• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.198-198
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• 2011

단분산 결정질 실리콘 나노입자 (<10 nm)는 양자점 효과로 인한 선택적 파장 흡수가 가능하므로 태양전지 분야에 응용 가능성이 크다. 특히 입경의 크기가 작아지면 부피대비 표면적이 넓어지기 때문에 태양빛 흡수 면적이 증가한다. 따라서 입자의 크기는 태양전지에서 효율을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 이러한 이유에서 plasma arc synthesis, laser ablation, pyrolysis 그리고 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등이 실리콘 나노입자를 합성하는데 연구되어 왔으며, 특히 PECVD는 입자 생성과 동시에 균일한 증착이 이루어질 수 있기 때문에 태양전지 제작 시 공정 효율을 높일 수 있다. PECVD를 이용한 나노입자 합성에서 입경을 제어하는데 중요한 전구물질은 Ar과 SiH4가스이다. Ar 가스는 ICP (Inductively Coupled Plasma) 챔버 내부에 가해준 전력을 통해 가속됨으로써 분해되어 Ar plasma가 생성된다. 이는 공급되는 SiH4가스를 분해시켜 핵생성을 유도하고, 그 주위로 성장시킴으로써 실리콘 나노입자가 합성된다. 이때 중요한 변수 중 하나는 핵생성과 입자성장시간의 조절을 통한 입경제어 이다. 또한 공급되는 가스의 유량은 입자가 생성될 때 필요한 화학적 구성비를 결정하므로 입경에 중요한 요소가 된다. 마지막으로 공정압력은 챔버내부의 plasma 구성 요소들의 평균 자유 행로를 결정하여 SiH4가 분해되어 입자가 생성되는 속도와 양을 제어한다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정압력 등이 있다. 본 연구에서는 RF (Radio Frequency) PECVD방법을 이용하여 실리콘 나노입자를 만드는데 필요한 여러 변수들을 제어함으로써 이에 따른 입경분포 차이를 연구하였다. 또한 SEM (Scanning Electron Microscopy)과 SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer)를 이용하여 각 변수에 따라 생성된 나노입자의 입경과 농도를 분석하였다. 이 중 plasma power에 따른 입경분포 측정 결과 600W에서 합성된 실리콘 나노입자가 상당히 단분산 된 형태로 나타남을 확인할 수 있었고 향후 다른 변수의 제어, 특히 DC bias 전압과 열을 가함으로써 나노입자의 결정성을 확인하는 추가 연구를 통해 태양전지 제작에 응용 할 수 있을 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.246-246
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• 2012

Smart catalyst design though novel catalyst preparation methods can improve catalytic activity of transition metals on reducible oxide supports such as titania by enhancement of metal oxide interface effects. In this work, we investigated Pt nanoparticles/titania catalysts under CO oxidation reaction by using novel preparation methods in order to enhance its catalytic activity by optimizing metal oxide interface. Arc plasma deposition (APD) and metal impregnation techniques are employed to achieve Pt metal deposition on titania supports which are prepared by multi-target sputtering and Sol-gel techniques. In order to tailor metal-support interface for catalytic CO oxidation reaction, Pt nanoparticles and thin films are deposited in varying surface coverages on sputtered titania films using APD. To assess the role of oxide support at the interface, APD-Pt is deposited on sputtered and Sol-gel prepared titania films. Lastly, characteristics of APD-Pt process are compared with Pt impregnation technique. Our results show that activity of Pt nanoparticles is improved when supported over Sol-Gel prepared titania than sputtered titania film. It is suggested that this enhanced activity can be partly ascribed to a very rough titania surface with the higher free metal surface area and higher number of sites at the interface between the metal and the support. Also, APD-Pt shows superior catalytic activity under CO oxidation as compared to Pt impregnation on sputtered titania support. XPS results show that bulk oxide is formed on Pt when deposited through impregnation and has higher proportion of oxidized Pt in the form of $Pt^{2+/4+}$ oxidation states than Pt metal. APD-Pt shows, however, mild oxidation with large proportion of active Pt metal. APD-Pt also shows trend of increasing CO oxidation activity with number of shots. The activity continues to increase with surface coverage beyond 100%, thus suggesting a very rough and porous Pt films with higher active surface metal sites due to an increased surface area available for the reactant CO and $O_2$ molecules. The results suggest a novel approach for systematic investigation into metal oxide interface by rational catalysts design which can be extended to other metal-support systems in the future.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.9
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• pp.766-772
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• 2011

