• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.396-396
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• 2008

투명 전도성 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 필름을 터치스크린이나 디스플레이 소자 등의 전극에 응용할 목적으로, CNT 필름의 전기저항 및 광 투과도를 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 단일벽 CNT (single-walled CNT)를 여러 가지 계면활성제로 분산시킨 수용액으로부터 제조한 CNT 필름을 산 처리하여 저항 및 투과도의 변화를 관찰하였다. 우선 계면활성제로 분산시킨 CNT 수용액을 알루미나 재질의 필터에서 정량적으로 진공 필터링하여 CNT 필름을 제조하였다. 알루미나 필터를 sodium hydroxide (NaOH) 수용액으로 용해시켜 제거함으로써 얻은 CNT 필름을 유리기판 위에 부착시킨 후 광 투과도와 먼 저항 (sheet resistance)을 측정하였다. CNT 필름을 질산 ($HNO_3$) 용액에 처리하였을 때 투과도는 1~5 % 향상되었으며, 면 저항은 계면활성제로 분산시킨 CNT 필름 대부분에서 감소하였다. 이는 CNT 표면에 코팅되어 있던 계면활성제들이 산에 의해 제거되었기 때문일 것으로 추측된다. 특히 sodium dodecylbenzene sulfonate (NaDDBS)로 제조한 CNT 필름의 경우, 질산을 처리 전에는 투과도 83%, 면 저항 450 $\Omega$/sq.의 특성을 보였으나, 처리 후에는 각각 86 %, 350 $\Omega$/sq.로 향상되었다. Polyvinyl pyrrolidone (PVP)과 cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)를 사용하여 제조한 CNT 필름의 면 저항이 가장 뚜렷한 감소를 보였다. 제조된 필름과 삼 처리된 필름 특성을 Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, UV-Vis spectroscopy 등을 이용하여 분석하였고, 4-point probe로 면 저항을 측정하였다.

• Composites Research
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• 제29권4호
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• pp.151-155
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• 2016

그래핀은 저차원 구조에서 기인하는 우수한 특성으로 인해 슈퍼커패시터의 전극소재로 응용이 가능한 소재이다. 본 연구에서는 2차원 구조인 그래핀의 비 표면적 향상을 위해 다공성 니켈 나노구조체 표면에 열 화학기상증착법과 마이크로웨이브 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 3차원의 그래핀을 합성하였다. 주사전자현미경, 라만 분광법, X-선 광전자 분광법을 통해 합성된 그래핀의 구조적, 화학적 특성을 분석한 결과, 3차원 구조의 우수한 결정성을 지니는 다중층 그래핀이 다양한 기판 위에 합성된 것을 확인할 수 있었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제31권9호
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• pp.2503-2508
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• 2010

ZnO thin films were grown on Si or $SiO_2$/Si substrates, at growth temperatures ranging from 150 to $400^{\circ}C$, by atomic layer deposition (ALD) using diethylzinc and water. Despite the large band gap of 3.3 eV, the ALD ZnO films show high n-type conductivity, i.e. low resistivity in the order of $10^{-3}\;{\Omega}cm$. In order to understand the high conductivity of ALD ZnO films, the films were characterized with X-ray diffraction, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, elastic recoil detection, Rutherford backscattering, Photoluminescence, and Raman spectroscopy. In addition, the various analytical data of the ZnO films were compared with those of ZnO single crystal. According to our analytical data, metallic zinc plays an important role for the high conductivity in ALD ZnO films. Therefore when the metallic zinc was additionally oxidized with ozone by a modified ALD sequence, the resistivity of ZnO films could be adjusted in a range of $3.8{\times}10^{-3}\;{\sim}\;19.0\;{\Omega}cm$ depending on the exposure time of ozone.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권7호
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• pp.1973-1978
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• 2014

