• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.21 no.2
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• pp.74-84
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• 2022

As the semiconductor industry develops, the difficulty of newly required process technology becomes difficult, and the importance of production yield and product reliability increases. As an effort to minimize yield loss in the manufacturing process, interests in the process defect process for facility diagnosis and defect identification are continuously increasing. This research observed the plasma condition changes in the multi oxide/nitride layer deposition (MOLD) process, which is one of the 3D-NAND manufacturing processes through optical emission spectroscopy (OES) and monitored the result of whether the change in plasma characteristics generated in repeated deposition of oxide film and nitride film could directly affect the film. Based on these results, it was confirmed that if a change over a certain period occurs, a change in the plasma characteristics was detected. The change may affect the quality of oxide film, such as the film thickness as well as the interfacial surface roughness when the oxide and nitride thin film deposited by plasma enhenced chemical vapor deposition (PECVD) method.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.361.2-361.2
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• 2014

Transition metal dichalcogenides (MoS2, WS2, WSe2, MoSe2, NbS2, NbSe2, etc.) are layered materials that can exhibit semiconducting, metallic and even superconducting behavior. In the bulk form, the semiconducting phases (MoS2, WS2, WSe2, MoSe2) have an indirect band gap. Recently, these layered systems have attracted a great deal of attention mainly due to their complementary electronic properties when compared to other two-dimensional materials, such as graphene (a semimetal) and boron nitride (an insulator). However, these bulk properties could be significantly modified when the system becomes mono-layered; the indirect band gap becomes direct. Such changes in the band structure when reducing the thickness of a WS2 film have important implications for the development of novel applications, such as valleytronics. In this work, we report for the controlled synthesis of large-area (~cm2) single-, bi-, and few-layer WS2 using a two-step process. WOx thin films were deposited onto a Si/SiO2 substrate, and these films were then sulfurized under vacuum in a second step occurring at high temperatures ($750^{\circ}C$). Furthermore, we have developed an efficient route to transfer these WS2 films onto different substrates, using concentrated HF. WS2 films of different thicknesses have been analyzed by optical microscopy, Raman spectroscopy, and high-resolution transmission electron microscopy.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.356.1-356.1
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• 2014

The Isolation of few-layered transition metal dichalcogenides has mainly been performed by mechanical and chemical exfoliation with very low yields. in particular, the two-dimensional layer of molybdenum disulfide (MoS2) has recently attracted much interest due to its direct-gap property and potential application in optoelectronics and energy harvesting. However, the synthetic approach to obtain high-quality and large-area MoS2 atomic thin layers is still rare. In this account, a controlled thermal reduction-sulfurization method is used to synthesize large-MoOx thin films are first deposited on Si/SiO2 substrates, which are then sulfurized (under vacuum) at high temperatures. Samples with different thicknesses have been analyzed by Raman spectroscopy and TEM, and their photoluminescence properties have been evaluated. We demonstrated the presence of mono-, bi-, and few-layered MoS2 on as-grown samples. It is well known that the electronic structure of these materials is very sensitive to the number of layer, ranging from indirect band gap semiconductor in the bulk phase to direct band gap semiconductor in monolayers. This synthetic approach is simple, scalable, and applicable to other transition metal dichalcogenides. Meanwhile, the obtained MoS2 films are transferable to arbitrary substrates, providing great opportunities to make layered composites by stacking various atomically thin layers.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.143-144
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• 2011

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 발광다이오드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 InGaN/GaN 양자 우물 구조는 푸른색, 녹색 발광다이오드 구현에 있어 우수한 물질적 특성을 가지고 있다고 알려져 있다. 하지만 우수한 물질적 특성에도 불구하고 고인듐 고품위 막질 성장의 어려움으로 인해 높은 효율의 녹색 발광다이오드 구현하는 것은 여전히 어려운 실정이다. 이를 극복하기 위한 대안 중에 하나인 선택 영역 박막성장법(Selective Area Growth)은 마스크 패터닝을 통해 열린 영역에서만 박막을 성장하는 방법으로써 인듐 함량을 향상 시킬 수 있는 방법으로 주목 받고 있다. 선택 영역 박막 성장법을 이용하여 GaN를 성장하기 위해 그림 1의 공정을 통하여 n-GaN층 위에 SiO2 마스크를 포토리소그라피와 Reactive Ion Etching (RIE)를 이용한 건식 식각 공정을 통해 형성한 후 Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) 장비를 이용하여 선택적으로 에피를 성장하였다. 성장된 마이크로 피라미드 발광다이오드 구조는 n-GaN 피라미드 구조위에 양자우물 및 p-GaN을 성장함으로써 p-GaN/MQW/n-GaN 구조를 갖는다. 이렇게 생성된 피라미드 구조의 에피를 이용하여 발광다이오드를 제작한 후 그에 대한 전기적, 광학적 특성을 측정하였다. 2인치 웨이퍼의 중심을 원점 좌표인 (0,0)으로 설정하였을 때 2인치 웨이퍼에서 좌표에 해당하는 위치에서의 Photoluminescence (PL) 측정한 결과 일반적인 구조의 발광다이오드의 경우 첨두치가 441~451nm인데 반해 피라미드 구조의 발광다이오드의 경우 첨두치가 558nm~563nm 임을 알 수 있었다. 이를 통해 피라미드 구조 발광다이오드의 경우 일반적인 구조의 발광다이오드에 비해 인듐의 함유량을 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 논문에서는 선택 영역 박막 성장법을 이용하여 마이크로 피라미드 InGaN/GaN 양자 우물 구조 구현과 광 전기적 특성에 대해 더 자세히 논의 하도록 하겠다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.178-178
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• 2011

