• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.1
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• pp.73-79
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• 2008

In order to apply for transparent conductive oxide(TCO), we deposited ZnO thin films on the glass at room temperature by RF magnetron sputtering method. Deposition conditions for high transmittance and low resistivity were optimized in our previous studies. Under the deposition condition with the RF power of 200 W, target to substrate distance of 30 mm and working pressure of 5 mTorr, highly conductive($7.4{\times}10^{-3}{\Omega}cm$) and transparent(over 85%) ZnO films were prepared. Highly oriented ZnO film in the [002] direction were obtained with specifically designed ZnO targets. Systematic study on dependence of deposition parameters on electrical and optical properties of the as-grown ZnO films were mainly investigated in this work. And for application tests using these films as transparent conductive oxide anodes, wet chemical etching behaviors of ZnO films were also investigated using various chemicals. Wet-chemical etching behavior of ZnO films were investigated using various acid solutions. The concentrations of these different acid solutions were controlled to study the etching shapes and etching rate. ZnO films were anisotropically etched at various concentrations and wet etching led to crater-like surface structure. Also we firstly found that the etching rate and etching shapes of ZnO films strongly depended on the etchant concentrations (i.e. pH) and the etching rate is exponentially decreased with increasing pH values regardless of the acid etchants.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.11 no.3
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• pp.176-182
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• 2002

Amorphous $TiO_2$ thin films were deposited on glass substrates by ion beam sputtering in which the ratio of $O_2$/Ar gas used as discharged gas was varied from 0 to 2. After optical and microstructure properties and chemical composition of thin films was analyzed, antireflection coating layers were fabricated with $SiO_2$/$TiO_2$ multi-layers. Thin films deposition was performed at room temperature and ion beam voltage and ion current density for sputtering of target were fixed at 1.2 kV and 200 $\mu\textrm{A}/\textrm{cm}^2$, respectively. Refractive indexs of the deposited $TiO_2$films were 2.40-2.45 at a wavelength of 633 nm. $TiO_2$films had high transmission and stoichiometry when ratio of $O_2$/Ar was 1. Rms roughness of deposited $TiO_2$ film was below 7 $\AA$. In excessive $O_2$ environments, however Rms roughness increased over 50 $\AA$. Transmittance decreased by scattering of rough surface. Reflectance of $SiO_2$/$TiO_2$multi-layers was below 1% in visible light.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.2 no.2
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• pp.209-219
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• 1993

Evaporated Al/Pd thin films were irradiated with various doses to produce intermetallic compounds. In order to study the first phase formation and phase sequence, RBS and TEM studies have been used. It was found that the initial phase formed by irradiation of $5{\times}10^{15}Ar^+/cm^2$ was $Al_3Pd_2$, while $1.5{\times}10^{16}Ar^+/cm^2$ gave the subsequent phase of AlPd. This phenomenon was analysed using effective heat of formation (${\Delta}$H') model. The experimental results agree with that predicted by effective heat of formation model. This model has been extended to predict the first phase formation and phase sequence by ion beam mixing in metal/Si systems as well as metal-metal systems.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.2
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• pp.102-108
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• 2008

We have studied the properties of Ag/undoped ZnO (ZnO) multilayer thin films deposited on glass substrate by the facing targets sputtering method. In an attempt to find out the optimum conditions of the Ag thin film, which would be coated on the ZnO thin film, we investigated the changes of sheet resistance, transmittance and surface morphology as a function of deposition times and the substrate temperature. The electrical and optical characteristics of Ag/ZnO multilayers were evaluated by a four-point probe, a UV/VIS spectrometer with a spectral range of 390-770 nm, a X-ray Diffractometer (XRD), an atomic force microscope (AFM) and a Field Emission Scanning Electron Microscope (SEM), respectively. We were able to prepare the Ag/ZnO multilayer thin film with sheet resistance of 9.25 $\Omega/sq.$ and transmittance of over 80% at 550nm.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.6
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• pp.328-332
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• 2012

