• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권3호
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• pp.283-291
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• 2010

리튬이온전지의 음전극으로 사용하기 위해 주로 알카리 수열합성법과 열처리에 의해 제조되는 $TiO_2$ 나노튜브의 전기화학적 특성에 관한 연구결과를 조사하여, 그 충방전 특성을 분석하였다. 현재까지 리튬과 $TiO_2$의 전기화학반응으로 생성되는 $Li_xTiO_2$의 이론용량인 $335mAh\;g^{-1}$(x=1)를 초과하는 최대방전용량 $338mAh\;g^{-1}$(x=1.01)을 $TiO_2(B)$ 상을 갖는 나노튜브가 나타내었다. 이것은 리튬의 자가확산이 활성에너지 0.48 eV 정도로 느리므로 이보다 확산거리가 짧도록 $TiO_2$ 나노튜브의 구조를 조정하여 리튬 수송이 원활하도록 하였기 때문이다. 또한 $TiO_2$ 나노튜브 구조체는 벌크상은 물론 표면에서의 뛰어난 이온저장성 때문에 리튬이온전지의 음전극 소재뿐만 아니라 고출력 특성이 필요한 커페시터 소자의 전극소재로도 활용할 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.296-301
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• 2023

고온 운전이 가능한 고체산화물 연료전지의 최대의 장점은 내부개질을 통한 연료의 다양성에 있다. 하지만 기존의 Ni/SYZ전극은 탄소침적에 대한 단점을 가지고 있고, 이를 해결하기 위해 페로브스카이트 구조의 연료극 개발이 진행되었다. 본 연구에서는 페로브스카이트 대체 연료극의 낮은 전기전도도 및 촉매활성을 향상시키기 위해 rGO(reduced graphene oxide)를 Sr_0.92Y_0.08TiO₃(SYT)와 혼합하여 연료극에 대한 성능 평가를 진행하였다. Ni/YSZ(yttria stabilized zirconia)와 SYT에 1wt%rGO를 첨가하여 연료극을 합성하였다. 고온 산화조건에서 전극 제조 후 rGO의 유무 확인은 XPS 및 라만 분석을 통해 확인하였다. rGO/SYT 연료극은 rGO 대비 H₂에서 3배, CH₄에서 6배의 매우 큰 성능 향상을 보여주었다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권2호
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• pp.349-356
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• 2017

본 연구에서는 $TiO_2$ nanotube 광촉매의 고도산화처리능을 비교하기 위해서 OH 라디칼 생성력을 평가하고자 하였다. 자외선 조사에 따른 Probe compound인 4-Chlorobenzoic acid (pCBA)의 농도 감소에 따라 OH radical 생성량을 산정하는 방법으로 광촉매 효율을 평가하였는데, $TiO_2$ nanotube 표면에서의 전자의 흐름을 원활하게 하기 위하여 전기적 에너지를 주었을 시 광촉매 효율의 증가 가능성 또한 확인하고자 자외선 조사 시 전류밀도를 인가하는 방법으로 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 $TiO_2$ nanotube는 전극효과를 부여하기 위해 양극산화법으로 티타늄판을 이용하여 제조하였으며, pCBA 용액에는 전도도를 부여하기 위하여 NaCl을 첨가하여 전해질로 사용하였다. 정전류 정전압 조건하에서 자외선조사 실험을 진행하였으며, 전류가 흐르는 광촉매에 자외선 조사 시 OH 라디칼 생성량은 광촉매 없이 자외선만 조사하였을 때에 비해 약 5.6배, $TiO_2$ 광촉매와 함께 자외선을 조사하였을 보다 약 2.2배 증가하였다. 결과적으로 광촉매반응에 전기적 에너지를 부여하였을 시 시너지효과를 가져올 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제20권5호
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• pp.221-226
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• 2010

메칠멜캅탄($CH_3SH$) 가스를 검출하는 수정진동자(QCM) 가스센서를 QCM의 전극에 $TiO_2$ 나노입자와 전해질 폴리머를 증착하여 제조하였다. LBL-SA법에 의해 제조된 $TiO_2$/PSS 박막은 높은 비표면적을 나타내었고, 가스센서의 감도를 증가시켰다. 1.0 ppm의 농도를 갖는 메칠멜캅탄에 노출된 TEA 혹은 $TiO_2$/PSS 막이 증착된 QCM의 주파수 변이는 각각 약 9 Hz, 2 Hz 였다. ($TiO_2$/PSS) 박막의 증착수가 늘어남에 따라 제조된 박막의 비표면적이 증가하게 되어 QCM 센서의 주파수 변이도 점차적으로 증가하였다. 추가적으로 메칠멜캅탄 가스의 농도가 0.5 ppm에서 2.0 ppm으로 높아짐에 따라 QCM 센서의 주파수 변화도 증가되었다. 본 연구에서는, ($TiO_2$/PSS) 박막이 증착된 QCM 센서의 표면구조의 변화와 센서 특성을 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.255-255
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• 2016