Amorphous Si (a-Si) thin films of $p^+/p^-/n^+$ were deposited on $Si_3N_4$/glass substrate by using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. These films were annealed at various temperatures and for various times by using a rapid thermal process (RTP) equipment. This step was added before the main thermal treatment to make the nuclei in the a-Si thin film for reducing the process time of the crystallization. The main heat treatment for the crystallization was performed at the same condition of $600^{\circ}C$/18 h in conventional furnace. The open-circuit voltages ($V_{oc}$) were remained about 450 mV up to the nucleation condition of 16min in the nucleation RTP temperature of $680^{\circ}C$. It meat that the process time for the crystallization step could be reduced by adding the nucleation step without decreasing the electrical property of the thin film Si for the solar cell application.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.305-305
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• 2010

태양전지의 개발이 본격화 되면서 태양전지 웨이퍼 표면에서의 재결합에 의한 손실을 줄이고 전면에서의 반사도를 감소시키기 위한 ARC (Anti-reflection Coating) layer에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중 대표적인 물질이 실리콘 질화막이 있다. 실리콘 질화막은 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)법으로 저온에서 실리콘 기판 위에 증착 가능한 장점이 있다. 또한 실리콘 질화막의 광학적, 전기적인 특성은 $SiH_4:NH_3$의 화학적 조성비에 의해 결정되며 가스비 가변에 따라 균일도 및 굴절률 조절을 가능케 하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 태양전지의 표면 반사도 저감 및 효율 향상에 최적화된 실리콘 질화막을 형성하기 위해 PECVD를 이용하였고, 가스비 가변을 통해 굴절률을 조절하여 실리콘 질화막을 증착하고 이를 이용한 태양전지를 제작한 후 특성을 비교, 분석하였다. 실리콘 질화막 증착을 위해 압력, 온도, 파워를 1Torr, $450^{\circ}C$, 300W로 고정하고 가스비는 $SiH_4$를 45 sccm으로 고정한 후 $NH_3$의 양을 각각 30, 60, 90, 120 sccm으로 가변하였다. $SiH_4:NH_3$ 비율이 45:90일 때 박막의 passivation효과가 최대였으며 이 조건로 ARC를 형성한 태양전지는 77% 후반의 높은 FF(Fill Factor)와 17%의 광 변환 효율을 나타냈다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.59-59
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• 1999

DLC(diamond-like carbon)필름은 다이아몬드와 유사한 강도, 낮은 마차계수, 높은 Optical band gap, NEA(negative electron affinity)등의 우수한 특성을 가지고 있어, 내마모 코팅이나 정보저장 매체의 윤활 코팅, FED(field emission display)의 전계방출소자등 다양한 분야에의 응용이 연구되고 있다. DLC 필름은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), IBAD(ion beam assisted deposition), Laser ablation, Cathodic vacuum arc등의 process를 이용하여 증착되고 있다. 특히 이러한 필름의 물성은 입사되는 이온의 에너지에 의해 좌우되는데, Lifshitz 등의 연구에 의하여 hyperthermal species를 이용한 DLC 필름의 성장은 초기에 subsurface로의 shallow implantation이 일어난 후 높은 sp3 fraction을 갖는 필름이 연속적으로 성장한다는 subplantation model이 제시 되었다. 본 연구에서는 기판과 subplantation 영역이 이후 계속하여 증착되는 순수 DLC 필름의 특성 변호에 미치는 영향에 대하여 관심을 가지고 실험을 행하였다. 본 실험에서는 상기 제시되어 있는 방법보다도 더욱 정확하고도 독립적으로 탄소 음이온의 에너지와 flux를 조절할 수 있는 Cs+ ion beam sputtering system을 이용하여 탄소 음이온의 에너지를 40eV에서 200eV까지 변화시키며 필름을 증착하였다. Si(100) 웨이퍼를 기판으로 사용하였고 증착 압력은 5$\times$10-7torr 였으며 인위적인 기판의 가열은 하지 않았다. 또한 Ion beam deposited DLC film의 growth process를 연구하기 위하여 200eV의 탄소 음이온을 시간(증착두께)을 변수로 하여 증착하였고, 이 때에는 Kaufman type의 gas ion beam을 이용하여 500eV의 Ar+ ion으로 pre-sputering을 행하였다. 탄소 음이온의 에너지와 증착두께에 따라 증착된 film 내의 sp3/sp2 ratio 의 변화를 XPS plasmon loss 와 Raman spectra를 이용하여 분석하였다. 또한 증착두께에 따른 interlayer의 결합상태를 관찰하기 위하여 AES와 XPS 분석을 보조로 행하였다.

