• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.189-189
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• 2012

Lead sulfide (PbS) nanocrystal quantum dots (NQDs) are promising materials for various optoelectronic devices, especially solar cells, because of their tunability of the optical band-gap controlled by adjusting the diameter of NQDs. PbS is a IV-VI semiconductor enabling infrared-absorption and it can be synthesized using solution process methods. A wide choice of the diameter of PbS NQDs is also a benefit to achieve the quantum confinement regime due to its large Bohr exciton radius (20 nm). To exploit these desirable properties, many research groups have intensively studied to apply for the photovoltaic devices. There are several essential requirements to fabricate the efficient NQDs-based solar cell. First of all, highly confined PbS QDs should be synthesized resulting in a narrow peak with a small full width-half maximum value at the first exciton transition observed in UV-Vis absorbance and photoluminescence spectra. In other words, the size-uniformity of NQDs ought to secure under 5%. Second, PbS NQDs should be assembled carefully in order to enhance the electronic coupling between adjacent NQDs by controlling the inter-QDs distance. Finally, appropriate structure for the photovoltaic device is the key issue to extract the photo-generated carriers from light-absorbing layer in solar cell. In this step, workfunction and Fermi energy difference could be precisely considered for Schottky and hetero junction device, respectively. In this presentation, we introduce the strategy to obtain high performance solar cell fabricated using PbS NQDs below the size of the Bohr radius. The PbS NQDs with various diameters were synthesized using methods established by Hines with a few modifications. PbS NQDs solids were assembled using layer-by-layer spin-coating method. Subsequent ligand-exchange was carried out using 1,2-ethanedithiol (EDT) to reduce inter-NQDs distance. Finally, Schottky junction solar cells were fabricated on ITO-coated glass and 150 nm-thick Al was deposited on the top of PbS NQDs solids as a top electrode using thermal evaporation technique. To evaluate the solar cell performance, current-voltage (I-V) measurement were performed under AM 1.5G solar spectrum at 1 sun intensity. As a result, we could achieve the power conversion efficiency of 3.33% at Schottky junction solar cell. This result indicates that high performance solar cell is successfully fabricated by optimizing the all steps as mentioned above in this work.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.252-252
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• 2016