군사용 장비의 전원장치, 인공위성, 해양개발용 등의 특정분야에 한정되어 이루어지던 열전물질에 대한 연구가 최근에는 에너지원의 다양화와 에너지 절약에 대한 필요성이 크게 대두됨에 따라 산업 폐열과 각종 열기관의 폐열 및 해수 온도차나 태양열과 같은 자연에너지를 이용하는 열전발전에 대한 연구로 영역이 확장되어 꾸준히 이루어지고 있다. 다양한 열전 재료 중에서 BixTey 계, BixSey 계, SbxTey 계, 혹은 이들의 합금계가 많이 연구되고 있다. 이 중에서 BixTey 계의 박막 성장 방법으로는 sputtering deposition, electrodeposition, flash evaporation, molecular beam epitaxy, chemical vapor deposition (화학적기상증착) 등이 있다. 이러한 다양한 방법들 중에서 화학적기상증착법은 양질의 두꺼운 막을 성장시킬 수 있음과 동시에 산업적인 생산에 적용될 수 있기 때문에 열전박막 증착을 위한 중요한 수단이 될 수 있을 것으로 생각되고 있다. 하지만 적절한 전구체(precursor)의 부족, tellurium (Te)의 재증발과 같은 문제점 때문에 화학적기상증착법을 이용한 BixTey 계 박막에 대한 전반적인 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 기판, 예를 들면, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiO2), 백금(Pt) 등, 에 화학적기상증착법을 이용하여 BixTey 계 박막을 성장시키고, 온도와 압력 등의 조건 변화에 따른 박막의 형상과조성, 구조적 특성에 관한 연구를 진행하였다. 특히, 성장 조건에 따른 박막의 형상 연구를 통하여 성장 기구에 관한 고찰을 진행할 수 있었다. 나아가 투과전자현미경 연구를 통하여 기판과 박막의 계면 특성과 개별 결정립이 가지는 미세구조적 특성에 관한 연구를 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.287.1-287.1
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• 2013

The Isolation of few-layered transition metal dichalcogenides has mainly been performed by mechanical and chemical exfoliation with very low yields. in particular, the two-dimensional layer of molybdenum disulfide (MoS2) has recently attracted much interest due to its direct-gap property and potential application in optoelectronics and energy harvesting. However, the synthetic approach to obtain high-quality and large-area MoS2 atomic thin layers is still rare. In this account, a controlled thermal reductionsulfurization method is used to synthesize large-MoOx thin films are first deposited on Si/SiO2 substrates, which are then sulfurized (under vacuum) at high temperatures. Samples with different thicknesses have been analyzed by Raman spectroscopy and TEM, and their photoluminescence properties have been evaluated. We demonstrated the presence of single-, bi-, and few-layered MoS2 on as-grown samples. It is well known that the electronic structure of these materials is very sensitive to the number of layer, ranging from indirect band gap semiconductor in the bulk phase to direct band gap semiconductor in monolayers. This synthetic approach is simple, scalable, and applicable to other transition metal dichalcogenides. Meanwhile, the obtained MoS2 films are transferable to arbitrary substrates, providing great opportunities to make layered composites by stacking various atomically thin layers.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.84-84
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• 2012

