There is a growing interest in innovative chemical synthesis in microreactors owing to high efficiency, selectivity, and yield. In microfluidic systems, the low-volume spatial and temporal control of reactants and products offers a novel method for chemical manipulation and product generation. Glass, silicon, poly(dimethylsiloxane) (PDMS), and plastics have been used for the fabrication of miniaturized devices. However, these materials are not the best due to either of low chemical durability or expensive fabrication costs. In our group, we have recently addressed the demand for economical resistant materials that can be used for easy fabrication of microfluidic systems with reliable durability. We have suggested the use of various specialty polymers such as silicon-based inorganic polymers and fluoropolymer, flexible polyimide (PI) films that have not been used for microfluidic devices, although they have been used for other areas. And inexpensive lithography techniques were used to fabricate Lab-on-a-Chip type of microreactors with differently devised microchannel design. These microreactors were demonstrated for various synthetic reactions: liquid, liquid-gas organic chemical reactions in heterogeneous catalytic processes, syntheses of polymer and non-trivial inorganic materials. The microreactors were inert, and withstand even harsh conditions, including hydrothermal reaction. In addition, various built-in microstructures inside the microchannels, for example Pd decorated peptide nanowires, definitely enhance the uniqueness and performance of microreactors. These user-friendly Lab-on-a-Chip devices are useful alternatives for chemist and chemical engineer to conventional chemical tools such as glass.

최근 선진국을 중심으로 제조기술의 산업혁명이라고 불릴 정도로 큰 파급효과가 기대되는 자기조립기반의 산업공정기술을 확보하기 위한 많은 노력과 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 자기조립(Self-Assembly) 현상은 자연에서 일어나는 자발적인 힘으로 원자 또는 분자 단위까지 구조물을 제어하고 bottom-up 방식(상향식: 원자/분자 스케일의 나노구조를 배열/조립하여 원하는 형태의 패턴을 만들어 내는 방식)으로 원하는 구조물을 설계/제작할 수 있는 능력을 가지고 있다. 기초적인 과학으로부터 출발한 자기조립기술은 최근 자기조립 응용개발에서 많은 성과를 이루어내면서 산업화 가능성을 크게 하고, 과학계와 산업계의 많은 관심을 불러일으키고 있다. 반도체 산업기술을 예측하는 ITRS 로드맵(2005년)에 의하면 directed self-assembly 방법이 새로운 미래 패터닝 기술로 개발되어 2016년경에 사용되고, 자기조립소재로 제작된 다양한 응용소자들은 새로운 미래소자로 개발될 것으로 예상하고 있다. 이에 맞추어 국내 기업들도 diblock copolymer를 이용한 나노패터닝 기술 확보를 위한 연구를 진행하고 있다. 또한 IBM은 자기조립기술을 반도체공정에 실험적으로 적용하여 자기조립기술이 생산 공정에 부분적으로 적용될 가능성이 크다는 것을 보여주었다. 산업계와 함께 학계의 연구센터에서는 산업화를 위한 자기조립 집적화 공정(Integrated process) 개발을 이루기 위하여 체계적으로 연구를 실시하고 있다. 미국의 Northeastern 대학의 CHN(Center for high-rate Nanomanufacturing) 연구센터는 자기조립 집적화에 용이한 새로운 개념의 소자를 제안하고 이를 집적화하기 위한 다양한 공정을 개발하고 있으며, Wisconsin 대학의 NSEC(Nanosacle Science and Engineering Center) 연구센터는 diblock copolymer를 이용한 나노패터닝 기술 개발에서 획기적인 결과를 도출하여 산업계에 적용될 가능성을 높이고 있다. 이와 같은 결과들로부터 앞으로의 자기조립기술에 대한 연구는 3차원 구조물을 제작할 수 있는 집적화 공정에 집중될 것이고, 이를 위하여 새로운 개념의 단순한 구조의 응용소자개발도 함께 추진될 것으로 판단된다. 또한 실용 가능성이 큰 집적화 공정으로 개발하기 위하여 기존의 top-down 방식을 접목한 bottom-up 방식의 자기조립 집적화 공정이 개발될 것으로 예상하고 있다. 이와 함께 자기조립공정은 반복되는 구조를 쉽게 제작할 수 있는 장점을 가지고 있어 다양한 응용소자 [태양전지(solar cell), 연료전지(fuel cell), 유연성 있는 전자기기(flexible electronics), 화면표시 장치(display device)] 제작에 쉽게 이용되어 새로운 산업을 창출할 수 있는 가능성을 보이고 있다. 본 자기조립 연구 센터에서는 이와 같은 자기조립 특성을 제조공정에 적용하여 혁신적인 제조공정기술을 확보하고자 연구를 진행하고 있다. 그러므로 본 발표에서 이와 같은 연구 흐름과 함께 본 센터에서 진행하고 있는 자기조립 제조방법을 소개하고자 한다. 이와 함께 자기조립방법을 이용하여 제작된 다양한 응용소자 개발 결과를 발표하고, 이를 top-down 방식과 접목하여 집적화공정으로 개발하는 전략을 함께 소개하고자 한다.

철원플라즈마산업기술연구원에서 개발된 나노신소재를 제조/합성/처리하는 플라즈마 기술을소개한다. RF열플라즈마를 이용하여 나노Si, CIGS, Nickel, Oxide 등의 나노소재의 제조하는 공법과 그 나노소재의 크기와 물성을 조절하는 조건을 소개한다. 특히 그동안 습식 방법으로만 생산하여온 나노그래핀/나노메탈 융합체를 RF플라즈마 공법을 통하여 이루었다. 나노메탈의 그래핀 판상에서 nucleation site, density등을 조절하는 공법도 소개 한다. 나노신소재 특히 그래핀의 건식 분산을 위하여 대기압플라즈마처리 장비를 개발하였다. 대기압플라즈마 장비를 이용한 그래핀의 functional group 공정도 소개 한다.

Copper zinc tin sulfide ($Cu_2ZnSnS_4$, CZTS) is a very promising material as a low cost absorber alternative to other chalcopyrite-type semiconductors based on Ga or In because of the abundant and economical elements. In addition, CZTS has a band-gap energy of 1.4~1.5eV and large absorption coefficient over ${\sim}10^4cm^{-1}$, which is similar to those of $Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) regarded as one of the most successful absorber materials for high efficient solar cell. Most previous works on the fabrication of CZTS thin films were based on the vacuum deposition such as thermal evaporation and RF magnetron sputtering. Although the vacuum deposition has been widely adopted, it is quite expensive and complicated. In this regard, the solution processes such as sol-gel method, nanocrystal dispersion and hybrid slurry method have been developed for easy and cost-effective fabrication of CZTS film. Among these methods, the hybrid slurry method is favorable to make high crystalline and dense absorber layer. However, this method has the demerit using the toxic and explosive hydrazine solvent, which has severe limitation for common use. With these considerations, it is highly desirable to develop a robust, easily scalable and relatively safe solution-based process for the fabrication of a high quality CZTS absorber layer. Here, we demonstrate the fabrication of a high quality CZTS absorber layer with a thickness of 1.5~2.0 ${\mu}m$ and micrometer-scaled grains using two different non-vacuum approaches. The first solution-processing approach includes air-stable non-toxic solvent-based inks in which the commercially available precursor nanoparticles are dispersed in ethanol. Our readily achievable air-stable precursor ink, without the involvement of complex particle synthesis, high toxic solvents, or organic additives, facilitates a convenient method to fabricate a high quality CZTS absorber layer with uniform surface composition and across the film depth when annealed at $530^{\circ}C$. The conversion efficiency and fill factor for the non-toxic ink based solar cells are 5.14% and 52.8%, respectively. The other method is based on the nanocrystal dispersions that are a key ingredient in the deposition of thermally annealed absorber layers. We report a facile synthetic method to produce phase-pure CZTS nanocrystals capped with less toxic and more easily removable ligands. The resulting CZTS nanoparticle dispersion enables us to fabricate uniform, crack-free absorber layer onto Mo-coated soda-lime glass at $500^{\circ}C$, which exhibits a robust and reproducible photovoltaic response. Our simple and less-toxic approach for the fabrication of CZTS layer, reported here, will be the first step in realizing the low-cost solution-processed CZTS solar cell with high efficiency.

Lithium rechargeable batteries have been widely used as key power sources for portable devices for the last couple of decades. Their high energy density and power have allowed the proliferation of ever more complex portable devices such as cellular phones, laptops and PDA's. For larger scale applications, such as batteries in plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) or power tools, higher standards of the battery, especially in term of the rate (power) capability and energy density, are required. In PHEV, the materials in the rechargeable battery must be able to charge and discharge (power capability) with sufficient speed to take advantage of regenerative braking and give the desirable power to accelerate the car. The driving mileage of the electric car is simply a function of the energy density of the batteries. Since the successful launch of recent Ni-MH (Nickel Metal Hydride)-based HEVs (Hybrid Electric Vehicles) in the market, there has been intense demand for the high power-capable Li battery with higher energy density and reduced cost to make HEV vehicles more efficient and reduce emissions. However, current Li rechargeable battery technology has to improve significantly to meet the requirements for HEV applications not to mention PHEV. In an effort to design and develop an advanced electrode material with high power and energy for Li rechargeable batteries, we approached to this in two different length scales - Atomic and Nano engineering of materials. In the atomic design of electrode materials, we have combined theoretical investigation using ab initio calculations with experimental realization. Based on fundamental understanding on Li diffusion, polaronic conduction, operating potential, electronic structure and atomic bonding nature of electrode materials by theoretical calculations, we could identify and define the problems of existing electrode materials, suggest possible strategy and experimentally improve the electrochemical property. This approach often leads to a design of completely new compounds with new crystal structures. In this seminar, I will talk about two examples of electrode material study under this approach; $LiNi_{0.5}Mn_{0.5}O_2$ based layered materials and olivine based multi-component systems. In the other scale of approach; nano engineering; the morphology of electrode materials are controlled in nano scales to explore new electrochemical properties arising from the limited length scales and nano scale electrode architecture. Power, energy and cycle stability are demonstrated to be sensitively affected by electrode architecture in nano scales. This part of story will be only given summarized in the talk.

Modern technology-driven society largely relies on hybrid electric vehicles or electric vehicles for eco-friendly transportation and the use of high technology devices. Lithium rechargeable batteries are the most promising power sources because of its high energy density but still have a challenge. Graphite is the most widely used anode material in the field of lithium rechargeable batteries due to its many advantages such as good cyclic performances, and high charge/discharge efficiency in the initial cycle. However, it has an important safety issue associated with the dendritic lithium growth on the anode surface at high charging current because the conventional graphite approaches almost 0 V vs $Li/Li^+$ at the end of lithium insertion. Therefore, a fundamental solution is to use an electrochemical redox couple with higher equilibrium potentials, which suppresses lithium metal formation on the anode surface. Among the candidates, $Li_4Ti_5O_{12}$ is a very interesting intercalation compound with safe operation, high rate capability, no volume change, and excellent cycleability. But the insulating character of $Li_4Ti_5O_{12}$ has raised concerns about its electrochemical performance. The initial insulating character associated with Ti4+ in $Li_4Ti_5O_{12}$ limits the electronic transfer between particles and to the external circuit, thereby worsening its high rate performance. In order to overcome these weak points, several alternative synthetic methods are highly required. Hence, in this presentation, novel ways using a synergetic strategy based on 1D architecture and surface coating will be introduced to enhance the kinetic property of Ti-based electrode. In addition, first-principle calculation will prove its significance to design Ti-based electrode for the most optimized electrochemical performance.

금속 실리사이드는 낮은 비저항, 실리콘과의 좋은 호환성 등으로 배선 contact 물질로 널리 연구되고 있다. 특히 $CoSi_2$는 선폭의 축소와 관계없이 일정하고 낮은 비저항과 열적 안정성이 우수한 특성 등으로 배선 contact 물질로 활발히 연구되고 있다. 금속 실리사이드를 실리콘 평면기판에 형성시키는 방법으로는 열처리를 통한 금속박막과 실리콘 기판 사이에 확산작용을 이용한 SALICIDE (self-algined silicide) 기술이 대표적이며 CoSi2도 이와 같은 방법으로 형성할 수 있다. Co 박막을 증착하는 방법에는 물리적 기상증착법 (PVD)과 유기금속 화학 증착법 등이 보고되어있지만 최근 급격하게 진행 중인 소자구조의 나노화 및 고 단차화에 따라 기존의 증착 기술은 낮은 단차 피복성으로 인하여 한계에 부딪힐 것으로 예상되고 있다. ALD(atomic layer deposition)는 뛰어난 단차 피복성을 가지고 원자단위 두께조절이 용이하여 나노 영역에서의 증착 방법으로 지대한 관심을 받고 있다. 앞선 연구에서 본 연구진은 CoCp2 전구체과 $NH_3$ plasma를 사용하여 Plasma enhanced ALD (PE-ALD)를 이용한 고 순도 저 저항 Co 박막 증착 공정을 개발 하고 이를 SALICIDE 공정에 적용하여 $CoSi_2$ 형성 연구를 보고한 바 있다. 하지만 이 연구에서 PE-ALD Co 박막은 플라즈마 고유의 성질로 인하여 단차 피복성의 한계를 보였다. 이번 연구에서 본 연구진은 Co(AMD)2 전구체와 $NH_3$, $H_2$, $NH_3$ plasma를 반응 기체로 사용하여 Thermal ALD(Th-ALD) Co 및 PE-ALD Co 박막을 증착 하였다. 고 단차 Co 박막의 증착을 위하여 Th-ALD 공정에 초점을 맞추어 Co 박막의 특성을 분석하였으며, Th-ALD 및 PE-ALD 공정으로 증착된 Co 박막의 단차를 비교하였다. 연구 결과 Th-ALD Co 박막은 95% 이상의 높은 단차 피복성을 가져 PE-ALD Co 박막의 단차 피복성에 비해 크게 향상되었음을 확인하였다. 추가적으로, Th-ALD Co 박막에 고 단차 박막의 증착이 가능한 Th-ALD Ru을 capping layer로 이용하여 CoSi2 형성을 확인하였고, 기존의 PVD Ti capping layer와 비교하였다. 이번 연구에서 Co 박막 및 $CoSi_2$ 의 특성 분석을 위하여 X선 반사율 분석법 (XRR), X선 광전자 분광법 (XPS), X선 회절 분석법 (XRD), 주사 전자 현미경 (SEM), 주사 투과 전자 현미경 (STEM) 등을 사용하였다.

소자가 고집적화 됨에 따라, 비저항이 낮고 electro migration (EM), Stress Migration (SM) 특성이 우수한 구리(Cu)를 배선재료로서 사용하고 있다. 그러나, 구리는 Si과 $SiO_2$의 내부로 확산이 빠르게 일어나, Si 소자 내부에 deep donor level을 형성하고, 누설 전류를 증가시키는 등 소자의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 그러나, electroplating 을 이용하여 증착한 Cu 박막은 일반적으로 확산 방지막으로 쓰이는 TiN, TaN, 등의 물질과의 접착 (adhesion) 특성이 나쁘다. 따라서, Cu CMP 에서 증착된 Cu 박막의 벗겨지거나(peeling), EM or SM 저항성 저하 등의 배선에서의 reliability 문제를 야기하게된다. 따라서 Cu 와 접착 특성이 좋은 새로운 확산방지막 또는 adhesion layer의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 이러한 Cu 배선에서의 접착성 문제를 해결하고자 Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)을 이용하여 제조한 코발트(Co) 박막을 $Cu/TaN_x$ 사이의 접착력 개선을 위한 adhesion layer로 적용하려는 시도를 하였다. Co는 비저항이 낮고, Cu 와 adhesion이 좋으며, Cu direct electroplating 이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 수소 분위기에서 $C_{12}H_{10}O_6(Co)_2$ (dicobalt hexacarbonyl tert-butylacetylene, CCTBA) 전구체에 의한 MOCVD Co 박막의 경우 탄소, 산소와 같은 불순물이 다량 함유되어 있어, 비저항, surface roughness 가 높아지게 된다. 따라서 구리 전착 초기에 구리의 핵 생성(nucleation)을 저해하고 핵 생성 후에도 응집(agglomeration)이 발생하여 연속적이고 얇은 구리막 형성을 방해한다. 이를 해결하기 위해, MOCVD Co 박막 증착 시 수소 반응 가스에 암모니아를 추가로 주입하여, 수소/암모니아의 분압을 1:1, 1:6, 1:10으로 변화시켜 $Co/TaN_x$ 박막의 특성을 비교 분석하였다. 각각의 수소/암모니아 분압에 따른 $Co/TaN_x$ 박막을 TEM (Transmission electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), AES (Auger electron spectroscopy)를 통해 물성 및 조성을 분석하였고, AFM (Atomic force microscopy)를 이용하여, surface roughness를 측정하였다. 실험 결과, $Co/TaN_x$ 박막은 수소/암모니아 분압 1:6에서 90 ${\mu}{\Omega}-cm$의 낮은 비저항과 0.97 nm 의 낮은 surface roughness 를 가졌다. 뿐만 아니라, MOCVD 에 의해 증착된 Co 박막이4-6 % concentration 의 탄소 및 산소 함량을 가지는 것으로 나타났고, 24nm 크기의 trench 기판 위에 약 6nm의 $Co/TaN_x$ 박막이 매우 균일하게 형성된 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들은, 향후 $Co/TaN_x$ 박막이 Cu direct electroplating 공정이 가능한 diffusion barrier로서 성공적으로 사용될 수 있음을 보여준다.

NiO는 니켈 공공과 침입형 산소 이온에 의한 비화학적양론 특성 때문에 자발적으로 p-형 반도체 특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. NiO는 3.7 eV 의 넓은 밴드갭을 가지고 있어 투명소자를 위한 hole injection layer 나 hole transport layer로 사용하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다. 또한, 안정적인 p-형 반도체 특성은 n-형 산화물 반도체와의 접합을 통해 복합소자의 구현이 용이하기 때문에, ZnO 등과의 접합을 통한 소자 구현이 가능하다.[1] 하지만, 기존의 많은 연구에서는 내부의 결함이 많이 존재하는 다결정 박막을 사용하였기 때문에, 전하의 이동에 제한이 발생해, 충분한 소자 특성을 나타내지 못하였다. 최근 Dutta의 연구에 의하면, 결정질 사파이어 기판위에 박막을 성장할 경우 [111] 방향으로 우선 배향성을 가진 NiO 박막을 얻을 수 있다고 알려져 있다.[2] 본 실험에서는 NiO 박막을 이용한 PN 접합소자 구현을 위해 사파이어 위에 p-NiO 박막을 에피택셜하게 성장한 후 구조적 특성을 분석하였으며, n-ZnO 박막을 그 위에 성장하여 소자를 제작하였다. 그 결과 ZnO 또한 에피택셜한 성장을 하는 것을 확인할 수 있었다. 성장순서에 따른 PN 접합구조 특성을 확인하기 위해 사파이어 위에 ZnO 를 성장시킨 후 NiO 를 성장시킨 결과 NiO 박막의 우선성장 방향이 [100]으로 변하는 것을 확인할 수 있었다.

