The research and development of hybrid electric vehicle (HEV), plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and electric vehicle (EV) are intensified due to the energy crisis and environmental concerns. In order to meet the challenging requirements of powering HEV, PHEV and EV, the current lithium battery technology needs to be significantly improved in terms of the cost, safety, power and energy density, as well as the calendar and cycle life. One new technology being developed is the utilization of composite cathode by mixing two different types of insertion compounds [e.g., spinel $LiMn_2O_4$ and layered $LiMO_2$ (M=Ni, Co, and Mn)]. Recently, some studies on mixing two different types of cathode materials to make a composite cathode have been reported, which were aimed at reducing cost and improving self-discharge. Numata et al. reported that when stored in a sealed can together with electrolyte at $80^{\circ}C$ for 10 days, the concentrations of both HF and $Mn^{2+}$ were lower in the can containing $LiMn_2O_4$ blended with $LiNi_{0.8}Co_{0.2}O_2$ than that containing $LiMn_2O_4$ only. That reports clearly showed that this blending technique can prevent the decline in capacity caused by cycling or storage at elevated temperatures. However, not much work has been reported on the charge-discharge characteristics and related structural phase transitions for these composite cathodes. In this presentation, we will report our in situ x-ray diffraction studies on this mixed composite cathode material during charge-discharge cycling. The mixed cathodes were incorporated into in situ XRD cells with a Li foil anode, a Celgard separator, and a 1M $LiPF_6$ electrolyte in a 1 : 1 EC : DMC solvent (LP 30 from EM Industries, Inc.). For in situ XRD cell, Mylar windows were used as has been described in detail elsewhere. All of these in situ XRD spectra were collected on beam line X18A at National Synchrotron Light Source (NSLS) at Brookhaven National Laboratory using two different detectors. One is a conventional scintillation detector with data collection at 0.02 degree in two theta angle for each step. The other is a wide angle position sensitive detector (PSD). The wavelengths used were 1.1950 ${\AA}$ for the scintillation detector and 0.9999 A for the PSD. The newly installed PSD at beam line X18A of NSLS can collect XRD patterns as short as a few minutes covering $90^{\circ}$ of two theta angles simultaneously with good signal to noise ratio. It significantly reduced the data collection time for each scan, giving us a great advantage in studying the phase transition in real time. The two theta angles of all the XRD spectra presented in this paper have been recalculated and converted to corresponding angles for ${\lambda}=1.54\;{\AA}$, which is the wavelength of conventional x-ray tube source with Cu-$k{\alpha}$ radiation, for easy comparison with data in other literatures. The structural changes of the composite cathode made by mixing spinel $LiMn_2O_4$ and layered $Li-Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ in 1 : 1 wt% in both Li-half and Li-ion cells during charge/discharge are studied by in situ XRD. During the first charge up to ~5.2 V vs. $Li/Li^+$, the in situ XRD spectra for the composite cathode in the Li-half cell track the structural changes of each component. At the early stage of charge, the lithium extraction takes place in the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component only. When the cell voltage reaches at ~4.0 V vs. $Li/Li^+$, lithium extraction from the spinel $LiMn_2O_4$ component starts and becomes the major contributor for the cell capacity due to the higher rate capability of $LiMn_2O_4$. When the voltage passed 4.3 V, the major structural changes are from the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, while the $LiMn_2O_4$ component is almost unchanged. In the Li-ion cell using a MCMB anode and a composite cathode cycled between 2.5 V and 4.2 V, the structural changes are dominated by the spinel $LiMn_2O_4$ component, with much less changes in the layered $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, comparing with the Li-half cell results. These results give us valuable information about the structural changes relating to the contributions of each individual component to the cell capacity at certain charge/discharge state, which are helpful in designing and optimizing the composite cathode using spinel- and layered-type materials for Li-ion battery research. More detailed discussion will be presented at the meeting.

