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Solution-Processed Nontoxic and Abundant $Cu_2ZnSnS_4$ for Thin-Film Solar Cells

  • 문주호
    • 한국재료학회:학술대회논문집
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    • 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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    • pp.65-65
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    • 2012
  • Copper zinc tin sulfide ($Cu_2ZnSnS_4$, CZTS) is a very promising material as a low cost absorber alternative to other chalcopyrite-type semiconductors based on Ga or In because of the abundant and economical elements. In addition, CZTS has a band-gap energy of 1.4~1.5eV and large absorption coefficient over ${\sim}10^4cm^{-1}$, which is similar to those of $Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) regarded as one of the most successful absorber materials for high efficient solar cell. Most previous works on the fabrication of CZTS thin films were based on the vacuum deposition such as thermal evaporation and RF magnetron sputtering. Although the vacuum deposition has been widely adopted, it is quite expensive and complicated. In this regard, the solution processes such as sol-gel method, nanocrystal dispersion and hybrid slurry method have been developed for easy and cost-effective fabrication of CZTS film. Among these methods, the hybrid slurry method is favorable to make high crystalline and dense absorber layer. However, this method has the demerit using the toxic and explosive hydrazine solvent, which has severe limitation for common use. With these considerations, it is highly desirable to develop a robust, easily scalable and relatively safe solution-based process for the fabrication of a high quality CZTS absorber layer. Here, we demonstrate the fabrication of a high quality CZTS absorber layer with a thickness of 1.5~2.0 ${\mu}m$ and micrometer-scaled grains using two different non-vacuum approaches. The first solution-processing approach includes air-stable non-toxic solvent-based inks in which the commercially available precursor nanoparticles are dispersed in ethanol. Our readily achievable air-stable precursor ink, without the involvement of complex particle synthesis, high toxic solvents, or organic additives, facilitates a convenient method to fabricate a high quality CZTS absorber layer with uniform surface composition and across the film depth when annealed at $530^{\circ}C$. The conversion efficiency and fill factor for the non-toxic ink based solar cells are 5.14% and 52.8%, respectively. The other method is based on the nanocrystal dispersions that are a key ingredient in the deposition of thermally annealed absorber layers. We report a facile synthetic method to produce phase-pure CZTS nanocrystals capped with less toxic and more easily removable ligands. The resulting CZTS nanoparticle dispersion enables us to fabricate uniform, crack-free absorber layer onto Mo-coated soda-lime glass at $500^{\circ}C$, which exhibits a robust and reproducible photovoltaic response. Our simple and less-toxic approach for the fabrication of CZTS layer, reported here, will be the first step in realizing the low-cost solution-processed CZTS solar cell with high efficiency.

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폐기종실(廢棄種實)의 식량자원화(食糧資源化)에 관(關)하여 제(第)5보(報) : 수박씨의 화학적(化學的) 조성(組成) (Studies on the Development of Food Resources from Waste Seeds V. Chemical Composition of Water-melon Seed)

  • 윤형식;권중호;황주호;배만종
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제12권3호
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    • pp.207-211
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    • 1983
  • 수박씨를 효율적(效率的)으로 이용(利用)할 목적(目的)에서 지질(脂質) 및 단백질(蛋白質)의 특성(特性)을 검토(檢討)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 수박씨의 일반(一般) 성분(成分) 중(中) 조지방(粗脂肪)과 조단백질(粗蛋白質)은 각각(各各) 40.40% 및 28.36%였다. 2. 수박씨의 지질(脂質)은 중성지질(中性脂質)이 97.35%였으며, 중성지질(中性脂質)의 성분(成分)으로는 triglyceride(50.40%) diglyceride(21.84%) 및 sterol(11.48%)이 대부분(大部分)을 차지하고 있었다. 3. 지방산(脂肪酸) 조성(組成)은 linoleic acid(55.30~67.85%) palmitic acid(12.07~28.12%) 및 oleic acid(9.06~16.40%)가 주(主) 지방산(脂肪酸)이었으며, 그밖에 stearic acid와 linolenic acid가 소량(少量)씩 함유(含有)되어 있었다. 4. 염(鹽)(0.7M $MgSO_4$)용해성(溶解性) 단백질(蛋白質)의 추출율(抽出率)은 약(約) 27%, 아미노산(酸) 조성(組成)은 glutamic acid와 arginine이 높은 함량(含量)이었고, lysine, threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine 및 phenylalanine과 같은 필수(必須) 아미노산(酸)이 검출(檢出)되었다. 5. 호박씨 단백질(蛋白質)의 전기영동(電氣泳動) band는 6개로 나타났고, 분획(分劃)된 주(主) 단백질(蛋白質)의 수율(收率)은 52.4%였으며, 아미노산(酸) 조성(組成)은 전체 단백질(蛋白質)에서와 같이 glutamic acid와 arginine이 높게 나타났다. 6. 염용해성(鹽溶解性) 단백질(蛋白質)에서 분획(分劃)된 주(主) 단백질(蛋白質) 분자량(分子量)은 약(約) 120,000이었다.