Chalcopyrite-type Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) is one of the most attractive compound semiconductor materials for thin film solar cells. Among various approaches to prepare the CIGS thin film, the powder process offers an extremely simple and materials-efficient method. Here, we present the mechano-chemical synthesis of CIGS compound powders and their use as an ink material for screen-printing. During the synthesis process, milling time and speed were varied in the range of 10~600 min and 100~300 rpm, respectively. Both phase evolution and powder characteristics were carefully monitored by X-ray diffraction (XRD) method, scanning electron microscope (SEM) observation, and particle size analysis by scanning mobility particle spectrometer (SMPS) and aerodynamic particle sizer (APS). We found the optimal milling condition as 200 rpm for 120 min but also found that a monolithic phase of CIGS powders without severe particle aggregation was difficult to be obtained by the mechano-chemical milling alone. Therefore, the optimized milling condition was combined with an adequate heat-treatment (300oC for 60 min) to provide the monolithic CIGS powder of a single phase with affordable particle characteristics for the preparation of CIGS thin film. The powder was used to prepare an ink for screen printing with which dense CIGS thin films were fabricated under the controlled selenization. The morphology and electrical properties of the thin films were analyzed by SEM images and hall measurement, respectively.

Recent significant development of organic electronics is worthy of notice for its practical application as well as fundamental understandings. Complementary-like logic circuit is a key factor to realize actual operating organic electronic devices since its advantages of low power dissipation, good noise margin and stable operations. In this reason, studies on ambipolar properties of organic materials which can act as either n-type or p-type are getting more attentions. Performances of ambipolar transistors vary a lot along its molecular structures and film properties. When properly fabricated, balanced hole and electron mobilities over 1 cm2/Vs were observed recently. Study of charge transport in ambipolar organic transistors to understand this high performance was carried out through charge modulation spectroscopy.

Solid-state dewetting of thin films is a process through which continuous solid films decay to form islands. Dewetting of thin films has long been a critical issue in microelectronics and much effort has been made to prevent the process and enhance the stability of films. On the other hand, dewetting has also been purposely induced to create arrays of particles and other structures for applications, including plasmonic structures and catalysts for growing nanotube and nanowire. We have investigated ways of producing regular structures via templated dewetting of thin films. Mainly, two different approaches have been used in our works to template dewetting of thin films: periodic topographical templating and planar patterning of epitaxially-grown films. Dewetting of topographically-patterned thin films results in the formation of nanoparticle arrays with spatial and crystallographic orders. Morphological evolution during templated-dewetting of single crystal films occurs in deterministic ways because of geometric and crystallographic constraints, and leads to the formation of regular structures with smaller sizes and more complex shapes than the initial patches. These results will be reviewed in this presentation.

In the first part of this talk, I will introduce an effort to use gold nanoparticles and UO22+ (uranyl) specific DNAzyme for development of highly sensitive and selective colorimetric uranyl sensors. In addition, I will discuss how DNA aptamers can be delivered by nanoparticles to cancer cell nucleus and released by ultrafast femtosecond pulsed laser for targeted cancer therapy. Finally, I will show how proteins such as streptavidin and myoglobin, or nanoparticles can be precisely aligned on DNA with nanometer resolution via backbone-modified phosphorothioate DNA and bifunctional linkers. These interesting functional and structural properties of DNA can provide new opportunities to develop dynamic DNA structures for potential use as intracellular sensors and drug delivery agents.

Intensive theoretical and experimental studies have been carried out at Korean Institute of Science and Technology (KIST) on controlling the bio absorbing rate of the Mg alloys with high mechanical strength through tailoring of electrochemical potential. Key technology for retarding the corrosion of the Mg alloys is to equalize the corrosion potentials of the constituent phases in the alloys, which prevented the formation of Galvanic circuit between the constituent phases resulting in remarkable reduction of corrosion rate. By thermodynamic consideration, the possible phases of a given alloy system were identified and their work functions, which are related to their corrosion potentials, were calculated by the first principle calculation. The designed alloys, of which the constituent phases have similar work function, were fabricated by clean melting and extrusion system. The newly developed Mg alloys named as KISTUI-MG showed much lower corrosion rate as well as higher strength than previously developed Mg alloys. Biocompatibility and feasibility of the Mg alloys as orthopedic implant materials were evaluated by in vitro cell viability test, in vitro degradation test of mechanical strength during bio-corrosion, in vivo implantation and continuous observation of the implant during in vivo absorbing procedures. Moreover, the cells attached on the Mg alloys was observed using cryo-FIB (focused ion beam) system without the distortion of cell morphology and its organ through the removal of drying steps essential for the preparation of normal SEM/TEM samples. Our Mg alloys showed excellent biocompatibility satisfying the regulations required for biomedical application without evident hydrogen evolution when it implanted into the muscle, inter spine disk, as well as condyle bone of rat and well contact interface with bone tissue when it was implanted into rat condyle.

The microstructures and mechanical properties of Co-29Cr-6Mo alloy with C and N additions, produced by additive manufacturing using electron beam melting (EBM) method, were studied using X-ray diffraction, electron back scatter diffraction, transmission electron microscope, Vickers hardness tests, and tensile tests, focusing on the influences on the build direction and the various heat treatments after build. It is found that the microstructures for the as built specimens were changed from columnar to equiaxed grain structure with average grain size of approximately $10-20{\mu}m$ due to the heat treatment employing the reverse transformation from a lamellar (hcp + $Cr_2N$) phase to an fcc. Our results will contribute to the development of biomedical Ni-free Co-Cr-Mo-N-C alloys, produced by EBM method, with refined grain size and good mechanical properties, without requiring any hot workings.

Clinically-favored materials for bone regeneration are mainly based on bioceramics due to their chemical similarity to the mineral phase of bone. A successful scaffold in bone regeneration should have a 3D interconnected pore structure with the proper biodegradability, biocompatibility, bioactivity, and mechanical property. The pore architecture and mechanical properties mainly dependent on the fabrication process. Bioceramics scaffolds are fabricated by polymer sponge method, freeze drying, and melt molding process in general. However, these typical processes have some shortcomings in both the structure and interconnectivity of pores and in controlling the mechanical stability. To overcome this limitation, the rapid prototyping (RP) technique have newly proposed. Researchers have suggested RP system in fabricating bioceramics scaffolds for bone tissue regeneration using selective laser sintering, powder printing with an organic binder to form green bodies prior to sintering. Meanwhile, sintering process in high temperature leads to bad cost performance, unexpected crystallization, unstable mechanical property, and low bio-functional performance. The development of RP process without high thermal treatment is especially important to enhance biofunctional performance of scaffold. The purpose of this study is development of new process to fabricate ceramic scaffold at room temperature. The structural properties of the scaffolds were analyzed by XRD, FE-SEM and TEM studies. The biological performance of the scaffolds was also evaluated by monitoring the cellular activity.

금속을 용해 응고시킬 때 생성되는 소위, 주조 결함이나 소결금속 내의 기공은 재료의 성능이나 강도를 현저하게 낮추는 결함으로서 예전부터 기피되어 왔다. 또한, 재료공정에 있어서도 여하의 기공이나 기포가 없는 치밀한 고강도 및 고기능성 재료를 개발하는 것에 최대한의 주의와 관심을 기울여 왔다. 반면에 자연계의 천연물이나 인공물을 둘러보면 그 대부분이 다공질임을 쉽게 눈치챌 수 있다. 예를 들어 목재, 지엽 등의 생물을 시작해서 콘크리트 등의 인공물, 우리 체내의 뼈도 전형적인 다공질구조로 구성되어 있다. 이러한 구조로부터 재료의 재질제어 이외에 구조제어라는 새로운 어프로치를 고려할 수 있고, 최근 들어, 금속재료에 있어서도 이러한 다공질 구조에 관한 연구가 활성화되어 충격흡수재, 생체재료, 베어링재료 등의 다양한 응용이 전개되고 있다. 원주상의 방향성 기공을 갖는 로터스 금속의 제조 원리는 용융금속의 높은 가스용해도와 고체금속의 낮은 가스고용도의 차이를 이용하여 응고할 때 고용되지 않는 가스원자가 기포를 형성시키는 것이다. 수소용해도는 모든 금속에 있어서 온도상승에 따라 증가하지만 융점에 있어서 용해도의 불연속적 증가를 나타내며 응고할 때 고액계면에서 다량의 가스를 방출하고 기공 생성을 야기한다. 특히, 고 액상에 있어서 수소용해도 차가 큰 마그네슘, 니켈, 철, 동 등은 기포를 생성하기 쉽다. 또한 기공의 배열구조를 제어하기 위해 일방향응고법를 이용하여 기공에 방향성을 부여한다. 외관상 기공구조가 연근뿌리를 닮은 것으로 부터 로터스 금속이라는 명칭이 널리 알려져 있다. 이와 같은 제조방법에 의해 로터스 금속은 기공 방향, 기공크기, 기공률을 자유롭게 제어할 수 있고 우수한 기계적 성질이 기존의 발포금속, 소결금속과 전혀 다른 특성을 가지고 있다. 이러한 기공구조는 용해온도, 응고속도, 분위기 가스압, 불활성가스와의 혼합체적비 등의 제어를 통해서 조절할 수 있다. 이와 같이 제조한 방향성 다공질금속은 BT (인플란트, 생체적합성, 저탄성, 경량), ST (초음속기엔진부품, 경량), IT (고성능수냉모듈), ET(고온촉매, 필터)의 분야로의 응용을 기대한다.

산소 이온 전도성 세라믹을 이용한 고체 산화물 연료전지의 전극은 원활한 전기화학반응을 위해, 이온 전도도, 전자 전도도 및 전기화학적 활성을 동시에 가지고 있어야 한다. 이를 위해 복합체 전극을 사용하며, 특히 음극의 경우 니켈(Nickel)과 Yttria-stabilized zirconia (YSZ)로 이루어진 복합체 전극을 혼합 및 소결을 통해 제조하여 사용하였다. 하지만, 니켈의 경우 탄화 수소 연료에서의 탄소 침적 문제와 열악한 산화환원 안정성(redox stability)등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 니켈대신 전도성 세라믹을 사용한 세라믹 복합체 음극 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 중 침투법(infiltration method)을 이용한 복합체 전극 제조 방법을 소개한다. 실제로 니켈 금속과 유사한 높은 전기 전도도를 갖는 Sr-doped Lanthanum Vanadate (LSV)을 이용해, YSZ-LSV 복합체 전극을 침투법을 이용해 제조하고, 소량의 촉매을 첨가하여, 이온전도도, 전자 전도도 및 촉매 활성을 갖는 복합체 음극을 제조하였다. 이 복합체 음극의 탄화수소에서의 연료전지 성능 및 redox stability을 측정하였다.

Direct write technologies provide flexible and economic means to manufacture low-cost large-area electronics. In this regard inkjet printing has frequently been used for the fabrication of electronic devices. Full advantage of this method, which is capable of reliable direct patterning with line and space dimensions in the 10 to 100 um regime, is only made with all-solution based processing. Among these printable electronic materials, silver and copper nanoparticles have been used as interconnecting materials. Specially, solutions of organic-encapsulated silver and copper nanoparticles may be printed and subsequently annealed to form low-resistance conductor patterns. In this talk, we describe novel processes for forming silver nanoplates and copper ion complex which have unique properties, and discuss the optimization of the printing/annealing processes to demonstrate plastic-compatible low-resistance conductors. By optimizing both the interconnecting materials and the surface treatments of substrate, it is possible to produce particles that anneal at low-temperatures (< $200^{\circ}C$) to form continuous films having low resistivity and appropriate work function for formation of rectifying contacts.

Heavy hydrocarbon reforming is a core technology for "Dirty energy smart". Heavy hydrocarbons are components of fossil fuels, biomass, coke oven gas and etc. Heavy hydrocarbon reforming converts the fuels into $H_2$-rich syngas. And then $H_2$-rich syngas is used for the production of electricity, synthetic fuels and petrochemicals. Energy can be used efficiently and obtained from various sources by using $H_2$-rich syngas from heavy hydrocarbon reforming. Especially, the key point of "Dirty energy smart" is using "dirty fuel" which is wasted in an inefficient way. New energy conversion laboratory of KAIST has been researched diesel reforming for solid oxide fuel cell (SOFC) as a part of "Dirty energy smart". Diesel is heavy hydrocarbon fuels which has higher carbon number than natural gas, kerosene and gasoline. Diesel reforming has difficulties due to the evaporation of fuels and coke formation. Nevertheless, diesel reforming technology is directly applied to "Dirty fuel" because diesel has the similar chemical properties with "Dirty fuel". On the other hand, SOFC has advantages on high efficiency and wasted heat recovery. Nippon oil Co. of Japan recently commercializes 700We class SOFC system using city gas. Considering the market situation, the development of diesel reformer has a great ripple effect. SOFC system can be applied to auxiliary power unit and distributed power generation. In addition, "Dirty energy smart" can be realized by applying diesel reforming technology to "Dirty fuel". As well as material developments, multidirectional approaches are required to reform heavy hydrocarbon fuels and use $H_2$-rich gas in SOFC. Gd doped ceria (CGO, $Ce_{1-x}Gd_xO_{2-y}$) has been researched for not only electrolyte materials but also catalysts supports. In addition, catalysts infiltrated electrode over porous $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.8}Mg_{0.2}O_3-{\delta}$ and catalyst deposition at three phase boundary are being investigated to improve the performance of SOFC. On the other hand, nozzle for diesel atomization and post-reforming for light-hydrocarbons removal are examples of solving material problems in multidirectional approaches. Likewise, multidirectional approaches are necessary to realize "Dirty energy smart" like reforming "Dirty fuel" for SOFC.

Organic thin-film transistors (OTFTs) with printable semiconductors are promising candidate devices for flexible active-matrix (AM) display applications. Yet, stable operation of actual display panels driven by OTFTs has seldom been reported up to date. Here, we demonstrate a flexible reflective type polymer dispersed liquid crystal (PDLC) display, in which inkjet-printed OTFT arrays are used as driving elements with excellent areal uniformity in terms of device performance. As the active semiconductor, a novel, ambient processable conjugated copolymer was synthesized. The stability of the devices with respect to electrical bias stress was improved by applying a channel-passivation layer, which suppresses the environmental effects and hence reduces the density of trap states at the channel/dielectric interface. The combination of high performance and high stability OTFT devices enabled the successful realization of stable operating flexible color-displays by inkjet-printing.

Polymer solar cells utilize bulk heterojunction (BHJ) type photo-active layer in which the electron donating polymer and electron accepting $C_{60}$ derivatives are blended. We found there is significant charge recombination at the interface between the BHJ active layer and electrode. The charge recombination at the interface was effectively reduced by inserting wide band gap inorganic interfacial layer, which resulted in efficiency and stability enhancement of BHJ polymer solar cell.

구조재료에 있어서 강도 및 연신율 등의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 합금설계 및 미세조직을 제어하는 방법이 가장 대표적이다. 그러나 이러한 방법에 의하여 얻을 수 있는 기계적 특성에는 한계가 있으며 추가로 요구되는 기능성을 만족시키기는 더욱 곤란하다. 최근 기계적 특성향상과 기능성를 부여하기 위한 한 방법으로 단일합금이 아닌 여러 가지 합금 층으로 이루어진 다층판재를 제조하여 기계적 특성뿐만 아니라 기능성이 우수한 합금판재를 얻으려는 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 두 가지 이상의 알루미늄합금을 압연접합하여 금속 다층판재를 제조하는 공정을 개발하였으며 기존 단일 합금판재보다 기계적 특성뿐만 아니라 우수한 기능성을 갖는 판재를 제조할 수 있었다. 먼저 우수한 강도와 브레이징성을 나타내는 브레이징용 고강도 알루미늄 다층판재와 내식성이 개선된 고강도 알루미늄 다층판재를 제조하기 위하여 다양한 합금 층 조합을 설계하고 상온 압연접합하는 방법으로 다층판재를 제조하였다. 제조된 다층판재는 합금층의 조합 및 가공 열처리 공정에 따라 서로 다른 특성을 나타내었으며 이러한 특성을 극대화 하기위하여 공정을 최적화하였다. 지금까지의 연구를 통하여 제조된 여러 가지 특성을 갖는 다층판재와 가공열처리에 따른 특성 변화에 대하여 소개하였다.

기술의 발전이 비약적으로 성장하면서, 소비자의 요구는 빠르게 변하고 있다. 전자 소자를 응용한 제품 시장은 매해를 거듭할 수록 빠른 속도로 성능을 향상시키고 있다. 이에 따라 디스플레이 시장에서 가장 큰 관심은 작은 화면에서도 높은 해상도를 요구하고, 수광형의 구동방식이 아닌 능동형 구동방식을 갖는 AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitted Diode)를 선호하고 있으며, 빠른 응답속도 기반을 갖는 표시소자를 요구하고 있다. 제품 생산자들의 고민은 기존의 비정질 실리콘 기반의 LCD (Liquid crystal display) 구동소자와 공정을 이용하여 소비자의 욕구에 접근하기가 점점 어려워지고 있다. 최근 이러한 문제점을 해결하고자 하는 노력들중에서 산화물 반도체 재료와 이를 이용한 박막 트랜지스터 개발이 큰 관심을 갖고 있다. 최근 InGaZnO 산화물 반도체 재료는 기존의 비정질 실리콘 반도체 재료 보다 높은 전계 이동도(> $10cm^2/V.s$)를 보이고 있으며, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 구조에서 산화물 반도체 재료의 대체만으로 효과가 보일 수 있어서 큰 연구가 진행되어져 왔다. 하지만, InGaZnO 산화물 박막 트랜지스터에 대한 소자를 AMOLED에 적용할 때, 기존의 LTPS (low temperature poly-slicon)에서는 발견되지 않았던 소자의 전계신뢰성과 이동도 한계가 문제로 제기되었다. 또한, Indium이라는 희소원소의 사용은 향후 공정 단가와 희소 물질에 대한 위협등에 의하여 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 요구와 관심이 발생하고 있다. 본 발표에서는 기존의 산화물 반도체 재료에 대한 차세대 디스플레이인 AMOLED와 유연 디스플레이에 대한 응용 가능성을 발표할 예정이다. 또한 산화물 반도체 재료의 신뢰성 문제에 대한 해결방법으로 신규 산화물 반도체 재료에 대한 연구 방향과 indium-free 계열을 이용한 저원가 산화물 반도체 연구에 대하여 소개할 예정이다. 앞으로 산화물 반도체 재료에 대한 연구와 응용은 기존의 실리콘 반도체 틀을 벗어난 새로운 응용분야를 열어줄 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 그 기대에 대한 몇가지 예를 통하여 재료와 소자의 응용 가능성을 논의할 예정이다.