최근 휴대용 전자기기의 사용이 증가함에 따라 비휘발성 메모리 소자에 대한 수요가 급증하고 있다. 다양한 메모리 소자 중에서 현재는 플래시 메모리를 기반으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 플래시 메모리 소자의 경우 모든 반도체 메모리 소자 중에서 가장 빠른 발전 속도로 개발되고 있다. 이러한 플래시 메모리 소자의 발전을 기반으로 스마트폰, 디지털 카메라, 태블릿 PC 등의 개발 및 대중화를 가져왔다. 이러한 플래시 메모리를 기반으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 경우 반도체 소자의 발전을 주도하며 발전하고 있으나, 새로운 전자기기 및 소자(flexible electronics, printed electronics, organic electronics 등) 응용을 위해서는 저비용으로 쉽게 제작할 수 있는 메모리 소자의 개발이 필요하다. 이에 적합한 메모리 소자 구조는 기존 플래시 메모리 소자와 유사한 트랜지스터 기반의 메모리 소자라고 할 수 있다. 본 발표에서는 플래시 메모리 소자와 유사한 구조 및 동작 특성을 갖는 자기조립된 금속나노입자를 정보저장층으로 이용하는 비휘발성 메모리 소자 개발에 대한 내용을 소개하고자 한다. MOS 캐패시터나 박막트랜지스터 내의 게이트 절연층에 자기조립된 금속 나노입자를 삽입하여 비휘발성 메모리 소자를 구현하였다. 게이트에 인가되는 전압에 따라 금속 나노입자 층에 전하를 trap/detrap 시킬 수 있으며, 이러한 거동에 따라 MOS 캐패시터 또는 트랜지스터 구조의 메모리 소자의 문턱전압 값이 변화하게 되어 program/erase 상태를 확인할 수 있다. 실리콘 게이트를 이용하는 메모리 소자, 다층의 정보저장층을 이용하는 메모리 소자, 프린팅 공정에 의해 형성된 메모리 소자 등 다양한 형태의 나노입자 기반 메모리 소자를 구현하였으며, 이러한 나노입자 기반 비휘발성 메모리 소자의 경우, 우수한 동작 특성 및 향상된 신뢰성을 보여주어, 차세대 메모리 소자로 이용하기에 적합한 특성을 나타내었다. 또한 대부분의 공정이 저온에서 가능하기 때문에 최종적인 메모리 소자의 플랫폼으로 플렉서블 플라스틱 기판을 이용하여, 유기트랜지스터 기반의 플렉서블 메모리 소자를 구현하였다. 본 발표에서는 다양한 형태의 나노입자 기반 비휘발성 메모리 소자의 제작 방법, 동작 특성, 신뢰성 평가 등에 대해 자세히 논의될 것이다.

1. 연구계획서 작성시 필수적으로 기술하여야 할 항목 - 연구의 중요성 - 깊이가 있는 명확한 가정 - 연구목표의 달성 개연성: 양질의 선행연구 결과 및 그림 데이터 - 논리적 전개 및 실험 설계: 가정을 뒷받침할 만한 실험결과 - 주어진 기간 내에 제안한 것들을 달성할 수 있는지 여부 : 지나친 욕심이 젊은 과학자가 나쁜 평가를 받을 수 있는 가장 일반적인 실수 2. 연구계획서를 작성하기 전에.. - 정말 연구계획서를 제출할 적기인가? 너무 이른 것이 아닌지? - 타인에 의해 이미 실험된 것이 아닌지? - 충분한 시간을 두고 작성 ? 최소 2~3개월 전 연구계획서를 미리 작성한 후 동료 또는 선배에게 초안을 보여주고 검토를 받는 것이 매우 중요함: 제출하기 전에 혹독한 비판을 감수 3. 연구목표 - 흥미롭고 중요한 문제(issue)를 적절히 강조하고 있는지? - 가정에 근거하고 있는지? - 목표가 win-win 인지?: 즉, 연구성과가 현재 통용되고 있는 일반적인 가정들과 맥을 같이 하는지? 4. 연구배경 - 확실하고 체계적이어야 함 : 부제(subtitle) 사용. 주제의 중요성이 분명하게 시각적으로 드러나야 함. - 연구결과 파생될 기대효과를 현재와 비교하여 분명한 차이점을 기술 - 연구계획서에서 참고한 것들이 기존지식을 갱신한 것이고 최근 연구동향을 반영한 것이라는 것을 분명히 하여야 함. 5. 예비결과 - 과거 연구성과를 가능한한 많이 기술. ? 현재의 연구계획을 도출하게 된 근거를 과거의 연구와 연관시켜 강조하여야 함. ? 최소한 연구계획서에 기술된 연구방법의 개연성을 기술하여야 함. - 성과가 높지 않은 예비결과는 제시않는 것이 효율적임 - 연구계획서에 제시된 연구방법이 선험 연구에 근거한 것임을 강조하여야 함 ? 만일 전문성이나 선험연구결과가 없을 때는, 경험있고 영향력 있는 조언자나 공동연구자를 열거하고, 그들의 공동연구 동의서를 첨부하여야 함. ? 특히, 공동연구자들이 어떤 부분에서 협력할 것인지 구체적으로 기술하여야 함. - 필요한 부분에서 적절하게 구체적 수치와 raw data를 제시