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$O_2$RTA 방법으로 제조된 $Ta_2O_{5-x}$ 박막의 전기적 특성 (A Study on Electrical Properties of $Ta_2O_{5-x}$ Thin-films Obtained by $O_2$ RTA)

  • 김인성;송재성;윤문수;박정후
    • 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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    • 제51권8호
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    • pp.340-346
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    • 2002
  • Capacitor material utilized in the downsizing passive devices and integration of passive devices requires the physical and electrical properties at given area such as capacitor thickness reduction, relative dielectric constant increase, low leakage current and thermal stability. common capacitor materials, $Al_2O_3$, $SiO_2$, $Si_3N_4$, $SiO_2$/$Si_3N_4$, TaN and et al., used until recently have reached their physical limits in their application to integration of passive devices. $Ta_2O_{5}$ is known to be a good alternative to the existing materials for the capacitor application because of its high dielectric constant (25~35), low leakage current and high breakdown strength. Despite the numerous investigations of $Ta_2O_{5}$ material, there have little been established the clear understanding of the annealing effect on capacitance characteristic and conduction mechanism. This study presents the dielectric properties $Ta_2O_{5}$ MIM capacitor structure Processed by $O_2$ RTA oxidation. X-ray diffraction patterns showed the existence of amorphous phase in $600^{\circ}C$ annealing under the $O_2$ RTA and the formation of preferentially oriented-$Ta_2O_{5}$ in 650, $700^{\circ}C$ annealing and the AES depth profile showed $O_2$ RTA oxidation effect gives rise to the $O_2$ deficientd into the new layer. The leakage current density respectively, at 3~1l$\times$$10_{-2}$(kV/cm) were $10_{-3}$~$10_{-6}$(A/$\textrm{cm}^2$). In addition, behavior is stable irrespective of applied electric field. the frequency vs capacitance characteristic enhanced stability more then $Ta_2O_{5}$ thin films obtained by $O_2$ reactive sputtering. The capacitance vs voltage measurement that, Vfb(flat-band voltage) was increase dependance on the $O_2$ RTA oxidation temperature.

UV 기반 백색 LED용 청색 형광체의 발광특성 및 백색 LED 제조 (Luminescence Characteristics of Blue Phosphor and Fabrication of a UV-based White LED)

  • 정형식;박성우;김태훈;김종수
    • 한국광학회지
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    • 제25권4호
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    • pp.216-220
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    • 2014
  • UV용 청색 형광체 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$를 환원 분위기 속에서 고상반응법(Solid-state reaction)으로 합성하였다. 합성된 형광체의 결정성을 확인하기 위해 X-선 회절(X-ray diffraction) 패턴 측정결과 C2/c(15)의 공간군과 단사정계(Monoclinic) 구조를 가지는 JCPDS No.75-1092와 일치하는 단일상임을 확인하였다. 광 여기 및 발광 스펙트럼을 통하여 350 nm 부근에서 최대 흡수치가 나타나며, 450 nm의 청색 발광을 보인다. 이는 $Eu^{2+}$이온의 $4f^7-4f^65d$의 천이에 기인한다. 온도에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 확인한 결과 $100^{\circ}C$에서 54%의 휘도 유지율을 보였다. 상기 합성된 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$와 400 nm의 Ultra Violet 발광 다이오드를 이용하여 상용 녹색, 적색 형광체와 혼합하여 백색 LED를 구현 하였다. 구현된 백색 LED는 구동 전류 350 mA, 구동 전압 3.45 V에서 색좌표 x=0.3936, y=0.3605, 색온도(CCT) 3500 K, 연색성(CRI) 87, 발광 효율 18 lm/w로 나왔다. 또한 400시간 기준 수명 시험 결과 초기광도 대비 97%의 유지율을 보였다. 따라서 본 연구를 통해 합성한 청색 형광체 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$는 UV LED기반의 백색 조명용 형광체로서의 가치가 있는 것으로 생각된다.