Resistive random access memory (ReRAM)는 낮은 동작 전압, 빠른 동작 속도, 고집적화 등의 장점으로 인해 차세대 비휘발성 메모리 소자로써 많은 관심을 받고 있다. 최근에 ReRAM 절연막으로 NiOx, TiOx, AlOx TaOx, HfOx와 같은 binary metal oxide 물질들을 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, HfOx는 안정적인 동작 특성을 나타낸다는 점에서 ReRAM 절연막 물질로 적합하다고 보고되고 있다. ReRAM 절연막을 형성할 때, 물리 기상 증착 방법 (PVD)이나 화학 기상 증착법 (CVD)과 같은 방법이 많이 이용된다. 이러한 증착 방법들은 고품질의 박막을 형성시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만, 높은 온도에서의 공정과 고가의 진공 장비가 이용되기 때문에 경제적인 문제가 있으며, 기판 또는 금속에 플라즈마 손상으로 인한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 문제점들을 개선하기 위해 용액 공정이 많은 관심을 받고 있다. 용액 공정은 공정과정이 간단할 뿐만 아니라 소자의 대면적화가 가능하고 공정온도가 낮으며 고가의 진공장비가 필요하지 않은 장점을 가진다. 따라서 본 연구에서는, 용액공정을 이용하여 HfOx 기반의 ReRAM 제작하였고 $25^{\circ}C$와 $85^{\circ}C$에서 ReRAM의 동작특성에 미치는 compliance current의 영향을 평가하였다. 실험 방법으로는, hafnium chloride (0.1 M)를 2-methoxyethanol에 충분히 용해시켜서 precursor를 제작하였다. 이후, p-type Si 기판 위에 습식산화를 통하여 300 nm 두께의 SiO2 절연층을 성장시킨 후, 하부전극을 형성하기 위해 electron beam evaporation을 이용하여 10/100 nm 두께의 Ti/Pt 전극을 증착하였다. 순차적으로, 제작된 산화물 precursor를 이용하여 Pt 위에 spin coating 방법으로 1000 rpm 10 초, 6000 rpm 30초의 조건으로 두께 35 nm의 HfOx 막을 증착하였다. 최종적으로, solvent 및 불순물을 제거하기 위해 $180^{\circ}C$의 온도에서 10 분 동안 열처리를 진행하였으며, 상부 전극을 형성하기 위해 electron beam evaporation을 이용하여 Ti와 Al을 각각 50 nm, 100 nm의 두께로 증착하였다. ReRAM 동작에서 compliance current가 미치는 영향을 평가하기 위하여 compliance current를 10mA에서 1mA까지 변화시키면서 측정한 결과, $25^{\circ}C$에서는 compliance current의 크기와 상관없이 일정한 메모리 윈도우와 우수한 endurance 특성을 얻는 것을 확인하였다. 한편, $85^{\circ}C$의 고온에서 측정한 경우에는 1mA의 compliance current를 적용하였을 때, $25^{\circ}C$에서 측정된 메모리 윈도우 크기를 비슷하게 유지하면서 더 우수한 endurance 특성을 얻는 것을 확인하였다. 결과적으로, 용액공정 방법으로 제작된 ReRAM을 측정하는데 있어서 compliance current를 줄이면 보다 우수한 endurance 특성을 얻을 수 있으며, ReRAM 소자의 전력소비감소에 효과적이라고 기대된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.82.1-82.1
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• 2012