W (tungsten)-alloys will be the most promising plasma facing armor materials in highly loaded plasma interactive components of the next step fusion reactors due to its high melting point, high sputtering resistance and low deuterium/tritium retention. The bonding technology of tungsten to Cu alloy was one of the key issues. In this paper, W/CuCrZr diffusion bonding has been performed successfully by inserting pure metal interlay. The joint microstructure, interfacial elements migration and phase composition were analyzed by SEM, EDS, XRD, and the joint shear strength and micro-hardness were investigated. The mock-ups were fabricated successfully with diffusion bonding and the cladding technology respectively, and the high heat flux test and thermal fatigue test were carried out under actively cooling condition. When Ni foil was used for the bonding of tungsten to CuCrZr, two reaction layers, Ni4W and Ni(W) layer, appeared between the tungsten and Ni interlayer with the optimized condition. Even though Ni4W is hard and brittle, and the strength of the joint was oppositely increased (217 MPa) due primarily to extremely small thicknesses (2~3 ${\mu}m$). When Ti foil was selected as the interlayer, the Ti foil diffused quickly with Cu and was transformed into liquid phase at $1,000^{\circ}C$. Almost all of the liquid was extruded out of the interface zone under bonding pressure, and an extremely thin residual layer (1~2 ${\mu}m$) of the liquid phase was retained between the tungsten and CuCrZr, which shear strength exceeded 160 MPa. When Ni/Ti/Ni multiple interlayers were used for bonding of tungsten to CuCrZr, a large number of intermetallic compound ($Ni_4W/NiTi_2/NiTi/Ni_3T$) were formed for the interdiffusion among W, Ni and Ti. Therefore, the shear strength of the joint was low and just about 85 MPa. The residual stresses in the clad samples with flat, arc, rectangle and trapezoid interface were estimated by Finite Element Analysis. The simulation results show that the flat clad sample was subjected maximum residual stress at the edge of the interface, which could be cracked at the edge and propagated along the interface. As for the rectangle and trapezoid interface, the residual stresses of the interface were lower than that of the flat interface, and the interface of the arc clad sample have lowest residual stress and all of the residual stress with arc interface were divided into different grooved zones, so the probabilities of cracking and propagation were lower than other interfaces. The residual stresses of the mock-ups under high heat flux of 10 $MW/m^2$ were estimated by Finite Element Analysis. The tungsten of the flat interfaces was subjected to tensile stresses (positive $S_x$), and the CuCrZr was subjected to compressive stresses (negative $S_x$). If the interface have a little microcrack, the tungsten of joint was more liable to propagate than the CuCrZr due to the brittle of the tungsten. However, when the flat interface was substituted by arc interfaces, the periodical residual stresses in the joining region were either released or formed a stress field prohibiting the growth or nucleation of the interfacial cracks. Thermal fatigue tests were performed on the mock-ups of flat and arc interface under the heat flux of 10 $MW/m^2$ with the cooling water velocity of 10 m/s. After thermal cycle experiments, a large number of microcracks appeared at the tungsten substrate due to large radial tensile stress on the flat mock-up. The defects would largely affect the heat transfer capability and the structure reliability of the mock-up. As for the arc mock-up, even though some microcracks were found at the interface of the regions, all microcracks with arc interface were divided into different arc-grooved zones, so the propagation of microcracks is difficult.

As you know, boron compounds, borax ($Na_2B_4O_5(OH)_4{\cdot}8H_2O$) etc. were known thousands of years ago. As for natural boron, it has two naturally occurring and stable isotopes, boron 11 ($^{11}B$) and boron 10 ($^{10}B$). The neutron absorption $^{10}B$ is included about 19~20% with 80~81% $^{11}B$. Boron is similar to carbon in its capability to form stable covalently bonded molecular networks. The mass difference results in a wide range of ${\beta}$ values between the $^{11}B$ and $^{10}B$. The $^{10}B$ isotope, stable with 5 neutrons is excellent at capturing thermal neutrons. For example, it is possible to decrease a thermal neutron required for the nuclear reaction of uranium 235 ($^{235}U$). If $^{10}B$ absorbs a neutron ($^1n$), it will change to $^7Li+^1{\alpha}$ (${\alpha}$ ray, like $^4He$) with prompt ${\gamma}$ ray from $^{11}B$ $^{11}B$ (equation 1). $$^{10}B+^1n\;{\rightarrow}\;^{11}B\;{\rightarrow}\; prompt \;{\gamma}\;ray (478 keV), \;^7Li+4{\alpha}\;(4He)\;\;\;\;{\cdots}\; (1)$$ If about 1% boron is added to stainless steel, it is known that a neutron shielding effect will be 3 times the boron free steel. Enriched boron or $^{10}B$ is used in both radiation shielding and in boron neutron capture therapy. Then, $^{10}B$ is used for reactivity control and in emergency shutdown systems in nuclear reactors. Furthermore, boron carbide, $B_4C$, is used as the charge of a nuclear fission reaction control rod material and neutron cover material for nuclear reactors. The $B_4C$ powder of natural B composition is used as a charge of a control material of a boiling water reactor (BWR) which occupies commercial power reactors in nuclear power generation. The $B_4C$ sintered body which adjusted $^{10}B$ concentration is used as a charge of a control material of the fast breeder reactor (FBR) currently developed aiming at establishment of a nuclear fuel cycle. In this study for new boron compound, silicon boride ceramics for capturing thermal neutrons, preparation and characterization of both silicon tetraboride ($SiB_4$) and silicon hexaboride ($SiB_6$) and ceramics produced by sintering were investigated in order to determine the suitability of this material for nuclear power generation. The relative density increased with increasing sintering temperature. With a sintering temperature of 1,923 K, a sintered body having a relative density of more than 99% was obtained. The Vickers hardness increased with increasing sintering temperature. The best result was a Vickers hardness of 28 GPa for the $SiB_6$ sintered at 1,923K for 1 h. The high temperature Vickers hardness of the $SiB_6$ sintered body changed from 28 to 12 GPa in the temperature range of room temperature to 1,273 K. The thermal conductivity of the SiB6 sintered body changed from 9.1 to 2.4 W/mK in the range of room temperature to 1,273 K.

