• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.23 no.2
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• pp.25-38
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• 2020

Photoelectrochemical water splitting has been considered as the most promising technology for generating hydrogen energy. Transition metal dichalcogenide (TMD) compounds have currently attracted tremendous attention due to their outstanding ability towards the catalytic water-splitting hydrogen evolution reaction (HER). Herein, we report the synthesis method of various transition metal dichalcogenide including MoS₂, MoSe₂, WS₂, and WSe₂ nanosheets as excellent catalysts for solar-driven photoelectrochemical (PEC) hydrogen evolution. Photocathodes were fabricated by growing the nanosheets directly onto Si nanowire (NW) arrays, with a thickness of 20 nm. The metal ion layers were formed by soaking the metal chloride ethanol solution and subsequent sulfurization or selenization produced the transition metal chalcogenide. They all exhibit excellent PEC performance in 0.5 M H₂SO₄; the photocurrent reaches to 20 mA cm^-2 (at 0 V vs. RHE) and the onset potential is 0.2 V under AM1.5 condition. The quantum efficiency of hydrogen generation is avg. 90%. The stability of MoS₂ and MoSe₂ is 90% for 3h, which is higher than that (80%) of WS₂ and WSe₂. Detailed structure analysis using X-ray photoelectron spectroscopy for before/after HER reveals that the Si-WS₂ and Si-WSe₂ experience more oxidation of Si NWs than Si-MoS₂ and Si-MoSe₂. This can be explained by the less protection of Si NW surface by their flake shape morphology. The high catalytic activity of TMDs should be the main cause of this enhanced PEC performance, promising efficient water-splitting Si-based PEC cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.179-179
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• 2012

국내에는 나노 분말 제조를 위한 RF 열플라즈마 시스템 제조 기술이 확보되어 있지 않고, 또한 나노 파우더 제조를 위한 공정 기술 역시 외국 업체에 전적으로 의존하고 있다. 본 연구에서는 나노 분말 제조를 위한 RF 열 플라즈마 토치 시스템 개발과 고품질의 나노 파우더 합성 공정 기술을 확립하여 필요 기관에 제공하는데 있다. 80 kW RF Plasma torch system의 설계 및 제작을 위해 플라즈마 Simulator인 CFD-ACE+를 이용하여 플라즈마 토치 및 반응로 내의 온도 분포, 유체 유동, 열전달 등의 해석을 통해 플라즈마 토치 및 반응로의 반경 및 길이, 구조의 설계 값을 도출하여 반응로를 설계하여 RF 파워, RF 플라즈마 토치(Torch), 반응기(Reactor), 사이클론(Cyclone), 포집부(Collector), 열교환기 및 진공배기 시스템으로 구성하였다. Si 나노 소재의 경우, 이차전지 음극재에 적용이 가능한 대표적인 소재로서 높음 비용량과 충/방전시 부피팽창을 감소시킬 수 있어 이차전지의 고용량 구현을 위해서는 가장 중요한 소재중 하나로 많은 관심 재료로 평가 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 상용화된 Si 원료 powder를 사용하여 고상 분체 공급 장치를 통하여 고온의 플라즈마를 통과시켜 기상화 및 결정화과정을 통해 Si 나노분말을 제조하였다. 공정 변수로서 공정압력 및 플라즈마 power, Gas의 변화량에 따른 나노 분말의 제조 특성에 대한 실험을 진행한 후 제조된 나노 분말을 비표면적측정(BET) 및 SEM 측정 결과 분석을 통하여 시스템 특성을 파악하였으며 제조된 Si 나노 파우더는 이차전지 음극재로서 770 mAh/g의 용량과 93%@50 cycle 수준의 유지율을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.387-387
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• 2012

