• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권2호
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• pp.494-500
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• 2014

Indium-doped zinc oxide nanocrystals (IZO NCs), capped with stearic acid (SA) of different sizes, were synthesized using a hot injection method in a noncoordinating solvent 1-octadecene (ODE). The ligand exchange process was employed to modify the surface of IZO NCs by replacing the longer-chain ligand of stearic acid with the shorter-chain ligand of butylamine (BA). It should be noted that the ligand-exchange percentage was observed to be 75%. The change of particle size, morphology, and crystal structures were obtained using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and X-ray diffraction pattern results. In our study, the 5 nm and 10 nm IZO NCs capped with stearic acid (SA-IZO) were ligand-exchanged with butylamine (BA), and were then spin-coated on a thermal oxide ($SiO_2$) gate insulator to fabricate a thin film transistor (TFT) device. The films were then annealed at various temperatures: $350^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, and $600^{\circ}C$. All samples showed semiconducting behavior and exhibited n-channel TFT. Curing temperature dependent on mobility was observed. Interestingly, mobility decreases with the increasing size of NCs from 5 to 10 nm. Miller-Abrahams hopping formalism was employed to explain the hopping mechanism insight our IZO NC films. By focusing on the effect of size, different curing temperatures, electron coupling, tunneling rate, and inter-NC separation, we found that the decrease in electron mobility for larger NCs was due to smaller electronic coupling.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.334-334
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• 2012

Transparent oxide semiconductors have recently attracted much attention as channel layer materials due to advantageous electrical and optical characteristics such as high mobility, high stability, and good transparency. In addition, transparent oxide semiconductor can be fabricated at low temperature with a low production cost and it permits highly uniform devices such as large area displays. A variety of thin film transistors (TFTs) have been studied including ZnO, InZnO, and InGaZnO as the channel layer. Recently, there are many studies for substitution of Ga in InGaZnO TFTs due to their problem, such as stability of devices. In this work, new quaternary compound materials, tantalum-indium-tin oxide (TaInSnO) thin films were fabricated by using co-sputtering and used for the active channel layer in thin film transistors (TFTs). We deposited TaInSnO films in a mixed gas (O2+Ar) atmosphere by co-sputtering from Ta and ITO targets, respectively. The electric characteristics of TaInSnO TFTs and thin films were investigated according to the RF power applied to the $Ta_2O_5$ target. The addition of Ta elements could suppress the formation of oxygen vacancies because of the stronger oxidation tendency of Ta relative to that of In or Sn. Therefore the free carrier density decreased with increasing RF power of $Ta_2O_5$ in TaInSnO thin film. The optimized characteristics of TaInSnO TFT showed an on/off current ratio of $1.4{\times}108$, a threshold voltage of 2.91 V, a field-effect mobility of 2.37 cm2/Vs, and a subthreshold swing of 0.48 V/dec.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.427-431
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• 2018

본 논문에서는 최근 전력반도체 산업에서 활용되어지는 와이드밴드갭 반도체 중에 하나인 $Ga_2O_3$를 이용한 에피웨이퍼 성장에 관련되어 서술하였다. GaN 성장시 활용되어지는 HVPE법을 이용하여 Sn이 도핑된 $Ga_2O_3$ 기판웨이퍼에 평균 $5.3{\mu}m$ 두께로 성장시켰다. 일반적으로 화합물반도체의 에피 두께가 $5{\mu}m$일 경우 SiC의 경우 600V 전력반도체소자를 제작할 수 있으며, $Ga_2O_3$ 에피웨이퍼의 경우에는 1000V이상의 전력소자를 제작할 수 있다. 성장된 에피웨이퍼의 J-V 측정 결과 $2.9-7.7m{\Omega}{\cdot}cm^2$의 온저항을 얻을 수 있었으며, 역방향의 경우 상당히 높은 전압에서도 누설전류가 거의 없음을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.194-195
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• 2012