란타늄 산화물 ($La_2O_3$) 박막은 하프늄 산화물 ($HfO_2$) 박막보다 높은 유전 상수와 높은 밴드 오프셋으로 인해 dynamic random access memory(DRAM)에서 유전체 재료로써 연구되어 왔다. 그리고 Lanthanum이 도핑된 HfO2이 더 높은 유전 상수와 낮은 누설 전류 밀도를 갖는 다는 사실이 이전에 보고 된 바 있다. 본 연구에서 우리는 ALD를 이용하여, TiN 하부 전극 위에 $La_2O_3$의 위치를 달리하는 $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조(두께 10 nm)를 금속 - 절연체 - 금속 (MIM) 구조로 제작 하였다. ALD는 좋은 comformality와 넓은 지역 균일성을 가지며, 원자수준의 두께를 조절할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 또한, 다양한 화학 물질들을 이용한 복합적 계층구조를 만들 수 있는 점과 $HfO_2$ 및 $La_2O_3$ 계층의 수직 위치를 정확하게 조절할 수 있는 점으로 본 연구에 적합한 증착 방법이다. HfO2 속에 $La_2O_3$ 층을 깊이에 따라 삽입함으로써 $HfO_2$ 계층에 La 도핑의 효과와 더불어 TiN 하부 전극 위의 $La_2O_3$과 $HfO_2$의 차이점을 확인 하였다. $HfO_2$은 $250^{\circ}C$에서 TDMAH와 물을 사용하여, $La_2O_3$은 동일한 온도에서 $La(iPrCp)_3$와 물을 사용하여 제작되었다. 화학적 구성 및 binding 구조는 X선 광전자 분광법 (XPS)을 통해 분석하였다. 전기적 특성(유전 상수 및 누설 전류)은 Capacitance-Voltage (CV)와 Current-Voltage (IV) 측정으로 확인하였다. 결과적으로, $La_2O_3$ 또는 $HfO_2$을 한 종류만 사용한 절연층의 전기적 특성보다, $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조가 더 나은 특성 (누설 전류 밀도 : $5.5{\times}10^{-7}\;A/cm^2$ @-1MV/cm, EOT : 14.6)을 갖는다는 것을 확인했고, 더불어 $La_2O_3$의 흡습 성질로 인한 화학 구조와 전기적 특성의 일부 차이를 확인하였다. 본 연구에서는 $HfO_2$ 속에 $La_2O_3$층이 TiN 하부 전극 바로 위에 위치할 때, 즉, 공기 중에 노출되지 않은 $La_2O_3/HfO_2$ 구조에서 가장 좋은 특성의 MIM capacitor를 얻을 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.280-280
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• 2007

$Pb(Zr,Ti)O_3$ (PZT) 강유전체 박막은 높은 잔류 분극 (remanent polarization) 특성 때문에 현재 강유전체 메모리 (FeRAM) 소자에 적용하기 위하여 가장 활발히 연구되고 있다. 그런데 PZT 물질은 피로 (fatigue) 및 임프린트 (imprint) 등의 장시간 신뢰성 (long-term reliability) 특성이 취약한 단점을 가지고 있다. 이러한 신뢰성 문제를 해결할 수 있는 효과적인 방법 중의 하나는 $IrO_2$, $SrRuO_3$(SRO) 등의 산화물 전극을 사용하는 것이다. 많은 산화물 전극 중에서 SRO는 PZT와 비슷한 pseudo-perovskite 결정구조를 갖고 격자 상수도 비슷하여, PZT 커패시터의 강유전 특성 및 신뢰성을 향상시키는데 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 PZT 커패시터에 적용하기 위하여 SRO 박막을 증착하고 이의 전기적 특성 및 미세구조를 분석하고자 하였다. 또 실제로 SRO 박막을 상부전극과 PZT 사이의 버퍼 층 (buffer layer)으로 적용한 경우의 커패시터 특성도 평가하였다. 먼저 다결정 SRO 박막을 $SiO_2$/Si 기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터링 법 (DC magnetron sputtering method)으로 증착하였다. 그 다음 이러한 SRO 박막의 미세구조, 결정성 및 전기적 특성이 증착 조건들의 변화에 따라서 어떤 경향성을 보이는지를 평가하였다. 기판 온도는 $350\;{\sim}\;650^{\circ}C$ 범위에서 변화시켰고, 증착 파워는 500 ~ 800 W 범위에서 변화시켰다. 또 Ar+$O_2$ 혼합 가스에서 산소의 혼합 비율을 20 ~ 50% 범위에서 변화시켰다. 이러한 실험 결과 SRO 박막의 전기적 특성 및 미세 구조는 기판의 증착 온도에 따라서 가장 민감하게 변함을 관찰할 수 있었다. 다른 증착 조건과 무관하게 $450^{\circ}C$ 이상의 온도에서 증착된 SRO 박막은 모두 주상정 구조 (columnar structure)를 형성하며 (110) 방향성을 강하게 나타내었다. 가장 낮은 전기 저항은 $550^{\circ}C$ 증착 온도에서 얻을 수 있었는데, 그 값은 약 $440\;{\mu}{\Omega}{\cdot}cm$ 이었다. SRO 버퍼 충을 적용하여 제작한 PZT 커패시터의 잔류 분극 (Pr) 값은 약 $30\;{\mu}C/cm^2$ 정도로 매우 높은 값을 나타내었고, 피로 손실 (fatigue loss)도 $1{\times}10^{11}$ 스위칭 사이클 후에 약 11% 정도로 매우 양호한 값을 나타내었다.