Here, we present a facile method to synthesize Pt nanoparticles (NPs) and graphene composite materials (Pt/G) via vacuum filtration. Anodic aluminum oxide (AAO) templates were used to separate Pt/G composite and liquid phase. This method can be used to easily tune the mass ratio of Pt NPs and graphene. Pt NPs, graphene, and carbon nanotubes (CNTs) as building blocks were characterized by a variety of techniques such as scanning electron microscopy, UV-Vis spectroscopy, and Raman spectroscopy. We compared the electrocatalytic activities of Pt/G with Pt NP and CNT films (Pt/CNT) by cyclic voltammetry (CV), CO oxidation, and methanol oxidation. Pt/G was much more stable than pure Pt films. Also, Pt/G had better electrochemical activity, CO tolerance and methanol oxidation than Pt/CNT loaded with the same amount of Pt NPs due to the better dispersion of Pt NPs on graphene flakes without aggregation. We further synthesized Au@Pt disk/G and Pt nanorods/G to determine if our synthetic method can be applied to other NP shapes such as nanodisks and nanorods, for further electrocatalysis studies.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.376.1-376.1
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• 2014

그래핀은 차세대 2차원 물질로서 지금까지 활발히 연구되어 왔으나 밴드갭이 없기 때문에 전자소자로서의 응용이 매우 제한적이다. 최근에 그래핀을 대체할 수 있는 물질로서 Transition Metal Dichalcogenides (TMDs)가 주목을 받고 있다. 특히, TMDs 중에서 $MoS_2$는 bulk일 때 indirect한 1.2 eV인 밴드 갭을 갖고 있으나, layer가 줄어들면서 direct한 1.8 eV인 밴드갭을 가진다. 국내외 여러 연구 그룹에서 $MoS_2$를 이용하여 제작한 Field Effect Transistor (FET)는 high-$\small{K}$ gate가 산입되지 않은 경우에 on-off ratio와 mobility가 각각 $10^6$와 약 $3cm^2/Vs$로 나타나고 있다. 이와 같이 아주 우수한 전기적, 광학적 특성을 갖는 소자 응용성을 가지고 있다. 최근까지의 연구결과들은 대부분 mechanical exfoliation method (MEM) 로 제작된 $MoS_2$ monolayer를 이용하였으나, 이 방법은 large scale 및 layer controllable에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 대면적의 집적회로 응용에 적합한 chemical vapor deposition법을 이용하여 $MoS_2$를 성장하였다. 높은 결정성을 위해 sulphur (powder purity 99.99%)와 molybdenum trioxide(powder purity 99.9%)를 이용하고, Ar 가스 분위기에서 sulphur powder 및 molybdenum trioxide powder를 각각 $130^{\circ}C$ 및 $1000^{\circ}C$로 유지하며 $MoS_2$ 박막을 성장하였다. 성장된 $MoS_2$ 박막은 Atomic force Microscopy (AFM)을 통해 박막의 단차와 roughness을 확인하였다. 또한, X-ray Diffraction (XRD) pattern 분석으로 박막의 결정성을 확인하였으며, Raman Spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Photoluminescence (PL) 측정으로 광학적 특성을 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.487-487
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• 2011

Recently graphene has emerged as a fascinating 2D system in condensed-matter physics as well as a new material for the development of nanotechnology. The unusual electronic band structure of graphene allows it to exhibit a strong ambipolar electric field effect with high mobility. These properties lead to the possibility of its application in high-performance transparent conducting films (TCFs). Compared to indium tin oxide (ITO) electrodes, which have a typical sheet resistance of ${\sim}60{\Omega}$/sq and ~85 % transmittance in the visible range (400?900 nm), the CVD-grown graphene electrodes have a higher/flatter transmittance in the visible to IR region and are more robust under bending. Nevertheless, the lowest sheet resistance of the currently available CVD graphene electrodes is higher than that of ITO. Here, we report an ingenious strategy, irradiation of MeV electron beam (e-beam) at room temperature under ambient condition, for obtaining size-homogeneous gold nanoparticle decorated on graphene. The nano-particlization promoted by MeV e-beam irradiation was investigated by transmission electron microscopy, electron energy loss spectroscopy elemental mapping, and energy dispersive X-ray spectroscopy. These results clearly revealed that gold nanoparticle with 10 ~ 15 nm in mean size were decorated along the surface of the graphene after 1.5 MeV-e-beam irradiation. A chemical transformation and charge transfer for the metal gold nanoparticle were systematically explored by X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy. This approach advances the numerous applications of graphene films as transparent conducting electrodes.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.144-144
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• 2012