ZnO 직접 천이형의 와이드밴드갭 화합물 반도체로써 높은 엑시톤 결합 에너지를 가짐으로 해서 광전자나 광학디바이스로의 넓은 응용범위를 갖고 있다. 최근들어 ZnO의 비선형 광학 특성이 보고 됨으로써 새로운 광학 재료로서의 연구도 기대되고 있다. 본연구에서는 새로운 주기적 반전 구조를 제안함으로 해서 극성을 가지는 화합물 반도체의 비선형 광학 디바이스로의 응용 범위를 넓히고자 한다. ZnO는 Wurtzite 구조를 가짐으로 해서 성장 방향으로 Zn-극성 및 O-극성을 가지게 된다. 이런 자연 발생적인 극성에 의해 물리적, 화학적, 광학적 특성들이 바뀌게 됨으로, 극성의 제어는 재료의 특성을 극대화 시키기 위해 아주 중요한 항목이 되어 있습니다. 본 연구에서는 손쉽고 재현성이 확보되는 방법으로써, CrN 와 Cr2O 3의 완충층을 제안하여 ZnO 극성의 제어를 이루었고, 제안된 극성 제어 방식을 이용하여 주기적으로 Zn-극성과 O-극성이 배열된 구조(PPI 구조)를 형성 하였다. 패터닝과 재성장 방법을 통해서 다양한 구조와 사이즈의 1D, 2D PPI ZnO를 제작하는데 성공하였다. 주기적인 반전구조의 제작을 확인하기 위해 PRM(piezo response miscosocpy)이라는 방법을 통하여 주기적 극성 선택성을 확인하였으며, TEM과 PL 분석법을 통하여 구조적 광학적 특성을 분석하였다. 새롭게 제안된 극성 제어 방식을 이용하여 제작된 PPI 구조를 이용하여 비선형 광학소자로의 응용성을 확인하였다. 본발표에서는 PPI ZnO 구조의 형성방법, 분석 및 응용에 대한 제안과 결과가 논의될 것이다.

Single-well carbon nanotubes (SWNT) have been proposed as a promising candidate for various applications owing to their excellent properties. In particular, their fascinating electrical and mechanical properties could provide a new area for the development of advanced engineering materials. A transparent conductive thin film (TCF) has increased for applications such as liquid crystal displays, touch panels, and flexible displays. 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. But, a bundle of CNTs has different electrical properties than their individual counterparts. 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 sodum 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 at $100^{\circ}C$. 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 treated with 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. Results, we show that 97 ${\Omega}$/> sheet resistance can be achieved with 81% transmittance at the wavelength of 550 nm. The changes in electrical and optical conductivity of SWNT film before and after ionic doping treatments were discussed.

Printed electronics based on the direct writing of solution processable functional materials have been of paramount interest and importance. In this talk, the synthesis of printable inorganic functional materials (conductors and semiconductors) for thin-film transistors (TFTs) and photovoltaic devices, device fabrication based on a printing technique, and specific characteristics of devices are presented. For printable conductor materials, Ag ink is designed to achieve the long-term dispersion stability and good adhesion property on a glass substrate, and Cu ink is sophisticatedly formulated to endow the oxidation stability in air and even aqueous solvent system. The both inks were successfully printed onto either polymer or glass substrate, exhibiting the superior conductivity comparable to that of bulk one. In addition, the organic thin-film transistor based on the printed metal source/drain electrode exhibits the electrical performance comparable to that of a transistor based on a vacuum deposited Au electrode. For printable amorphous oxide semiconductors (AOSs), I introduce the noble ways to resolve the critical problems, a high processing temperature above $400^{\circ}C$ and low mobility of AOSs annealed at a low temperature below $400^{\circ}C$. The dependency of TFT performances on the chemical structure of AOSs is compared and contrasted to clarify which factor should be considered to realize the low temperature annealed, high performance AOSs. For photovoltaic application, CI(G)S nanoparticle ink for solution processable high performance solar cells is presented. By overcoming the critical drawbacks of conventional solution processed CI(G)S absorber layers, the device quality dense CI(G)S layer is obtained, affording 7.3% efficiency CI(G)S photovoltaic device.