Visible Light Driven ZnFe2Ta2O9 Catalyzed Decomposition of H2S for Solar Hydrogen Production

  • Subramanian, Esakkiappan;Baeg, Jin-Ook;Kale, Bharat B.;Lee, Sang-Mi;Moon, Sang-Jin;Kong, Ki-Jeong
    • Bulletin of the Korean Chemical Society
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    • 제28권11호
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    • pp.2089-2092
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    • 2007
  • Tantalum-containing metal oxides, well known for their efficiency in water splitting and H2 production, have never been used in visible light driven photodecomposition of H2S and H2 production. The present work is an attempt in this direction and investigates their efficiency. A mixed metal oxide, ZnFe2Ta2O9, with the inclusion of Fe2O3 to impart color, was prepared by the conventional ceramic route in single- and double-calcinations (represented as ZnFe2Ta2O9-SC and ZnFe2Ta2O9-DC respectively). The XRD characterization shows that both have identical patterns and reveals tetragonal structure to a major extent and a minor contribution of orthorhombic crystalline system. The UV-visible diffuse reflection spectra demonstrate the intense, coherent and wide absorption of visible light by both the catalysts, with absorption edge at 650 nm, giving rise to a band gap of 1.9 eV. Between the two catalysts, however, ZnFe2Ta2O9-DC has greater absorption in almost the entire wavelength region, which accounts for its strong brown coloration than ZnFe2Ta2O9-SC when viewed by the naked eye. In photocatalysis, both catalysts decompose H2S under visible light irradiation (λ ≥ 420 nm) and produce solar H2 at a much higher rate than previously reported catalysts. Nevertheless, ZnFe2Ta2O9-DC distinguishes itself from ZnFe2Ta2O9-SC by exhibiting a higher efficiency because of its greater light absorption. Altogether, the tantalum-containing mixed metal oxide proves its efficient catalytic role in H2S decomposition and H2 production process also.

대두단백질(大豆蛋白質)의 효소적(酵素的) 변형(變形) : 분리대두단백질(分離大豆蛋白質)의 기능성(機能性)에 미치는 단백질가수분해(蛋白質加水分解)의 영향(影響) (Enzymatic Modification of Soy Proteins: Effects of Functional Properties of Soy Isolate upon Proteolytic Hydrolysis)

  • 강영주
    • 한국식품과학회지
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    • 제16권2호
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    • pp.211-217
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    • 1984
  • 본(本) 연구(硏究)는 분리(分離) 대두단백질(大豆蛋白質)에 단백분해(蛋白分解) 효소(酵素)를 작용(作用)시킬 때 일어나는 효소반응성(酵素反應性) 및 단백질(蛋白質) 기능성(機能性)에 미치는 영향(影響)을 조사(調査)하였다. 사용(使用)된 효소(酵素)는 동물성(動物性)인 trypsin과 세균성(細菌性)인 alcalase 및 pronase였으며 열(熱) 처리(處理)되지 않은 대두단백질(大豆蛋白質)에 대(對)하여 trypsin보다 세균성(細菌性) 효소(酵素)가 높은 친화력(親和力)을 나타냈으며 열(熱) 처리(處理)된 대두단백질(大豆蛋白質)에 대(對)하여서는 효소종류(酵素種類)에 관계없이 기질농도(基質濃度)가 증가(增加)함에 따라 반응(反應)이 저해(沮害)되었다. 가수분해(加水分解)된 대두단백질(大豆蛋白質)의 전기명동(電氣鳴動) 결과(結果) alcalase가 특이적(特異的)으로 대두단백질(大豆蛋白質) 중(中) 2S 단백질(蛋白質)에 어떤 변화(變化)를 가져오는 것이 관찰되었다. 대두단백질(大豆蛋白質)의 기능성(機能性)에 있어서 효소처리(酵素處理)는 등전점(等電点)에서 $25{\sim}30%$의 가용성(可溶性) 단백질(蛋白質)의 증가(增加)를 가져왔으며 또한 열(熱) 응고성(凝固性)의 증가(增加), 칼슘 침전성(沈澱性)의 감소(減少)를 초래하였다. 그리고 에멀젼 특성(特性), 거품 형성능(形成能) 및 유리(遊離) SH기(基) 등에 대(對)하여서는 큰 변화(變化)가 없었으나 거품 안전성(安全性)은 크게 감소(減少)하는 경향을 보였다.