The work function of Ag (silver) is too low (~4.3 eV) to be used as an electrode of T-OLED (Top Emission Organic Light Emitting Diode). To solve this weakness, researches used plasma-, UV-, or thermal treatment on Ag films in order to increase the work function (~5.0 eV). So, most of studies have focused only on the work function of various treated Ag films, but studies focusing on nanomechanical properties were very important to investigate the efficiency and life time of T-OLED etc. In this paper, we focused on the mechanical properties of the Ag and $AgO_x$ film. The Ag was deposited on a glass substrate with the thickness of 150 nm by using rf-magnetron sputter with the power was fixed at 100 W and working pressure was 3 mTorr. The deposited Ag film was UV treated by UV lamp for several minutes (0~9 min). We measured the sheet resistance and mechanical property of the deposited film. From the experimental result, there were some differences of the sheet resistance and surface hardness of Ag thin film between short time (0~3 min) and long time UV treatment. These result presumed that the induced stress was taken place by the surface oxidation after UV treatment.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.259-259
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• 2011

염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells:DSSC)는 환경 친화적이며, 저가의 공정에 대한 가능성으로 기존의 고가의 결정질 실리콘 태양전지의 경제적인 대안으로 각광을 받고 있다. 최근 염료감응형 태양전지는 투명 전도성 산화막(Transparent Conducting Oxide : TCO)으로 사용되는 Fluorine Tin Oxide (FTO)가 증착된 유리기판 위에 주로 제작된다. FTO는 낮은 비저항과 가시광선 영역에서 높은 투과도를 가지는 우수한 전기-광학적 특성을 갖지만, 비교적 공정이 까다로운 Chemical Vapor Deposition (CVD)법으로 제조하며, 전체 공정비용의 60%를 차지하는 높은 생산단가로 인해 현재 FTO를 대체할 재료개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO (Zinc Oxide)는 우수한 전기-광학적 특성과 비교적 저렴한 가격으로 새로운 TCO로써 주목받고 있다. ZnO는 넓은 energy band gap (3.4 [eV])의 육방정계 울자이트(hexagonal wurtzite) 결정 구조를 가지는II-VI족 n형 반도체 물질이며, III족 금속원소인 Al, Ga 및 In 등의 불순물을 첨가하면 TCO로서 우수한 전기-광학적 특성과 안정성을 나타낸다. 이들 물질중 $Zn^{2+}$ (0.060 nm)의 이온반경과 유사한 $Ga^{2+}$0.062 nm) 이온이 ZnO의 격자반경을 최소화 시킬 수 있다는 장점으로 최근 주목 받고 있다. 하지만 Ga-doped ZnO (GZO)의 경우 DSC에 사용되는 루테늄 계열의 산성 염료 하에 장시간 두면 표면이 파괴되는 문제가 발생하며, $TiO_2$ paste를 Printing 후 열처리하는 과정에서도 박막의 파괴가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 $TiO_2$ Blocking Layer를 GZO 투명전극 위에 증착하였다. 또한, $TiO_2$ Blocking Layer를 적용한 GZO 박막을 전면전극으로 이용하여 DSC를 제작하여 효율을 확인하였다. 2wt%의 $Ga_2O_3$가 도핑된 ZnO 박막은 20mTorr 400$^{\circ}C$에서 Pulsed Laser Deposition (PLD)에 의해 성장되었고, $TiO_2$박막은 Ti 금속을 타겟으로 이용하여 30mTorr 400$^{\circ}C$에서 증착되었다. Scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용한 박막 분석 결과 $TiO_2$가 증착된 GZO 박막의 경우 표면 파괴가 일어나지 않았다. Solar Simulator을 이용하여 I-V특성 측정결과 상용 FTO를 사용한 DSC 수준의 효율을 나타내었다. 이에 따라 Pulsed Laser Deposition을 이용해 제작된 GZO 기판은 $TiO_2$ Blocking Layer를 이용하여 표면 파괴를 방지할 수 있었으며, 이는 향후 염료감응형 태양전지의 투명전극에 적용 가능 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.288-289
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• 2011