소자가 고집적화 됨에 따라, 비저항이 낮고 electro migration (EM), Stress Migration (SM) 특성이 우수한 구리(Cu)를 배선재료로서 사용하고 있다. 그러나, 구리는 Si과 $SiO_2$의 내부로 확산이 빠르게 일어나, Si 소자 내부에 deep donor level을 형성하고, 누설 전류를 증가시키는 등 소자의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 그러나, electroplating 을 이용하여 증착한 Cu 박막은 일반적으로 확산 방지막으로 쓰이는 TiN, TaN, 등의 물질과의 접착 (adhesion) 특성이 나쁘다. 따라서, Cu CMP 에서 증착된 Cu 박막의 벗겨지거나(peeling), EM or SM 저항성 저하 등의 배선에서의 reliability 문제를 야기하게된다. 따라서 Cu 와 접착 특성이 좋은 새로운 확산방지막 또는 adhesion layer의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 이러한 Cu 배선에서의 접착성 문제를 해결하고자 Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)을 이용하여 제조한 코발트(Co) 박막을 $Cu/TaN_x$ 사이의 접착력 개선을 위한 adhesion layer로 적용하려는 시도를 하였다. Co는 비저항이 낮고, Cu 와 adhesion이 좋으며, Cu direct electroplating 이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 수소 분위기에서 $C_{12}H_{10}O_6(Co)_2$ (dicobalt hexacarbonyl tert-butylacetylene, CCTBA) 전구체에 의한 MOCVD Co 박막의 경우 탄소, 산소와 같은 불순물이 다량 함유되어 있어, 비저항, surface roughness 가 높아지게 된다. 따라서 구리 전착 초기에 구리의 핵 생성(nucleation)을 저해하고 핵 생성 후에도 응집(agglomeration)이 발생하여 연속적이고 얇은 구리막 형성을 방해한다. 이를 해결하기 위해, MOCVD Co 박막 증착 시 수소 반응 가스에 암모니아를 추가로 주입하여, 수소/암모니아의 분압을 1:1, 1:6, 1:10으로 변화시켜 $Co/TaN_x$ 박막의 특성을 비교 분석하였다. 각각의 수소/암모니아 분압에 따른 $Co/TaN_x$ 박막을 TEM (Transmission electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), AES (Auger electron spectroscopy)를 통해 물성 및 조성을 분석하였고, AFM (Atomic force microscopy)를 이용하여, surface roughness를 측정하였다. 실험 결과, $Co/TaN_x$ 박막은 수소/암모니아 분압 1:6에서 90 ${\mu}{\Omega}-cm$의 낮은 비저항과 0.97 nm 의 낮은 surface roughness 를 가졌다. 뿐만 아니라, MOCVD 에 의해 증착된 Co 박막이4-6 % concentration 의 탄소 및 산소 함량을 가지는 것으로 나타났고, 24nm 크기의 trench 기판 위에 약 6nm의 $Co/TaN_x$ 박막이 매우 균일하게 형성된 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들은, 향후 $Co/TaN_x$ 박막이 Cu direct electroplating 공정이 가능한 diffusion barrier로서 성공적으로 사용될 수 있음을 보여준다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.351-352
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• 2011