In recent years, the functional inks for printed electronics that can be combined with a variety of printing techniques have attracted increasingly significant interest for use in low cost, large area, high performance integrated electronics and microelectronics. In particular, the development of solution-processable conductor, semiconductor and insulator materials is of great importance as such materials have decisive impacts on the electrical performance of various electronic devices, and, therefore, need to meet various requirements including solution processability, high electrical performance, and environmental stability. Semiconductor inks such as IGO, CIGS are synthesized by chemical solution method and microwave reaction method for TFT and solar cell application. Fine circuit pattern with high conductivity, which is valuable for flexible electrode for PCB and TSP devices, can be printed with highly concentrated and stabilized conductor inks such as silver and copper. Solution processed insulator such as polyimide derivatives can be use to all printed TFT device. Our research results of functional inks for printed electronics provide a recent trends and issues on this area.

One-dimensional nanowires (NW)/nanorods are under intense investigation in materials science due to their potential applications in many electronic devices. Since the properties required for these applications are greatly influenced by their microscopic structures, it is important to understand the relation between the microstructures with their optical and electric properties. In this study, Ag nanowires were synthesized in various dimensions and coated onto PET films to form transparent electrode. Their optical and electrical properties were studied in terms of their microstructures. Highly transparent (>90%), low haze transparent electrode films were successfully fabricated with surface resistance as low as (~50 ${\Omega}$/>).

Next generation displays such as high performance LCD, AMOLED, flexible display and transparent display require specific TFT back-planes. For high performance TFT back-planes, low temperature poly silicon (LTPS), and metal-oxide semiconductors are studied. Flexible TFT backplanes require low temperature processible organic semiconductors. Not only development of active semiconducting materials but also design and synthesis of semiconductor corresponding gate dielectric materials are important issues in those display back-planes. In this study, we investigate the high heat resistant polymeric gate dielectric materials for organic TFT and inorganic TFT with good insulating properties and processing chemical resistance. We also controlled and optimized surface energy and morphology of gate dielectric layers for direct printing process with solution processible organic and inorganic semiconductors.

전자산업에서 소자를 제작하는 핵심공정으로써, 패턴을 형성하는 방식은 식각 마스크를 통해 이루어진다. 공정 순서는 원하는 물질을 증착한 후 사진공정 (photolithograpy)을 통하여 원하는 패턴의 감광제 식각마스크 (etch mask)를 형성하게 된다. 이후, 습식식각이나 건식식각을 통하여 물질의 불필요한 부분을 제거한 후 최종적으로 감광제 식각마스크를 제거하여 원하는 물질의 패턴을 얻게 된다. 최근에 소개된 잉크젯 프린팅 기술 (inkjet printing technology)은 나노 잉크를 이용하여 사진공정과 식각공정을 이용하지 않고, 직접 나노잉크를 분사하여 패턴을 형성하는 방법으로, 패터닝 공정을 단순화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 각종 전자 산업의 환경오염물을 획기적으로 줄일 수 있는 친환경기술이다. 특히, OLED, O-TFT, RF-ID, PCB 분야 등 다양한 전자산업분야의 제조기술로서 응용하고자, 전도성 폴리머나 실버 (silver) 나노파티클 잉크를 이용한 전도성 라인 패터닝 (line patterning)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 강연에서는 친환경 생산공정기술 측면에서의 잉크젯기술을 분석하고, 기술의 구성요소, 응용분야, 기술 동향에 관해서 소개하고, 또한 현재 한국생산기술연구원에 진행하고 있는 잉크젯 프린팅 기술 기반의 인쇄전자 분야에 관한 내용을 소개한다.

Although all printed cost-less radio frequency identification (RFID) tags have been considered as a core tool for bringing up a ubiquitous society, the difficulties in integrating thin film transistors (TFTs), diodes and capacitors on plastic foils using a single in-line printing method nullify their roles for the realization of the ubiquitous society1,2. To prove the concept of all printed cost-less RFID tag, the practical degree of the integration of those devices on the plastic foils should be successfully printed to demonstrate multi bit RFID tag. The tag contains key device units such as 13.56 MHz modulating TFT, digital logic gates and 13.56 MHz rectifier to generate and transfer multi bit digital codes via a wireless communication (13.56 MHz). However, those key devices have never been integrated on the plastic foils using printing method yet because the electrical fluctuation of fully printed TFTs and diodes on plastic foils could not be controlled to show the function of desired devices. In this work, fully gravure printing process in printing 13.56 MHz operated 32 bit RFID tags on plastic foils has been demonstrated for the first time to prove all printed RFID tags on plastic foils can wirelessly generate and transfer 32 bit digital codes using the radio frequency of 13.56 MHz. This result proved that the electrical fluctuations of printed TFTs and diodes on plastic foils should be controlled in the range of maximum 20% to properly operate 32 bit RFID tags.

프린팅공정을 이용한 패터닝 기술은 디스플레이, 태양전지, RFID 등 다양한 분야에서 각광을 받고 있다. 프린팅공정은 대면적 패터닝 공정이 가능하며, 다단계 공정인 Litho보다 공정이 단순하다는 장점이 있지만, 현재까지 원하는 크기와 두께의 패턴구현이 쉽지 않다는 단점이 있다. 프린팅 공정을 전자소자의 패터닝 기술로 사용하기 위해서는, 다양한 선폭과 선 두께를 자유자재로 구현하는 것이 가능해야 한다. 또한 미세한 선폭을 인쇄할 수 있을 수록 더 미세한 전자소자 또는 디스플레이 소자를 만들어 낼 수 있으며, 박막을 구현하는 것은 유기소자를 인쇄방식으로 하기 위해서는 필수적이다. 본 논문은 이러한 정밀한 패터닝이 가능한 롤 인쇄 공정의 기본 메커니즘을 설명하고 이를 이용한 미세 박막 인쇄 공정을 실험을 통해 검증하였다.

Graphene has attracted much attention for future nanoelectronics due to its superior electrical properties. Owing to its extremely high carrier mobility and controllable carrier density, graphene is a promising material for practical applications, particularly as a channel layer of high-speed FET. Furthermore, the planar form of graphene is compatible with the conventional top-down CMOS fabrication processes and large-scale synthesis by chemical vapor deposition (CVD) process is also feasible. Despite these promising characteristics of graphene, much work must still be done in order to successfully develop graphene FET. One of the key issues is the process technique for gate dielectric formation because the channel mobility of graphene FET is drastically affected by the gate dielectric interface quality. Formation of high quality gate dielectric on graphene is still a challenging. Dirac voltage, the charge neutral point of the device, also strongly depends on gate dielectrics. Another performance killer in graphene FET is source/drain contact resistance, as the contact resistant between metal and graphene S/D is usually one order of magnitude higher than that between metal and silicon S/D. In this presentation, the key issues on graphene-based FET, including organic-inorganic hybrid gate dielectric formation, controlling of Dirac voltage, reduction of source/drain contact resistance, device structure optimization, graphene gate electrode for improvement of gate dielectric reliability, and CVD graphene transfer process issues are addressed.

Graphene is expected to have a significant impact in various fields in the foreseeable future. For example, graphene is considered to be a promising candidate to replace indium tin oxide (ITO) as transparent conductive electrodes in optoelectronics applications. We report the tunability of the wavelength of localized surface plasmon resonance by varying the distance between graphene and Au nanoparticles [1]. It is estimated that every nanometer of change in the distance between graphene and the nanoparticles corresponds to a resonance wavelength shift of ~12 nm. The nanoparticle-graphene separation changes the coupling strength of the electromagnetic field of the excited plasmons in the nanoparticles and the antiparallel image dipoles in graphene. We also show a hysteresis in the conductance and capacitance can serve as a platform for graphene memory devices. We report the hysteresis in capacitance-voltage measurements on top gated bilayer graphene which provide a direct experimental evidence of the existence of charge traps as the cause for the hysteresis [2]. By applying a back gate bias to tune the Fermi level, an opposite sequence of switching with the different charge carriers, holes and electrons, is found [3]. The charging and discharging effect is proposed to explain this ambipolar bistable hysteretic switching.

The best part of graphene is - charge-carriers in it are mass less particles which move in near relativistic speeds. Comparing to other materials, electrons in graphene travel much faster - at speeds of $10^8cm/s$. A graphene sheet is pure enough to ensure that electrons can travel a fair distance before colliding. Electronic devices few nanometers long that would be able to transmit charge at breath taking speeds for a fraction of power compared to present day CMOS transistors. Many researches try to check a possibility to make it a perfect replacement for silicon based devices. Graphene has shown high potential to be used as interconnects in the field of high frequency electrical devices. With all those advantages of graphene, we demonstrate characteristics of electrical and optical properties of graphene such as the effect of graphene geometry on the microwave properties using the measurements of S-parameter in range of 500 MHz - 40 GHz at room temperature condition. We confirm that impedance and resistance decrease with increasing the number of graphene layer and w/L ratio. This result shows proper geometry of graphene to be used as high frequency interconnects. This study also presents the optical properties of graphene oxide (GO), which were deposited in different substrate, or influenced by oxygen plasma, were confirmed using different characterization techniques. 4-6 layers of the polycrystalline GO layers, which were confirmed by High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and electron diffraction analysis, were shown short range order of crystallization by the substrate as well as interlayer effect with an increase in interplanar spacing, which can be attributed to the presence of oxygen functional groups on its layers. X-ray photoelectron Spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy confirms the presence of the $sp^2$ and $sp^3$ hybridization due to the disordered crystal structures of the carbon atoms results from oxidation, and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) and XPS analysis shows the changes in oxygen functional groups with nature of substrate. Moreover, the photoluminescent (PL) peak emission wavelength varies with substrate and the broad energy level distribution produces excitation dependent PL emission in a broad wavelength ranging from 400 to 650 nm. The structural and optical properties of oxygen plasma treated GO films for possible optoelectronic applications were also investigated using various characterization techniques. HRTEM and electron diffraction analysis confirmed that the oxygen plasma treatment results short range order crystallization in GO films with an increase in interplanar spacing, which can be attributed to the presence of oxygen functional groups. In addition, Electron energy loss spectroscopy (EELS) and Raman spectroscopy confirms the presence of the $sp^2$ and $sp^3$ hybridization due to the disordered crystal structures of the carbon atoms results from oxidation and XPS analysis shows that epoxy pairs convert to more stable C=O and O-C=O groups with oxygen plasma treatment. The broad energy level distribution resulting from the broad size distribution of the $sp^2$ clusters produces excitation dependent PL emission in a broad wavelength range from 400 to 650 nm. Our results suggest that substrate influenced, or oxygen treatment GO has higher potential for future optoelectronic devices by its various optical properties and visible PL emission.

We present a scheme for monolithically integrating aligned arrays of single walled carbon nanotubes (SWNTs) with sheets of graphene, for use in electronic devices. Here, the graphene and arrays of SWNTs are formed separately, using chemical vapor deposition techniques onto different, optimized growth substrates. Techniques of transfer printing provide a route to integration, yielding two terminal devices and transistors in which patterned structures of graphene form the electrodes and the SWNTs arrays serve as the semiconductor. Electrical testing and analysis reveal the properties of optically transparent transistors that use this design, thereby giving insights into the nature of contacts between graphene and SWNTs.

원자 한층 또는 수층의 두께를 가진 그래핀과 2차원 나노물질들은 그들의 적층형태의 3차원 물질들과는 두드러지게 다른 전기적, 전자적, 광학적, 화학적, 기계적 성질을 지닌다. 그래핀은 탄소원자들간에 sp2공유결합을 형성하여 뛰어난 기계적, 윤활적 특성을 가지고 있으며, 이황화몰리브덴 또한 좋은 윤활적 특성을 가지고 있다. 본 발표에서는 원자현미경을 이용해서 그래핀, 이황화몰리브덴, 질화붕소, 니오븀 다이셀레나이드 등의 원자 두께 수준의 2차원 나노물질들에서 나타나는 특이한 마찰적 특성들을 보고한다. 특별히 원자수준으로 얇아짐으로 두께에 따른 마찰력의 변화와 2차원물질의 주름에 따른 방향성있는 마찰특성 그리고, 기판에 따른 마찰력의 특성변화를 보고하도록 한다.

Graphene films have a strong potential to replace indium tin oxide anodes in organic light-emitting diodes (OLEDs), to date. However, the luminous efficiency of OLEDs with graphene anodes has been limited by a lack of efficient methods to improve the low work function and reduce the sheet resistance of graphene films to the levels required for electrodes. Here, we fabricate flexible OLEDs by modifying the graphene anode to have a high work function and low sheet resistance, and thus achieve extremely high luminous power efficiencies (37.2 lm/W in fluorescent OLEDs, 102.7 lm/W in phosphorescent OLEDs), which are significantly higher than those of optimized devices with an indium tin oxide anode (24.1 lm/W in fluorescent OLEDs, 85.6 lm/W in phosphorescent OLEDs). We also fabricate flexible white OLED lighting devices using the graphene anode. These results demonstrate the great potential of graphene anodes for use in a wide variety of high-performance flexible organic optoelectronics.

A high-performance low-voltage graphene field-effect transistor (FED array was fabricated on a flexible polymer substrate using solution-processable, high-capacitance ion gel gate dielectrics. The high capacitance of the ion gel, which originated from the formation of an electric double layer under the application of a gate voltage, yielded a high on-current and low voltage operation below 3 V. The graphene FETs fabricated on the plastic substrates showed a hole and electron mobility of 203 and 91 $cm^2/Vs$, respectively, at a drain bias of - I V. Moreover, ion gel gated graphene FETs on the plastic substrates exhibited remarkably good mechanical flexibility. This method represents a significant step in the application of graphene to flexible and stretchable electronics.

In-situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and infrared (IR) spectroscopy studies of SOFC cathode materials will be discussed in this presentation. The mixed conducting perovskites (ABO3) containing rare and alkaline earth metals on the A-site and a transition metal on the B-site are commonly used as cathodes for solid oxide fuel cells (SOFC). However, the details of the oxygen reduction reaction are still not clearly understood. The information about the type of adsorbed oxygen species and their concentration is important for a mechanistic understanding of the oxygen incorporation into these cathode materials. XPS has been widely used for the analysis of adsorbed species and surface structure. However, the conventional XPS experiments have the severe drawback to operate at room temperature and with the sample under ultrahigh vacuum (UHV) conditions, which is far from the relevant conditions of SOFC operation. The disadvantages of conventional XPS can be overcome to a large extent with a "high pressure" XPS setup installed at the BESSY II synchrotron. It allows sample depth profiling over 2 nm without sputtering by variation of the excitation energy, and most importantly measurements under a residual gas pressure in the mbar range. It is also well known that the catalytic activity for the oxygen reduction is very sensitive to their electrical conductivity and oxygen nonstoichiometry. Although the electrical conductivity of perovskite oxides has been intensively studied as a function of temperature or oxygen partial pressure (Po2), in-situ measurements of the conductivity of these materials in contact with the electrolyte as a SOFC configuration have little been reported. In order to measure the in-plane conductivity of an electrode film on the electrolyte, a substrate with high resistance is required for excluding the leakage current of the substrate. It is also hardly possible to measure the conductivity of cracked thin film by electrical methods. In this study, we report the electrical conductivity of perovskite $La_{0.6}Sr_{0.4}CoO_{3-{\delta}}$ (LSC) thin films on yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte quantitatively obtained by in-situ IR spectroscopy. This method enables a reliable measurement of the electronic conductivity of the electrodes as part of the SOFC configuration regardless of leakage current to the substrate and cracks in the film.

고체산화물연료전지의 전기적 성능은 직류를 인가하면서 평형 전위로 부터 과전압(Overpotential) 만큼 멀어지는 셀의 전극 전위를 측정하는 방법으로 분석할 수 있다. 하지만 이러한 직류 상태에서는 측정 시스템에 대해서 얻을 수 있는 정보가 매우 제한 적이다. 따라서 활성화 과전압 (Activation overpotential), 농도 과전압(Concentration overpotential), 저항 과전압 (Ohmic overpotential)등의 전류에 따른 변화가 전기화학의 법칙을 충실히 따른다는 가정하에 측정결과를 수식에 맞추어 역으로 추정하는 회귀 분석 방법이 많이 사용되고 있다. 하지만 고성능의 셀이 될 수록 활성화 분극이나 농도 분극이 전류-전압 선상에서 뚜렷하게 나타나지 않는 경우가 많고, 이러한 상태에서의 회귀 분석은 해는 무한히 많으나 하나의 해 만을 선택하게 되는 경우가 있는 것이 사실이다. 이러한 문제점은 연료전지에 직류와 교류를 동시에 인가하면서 과전압과 임피던스를 상호 비교 분석하면서 보완될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 직류 인가 상태에서 각 과전압을 간단한 수식을 이용한 회귀 분석으로 추정하고, 이를 다시 임피던스 측정 시 교류 주파수에 따라 나뉜 저항 요소들과 다시 비교하면서 회귀 분석의 신뢰성을 높이는 시도를 하였다. 이러한 과정을 통해 제시된 직류 고전압 모델을 검증하는데 임피던스의 이용이 매우 효과적임을 알 수 있었다.

Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) have been of great interest particularly in the automobile industries because of their high energy density and low pollutant emission. However, some of the issues such as, the necessarily high contents of Pt catalysts and their slow kinetics of cathode oxygen reduction reaction remain as obstacles in the commercialization of the PEMFC. In this presentation, after brief explanation on basic principles of PEMFC and its application to FC vehicles, recent researches to improve the activity and durability of Pt-based nano catalysts toward oxygen reduction will be introduced. It covers size and shape control of Pt nano particle, binary and ternary Pt-M alloys, novel core-shell nano structures of Pt, and a little bit about non-Pt catalysts. Strategies and methodologies for design and synthesis of novel catalysts will also be included.

