• 한국진공학회지
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• 제17권2호
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• pp.81-89
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• 2008

분자동역학을 이용하여 이온빔 스퍼터링 과정에서 원자의 거동을 연구하였다. Ar이온이 Au와 Pd(001) 표면에 다양한 에너지와 입사각도로 충돌할 때, 표면원자들 중 일부는 공간으로 떨어져 나갔으며, 반응 후 일부 원자들은 초기 표면보다 위쪽에 재증착 되는 현상이 관찰되었다. 재증착 원자의 수율은 스퍼터된 원자보다 Au의 경우 약 5배, Pd의 경우 약 3배 많이 입사 에너지와 입사 각도에 상관없이 발생됨을 확인하였다. 연속된 입사계산을 통해, 스퍼터링 과정에 발생되는 다양한 표면 패턴 형성 메커니즘을 식각만으로 설명하고 있는 종래의 개념과는 달리, 이온빔으로 인해 끊임없이 발생되는 재증착 원자들이 표면의 구조를 형성하는데 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.312-312
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• 2011

In SiH4/H2 discharge for growth process of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H), silane polymers, produced by SiH2 + Sin-1H2n ${\rightarrow}$ SinH2n+2, have no reactivity on the film-growing surface. However, under the SiH2 rich condition, high silane reactive species (HSRS) can be produced by electron collision to silane polymers. HSRS, having relatively strong reactivity on the surface, can react with dangling bond and form Si-H2 networks which have a close correlation with photo-induced degradation of a-Si:H thin film solar cell [1]. To find contributions of suggested several external plasma conditions (pressure, frequency and ratio of mixture gas) [2,3] to suppressing productions of HSRS, some plasma characteristics are studied by numerical methods. For this study, a zero-dimensional global model for SiH4/H2 discharge and a one-dimensional particle-in-cell Monte-Carlo-collision model (PIC-MCC) for pure SiH4 discharge have been developed. Densities of important reactive species of SiH4/H2 discharge are observed by means of the global model, dealing 30 species and 136 reactions, and electron energy probability functions (EEPFs) of pure SiH4 discharge are obtained from the PIC-MCC model, containing 5 charged species and 15 reactions. Using global model, SiH2/SiH3 values were calculated when pressure and driving frequency vary from 0.1 Torr to 10 Torr, from 13.56 MHz to 60 MHz respectively and when the portion of hydrogen changes. Due to the limitation of global model, frequency effects can be explained by PIC-MCC model. Through PIC-MCC model for pure SiH4, EEPFs are obtained in the specific range responsible for forming SiH2 and SiH3: from 8.75 eV to 9.47 eV [4]. Through densities of reactive species and EEPFs, polymerization reactions and production of HSRS are discussed.

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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.490-490
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• 2011

Graphene, hexagonal network of carbon atoms forming a one-atom thick planar sheet, has been emerged as a fascinating material for future nanoelectronics. Huge attention has been captured by its extraordinary electronic properties, such as bipolar conductance, half integer quantum Hall effect at room temperature, ballistic transport over ${\sim}0.4{\mu}m$ length and extremely high carrier mobility at room temperature. Several approaches have been developed to produce graphene, such as micromechanical cleavage of highly ordered pyrolytic graphite using adhesive tape, chemical reduction of exfoliated graphite oxide, epitaxial growth of graphene on SiC and single crystalline metal substrate, and chemical vapor deposition (CVD) synthesis. In particular, direct synthesis of graphene using metal catalytic substrate in CVD process provides a new way to large-scale production of graphene film for realization of graphene-based electronics. In this method, metal catalytic substrates including Ni and Cu have been used for CVD synthesis of graphene. There are two proposed mechanism of graphene synthesis: carbon diffusion and precipitation for graphene synthesized on Ni, and surface adsorption for graphene synthesized on Cu, namely, self-limiting growth mechanism, which can be divided by difference of carbon solubility of the metals. Here we present that large area, uniform, and layer controllable graphene synthesized on Cu catalytic substrate is achieved by acetylene-assisted CVD. The number of graphene layer can be simply controlled by adjusting acetylene injection time, verified by Raman spectroscopy. Structural features and full details of mechanism for the growth of layer controllable graphene on Cu were systematically explored by transmission electron microscopy, atomic force microscopy, and secondary ion mass spectroscopy.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.207-207
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• 2012