그래핀(Graphene)은 2차원 평면구조의 $sp^2$ 탄소 결합으로 이루어진 물질이다. 일반적으로 그래핀은 탄소 원자 한층 정도의 얇은 두께를 가지면서 강철의 100배 이상 높은 강도, 다이아몬드보다 2배 이상 뛰어난 열 전도성, 그리고 규소보다 100배 이상 빠른 전자이동도 등의 매우 우수한 특성을 지닌다. 그래핀을 합성하거나 얻는 방법에는, 기계적 박리법(Micro mechanical exfoliation), 산화흑연(graphite oxide)을 이용한 reduced graphene oxide(RGO)방법과 탄화 규소(SiC)를 이용한 epitaxial growth 방법 등이 있지만, 대 면적화가 어렵거나 구조적 결함이 큰 문제점이 있다. 반면, 탄화수소(hydrocarbon)를 탄소 공급원으로 하는 열화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)은 구조적 결함이 상대적으로 적으면서 대 면적화가 가능하다는 이점 때문에 최근 가장 많이 이용되고 있는 방법이다. TCVD를 이용, 니켈, 몰리브덴, 금, 코발트 등의 금속에서 그래핀 합성연구가 보고되었지만, 대부분 수 층(fewlayer)의 그래핀이 합성되었다. 하지만, 구리 촉매를 이용하는 것이 단층 그래핀 합성에 매우 효율적이라는 연구결과가 보고되었다. 구리의 경우, 낮은 탄소융해도(solubility of carbon) 때문에 표면에서 self limiting 과정을 통하여 단층 그래핀이 합성된다. 그러나 단층 그래핀 일지라도 면저항(sheet resistance)이 매우 높고, 이론적 계산값에 비해 전자이동도(electron mobility)가 낮게 측정된다. 이러한 원인은 구조적 결함에서 기인된 것으로써 산업으로의 응용을 어렵게 만들기 때문에 양질의 단층 그래핀 합성연구는 필수적이다[1,2]. 본 연구에서는 TCVD를 이용하여 구리 포일(25 ${\mu}m$, Alfa Aeser) 위에 메탄가스를 탄소공급원으로 하여 수소를 함께 주입하고, 메탄가스의 양과 합성시간, 열처리 시간을 조절하면서 균일한 단층 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀을 $SiO_2$ (300 nm)기판위에 전사(transfer)후 라만 분광법(raman spectroscopy)과 광학 현미경(optical microscope)을 통하여 분석하였다. 그 결과, 열처리 시간이 증가할수록 촉매로 사용된 구리 포일의 grain size가 커짐을 확인하였으며, 구리 포일 위에 합성된 그래핀의 grain size는, 구리 포일의 grain size에 의존하여 커짐을 확인하였다. 또한 동일한 grain 내의 그래핀은 균일한 층으로 합성되었다. 이는 기계적 박리법, RGO 방법, epitaxial growth 방법으로 얻은 그래핀과 비교하여 매우 뛰어난 결정성을 지님이 확인되었다. 본 연구를 통하여 면적이 넓으면서도 결정성이 매우 뛰어난 양질의 단층 그래핀 합성 방법을 확립하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.58 no.2
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• pp.235-247
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• 2020

Simulation study and validation on 50 L/hr pilot-scale Bunsen process was carried out in order to investigate thermodynamics parameters, suitable reactor type, separator configuration, and the optimal conditions of reactors and separation. Sulfur-Iodine is thermochemical process using iodine and sulfur compounds for producing hydrogen from decomposition of water as net reaction. Understanding in phase separation and reaction of Bunsen Process is crucial since Bunsen Process acts as an intermediate process among three reactions. Electrolyte Non-Random Two-Liquid model is implemented in simulation as thermodynamic model. The simulation results are validated with the thermodynamic parameters and the 50 L/hr pilot-scale experimental data. The SO₂ conversions of PFR and CSTR were compared as varying the temperature and reactor volume in order to investigate suitable type of reactor. Impurities in H₂SO₄ phase and HI_X phase were investigated for 3-phase separator (vapor-liquid-liquid) and two 2-phase separators (vapor-liquid & liquid-liquid) in order to select separation configuration with better performance. The process optimization on reactor and phase separator is carried out to find the operating conditions and feed conditions that can reach the maximum SO₂ conversion and the minimum H₂SO₄ impurities in HI_X phase. For reactor optimization, the maximum 98% SO₂ conversion was obtained with fixed iodine and water inlet flow rate when the diameter and length of PFR reactor are 0.20 m and 7.6m. Inlet water and iodine flow rate is reduced by 17% and 22% to reach the maximum 10% SO₂ conversion with fixed temperature and PFR size (diameter: 3/8", length:3 m). When temperature (121℃) and PFR size (diameter: 0.2, length:7.6 m) are applied to the feed composition optimization, inlet water and iodine flow rate is reduced by 17% and 22% to reach the maximum 10% SO₂ conversion.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.8 no.5
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• pp.377-382
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• 1998

Atomic layer deposition(ALD) of amorphous TiN films on $SiO_2$ between 17$0^{\circ}C$ and 21O$^{\circ}C$ has been investigated by alternate supply of reactant sources, Ti[N($C_2,H_5,CH_3)_2]_4$ [tetrakis(ethylmethylamminoltitanium: TEMAT] and $NH_3$. Reactant sources were injected into the reactor in the order of TEMAT vapor pulse, Ar gas pulse, $NH_3$. gas pulse and Ar gas pulse. Film thickness per cycle was saturated at around 1.6 monolayer(MU per cycle with sufficient pulse times of reactant sources at 20$0^{\circ}C$. The results suggest that film thickness per cycle could be beyond 1 MLicycie in ALD, which were explained by rechemisorption mechanisms of reactant sources. The ideal linear relationship be¬tween number of cycles and film thickness is confirmed. As a results of surface limited reactions of ALD, step cover¬age was excellent. Particles caused by the gas phase reactions between TEMAT and NH3 were almost free because TEMAT was seperated from $NH_3$ by the Ar pulse. In spite of relatively low substrate temperature, carbon impurity was incorporated below 4 at%.