There are rising demands for developing more efficient energy materials to stem the depletion of fossil fuels, which have prompted significant research efforts on proton exchange fuel cells (PEFCs) and lithium ion batteries (LIBs). To date, both PEFCs and LIBs are being widely developed to power small electronics, however, their utilization to medium-large sized electric power resources such as vehicle and stationary energy storage systems still appears distant. These technologies increasingly rely upon polymer electrolyte membranes (PEMs) that transport ions from the anode to the cathode to balance the flow of electrons in an external circuit, and therefore play a central role in determining the efficiency of the devices; as ion transport is a kinetic bottleneck compared to electrical conductivity, enormous efforts have been devoted to improving the transport properties of PEMs. In present study, we carried out an in-depth analysis of the morphology effects on transport properties of PEMs. How parameters such as self-assembled nanostructures, domain sizes, and domain orientations affect conductivities of PEMs will be presented.

Zn 기반 산화물 반도체는 기존의 비정질 Si에 비해 저온공정에도 불구하고 높은 이동도, 투명하다는 장점으로 인해 차세대 디스플레이용 백플레인 소자로 주목받고 있다. 산화물 트랜지스터는 우수한 소자특성을 보여주고 있지만, 온도, 빛, 그리고 게이트 바이어스 스트레스에 의한 문턱전압의 불안정성이 문제의 문제를 해결해야한다. 산화물 반도체의 문턱전압의 불안정성은 유전체와 채널층의 계면 혹은 채널에서의 charge trap, photo-generated carrier, ads-/desorption of molecular 등의 원인으로 보고되고 있어, 고신뢰성의 산화물 채널층을 성장하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 최근, 산화물 트랜지스터의 다양한 조건에서의 문턱전압의 불안정성을 해결하기 위해 산화물의 주된 결함으로 일컬어지고 있는 산소결핍을 억제하기 위해 성장공정의 제어 그리고, 산소와의 높은 binding energy를 같은 Al, Hf, Si 등과 같은 원소를 첨가하여 향상된 소자의 특성이 보고되고 있지만, 줄어든 산소공공으로 인해 이동도가 저하되는 문제점이 야기되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 Buried layer의 삽입 혹은 bi-channel 등과 같은 방안들이 제안되고 있다. 본 연구는 atomic layer deposition을 이용하여 AZO bureid layer가 적용된 ZnO 트랜지스터의 특성과 안정성에 대한 연구를 하였다. 다결정 ZnO 채널은 유전체와의 계면에 많은 interface trap density로 인해 positive gate bias stress에 의한 문턱전압의 불안정성을 보였지만, AZO층이 적용된 ZnO 트랜지스터는 줄어든 interface trap density로 인해 향산된 stability를 보였다.

급속한 첨단기술의 발전으로 인해 차세대 정보산업의 핵심 기술은 사용자의 편의를 바탕으로 필요에 따라 형태가 변환되어 휴대 또는 착용이 가능하고 다양한 기능이 융합된 전자소자의 기술을 개발 하는 것이다. 현재까지는 이를 구현하기 위해 저분자, 고분자 반도체 및 박막형 무기 반도체를 이용하여 신축 가능한 소자를 구현 하였으나 기존 소재들의 제한적인 물성으로 인해 그 연구가 한계를 다다르고 있다. 이에 반해 신소재 그래핀은 우수한 기계적, 전기적 및 광학적 특징을 동시에 가지고 있는 물질로써 유연 소자분야에 적합한 재료로 각광받고 있다. 하지만 뛰어난 그래핀의 특성에도 불구하고 소자를 구성하는 다른 요소인 기판, 유전막 등의 물성적 한계로 인하여 신축 가능한 소자제작을 위해서는 아직도 많은 과제가 남아있다. 본 연구에서는 Polydimethylsiloxane (PDMS) 고무기판 위에 전해질 유전막을 도입하여 신축 가능하고 투명한 그래핀 트렌지스터를 구현하였다. 에어로졸 프린팅 방법으로 상온에서 형성 된 전해질 유전막은 높은 정전용량으로 인해 3V이하의 낮은 전압에서도 소자가 구동하는 것을 확인할 수 있었으며, 1100 과 420 $cm^2/Vs$의 높은 정공과 전자의 이동도를 나타내었다. 뿐만 아니라 이러한 전기적 특성은 외부에 가해지는 5%의 응력 및 1000회의 피로도 테스트 후에도 안정적인 거동을 보이는 매우 우수한 탄성특성을 보였다.

비 휘발성 저항 메모리소자인 resistance random access memory (ReRAM)는 빠른 동작특성과 저 전압 특성을 나타내고 비교적 간단한 소자구조로 고집적화에 유리하여 기존의 DRAM과 flash 메모리, SRAM 등이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항 메모리소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 를 기반으로 하는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) 박막은 저온에서 대면적 증착이 가능하며 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 갖기 때문에 박막트랜지스터 적용 시 우수한 전기적 특성을 나타낸다. 또한 빠른 동작특성과 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 본 연구에서는 MOM(metal/oxide/metal) 구조를 기반한 TiN/a-IGZO/ITO 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. IGZO 박막은 radio frequency (RF) sputter 를 이용하여 ITO/glass 기판 위에 증착하였다. MOM 구조를 위한 상부 TiN 전극은 e-beam evaporation 을 이용하여 증착하였다. 제작된 저항 메모리소자는 안정적인 unipolar resistive switching 특성을 나타내었으며, TiN 상부전극과 IGZO 계면 간의 Transmission Electron Microscopy (TEM) 분석을 통해 전압 인가 후 전극 금속 물질의 박막 내 삽입으로 인한 금속 필라멘트의 형성을 관찰 할 수 있었다. 합성된 박막의 형태와 결정성은 Scanning electron microscope (SEM)와 X-ray Diffraction (XRD)을 통해 평가 하였으며, 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145 를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

최근 PRAM의 집적도 향상 및 3차원 적층에 의한 메모리 용량 향상을 위해 셀 선택 스위치로서 박막형 Ovonic Threshold Switching (OTS) 소자를 적용한 Cross bar 구조의 PRAM이 제안된 바 있다. OTS 소자는 비정질 칼코지나이드를 핵심층으로 하는 2단자 소자로서 고저항의 Off 상태에 특정 값 (문턱스위칭 전압) 이상의 전압을 가해주면 저저항의 On 상태로 바뀌고 다시 특정 값 (유지전압) 이하로 전압을 감소시킴에 따라 고저항의 Off 상태로 복원하는 특성을 갖는다. 셀 선택용 스위치로 적용되기 위해서는 핵심적으로 On-Off 상태간의 가역적인 변화 중에도 재료가 비정질 구조를 안정하게 유지해야 하며 전기적으로는 Off 상탱의 저항이 크고 또한 전류값의 점멸비가 커야 한다. GeSe는 이원계 재료로서 단수한 구성에도 불구하고 OTS 소자가 갖추어야할 기본적인 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 GeSe로 구성된 OTS 재료에 경원소인 질소를 첨가하여 비정질 상태의 안정성과 소자특성의 개선 효과를 조사하였다. RF-puttering 시 Ar과 $N_2$의 혼합 Gas를 사용하여 조성이 $Ge_{62}Se_{38}$ ($N_2$ : 3%)인 박막을 제작하여 DSC를 통해 결정화온도(Tx)를 확인하였고, $N_2$ gas의 함유량이 각각 1 %, 2 %, 3 %인 $Ge_{62}Se_{38}$인 박막을 전극의 접촉 부 면적이 $10{\times}10\;{\mu}m^2$인 cross-bar 구조의 소자로 제작하여 Threshold switching voltage ($V_{th}$), Delay time ($t_d$), $I_{on}/I_{off}$ 그리고 Endurance 특성을 평가하였다. DSC 분석 결과 $N_2$ 가 3 % 첨가된 GeSe 박막은 Tx가 $371^{\circ}C$에서 $399^{\circ}C$로 증가되었다. $N_2$가 1% 첨가된 GeSe 소자를 측정한 결과 $V_{th}$의 변화 없는 가운데 $I_{on}/I_{off}$이 약 $2{\times}10^3$에서 $5{\times}10^4$로 향상되었다. Endurance 특성 역시 $10^4$에서 $10^5$번으로 향상되었다. $t_d$의 경우 비정질 상태의 저항 증가로 인해 약 50% 증가되었다. 이러한 $N_2$의 첨가로 인한 비정질 GeSe 박막의 변화 원인에 대한 분석 결과를 소개할 예정이다.

Si 기판을 무전해 식각하여 나노와이어 형태로 합성하는 방법은 쉽고 간단하기 때문에 이를 이용한 소자 특성 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만 이러한 방법으로 제작된 Si 나노와이어의 경우 식각에 의하여 나노와이어 표면이 매우 거칠어지기 때문에 고유의 특성을 나타내기 어려워 표면 특성을 제어 할 수 있는 연구의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 무전해 식각법을 이용하여 p와 n형 나노와이어를 각각 합성하고 그 특성을 구현하기 위하여 표면조절을 진행하였다. 특히 n형 나노와이어의 경우 표면의 OH- 이온으로 인하여 n채널 특성이 제대로 나타나지 않기 때문에 열처리를 이용하여 표면을 보다 평평한 형태로 조절하여 향상된 전기적 특성을 얻을 수 있었다. 여기에 나노와이어와 절연막 사이의 계면 결함을 최소화 하기 위하여 poly-4-vinylphenol (PVP) 고분자 절연막에 나노와이어를 삽입시켜 나노와이어의 문턱전압 값을 조절하였다. 이를 바탕으로 complementary metal-oxide semiconductor(CMOS) 구조의 인버터 소자를 제작하였으며 p형 나노와이어가 절연막에 삽입된 정도에 따라 인버터의 midpoint voltage 값을 조절 할 수 있었다.

In this work, vertically aligned metal oxide nanorods(ZnO, $TiO_2$, $WO_3$) were grown onto CuO film at the room temperature. The fabricated nanorods of 90nm~500nm diameter range and $1{\mu}m{\sim}15{\mu}m$ of length range. Growth of metal oxide nanorods only depends on thickness of CuO film in this method, and it is grown at both of room temperature and high temperature. That means, it is much faster mathod to make the vertical metal oxide nanorods than old method such as hydrothermal method.

표면에너지 (surface free energy, SFE)는 클래팅, 페인팅, 접합 기술에서 매우 중요한 요인이다. 그 이유는 표면에너지가 복합재료에서 결합특성의 척도이기 때문이다. 비록, 고체에서 표면에너지는 test inks의 의미로 간주될 수 있지만, 그것은 표면에너지의 정확한 측정을 위한 편리한 방법이 아니다. 우리는 기판의 표면에너지를 평평한 고체기판에 액체를 떨어뜨려 생긴 접촉각을 사용하여 측정하였고, 고체 기판에서 표면에너지의 플라즈마 표면처리의 영향에 대해 조사하였다. 증류수와 디오도메탄을 접촉각 측정 용액으로 사용하였고, Soda-lime glass와 Si wafer에서 신뢰성 있는 표면에너지 값을 얻을 수 있었다. 플라즈마 표면처리를 12초간 진행하였을 때 glass와 Si wafer에서 최대의 표면에너지 값인 74 $mJ/m^2$을 얻을 수 있었고 플라즈마 표면처리가 표면에너지에 미치는 영향은 두 기판 모두에서 약 300분 가량 지속되었다. 12초 이상의 플라즈마 표면처리를 통해 증가된 표면에너지는 스퍼터를 통해 증착한 크롬 박막과 기판 사이의 본딩력을 강하게 하였다. 실험의 신뢰성을 위해 기판에 미세 박막을 증착하여 박막의 핵이 생성될 때의 접촉각을 플라즈마 표면처리 전후와 비교하였다. 이 결과로부터 플라즈마 표면처리는 재료의 코팅과 페인팅 공정에서 재현성을 부여해주는 매우 효율적이고 중요한 방법이라 결론지을 수 있다.

그라핀(graphene)은 탄소 원자의 2차원 육각형 $sp^2$ 결합체로서 탄소 나노구조체가 가지는 여러 가지 우수한 특성을 보유하면서 대면적 기판 위에서 소자구현 및 투명전극 등으로의 우수한 응용성 때문에 고품질 그라핀 제조와 물리적 특성, 소자응용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 그라핀 제조를 위한 여러 가지 방법이 개발되고 있으나 화학적 박리법이 저비용으로 대량생산을 위해 가장 유리한 방법으로 주목을 받고 있다. 화학적 박리법은 벌크 그라파이트를 강한 산을 이용하여 산화시켜 형성된 산화 그라파이트(graphite oxide)을 열적으로 팽창시켜 박리하고 환원하여 그라핀으로 제조하는 것이다. 보통 열적팽창을 위해서 열처리 로를 사용하게 되는데, 본 연구에서는 박리를 보다 효율적으로 진행시키고 고품질의 그라핀을 얻기 위해 마이크로웨이브를 이용한 박리법을 적용하였다. 마이크로웨이브는 설비가 간단하고 매우 균일하게 열팽창을 시킬 수 있을 뿐만 아니라 대량생산에서도 유리할 것으로 기대하였다. 천연 그라파이트(99.9%, 평균입도 $200{\mu}m$)를 Hummer 방법에 따라 $H_2SO_4$와 $KMnO_4$를 사용하여 산화시키고 필터링 후 마이크로웨이브를 조사하였다. 이후 환원 처리를 거쳐 그라핀을 제조하였다. 라만스펙트럼 및 투과전자현미경으로 분석한 결과 우수한 품질의 그라핀이 형성되었음을 알 수 있었다. 그라핀의 두께 및 품질은 마이크로웨이브의 인가시간 및 반복 횟수가 증가함에 따라 크게 영향받는 것을 확인하였다. 본 발표에서는 마이크로웨이브를 사용한 산화 그라파이트 박리 및 그라핀 제조라는 새로운 시도와 주요변수에 따른 그라핀 특성에 관한 결과를 논의할 것이다.

나노임프린트 리소그라피(Nano-Imprint Lithography, NIL) 기술은 기판위의 resin을 나노구조물이 각인된 스탬프로 눌러서 나노구조물을 형성하는 기술로, 경제적이고 효과적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기술이다. 그중에서도 UV 기반의 나노임프린트(UV-NIL) 기술은 resin을 투명한 스탬프로 누른뒤 UV로 경화시켜 나노구조물을 형성하는 기술로써 고온, 고압($140{\sim}180^{\circ}C$, 10~30bar)이 필요한 가열식 나노임프린트 기술에 비해 상온, 상압($20^{\circ}C$, 1bar)에서도 구조물 형성이 가능하여 다층구조 형성에 적합하다. 연속적인 임프린팅 공정에 의해 resin이 quarz 스탬프에 잔류하여 패터닝에 결함을 유발하게 되므로 오염물을 제거하기 위한 세정공정이 필요하다. 하지만 UV에 의해 경화된 resin은 cross-linking을 형성하여 화학적인 내성이 증가하게 되므로 제거하기가 어렵다. 현재는 resin 제거를 위한 세정공정으로 SPM($H_2SO_4/H_2O_2$) 세정이 사용되고 있는데 세정시간이 길고 세정 후에 입자 또는 황 잔유물이 남으며 많은 유해용액 사용의 문제점이 있어 효과적으로 resin을 제거할 세정공정이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 친환경적인 UV 세정 및 오존수 세정공정을 적용하여 경화된 resin을 제거하는 연구를 진행하였다. 실험샘플은 약 100nm 두께의 resin을 증착한 $1.5cm{\times}1.5cm$ $SiO_2$ 쿠폰 wafer를 사용하였으며, UV 및 오존수의 처리시간을 달리하여 resin 제거효율을 평가하였다. ATR-FTIR 장비를 사용하여 시간에 따른 resin의 두께를 측정한 결과, UV 세정으로 100nm 높이의 resin중에 80nm의 bulk resin이 단시간에 제거가 되었고 나머지 20nm의 resin thin film은 오존수 세정으로 쉽게 제거되는 것을 확인 하였다. 또한 표면에 남은 resin residue와 particle을 제거하기 위해서 SC-1 세정을 진행하였고 contact angle과 optical microscope 장비를 사용하여 resin이 모두 제거된 것을 확인하였다.

To fabricate a metal mold for injection molding, hot-embossing and imprinting process, mechanical machining, electro discharge machining (EDM), electrochemical machining (ECM), laser process and wet etching ($FeCl_3$ process) have been widely used. However it is hard to get precise structure with these processes. Electrochemical etching has been also employed to fabricate a micro structure in metal mold. A through mask electrochemical micro machining (TMEMM) is one of the electrochemical etching processes which can obtain finely precise structure. In this process, many parameters such as current density, process time, temperature of electrolyte and distance between electrodes should be controlled. Therefore, it is difficult to predict the result because it has low reliability and reproducibility. To improve it, we investigated this process numerically and experimentally. To search the relation between processing parameters and the results, we used finite element simulation and the commercial finite element method (FEM) software ANSYS was used to analyze the electric field. In this study, it was supposed that the anodic dissolution process is predicted depending on the current density which is one of major parameters with finite element method. In experiment, we used stainless steel (SS304) substrate with various sized square and circular array patterns as an anode and copper (Cu) plate as a cathode. A mixture of $H_2SO_4$, $H_3PO_4$ and DIW was used as an electrolyte. After electrochemical etching process, we compared the results of experiment and simulation. As a result, we got the current distribution in the electrolyte and line profile of current density of the patterns from simulation. And etching profile and surface morphologies were characterized by 3D-profiler(${\mu}$-surf, Nanofocus, Germany) and FE-SEM(S-4800, Hitachi, Japan) measurement. From comparison of these data, it was confirmed that current distribution and line profile of the patterns from simulation are similar to surface morphology and etching profile of the sample from the process, respectively. Then we concluded that current density is more concentrated at the edge of pattern and the depth of etched area is proportional to current density.

