• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.11 no.2
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• pp.113-118
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• 2002

We developed engineering methods to control gas flow in a plasma reactor in order to achieve good etch depth uniformity for large area GaAs etching. Finite difference numerical method was found quite useful for simulation of gas flow distribution in the reactor for dry etching of GaAs. The experimental results in $BCl_3/N_2/SF_6/He$ ICP plasmas confirmed that the simulated data fitted very well with real data. It is noticed that a focus ring could help improve both gas flow and etch uniformity for 150 mm diameter GaAs plasma etch processing. The simulation results showed that optimization of clamp configuration could decrease gas flow uniformity as low as $\pm$ 1.5% on an 100 mm(4 inch) GaAs wafer and $\pm$ 3% for a 150 m(6 inch) wafer with the fixed reactor and electrode, respectively. Comparison between simulated gas flow uniformity and real etch depth distribution data concluded that control of gas flow distribution in the chamber would be significantly important in order or achieve excellent dry etch uniformity of large area GaAs wafers.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.17-18
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• 2011

Plasma in liquid phase has attracted great attention in the last few years by the wide domain of applications in material processing, decomposition of organic and inorganic chemical compounds and sterilization of water. The plasma in liquid is characterized by three main regions which interact each - other during the plasma operation: the liquid phase, which supply the plasma gas phase with various chemical compounds and ions, the plasma in the gas phase at atmospheric pressure and the interface between these two regions. The most complex region, but extremely interesting from the fundamental, chemical and physical processes which occur here, is the boundary between the liquid phase and the plasma gas phase. In our laboratory, plasma in liquid which behaves as a glow discharge type, is generated by using a bipolar pulsed power supply, with variable pulse width, in the range of 0.5~10 ${\mu}s$ and 10 to 30 kHz repetition rate. Plasma in water and other different solutions was characterized by electrical and optical measurements. Strong emissions of OH and H radicals dominate the optical spectra. Generally water with 500 ${\mu}S/cm$ conductivity has a breakdown voltage around 2 kV, depending on the pulse width and the repetition rate of the power supply. The characteristics of the plasma initiated in ultrapure water between pairs of different materials used for electrodes (W and Ta) were investigated by the time-resolved optical emission and the broad-band absorption spectroscopy. The deexcitation processes of the reactive species formed in the water plasma depend on the electrode material, but have been independent on the polarity of the applied voltage pulses. Recently, Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy method was employed to investigate the chemistry in the liquid phase and at the interface between the gas and the liquid phases of the solution plasma system. The use of the solution plasma allows rapid fabrication of the metal nanoparticles without being necessary the addition of different reducing agents, because plasma in the liquid phase provides a reaction field with a highly excited energy radicals. We successfully synthesized gold nanoparticles using a glow discharge in aqueous solution. Nanoparticles with an average size of less than 10 nm were obtained using chlorauric acid solutions as the metal source. Carbon/Pt hybrid nanostructures have been obtained by treating carbon balls, synthesized in a CVD chamber, with hexachloro- platinum acid in a solution plasma system. The solution plasma was successfully used to remove the template remained after the mesoporous silica synthesis. Surface functionalization of the carbon structures and the silica surface with different chemical groups and nanoparticles, was also performed by processing these materials in the liquid plasma.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.182-182
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• 2016