Indium Tin Oxide (ITO) is a typical highly Transparent Conductive Oxide (TCO) currently used as a transparent electrode material. Most widely used deposition method is the sputtering process for ITO film deposition because it has a high deposition rate, allows accurate control of the film thickness and easy deposition process and high electrical/optical properties. However, to apply high quality ITO thin film in a flexible microelectronic device using a plastic substrate, conventional DC magnetron sputtering (DMS) processed ITO thin film is not suitable because it needs a high temperature thermal annealing process to obtain high optical transmittance and low resistivity, while the generally plastic substrates has low glass transition temperatures. In the room temperature sputtering process, the electrical property degradation of ITO thin film is caused by negative oxygen ions effect. This high energy negative oxygen ions(about over 100eV) can be critical physical bombardment damages against the formation of the ITO thin film, and this damage does not recover in the room temperature process that does not offer thermal annealing. Hence new ITO deposition process that can provide the high electrical/optical properties of the ITO film at room temperature is needed. To solve these limitations we develop the Magnetic Field Shielded Sputtering (MFSS) system. The MFSS is based on DMS and it has the plasma limiter, which compose the permanent magnet array (Fig.1). During the ITO thin film deposition in the MFSS process, the electrons in the plasma are trapped by the magnetic field at the plasma limiters. The plasma limiter, which has a negative potential in the MFSS process, prevents to the damage by negative oxygen ions bombardment, and increases the heat(-) up effect by the Ar ions in the bulk plasma. Fig. 2. shows the electrical properties of the MFSS ITO thin film and DMS ITO thin film at room temperature. With the increase of the sputtering pressure, the resistivity of DMS ITO increases. On the other hand, the resistivity of the MFSS ITO slightly increases and becomes lower than that of the DMS ITO at all sputtering pressures. The lowest resistivity of the DMS ITO is $1.0{\times}10-3{\Omega}{\cdot}cm$ and that of the MFSS ITO is $4.5{\times}10-4{\Omega}{\cdot}cm$. This resistivity difference is caused by the carrier mobility. The carrier mobility of the MFSS ITO is 40 $cm^2/V{\cdot}s$, which is significantly higher than that of the DMS ITO (10 $cm^2/V{\cdot}s$). The low resistivity and high carrier mobility of the MFSS ITO are due to the magnetic field shielded effect. In addition, although not shown in this paper, the roughness of the MFSS ITO thin film is lower than that of the DMS ITO thin film, and TEM, XRD and XPS analysis of the MFSS ITO show the nano-crystalline structure. As a result, the MFSS process can effectively prevent to the high energy negative oxygen ions bombardment and supply activation energies by accelerating Ar ions in the plasma; therefore, high quality ITO can be deposited at room temperature.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.156-157
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• 2012