박막 실리콘 태양전지에 입사한 빛 중 흡수층인 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si)에 흡수된 빛은 출력으로 변환되나, 기타의 층에서 흡수된 빛은 손실 성분이 된다. 이 중 흡수 손실이 큰 층은 도핑 층(p-a-SiC 및 n-a-Si)들인데, 이 들의 흡수 손실을 측정된 광학함수를 이용해 계산해 보면 Fig. 1과 같이 나타난다. p-a-SiC은 광 입사부에 위치하여 단파장 영역의 흡수 손실을 일으키고, n-a-Si 은 태양전지의 후면에 위치하여 장파장 영역의 흡수손실을 일으킨다. 이러한 도핑층에서의 흡수 손실을 제거 또는 개선하기 위해 도핑층의 재료를 기존 재료보다 광학적 밴드갭이 큰 재료로 대체하여 개선하는 방안에 대해 논하고자 한다. 금속 산화물의 밴드갭은 실리콘 화합물에 비하여 대체로 큰 값을 가지기 때문에 이를 기존의 실리콘 화합물 대신으로 사용한다면 광학적 흡수 손실을 효과적으로 줄일 수 있다. 단, 이때 태양전지의 광 전압을 결정하는 인자가 p층과 n층 사이의 일함수 차이에 해당하므로, p층의 대체층으로 사용 가능한 금속 산화물은 일함수가 큰(＞5 eV) 재료 중에서 선택하는 것이 적합하며, n층의 대체층으로 사용 가능한 금속 산화물은 일함수가 작은(＜ 4.2 eV) 재료 중에서 선택하는 것이 적합하다. Table 1에서 p층과 n층 대체용 금속산화물의 후보들을 정리하였다. 먼저 도핑층에서의 광 흡수가 광손실이 될 수 밖에 없는 물리적 근거에 대해서 논하고, 그 실험적인 증명을 제시한다. 이러한 개념을 바탕으로 도핑층의 내부 전기장의 방향을 제어하여 전자-정공쌍을 분리 수집하는 방법을 실험적으로 구현하였다. 이어서 금속 산화물을 부분적으로 대체하여 흡수 손실을 개선하는 방안을 제시한다. WOx, NiOx, N doped ZnO 등을 적용하여 그 효과를 비교 검토하였다. 끝으로 금속산화믈 대체 또는 쇼트키 접합을 적용하여 도핑층의 광 흡수를 줄이고 효율을 향상하는 방안을 제시한다. 그 사례로서 WOx, MoOx, LiF/Al의 적용결과를 살펴보고 추가 개선방안에 대해 토의할 것이다. 결론적으로 광학적 밴드갭이 큰 재료를 도핑층 대신 사용하여 흡수 손실을 줄이는 것이 가능하다는 것을 알 수 있고, 이 때 일함수 조건이 만족이 되면 광 전압의 손실도 최소화할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다. 현재까지 연구의 한계와 문제점을 정리하고, 추가 연구에 의한 개선 가능성 및 실용화 개발과의 연관관계 등을 제시할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.291.1-291.1
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• 2016

Graphene by one of the two-dimensional (2D) materials has been focused on electronic applications due to its ultrahigh carrier mobility, outstanding thermal conductivity and superior optical properties. Although graphene has many remarkable properties, graphene devices have low on/off current ratio due to its zero bandgap. Despite considerable efforts to open its bandgap, it's hard to obtain appropriate improvements. To solve this problem, heterojunction barristor was proposed based on graphene. Mostly, this heterojunction barristor is made by transition metal dichalcogenides (TMDs), such as molybdenum disulfide ($MoS_2$) and tungsten diselenide ($WSe_2$), which have extremely thickness scalability of TMDs. The heterojunction barristor has the advantage of controlling graphene's Fermi level by applying gate bias, resulting in barrier height modulation between graphene interface and semiconductor. However, charged impurities between graphene and $SiO_2$ cause unexpected p-type doping of graphene. The graphene's Fermi level modulation is expected to be reduced due to this p-doping effect. Charged impurities make carrier mobility in graphene reduced and modulation of graphene's Fermi level limited. In this paper, we investigated theoretically and experimentally a relevance between graphene's Fermi level and p-type doping. Theoretically, when Fermi level is placed at the Dirac point, larger graphene's Fermi level modulation was calculated between -20 V and +20 V of $V_{GS}$. On the contrary, graphene's Fermi level modulation was 0.11 eV when Fermi level is far away from the Dirac point in the same range. Then, we produced two types heterojunction barristors which made by p-type doped graphene and graphene treated 2.4% APTES, respectively. On/off current ratio (32-fold) of graphene treated 2.4% APTES was improved in comparison with p-type doped graphene.

• 한국세라믹학회지
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• 제47권5호
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• pp.450-456
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• 2010

During the process of synthesizing green celsian pigments, attempts were made to replace a given amount of $BaCO_3$ with $SrCO_3$ to accelerate the hexagonal to monoclinic celsian phase transition, which was assumed to promote color development. Monoclinic celsian have been synthesized from Hongkong-Kaolin, $BaCO_3$, $SrCO_3$, $Al(OH)_3$, $SiO_2$ and $SrCO_3$ with 1 to 1.5 wt% of LiF as a mineralizer from 1100 to $1300^{\circ}C$. It was found that replacing $BaCO_3$ with $SrCO_3$ allowed monoclinic celsian to be formed at a lower temperature. While the pigments containing 1 mole of $BaCO_3$ were difficult to synthesize monoclinic celsian with absence of the mineralizer, the formation of monoclinic celsian was successfully achieved even without mineralizer by using 0.25 mole of $SrCO_3$ at $1250^{\circ}C$ for 1 h. The color development was improved from yellowish green to green with increasing amount of $SrCO_3$ being replaced.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.180-180
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• 2015