최근 학계나 산업계에서 indium tin oxide (ITO)의 높은 전기 전도도 및 광투과율을 이용하여 줄 발열을 기초로 하는 투명 면상 발열체에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 하지만 단일 ITO 박막으로 제작한 투명 면상 발열체는 온도가 상승함에 따라 균일하게 발열 되지 않으며, 글라스의 곡면 부분에서 유연성이 부족하여 크랙이 발생하는 다양한 문제점들을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 ITO의 결정화 온도 $160^{\circ}C$ 이상의 고온공정 또는 증착 후 열처리가 필요 하는 추가적인 공정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 단일 ITO 박막의 단점을 개선하는 ITO/Ag/ITO 하이브리드 구조의 투명 면상 발열체를 제작하여 전기적, 광학적 특성을 비교하고 발열량, 온도 균일성, 발열 유지 안정도를 조사하였다. 본 연구에서는 $50{\times}50mm$ 크기의 non-alkali glass (Corning E-2000) 기판 상에 마그네트론 스퍼터링 공정으로 상온에서 ITO/Ag/ITO 박막을 연속적으로 증착 하여 다층구조의 하이브리드 형 투명 면상 발열체를 제조하였다. 박막 증착 파워는 DC (Ag) power 100 W, RF (ITO) power 200 W로 하였으며 ITO박막두께는 40 nm로 고정 시키고 Ag박막 두께는 10 ~ 20 nm로 변화를 주었다. 증착원은 3인치 ITO 단일 타깃(SnO2, 10 wt.%)과 Ag 금속 타깃 (순도 99.99%)을 사용하였으며, 고순도 Ar을 이용하여 방전하였으며 총 주입량은 20 sccm, working pressure는 1.0 Pa을 유지하였다. 증착전 타깃 표면의 불순물 제거와 방전의 안정성을 유지하기 위해 10분간 pre-sputtering을 진행하고 증착하였다. 증착한 박막의 전기적, 광학적 특성은 각각 Hall-effect measurements system (ECOPIA, HMS3000), UV-Vis spectrophotometer (UV-1800, SHIMADZU)으로 측정하였으며, 하이브리드 표면의 구조 및 형상은 field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi S-4800)으로 관찰하였다. 또한 투명 면상 발열체의 성능은 0.5 ~ 3 V/cm의 다양한 전압을 power supply (Keithly 2400, USA)를 통해서 시편 양 끝단에 인가한 후 시간에 따른 투명면상 발열체의 표면 온도변화를 infrared thermal imager (IR camera, Nikon)를 이용하여 관찰하였다. 하이브리드 구조를 가진 ITO박막의 두께는 40 nm로 고정 시키고 Ag박막의 두께는 10, 15, 20 nm로 변화를 주었다. 이들 박막의 면저항 값은 각각 5.3, 3.2, $2.1{\Omega}/{\Box}$였으며, 투과도는 각각 86.9, 81.7, 66.5 %였다. 이에 비해 두께 95 nm의 단일 ITO박막의 면저항 값은 $59.5{\Omega}/{\Box}$였으며, 투과도는 89.1 %였다. 하이브리드 구조의 전기적특성은 금속층의 두께가 증가할수록 캐리어 농도 값이 증가함에 따라 비저항 값이 감소되어 면저항 값도 감소된 것이며, 금속 삽입층의 전도특성이 비저항에 큰 영향을 주고 있음을 보여준다. 하지만 금속 층의 두께가 증가할수록 Ag층이 연속적인 막을 형성하여 반사율이 증가함에 따라 투과도가 감소하였다. 따라서 하이브리드 구조를 가진 투명 면상 발열체에 금속 삽입층의 두께 조절은 매우 중요한 인자임을 확인 할 수 있었다. 또한 발열성능을 평가 하기 위해 시편 양 끝단에 3 V전압을 인가한 결과, 금속 삽입층의 두께가 10 nm에서 5 nm씩 증가한 하이브리드 구조를 가진 투명면상 발열체의 최고 온도는 각각 98, 150, $167^{\circ}C$ 였으며, 단일 ITO의 최고 온도는 $32^{\circ}C$였다. 이 것은 동일한 두께 (95 nm)의 단일 ITO 박막과 비교하여 면저항이 낮은 하이브리드 박막의 발열량은 약 $120^{\circ}C$로 발열효율이 매우 우수한 것을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.320-320
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• 2016

Nanocrystalline Carbon thin films have numerous applications in different areas such as mechanical, biotechnology and optoelectronic devices due to attractive properties like high excellent hardness, low friction coefficient, good chemical inertness, low surface roughness, non-toxic and biocompatibility. In this work, we studied the comparison of pure DC power and pulsed DC power in plasma sputtering process of carbon thin films synthesis. Using a close field unbalanced magnetron sputtering system, films were deposited on glass and Si wafer substrates by varying the power density and pulsed DC frequency variations. The plasma characteristics has been studied using the I-V discharge characteristics and optical emission spectroscopy. The films properties were studied using Raman spectroscopy, Hall effect measurement, contact angle measurement. Through the Raman results, ID/IG ratio was found to be increased by increasing either of DC power density and pulsed DC frequency. Film deposition rate, measured by Alpha step measurement, increased with increasing DC power density and decreased with pulsed DC frequency. The electrical resistivity results show that the resistivity increased with increasing DC power density and pulsed DC frequency. The film surface energy was estimated using the calculated values of contact angle of DI water and di-iodo-methane. Our results exhibit a tailoring of surface energies from 52.69 to $55.42mJ/m^2$ by controlling the plasma parameters.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.214.1-214.1
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• 2015