With recent advances in materials and products, materials processing experiences new challenges. More particles and polymers in material side and thinner and faster deformations in processing side. It happens in most emergying industries such as manufacturing of batteries, solar cells, multi-layer chips, displays, printed electronics, to list a few. In most cases, they are manufactured by coating or printing process, which is defined as a process in which gas is replaced by liquid on a substrate. In this sense, casting, inkjet printing, and roll-to-roll printing are all included. The printing process consists of three unit processes. As the materials used in the above mentioned applications typically contain a large amount of particles with polymers and solvents, they continuously change microstructures during preparation, flow, and even drying. However, little is known about the flow characteristics of such complex fluids and less is known about how to design and control the process. Therefore, for better control of the process and for better quality of the product, we need to understand the flow characteristics of these complex fluids under extremely fast flow environment.

Electrospray deposition (ESD) technique is fast finding its applicability in the field of thin film device manufacturing processes and the ease and cost efficiency attached to ESD process with possible integration with batch manufacturing technologies is the potential future of thin film device manufacturing. As the name suggests, the deposition phenomenon should solely be a spray achieved through electrostatic forces. In fact it is an imbalance between the surface forces arising because of the surface tension of the liquid to be sprayed and Maxwell stresses which are induced because of the electric field, that pull the liquid downwards from the capillary into a stable jet which further disintegrates into smaller droplets because of coulomb forces and hence a cloud of charged, mono-dispersed and extremely diminutive (sometimes up to femtolitres) droplets is achieved. The present talk is going to be exclusively about the electrospray process concepts, generation and possible applications.

In this talk, the general concept of roll-to-roll printing technologies will be introduced with basic fundamentals of ink formulations for printing electronic devices as the first part of the talk. As the second part, based on the R2R printing process, key factors for printing TFTs, IC, PV and display would be presented using the information from the case study of R2R gravure and offset.

With increased interest in printed devices, various metal nano inks have been investigated as candidates materials for printed electrodes and wiring as well as conductive film substituting photo-lithography process. Recent advances in organic conductive polymer allow us to fabricate high performance printed device. Meanwhile, there was several attempts to fabricate conductive films by mixing conductive polymer with metal nano-particle or nano-wires. The presence of Ag nanowires in conductive polymer mixture have shown good potential in organic photovoltaic devices.

Over the past decade, the major efforts for lowering the cost of electronics has been devoted to increasing the packaging efficiency of the integrated circuits (ICs), which is defined by the ratio of all devices on system-level board compared to the area of the board, and to working on a larger but cheaper substrates. Especially, in flexible electronics, the latter has been the favorable way along with using novel nanomaterials that have excellent mechanical flexibility and electrical properties as active channel materials and conductive films. Here, the tool for achieving large area patterning is by printing methods. Although diverse printing methods have been investigated to produce highly-aligned structures of the nanomaterials with desired patterns, many require laborious processes that need to be further optimized for practical applications, showing a clear limit to the design of the nanomaterial patterns in a large scale assembly. Here, we demonstrate the alignment of highly ordered and dense silicon (Si) NW arrays to anisotropically etched micro-engraved structures using a simple evaporation process. During evaporation, entropic attraction combined with the internal flow of the NW solution induced the alignment of NWs at the corners of pre-defined structures. The assembly characteristics of the NWs were highly dependent on the polarity of the NW solutions. After complete evaporation, the aligned NW arrays were subsequently transferred onto a flexible substrate with 95% selectivity using a direct gravure printing technique. As proof-of-concept, flexible back-gated NW field effect transistors (FETs) were fabricated. The fabricated FETs had an effective hole mobility of 0.17 $cm2/V{\cdot}s$ and an on/off ratio of ${\sim}1.4{\times}104$. These results demonstrate that our NW gravure printing technique is a simple and effective method that can be used to fabricate high-performance flexible electronics based on inorganic materials.