철강은 기본적으로 강도가 우수하고 그 매장량이 풍부할 뿐만 아니라 대량생산이 가능하다 또한 다른 금속과 합금을 구성하여 또 다른 특성을 부여할 수 있기 때문에 현재 전 세계 금속 생산량의 95%를 차지할 정도로 많이 사용되며, 각종 산업과 기술이 발달함에 따라 그 중요도는 점점 더 커져가고 있다. 하지만 철강은 사용 환경 중 부식에 의해 그 수명과 성능이 급격히 저하되기 때문에 내식성을 향상시키기 위하여 도장이나 도금 등의 표면처리를 포함한 다양한 방법이 적용되고 있다. 그 중 철강재의 도금 표면처리방법은 주로 아연을 이용한 용융도금이나 전기도금 등과 같은 습식 프로세스가 널리 사용되고 있다. 여기서 아연은 철보다 이온화 경향은 크나 대기 환경 중 산소와 물과 반응하여 Zn(OH)2와 같은 화합물을 형성함으로써 철강재 표면상 부식인자를 차단(Barrier)함은 물론 사용 중 철 모재가 노출되는 결함이 발생하는 경우에는 철을 대신하여 희생양극(Sacrificial Anode) 역할을 하기 때문에 철의 부식방식용 금속으로 가장 많이 사용되고 있다. 한편 최근에는 철강의 사용 환경이 다양해짐은 물론 가혹해지고 있어서 이에 따른 내식성 향상이 계속해서 요구되고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 철강재의 내식성을 향상시키기 위한 일환으로 현재 많이 사용되고 있는 용융아연도금 강판 상에 아연보다 활성이 높은 마그네슘(Mg)을 건식 프로세스 방법 중에 하나인 PVD(Physical Vapour Deposition)법에 의해 코팅하는 것을 시도하였다. 일반적으로 PVD법에 의해 진공증착하는 경우에는 그 도입가스로써 불활성가스인 아르곤(Ar)을 사용하는 경우가 대부분이나 여기서는 상대적으로 비활성이면서 그 크기가 작은 질소(N2)가스를 도입하여 그 증착 막의 몰포로지는 물론 결정구조도 제어하여 그 내식특성을 향상시키고자 하였다. 본 연구에서는 철강재의 내식성을 향상시키기 위한 방법으로 마그네슘(Mg)를 PVD(Physical Vapor Deposition)법 중 진공증착법(Vacuum Deposition)을 사용하여 용융아연도금 강판 상에 마그네슘 증착 막을 형성하였다. 즉, 여기서는 진공증착 중 질소(Nitrogen, N2)가스를 도입하여 진공챔버(Vacuum Chamber)내의 진공도를 $1{\times}10^{-1}$, $1{\times}10^{-2}$, $1{\times}10^{-3}$, $1{\times}10^{-4}$로 조절하며 제작하였다. 또한 제작된 시편에 대해서는 SEM(Scanning Electron Microscope) 및 XRD(X-Ray Diffraction)을 사용하여 형성된 아연도금상 마그네슘 막의 표면 몰포로지 및 결정구조의 변화를 분석함은 물론 침지시험, 염수분무시험, 분극시험을 통해 이 막들에 대한 내식특성을 분석 평가하였다. 상기 실험결과에 의하면, 진공 가스압이 증가됨에 따라 마그네슘 막의 두께는 감소하였으며, 그 몰포로지의 단면은 주상정(Columnar)에서 입상정(Granular) 구조로 변화하며 표면의 결정립은 점점 미세화 되는 경향을 나타냈다. 이때의 표면의 결정배향성(Crystal orientation)은 표면에너지가 상대적으로 큰 면이 우세하게 나타나는 경향이 있었다. 또한 본 실험에서 형성한 진공증착 막은 비교재인 용융아연도금강판보다 우수한 내식성을 나타냈고, 본 형성 막 중에는 마그네슘 막 두께가 작음에도 불구하고 질소 가스압이 가장 큰 조건일수록 내식성이 우수한 경향을 나타냈다. 이상의 결과는 철강재의 내식성 향상을 위한 응용표면처리설계에 기초적인 지침을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• Resources Recycling
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• v.26 no.6
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• pp.3-9
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• 2017

In this study, plasma arc remelting behaviors according to arc current, arc voltage, and types of plasma gas were investigated using Kroll processed Ti sponges as anode. In the discharge pressure range of vacuum pump ($200{\sim}300kgf/cm^2$), the arc voltage did not vary greatly with the increase of discharge pressure at a given arc length. This means that the pressure in the vacuum chamber during operation hardly changes and the atmospheric pressure maintains. Under various conditions of arc currents (700~900A), the arc voltage slightly increased with arc current. The effects of anode materials and operational variables on the arc length-arc voltage relationship were compared with the results in previous studies. When the atmospheric gas changed from argon to helium, double effect of improvement on the output of the steady state was observed. The increase of output in the plasma arc device was accompanied by an increase in the melting rate of the Ti sponge and the quality of the ingot surface was also improved. The plasma arc remelting of the new scrap titanium and the old scrap zirconium alloy could result in the fabrication of an ingot with high surface quality.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.190-190
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• 1999