란타늄 산화물 ($La_2O_3$) 박막은 하프늄 산화물 ($HfO_2$) 박막보다 높은 유전 상수와 높은 밴드 오프셋으로 인해 dynamic random access memory(DRAM)에서 유전체 재료로써 연구되어 왔다. 그리고 Lanthanum이 도핑된 HfO2이 더 높은 유전 상수와 낮은 누설 전류 밀도를 갖는 다는 사실이 이전에 보고 된 바 있다. 본 연구에서 우리는 ALD를 이용하여, TiN 하부 전극 위에 $La_2O_3$의 위치를 달리하는 $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조(두께 10 nm)를 금속 - 절연체 - 금속 (MIM) 구조로 제작 하였다. ALD는 좋은 comformality와 넓은 지역 균일성을 가지며, 원자수준의 두께를 조절할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 또한, 다양한 화학 물질들을 이용한 복합적 계층구조를 만들 수 있는 점과 $HfO_2$ 및 $La_2O_3$ 계층의 수직 위치를 정확하게 조절할 수 있는 점으로 본 연구에 적합한 증착 방법이다. HfO2 속에 $La_2O_3$ 층을 깊이에 따라 삽입함으로써 $HfO_2$ 계층에 La 도핑의 효과와 더불어 TiN 하부 전극 위의 $La_2O_3$과 $HfO_2$의 차이점을 확인 하였다. $HfO_2$은 $250^{\circ}C$에서 TDMAH와 물을 사용하여, $La_2O_3$은 동일한 온도에서 $La(iPrCp)_3$와 물을 사용하여 제작되었다. 화학적 구성 및 binding 구조는 X선 광전자 분광법 (XPS)을 통해 분석하였다. 전기적 특성(유전 상수 및 누설 전류)은 Capacitance-Voltage (CV)와 Current-Voltage (IV) 측정으로 확인하였다. 결과적으로, $La_2O_3$ 또는 $HfO_2$을 한 종류만 사용한 절연층의 전기적 특성보다, $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조가 더 나은 특성 (누설 전류 밀도 : $5.5{\times}10^{-7}\;A/cm^2$ @-1MV/cm, EOT : 14.6)을 갖는다는 것을 확인했고, 더불어 $La_2O_3$의 흡습 성질로 인한 화학 구조와 전기적 특성의 일부 차이를 확인하였다. 본 연구에서는 $HfO_2$ 속에 $La_2O_3$층이 TiN 하부 전극 바로 위에 위치할 때, 즉, 공기 중에 노출되지 않은 $La_2O_3/HfO_2$ 구조에서 가장 좋은 특성의 MIM capacitor를 얻을 수 있었다.

캐패시터, 액추에이터와 같이 MIM (Metal-Insulator-Metal) 구조를 갖는 디바이스는 높은 소결온도를 갖는 세라믹 유전체/압전체와 고온 내산화성이 낮은 금속 전극의 적층 형태로 인하여 동시 열처리 공정에 있어서 많은 제약이 따른다. 본 연구에서는 소결온도를 대폭 낮춘 저온 소결용 PZT 압전체 테이프를 니켈 금속 포일에 적층하여 동시 열처리를 통하여 소결을 시도하였다. 동시 열처리된 MIM 디바이스의 세라믹과 금속 전극 계면의 미세구조 및 성분 분석을 통하여 계면 반응 기구를 확인하였고, 계면 반응층이 디바이스의 특성에 미치는 영향에 대한 정량적 분석을 수행하였다. 또한 열처리 시간에 따른 계면 반응층의 변화를 관찰하고 반응층의 변화가 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 니켈 이외에 니켈 합금인 INCONEL 718과 PZT 세라믹과의 동시 소성을 시도하여 니켈, INCONEL 두 금속 기판과 PZT 사이에 생성되는 계면 반응층의 미세구조와 특성의 차이점을 비교하였고 디바이스로서 사용하기 위한 적합성 여부를 확인하였다.

나노재료와 나노기술의 연구개발 지원을 위하여 국가나노인프라인 나노종합팹센터에서 개발되고 있는 나노재료/나노현상의 실시간 관찰을 위한 SiN membrane chip 기술 및 나노그래핀 기반구축에 대한 최근 결과와 향후계획을 소개하고자 한다. 나노재료의 합성, 배열, 구조 등의 실시간 관찰을 가능하게 하기 위하여 제작된SiN membrane chip은 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)에서 투명한 기판으로, 그 위에 나노재료를 합성, 배열하고 원하는 모양의 전극을 형성하여 나노재료 및 나노소자의 온도변화 및 전기적 특성 측정 등이 가능하다. 이러한 기술은 Ag, Sn, Cu 등 nano-cluster의 percolation 소자, SiN 및 Graphene 나노기공 소자, SiGe, BiTe, Si, ZnO 나노선 및 CNT의 내부구조변화, 상변화 등 다양한 나노재료/나노소자의 나노현상 관찰 및 해석에 적용되었다.

산화금속은 높은 결정성, quantum size effect, 높은 투과도, 대기중의 안정도 등과 같은 탁월한 성질들로 인하여 오늘날 실리콘의 대체물로서 많은 연구가 보고되고 있다. 이러한 금속산화물의 크기와 모양을 조절하며 대량 생산하기 위한 합성방법으로 가수분해, 금속양이온 응축법과 같은 다양한 수용액상 방법이 연구되고 있다. 하지만 2차원 단일 층에 나노물질을 정렬하고 전기적 접합을 형성하는 것이 매우 어렵다는 점 때문에 나노물질을 기판 위에 자유롭게 성장시키는 방법에 대해서는 아직 많이 보고 되어있지 않다. 본 연구에서 저온의 수용액에서 1차원의 나노막대가 2차원의 스피넬 구조 위에 heteroepotaxial 접합을 이루며 성장시키는 방법을 이용하였다. P-n접합 형성을 위하여 (0001)방향으로 배향된 n-type ZnO 나노막대를 (111)방향의 p-type Co3O4 나노플레이트 위에 성장시킨 구조를 제작하였으며 이를 바탕으로 다이오드소자를 제작하여 ideal factor, turn-on voltage, rectifying ratio등의 전기적 특성을 평가하였다.

넓은 밴드갭 (3.37eV)과 높은 엑시톤 결합에너지 (60meV)를 가지는 ZnO 물질은 ultra violet light 센서 및 light emitting diode (LED)의 재료로써 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 나노와이어 구조를 이용하여 소자를 만들 경우 양자효과와 1차원적 캐리어 수송경로 효과로 인하여 그 특성을 보다 향상 시킬 수 있다. 나노와이어를 이용한 이종접합 p-n 다이오드를 제작하기 위하여 ZnO와 격자상수가 비슷한 GaN, NiO, CoO와 같은 물질들이 나노구조 접합에 많이 쓰이고 있지만, 격자상수 차이로 인해서 접합부분 캐리어 수송효율이 떨어지는 단점을 가지고 있다. n-type과 p-type ZnO를 만들어 동종 접합을 만들 경우 이러한 문제점을 극복할 수 있지만, 도핑되지 않은 ZnO가 n-type을 특성을 나타내기 때문에 안정적인 p-type ZnO 합성에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 안정적인 p-type ZnO 합성을 위해서 수열합성법을 이용하여 phosphorus (P) 도핑을 하였고, 나노와이어 diode 구조를 만들었다. P 도핑으로 인한 격자상수 변화는 x-ray diffraction (XRD)를 사용하여 확인하였고, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 통해 도핑 원소를 분석하였으며, 이때의 recification ratio, turn-on voltage 등의 전기적 특성을 평가하였다.

고출력 반도체 레이저 다이오드는 발진 파장 및 광 출력에 따라 다양한 분야에 응용되고 있으며, 특히 발진파장이 808 nm 및 1470 nm 인 고출력 레이저 다이오드의 경우 재료가공, 펌핑용 광원 (DPSSL, 광섬유 레이저), 의료, 피부미용 (점 제거), 레이저 다이오드 디스플레이 등 가장 다양한 응용분야를 가진 광원 중의 하나라고 할 수 있다. 일례로 재료가공의 경우, 레이저 용접, 레이저 인쇄, 하드디스크의 레이저 텍스쳐링 등 그 응용분야는 무수히 많으며, 최근에는 미래 성장동력 사업의 하나로 중요한 이슈가 되는 태양전지에서 에지 분리 (edge isolation), ID 마킹, 레이저 솔더링 등에서 필수불가결한 광원으로 각광받고 있다. 808 nm 대역 In(Ga)AlAs quantum dots laser diode (QDLD) 성장을 위하여 In(Ga)AlAs QD active 와 In(Ga)AlAs QD LD 성장으로 크게 분류하여 여러 가지 test 실험을 수행하였다. 우선 In(Ga)AlAs QD LD 성장에 앞서 high power LD에 적용 가능한 GaAs/AlGaAs quantum well의 성장 및 전기 측정을 수행하여 그 가능성을 보았다. In(Ga)AlAs QD active layer의 효과적인 실험 조건 조절을 위해 QD layer는 sequential mithod (ex. n x (InGaAlAs t sec + InAs t sec + As 10 sec)를 사용하였다. In(Ga)AlAs QD active layer는 성장 온도, 각 sequence 별 시간, 각 source 양, barrier 두께 조절 및 타입변형, Arsenic flux 등의 조건을 조절하여 실험하였다. 또한 위에서 선택된 몇 가지 active layer 를 이용하여 In(Ga)AlAs QD LD 성장 조건 변화를 시도하였다.

Silicon nanowires (SiNWs), due to their unusual quantum-confinement effects that lead to superior electrical and optical properties compared to those of the bulk silicon, have been widely researched as a potential building block in a variety of novel electronic devices. The conventional means for the synthesis of SiNWs has been the vapor-liquid-solid method using chemical vapor deposition; however, this method is time consuming, environmentally unfriendly, and do not support vertical growth. As an alternate, the electroless etching method has been proposed, which uses metal catalysts contained in aqueous hydrofluoric acids (HF) for vertically etching the bulk silicon substrate. This new method can support large-area growth in a short time, and vertically aligned SiNWs with high aspect ratio can be readily synthesized with excellent reproducibility. Nonetheless, there still are rooms for improvement such as the poor surface characteristics that lead to degradation in electrical performance, and non-uniformity of the diameter and shapes of the synthesized SiNWs. Here, we report a facile method of SiNWs synthesis having uniform sizes, diameters, and shapes, which may be other than just cylindrical shapes using a modified nanosphere lithography technique. The diameters of the polystyrene nanospheres can be adjustable through varying the time of O2 plasma treatment, which serve as a mask template for metal deposition on a silicon substrate. After the removal of the nanospheres, SiNWs having the exact same shape as the mask are synthesized using wet etching technique in a solution of HF, hydrogen peroxide, and deionized water. Different electrical and optical characteristics were obtained according to the shapes and sizes of the SiNWs, which implies that they can serve specific purposes according to their types.

활성 물질의 원활한 확산을 위한 경사형 마이크로 기공과 넓은 반응 면적을 제공하는 나노 기공을 동시에 가지는 하이브리드 다공성 구리의 전기화학적 합성법이 보고된 이후, 이를 기능성 전기화학 장치에 활용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만, 구리는 일반적으로 전기화학적 비활성 물질이기 때문에 전극 활물질로서 직접 활용되는 것은 극히 제한적이다. 또한, 전해 도금에 의하여 합성되므로 비전도성 기재 위에 형성이 불가능하여, 비전도성 기재가 기본이 되는 장치에 적용하는 것 역시 어렵다. 본 연구에서는 전해 도금법을 기본으로 하여 마이크로-나노 하이브리드 다공성 구조를 가지는 니켈을 전도성 및 비전도성 기재 위에 형성하였다. 전도성 기재 위에 제조된 니켈의 구조는 전반적으로 기존의 다공성 구리와 거의 유사하였으나 마이크로 기공의 밀도와 수지상의 형태에 있어 차이점을 보였다. 비전도성 기재 위에 형성된 니켈의 경우에는 중간 열처리 과정으로 인해 나노 수지상 구조의 다소간의 뭉침이 발견될 뿐 전도성 기재 위에 형성된 니켈과 구조가 동일하였다. 전도성 및 비전도성 기재 위에 형성된 니켈 다공성 구조를 기본을 하여 각각 전기화학적 캐패시터용 전극과 연료전지용 전극을 제작하였고, 기본적인 전기화학 특성을 파악하여 니켈 다공성 구조의 응용 가능성을 타진하였다.

실리콘 반도체의 Ultra large scale integration (ULSI) 기술 및 소자의 나노스케일화에 따라 배선 금속 물질로 사용하던 알루미늄 보다 낮은 비저항을 가지면서 금속의 전자이동효과에 잘 견딜 수 있는 차세대 배선 물질로서 구리가 큰 주목을 받고 있다. 하지만 구리의 경우, 높은 확산성을 가지기 때문에 열처리 과정에서 구리 실리사이드가 형성되는 등 소자의 신뢰성 및 성능을 감소시키므로, 이를 방지하기 위한 확산 방지막이 필요하다. IC의 배선에서 사용되는 기존의 확산 방지막은 Ta, TaN, TiN, TiW, TaSiN 등으로, 대부분 금속으로 이루어져 있기 때문에 증착 장비를 이용하여 두께를 조절하는 기술, 박막의 질을 최적화 하는 과정이 필요하며, 증착 과정 중에서 불순물이 함께 증착되거나 실리사이드가 형성되는 등의 단점을 가진다. 구리 기반의 배선 물질에서 문제될 수 있는 또 한가지의 이슈는 소자의 나노스케일화에 따른 배선 선폭의 감소로 인하여 확산 방지막 두께 또한 감소되어야 하는 것으로서, 확산 방지막의 두께가 감소함에 따른 방지막의 균일성 감소, 연속성 등이 큰 문제로 작용할 수 있어 이를 해결하기 위한 새로운 기술 또는 새로운 확산 방지막 물질의 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 구리/실리콘 구조에서 금속의 실리콘 박막 내로의 확산 및 실리사이드 형성을 방지하기 위하여 그래핀을 확산 보호막으로서 사용하였다. 그래핀은 화학기상증착법을 이용하여 한 겹에서 수 겹으로 성장되었으며, PMMA 물질을 이용하여 실리콘 기판에 전사되었다. 구리/그래핀/실리콘 구조의 샘플을 500 ~ 800도의 온도 범위에서 열처리 하였고, 구리 실리사이드 형성 여부를 XRD로 분석하였다. 또한 TEM 분석을 통해 구리 실리사이드의 형성 모양을 관측하였다.

$150^{\circ}$ 이상의 접촉각을 가지는 초소수성 표면은 self-cleaning, anti-fingerprint, anti-contamination 등의 특성을 가지므로 전자, 도료, 자동차 등 다양한 산업에서 활용될 수 있다. 재료 표면의 친/소수성은 물리적 요인과 화학적 요인 두 가지 요인을 조절함으로써 제어할 수 있다. 즉, 표면의 거칠기를 크게 하거나 표면에너지를 낮춰줌으로써 초소수성 표면을 구현할 수 있다. 실리카는 자연계에 매우 풍부하게 존재하고 있으며, 생체무해하며 내구성과 내마모성, 화학적 안정성, 고온 안정성 등을 지니고 있어 박막소재로 이용하기에 우수한 특징을 지니고 있다. 이러한 실리카 초소수성 코팅층을 형성하는 방법으로 본 연구에서는 전기분무법으로 마이크로 크기의 실리카 입자로 형성된 코팅층을 형성하였다. 이러한 마이크로 구조의 표면거칠기를 더욱 높이기 위하여 금 나노입자를 부가적으로 형성시켜 마이크로-나노구조 혼성의 계층구조를 만들고자 하였다. 금 나노입자는 자외선 조사 광환원법을 사용하였고, 이러한 계층구조에 플루오린 처리를 하여 계층구조 초소수성 코팅층을 형성하였다. 계층구조를 가지는 실리카 코팅층은 물 이외에 표면장력이 낮은 용액에서도 높은 접촉각을 보였고, 이러한 코팅층의 고온 안정성과 내구성, UV 저항성 등을 조사하여 실제 응용 가능성을 검토하였다.

1934년 J. R. Winkler에 의해 처음으로 개발된 pulse current 도금은 연속적인 직류 단속을 이용한 전기도금으로써 종래의 연속적인 직류(direct current) 전기 도금이 가지는 다공성 및 거친 도금 등의 한계를 극복하기 위해 연구되고 있다. 최근 전기 전자 산업의 급속한 발달과 함께 Au, Pd, Rh 등의 귀금속 도금에 있어서 Pulse 도금은 광택, 다공도, 내부 응력, 불순물 및 수소 함유량의 감소와 같은 특성 향상을 가질 수 있으며 기존 DC 전기 도금의 문제점 해결책으로서 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 현재까지 Pulse 도금의 정확한 기구(mechanism)에 대한 명확한 정립이 되어 있지 않아 모든 도금계에 적용할 수 있는 standard pattern이 없는 실정이다. 본 연구에서는 귀금속 도금 중 Ag pulse 도금에 있어서 Peak current density, duty cycle, time이 Ag 도금의 표면 형상, 두께, 열전도율에 미치는 영향에 대해 연구하였다.

Graphene has recently attracted significant attention because of its unique optical and electrical properties. For practical device applications, special attention has to be paid to the synthesis of high-quality graphene on large-area substrates. Graphene has been synthesized by eloborated mechanical exfoliation of highly oriented pyrolytic graphite, chemical reduction of exfoliated grahene oxide, thermal decomposition of silicon carbide, and chemical vapor deposition (CVD) on Ni or Cu substrates. Among these techniques, CVD is superior to the others from the perspective of technological applications because of its possibility to produce a large size graphene. PECVD has been demonstrated to be successful in synthesizing various carbon nanostructures, such as carbon nanotubes and nanosheets. Compared with thermal CVD, PECVD possesses a unique advantage of additional high-density reactive gas atoms and radicals, facilitating low-temperature, rapid, and controllable synthesis. In the current study, we report results in synthesizing of high-quality graphene films on a Ni films at low temperature. Controllable synthesis of quality graphene on Cu foil through inductively-coupled plasma CVD (ICPCVD), in which the surface chemistry is significantly different from that of conventional thermal CVD, was also discussed.

그래핀의 우수한 기계적 물성에 관한 연구가 보고된 이후 그래핀의 기계적 특성을 이용한 다양한 어플리케이션에 관한 연구가 진행되고 있다. 기계적 특성을 이용한 다양한 어플리케이션 중 가장 대표적인 것은 발생한 스트레인을 측정하는 스트레인 게이지일 것이다. 때문에 본 연구에서는 다양한 기계적 활용 방안 중 스트레인 게이지를 목표로 그래핀을 이용한 스트레인 게이지의 가능성에 관한 실험을 진행하였다. 먼저 그래핀 내에서의 Piezo-resistive 효과에 관한 기초 테스트를 진행을 통해 그래핀의 gauge factor 수치가 2.5가량이 나옴을 확인하였다. 이 때 사용된 그래핀의 경우 Ni 촉매층을 이용하여 CVD 장비를 이용하여 사용되었고 7%의 투과도를 보였다. 추가적으로 이 같은 그래핀의 Piezo-resistive 특성을 이용하여 우리는 두 종류의 변형률 센서를 제작하였다. 한 가지는 기존의 단일 게이지의 경우 미리 지정된 방향의 변형률 정도만을 측정할 수 있다는 단점을 극복하기 위한 rosette 형태의 스트레인 게이지를 제작함으로써 변형률 뿐만 아니라 표면에서 발생하는 주변형률의 방향을 측정할 수 있었다. 또한 제작된 스트레인 센서를 장갑위에 부착 함으로써 다가올 입는 형태의 전사소자에 응용이 가능한 모양의 변형률 센서 제작에 성공하였다.