단일 셀에서 비휘발성 및 고속의 휘발성 메모리를 모두 구동할 수 있는 다기능 메모리는 모바일 기기 및 embedded 장치의 폭발적인 성장에 있어 그 중요성이 커지고 있다. 따라서 최근 이러한 fusion기술을 응용한 unified RAM (URAM)과 같은 다기능 메모리의 연구가 주목 받고 있다. 이러한 다목적 메모리는 주로 silicon on insulator (SOI)기반의 1T-DRAM과 SONOS기술 기반의 비휘발성 메모리의 조합으로 이루어진다. 하지만 이런 다기능 메모리는 주로 단결정기반의 SOI wafer 위에서 구현되기 때문에 값이 비싸고 사용범위도 제한되어 있다. 따라서 이러한 다기능메모리를 다결정 실리콘을 이용하여 제작한다면 기판에 자유롭게 메모리 적용이 가능하고 추후 3차원 적층형 소자의 구현도 가능하기 때문에 다결정실리콘 기반의 메모리 구현은 필수적이라고 할 수 있겠다. 본 연구에서는 다결정실리콘을 이용한 channel recessed구조의 다기능메모리를 제작하였으며 각 1T-DRAM 및 NVM동작에 따른 memory 특성을 살펴보았다. 실험에 사용된 기판은 상부 비정질실리콘 100 nm, 매몰산화층 200 nm의 SOI구조의 기판을 이용하였으며 고상결정화 방법을 이용하여 $600^{\circ}C$ 24시간 열처리를 통해 결정화 시켰다. N+ poly Si을 이용하여 source/drain을 제작하였으며 RIE시스템을 이용하여 recessed channel을 형성하였다. 상부 ONO게이트 절연막은 rf sputter를 이용하여 각각 5/10/5 nm 증착하였다. $950^{\circ}C$ N2/O2 분위기에서 30초간 급속열처리를 진행하여 source/drain을 활성화 하였다. 계면상태 개선을 위해 $450^{\circ}C$ 2% H2/N2 분위기에서 30분간 열처리를 진행하였다. 제작된 Poly Si MFM에서 2.3V, 350mV/dec의 문턱전압과 subthreshold swing을 확인할 수 있었다. Nonvolatile memory mode는 FN tunneling, high-speed 1T-DRAM mode에서는 impact ionization을 이용하여 쓰기/소거 작업을 실시하였다. NVM 모드의 경우 약 2V의 memory window를 확보할 수 있었으며 $85^{\circ}C$에서의 retention 측정시에도 10년 후 약 0.9V의 memory window를 확보할 수 있었다. 1T-DRAM 모드의 경우에는 약 $30{\mu}s$의 retention과 $5{\mu}A$의 sensing margin을 확보할 수 있었다. 차후 engineered tunnel barrier기술이나 엑시머레이저를 이용한 결정화 방법을 적용한다면 device의 특성향상을 기대할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 다결정실리콘을 이용한 다기능메모리를 제작 및 메모리 특성을 평가하였다. 제작된 소자의 단일 셀 내에서 NVM동작과 1T-DRAM동작이 모두 가능한 것을 확인할 수 있었다. 다결정실리콘의 특성상 단결정 SOI기반의 다기능 메모리에 비해 낮은 특성을 보여주었으나 이는 결정화방법, high-k절연막 적용 및 engineered tunnel barrier를 적용함으로써 해결 가능하다고 생각된다. 또한 sputter를 이용하여 저온증착된 O/N/O layer에서의 P/E특성을 확인함으로써 glass위에서의 MFM구현의 가능성도 확인할 수 있었으며, 차후 system on panel (SOP)적용도 가능할 것이라고 생각된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.395-396
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• 2011