박막 표면에 대한 경원소 분석법인 탄성 되튐 반도법을 개발하여 수소, 탄소, 질소등 분석에 이용하고 있다. 이때 입사 입자로 Cl 9.6MeV를 이용하였는데, 표적 표면에 탄소막이 흡착되는 현상을 발견하였다. cold trap 및 cold finger를 사용하여 진공도를 개선하므로서, 탄소막 흡착의 한 원인으로 알려져 잇는 chamber 주변의 진공도 변화를 시켜보았다. 하지만 전혀 탄소막이 생기지 않는 10-10torr 이하 진공을 만드는 것은 많은 비용과 장비를 필요로 하는 상당히 힘든 작업이어서, 이차적으로 탄소막이 표적 표면에 달라 붙게 하는 원인으로 추정되는 이차 전자의 발생을 고에너지 이온빔으로 조사하였다. 일반적으로 이차전자의 발생은 이온빔과 표적과의 충돌에 의한 고체 표면으로부터의 전자방출 현상으로 오래전부터 연구되어져 왔다. 여기에는 두가지 다른 구조가 존재하는 것으로 알려져 있다. 그 중 하나는 입사 입자의 전하와 표적 표면사이 작용하는 potential 에너지가 표적 표면의 일함수(재가 function) 보다 클 때에 일어나는 potential emission이다. 즉 표적 궤도에 존재하는 전자와 입사 이온빔 사이의 potential 이 표적의 전자를 들뜨게 만들고, 이 potential의 크기가표적의 표면 장벽 potential 보다 충분히 클 뜸 전자가 방출하는 현상을 말한다. 다른 또 하나의 방출구조로는 입사 이온이 표적 표면의 원자와의 충돌에 의해 직접저인 에너지 전달을 통한 전자 방출을 말하는데, 이를 kienetic emission(이하 KE)이라 한다. 본 연구에서는 Tandem Van de graaff 가속기로 고에너지 이온빔을 만들어 Au에 충돌시키므로서 kinetic emission을 통하여 Au에서 발생한는 이차전자의 방출 수율 및 에너지를 측정하였다.장구조로 전체 성장 양식을 예견할 수 있다. 일반적인 경향은 Ep가 커질수록 fractal 성장형태가 되며, Ed가 적을수록 cluster 밀도가 작아지나, 같은 Ed+Ep에 대해서는 동일한 크기의 팔 넓이(수평 수직 방향 cluster 두께)를 가진다. 따라서 실험으로부터 얻은 cluster의 팔 넓이로부터 Ed+Ep 값을 결정할 수 있고, cluster 밀도와 fractal 차원으로부터 각각 Ed와 Ep값을 분리하여 얻을 수 있다. 또한 다층 성장에 대한 거칠기(roughness) 값으로부터 Es값도 구할 수 있다. 양방향 대칭성을 갖지 않은 fcc(110) 표면과 같은 경우, 형태는 다양하지만 동일한 방법으로 추정이 가능하다. (110) 표면의 경우 nearest neighbor 원자가 한 축으로 형성되고 따라서 이 축과 이것과 수직인 축에 대한 상호작용이나 분산 장벽 모두가 비대칭적이다. 따라서 분산 장벽도 x-축, y-축 방향에 따라 분리하여 Edx, E요, Epx, Epy 등과 같이 방향에 따라 다르게 고려해야 한다. 이러한 비대칭적인 분산 장벽을 고려하여 KMC 시뮬레이션을 수행하면 수평축과 수직축의 분산 장벽의 비에 따라 cluster의 두께비가 달라지는 성장을 볼 수 있었고, 한 축 방향으로의 팔 넓이는 fcc(100) 표면의 경우 동일한 Ed+Ep값에 대응하는 팔 넓이와 거의 동일한 결과가 나타나는 것을 볼 수 있다. 따라서 이러한 비대칭적인 모양을 가지는 성장의 경우도 cluster 밀도, cluster 모양, cluster의 양 축 방향 길이 비, 양 축 방향의 평균 팔 넓이로부터 각 축 방향의 분산 장벽을 얻어낼 수 있을 것으로 보인다. 기대할 수 있는 여러 장점들을 보고하고자 한다.성이 우수한 시편일수록 grain의 크기가 큰 것으로 나타났고 결정성이 우수한 시편의 경우에서는 XR

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.195-195
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• 2000