• Journal of Powder Materials
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• v.18 no.2
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• pp.112-121
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• 2011

This study investigated the effect of solvent on the fabrication of Ni-free Fe-based alloy nano powders by employing the PWE (pulsed wire evaporation) in liquid and compared the alloy particles fabricated by three different methods (PWE in liquid, PWE in Ar, plasma arc discharge), for high temperature oxidation-resistant metallic porous body for high temperature soot filter system. Three different solvents (ethanol, acetone, distilled water) of liquid were adapted in PWE in liquid process, while X-ray diffraction (XRD), field emission scanning microscope (FE-SEM), and transmission electron microscope (TEM) were used to investigate the characteristics of the Fe-Cr-Al nano powders. The alloy powder synthesized by PWE in ethanol has good particle size and no surface oxidation compared to that of distilled water. Since the Fe-based alloy powders, which were fabricated by PWE in Ar and PAD process, showed surface oxidation by TEM analysis, the PWE in ethanol is the best way to fabricate Fe-based alloy nano powder.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.36 no.1
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• pp.79-84
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• 2003

$WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ N multilayered coatings are performed by their periodically repeated structures of lamellae of WC-Ti/$WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ Nmaterials. The $WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ N coatings with variable Al content were deposited onto AISI D2 steel by cathodic arc deposition (CAD) method. The electrochemical behavior of multilayered $WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ N coatings with different phases (WC- Ti$0.6/Al_{0.4}$ N, $WC-Ti_{0.53}$$Al_{0.47}$N, $WC-Ti_{0.5}$ $Al_{0.5}$ N and $WC-Ti_{ 0.43}$$Al_{0.57}$ N) was investigated in deaerated 3.5% NaCl solution at room temperature. The corrosion behaviors for the multilayered coatings were investigated by electrochemical techniques (potentiodynamic polarization) and surface analyses (X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES)). In the petentiodynamic polarization test, the corrosion current density of $WC-Ti_{0.5}$$Al_{0.5}$N was lower than others.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2006.06a
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• pp.56-58
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• 2006

본 논문은 PVD(Physical Vapor Deposition)의 마그네트론 스퍼터(Magnetron sputter) 박막코팅(Thin film coating) 공정에서 플라즈마(Plasma)를 발생시키고 제어하는 DC 전원공급 장치에 관한 것이다. 이 논문에서는 임피던스의 변화가 심하고 아크(Arc)가 빈번히 발생하는 플라즈마 부하의 특성에 대해, 과도상태(Transient state)의 출력제어 성능을 향상시키고 아크 발생 시 부하로 전가되는 아크에너지를 저감시키기 위한 직류 전원 공급 장치에 대해 소개한다. 전원장치는 수하특성을 가지며 플라즈마 부하에 적합한 출력 제어성을 확보하고 아크 에너지를 최소화하기 위해 고주파 L-C 직렬공진회로 기법을 적용한다. 개발된 DC 20kW급 전원 장치는 인버터와 고주파 절연변압기, 정류기로 구성된다. 인버터는 $100{\sim}200kHz$의 제어주파수로 PFM 및 PWM 제어를 하며, 단위용량 5kW급 컨버터 4개를 직, 병렬 연결하여 출력리플을 최소화 하였다. 개발된 장치의 우수한 제어성능은 실제 플라즈마 공정에서 시험 평가한 결과를 통해 검증할 수 있었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.19 no.3
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• pp.270-276
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• 2008

$N_2$ doped $TiO_2$ nano-sized powder was prepared using a DC arc plasma jet and investigated with XRD, BET, SEM, TEM, and photo-catalytic decomposition. Recently the research interest about the nano-sized $TiO_2$ powder has been increased to improve its photo-catalytic activity for the removal of environmental pollutants. Nitrogen gas, reacting gas, and titanium tetrachloride ($TiCl_4$) were used as the raw materials and injected into the plasma reactor to synthesize the $N_2$ doped $TiO_2$ power. The particle size and XRD peaks of the synthesized powder were analyzed as a function of the flow rate of the nitrogen gas. Also, the characteristics of the photo-catalytic decomposition using the prepared powder were studied. For comparing the photo-catalytic decomposition performance of $TiO_2$ powder with that of $TiO_2$ coating, $TiO_2$ thin films were prepared by the spin coating and the pulsed laser deposition. For the results of the acetaldehyde decomposition, the photo-catalytic activity of $TiO_{2-x}N_x$ powder was higher than that of the pure $TiO_2$ powder in the visible light region. For the methylene blue decomposition, the decomposition efficiency of $TiO_2$ powder was also higher than that of $TiO_2$ film.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.14 no.10
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• pp.835-844
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• 2001

In this paper, we report the successful growth of crystalline carbon nitride films in Si(100) by a laser-electric discharge method. The laser ablation of the target leads to vapor plume plasma expending into the ambient nitrogen arc discharge area. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Auger electron spectroscopy(AES) were used to identify the binding structure and the content of the nitrogen species in the deposited films. The surface morphology of the films with a deposition time of 2 hours is studied using a scanning electron microscopy (SEM). In order to determine the structural crystalline parameters, X-ray diffraction (XRD) was used to analysis the grown films.