In recent years, inkjet printing technology has received significant attention as a micro/nanofabrication technique for flexible printing of electronic circuits and solar cells, as well for biomaterial patterning. It eliminates the need for physical masks, causes fewer environment problems, lowers fabrication costs, and offers good layer-to-layer registration. To fulfill the requirements for use in the above applications, however, the inkjet system must meet certain criteria such as high frequency jetting, uniform droplet size, high density nozzle array, etc. Existing inkjet devices are either based on thermal bubbles or piezoelectric pumping; they have several drawbacks for flexible printing. For instance, thermal bubble jetting has limitations in terms of size and density of the nozzle array as well as the ejection frequency. Piezoelectric based devices suffer from poor pumping energy in addition to inadequate ejection frequency. Recently, an electrohydrodynamic (EHD) printing technique has been suggested and proposed as an alternative to thermal bubble or piezoelectric devices. In EHD jetting, a liquid (ink) is pumped through a nozzle and a strong electric field is applied between the nozzle and an extractor plate, which induce charges at the surfaces of the liquid meniscus. This electric field creates an electric stress that stretches the meniscus in the direction of the electric field. Once the electric field force is larger than the surface tension force, a liquid droplet is formed. An EHD inkjet head can produce droplets smaller than the size of the nozzle that produce them. Furthermore, the EHD nano-inkjet can eject high viscosity liquid through the nozzle forming tiny structures. These unique features distinguish EHD printing from conventional methods for sub-micron resolution printing. In this presentation, I will introduce the recent research results regarding the EHD nano-inkjet and the printing system, which has been applied to solar cell or thin film transistor applications.

Recently, circuit printing technology has been considered as a promising alternative to conventional PCB fabrication, for it can greatly reduce the manufacturing costs. Even though printed circuit has many advantages over typical subtractive technology such as fewer processes, it has some disadvantages. The major problems are low adhesion and poor resolution. Efforts to overcome these problems have been mainly focused on ink developments with a limited success. And surface treatments showed some improvements. Therefore, various plasma treatments and primer coatings on plastic substrates have been tested. Plasma treatments using hydrocarbon gases including methane and propane improved the pattern quality of the inkjet printed circuit, which are further improved upon heating of substrate. On the other hand, there is little effect on the adhesion, which is improved only by a special primer coating. The adhesion of inkjet printed circuit has been increased more than 10 times upon treatment. As for the screen printed circuits, the overall effects are less significant since there is some organic binder in the ink. Nonetheless, the treatment has strong positive effects on pattern quality and adhesion. The adhesion of 1 kgf/cm2, which is comparable with those of the conventional PCB circuits, is possible through primer coating for both screen and inkjet printed circuits. The resulting circuit also showed good thermal, mechanical and electrical properties.

본 발표에서는 고분자나 탄소나노튜브, 그래핀 등 탄소소재의 분자배열을 다양한 형태로 조절할 수있는 분자조립공정을 통해 비교적 저비용으로 대면적에서 나노구조체를 제작할 수 있는 다양한 기술들을 소개할 것이다. 특히 블록공중합체의 분자조립현상을 기존에 반도체나 디스플레이에 쓰이고 있는 ArF 리소그라피나 I-line 리소그라피와 융합하여 대면적에서 분자조립 나노패턴을 제작할 수 있는 기술들을 소개할 것이다. 또한 탄소나노튜브와 그래핀등 탄소소재를 용액공정이나 촉매나노패턴공정을 통해 3차원적인 다양한 형태로 조직화하는 신기술들도 소개할 것이다.

Nanoscale block copolymer (BCP) patterns have been pursued for applications in sub-30 nm nanolithography. BCP self-assembly processing is scalable and low cost, and is well-suited for integration with existing semiconductor fabrication techniques. However, one of the major technical challenges for BCP self-assembly is limited tunability in pattern geometry, dimension, and functionality. We suggest methods for extending the degree of tunability by choosing highly incompatible polymer blocks and utilizing solvent vapor treatment techniques. Siloxane BCPs have been developed as self-assembling resists due to many advantages such as high etch-selectivity, good etch-resistance, long-range ordering, and reduced line-edge roughness. The large incompatibility leads to extensive degree of pattern tunability since the effective volume fraction can be easily manipulated by solvent-based treatment techniques. Thus, control of the microdomain size, periodicity, and morphology is possible by changing the vapor pressure and the mixing ratio of selective solvents. This allows a range of different pattern geometry such as dots, lines and holes and critical dimension simply by changing the processing conditions of a given block copolymer without changing a polymer chain length. We demonstrate highly extensive tunability (critical dimension ~6~30 nm) of self-assembled patterns prepared by a siloxane BCP with extreme incompatibility.