최근 폴리머를 기판으로 하는 고속 Flexible TFT (Thin film transistor)나 고효율의 박막 태양전지(Thin film solar cell)를 실현시키기 위해 낮은 비저항(resistivity)을 가지며, 높은 홀 속도(carrier hall mobility)와 긴 이동거리를 가지는 다결정 반도체 박막(poly-crystalline semiconductor thin film)을 만들고자 하고 있다. 지금까지 다결정 박막 반도체를 만들기 위해서는 비교적 높은 온도에서 장시간의 열처리가 필요했으며, 이는 폴리머 기판의 문제점을 야기시킬 뿐 아니라 공정시간이 길다는 단점이 있었다. 이에 반도체 박막의 재결정화 온도를 낮추어 주는 metal (Al, Ni, Co, Cu, Ag, Pd, etc.)을 이용하여 결정화시키는 방법(MIC)이 많이 연구되어지고 있지만, 이 또한 재결정화가 이루어진 반도체 박막 안에 잔류 금속(residual metal)이 존재하게 되어 비저항을 높이고, 홀 속도와 이동거리를 감소시키는 단점이 있다. 이에 본 실험은, 종래의 MIC 결정화 방법에서 이용되어진 금속 증착막을 이용하는 대신, HIPIMS (High power impulse magnetron sputtering)와 PIII&D (Plasma immersion ion implantation and deposition) 공정을 복합시킨 방법으로 적은 양의 알루미늄을 이온주입함으로써 재결정화 온도를 낮추었을 뿐 아니라, 잔류하는 금속의 양도 매우 적은 다결정 반도체 박막을 만들 수 있었다. 분석 장비로는 박막의 결정화도를 측정하기 위해 GIXRD (Glazing incident x-ray diffraction analysis)와 Raman 분광분석법을 사용하였고, 잔류하는 금속의 양과 화학적 결합 상태를 알아보기 위해 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통한 분석을 하였다. 또한, 표면 상태와 막의 성장 상태를 확인하기 위하여 HRTEM(High resolution transmission electron microscopy)를 통하여 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.170-170
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• 2011

태양전지와 박막 트랜지스터를 위한 유망한 재료로서 수소화된 비정질 실리콘과 나노결정 실리콘 박막이 관심을 받아 왔다. 특히, 수소화된 나노결정 실리콘 박막은 비정질 대비 높은 방향성과 조밀한 구조 덕에 박막 태양전지나 TFT(Thin film transistor) 소자의 성능 향상에 기여할 수 있는 물질로 연구되고 있다. 이러한 박막들은 보통 $SiH_4$같은 Si을 포함한 가스에 다량의 $H_2$를 희석시켜 플라즈마 화학 증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 성장된다. 이러한 CVD증착 방식을 이용하여 결정화된 박막을 얻기 위해서는 대개 높은 수소 희석비를 이용하는 것이 일반적이나, 이러한 공정 방식은 실리콘이 결합되어야 할 결합위치에 bonding energy가 더 높은 수소의 결합을 촉진하게 된다. 이러한 특성은 박막 태양전지에서 효율을 떨어뜨리는 주요 요소로 작용하고 있다.(1) 본 연구에서는 수소의 결합 확률을 낮춘 결정화된 박막을 성장시키기 위해 수소를 대신하여 헬륨을 희석가스로 사용하여 박막을 증착하고 그 특성을 분석해 보았다. 박막의 구조적 특성, 결정화도(Xc), 플라즈마 내 활성 라디칼(Active radical in plasma), Si-H결합 특성, 전도도(Conductivity)와 같은 박막 특성을 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy), 라만 분광기(Raman spectroscopy), 광 방출 분광기(OES, Optical Emission Spectrocopy), 적외선 분광기(FT-IR, Fourier Transform-Infrared Spectroscopy), Keithley measurement kit이 사용되었다. 수소를 대신하여 헬륨을 사용함으로써 동일 결정화도 대비 10%이상 낮은 microstructure factor 값을 얻을 수 있었으며 인가되는 RF 전력을 140W까지 증가시켰을 때 약 80%의 결정화도를 관찰할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.388-388
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• 2011

