의 경우 $50^{\circ}C$ 영역에서 변곡점이 형성됨을 알수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.08a
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• pp.137-137
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• 2009

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.475-475
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• 2013

Cuprous oxide ($Cu_2O$)는 밴드갭이 2.17 eV p-type 산화물 반도체로써 태양에너지 변환기, photocatalysis (광촉매작용), 센서, 스위칭 메모리 등 응용이 다양한 재료이다. 산화물 반도체의 기본 특성은 나노/마이크로 범위 안에서 재료의 표면형태, 크기, 구조와 형상 공간방향등에 크게 영향을 받는다. 그렇기 때문에 원하는 $Cu_2O$ 특성을 얻기 위해서 성장 거동을 아는 것은 매우 중요하다. RF 마그네트론 스퍼터법으로 rod 성장 사례는 잘 알려지지 않았다. 그래서 RF 마그네트론 스퍼터법 $Cu_2O$ rod 형성 실험을 통하여 $Cu_2O$ 형성과 성장 거동을 알아보았다. RF 마그네트론 스퍼터법으로 $Cu_2O$ rod를 glass 기판 위에 Cu metal target을 이용하여 형성시켰다. $Cu_2O$ rod 합성을 위해 기판온도 및 산소분압 O2/(Ar+O2)=3%, 5%, 7% 증착시간 등을 변화시켜 실험하였다. 성장된 rod의 분석은 XRD, SEM으로 확인하였다. 성장 거동은 증착온도와 증착시간에 차이를 보였다. 증착온도 $550^{\circ}C$에서 rod가 생성되는 것을 관찰하였다. 증착시간이 길어질수록 rod 길이가 길어지고 일정 시간이 지나면 rod의 길이 성장보다는 두께(폭)가 성장하는 것을 확인하였다. 증착온도 $550^{\circ}C$ 그리고 산소분압 3%, 5%, 7% 조건에서 rod 합성 실험을 하였을 때 3%, 5% 조건에서 rod의 성장을 확인하였다. 이때 3%, 5% 산소분압에 따라 rod의 모양이 변화하였다. 하지만 7% 조건에서는 rod가 성장하지 않았다. 이유는 3%, 5%에서는 Cu metal peak을 확인하였지만, 7% 조건에서는 Cu metal peak이 없었다. 이로부터 Cu metal이 $Cu_2O$ rod 생성에 영향을 미치는 중요한 요소임을 예상할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.256-256
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• 2010

투명전극부터 디스플레이 산업에 이르기까지 광범위하게 응용되어지고 있고 개발되어지고 있는 투명전도산화물(TCO)은 ZnO, In2O3, SnO2 등을 기본으로 하는 n-type 재료가 대부분이다. 그러나 투명전도 산화물을 이용한 light emitting diode(LED), 투명한 태양전지, p-형 TFT와 같은 투명전자소자의 개발을 위해서는 p-type 소재가 필수적이다. p-type TCO 소재는 비교적 연구 개발 실적이 매우 부진한 실정이었다. 1997년 넓은 밴드갭을 가지는 ABO2(delafossite) 산화물이 p-type으로서 안정적이라는 것을 보고함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 ABO2 형태를 가진 Delafossite구조 산화물이 가장 유망한 p-type 투명전도체 소재로 거론되고 있다. Delafossite 구조가 p-type 투명전도체에 적합한 결정구조인 이유는 밴드갭이 넓고 공유결합에 유리하기 때문이다. Delafossite구조는 상온에서 2종류의 polytype(상온에서 Rhombohedaral구조와 hexagonal 구조)이 존재하며 이들은 각각 3R 및 2H의 결정 구조를 가지고 있다. ABO2의 delafossite구조에서 Cu+의 배열은 c-축을 따라 Cu-O-Cr-O-Cu의 연속적인 층 구조로서 2차원연결로 보여 진다. 보고된 Cu- base delafossite구조를 가지는 재료들은 CuAlO2, CuGaO2, CuInO2 등 여러가지가 있다. 본 연구에서는 PLD를 이용하여 c-plane 사파이어 기판위에 성장된 delafossite구조인 CuCrO2박막의 특성을 알아보았다. p-type 특성을 위하여 CuCrO2에 Zn를 첨가하였으며 그에 따른 구조적 전기적 특성을 조사하였다. 성장온도와 산소분압을 $500{\sim}700^{\circ}C$, 0~10mTorr로 변화시켜 특성을 연구하였다. 성장온도 $700^{\circ}C$, 산소분압 10mTorr에서 c-plane 사파이어 기판위에 c-축 배향의 에피성장된 CuCrO2:Zn 박막을 얻을 수 있었다. Mg를 도핑함에 따른 p-type 특성보다 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 동일한 조건임에도 특정한 이차상의 존재를 통해 도핑된 Zn의 위치를 추측할 수 있었다. 온도와 분압에 따른 결정성과 표면상태를 SEM을 통해서 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.282.2-282.2
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• 2014