Si quantum dot (QD) imbedded in a $SiO_2$ matrix is a promising material for the next generation optoelectronic devices, such as solar cells and light emission diodes (LEDs). However, low conductivity of the Si quantum dot layer is a great hindrance for the performance of the Si QD-based optoelectronic devices. The effective doping of the Si QDs by semiconducting elements is one of the most important factors for the improvement of conductivity. High dielectric constant of the matrix material $SiO_2$ is an additional source of the low conductivity. Active doping of B was observed in nanometer silicon layers confined in $SiO_2$ layers by secondary ion mass spectrometry (SIMS) depth profiling analysis and confirmed by Hall effect measurements. The uniformly distributed boron atoms in the B-doped silicon layers of $[SiO_2(8nm)/B-doped\;Si(10nm)]_5$ films turned out to be segregated into the $Si/SiO_2$ interfaces and the Si bulk, forming a distinct bimodal distribution by annealing at high temperature. B atoms in the Si layers were found to preferentially substitute inactive three-fold Si atoms in the grain boundaries and then substitute the four-fold Si atoms to achieve electrically active doping. As a result, active doping of B is initiated at high doping concentrations above $1.1{\times}10^{20}atoms/cm^3$ and high active doping of $3{\times}10^{20}atoms/cm^3$ could be achieved. The active doping in ultra-thin Si layers were implemented to silicon quantum dots (QDs) to realize a Si QD solar cell. A high energy conversion efficiency of 13.4% was realized from a p-type Si QD solar cell with B concentration of $4{\times}1^{20}atoms/cm^3$. We will present the diffusion behaviors of the various dopants in silicon nanostructures and the performance of the Si quantum dot solar cell with the optimized structures.

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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.590-590
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• 2012

A transparent conducting oxide (TCO) layer was applied in crystalline Si (c-Si) solar cells without use of the conventional SiNx-coating. A high quality indium-tin-oxide (ITO) layer was directly deposited on an emitter layer of a Si wafer. Three different types of emitters were formed by controlling the phosphorous diffusion condition. A light-doped emitter forming a thinner emitter junction showed an improved photoconversion efficiency of 14.1% comparing to 13.2% of a heavy-doped emitter. This was induced by lower recombination within a narrower depletion region of the light-doped emitter. In the aspect of light management, the intermediate refractive index of ITO is effective to reduce the light reflection leading the enhanced carrier generation in a Si absorber. For the electrical aspect, the ITO layer serves as an efficient electrical conductor and thus relieves the burden of high contact resistance of the light-doped emitter. Additionally, the ITO works as a buffer layer of Ag and Si and certainly prevents the shunting problem of Ag penetration into Si emitter region. It discusses an efficient design scheme of TCO-embedded emitter Si solar cells.

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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.53-53
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• 2011

This paper describes results for surface and bulk characterization of the most promising thin film solar cell material for high performance devices, (Ag,Cu) (In,Ga) Se2 (ACIGS). This material in particular exhibits a range of exotic behaviors. The surface and general materials science of the material also has direct implications for the operation of solar cells based upon it. Some of the techniques and results described will include scanning probe (AFM, STM, KPFM) measurements of epitaxial films of different surface orientations, photoelectron spectroscopy and inverse photoemission, Auger electron spectroscopy, and more. Bulk measurements are included as support for the surface measurements such as cathodoluminescence imaging around grain boundaries and showing surface recombination effects, and transmission electron microscopy to verify the surface growth behaviors to be equilibrium rather than kinetic phenomena. The results show that the polar close packed surface of CIGS is the lowest energy surface by far. This surface is expected to be reconstructed to eliminate the surface charge. However, the AgInSe2 compound has yielded excellent atomic-resolution images of the surface with no evidence of surface reconstruction. Similar imaging of CuInSe2 has proven more difficult and no atomic resolution images have been obtained, although current imaging tunneling spectroscopy images show electronic structure variations on the atomic scale. A discussion of the reasons why this may be the case is given. The surface composition and grain boundary compositions match the bulk chemistry exactly in as-grow films. However, the deposition of the heterojunction forming the device alters this chemistry, leading to a strongly n-type surface. This also directly explains unpinning of the Fermi level and the operation of the resulting devices when heterojunctions are formed with the CIGS. These results are linked to device performance through simulation of the characteristic operating behaviors of the cells using models developed in my laboratory.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.308-308
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• 2012