결정 Si 및 비정질 Si 태양전지는 환경친화적이며 안정적인 물질로 전력변환 및 에너지 저장 장치에 중요하기 때문에 연구가 활발하게 진행되고 있다. 고효율 Si 태양전지를 제작하여 상용화하기에는 여러 가지 문제점이 있다. 공기와 비교하여 높은 굴절률을 갖고 있기 때문에 발생하는 반사를 줄이기 위해서 필요한 무반사 코팅층(Anti-reflective coating; ARC)은 주로 SiO2 와 SiNx 와 같은 유전체를 이용하여 사용하지만 이들 ARC 증착은 PECVD와 같은 진공장비를 사용하므로 제작 비용이 높아지는 단점이 있다. 나노선 또는 나노 팁과 같은 sub-wavelength 구조를 표면에 만들어 반사율을 줄이는 작업을 통해 ARC 공정비용을 감소하고 효율을 증진하는 연구가 활발히 진행되고 있다. CdS 양자점을 태양전지 표면에 형성함으로 ARC로 해결할 수 없는 단파장영역에 해당하는 부분을 줄이는 연구가 진행되었으며, 비정질의 경우 원기둥 형태의 태양전지 형태와 더불어 지름 방향으로의 PN 접합 나노로드 배열을 만들어 흡수면을 증가하여 효율을 증가한 연구도 진행되었다. 태양전지 표면의 형태를 V-groove 형태로 형성하여 입사하는 태양전지의 광밀도를 증가하는 이론적 결과도 발표되었다. 본 연구에서는 Si 태양전지의 표면변형에 따른 태양전지의 전력변환효율의 변화를 관찰하기 위하여 태양전지 표면의 texture 지름을 $3{\sim}15{\mu}m$, 간격을 $5{\sim}20{\mu}m$로 변화하고, 태양전지 표면의 나노 패턴을 2~10 nm 로 변화하여 반사율과 전력변환효율을 비교하였다. 나노와 마이크로 패턴은 각각 polystyrene nanosphere 와 photo mask를 이용하여 제작하였으며 PN junction Si 태양전지는 spin on dopant 방식으로 제작하여 성능을 조사하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1226-1227
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• 2008

In this study, a single p-type Si nanowire - Au nanoparticles nano floating gate memory (NFGM) device is successfully fabricated and characterized their memory effects by comparison of electrical characteristics of p-type Si nanowire-based field effect transistor (FET) devices with Au nanoparticles embedded in the $Al_2O_3$ gate materials and without the Au nanoparticles. Drain current versus gate voltage ($I_{DS}-V_{GS}$) characteristics of a single p-type Si nanowire - Au nanoparticle NFGM device show counterclockwise hysteresis loops with the threshold voltage shift of ${\Delta}V_{th}$= 3.0 V. However, p-type Si nanowire based top-gate device without Au nanoparticles does not exhibit a threshold voltage shift. This behavior is ascribed to the presence of the Au nanoparticles, and is indicative of the trapping and emission of electrons in the Au nanoparticles.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.17 no.2
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• pp.86-93
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• 2014

Mesoporous tin oxide (meso-$SnO_2$) with 5 nm mesopore and well-aligned $SnO_2$ nanowire-bundles with 5~7 nm diameters were prepared by template synthesis method. In addition to meso-$SnO_2$, meso-$SnO_2$/$SiO_2$, which has almost the same structure as meso-$SnO_2$ including $SiO_2$ used as the template were prepared by the modification of template synthesis. X-ray diffraction, N2 adsorption-desorption isotherms, transmission electron microscopy observed structures of meso-$SnO_2$ and meso-$SnO_2$/$SiO_2$. Although the meso-$SnO_2$/$SiO_2$ showed some positive evidences to suppress the volume change of meso-$SnO_2$ through cyclic voltammogram, electrochemical impedance spectroscopy, and voltage profiles during cycling, its cycle life was not improved highly to address modified structural effects. Thus, further study might be done to control the nanostructure of meso-$SnO_2$/$SiO_2$ for enhanced cycle performance.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.31 no.3
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• pp.103-111
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• 2021