TFT-LCD의 제조공정은 박막층의 식각 공정에 대해 기존의 습식 공정을 대치하는 건식식각이 선호되고 있다. 건식 식각 공정은 반도체 공저에 응용되면서 소자의 최소 선폰(CD)이 감소함에 따라 유도결합셩 프라즈마를 비롯한 고밀도 플라즈마 이용한 플라즈마 장비 사용이 증가하는 추세이다. 여기에 평판디스플레이의 공정을 위해서는 대면적과 사각형 기판에 대한 균일도를 보장할 수 있는 고밀도의 균일한 플라즈마 유지가 중요하다. 본 실험에서는 자장강화된 유도결합형 플라즈마의 플라즈마 밀도 및 균일도를 살펴보고 TFT-LCD에 gate 전극으로 사용되는 Al-Nd 박막의 식각을 통하여 식각균일도와 식각속도 및 식각 선택도 등의 건식 식각 특성을 보고자 한다. 영구자석 및 전자석의 설치는 사각형의 유도결합형 플라즈마는 소형 영구자석을 배열하여 부착하였으며, 외부에는 chamber와 같이 사각형태의 전자석을 500mm$\times$500mm의 크기를 갖는 z축 방향의 Helmholtz형으로 제작하였다. 더. 영구자석 배열에 대해서는 자석간의 거리와 세기 변화를 조합하여 magnetic cusping의 변화를 주었으며 전자석의 세기는 전류값을 기준으로 변화시켜 보았다. 실험을 통하여 플라즈마 균일도를 5% 이하로 개선하고 이러한 균일도를 유지하며 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 조건을 찾을 수 있었다. 이러한 적합화된 조건에서 저장강화된 유도결합형 프라즈마를 Al-Nd 박막 식각에 응용한 결과, Al-Nd의 식각속도 및 식각 선택도는 유도결합형 프라즈마에 비해 크게 증가하였으며, 식각균일도가 개선되는 것을 관찰하였다. 또한 electrostatic probe(Hiden, Analytical)를 이용하여 Al-Nd 식각에 사용된 반응성 식각가스에 대한 저장강화된 유도결합형 플라즈마의 특성 분석을 수행하였다.c recoil detection, Rutherford backscattering spectroscopy, X-ray diffraction, secondary electron microscopy, atomic force microscoy, $\alpha$-step, Raman scattering spectroscopu, Fourier transform infrared spectroscopy 및 micro hardness tester를 이용하여 기판 bias 전압이 DLC 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 분석결과 본 연구에서 제작된 DLC 박막은 탄소와 수소만으로 구성되어 있으며, 비정질 상태임을 알 수 있었다. 기판 bias 전압의 증가에 따라 박막의 두께가 감소됨을 알 수 있었고, -150V에서는 박막이 거의 만들어지지 않았으며, -200V에서는 기판 표면이 식각되었다. 이것은 기판 bias 전압과 ECR 플라즈마에 의한 이온충돌 효과 때문으로 판단되며, 150V 이하에서는 증착되는 양보다 re-sputtering 되는 양이 더 많을 것으로 생각된다. 기판 bias 전압을 증가시킬수록 플라즈마에 의한 이온충돌 현상이 두드러져 탄소와 결합하고 있던 수소원자들이 떨어져 나가는 탈수소화 (dehydrogenation) 현상을 확인할 수 있었으며, 이것은 C-H 결합에너지가 C-C 결합이나 C=C 결합보다 약하여 수소 원자가 비교적 해리가 잘되므로 이러한 현상이 일어난다고 판단된다. 결합이 끊어진 탄소 원자들은 다른 탄소원자들과 결합하여 3차원적 cross-link를 형성시켜 나가면서 내부 압축응력을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, hardness 시험 결과로 이것을 확인할 수 있었다. 그리고 표면거칠기는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 더 smooth 해짐을 확인하였다.인하였다.을 알 수 있

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.221-221
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• 2013

Vertical LED (VLED) has been recognized as a way to obtain the high-power LED due to their advantages [1]. However, approximately 4% of the light generated from the active region is extracted, if the light extraction from side walls and back side is neglected because of Fresnel reflection (FR) and total internal reflection (TIR) [2,3]. In this study, the optical simulation of the VLED with the various microstructures was performed. Among them, the microlens having the diameter of 3 ${\mu}m$ and the height of 1.5 ${\mu}m$ shown the best result was chosen, and then, optimized microlens was formed on a GaN template using conventional semiconductor process. Various microstructures were proposed to improve the light extraction efficiency (LEE) of the VLED for the simulation. The LEE was simulated using LightTools based on a Monte Carlo ray tracing. The microstructures with hemisphere, cone, truncated and cylinder pattern having diameter of 3 ${\mu}m$ were employed on the top layer of the VLED respectively. The improvement of the LEE by using the microstructure is 87% for the hemisphere, 77% for the cone, 53% for the truncated, 21% for the cylinder, compared with the LEE of the flat surface at the reflectance of 85%. The LEE was increased by 88% at the height of 1.5 ${\mu}m$, compared with the LEE of the flat surface. We found that the microlens on the top layer is the most suitable for increasing the LEE. In order to apply the proposed microlens on n-GaN surface, we fabricated microlens on a GaN template. A photoresist array having hexagonal-closed packed microlens was fabricated on the GaN template. Then, optimization of etching the GaN template was performed using a dry etching process with ICP-RIE. The dry etching carried out using a gas mixture of Cl2 and Ar, each having a flow rate of 16 sccm and 10 sccm, respectively with RF power of 50 W, ICP power of 900 W and chamber pressure of 2 mTorr was the optimum etching condition as shown in Fig. 2(a).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.220-220
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• 2013