The TiB2-reinforced iron matrix nanocomposite (Fe-TiB2) was in-situ fabricated from titanium hydride (TiH2) and iron boride (FeB) powders by a simple and cost-effective process that combines the mechanical activation (MA) and a subsequent heat treatment (HT). Effect of milling factors and synthesized temperatures on the formation of the nanocomposite were presented and discussed. A differential thermal analyser (DSC-TG) was employed for examination of thermal behavior of MAed powders. Phases of the nanocomposite were confirmed by X-ray diffraction analysis (XRD). The morphologies and microstructure of nanocomposite were investigated by field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Phase composition and distribution were analyzed by electron probe X-ray microanalysis (EPMA). Results showed that TiB2 particles formed in nanoscale were uniformly distributed in alloyed Fe matrix.

세라믹 고온초전도체는 에너지 저장장치의 핵심소재로 사용된다. 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(Superconductor flywheel energy storage system)는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하여 저장하는 친환경, 고효율 에너지 저장장치이다. 에너지를 최소화하는데 사용되는 초전도 베어링은 고온초전도체와 영구자석으로 구성된다. 베어링에는 희토류계 초전도 물질(RE-Ba-Cu-O, RE:Rare-earth elements)가 사용된다. 베어링의 효율은 영구자석의 자력크기, 초전도체의 자기부상력과 포획자력에 비례한다. 에너지 저장효율을 높이려면 고온 초전도체의 임계전류밀도(초전도체 내부에 흘릴 수 있는 전기량)를 높이고, 초전도 결정립의 크기를 키워야 한다. 결정크기를 키우는 공정으로 종자결정성장법(Seed growth process)이 사용된다. 초전도체 제조공정은 분말의 성형, incongruent melting을 포함하는 부분 용융, 액상에서의 입성장, 포정반응을 통한 초전도 결정의 성장과정을 포함한다. 본 발표에서는 초전도 에너지 저장장치의 기본 원리, 초전도 베어링의 구성, 베어링용 초전도체의 제조방법과 특성(자기부상력과 포획자력) 평가기술, 차세대 에너지 저장장치로서의 초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 전망에 대해 요약하였다.

연료전지는 전기화학반응을 이용한 발전 장치로서 기존 장치에 비하여 발전 효율이 높아 화석연료를 사용하면서 현재 당면 과제인 $CO_2$ 배출량 절감이 가능하고, 환경 보전성이 우수하여 미래의 전원으로 많은 연구개발이 진행되고 있다. 특히 제3세대 연료전지라 불리는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell이하 SOFC)는 고가의 외부 개질 장치 없이도 연료가 갖는 화학에너지를 연소과정 없이, 공기와 $H_2$, CO, $CH_4$와 같은 환원성 가스를 공급받아 $600{\sim}1000^{\circ}C$에서 전기화학적 반응을 통하여 직접 전기를 얻는 방식이며, 낮은 소음과 진동으로 인하여 온 사이트(On-site) 발전이 가능한 장점이 있는 연료전지이다. Decalcomanie는 전사용지에 Screen printing하여 건조 후 coating하는 방법으로 기존의 여러 coating 방법보다 다전지셀 제작이나 Buffer layer의 적용이 용이하고, 소재의 크기나 두께조절이 간편하며, 구성층의 표면조도나 굴곡에 대응이 용이한 방법이다. 새로운 Decalcomanie를 사용하여 평관형 다전지식 SOFC Cell 제작 및 각 Buffer layer에 적용, Screen printing법과 동일한 Cell 제조 후 MPD와 Impedance 분석을 통하여 Support 위에 전사지를 이용, 적층한 Cell의 전기화학적 특성에 관하여 분석하였다.

폴리페닐카보실란은 페닐그룹을 포함하고 있는 카보실란계 고분자로서 열분해 후 과량의 탄소를 함유할 수 있는 세라믹 전구체이다. 카보실란계열의 고분자는 산화특성이 있어 SiOC 코팅 용도에도 사용되고 있는데, 폴리페닐카보실란은 free 탄소를 함유하는 SiOC:C 필름을 형성할 수 있다. SiOC 코팅 전구체로는 일반적으로 실리카졸, 실라잔 계열의 고분자, 실록산 계열의 고분자가 사용되고 있으나, 폴리페닐카보실란의 경우 상기 전구체에 비하여 보관 안정성 및 뛰어난 부착특성을 나타낸다. 기존 연구에서는 폴리페닐카보실란으로부터 형성된 SiOC:C 필름의 저유전막, 산화방지막, 분진방지막 등의 응용성에 대하여 고찰한 바 있다. 폴리페닐카보실란은 열처리 온도 영역에 따라 응용 분야가 달라질 수 있는데, 이에 본 연구에서는 각 열처리 온도 영역에 따라 형성되는 SiOC:C 필름의 구조적 변화를 고찰하였다. 필름 형성은 20 % 폴리카보실란 용액을 스핀코팅하고 대기상에서 경화를 실시하였으며, 질소 분위기에서 400 ~ 1200 도 범위에서 열처리하였다. 이렇게 얻어진 300 nm 두께의 필름은 XPS 표면분석과 FT-IR, Solid-NMR을 이용하여 C-Si-O 네트워크 형성의 거동을 확인하였으며, 800 도 이상에서 나타나는 특징적인 free 탄소는 Raman을 이용하여 확인하였다.

에너지 하베스터에 적용 가능한 $0.72Pb(Zr_{0.47}Ti_{0.53})O_3-0.28Pb((Ni_{0.55}Zn_{0.45})_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ (PPZNN) 후막세라믹의 구조적 압전 특성을 조사하였다. $850^{\circ}C$에서 하소를 마친 파우더를 72시간 볼 밀링 처리한 후, 테잎 캐스팅 공정을 이용하여 0.3mm의 두께로 PPZNN 압전 세라믹을 제조하였다. $900^{\circ}C$에서 $1200^{\circ}C$까지 다양한 온도에 소결하여 온도가 증가될수록 정방형 구조로 상전이 거동하는 모습을 보였으며, 특히 $1050^{\circ}C$에서 소결된 PPZNN후막 세라믹은 이차상이 없는 고밀도의 미세구조가 관찰되었다. $d_{33}$=440 pC/N 그리고 kp = 0.46의 우수한 압전 특성을 보였으며, 에너지 변환 성능을 나타내는 $d33{\cdot}g33$ 값은 약 $20439{\times}10^{-15}\;m^2/N$ 로 매우 우수하였다. PPZNN후막 세라믹을 유니몰프 켄틸레버 형태로 제작하여 발전 평가하였을 때 저항이 470 $k{\Omega}$에서 969 ${\mu}W$ (4930 ${\mu}W/cm^3$)로 관찰되었다. PPZNN 후막 압전 세라믹은 향후 압전에너지 하베스터 소재로 다양한 응용분야에 사용될 것으로 예상된다.

Very High Temperature gas cooler Reactor (VHTR) has been considered as one of the most promising nuclear reactor because of many advantages including high inherent safety to avoid environmental pollution, high thermal efficiency and the role of secondary energy source. The TRISO coated fuel particles used in VHTR are composed of 4 layers as OPyC, SiC, IPyC and buffer PyC. The significance of CVD-SiC coatings used in tri-isotropic(TRISO) nuclear coated fuel particles is to maintain the strength of the whole particle. Various methods have been proposed to evaluate the mechanical properties of CVD-SiC film at room temperature. However, few works have been attempted to characterize properties of CVD-SiC film at high temperature. In this study, micro tensile system was newly developed for mechanical characterization of SiC thin film at elevated temperature. Two kinds of CVD-SiC films were prepared for micro tensile test. SiC-A had [111]-preferred orientation, while SiC-B had [220]-preferred orientation. The free silicon was co-deposited in SiC-B coating layer. The fracture strength of two different CVD-SiC films was characterized up to $1000^{\circ}C$.The strength of SiC-B film decreased with temperature. This result can be explained by free silicon, observed in SiC-B along the columnar boundaries by TEM. The presence of free silicon causes strength degradation. Also, larger Weibull-modulus was measured. The new method can be used for thin film material at high temperature.

고온형 SOFC의 개발에 있어 스택의 신뢰성을 확보하는데 가장 중요한 핵심기술은 스택 구성요소 사이를 접합하는데 필요한 고온형 밀봉재의 개발이다. SOFC 스택에서의 밀봉재는 고체전해질과 접속자 사이에서 음극에 공급되는 연료가스와 양극에 공급되는 공기가 서로 혼합되는 것을 방지하는 역할은 물론 기계적으로 취약한 단전지의 보호 및 스택전체 구조물의 구조적 일체성(Structural integrity)을 부여하는데 주목적이 있다. 현재 기체 기밀성을 유지하기 위한 밀봉재는 크게 유리 및 결정화 유리계, mica및 mica/유리복합재료, 유리/충전재 복합재료 등이 사용되고 있으나 다수의 단위전지로 구성되는 스택 구성에서 스택의 열기계적 안정성 및 장기수명을 보장하기 위해서는 본 연구에서 개발하고자 하는 복합밀봉재가 가장 적합할 것으로 예상되고 있다. 본 연구에서는 SiO-B2O3-RO계에 BaO, SrO를 일정비율로 첨가하여 제작된 유리 frit을 열처리하여 물리화학적 물성변화를 검토하였으며, $750^{\circ}C$ 이하의 연화점을 갖는 유리를 기지상으로 하고 세라믹 보강재를 첨가한 고온형 복합밀봉재를 개발하고 그 물리화학적 안정성, 열기계적 안정성 및 밀봉 특성을 평가하였다.

SOFC는 다른 연료전지보다 상대적으로 높은 구동 온도를 가지며 그로인해 높은 에너지 효율을 가진다. 먼저 금속연결제의 경우 높은 고온에서 산화 반응이 쉽게 일어나기 때문에 이로 인하여 연결재의 주요 특성인 전기전도도의 감소와 부피변화로 인한 크랙등이 유발되어 연결재의 주요 기능인 전기적인 연결 뿐만 아니라, 물리적으로 양극과 음극의 차폐 또한 어려워져 장기 구동에 있어서 주요 결함의 원인이되고 있다. 이로 인하여 많은 세라믹 연결재의 개발이 진행되어왔고, 이중에서 perovskite-structure를 가지는 LCO계의 연결재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. $LaCrO_3$는 열팽창 계수가 주요 구성소재들과 유사하다는 장점과 도핑과 친환으로 인하여 특성제어가 용이하다는 이유 때문에 주로 사용되고 있다. 그러나 $LaCrO_3$는 낮은 전기전도도와 높은 소결온도에서 Cr휘발되는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해서 A에 희토류와 B-site에 전위금속을 치환하여 소결 온도를 낮춘 연구들이 진행 되었다. 본 연구에서는 이런 결과 중 $La_{0.7}Ca_{0.3}Cr_{0.9}Co_{0.1}O_3$조성에 소결조제를 첨가하여 그에 따른 특성변화를 관찰하였다.

고체산화물연료전지(SOFC) cell은 cathode, electrolyte 및 cathode층으로 구성되어져 있는데, 이 cell의 적층은 EVD, CVD, sputtering등의 기상공정과 screen printing, tape casting, dip coating등의 습식 공정으로 제조한다. 적층 공정의 경우 supports의 크기와 형태에 따라 적용에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 적층공정의 문제점을 해결코자 전사지를 제조하여 평관형 anode supports 위에 적층하여 cell을 제조하였다. 전사지를 이용한 적층방법은 매우 간단하고 두께와 형상제어가 쉽게 가능하였다. 본 연구를 상세히 언급하면 평관형 anode 지지체를 압출법을 통해 제작하였고, 반소된 지지체 위에 anode function layer와 electrolyte(YSZ)층을 형성한 후 $1400^{\circ}C$ 동시 소결하여 치밀한 전해질 층을 형성하였다. 그 후 cthode층을 형성한 후, $1200^{\circ}C$에서 2시간 소결하여 porous한 전극층을 형성하여 cell을 제작하였다. 그 후 Anode supporter위에 전사지를 이용하여 적층한 경우 cell 소결정도를 SEM으로 관찰하였고, 전기화학특성으로는 출력과 분극저항을 측정하였다. 이를 통해 새로운 구성소재 증착방법 즉 전사지를 이용하는 방법을 개발하였다.

Porous ceramics are widely used for applications such as catalysis supports, gas distributors and filters such as DPF. For these purpose, it is important to have proper porosity controlling pore structure while maintaining mechanical and thermal properties. In this work, we have prepared the porous ceramic structures made of reaction bonded silicon nitride with hierarchical pore structures. Uni-directionally aligned pore channels, which are mostly filled with ${\beta}$-Si3N4 whiskers, were achieved by an ice-templating method. The structures of the pore channels and the walls are controllable by the processing conditions, such as solid concentration, freezing rate of the slurry, and additives. We have investigated and characterized the influences of the conditions on the microstructures and the properties, such as porosity, pore size distribution, lamellar thickness, wavelength, and orientations. The compressive strength test and flow test was performed to determine the structural integrity and air permeability.

This study examined the utility of two zwitterions, nitrile-functionalized zwitterions and a zwitterion without a nitrile group (MF-ZI), were used as additives along with 1 M $LiPF_6$ in ethylene carbonate (EC):diethylene carbonate (DEC) (3:7 V/V) (E-0) to form an electrolyte solution for use in lithium ion batteries comprising graphite and $LiCoO_2$ electrodes. The presence of NF-ZI (E-NF-ZI) in the electrolyte produced an ion conductivity comparable to that of E-0 and higher than that of an electrolyte containing MF-ZI (E-MF-ZI). Linear sweep voltammetry data revealed that the intensity of the E-NF-ZI reduction peak was lower than that of E-0. Furthermore, the successful formation of an SEI layer in the E-NF-ZI over graphite was confirmed by cyclic voltammetry data. These results were attributed to the adsorption of NF-ZI on the electrode surface, as verified by differential capacity measurements.

CdS/CdTe 박막 태양전지의 경우 높은 광흡수 계수를 가지고 있는 CdTe 다결정 박막을 흡수층으로이용 한다. CdTe 다결정 박막의 경우 CdS/CdTe 계면과 박막 내부에 많은 결함들이 존재 하며, CdTe 박막 내부에 존재하는 캐리어의 수를 증가 시키기 위하여 $CdCl_2$ 활성화 공정을 거치게 된다. 이때 박막의 물성 변화를 분석 하기 위하여, X-Ray Diffractometer (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)를 이용하여 박막 표면 분석을 진행 하였다. 이를 통해 박막 표면에서 산소가 Cd와 Te과 결합하면서 산화막이 생성되는 것을 확인하였다. 박막 표면에 생성된 산화막은 후면 금속 전극 형성을 위해, 용액 공정을 통하여 제거 되는데, 이때 CdTe 박막 표면에서 Cd이 용액에 의해 제거 되는 것을 확인 하였다.

Thin film solar cells are growing up in the market due to their high efficiency and low cost. Especially CdTe and $CuInGaSe_2$ based solar cells are leading the other cells, but due to the limited percentage of the elements present in our earth's crust like Tellurium, Indium and Gallium, the price of the solar cells will increase rapidly. Copper Zinc Tin Sulfide (CZTS) and Copper Zinc Tin Selenide (CZTSe) semiconductor (having a kesterite crystal structure) are getting attention for its solar cell application as the absorber layer. CZTS and CZTSe have almost the same crystal structure with more environmentally friendly elements. Various authors have reported growth and characterization of CZTSe films and solar cells with efficiencies about 3.2% to 8.9%. In this study, a novel method to prepare CZTSe has been proposed based on selenization of stacked Copper Selenide ($Cu_2Se$), Tin Selenide ($SnSe_2$) and Zinc Selenide (Zinc Selenide) in six possible stacking combinations. Depositions were carried out through RF magnetron sputtering. Selenization of all the samples was performed in Close Space Sublimation (CSS) in vacuum at different temperatures for three minutes. Characterization of each sample has been performed in Field Emission SEM, XRD, Raman spectroscopy, EDS and Auger. In this study, the properties and results of $Cu_2ZnSnSe_4$ thin films grown by selenization will be presented.

The thin-film photovoltaic absorbers (CdTe and $Cu(In,Ga)Se_2$) can achieve solar conversion efficiencies of up to 20% and are now commercially available, but the presence of toxic (Cd,Se) and expensive elemental components (In, Te) is a real issue as the demand for photovoltaics rapidly increases. To overcome these limitations, there has been substantial interest in developing viable alternative materials, such as $Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) is an emerging solar absorber that is structurally similar to CIGS, but contains only earth abundant, non-toxic elements and has a near optimal direct band gap energy of 1.4 - 1.6 eV and a large absorption coefficient of ~104 $cm^{-1}$. The CZTS absorber layers are grown and investigated by various fabrication methods, such as thermal evaporation, e-beam evaporation with a post sulfurization, sputtering, non-vacuum sol-gel, pulsed laser, spray-pyrolysis method and electrodeposition technique. In the present work, we report an alternative aqueous chemical approach based on chemical bath deposition (CBD) method for large area deposition of CZTS thin films. Samples produced by our method were analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, absorbance and photoluminescence. The results show that this inexpensive and relatively benign process produces thin films of CZTS exhibiting uniform composition, kesterite crystal structure, and some factors like triethanolamine, ammonia, temperature which strongly affect on the morphology of CZTS film.

현재 양산 중인 대부분의 결정질 실리콘 태양전지는 p-type 실리콘 기판의 전면에 인 (phosphorus) 을 확산시켜 에미터로 사용한 스크린 프린티드 태양전지 (Screen Printed Solar Cells) 이다. 위 태양전지의 단점은 p-type 기판의 광열화현상 (Light Induced Degradation) 문제와 후면 알루미늄 금속 전극으로 인한 휨 현상 등이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 n-type 기판의 전면에 보론 (Boron) 을 도핑하여 에미터로 사용하고, 후면 전계 (Back Surface Field) 로 인 (Phosphorus)을 도핑한 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는, 튜브 전기로 (tube furnace) 를 이용해 n-type 실리콘 웨이퍼 전면에 보론 도핑을 하고 이와 마찬가지로 웨이퍼 후면에 인 도핑을 실시하였다. 그리고 전면과 후면의 패시베이션을 위해 얇게 산화막을 형성한 후 실리콘 질화막 (SiNx) 을 증착하였다. 에미터와 후면 전계 그리고 패시베이션 층의 특성을 평가하기 위해 QSSPC (Quasi-Steady-State PhotoConductance) 로 소수반송자 수명 (Minority Carrier Lifetime) 과 포화 전류 (Saturation current) 값을 측정하였다.