Thin-film transistors (TFTs)의 채널층으로 널리 쓰이는 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 높은 전자 이동도(약 10 cm2/Vs)를 나타내며 유기 발광 다이오드디스플레이(OLED)와 대면적 액정 디스플레이(LCD)에 필수적으로 사용되고 있다. 하지만, 이러한 재료는 우수한 TFT의 채널층의 특성을 가지는 반면, ZnO 기반 재료이기 때문에 소자 구동에서의 안정성은 가장 큰 문제로 남아있다. 따라서 최근, IGZO layer의 특성을 향상시키기 위한 연구가 다양한 방법으로 시도되고 있다. IGZO의 조성비를 조절하여 전기적 특성을 최적화거나 IGZO layer의 조성 중 Ga을 다른 금속 메탈로 대체하는 연구도 이루어지고 있다. 그러나 IGZO에 미량의 도펀트를 첨가하여 박막 특성 변화를 관찰한 연구는 거의 진행되지 않고 있다. 산화물 TFTs의 전기적 특성과 안정성은 산소 함량에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있으며, 더욱이 TFT 채널층으로 쓰이는 IGZO 박막의 고유한 산소 공공은 디바이스 작동 중 열적으로 활성화 되어 이온화 상태가 될 때 소자의 안정성을 저하시키는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 낮은 전기 음성도(1.22)와 표준전극전위(-2.372 V)를 가지며 산소와의 높은 본드 엔탈피 값(719.6 kJ/mol)을 가짐으로써 산소 공공생성을 억제할 것으로 기대되는 yttrium을 IGZO의 도펀트로 도입하였다. 따라서 본 연구에서는 Y-IGZO의 박막 특성 변화를 관찰하고자 한다. 본 연구에서는 magnetron co-sputtering법으로 IGZO 타깃(DC)과 Y2O3 타깃(RF)를 이용하여 기판 가열 없이 동시 방전을 이용해 non-alkali glass 기판 위에 증착 하였다. IGZO 타깃은 DC power 110 W으로 고정하였으며 Y2O3 타깃에는 RF Power를 50 W에서 110 W까지 증가시키면서 Y 도핑량을 조절하였다. Working pressure는 고 순도 Ar을 20 sccm 주입하여 0.7 Pa로 고정하였다. 모든 실험은 $50{\times}50mm$ 기판 위에 총 두께 $50nm{\pm}2$ 박막을 증착 하였으며, 그 함량에 따른 전기적 특성 및 광학적 특성을 살펴보았다. 또한, IGZO 박막 제조 시 박막의 안정화를 위해 열처리과정은 필수적이다. 하지만 본 연구에서는 열처리를 진행하지 않고 Y-IGZO의 안정성 개선 여부를 보기 위하여 20일 동안 상온에서 방치하여 그 전기적 특성변화를 관찰하였다. 나아가 Y-IGZO 채널 층을 갖는 TFT 소자를 제조하여 소자 구동 특성을 관찰 하였다. Y2O3 타깃에 가해지는 RF Power가 70 W 일 때 Y-IGZO박막은 IGZO박막과 비교하여 상대적으로 캐리어 밀도는 낮은 반면 이동도는 높은 최적 특성을 얻을 수 있었다. 상온방치 결과 Y-IGZO박막은 IGZO박막에 비해 전기적 특성 변화 폭이 적었으며 이것은 Y 도펀트에 의한 안정성 개선의 결과로 예상된다. 투과도는 Y 도핑에 의하여 약 1.6 % 정도 상승하였으며 밴드 갭 내에서 결함 준위로 작용하는 산소공공의 억제로 인한 결과로 판단된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.3
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• pp.156-161
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• 2013

We fabricated transparent conductive electrodes with silver (Ag) nanofibers by electrospinning process. Ag nanofibers have high aspect ratio and fused junctions which result in low sheet resistance. Electrospinning is a fast and efficient process to fabricate continuous one-dimensional (1D) nanofibers. Ag/polymer ink were prepared in polymer matrix solution by a sol-gel method. Then, Ag/polymer nanofibers precursors are heated at $200{\sim}500^{\circ}C$ in air for 2 h to eliminate partially the polymers. The topographical features of the Ag nanofibers were characterized by FE-SEM, and the electrical property was analyzed through I-V measurement system. Finally, optical property was measured using UV/VIS spectroscopy. The transparent conductive electrodes with Ag nanofibers exhibited a sheet resistance (Rs) of $250{\Omega}/sq$ at a transparency (T) of 83%. Transparent conductive films, contain the Ag nanofibers as conductive materials, have good electrical, optical, and mechanical properties. Therefore, it is expected to be useful for the application of flexible display in the future.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.16 no.6
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• pp.453-457
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• 2007