현재 결정질 태양전지 제작에 있어 공정 단가 및 재료비 절감을 위해 실리콘 웨이퍼의 두께가 점점 얇아지는 추세이며, 이에 따른 장파장 영역 흡수 손실을 감소시키기 위한 방안으로 후면 패시베이션에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 후면 패시베이션층으로는 SiO2, SiNx, a-Si:H, SiOxNy 등의 물질이 사용되고 있으며, 본 연구에서는 SiO2/SiNx/SiO2 (ONO)의 삼중막 구조를 패시베이션층으로 하여 SiNx 단일막 구조와의 열처리 온도에 따른 소수캐리어 수명(${\tau}eff$), 후면 재결합속도(Seff), 확산거리(LD) 등의 파라미터 변화를 비교하였다. 증착 직후와 $350^{\circ}C$에서의 Forming Gas Annealing (FGA), 그리고 $800^{\circ}C$의 고온에서의 fast firing 후의 각각의 파라미터 변화를 관찰하였다. 증착 직후 SiNx 단일막과 ONO 삼중막의 소수캐리어 수명은 각각 $108{\mu}s$와 $145{\mu}s$를 보였다. 후면 재결합속도는 65 cm/s와 44 cm/s를 보였으며, 확산거리는 각각 $560{\mu}m$와 $640{\mu}m$를 나타내었다. FGA와 firing 열처리 후 세 파마미터는 모두 향상된 값을 보였으며 최종 firing 처리 후 단일막과 삼중막의 소수캐리어 수명은 각각 $196{\mu}s$와 $212{\mu}s$를 보였다. 또한 후면 재결합속도는 28 cm/s와 24 cm/s를 보였으며, 확산거리는 각각 $750{\mu}m$와 $780{\mu}m$를 보여 ONO 삼중막 구조의 경우에서 보다 우수한 특성을 보였다. 본 실험을 통해 SiNx 단일막보다 ONO 패시베이션 구조에서의 열적안정성이 우수함을 확인하였으며, 또한 ONO 패시베이션 구조는 열적 안정성뿐 아니라 n-type 도핑을 위한 Back To Back (BTB) 도핑 공정 시 후면으로 의 도펀트 침투를 막는 차단 층으로서의 역할도 기대할 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제19권2호
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• pp.96-104
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• 2010

NIL, S-FIL과 같은 각인 기술(Imprinting lithography)를 적용하기 위한 투명하고 단단한 복제 틀(replica hard mold)을 제작하여 고가의 원판(master)와 패턴이 형성되는 기판과의 접촉을 근본적으로 방지해 경제적인 공정이 가능함을 제안한다. 실리콘 웨이퍼(Si wafer)와 같은 원판(master)과 패턴 형성 시 사용되는 기판과 직접적인 접촉을 방지하기 위해 우선 액상 공정을 이용하여 비접착성 표면처리된 고분자 복제(polymer copy)를 매개체(carrier)로 단단한 복제 틀을 제작한다. 이렇게 제작된 단단한 복제 틀(replica hard mold)는 유리와 거의 같은 강도와 투명도를 나타내며, 각인 공정(imprinting process)에서 석영 틀, 실리콘 웨이퍼(quartz mold, Si wafer)과 같이 값비싼 원판(master)의 직접 사용을 대체하여 성공적으로 패턴을 구현할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.218-218
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• 2010