태양전지 모듈의 25년 이상 장기간 정상 발전을 위해 태양전지 모듈을 구성하는 부품 소재의 장기 열화메커니즘 연구가 중요시되고 있다. 결정질 및 박막 태양전지 모듈 내 셀을 보호하기 위한 봉지재(Encapsulation)로 다양한 폴리머 재료가 적용되고 있다. 봉지재 부품으로 적용되고 있는 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)는 장기 열화특성 및 내구성 개선 연구가 중요하다. 따라서 EVA를 가속열화하여 열화메커니즘 분석과 25년 보증 내구성을 보유하고 있는지 연구가 필요하다. 본 연구에서는 EVA의 Ultraviolet(UV), 온도 복합 환경스트레스 조건을 적용한 가속시험을 수행하고 장기 열화메커니즘을 분석하였다. 수명 및 손상모델을 이용하여 실환경에서 변화하는 UV와 온도를 일정한 값으로 나타낼 수 있는 UV/온도 가속조건을 설계하였다. 이를 통해 UV/온도 가속조건을 설정하였고 1년 및 25년 동안 EVA에 인가되는 stress와 유사한 양을 인가할 수 있는 시험시간을 결정하였다. 시험 후 전자현미경, AFM, FT-IR, TGA, DSC 등의 분석을 통해 열화메커니즘을 도출하였다.

Surface texturing of crystalline silicon is carried out in alkaline solutions for anisotropic etching that leads to random pyramids of about $10{\mu}m$ in size. Recently textured pyramids size gradually reduced using new solution. In this paper, we investigated that texture pyramids size had an impact on emitter property and front electrode (Ag) contact. To make small (${\sim}3{\mu}m$) and large (${\sim}10{\mu}m$) pyramids size, texturing times control and one side texturing using a silicon nitride film were carried out. Then formation and quality of POCl3-diffused n+ emitter in furnace compare with small and large pyramids by using SEM images, simulation (SILVACO, Athena module) and emitter saturation current density (J0e). After metallization, Ag contact resistance was measured by transfer length method (TLM) pattern. And surface distributions of Ag crystallites were observed by SEM images. Also, performance of cell which is fabricated by screen-printed solar cells is compared by light I-V.

이번 연구에서는 전기 방사 방법을 이용하여 합성된 산화아연 나노 섬유의 일산화질소 가스에 대한 반응 특성을 조사하였다. 이 산화아연 나노 섬유는 증류수에 용해시킨 아연 아세테이트(zinc acetate)와 폴리 비닐 알콜(poly vinyl alchol, PVA)로 만들어진 용액이 전기 방사되어지며 만들어지게 된다. 무엇보다도 나노 섬유의 직경은 용액의 점도에 의해 결정되었다. 따라서 산화아연 나노 섬유의 고른 두께를 형성하기 위하여 PVA의 양을 조절하여 적절한 용액의 농도를 찾게 되었다. 이후 진행된 열처리 공정을 통해서 우리는 직경이 30~100나노미터 가량의 나노 섬유를 얻을 수 있었으며 무작위로 배열된 통기성 네크워크 구조를 얻게 되었다. 표면 분석을 위하여 주사현미경을 이용하였는데, 산화아연 나노 섬유의 표면은 열처리 전과 후로 나누어 관찰되었으며 열처리 전보다 열처리 후의 표면이 좀 더 거친 것으로 확인되었다. 이는 열처리 공정을 거치면서 효과적으로 유기물들의 제거가 이루어진 것을 짐작할 수 있었다. 일산화질소 가스에 대한 특성 평가를 위해 자체 제작된 전류-전압 측정 장치(I-V measurement)가 사용되었다. 다양한 작동온도와 다양한 일산화질소 가스 농도의 변화를 주며 얻어진 응답도를 통해서, 전기 방사를 통해 만들어진 산화아연 나노 섬유 구조 기반의 가스 센서는 두드러질만큼 좋은 응답도를 가졌고 작동 온도 $200^{\circ}C$에서 일산화질소 가스에 대한 최대 민감도를 보임을 분명히 확인할 수 있었다. 특히, 산화아연 나노 섬유 구조 기반의 가스 센서는 ppm이하의 낮은 일산화질소 가스 또한 감지할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과들은 전기 방사를 통해 만들어진 산화아연 나노 섬유기반의 가스 센서는 저비용, 고감도의 장점을 갖는 일산화질소 가스 센서가 될 것임을 알 수 있었다.

스크린 프린팅 기술은 공정이 단순하고 값이 싸며 대량생산에 용이하기 때문에 결정질 실리콘 태양전지의 전극형성에 널리 사용되고 있다. 스크린 프린팅 기술을 이용한 전면 전극은 일반적으로 은 페이스트 (Ag paste)를 패시배이션 층이 증착 된 실리콘 기판 위에 인쇄를 한 후 고온의 소성 공정을 통하여 형성이 된다. 은 페이스트가 실리콘 에미터 층과 접촉하기 위해서는 패시배이션 층을 뚫고 접촉이 형성 되어야 한다. 이 과정에서 소성 후 은 전극과 실리콘 기판 사이의 계면에는 glass layer가 형성되어 접촉저항을 높이고 태양전지의 직렬 저항을 높이는 인자로 작용한다. 따라서 본 연구는 형성된 은 전극과 실리콘 사이의 계면 특성을 평가하고 glass layer의 두께와 접촉 저항 사이의 관계를 분석하기 위해서 진행되었다. 접촉저항은 trasnfer length method (TLM) 법을 이용하여 측정을 하였고 glass layer의 두께는 field emission scanning electron microscope(FE-SEM)을 이용하여 평가하였다. 또한 glass layer의 두께에 따른 전반적인 태양전지의 특성을 solar simulator, probe station, suns-Voc를 통하여 평가하였다. 결과적으로 glass layer의 두께에 따라서 접촉저항이나 직렬저항이 변화하는 것을 관찰 할 수 있었고 이를 정량적으로 분석하고자 하는 노력이 시도되었다. 이러한 변화는 또한 태양전지의 특성에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

Ti 및 Ti 합금은 치과 및 정형외과 등의 분야에서 생체재료로써 다양한 용도로 적용되고 있으며, 보다 안전하고 우수한 특성의 Ti 합금 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 Ti-Nb-Ge 합금의 초탄성 특성에 미치는 집합조직의 영향에 대해 조사하였다. 집합조직 제어를 위해 등속 및 이주속 압연을 적용한 후 $850^{\circ}C$에서 30분~2시간까지 어닐링하였다. 광학현미경과 SEM-EBSD를 이용하여 미세조직 및 집합조직을 분석하고, 순환식 인장시험을 통해 시편의 초탄성 특성을 평가하였다. 등속압연 후 어닐링한 시료의 경우 alpha-fiber 집합조직이 발달하는 한편, 이속압연 후 어닐링한 시료는 {113}// 및 {331}의 집합조직이 발달하는 것으로 나타났다. 마르텐사이트 변태에 의한 변형회복능과 집합조직 성분별 강도의 관계를 비교한 결과, alpha-fiber 집합조직이 발달할수록 변형회복능이 증가하는 것으로 나타났다.

Different layers of zirconium nitride (ZrN) and hydroxyapatite (HA) coatings were prepared on cp Ti substrate for biomedical applications. The main idea is to improve the mechanical strength as well as the biocompatibility of the coating. ZrN is known for its high mechanical strength, corrosion resistance. HA is well known for its biocompatibility properties. Hence, in this study, both materials were coated on a cp Ti substrate with bottom layer with ZrN for good bonding with substrate and the top layer with HA for induce bioactivity. Middle layer was formed by a composite of HA and ZrN. Detail analyses of the layered coatings for its structural, morphological, topographical properties were carried out. Then the mechanical property of the layered coatings was analyzed by nanoindentation. Biomimetic growths of apatite on the functionally graded coatings were determined by simulated body fluid method. This study provides promising results to use this kind of coatings in biomedical field.

본 연구는 차량경량화를 위하여 높은 인장강도와 우수한 인성을 가지는 590MPa급 이상조직강(Dual phase steel)을 이용하여 1991년 TWI(The Welding Institute)에서 개발된 마찰교반접합을 적용하여 접합을 실시하였다. 접합의 공정조건으로 툴의 회전속도는 250~350 RPM, 접합속도로는 50~350 mm/min로 겹치기접합을 실시하였다. 접합에서 사용된 툴은 Megastir에서 제작한 고융점마찰교반접합용 툴인 PCBN(Q-60)을 이용하였고 연구에 사용된 DP590은 포스코(POSCO)에서 제작된 1.4t(mm) 두께인 AHSS(advanced high strength steels)을 사용하였다. 모재인 DP590과 접합체의 미세조직은 광학현미경과 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였으며 기계적 특성은 경도시험과 인장시험을 실시하여 조사하였다. 경도의 분포는 모재에서 약 220~230Hv이며 TMAZ부분에서 상승하기 시작하여 접합부에서 약 320Hv까지 상승하는 경향을 보였으며 인장시험 결과 접합속도 100~200 mm/min에서는 모든 시편이 모재에서 파단되어지는 것을 확인할 수 있었다. 위와 같은 결과 300~350 RPM, 100~200 mm/min의 공정조건에서는 접합이 성공적으로 이루어졌으며 차량경량화에 적용이 가능하다고 판단되어진다.

알루미늄기지 복합재료는 낮은 밀도, 높은 비강도, 우수한 강성을 가지고 있어서 수송기기용 경량소재로서 적용 가능하다. 강화재를 외부에서 주입하는 ex-situ 법에 비하여 화학반응에 의하여 강화상이 생성되는 in-situ 법은 기지와 강화상의 계면 특성이 우수하다. In-situ 주조법으로 제조한 알루미늄기지 복합재료는 여러 형태로 가공하기 위하여 압출, 열간압연 등의 공정을 거치게 되므로 열간가공성에 대한 이해가 필요하다. 이 연구에서는 고온압축시험을 이용하여 in-situ $Al/TiC_p$ 복합재료의 열간가공성을 평가하였다. 고온유동곡선으로부터 변형률속도민감도를 구하였으며 Dynamic Material Model을 이용하여 efficiency of power dissipation을 표현하는 공정지도를 작성하였다. 또한 변형 조건에 따른 미세조직 발달 거동을 조사하였으며 이로부터 각 변형 구간에 대한 변형기구를 도출하였다. 이로부터 알루미늄기지 복합재료의 열간가공성에 미치는 강화상의 영향을 고찰하였다.

타이타늄(Ti)은 비강도가 높고, 내식성이 우수하여 항공기, 자동차 및 선박과 같은 수송기기의 소재로 사용되고 있다. 이러한 특성을 가진 타이타늄을 이종소재와 결합하여 더 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있다면, 그 응용범위를 확대할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 타이타늄과 알루미늄(Al) 판재를 적층한 후, 열간압연을 통해 타이타늄/알루미늄 적층재를 제조하였다. 이와 같은 적층재를 다양한 압하율로 냉간 압연한 후 미세조직을 관찰하였으며, 인장시험을 통해 기계적 특성을 조사하였다. 아울러 타이타늄 판재만으로도 유사한 실험을 실시하여 기계적 특성을 적층재와 비교 평가하였다.

이종 재료의 접합에 대한 연구는 단일 재료에서 얻을 수 없는 물리적/기계적 특성과 이종 재료의 우수한 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있어 국내외 적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 이종 접합 기술은 구조재료와 에너지 변환분야에 가장 많이 사용되고 있으며, 그 외 광촉매와 Thin film, 경량구조재료 등에도 사용되고 있다. 그 중 FGM(Functional Graded Materials)는 조성의 점진적인 변화를 통하여 접합하는 방법으로 이종 재료 접합 시 발생하는 내부 응력을 해소해줌으로써 적합한 방법이라고 할 수 있다. FGM 제작에 사용되는 방법으로 널리 알려진 것들로는 plasma spraying, 원심주조, 분말 야금법, PVD, CVD 그리고 EPD(electrophoretic deposition) 등이 있다. 이중에서 EPD는 수용액이나 유기용매와 같은 분산매체 중에 콜로이드 입자의 표면에 대전되는 전하를 이용하여, 외부에서 전장을 걸어서 입자의 움직임을 제어하는 기술이다 EPD는 코팅 속도가 상대적으로 빠르고 두꺼운 코팅 층 제작이 가능하다. 또한 바인더, 윤활제 또는 가소제를 사용하지 않고 다양한 종류와 모양의 기판 위에 균일한 코팅이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 Ni substrate를 이용하여 그 위에 Ni과 $Al_2O_3$의 조성을 점진적으로 변화시켜 FGM을 EPD 방법으로 코팅하였다. 여기서 사용된 Ni은 높은 녹는점과 좋은 연성으로 인해 성형이 용이하여 구조재료로 적합하며, $Al_2O_3$는 고내열성과 내부식성을 가지며 경도가 높다는 장점이 있다. 본 연구에서는 EPD 방식을 이용하여 Ni/$Al_2O_3$ FGM을 코팅하였으며, 코팅 후 발생하는 substrate와의 접착력 문제를 해결하기 위해서 건조 방식과 substrate의 표면 상태를 최적화하여 다층의 Ni/$Al_2O_3$ FGM을 코팅 및 소결하였다. Zeta-potential 측정을 통해 electrophoretic mobility와 suspension의 분산 안정도를 평가 할 수 있었으며, X-ray 회절 분석(XRD)을 통하여 Ni 의 환원 여부를 확인하였다. 또한 Scanning electron microscopy(SEM) 분석을 통하여 미세구조 분석을 하였고, 최종적으로 Electron Probe Micro Analyzer (EPMA) 를 이용하여 다층 구조의 조성변화를 확인함으로 Ni/$Al_2O_3$의 FGM 코팅이 이루어졌음을 확인하였다.

고온가압소결으로 제조된 SiCf/SiC 복합체는 부식과 침식에 강하고 우수한 열적 성질과 고온에서의 높은 기계적 강도를 유지하는 장점을 가진 복합체다. 복합체의 파괴인성은 섬유와 기지 사이에 존재하는 열분해탄소 (PyC) 계면층에 의해 큰 영향을 받는데, 고온가압소결중 첨가되는 소결조제 ($Y_2O_3$, MgO, $Al_2O_3$)와 반응하여 계면이 손상되어 복합체의 기계적 특성치가 낮아지는 결과를 보였다. 본 연구에서는 계면의 손상을 보호하고자 PyC 계면상 위에 SiC 층을 증착하였는데 계면층과 SiC 층의 증착은 화학기상 증착법(CVD)을, 기지채움 공정은 전기영동법(EPD)과 고온가압소결방법(Hot Pressing)을 이용하여 복합체를 제조하였다. Tyranno-SA 섬유에 소스가스인 메탄을 열분해 하여 200nm 두께로 PyC 계면상을 증착하고, 두께를 달리하여 보호층으로써의 SiC 층을 single 과 double layer로 증착하였다. SiC 나노분말과 소결 첨가제인 $Y_2O_3$, $Al_2O_3$, MgO를 첨가한 슬러리를 전기영동법(EPD)을 이용하여 섬유내부에 슬러리를 함침시켰고, 이러한 프리폼을 $1750^{\circ}C$/20MPa의 조건으로 고온 가압소결 하여 $SiC_f$/SiC 복합체를 제조하였다. 이렇게 single layer와 double layer로 제조된 $SiC_f$/SiC 복합체에 대해 밀도와 미세구조를 관찰하였고, 기계적 특성을 비교하여 보호층으로써의 SiC 증착효과를 고찰하고자 하였다.

타이타늄합금기지 복합재료(Ti-MMC)는 일반 철합금 혹은 철합금기지 복합재료에 비하여 내식성과 내마모성, 내열성, 강도 등이 우수하여, 고성능 가솔린자동차 부품 외에도 하이브리드 자동차 엔진 부품, 고온 압축기 및 터빈 휠 등 고온에서 사용되는 고속 회전품으로 응용가능성이 매우 크다. 그러나 아직까지도 타이타늄 원소재 가격이 높고 제조 공정의 어려움으로 인하여 실용화에 장애가 되고 있다. 이를 극복하기 위하여 최근에는 타이타늄기지 복합재료의 제조단가를 낮추는 동시에 기계적 성질을 개선하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 고가의 HDH(Hydride-Dehydride) 공정에 의하여 제조된 타이타늄 분말 대신에 저가의 titanium hydride를 사용하여 반응생성 공정으로 제조단가가 낮은 복합재료를 제조하고자 하였다. 당 연구실에서 저비용합금으로 개발된 Ti-Al-Fe 계 타이타늄합금을 기지로 한 TiB 강화 복합재료를 제조하기 위하여 반응분말로 $TiB_2$를 사용하여 제조하였다. 강화상 분율에 따른 밀도변화와 제조 공정변수에 따른 소결특성과 기계적 특성 변화에 대하여 조사하였다.

EBSD(Electron BackScattered Diffraction)분석은 주사전자현미경에서 관찰되는 비교적 넓은 영역의 결정 방위를 측정하여 집합조직을 해석하는 동시에 결정 방위의 변화를 기준으로 결정립계를 구분 지어 미세조직의 정량 분석도 가능하기 때문에 많은 연구자들이 사용하고 있다. 그러나 EBSD의 Kikuchi 패턴은 시편 표면으로부터 30~50nm 깊이 범위의 표면층으로부터 방출되기 때문에 EBSD 분석 결과는 시편의 표면 처리 상태에 크게 영향을 받아 적절한 시편준비법이 요구된다. 시편 준비 과정 중에 생기는 변형층, 산화층이나 오염층이 10nm 이내로 제어되지 못하면 명확한 패턴을 얻지 못하여 분석이 어려운 경우가 많으므로, 시료의 절단과 연마 과정 중에 변형층을 되도록 적게 만들고 표면의 산화나 오염을 최대한 방지해야 한다. 또한 EBSD 분석 특성상 시편을 70도로 기울이기 때문에 시편의 요철이 심하면 볼록한 영역에 의해 오목한 영역의 패턴이 가려져 결정방위 정보를 얻기 힘들다. 이런 이유로 시편을 최대한 평평하게 하고 요철이 생기지 않게 시편 준비를 하는 것이 관건이다. 금속재료의 EBSD 시편준비법으로는 일반적으로 기계적 연마법과 전해연마법이 주로 쓰인다. 경한 석출물이나 개재물이 연한 기지에 분산되어 있는 시편이나 이종 소재 접합재의 경우는 전해연마법을 사용하면 특정 상(혹은 합금)이 먼저 연마되어 큰 단차가 생기거나 석출물에 의해 요철이 심해져서 정량적인 EBSD 분석이 어렵게 된다. 이 연구에서는 시편 준비가 어렵다고 알려진 다상 금속재료에서의 EBSD 분석 사례를 소개한다. Ti-6Al-4Fe-0.25Si 시효처리합금, 알루미늄 기지 복합재료, 마찰교반용접한 알루미늄-타이타늄합금의 EBSD 시편준비법과 그 분석 결과를 고찰한다.

