• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.48 no.3
• /
• pp.283-291
• /
• 2010

In this review, the studies on the electrochemical properties of $TiO_2$ nanotube as an anode material of lithium-ion battery, which was prepared by an alkaline hydrothermal reaction and anneling process, were investigated andanalyzed in terms of charge-dischage characteristics. Up to date, a maximum discharge capacity of $338mAh\;g^{-1}$(x=1.01) was achieved by the nanotube with $TiO_2(B)$ phase, whereas the theoretical capacity of $TiO_2$ anode was $335mAh\;g^{-1}$(x=1) in the basis of $Li_xTiO_2$ as a product of electrochemical reaction between $TiO_2$ and lithium. This was due to fast lithium transport by a shortened diffusion path provided by controlling the nanostructure of $TiO_2$, because the self-diffusion of lithium was slow in a basis of its activation energy as 0.48 eV. Due to an excellent ion storage capabilities in both the surface and the bulk phase, the $TiO_2$ nanotube could be a promising active material as both an anode of lithium-ion battery and an electrode of capacitor with high-rate performances.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.61 no.2
• /
• pp.296-301
• /
• 2023

Solid oxide fuel cell has received more attention recently due to the fuel flexibility via internal reforming. Commonly used Ni/YSZ anode, however, can be easily deactivated by carbon coking in hydrocarbon fuels. The carbon deposition problem can minimize by developing alternative perovskite anode. This study is focused on improving conductivity and catalytic activity of the perovskite anode by introducing rGO (reduced graphene oxide). Sr_0.92Y_0.08TiO₃(SYT) anode with perovskite structure was synthesized with 1wt% of rGO. The presence of rGO during anode fabricating process and cell operation is confirmed through XPS and Raman analysis. The maximum power density of rGO/SYT anode improved to 3 times in H₂ and 6 times in CH₄ comparing to that of SYT anode due to the high electrical conductivity and good catalytic activity for CH₄.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
• /
• v.34 no.2
• /
• pp.349-356
• /
• 2017

OH radical generation is one of the common method to evaluate photocatalytic activity. In many of previous studies, only the UV(Ultraviolet) light was applied to test photocatalytic ability of $TiO_2$ nanotubes by studying probe compound(4-Chlorobenzoic acid) concentration change in solution. Also, $TiO_2$ nanotubes were found to show some electrochemical characteristics when the flow of electric current was applied. In this study, the flow of electric current and UV light were applied at the same time to determine whether electrochemical characteristics of $TiO_2$ nanotube plate can give synergetic effect on the photocatalytic activity. $TiO_2$ nanotube was grown on Ti by anodic oxidation to create $TiO_2$ nanotube plate which can be used as a photocatalyst and a electrode that can undergo AOP(Advanced Oxidation Process) for water treatment. Probe compound solution was prepared using 4-chlorobenzoic acid and $H_2O$ as a solvent. NaCl was added to give conductivity to work as electrolyte. As a result, enough level of electric current flow was found to give synergetic photocatalytic effect which can be used for efficient AOP water treatment method.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.20 no.5
• /
• pp.221-226
• /
• 2010

Quartz crystal microbalance (QCM) gas sensor to detect methyl mercaptan ($CH_3SH$) gas was fabricated by depositing $TiO_2$ nanoparticles and polyelectrolyte on the electrode of QCM. The $TiO_2$/poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) thin film fabricated by a layer-by-layer self-assembly (LBL-SA) method showed a high surface area and increased the sensitivity of gas sensor. When the QCM sensors coated with triethanolamine (TEA) or ($TiO_2$/PSS) were exposed to methyl mercaptan gas (1.0 ppm), the frequency shifts of QCM with TEA casting film and $TiO_2$/PSS thin film were ca. 9 Hz and ca. 24 Hz, respectively. As the bilayer number of ($TiO_2$/PSS) increased, the frequency shift of QCM sensor with ($TiO_2$/PSS) thin film was gradually increased. In addition, the frequency shift of QCM sensor was gradually increased as the concentration of methyl mercaptan gas increased from 0.5 ppm to 2.0 ppm. In this study, the surface morphology and sensor property of QCM sensor coated with ($TiO_2$/PSS) thin film were measured.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.255-255
• /
• 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.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.82.1-82.1
• /
• 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.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.06a
• /
• pp.280-280
• /
• 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.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.17 no.6
• /
• pp.560-565
• /
• 2008

$(Pb_{0.98}La_{0.08})(Zr_{0.65}Ti_{0.35})O_3$ (PLZT) thin films with $TiO_2$ buffer layers were deposited on Pt/Ti/$SiO_2$/Si substrates by an R.F. magnetron sputtering method in order to improve the ferroelectric characteristics of the films. And the ferroelectric properties and crystallinities of the PLZT thin films were investigated in terms of the effects of the post annealing temperatures of $TiO_2$ buffer layers between a platinum bottom electrode and PLZT thin film. The ferroelectric properties of the PLZT thin films improved as increasing of the post annealing temperatures of $TiO_2$ layers, thereby reaching their maximum at $600^{\circ}C$.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.13 no.7
• /
• pp.465-472
• /
• 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.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.8 no.2
• /
• pp.286-291
• /
• 1998

$SrTiO_3$[ST] thin films were fabricated on $RuO_2$bottom electrodes by RF magnetron sputtering with various $Ar/O_2$ratio in sputtering gas. As the content of oxygen increases, the leakage current of ST films measured at $10^5$ V/cm decreases from $2.0{\times}10^{-6}A/{\textrm}{cm}^2(Ar/O_2=10/0)$ to $3.8{\times}10^{-7}A/{\textrm}cm^2(Ar/O_2=5/5)$, and the dielectric constant of ST films increases from $70(Ar/O_2=10/0)$ to $190(Ar/O_2=5/5)$. The improvement of electrical properties of ST films is mainly due to the structural modification of ST films such as better crystallinity, smooth surface morphology with the increase of oxygen content in the sputtering gas.