Solution processed Resistive random access memory (ReRAM)은 간단한 공정 과정, 고집적도, 저렴한 가격, 대면적화 플라즈마 데미지 최소화 등의 장점으로 차세대 비휘발성 메모리로 써 많은 관심을 받고 있으며, 주로 high-k 물질인 HfOx, TiOx, ZnO 가 이용 된다. IGZO와 ZTO와 같은 산화물 반도체는 높은 이동도, 대면적화, 넓은 밴드갭으로 인하여 투명한 장점으로 LCDs (Liquid crystal displays)에 이용 가능하며, 최근에는 IGZO와 ZTO에서 Resistive Switching (RS) 특성을 확인한 논문이 보고되면서 IGZO와 ZTO를 ReRAM의 switching medium와 TFT의 active material로써 동시에 활용하는 것에 많은 관심을 받고 있다. 이와 같은 산화물 반도체는 flat panel display 회로에 TFT와 ReRAM의 active layer로써 집적가능 하며 systems-on-panels (SOP)에 적용 가능하다. 하지만 IGZO 보다는 ZTO가 In과 Ga을 포함하지 않기 때문에 저렴하다. 그러므로 IGZO를 대신하는 물질로 ZTO가 각광 받고 있다. 본 실험에서는 ZTO film에 Al을 doping하여 메모리 특성을 평가하였다. 실험 방법으로는 p-type Si에 습식산화를 통하여 SiO2를 300 nm 성장시킨 기판을 사용하였다. 그리고 Electron beam evaporator를 이용하여 Ti를 10 nm, Pt를 100 nm 증착 한다. 용액은 Zn와 Tin의 비율을 1:1로 고정한 후 Al의 비율을 0, 0.1, 0.2의 비율로 용액을 각각 제작하였다. 이 용액을 이용하여 Pt 위에 spin coating방법을 이용하여 1000 rpm 10초, 6000 rpm 30초의 조건으로 AZTO (Al-ZnO-Tin-Oxide) 박막을 증착한 뒤, solvent 및 불순물 제거를 위하여 $250^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 진행하였다. 이후 Electron beam evaporator를 이용하여 top electrode인 Ti를 100 nm 증착하였다. 제작된 메모리의 전기적 특성은 HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 측정하였다. 측정 결과, AZTO (0:1:1, 0.1:1:1, 0.2:1:1)를 이용하여 제작한 ReRAM에서 RS특성을 얻었으며 104 s이상의 신뢰성 있는 data retention특성을 확인하였다. 그리고 Al의 비율이 증가할수록 on/off ratio가 증가하고 endurance 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 결론적으로 Al을 doping함으로써 ZTO film의 메모리 특성을 향상 시켰으며 AZTO film을 메모리와 트랜지스터의 active layer로써 활용 가능할 것으로 기대된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.223-223
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• 2003

광통신에는 광신호의 전송과 광신호 처리에 처리 과정에서 광 손실을 수반하므로 각 요소별로 광신호 증폭이 반드시 필요하다. 또한 광통신망의 완전 광화를 위해서는 제조 공정이 간단하여 가격이 저렴하고, 높은 신뢰성과 높은 증폭 효율을 가지면서 다른 부품과의 집적화가 가능한 광도파로형 광증폭기가 요구되고 있다 그러나 실리카는 광통신 파장대인 1.55$\mu\textrm{m}$대역의 증폭이 가능한 Er 이온에 대한 용해도가 50ppm 이하로 낮아 lmol% 이상 고농도로 Er 이온을 첨가하여 높은 증폭 효율을 얻는데 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Er 이온에 대하여 높은 용해 특성을 가지고 있어 고농도 Er 이온 도핑이 가능한 알루미나에 Er을 1-2 mol% 첨가하여 광발광 특성을 조사하였다. Er이 첨가된 알루미나 나노 졸은 Al(NO$_3$)$_3$ㆍ9$H_2O$와 Er(NO$_3$)$_3$.5$H_2O$가 일정 양 용해된 수용액에 NH$_4$OH를 가하여 침전물을 얻고 여과 및 수세하여 졸 입자의 함량이 약 5wt%가 되게 이온교환수와 해교제인 초산을 소량 가하여 10$0^{\circ}C$에서 약 50시간 열처리하는 방법으로 제조하였다. Er이 첨가된 알루미나 코팅막은 Er 이 첨가된 알루미나 나노 졸에 GPS(3-glycidoxypropyltriethoxysilane)를 Al에 대하여 7 mol% 가하여 스핀 코팅법으로 제조하였다. Si 기판에 코팅하고, 상온에서 90$0^{\circ}C$까지 각 1시간 열처리한 코팅막의 광 발광 특성은 Er 이온의 첨가량과 열처리로 변화된 알루미나 코팅막의 결정상과 연계하여 논의 될 것이다. X-선 회절법으로 분석한 알루미나 코팅막의 온도에 따른 결정상은 boehmite 상에서 약 50$0^{\circ}C$이후에 ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$로 전이하고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.98-98
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• 2011