Hexagonal shape Si crystals were grown by the mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method of mixing solid materials such as Si, Al and Ga. In the newly designed atmospheric pressure mixed-source HVPE method, nuclei are formed by the interaction between GaCl_n, AlCl_n and SiCl_n gases at a high temperature of 1200℃. In addition, it is designed to generate a precursor gas with a high partial pressure due to the rapid reaction of Si and HCl gas. The properties of hexagonal Si crystals were investigated through scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), high-resolution X-ray diffraction (HR-XRD), and Raman spectrum. From these results, it is expected to be applied as a new material in the Si industry.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.6
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• pp.395-402
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• 2011

The nanomechanical properties of fully lithiated and unlithiated silicon nanowire deposited on silicon substrate have been studied with atomic force microscopy. Silicon nanowires were synthesized using the vapor-liquid-solid process on stainless steel substrates using Au catalyst. Fully lithiated silicon nanowires were obtained by using the electrochemical method, followed by drop-casting on the silicon substrate. The roughness, derived from a line profile of the surface measured in contact mode atomic force microscopy, has a smaller value ($0.65{\pm}0.05$ nm) for lithiated silicon nanowire and a higher value ($1.72{\pm}0.16$ nm) for unlithiated silicon nanowire. Force spectroscopy was utilitzed to study the influence of lithiation on the tip-surface adhesion force. Lithiated silicon nanowire revealed a smaller value (~15 nN) than that of the Si nanowire substrate (~60 nN) by a factor of two, while the adhesion force of the silicon nanowire is similar to that of the silicon substrate. The elastic local spring constants obtained from the force-distance curve, also shows that the unlithiated silicon nanowire has a relatively smaller value (16.98 N/m) than lithiated silicon nanowire (66.30 N/m) due to the elastically soft amorphous structures. The frictional forces of lithiated and unlithiated silicon nanowire were obtained within the range of 0.5-4.0 Hz and 0.01-200 nN for velocity and load dependency, respectively. We explain the trend of adhesion and modulus in light of the materials properties of silicon and lithiated silicon. The results suggest a useful method for chemical identification of the lithiated region during the charging and discharging process.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.2
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• pp.179-182
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• 2001

Al$_2$O$_3$-5 vol% SiC 나노복합재료의 sinter plus HIP에 의한 치밀화시 일어나는 기공의 변화에 초점을 두어 치밀화 거동을 관찰하였다. $Al_2$O$_3$-SiC 시편은 질소분위기 중의 상압소결과 이후의 열간정수압소결(HIP)에 의해 완전치밀화가 이루어졌다. 155$0^{\circ}C$의 상압소결에 의해서는 90%의 비교적 낮은 상대밀도가 얻어졌으나, 기공의 폐기공화로 이후의 열간정수압소결(HIP)에 의해 99.6%의 완전치밀화가 가능하였다. 상압소결한 시편을 X-선 회절기와 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 선택적으로 시편 표면부에서만 SiAl$_{6}$O$_2$N$_{6}$과 AlN 등으로 이루어진 치밀화된 반응층을 확인할 수 있었으며, 이러한 표면 반응층이 비교적 낮은 상대밀도의 시편내의 모든 기공을 폐기공화하는 효과를 주는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2002.11a
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• pp.150-150
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• 2002

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.21 no.3
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• pp.67-71
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• 2014

An attempt to grow high quality GaN on silicon substrate using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), herein GaN epitaxial layers were grown on various Si(111) substrates. Thin Platinum layer was deposited on Si(111) substrate using sputtering, followed by thermal annealing to form Pt nano-clusters which act as masking layer during dry-etched with inductively coupled plasma-reactive ion etching to generate nano-patterned Si(111) substrate. In addition, micro-patterned Si(111) substrate with circle shape was also fabricated by using conventional photo-lithography technique. GaN epitaxial layers were subsequently grown on micro-, nano-patterned and conventional Si (111) substrate under identical growth conditions for comparison. The GaN layer grown on nano-patterned Si (111) substrate shows the lowest crack density with mirror-like surface morphology. The FWHM values of XRD rocking curve measured from symmetry (002) and asymmetry (102) planes are 576 arcsec and 828 arcsec, respectively. To corroborate an enhancement of the growth quality, the FWHM value achieved from the photoluminescence spectra also shows the lowest value (46.5 meV) as compare to other grown samples.