Ti-Ni합금은 CsCl구조의 B2상, monoclinic 구조의 B19'(M)상과 rhombohedral 구조의 R상(R)이 나타난다고 알려져 있고, 이들 상의 변태에 의해 열탄성 마르텐사이트와 응력유기 마르텐사이트에 의한 형상기억효과와 초탄성 효과를 가지고 있다. 또한 Ti-Ni 합금은 우수한 형상기억특성을 가질 뿐만 아니라 생체적합성, 가공성 및 내식성 등이 뛰어나 공업분야 및 생체분야에서 폭 넓게 활용되고 있다. Ti-Ni합금의 형상기억특성은 냉간가공 후 어닐링 처리의 온도와 시간에 따른 matrix 내 Ni의 농도, 석출물의 밀도와 크기, 전위밀도와 전위주위의 응력장에 의해 영향을 받는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 Ti-Ni합금의 형상기억 특성 및 변태온도에 미치는 영향을 조사하기 위해 다양한 냉간가공률의 시료를 제작하여 다양한 온도에서 Annealing 처리를 하여 냉간가공률 및 Annealing 온도가 형상기억특성에 미치는 영향을 조사하였다. Ti-50.4 at.% Ni 합금은 진공 아크 용해로에서 용해 하였으며, 용해된 Ingot는 열간단조 및 열간 압출한 후 냉간 인발과 중간온도에서 어닐링을 반복하면서 직경 0.5mm의 선재로 만들었다. 최종적으로 제작한 선재의 냉간가공률은 9.5%, 18.2%, 34.5%, 45% 이었다. 각 시편은 5X10-5torr의 진공으로 석영관에 진공 봉입하여 각각 673K, 723K, 783K에서 1hr 열처리 하였다. 합금의 형상기억특성과 변태온도는 DSC에 의해 조사되었다. DSC 측정 결과, 냉간가공률이 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 감소하였고, 어닐링 온도가 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 증가하였다. 또한 가공률이 증가하여도 R상 변태온도는 큰 변화가 없었고, Annealing온도가 증가함에 따라 R상 변태온도는 감소하였다. 또한, 형상기억특성은 인장시험기를 이용한 정하중 열싸이클 테스트를 이용하여 평가 하였다. 냉간 가공률이 증가함에 따라 안정한 형상기억특성을 나타내었다.

Because of beautiful glossy and color, the value of gold leverage is very high in Europe. For improve the quality of white gold, we performed heat treatment on 14K white gold alloys at various age-hardening conditions. Age-hardening behavior and the related phase transformation changes were studied to elucidate the hardening mechanism of 14K white gold alloys. For solid solution treatment [ST], casted 14K white gold alloy specimens were treated at high temperature ($750^{\circ}C$) during 30 minute, and the specimens dropped to water for quenching immediately. For Age-hardening treatment [AT], the specimens were treated at various temperatures ($250^{\circ}C{\sim}300^{\circ}C$). After the heat treatment, we observed increased hardness from 144 Hv to 214 Hv by Vicker's hardness tester. Variation of the grain size measured by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) images. By electron probe micro-analysis (EPMA) mapping analysis, we investigated that irregular particles were changed uniformly. After heat treatment, 14K white gold alloys showed improved hardness and became uniformity of grain size by age-hardening treatment.

We used the electrophoretic deposition (EPD) process to fabricate a glass composite and investigated the EPD parameters to find the optimum deposition time by understanding the relationship among the process parameters of zeta potential (ZP), pH, deposition yield and saturation point. A binder and a dispersing agent were mixed properly with glass frit ($0.2{\sim}25{\mu}m$, d50=$8.77{\mu}m$) in an ethyl alcohol medium for the preparation of the slurry. The pH and ZP were in an inverse relationship to each other due to the generation of $H_3O^+$ ions with the addition of the dispersing agent in the slurry. The acidic nature of the dispersing agent was resulted in a decrease of the pH and an increase of the ZP. Otherwise, the pH increased with the addition of the glass frit in the slurry because $H_3O^+$ ions were absorbed on the glass frit. Therefore, the $OH^-$ ions correspondingly increased. The saturation point of EPD was strongly correlated with the variation of the pH in the slurry; this is caused by a chemical reaction between the ethyl alcohol and the ions that make up the glass frit. An adjustment of the pH variation and the saturation point in the slurry can be established with respect to the optimum deposition time in the slurry.

높은 균일도의 대면적 OLED 조명을 만들기 위해서는 보조배선이 필요하다. 이 때 보조배선이 노출되면 보조배선에서 발생하는 누설전류로 인하여 디바이스가 효율적으로 구동이 되지 않는다. 그래서 누설전류를 막기 위하여 절연층을 사용하게 된다. 본 연구에서는 그라비아 오프셋 프린팅 방식으로 절연층을 형성 하였다. 그라비아 오프셋 프린팅 방식은 포토리소그래피 공법에 비해 공정이 간단하여 제작비용이 낮아지고, 친환경적인 이점이 있다. 절연층 재료로는 PVP 유기 절연체를 사용하였다. 이 PVP 유기 절연체는 PVP Poly-4-vinylphenol, Propylene glycol monomethyl ether acetate, 그리고 Poly(melamineco-formaldehyde) metylate 재료들을 적절한 비율로 혼합하여 제작하였다. 제작된 용액은 최대 1840cps의 점도를 가지고 있다. 이 PVP용액으로 인쇄 테스트를 진행하였다. 일반적으로 그라비아 오프셋 프린팅 방식에서는 고점도 재료가 사용되지만, 이 PVP용액은 낮은 점도에서도 프린팅이 잘 되는 것을 확인 할 수 있었다. 재료의 열처리는 $100^{\circ}C$에서 10분 건조 후 $200^{\circ}C$에서 15분의 큐어링을 진행하였다. 인쇄에 사용한 패턴의 선폭은 50um~100um로 구현하였으며, 약 120cps의 점도에서 선폭 및 해상도가 패턴과 가장 유사하게 나타났다. 인쇄 후의 절연층은 최종적으로 약 1um의 두께와 낮은 접촉각을 형성하였다. 누설전류는 전압 20V인가시 0.12pA/$cm^2$의 값을 가진다. 이 결과는 동일 두께의 스핀코팅과 비슷하였다. 우리는 이 결과값을 토대로 보조배선과 PVP 유기 절연층을 그라비아 오프셋 프린팅 방식으로 인쇄 한 OLED 조명을 제작하였다.

디스플레이는 유리 기판이나 폴리머 기판에 진공장비를 통한 투명전극(TCO)를 증착시키고, 그 위에 발광체와 유전체를 쌓는 방식으로 공정을 진행한다. 특히 투명전극(TCO)의 경우 진공장비를 이용하여 증착을 진행하는데, 이러한 생산 공정은 고가의 생산 장비 및 재료와 공정의 복잡화에 따른 생산단가 상승등으로 인한 경쟁력 저하 문제가 야기되고 있다. 본 연구에서는 투명전극(TCO)의 주재료인 인듐 주석 산화물(ITO)를 배제하고, 아연 산화물(ZnO)에 알루미늄을 도핑한 투명전극을 습식방식으로 형성하는 기술에 관한 것이다. Sol-gel법을 이용한 용액 제조와 ZnO에 Al을 도핑하여, 후 열처리하여 유리 기판에 $1{\mu}m$두께를 갖는 투명전극 기판을 제작하였다. 각 공정에 있어서 조성변화가 투명전극 층에 미치는 영향에 대해서 조사 하였다. 이와 같은 제조 공정에는 Sol-gel 용액 제조, 박막형성에 이은 후처리로 이루어지는 단순공정이 적용되어, 기존 투명전도 산화막 공정에 대비하여 단순 공정으로 이뤄지며, 진공 설비를 배제함으로써 기존공정 대비 경쟁력을 갖게 된다.

본 연구에서는 co-sputtering을 통한 $WO_3$와 $In_2O_3$ 타겟을 사용하여 $WO_3$ 파워에 따른 Tungsten(W)-doped $In_2O_3$ (IWO) 투명 전극의 전기적, 광학적, 구조적 특성을 연구하고 이를 활용한 유기태양전지(Organic Photovoltaics; OPVs)의 특성을 분석하였다. Tungsten의 doping 농도는 $WO_3$에 인가되는 Radio-frequency (RF) power를 5~30 W 까지 변화시켜 조절하였으며, Rapid Thermal Annealing (RTA) 후 열처리 공정을 통해 IWO 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성을 분석하였다. Hall measurement 및 UV/Vis spectrometry 분석을 통하여 가시광선 영역에서 80% 이상의 높은 투과율, $48\;cm^2\;V^{-1}\;s^{-1}$의 홀 이동도, 20 ${\Omega}/{\Box}$ 이하의 낮은 면저항과 $3.2{\times}10^{-4}\;{\Omega}-cm$의 비저항 값을 나타내었다. 최적화된 IWO 박막을 이용한 OPV 셀 특성은 fill factor(FF): 61.59 %, short circuit current($J_{SC}$): 8.84 $mA/cm^2$, open circuit voltage($V_{OC}$): 0.60 V, efficiency(PCE): 3.27 %로 ITO로 제작된 OPV 샘플과 비교하였을 때 ITO를 대체할 수 있는 고이동도의 새로운 투명 전극 재료로서의 가능성을 확인하였다.

연구에서는 co-sputtering 시스템을 이용하여 아나타세 $TiO_2$의 도핑 농도 변화에 따른 다성분계 $TiO_2$-ITO (TITO) 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성 변화를 알아보고 고 효율을 가지는 인광 유기발광 다이오드를 제작 하였다. 상온에서 최적화된 다성분계 TITO 투명 전극의 급속 열처리 시 $600^{\circ}C$ 급속 열처리 조건에서 매우 낮은 18.06 ohm/sq.면저항, $5.1{\times}10^{-4}$ ohm-cm 비저항과 가시광선 영역 400~550 nm 에서 87.96 %이상의 높은 광학적 투과율과 4.71 eV의 일함수를 확보할 수 있었다. 또한TITO 박막을 양극으로 하여 OLED 소자를 제작한 후 그 성능을 평가하였다. 기존의 ITO 전극과 비교하면 다성분계 TITO 인광 유기 발광 다이오드의 quantum efficiencies (21.69 %)와 power efficiencies (90.92 lm/W)로 ITO 투명전극과 매우 유사함을 알 수 있었고 아나타세 $TiO_2$가 도핑된 TITO 투명 전극의 급속 열처리 공정에도 불구하고 매우 평탄한 표면을 나타냄을 SEM 이미지를 통하여 확인할 수 있었다. 이러한 TITO 투명 전극의 우수한 전기적, 광학적, 구조적 특성은 indium saving 투명 전극으로써 고가의 ITO 박막의 대치가능성을 나타낸다.

Recently, advances in ZnO based oxide semiconductor materials have accelerated the development of thin-film transistors (TFTs), which are the building blocks for active matrix flat-panel displays including liquid crystal displays (LCD) and organic light-emitting diodes (OLED). However, the electrical performances of oxide semiconductors are significantly affected by interactions with the ambient atmosphere. Jeong et al. reported that the channel of the IGZO-TFT is very sensitive to water vapor adsorption. Thus, water vapor passivation layers are necessary for long-term current stability in the operation of the oxide-based TFTs. In the present work, $Al_2O_3$ and $TiO_2$ thin films were deposited on poly ether sulfon (PES) and $SnO_x$-based TFTs by electron cyclotron resonance atomic layer deposition (ECR-ALD). And enhancing the WVTR (water vapor transmission rate) characteristics, barrier layer structure was modified to $Al_2O_3/TiO_2$ layered structure. For example, $Al_2O_3$, $TiO_2$ single layer, $Al_2O_3/TiO_2$ double layer and $Al_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/TiO_2$ multilayer were studied for enhancement of water vapor barrier properties. After thin film water vapor barrier deposited on PES substrate and $SnO_x$-based TFT, thin film permeation characteristics were three orders of magnitude smaller than that without water vapor barrier layer of PES substrate, stability of $SnO_x$-based TFT devices were significantly improved. Therefore, the results indicate that $Al_2O_3/TiO_2$ water vapor barrier layers are highly proper for use as a passivation layer in $SnO_x$-based TFT devices.

We reported on antireflective ZnSnO (ZTO)/Ag bilayer and ZTO/Ag/ZTO trilayer source/drain (S/D) electrodes for all-transparent ZTO channel based thin film transistors (TFTs). The ZTO/Ag bilayer is more transparent (83.71%) and effective source/drain (S/D) electrodes for the ZTO channel/Al2O3 gate dielectric/ITO gate electrode/glass structure than ZTO/Ag/ZTO trilayer because the bottom ZTO layer in the trilayer increasea contact resistance between S/D electrodes and ZTO channel layer and reduce the antireflection effect. The ZTO based all-transparent TFTs with ZTO/Ag bilayer S/D electrode showed a saturation mobility of 4.54cm2/Vs and switching property (1.31V/decade) comparable to TTFT with Ag S/D electrodes.

Interest in flexible transparent conducting films (TCFs) has been growing recently mainly due to the demand for electrodes incorporated in flexible or wearable displays in the future. Indium tin oxide (ITO) thin films, which have been traditionally used as the TCFs, have a serious obstacle in TCFs applications. SWNTs are the most appropriate materials for conductive films for displays due to their excellent high mechanical strength and electrical conductivity. In this work, the fabrication by the spraying process of transparent SWNT films and reduction of its sheet resistance on PET substrates is researched Arc-discharge SWNTs were dispersed in deionized water by adding sodium dodecyl sulfate (SDS) as surfactant and sonicated, followed by the centrifugation. The dispersed SWNT was spray-coated on PET substrate and dried on a hotplate. When the spray process was terminated, the TCF was immersed into deionized water to remove the surfactant and then it was dried on hotplate. The TCF film was then was doped with Au-ionic doping treatment, rinsed with deionized water and dried. The surface morphology of TCF was characterized by field emission scanning electron microscopy. The sheet resistance and optical transmission properties of the TCF were measured with a four-point probe method and a UV-visible spectrometry, respectively. This was confirmed and discussed on the XPS and UPS studies. We show that 87 ${\Omega}/{\Box}$ sheet resistances with 81% transmittance at the wavelength of 550nm. The changes in electrical and optical conductivity of SWNT film before and after Au-ionic doping treatments were discussed. The effect of Au-ion treatment on the electronic structure change of SWNT films was investigated by Raman and XPS.

정보 기술 시대에 맞춰 광전소자의 연구가 활발해지면서 투명전극으로 사용될 수 있는 Transparent Conductive Oxide (TCO) 재료에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 TCO의 대표적인 물질인 Indium Tin Oxide (ITO)의 경우 In의 가격 상승으로 인해 최근에는 낮은 전도도와 높은 투과도를 가질 수 있는 대체 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서 3.2 eV 의 높은 밴드갭을 갖는 ZnO 는 가시광선 영역에서 높은 투과율을 나타낼 뿐만 아니라 Al, Ga을 도핑함으로써 낮은 전도도를 가질 수 있다. 이러한 TCO 재료는 surface texturing을 통하여 optical region 에서 반사를 억제 시킴으로서 빛을 모으는 역할을 하여 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있기 때문에 PV (Photovoltaics) Cell의 anti-reflective coating에 적용 할 수 있다. 본 연구에서는 pulsed DC magnetron sputtering을 이용하여 Ga-doped ZnO (GZO) 박막을 증착하였고, HCl 0.5 wt %로 wet etching을 통하여 surface texturing을 진행하였다. 결정성은 X-ray diffractometer (XRD)로 분석하였으며, 표면 형상은 Scanning Electron Microscope (SEM)을 통해 확인하였다. Van der Pauw 방법을 통해 resistivity, carrier concentration, hall mobility 등의 전기적 특성을 분석하였고 UV-Vis spectrophotometer 를 통해 투과도 및 반사도를 측정하였다.

산화물 기반의 TFT (Thin Film Transistor) 는 유리, 금속, 플라스틱 등 기판 종류에 상관없이 균일한 제작이 가능하며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 저렴한 비용으로 제작 가능하다는 장점 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재 TFT 물질로 많이 연구되고 있는 산화물 중 가장 많은 연구가 이루어진 ZnO 기반의 TFT는mobility와 switching 속도에서 우수한 특성을 보이나, 트렌지스터의 안정성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다. 그러나 a-IGZO의 경우 결정학적으로 비정질이며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 높은 전자 이동도의 특성을 가지고 있는 장점 때문에 최근 차세대 산화물 트렌지스터로 각광받고 있다. IGZO 물질의 경우 s 오비탈의 중첩으로 인해 높은 전자 이동도의 특성을 가지며, IGZO 물질 내 전자의 이동은 IGZO의 조성과 구조적 특성에 영향을 받는다. IGZO 물질의 구성 성분은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 성분으로 이루어져 있으며, $In_2O_3$의 경우 주로 carrier 를 생성하고 IGZO TFT의 mobility를 향상시키는 물질로 알려져 있다. 본 연구에서는 $In_2O_3$ nanoparticle의 density를 조절하여 첨가함으로써 IGZO TFT 소자 특성에 미치는 평가를 진행하였다. $In_2O_3$ nanoparticle의 density변화에 따른 interparticle spacing과 IGZO계면 사이의 미세구조와 전기적인 특성간의 상관관계를 연구하기 위하여 IGZO TFT 특성은 HP 4145B 측정을 통하여 확인하였고, $In_2O_3$ nanoparticle의 분포와 결정성은 AFM과 XRD, TEM을 통해 분석하고 In2O3 nanoparticle의 유무에 따른 IGZO channel 층의 조성 변화를 STEM과 AES를 통해 비교 및 분석하였다.

고투과도, 고전도성을 갖는 탄소나노튜브 기반의 투명 전도성 필름은 분산조건의 최적화에 의해 제조하였다. 탄소나노튜브간의 응집현상은 탄소나노튜브간의 접촉저항의 증가를 야기하여 탄소나노튜브가 갖고 있는 고유의 우수한 전기적 특성을 감소시킨다. 이에 대해 본 연구에서는 분산제 농도, 분산 시간, 기판 표면처리에 따른 특성 변화 및 이에 따른 탄소나노튜브간의 응집이 최소화된 용액을 제조하였다. 또한, 이를 기반으로 연속공정이 가능한 탄소나노튜브 용액을 제조하고 평가하였다.