본 논문에서는 30% 내외의 평균반사율을 가지는 다결정 실리콘 태양전지의 입사광 손실을 최소화하여 광전변환효율 극대화를 구현하기 위해서 SF6/O2 혼합가스를 이용한 RIE 표면 texturing 공정을 수행하였다. 현재 다결정 실리콘 태양전지는 다양한 방향의 grain을 가지기 때문에 단결정 실리콘에 적용되는 습식 식각 방식이 다결정 실리콘 표면 texturing에 적절하지 않은 것으로 알려져 있다. 이를 개선하기 위해서 이방성 식각 특성을 가지는 다양한 texturing 방법이 시도되고 있다. 대표적으로 기계적인 방식의 V-grooving, 레이저 grooving, 플라즈마 건식식각을 이용한 texturing 및 산 용액을 이용한 texturing 등의 연구가 보고되고 있다. 그 중에서 플라즈마 건식식각 방식의 하나인 RIE를 이용한 표면 texturing 공정이 간단한 공정과 산업계 응용의 용이성 때문에 활발히 연구되어 왔다. 특히 Sandia group과 일본 Kyocera사의 연구 결과에서는 그 가능성을 입증하고 있다. 본 연구에서는 공정의 단순화와 안전한 공정을 위해서 SF6/O2 혼합 가스를 이용하여 마스크 패턴 공정없이 RIE texturing 공정을 수행하였으며, RIE-textured 다결정 실리콘에 대해서 태양전지를 제작하여 표면 texturing이 광전변환효율에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 그 결과 SF6/O2 혼합 가스를 이용한 RIE texturing은 다결정 실리콘 표면에 주로 needle 구조를 형성하는 것을 확인하였다. 각 texturing 조건별 반사율의 차이는 needle 구조의 조밀도와 관련되는 것을 알 수 있었으며, 동일 공정 parameter 상에서 식각 시간 1, 2, 3, 4, 5분 기준 시간에 따른 표면 구조 분석 결과 seed 가 형성되고 그에 따라서 needle 형태로 식각되는 과정을 관찰하였다. 반사율은 분당 약 4%씩 낮아져 5분 식각 후 14.45% 까지 낮아졌으며, 표면 구조에서 폭은 약 30 nm로 모두 일정하며, 길이가 약 20, 30, 50, 80, 100 nm으로 증가되었다. 이 결과로 보아 seed로부터 needle 구조가 심화되어가는 것을 알 수 있었다. 시간에 따른 RIE texturing 후 제작된 태양전지는 효율이 1분 식각 기준 15.92%에서 약 0.35% 씩 낮아져 5분 식각 후 14.4%로 낮아졌다. Voc 는 texturing 시간에 관계없이 일정하며 Isc가 점점 감소되는 것으로 확인되었다. EQE 결과도 이와 동일하게 RIE texturing 시간이 길어질수록 전체 파장 범위에서 일정하게 낮아지는 것이 관찰되었다. Electroluminescence(EL) 이미지 결과 texturing 시간이 길어진 태양전지일수록 점점 어두운 이미지가 나타나 5분 식각의 경우 가장 어두운 결과를 나타내었다. 이런 결과는 한 가지 이유보다는 복합적인 문제로 예상되는데 궁극적으로는 RIE 공정 후 표면에 쌓인 charged particle들이 trap 준위를 형성하여 효율 및 공정상에 영향을 미친 것으로 보이며, 특히 잔류 O기가 불균일한 산화막을 형성하는 것으로 예상된다. 또한 EL 분석 결과를 볼 때 RIE texturing 공정이 길어질수록 불안정한 pn-junction을 형성하는 것을 확인하였으며, emitter 층 형성 후 PSG (phosphorous silica glass) 공정에서 needle의 상부 구조가 무너지면서 면저항이 증가된 결과로 분석된다. PSG 제거 후 측정된 면저항의 경우 3분 texturing 샘플부터 면저항이 약 4${\Omega}/sq$ 정도 증가됨을 확인하였다.

• Composites Research
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• v.28 no.4
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• pp.155-161
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• 2015

A composite structure was fabricated with embedded impact detection capabilities for applications in Structural Health Monitoring (SHM). By embedding sensor functionality in the composite, the structure can successfully perform impact localization in real time. Smart resin, composed of $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-Pb(Zr,\;Ti)O_2$ (PNN-PZT) powder and epoxy resin with 1:30 wt%, was used instead of conventional epoxy resin in order to activate the sensor function in the composite structure. The embedded impact sensor in the composite was fabricated using Hand Lay-up and Vacuum Assisted Resin Transfer Molding(VARTM) methods to inject the smart resin into the glass-fiber fabric. The electrodes were fabricated using silver paste on both the upper and bottom sides of the specimen, then poling treatment was conducted to activate the sensor function using a high voltage amplifier at 4 kV/mm for 30 min at room temperature. The composite's piezoelectric sensitivity was measured to be 35.13 mV/N by comparing the impact force signals from an impact hammer with the corresponding output voltage from the sensor. Because impact sensor functionality was successfully embedded in the composite structure, various applications of this technique in the SHM industry are anticipated. In particular, impact localization on large-scale composite structures with complex geometries is feasible using this composite embedded impact sensor.