Block copolymer (BCP) self-assembly in a film geometry has recently been the focus of increased research interest due to their potential use as templates and scaffolds for the fabrication of nanostructured materials. The phase behavior in a thin film geometry that confines polymer chains to the interfaces will be influenced by the interfacial interactions at substrate/polymer and polymer/air and the commensurability between the equilibrium period (L0) of the BCP and the total film thickness. We investigated the phase transitions for the films of block copolymers (BCPs) on the modified surface, like the order-to-disorder transition (ODT) by in-situ grazing incidence small angle x-ray scattering (GISAXS) and transmission electron microscopy (TEM). The selective interactions on the surface by a PS-grafted substrate provide the preferential interactions with the PS component of the block, while a random copolymer (PS-r-PMMA) grafted substrate do the balanced interfacial interactions on the surface. The thickness dependence of order-to-disorder behavior for BCP films will be discussed in terms of the surface interactions.

Nanoporous templates have been widely used for the development of new functional nanostructured materials suitable for electronics, optics, magnetism, and energy storage materials. We have prepared nanoporous templates by using thin films of mixtures of polystyrene-block-poly (methyl methacrylate) (PS-b-PMMA) and PMMA homopolymers. These templates have cylindrical nanoholes spanning the entire thickness of the film. Some applications of nanoporous templates are introduced: a) anti-reflective coating, b) the preparation of conducting polymer nanowires of poly (pyrrole), poly (3,4-ethylenedioxy-thiopene) onto a glass coated with indium-tin-oxide, and c) the separation membranes for biomaterials. We found that when the pore fraction of nanoholes in the film was ~0.68, almost zero reflectance at a specific wavelength, which can be changed with film thickness, was achieved at visible wavelengths Furthermore, ultra high density array of conducting nanowires was successfully prepared onto various substrates including flexible polymer. Due to highly alignment of polymer chain along the nanowire direction, the conductivity was much increased. Furthermore, these nanoporous films were found to be very effective for the separation of human Rhinovirus type 14 (HRV 14), major pathogen of a common cold in humans, from the buffer solution. We also found that when the pore size was effectively controlled down to 6 nm, a single file diffusion was observed.

Photoelectrochemical solar cells such as dye-sensitized cells (DSSCs), which exhibit high performance and are cost-effective, provide an alternative to conventional p-n junction photovoltaic devices. However, the efficiency of such cells plateaus at 11~12%, in contrast to their theoretical value of 33%. The majority of research has focused on improving energy conversion efficiency of DSSC by controlling nanostructure and exploiting new materials in photoelectrode consisting of semiconducting oxide nanoparticles and a transparent conducting oxide electrode (TCO). In this presentation, we introduce monodisperesed TiO2 nanoparticles prepared by forced hydrolysis method and their superiority as photoelectrode materials was characterized with aids of optical and electrochemical analysis. Inverse opal-based scattering layers containing highly crystalline anatase nanoparticles are also introduced and their feasibility for use as bi-functional light scattering layer is discussed in terms of optical reflectance and charge generation properties as a function of optical wavelength.

Nanocrystalline titanium dioxide ($TiO_2$) materials have been widely used as an electron collector in DSSC. This is required to have an extremely high porosity and surface area such that the dye can be sufficiently adsorbed and be electronically interconnected, resulting in the generation of a high photocurrent within cells. In particular, their geometrical structures and crystalline phase have been extensively investigated as important issues in improving its photovoltaic efficiency. In this study, we present a new strategy to fabricate a photoelectrode having a periodic structured $TiO_2$ film templated from 1D or 3D polystyrene (PS) microspheres array. Monodisperse PS spheres of various radiuses were used for colloidal array on FTO glasses and two types of photoelectrode structures with different $TiO_2$ materials were investigated respectively. One is the igloo-shaped electrode prepared by $TiO_2$ deposition by RF-sputtering onto 2D microsphere-templated substrates. At the interface between the film and substrate, there are voids formed by the decomposition of PS microspheres during the calcination step. These holes might be expected to play the predominant roles as scattering spherical voids to promote a light harvesting effect, a spacious structure for electrolytes with higher viscosity and effective paths for electron transfer. Additionally the nanocrystalline $TiO_2$ phase prepared by the RF-sputtering method was previously reported to improve the electron drift mobility within $TiO_2$ electrodes. This yields solar cells with a cell efficiency of 2.45% or more at AM 1.5 illumination, which is a very remarkable result, considering its $TiO_2$ electrode thickness (<2 ${\mu}m$). This study can be expanded to obtain higher cell efficiency by higher dye loading through the increase of surface area or multi-layered stacking. The other is the inverse opal photonic crystal electrode prepared by titania particles infusion within 3D colloidal arrays. To obtain the enlargement of ordered area and high quality of crystallinity, the synthesis of titania particles coated with a organic thin layer were applied instead of sol-gel process using the $TiO_2$ precursors. They were dispersed so well in most solvents without aggregates and infused successfully within colloidal array structures. This ordered mesoporous structure provides the large surface area leading to the enough adsorption of dye molecules and have an light harvesting effect due to the photonic band gap properties (back-and-forth reflection effects within structures). A major advantage of this colloidal array template method is that the pore size and its distribution within $TiO_2$ photoelectrodes are determined by those of latex beads, which can be controlled easily. These materials may have promising potentials for future applications of membrane, sensor and so on as well as solar cells.

