• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권2호
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• pp.417-423
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• 2011

A series of new quinoxaline-based thiophene copolymers (PQx2T, PQx4T, and PQx6T) was synthesized via Yamamoto and Stille coupling reactions. The $M_ws$ of PQx2T, PQx4T, and PQx6T were found to be 20,000, 12,000, and 29,000, with polydispersity indices of 2.0, 1.2, and 1.1, respectively. The UV-visible absorption spectra of the polymers showed two distinct absorption peaks in the ranges 350 - 460 nm and 560 - 600 nm, which arose from the ${\pi}-{\pi}^*$ transition of oligothiophene units and intramolecular charge transfer (ICT) between a quinoxaline acceptor and thiophene donor. The HOMO levels of the polymer ranged from -5.37 to -5.17 eV and the LUMO levels ranged from -3.67 to -3.45 eV. The electrochemical bandgaps of PQx2T, PQx4T, and PQx6T were 1.70, 1.71, and 1.72 eV, respectively, thus yielding low bandgap behavior. PQx2T, PQx4T, and PQx6T had open circuit voltages of 0.58, 0.42, and 0.47 V, and short circuit current densities of 2.9, 5.29 and 9.05 mA/$cm^2$, respectively, when $PC_{71}BM$ was used as an acceptor. For the solar cells with PQx2T-PQx6T:$PC_{71}BM$ (1:3) blends, an increase in performance was observed in going from PQx2T to PQx6T. The power conversion efficiencies of PQx2T, PQx4T, and PQx6T devices were found to be 0.69%, 0.73%, and 1.80% under AM 1.5 G (100 mW/$cm^2$) illumination.

• 한국진공학회지
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• 제20권2호
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• pp.77-85
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• 2011

실리콘(Si)에 비해 상대적으로 밴드 갭이 작고, 열전도도가 낮으며, 기존의 Si 반도체 공정 기술과 호환이 가능한 실리콘-게르마늄(SiGe) 합금은 트랜지스터, 광수신 소자, 태양전지, 열전 소자 등 다양한 전자 소자에서 사용되고 있다. 본 논문에서는 SiGe 합금이 전자소자에 응용되는 원리 및 응용과 관련된 기술적인 논제들을 고찰한다. Si에 비해 밴드 갭이 작은 게르마늄(Ge)이 그 구성 원소인 SiGe 합금의 밴드 갭은 Si과 Ge의 분률과 상관없이 항상 Si의 밴드 갭 보다 작다. 이러한 SiGe의 작은 밴드 갭은 전류 이득의 손실 없이 베이스 두께를 감소시키는 것을 가능하게 하여 바이폴라 트랜지스터의 동작속도를 향상시킨다. 또한, Si이 흡수하지 못하는 장파장 대의 빛을 SiGe이 흡수하여 광전류를 생성하게 함으로써 태양전지의 변환효율을 증가시킨다. 질량이 서로 다른 Si 및 Ge 원소의 불규칙적인 분포에 의해 발생하는 포논 산란 효과 때문에 SiGe 합금은 순수한 Si 및 Ge과 비교할 때 낮은 열전도도를 갖는다. 낮은 열전도도 특성의 SiGe 합금은 전자 소자 구조 내에서의 열 손실을 억제하는데 효과가 있으므로 Si 반도체 공정 기반의 열전 소자의 구성 물질로서 활용이 기대된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.5-5
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• 2009

Thin-film-transistors (TFTs) that can be prepared at low temperatures have attracted much attention because of the great potential for transparent and flexible electronics. One of the mainstreams in this field is the use of organic semiconductors such as pentacene. But device performance of the organic TFTs is still limited due to low field-effect mobility and rapid degradation after exposing to air. Alternative approach is the use of amorphous oxide semiconductors as a channel. Amorphous oxide semiconductors (AOSs) based TFTs showed the fast technological development, because AOS films can be fabricated at room temperature and exhibit the possibility in application like flexible display, electronic paper, and larges solar cells. Among the various AOSs, a-IGZO has lots of advantages because it has high channel mobility, uniform surface roughness and good transparency. [1] The high mobility is attributed to the overlap of spherical s-orbital of the heavy post-transition metal cations. This study demonstrated the effect of the variation in channel thickness from 30nm to 200nm on the TFT device performance. When the thickness was increased, turn-on voltage and subthreshold swing was decreased. The a-IGZO channels and source/drain metals were deposited with shadow mask. The a-IGZO channel layer was deposited on $SiO_2$/p-Si substrates by RF magnetron sputtering, where RF power is 150W. And working pressure is 3m Torr, at $O_2/Ar$ (2/28 sccm) atmosphere. The electrodes were formed with electron-beam evaporated Ti (30 nm) and Au (70 nm) bilayer. Finally, Al (150nm) as a gate metal was thermal-evaporated. TFT devices were heat-treated in a furnace at 250 $^{\circ}C$ and nitrogen atmosphere for 1hour. The electrical properties of the TFTs were measured using a probe-station. The TFT with channel thickness of 150nm exhibits a good subthreshold swing (SS) of 0.72 V/decade and on-off ratio of $1{\times}10^8$. The field effect mobility and threshold voltage were evaluated as 7.2 and 8 V, respectively.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.137-137
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• 2009