Graphene, with its unique physical and structural properties, has recently become a proving ground for various physical phenomena, and is a promising candidate for a variety of electronic device and flexible display applications. The physical properties of graphene depend directly on the thickness. These properties lead to the possibility of its application in high-performance transparent conducting films (TCFs). Compared to indium tin oxide (ITO) electrodes, which have a typical sheet resistance of ~60 ${\Omega}/sq$ and ~85% transmittance in the visible range, the chemical vapor deposition (CVD) synthesized graphene electrodes have a higher transmittance in the visible to IR region and are more robust under bending. Nevertheless, the lowest sheet resistance of the currently available CVD graphene electrodes is higher than that of ITO. Here, we report an ingenious strategy, irradiation of MeV electron beam (e-beam) at room temperature under ambient condition,for obtaining size-homogeneous gold nanoparticle decorated on graphene. The nano-particlization promoted by MeV e-beam irradiation was investigated by transmission electron microscopy, electron energy loss spectroscopy elemental mapping, and energy dispersive X-ray spectroscopy. These results clearly revealed that gold nanoparticle with 10~15 nm in mean size were decorated along the surface of the graphene after 1.0 MeV-e-beam irradiation. The fabrication high-performance TCF with optimized doping condition showed a sheet resistance of ~150 ${\Omega}/sq$ at 94% transmittance. A chemical transformation and charge transfer for the metal gold nanoparticle were systematically explored by X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy. This approach advances the numerous applications of graphene films as transparent conducting electrodes.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.387-387
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• 2011

탄소 나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 육각형 모양의 구조로서 오직 탄소만으로 이루어진 소재이다. CNT는 열전도율이 다이아몬드보다 약 2배 우수하고, 전기 전도는 구리에 비해 1,000배 높으며, 강도는 강철보다 100배나 뛰어나다. CNT의 이러한 특성을 이용한 트랜지스터, 태양전지, 가스 검출을 위한 고감도 센서, 나노 섬유, 고분자-탄소나노튜브 고기능 복합체 등 많은 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 수직으로 성장된 탄소 나노튜브는 일반적인 재료에서는 보기 드물게 힘들게 직경이 나노 크기인 반면 길이는 수 mm까지 합성 되기 때문에 앞서 언급한 분야로의 활용이 더욱 유리하며, 그 중에서도 나노 섬유, 나노 복합체로서의 활용에 극히 유용하다. 이러한 이유로 수직 배열된 CNT 합성에 많은 연구가 집중 되고 있다. 여러 합성 방법 중 성장 변수를 비교적 용이하게 조절 가능한 열 화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)을 이용하여 수직 배열된 수 mm의 CNT를 합성한 연구 결과들이 보고된 바 있다. 그러나 앞선 연구결과들은 CNT의 성장속도가 느릴 뿐만 아니라 합성 시간이 길어질수록 성장 속도가 감소하는 경향을 보였다. 반면, 마이크로웨이브 플라즈마 화학 기상 증착법(Microwave plasma CVD, MPCVD)은 기존의 다른 TCVD에 비해 낮은 온도에서 CNT를 합성할 수 있는 장점을 가지며, 고출력(~600 W 이상)의 플라즈마를 사용하기 때문에 성장률이 높고 고밀도의 CNT 합성이 가능하다. 본 연구에서는 철을 촉매금속으로 사용하고 MPCVD을 이용하여 얇은 다중벽 CNT를 합성하였다. 철은 직류 마그네트론 스퍼터(D.C magnetron sputter)를 사용하여 증착하였다. 합성시 가스는 탄소 공급원인 메탄($CH_4$)과 함께 플라즈마 공급원인 수소($H_2$)를 사용하였다. 또한 산소($O_2$)의 주입 여부에 따른 CNT의 성장 속도와 성장 길이를 비교하였다. 산소를 주입하였을 때, CNT의 성장 속도와 길이 모두 크게 향상됨을 확인 할 수 있었다. 이는 촉매금속 표면의 비정질 탄소의 흡착으로 인해 활성화된 촉매금속의 반응시간을 증가시키기 때문이다. 성장된 CNT는 주사전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)과 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 통해 표면형상과 결정성을 분석하였다.