Surface-normal transmission electro-absorption modulator (EAM) are attractive for high-definition (HD) three-dimensional (3D) imaging application due to its features such as small system volume and simple epitaxial structure [1,2]. However, EAM in order to be used for HD 3D imaging system requires uniform modulation performance over large area. To achieve highly uniform modulation performance of EAM at the operating wavelength of 850 nm, it is extremely important to remove the GaAs substrate over large area since GaAs material has high absorption coefficient below 870 nm which corresponds to band-edge energy of GaAs (1.424 eV). In this study, we propose and experimentally demonstrate a transmission EAM in which highly selective backside etching methods which include lapping, dry etching and wet etching is carried out to remove the GaAs substrate for achieving highly uniform modulation performance. First, lapping process on GaAs substrate was carried out for different lapping speeds (5 rpm, 7 rpm, 10 rpm) and the thickness was measured over different areas of surface. For a lapping speed of 5 rpm, a highly uniform surface over a large area ($2{\times}1\;mm^2$) was obtained. Second, optimization of inductive coupled plasma-reactive ion etching (ICP-RIE) was carried out to achieve anisotropy and high etch rate. The dry etching carried out using a gas mixture of SiCl4 and Ar, each having a flow rate of 10 sccm and 40 sccm, respectively with an RF power of 50 W, ICP power of 400 W and chamber pressure of 2 mTorr was the optimum etching condition. Last, the rest of GaAs substrate was successfully removed by highly selective backside wet etching with pH adjusted solution of citric acid and hydrogen peroxide. Citric acid/hydrogen peroxide etching solution having a volume ratio of 5:1 was the best etching condition which provides not only high selectivity of 235:1 between GaAs and AlAs but also good etching profile [3]. The fabricated transmission EAM array have an amplitude modulation of more than 50% at the bias voltage of -9 V and maintains high uniformity of >90% over large area ($2{\times}1\;mm^2$). These results show that the fabricated transmission EAM with substrate removed is an excellent candidate to be used as an optical shutter for HD 3D imaging application.

• Clean Technology
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• v.16 no.3
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• pp.191-197
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• 2010

Repair reaction of plasma damaged porous methyl doped SiOCH films was carried out with silylation agents dissolved in supercritical carbon dioxide ($scCO_2$) at various reaction time, pressure, and temperature. While a decrease in the characteristic bands at $3150{\sim}3560cm^{-1}$ was detectable, the difference of methyl peaks was not identified apparently in the FT-IR spectra. The surface hydrophobicity was rapidly recovered by the silylation. In order to induce effective repair in bulk phase, the wafer was heat treated before reaction under vacuum or ambient condition. The contact angle was slightly increased after the treatment and completely recovered after the subsequent silylation. Methyl groups were decreased after the plasma damage, but their recovery was not identified apparently from the FT-IR, spectroscopic ellipsometry, and secondary ion mass spectroscopy analyses. Furthermore, Ti evaporator was performed in a vacuum chamber to evaluate the pore sealing effect. The GDS analysis revealed that the open pores in the plasma damaged films were efficiently sealed with the silylation in $scCO_2$.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.24 no.2
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• pp.161-169
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• 2014

We present the results of an experimental physical weathering study that focuses on fresh and slightly weathered gneiss samples from the Wonju area of Korea. The study investigated changes in the physico-mechanical properties of these samples during accelerated laboratory-based weathering, including analyses of microfracture formation. The deteriorated samples used in the study were subjected to 100-150 freeze-thaw cycles, with index properties and microfracture geometries measured between each cycle. Each complete freeze-thaw cycle lasted 24 hours, and consisted of 2 hours of saturation in a vacuum chamber, 8 hours of freezing at $-21^{\circ}C{\pm}1^{\circ}C$, and 14 hours of thawing at room temperature. Specific gravity and seismic velocity values were negatively correlated with the number of freeze-thaw cycles, whereas absorption values tended to increase. The amount of deterioration of the rock samples was dependent on the degree of weathering of the rock prior to the start of the analysis. Absorption, specific gravity, and seismic velocity values can be used to infer the amount of physical weathering experienced by a gneiss in the study area. The sizes and density of microfracture in the rock specimens varied with the number of freeze-thaw cycles. We found that box fractal dimensions can be used to quantify the formation and propagation of microfracture in the samples. In addition, these box fractal dimensions can be used as a weathering index for the mid-and long-term prediction of rock weathering. The present results indicate that accelerated-weathering analysis can provide a detailed overview of the weathering characteristics of deteriorated rocks.