Thin-film transistors (TFTs) that can be prepared at low temperatures have attracted much attention due to the great potential for flexible electronics. One of the mainstreams in this field is the use of organic semiconductors such as pentacene. But device performance of the organic TFTs is still limited by low field effect mobility or rapidly degraded after exposing to air in many cases. Another approach is amorphous oxide semiconductors. Amorphous oxide semiconductors (AOSs) have exactly attracted considerable attention because AOSs were fabricated at room temperature and used lots of application such as flexible display, electronic paper, large solar cells. Among the various AOSs, a-IGZO was considerable material because it has high mobility and uniform surface and good transparent. The high mobility is attributed to the result of the overlap of spherical s-orbital of the heavy pest-transition metal cations. This study is demonstrated the effect of thickness channel layer from 30nm to 200nm. when the thickness was increased, turn on voltage and subthreshold swing were decreased. a-IGZO TFTs have used a shadow mask to deposit channel and source/drain(S/D). a-IGZO were deposited on SiO2 wafer by rf magnetron sputtering. using power is 150W, working pressure is 3m Torr, and an O2/Ar(2/28 SCCM) atmosphere at room temperature. The electrodes were formed with Electron-beam evaporated Ti(30nm) and Au(70nm) structure. Finally, Al(150nm) as a gate metal was evaporated. TFT devices were heat treated in a furnace at $250^{\circ}C$ in nitrogen atmosphere for an hour. The electrical properties of the TFTs were measured using a probe-station to measure I-V characteristic. TFT whose thickness was 150nm exhibits a good subthreshold swing(S) of 0.72 V/decade and high on-off ratio of 1E+08. Field effect mobility, saturation effect mobility, and threshold voltage were evaluated 7.2, 5.8, 8V respectively.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.289-289
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• 2013

While there are plenty of studies on synthesizing semiconducting germanium nanowires (Ge NWs) by vapor-liquid-solid (VLS) process, it is difficult to inject dopants into them with uniform dopants distribution due to vapor-solid (VS) deposition. In particular, as precursors and dopants such as germane ($GeH_4$), phosphine ($PH_3$) or diborane ($B_2H_6$) incorporate through sidewall of nanowire, it is hard to obtain the structural and electrical uniformity of Ge NWs. Moreover, the drastic tapered structure of Ge NWs is observed when it is synthesized at high temperature over $400^{\circ}C$ because of excessive VS deposition. In 2006, Emanuel Tutuc et al. demonstrated Ge NW pn junction using p-type shell as depleted layer. However, it could not be prevented from undesirable VS deposition and it still kept the tapered structures of Ge NWs as a result. Herein, we adopt $C_2H_2$ gas in order to passivate Ge NWs with carbon sheath, which makes the entire Ge NWs uniform at even higher temperature over $450^{\circ}C$. We can also synthesize non-tapered and uniformly doped Ge NWs, restricting incorporation of excess germanium on the surface. The Ge NWs with carbon sheath are grown via VLS process on a $Si/SiO_2$ substrate coated 2 nm Au film. Thin Au film is thermally evaporated on a $Si/SiO_2$ substrate. The NW is grown flowing $GeH_4$, HCl, $C_2H_2$ and PH3 for n-type, $B_2H_6$ for p-type at a total pressure of 15 Torr and temperatures of $480{\sim}500^{\circ}C$. Scanning electron microscopy (SEM) reveals clear surface of the Ge NWs synthesized at $500^{\circ}C$. Raman spectroscopy peaked at about ~300 $cm^{-1}$ indicates it is comprised of single crystalline germanium in the core of Ge NWs and it is proved to be covered by thin amorphous carbon by two peaks of 1330 $cm^{-1}$ (D-band) and 1590 $cm^{-1}$ (G-band). Furthermore, the electrical performances of Ge NWs doped with boron and phosphorus are measured by field effect transistor (FET) and they shows typical curves of p-type and n-type FET. It is expected to have general potentials for development of logic devices and solar cells using p-type and n-type Ge NWs with carbon sheath.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권2호
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• pp.71-75
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• 2023