Cr의 함량과 주입 가스의 유량 비율을 변화하여 ZnCrO 박막의 구조적 특성에 미치는 영향과 그것이 자기적 특성에 관여하는 상관관계 등에 관하여 조사하였다. ZnCrO 박막을 Pt/Ti/Al2O3 기판 위에 Sputter법으로 증착하였으며, 이 때 양질의 ZnCrO 박막을 제작하기 위하여 산소 분압 변화에 따른 박막의 표면 및 구조적 특성을 관찰하였다. 아르곤과 산소 분압이 1 : 1 (Ar : O2=15 sccm : 15 sccm) 이었을 경우, 가장 매끄러운 표면을 갖고 또한 구조적으로도 안정된 ZnCrO 박막을 얻을 수 있었다. 동일한 조건에서 Cr 함량을 변화시켜 본 결과, Cr 함량이 작아질수록 자기적 특성이 향상되는 것이 관측되었다. 즉, Cr의 함량이 감소할수록 Cr 입자 1개 당 유효 자화도가 증가하는 것이 관측되었는데, 이러한 결과는 Cr 함량 변화에 따는 ZnCrO 박막의 결정 자기이방성 변화에 따른 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.252-253
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• 2014

비정질 ITZO 박막은 ITZO(In:Sn:Zn= 8:1:1, 6:2:2, 4:3:3, 2:4:4) 타겟을 이용하여 상온에서 RF 마그네트론 스퍼터링 법으로 제조 되었다. ITZO 박막의 물성을 알아보기 위하여 조성별, 산소 분압별 및 열처리에 따른 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석하였다. 박막 실험 결과를 바탕으로 ITZO(4:3:3) 박막을 채널 층으로 이용하여 성공적으로 박막 트랜지스터를 제작 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.254-255
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• 2014

RF magnetron sputtering법으로 증착한 비정질 IGZO 박막과 이를 Active layer로 이용한 TFT의 Transfer 특성에 대한 RF Power의 영향에 대해 연구하였다. Carrier concentration은 Sputtering 공정 중에 산소 분압으로 조절하였다. RF Power가 75에서 150W로 증가할수록 IGZO 박막의 Roughness는 12.2에서 $6.5{\AA}$ 감소하였고 Density는 6.0에서 $6.1g/cm^3$로 증가하였다. 또한, 모든 IGZO 박막은 가시광 영역에서 85% 이상의 투과율을 보였고 Optical band gap은 미세하게 감소하였다. RF Power가 증가할수록 a-IGZO TFT의 Threshold voltage는 0.9에서 7V로 증가하였고, Subthreshold slope은 0.3에서 0.8 V/decade로 증가하였다. 하지만 Mobility는 11에서 $19cm^2/V{\cdot}s$로 증가하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.207-207
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• 2013

증착온도 $700^{\circ}C$, 산소분압30mTorr에서 c-plane 사파이어 기판위에 PLD를 이용하여 ZnO nano-rod를 합성하였다. 거리가 멀어질수록 rod의 직경과 증착율이 감소하는 것을 확인 하였다. 이는 ablated particle이 가진 kinetic energy가 감소되고, cluster ion의 형성으로 인해 고온에서 rod가 형성될 수 있는 것으로 이해된다. 고진공에서는 kinetic energy가 감소되기 어렵기 때문에 nano-rod shape 형성은 불가능 할 것이며, ZnO와 같은 wurtzite 구조를 가진 물질의 타겟을 사용하여 cluster 형성 분위기에서 증착한다면 비슷한 경향을 나타낼 것으로 예상된다.