기존의 비휘발성 메모리 소자는 터널 절연막으로 $SiO_2$ 단일 절연막을 이용하였다. 그러나 소자의 축소화와 함께 비휘발성 메모리 소자의 동작 전압을 낮추기 위해서 $SiO_2$ 단일 절연막의 두께도 감소 시켜야만 하였다. 하지만 $SiO_2$ 단일 절연막의 두께 감소에 따라, 메모리의 동작 횟수와 데이터 보존 시간의 감소등의 문제점들로 인해 기술적인 한계점에 이르렀다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 최근 high-k 물질을 기반으로 하는 Tunnel Barrier Engineered (TEB) 기술이 주목 받고 있다. TBE 기술이란, 터널 절연막을 위해 서로 다른 유전율을 갖는 유전체를 적층함으로써 쓰기/지우기 속도의 향상과 함께, 물리적인 두께 증가로 인한 데이터 보존 시간을 향상 시킬 수 있는 기술이다. 따라서, 본 연구에서는 적층된 터널 절연막에 이용되는 $HfO_2$를 FGA (Forming Gas Annealing)와 RTA (Rapid Thermal Annealing) 공정에 의한 열처리 효과를 알아보기 위해, 온도에 따른 전기적인 특성을 MIS-Capacitor 제작을 통하여 분석하였다. 이를 위해 먼저 Si 기판 위에 $SiO_2$를 약 3 nm 성장시킨 후, $HfO_2$를 Atomic Layer Deposition (ALD) 방법으로 약 8 nm를 증착 하였고, Aluminum을 약 150 nm 증착 하여 게이트 전극으로 이용하였다. 이를 C-V와 I-V 특성을 이용하여 분석함으로 써, 열처리 공정을 통한 $HfO_2$의 터널 절연막 특성이 향상됨을 확인 하였다. 특히, $450^{\circ}C$ $H_2/N_2$(98%/2%) 분위기에서 진행한 FGA 공정은 $HfO_2$의 전하 트랩핑 현상을 줄일 뿐 만 아니라, 낮은 전계에서는 낮은 누설 전류를, 높은 전계에서는 높은 터널링 전류가 흐르는 것을 확인 하였다. 이와 같은 전압에 대한 터널링 전류의 민감도의 향상은 비휘발성 메모리 소자의 쓰기/지우기 특성을 개선할 수 있음을 의미한다. 반면 $N_2$ 분위기에서 실시한 RTA 공정에서는, 전하 트랩핑 현상은 감소 하였지만 FGA 공정 후 보다는 전하 트랩핑 현상이 더 크게 나타났다. 따라서, 적층된 터널 절연막은 적절한 열처리 공정을 통하여 비휘발성 메모리 소자의 성능을 향상 시킬 수 있음이 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.277.2-277.2
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• 2013

Petri dishes and glass slides have been widely used as general substrates for in vitro mammalian cell cultures due to their culture viability, optical transparency, experimental convenience, and relatively low cost. Despite the aforementioned benefit, however, the flat two-dimensional substrates exhibit limited capability in terms of realistically mimicking cellular polarization, intercellular interaction, and differentiation in the non-physiological culture environment. Here, we report a protocol of culturing embryonic rat hippocampal neurons on the electro-spun polymeric network and the results from examination of neuronal cell behavior and network formation on this culture platform. A combinatorial method of laser-scanning confocal fluorescence microscopy and live-cell imaging technique was employed to track axonal outgrowth and synaptic connectivity of the neuronal cells deposited on this model culture environment. The present microfiber-based scaffold supports the prolonged viability of three-dimensionally-formed neuronal networks and their microscopic geometric parameters (i.e., microfiber diameter) strongly influence the axonal outgrowth and synaptic connection pattern. These results implies that electro-spun fiber scaffolds with fine control over surface chemistry and nano/microscopic geometry may be used as an economic and general platform for three-dimensional mammalian culture systems, particularly, neuronal lineage and other network forming cell lines.