수직으로 정렬된 1차원 나노구조는 입사되는 빛에 대하여 반사율을 줄일 수 있는 유효 굴절률 profile을 갖고 있어, 태양광소자 및 광전자소자의 성능을 향상시키기 위해 널리 응용되어 왔으며, 이러한 수직으로 정렬된 1차원 나노구조를 제작하는 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 화학적 방법으로 성장시킨 산화아연 나노로드(ZnO nanorod)는 비교적 간단하고 저렴한 제작공정을 통해서 높은 결정성을 갖는 수직형 1차원 나노구조체로 이용 할 수 있다. 한편, 효과적인 무반사(antireflection) 층을 제작하기 위해서는 표면에서 발생되는 Fresnel 반사율을 낮춰야 하는데, 이를 위해서 입사되는 매질에서 기판 사이의 유효 굴절률이 연속적이고, 점진적인 변화가 필요하다. 이에 본 연구에서는 무반사 특성향상을 위해서 실리콘 (Si) 기판위에 tapered 산화아연 나노로드를 화학적으로 성장시켜 반사율 특성을 분석하였다. 실험을 위해, 먼저 Si 기판에 AZO (Al doped ZnO) seed 층을 RF magnetron 스퍼터를 사용해 증착한 후, zinc nitrate $Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$과 hexamethylentetramines으로 혼합된 용액에 담가두어 산화아연 나노로드를 성장시켰다. Tapered 산화아연 나노로드를 형성하기 위해 용액의 온도를 서서히 낮춤으로 산화아연나노로드의 끝을 뾰족하게 제작할 수 있었다. 한편, 이론적으로 AZO seed 층의 두께에 대한 반사 스펙트럼을 rigorous coupled wave analysis (RCWA) 계산법을 통해서 시뮬레이션을 수행하였으며, 최적화된 AZO seed 층의 두께를 결정하여, 그 위에 tapered 산화아연 나노로드를 성장시켜 반사율을 측정하여 무반사 특성 향상을 확인 할 수 있었다. 또한, 태양광소자 응용을 위해, 표준 AM1.5G 태양광 스펙트럼을 고려한 solar weighted reflection을 계산하였다.

• 한국진공학회지
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• 제7권3호
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• pp.267-267
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• 1998

ECR plasma CVD를 이용한 SiOF박막은 낮은 유전상수를 가지고 있으며, 기존의 공정과의 정합성이 우수해 다층배선 공정에 채용이 유망한 재료이지만 수분의 흡수로 인한 유전율의 상승과 후속공정의 안정성이 문제점으로 부각되고 있다. 따라서 본 연구에서는 SiOF박막의 내흡습성과 후속공정에서의 안정성을 향상시키기 위하여 SiOF박막을 증착한 후 후속 산소 플라즈마 처리를 행하였다. SiOF박막은 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 SiOF박막의 밀도가 증가하고, 수분과의 친화력이 강한 Si-F 결합이 감소하는 것이 주요한 원인으로 사료된다. 하지만 플라즈마 처리 시간이 5분 이상으로 증가하면 유전율의 증가가 일어난다. 따라서 본 실험에서는 산소 플라즈마 처리조건이 마이크로파 전력이 700W, 공정 압력이 3mTorr, 기판온도가 300℃일 경우 플라즈마 처리시간은 3분이 적당한 것으로 생각 된다.봉？향상시키기 위하여 SiOF박막을 증착한 후 후속 산소 플라즈마 처리를 행하였다. SiOF박막은 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 SiOF박막의 밀도가 증가하고, 수분과의 친화력이 강한 Si-F 결합이 감소하는 것이 주요한 원인으로 사료된다. 하지만 플라즈마 처리 시간이 5분 이상으로 증가하면 유전율의 증가가 일어난다. 따라서 본 실험에서는 산소 플라즈마 처리조건이 마이크로파 전력이 700W, 공정 압력이 3mTorr, 기판온도가 300℃일 경우 플라즈마 처리시간은 3분이 적당한 것으로 생각된다.