• 한국진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.560-565
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• 2008

본 연구에서는 PLZT 박막이 $(Pb_{0.92}La_{0.08})(Zr_{0.65}Ti_{0.35})O_3$ 조성의 타겟을 이용한 R.F. 마그네트론 스퍼터링공정에 의해 실리콘 웨이퍼 위에 증착되었다. PLZT 박막의 강유전특성을 향상시키기 위해 buffer layer인 $TiO_2$ 층이 사용되었으며, buffer layer의 후열처리온도 변화에 따른 PLZT 박막의 결정성과 유전특성이 연구되었다. buffer layer이 삽입되지 않은 PLZT 박막의 잔류분극값은 $19.13{\mu}C/cm^2$ 이었으며, 반면 $TiO_2$ buffer layer을 삽인한 후 후열처리 온도를 $600^{\circ}C$로 증가시킨 PLZT 박막의 잔류분극값은 $146.62{\mu}C/cm^2$까지 크게 증가하였다. 하부전극 백금(Pt)과 PLZT 박막층 사이에 삽입된 $TiO_2$ buffer layer의 특성과 PLZT 박막의 유전특성에 미치는 영향을 살펴보기 위해 글로우 방전 분광법 (glow discharge spectroscopy, GDS)이 PLZT 박막(PLZT/($TiO_2$)/Pt/Ti/$SiO_2$/Si wafer)에 대해 수행 되었다.

• 한국재료학회지
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• 제13권7호
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• pp.465-472
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• 2003

Pd/Ge/Ti/Pt and Pd/Ge/Pd/Ti/Au ohmic contacts to n-type InGaAs were investigated for applications to AlGaAs/GaAs HBT emitter ohmic contacts. In the Pd/Ge/Ti/Pt ohmic contact minimum specific contact resistivity of $3.7${\times}$10^{-6}$ $\Omega$$\textrm{cm}^2$ was achieved by rapid thermal annealing at $^400{\circ}C$/10 sec. In the Pd/Ge/Ti/Au ohmic contact, minimum specific contact resistivity of $1.1${\times}$10^{-6}$ $\Omega$$\textrm{cm}^2$ was achieved by annealing at 40$0^{\circ}C$/10 sec but the ohmic performance was degraded with increasing annealing temperature due to the reaction between the ohmic contact materials and the InGaAs substrate. However, non-spiking planar interface and relatively good ohmic contact (high-$10^{-6}$ /$\Omega$$\textrm{cm}^2$) were maintained after annealing at $450^{\circ}C$/10 sec. Therefore, these thermally stable ohmic contact systems are promising candidates for compound semiconductor devices. RF performance of the AlGaAs/GaAs HBT was also examined by employing the Pd/Ge/Ti/Pt and Pd/Ge/Pd/Ti/Au systems as emitter ohmic contacts. Cutoff frequencies were 63.5 ㎓ and 65.0 ㎓, respectively, and maximum oscillation frequencies were 50.5 ㎓ and 51.3 ㎓, respectively, indicating very successful high frequency operations.

• 한국결정성장학회지
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• 제8권2호
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• pp.286-291
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• 1998

$RuO_2$를 하부 전극으로 적용하여 스퍼터링 가스의 주입비($Ar/O_2$ratio) 변화에 따른 $SrTiO_3$ 박막의 물성을 고찰하였다. 플라스마 가스내 $Ar/O_2$비 변화가 결정성, 표면 morphology등의 $SrTiO_3$ 박막의 미세구조에 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 플라스마 가스내의 산소량이 증가함에 따라 박막의 표면 morpholgy 및 상형성의 향상을 통하여 $SrTiO_3$박막의 전기적 특성을 개선할 수 있음을 관찰하였다. 산소의 양이 증가할수록 ST 박막의 누설전류는 $2.0{\times}10^{-6}A/{\textrm}{cm}^2(Ar/O_2=10/0)$에서 $3.8{\times}10^{-7}A/{\textrm}cm^2(Ar/O_2=5/5)$로 감소하였고, 유전 상수값은 $70(Ar/O_2=10/0)$에서 $190(Ar/O_2=5/5)$으로 증가하였다.