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치이즈 숙성(熟成)에 관(關)한 연구(硏究) 제5보(第5報) Gouda-type 치이즈의 질소화합물(窒素化合物)의 변화(變化) (Studies on Cheese Ripening Part V. Degradation of Nitrogenous Compounds During the Ripening of Gouda-type Cheese)

  • 김영교;김종식
    • 한국식품과학회지
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    • 제8권2호
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    • pp.107-112
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    • 1976
  • 본(本) 실험(實驗)은 Gonda-type 치이즈의 숙성중(熟成中) casein의 변화(變化)를 구명(究明)하고자 총질소(總窒素), 수용성질소(水溶性窒素), 12% TCA 가용성질소(可溶性窒素) 및 5% NaCl 가용성질소(可溶性窒素)의 양(量)을 정량(定量)하여 비교(比較)하였고 또한 DEAE-cellulose column과 polyacryl amide gel electrophoresis를 사용(使用)하여 그 변화(變化)를 실험(實驗)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 총질소중(總窒素中) 수용성질소량(水溶性窒素量)은 숙성(熟成) 2개월(個月)과 4개월(個月)에 각각 19.03% 및 30.61%이였으며, 12% TCA 가용성질소량(可溶性窒素量)은 각각 7.72% 및 11.73%이였다. 2. 5% NaCl 가용성질소량(可溶性窒素量)은 총질소중(總窒素中) 제조직후(製造直後)에 10.76%에서 숙성(熟成) 2개월(個月)에는 41.13%로 증가(增加)하였으나 숙성(熟成) 4개월(個月)에는 22.86%로 감소(減少)하였다. 3. 각종(各種) 질소화합물(窒素化合物)을 분가(分加)한 바 각각 모두 5개의 주(主) peak와 $3{\sim}4$개의 minor peak가 나타났으며 각 fraction의 면적비(面積比)가 숙성기(熟成期)에 따라서 증가 또는 감소를 나타내었다. 4. 4개월(個月) 숙성(熟成)된 치이즈를 전기영동(電氣泳動)한 결과(結果) 질소화합물(窒素化合物)에 따라서 $5{\sim}8$개의 band를 나타내었다. 5. 12% TCA에서 침전(沈澱)된 부분(部分)과 가용성(可溶性) 부분(部分)을 아미노산(酸) 조성(組成)을 분석(分析)한 바 모두 16개의 아미노산(酸)으로 나타났으나 조성(組成)의 비율(比率)은 서로 다르게 나타났다.

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Al3+와 Y3+ 동시치환 SnO2 투명전극 박막의 전기적 특성 (Electrical Properties of Al3+ and Y3+ Co-doped SnO2 Transparent Conducting Films)

  • 김근우;서용준;성창훈;박근영;조호제;허시내;구본흔
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제25권10호
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    • pp.805-810
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    • 2012
  • Transparent conducting oxides (TCOs) have wide range of application areas in transparent electrode for display devices, Transparent coating for solar energy heat mirrors, and electromagnetic wave shield. $SnO_2$ is intrinsically an n-type semiconductor due to oxygen deficiencies and has a high energy-band gap more than 3.5 eV. It is known as a transparent conducting oxide because of its low resistivity of $10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ and high transmittance over 90% in visible region. In this study, co-doping effects of Al and Y on the properties of $SnO_2$ were investigated. The addition of Y in $SnO_2$ was tried to create oxygen vacancies that increase the diffusivity of oxygen ions for the densification of $SnO_2$. The addition of Al was expected to increase the electron concentration. Once, we observed solubility limit of $SnO_2$ single-doped with Al and Y. $\{(x/2)Al_2O_3+(x/2)Y_2O_3\}-SnO_2$ was used for the source of Al and Y to prevent the evaporation of $Al_2O_3$ and for the charge compensation. And we observed the valence changes of aluminium oxide because generally reported of valence changes of aluminium oxide in Tin - Aluminium binary system. The electrical properties, solubility limit, densification and microstructure of $SnO_2$ co-doped with Al and Y will be discussed.

졸-겔법으로 성장시킨 Mg0.3Zn0.7O 박막의 Mg 전구체의 종류에 따른 광학적·구조적 특성에 관한 연구 (The Effect of Mg Precursors on Optical and Structural Characteristics of Sol-Gel Processed Mg0.3Zn0.7O Thin Films)

  • 염아람;김홍승;장낙원;윤영;안형수
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제33권3호
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    • pp.214-218
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    • 2020
  • In this study, MgxZn1-xO thin films, which can be applied not only to active layers of light-emitting devices (LEDs), such as UV-LEDs, but also to solar cells, high mobility field-effect transistors, and power semiconductor devices, are fabricated using the sol-gel method. ZnO and Mg0.3Zn0.7O solution synthesized by the sol-gel method and the thin film were grown by spin coating on a Si (100) substrate and sapphire substrate. The solutions are synthesized by dissolving precursor materials in 2-methoxyethanol (2-ME) solvent, and then monoethanolamine (MEA) was added to the mixed solution as a sol stabilizer. Zinc acetate dihydrate is used as a ZnO precursor, while Mg nitrate hexahydrate and Mg acetate tetrahydrate are used as an MgO precursor. Then, the optical and structural characteristics of the fabricated thin films are compared. The molar concentration of the Zn precursor in the solvent is fixed at 0.3 M, and the amount of the Mg precursor is 30% of Mg2+/Zn2+. The optical characteristics are measured using an UV-vis spectrophotometer, and the transmittance of each wavelength is measured. Structural characteristics are measured using X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Composition analyses are performed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The Mg0.3Zn0.7O thin film was well formed at the ratio of the Mg precursor added regardless of the type of Mg precursor, and the c-axis of the thin film was decreased, while the band gap was increased to 3.56 eV.