본 연구에서는 열화학기상증착법을 이용한 세슘계 무기 페로브스카이트의 성장기판에 따른 결정 구조의 변화 및 광학적 특성을 비교 분석하였다. 무기 페로브스카이트 결정은 CsBr과 PbBr₂를 전구체로 사용하여 SiO₂/Si와 c-Al₂O₃ 기판 위에 동일한 조건으로 CsPbBr₃를 성장하였다. 비정질 구조를 가진 SiO₂ 표면에서는 Cs₄PbBr₆-CsPbBr₃ 혼합상의 결정 입자가 성장하였으며, 단결정 구조인 c-Al₂O₃ 기판에서는 CsPbBr₃ (100) 결정 면방향이 우세한 단일상의 박막이 형성되었다. 광학적 분석 결과 CsPbBr₃는 약 91 meV의 반치폭을 갖고 약 534 nm 중심의 발광특성을 보였으며, Cs₄PbBr₆-CsPbBr₃ 혼합구조에서는 청색 변이에 의해 523 nm의 발광 및 6.88 ns의 빠른 광 소결시간을 확인하였다. 열화학기상증착법을 이용한 페로브스카이트의 결정구조의 제어 및 광특성의 변화는 디스플레이, 태양 전지, 광센서 등 다양한 광전 소자에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.306-313
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• 2014

나노다공성 $TiO_2$ 필름은 주로 염료감응형 태양전지의 작동전극으로 사용된다. 지금까지 염료감응형 태양전지의 광전환효율을 높이기 위해 $TiO_2$ 나노구조체에 대한 다양한 연구가 시도되어왔다. 본 연구에서는 수열합성법을 이용하여 FTO glass 위에 루타일 $TiO_2$ 나노로드를 수직적으로 성장시켰고 그 위에 아나타제 $TiO_2$ 필름을 재 합성하였다. 이 새로운 방법은 아나타제 $TiO_2$ 합성시 요구되는 시드층 합성단계를 피할 수 있었다. 밀집한 아나타제 $TiO_2$ 층은 전자생성층으로써 고안되었고 시드층 대신 합성된 루타일 $TiO_2$ 나노로드는 생성된 전자들이 FTO glass로 이동하는 통로역할을 하게 되었다. 전자이동률을 증진시키기 위해 루타일 나노로드에 $TiCl_4$ 수용액을 이용하여 표면 처리하였고 열처리 후 표면 위에 얇은 아나타제 $TiO_2$ 필름을 형성시켰다. 합성된 루타일-아나타제 $TiO_2$ 구조체의 두께는 $4.5-5.0{\mu}m$이고 셀 테스트 결과 3.94%의 광전환효율을 얻게 되었다. 이는 루타일 $TiO_2$ 나노로드 전극과 비교했을 때 광전환효율이 상당히 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.100.2-100.2
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• 2010

Superstrate형 실리콘 박막 태양전지에서 전면전극으로 사용되는 투명전도막의 표면형상은 태양전지내로 입사하는 태양광의 표면산란에 영향을 미치며 표면산란 증가를 통한 광 포획 및 단락전류밀도 향상을 통하여 태양전지 효율을 증대시키는 중요한 역할을 한다. 기존에 실리콘박막 태양전지용으로 많이 사용되는 상용 Asahi-U형 투명전도막은 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 산란특성이 낮아 실리콘 박막 태양전지의 고효율화에 한계점이 있었다. 최근에 Asahi-U형 투명전도막을 대신하여 ZnO계 투명전도막을 전면전극으로 사용하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며 Al을 토핑원소로 사용하는 ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성과 수소플라즈마 안정성 및 저 비용 등의 우수한 장점을 갖고 있다. 스퍼터링 방식으로 제조된 ZnO:Al 투명전도막의 표면형상은 일반적으로 증착 후 습식식각을 통하여 조절되며 식각 전 박막의 미세구조에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 또한 습식 식각 이후의 표면거칠기에 따라 다양한 광학적, 전기적 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 in-line RF-magnetron sputter 장비를 이용하여 다양한 공정조건하에서 ZnO:Al 투명전도막을 제조하고 증착된 박막의 미세구조 특성에 따른 습식식각 이후의 표면형상 변화 및 전기적 광학적 특성 변화를 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.159-159
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• 2009