Zinc oxide (ZnO) and Ga doped zinc oxide (GZO) with different thickness in range of 10nm to 100nm are prepared on glass substrate by RF magnetron sputtering at room temperature. The structural and optical properties of the thin films is evaluated. The structural properties of ZnO and GZO are investigated by Tunneling Electron Microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). Optical properties are also investigated by UV-VIS-NIR spectrophotometer (200$\sim$1400nm). The much larger grain size of ZnO compared to GZO decreased the light scattering at the grain boundary and improved the transmittance. The transmittance of ZnO is higher than that of GZO through all of the ranges of wavelengths. In case of over 50nm, we found that the transmittance of ZnO is 20% higher than that of GZO.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.5
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• pp.327-332
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• 2011

Plasma polymerized styrene (ppS) thin films were prepared on ITO coated glass substrates for a MIM (metal-insulator-metal) structure with thermally evaporated Au thin film as metal contact. Also the ppS thin films were applied as organic insulator to a MIS (metal-insulatorsemiconductor) device with thermally evaporated pentacene thin film as organic semiconductor layer. After the I-V and C-V measurements with MIM and MIS structures, the ppS revealed relatively higher dielectric constant of k=3.7 than those of the conventional poly styrene and very low leakage current density of $1{\times}10^{-8}Acm^{-2}$ at electric field strength of $1MVcm^{-1}$. The MIS structure with the ppS dielectric layer showed negligible hysteresis in C-V characteristics. It would be therefore expected that the proposed ppS could be applied as a promising dielectric/insulator to organic thin film transistors, organic memory devices, and flexible organic electronic devices.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.15 no.4
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• pp.374-379
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• 2006

In this study, carbon nanotubes (CNTs) were grown on glass substrates coated with Ni/Cr by an atmospheric pressure plasma enhanced chemical vapor deposition(AP-PECVD) and their structural and electrical characteristics were investigated as a possible application to the field emitter of field emission display (FED) devices. The substrate temperature ($400{\sim}500^{\circ}C$) were varied and the grown CNTs were multi wall CNTs (at $500^{\circ}C$, 15 - 20 layers of graphene sheets, distance of each layer : 0.3nm, inner diameter: 10 - 15nm, outer diameter: 30 - 40nm). The ratio of defective carbon peak to graphite carbon peak of the CNTs grown at $500^{\circ}C$ (C measured by fourier transform(FT)-Raman was 0.772 $I_D / I_G$ ratio. When field emission properties were measured, the turn-on field was $2.92V/{\mu}m$ and the emission field at $1mA/cm^2$ was $5.325V /{\mu}m$.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.45 no.12
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• pp.839-844
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• 2008

$TiO_2$ is an environment-friendly semiconducting material, and it has photocatalytic and hydrophilic effect. There are a lot of reports on the photocatalytic characteristics of $TiO_2$, such as organic pollutants resolving, anti-bacterial, and self-purification material. In this paper, $TiO_2$ micron-sized powders were deposited on the glass by room temperature powder spray in vacuum process, so called aerosol deposition (AD), and nano-grained $TiO_2$ photocatalytic thin films were fabricated. The thickness of the films were controlled by changing the number of deposition cycle. Morphologies and characteristics of the AD-$TiO_2$ thin films were examined by SEM, TEM, XRD, and UV-Visible Spectrophotometer. As the thickness of $TiO_2$ films increased, surface roughness increased. By this increment, the reaction area between film and pollutant was enlarged, resulting in better photocatalytic property.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.1
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• pp.9-15
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• 2008

Various diatomic inorganic films and their composite films are packed as passivation films covering Ca cells on glass substrates by using an electron-beam evaporation technique. When these Ca cells are exposed to an ambient atmosphere, the water vapor penetrating through the passivation layers is absorbed in the Ca cells, resulting in a gradual progress of transparency in the Ca cells, which can be represented by changes of the optical transmittance in the visible range. Compared with the saturation times for the Ca cells to become completely transparent in the atmosphere, the protection effects of water vapor are estimated for various passivation films. The composite films consisting silicon oxide($SiO_2$) and tin oxide($SnO_2$) or zinc oxide(ZnO) are found to show a superior protection effect of water vapor as compared with diatomic inorganic films. Also, the main factors affecting the permeation of water vapor through the oxide films are found to be the polarizability and the packing density.