수소처리와 후성장층의 특성이 다이아몬드 박막의 전계방출 특성에 미치는 영향

  • 심재엽;송기문;이세종;백홍구
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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    • pp.96-96
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    • 2000
  • 화학증착법으로 증착된 다이아몬드 박막은 우수한 전기적 특성과 뛰어난 화학적, 열적 안정성 때문에 전계방출소재로 많은 관심을 불러 일으키고 있다. 다이아몬드 박막의 전계방출은 저전계에서 일어나는 것으로 알려져 있으며, 저전계방출의 원인을 규명하려는 많은 연구가 진행되어 왔다. 한편, 다이아몬드 박막의 전계방출전류는 금속기판의 사용에 의한 기판/다이아몬드 접촉의 개선, 다이아몬드 박막내의 흑연성분의 조절에 의한 구조변화, 보론이나 인 (P), 질소의 도핑, 수소 플라즈마나 cesium 등의 금속을 이용한 표면처리 등의 여러 방법에 의하여 향상된다는 것이 입증되었다. 그 외에 메탄과 대기 분위기 처리, 암모니아 분위기에서의 레이저 조사도 전계방출특성을 향상시키는 것으로 보고되었다. 그러나, 다이아몬드 박막의 성장후 구조적 특성이 다른 박막의 후성장이나 열분해된 운자수소 처리가 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향에 관한 연구는 지금까지 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장이 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향을 고찰하고 이로부터 그 원인을 규명하고자 하였다. 다이아몬드 박막은 hot-filament 화학증착법을 이용하여 증착하였다. 후성장한 다잉아몬드 박막내의 흑연성분과 박막의 두께를 체계적으로 조절하여 후성장 박막의 구조적 특성과 그 두께의 영향을 확인할 수 있었다. 후성장층내의 흑연성분과 두께가 증가할수록 전계방출특성은 향상되다가 저하되었다. 한편, 다이아몬드 박막을 성장시킨 후 수소분위기 처리를 함에 따라 전계방출특성은 향상되었지만 수소처리시간이 5분 이상으로 증가함에 따라 그 특성은 저하되었다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장시 나타나는 전계방출특성의 변화 원인을 규명하고자 한다.기판위에서 polymer-like Carbon 구조는 향상되는 경향을 보였다.0 mm인 백금 망을 마스크로 사용하여 실제 3차원 미세구조를 제작하여 보았다. 그림 1에서 제작된 구조물의 SEM 사진을 보여주었으며, 식각된 면의 조도가 매우 뛰어나며 모서리의 직각성도 우수함을 확인할 수 있다. 이와 같이 도출된 시험 조건을 기초로 하여 리소그래피 후에 전기 도금을 이용한 금속 몰드 제작 및 이온빔 리소그래피 장점을 최대한 살릴수 있는 미세구조 제작에 대한 연구를 계속 추진할 계획이다. 비정질 Si1-xCx 박막을 증착하여 특성을 분석한 결과 성장된 박막의 성장률은 Carbonfid의 증가에 따라 다른 성장특성을 보였고, Silcne(SiH4) 가스량의 감소와 함께 박막의 성장률이 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 줄어들어 성장률이 Silane가스량에 의해 지배됨을 볼 수 있다. UV-VIS spectrophotometer에 의한 비정질 SiC 박막의 투과도와 파장과의 관계에 있어 유리를 기판으로 사용했으므로 유리의투과도를 감안했으며, 유리에 대한 상대적인 비율 관계로 투과도를 나타냈었다. 또한 비저질 SiC 박막의 흡수계수는 Ellipsometry에 의해 측정된 Δ과 Ψ값을 이용하여 시뮬레이션한 결과로 비정질 SiC 박막의 두께를 이용하여 구하였다. 또한 Tauc Plot을 통해 박막의 optical band gap을 2.6~3.7eV로 조절할 수 있었다. 20$0^{\circ}C$이상으로 증가시켜도 광투과율은 큰 변화를 나타내지 않았다.부터

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