RF 스퍼터링법을 이용하여 유리기판위에 ZnO:Al 박막을 증착하고 다양한 조건 하에서 후 열처리를 실시하여 이에 따른 박막의 구조적, 전기적 및 광학적 특성과 HCl 습식 식각 후의 표면형상 변화를 조사하였다. ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성, 수소 플라즈마 안정성 및 저 비용 등으로 실리콘 박막 태양전지 전면 전극용으로 많은 관심을 받고 있다. 기존의 비정질 실리콘 박막 태양전지용으로 많이 사용되고 있는 상용 Asahi-U형 ($SnO_2:F$) 투명전도막의 경우는 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 낮은 산란특성으로 인하여 실리콘 박막 태양전지의 고효율화를 위한 적용에 한계를 나타내고 있다. 이를 개선하기 위하여 스퍼터링법으로 우수한 전기적 특성을 갖는 ZnO:Al 박막을 제조한 후 습식 식각을 통한 표면형상 변화를 통하여 입사광의 산란특성을 향상시키는 방법이 개발되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 2.5 wt%의 $Al_2O_3$가 함유된 ZnO 타겟을 이용하여 ZnO:Al 박막을 RF 스퍼터링으로 증착한 후 $N_2$ 분위기와 진공 분위기 하에서 다양한 시간과 온도에 따라 후열처리를 하여 열처리 전 박막과의 물질 특성을 상호 비교하고 1%로 희석된 HCl로 습식 식각하여 열처리 전 박막의 구조적 특성이 습식 식각 후의 박막 표면형상 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 이로부터 후열처리를 통한 ZnO:Al 투명전도막의 특성을 최적화하고 Asahi-U형 투명전도막과의 특성 비교를 통하여 실리콘 박막 태양전지용 전면전극으로의 적용 가능성을 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.339-342
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• 2007

$Cu(In_{1-x}Ga_{x})Se_2$(CIGS)는 매우 큰 광흡수계수를 가지고 있으므로 박막형 태양전지의 광흡수층 재료로서 많은 연구가 진행되고 있다. 박막이 태양전지의 광흡수층으로 이용되기 위해서는 큰 결정크기와 평탄한 표면, 적당한 전기적 특성을 가져야 한다. 이러한 특성들은 CIGS 박막의 조성에 큰 영향을 받고 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 동시증발법을 이용하여 Cu/(In+Ga) 비를 0.9로 고정한 후 Ga 조성(Ga/(In+Ga)의 비 : 0.32, 0.49, 0.69, 0.8, 1)을 변화시켜 Wide band gap CIGS 박막태양전지를 만들었다. 기판은 soda line glass를 사용하였고 뒷면 전극으로는 Mo를 스퍼터링법으로 증착하였다. 또한 버퍼층으로는 기존에 쓰이고 있는 CdS를 CBD(Chemical Bath Deposition)법으로 층착시켰으며, 윈도우층으로는 i-ZnO/n-ZnO를 스파터링 법으로 층착하였다. 그리고 앞면전극으로는 Al을 E-beam 으로 증착하였다. 분석은 XRD, SEM, QE로 분석하였다. 위 실험에서 얻은 결과로는 Ga/(In+Ga)비가 증가할수록 Cu(In,Ga)Se2 박막은 회절 peak들이 큰 회절각으로 이동하였고, 이것은 Ga 원자와 In 원자의 원자반경의 차이에서 기인된 것으로 사료된다. 또한 Ga 조성이 증가할수록 단파장 쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있으며, Voc가 증가하다가 에너지 밴드캡이 1.62 eV 이상에서는 Voc가 감소하는 것을 볼 수 있는데 이것은 Ga 조성이 증가할수록 에너지 밴드캡이 커지면서 defect level 이 존재하기 때문인 것으로 사료된다. Ga/(In+Ga)비가 1일 때의 변환효율은 8.5 %이고， Voc : 0.74 (V), Jsc : 17.2 ($mA/cm^{2}$), F.F : 66.6(%) 이다.