This talk demonstrates diverse patterned structures utilizing in-situ self-organization and phase separation of the materials into an ordered fashion. The patterned structures in this talk include electrospun nanofibers and electrosprayed microparticles embedding small particles. The positions of the small particles are in-situ controlled during the electrohydrodynamic process by the interaction with the polymer matrix. Another topic of the talk includes selective deposition of spin-coated materials on a corrugated surface that was prepared by buckling of polymer thin films. Solution are strong tendency to be positioned in the trench area of the surface, which facilitates the fabrication of micropatterns of diverse materials.

나노입자는 벌크에 비해 월등히 큰 비표면적(surface-to-volume ratio)과 작은 사이즈에서 오는 양자효과로 인해 촉매나 나노 전자 소자 등 여러 분야에서 응용되고 있다. 특히 백금 나노입자는 수소나 메탄올의 산화, 산소환원 반응의 독보적인 촉매로서 연료전지의 산화극과 환원극의 촉매로 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 높은 가격의 백금의 사용량을 줄일 수 있는 합금 나노입자 촉매에 대한 연구의 일환으로 Pd, Au, Cu, Ag 등의 원소를 활용한 합금 나노입자에 대한 구조 및 열역학적 안정성에 대한 연구를 수행하였다. 다양한 합금에 대한 원자간 포텐셜을 개발하였고, 이를 기반으로 몬테카를로 및 분자동력학 시뮬레이션을 수행하여 Pd-Pt, Cu-Pt, Ag-Pt, Au-Pt 이원계 합금 나노입자의 다양한 원자 구조 및 형상에 따른 결합에너지와 열역학적 특성에 대하여 분석하였다.

Ultrathin polyelectrolyte (PE) multilayer films prepared by the versatile layer-by layer (LbL) assembly method have been utilized for the preparation of light-emitting diodes, electrochromic, membrane, and drug delivery system, as well as for selective area patterning and particle surface modification because the various materials with specific properties can be inserted into the film with nano-level thickness irrespective of the size or the shape of substrate. Since the introduction of the LbL technique in 1991 by Decher and Hong, various hydrophilic materials can be inserted within LbL films through complementary interactions (i.e., electrostatic, hydrogen-bonding or covalent interaction). In this study, it is demonstrated that LbL SA multilayer films based on nucleophilic substitution reaction can allow the preparation of the highly efficient magnetic and/or optical films and nonvolatile memory devices.

Energy harvesting technologies converting external sources (such as thermal energy, vibration and mechanical energy from the nature sources of wind, waves or animal movements) into electrical energy is recently a highly demanding issue in the materials science community for making sustainable green environments. In particular, fabrication of usable nanogenerator attract the attention of many researchers because it can scavenge even the biomechanical energy inside the human body (such as heart beat, blood flow, muscle stretching, or eye blinking) by converging harvesting technology with implantable bio-devices. Herein, we describe procedure suitable for generating and printing a lead-free microstructured $BaTiO_3$ thin film nanogenerator on plastic substrates to overcome limitations appeared in conventional flexible ferroelectric devices. Flexible $BaTiO_3$ thin film nanogenerator was fabricated and the piezoelectric properties and mechanically stability of ferroelectric devices were characterized. From the results, we demonstrate the highly efficient and stable performance of $BaTiO_3$ thin film nanogenerator and the integration of bio-eco-compatible ferroelectric materials may enable innovative opportunities for artificial skin and energy harvesting system.

The design and synthesis of protein-like polymers is a fundamental challenge in materials science. A biomimetic approach is to explore the impact of monomer sequence on non-natural polymer structure and function. We present the aqueous self-assembly of two peptoid polymers into extremely thin two-dimensional (2D) crystalline sheets directed by periodic amphiphilicity, electrostatic recognition and aromatic interactions. Peptoids are sequence-specific, oligo-N-substituted glycine polymers designed to mimic the structure and functionality of proteins. Mixing a 1:1 ratio of two oppositely charged peptoid 36 mers of a specific sequence in aqueous solution results in the formation of giant, free-floating sheets with only 2.7 nm thickness. Direct visualization of aligned individual peptoid chains in the sheet structure was achieved using aberration-corrected transmission electron microscopy. Specific binding of a protein to ligand-functionalized sheets was also demonstrated. The synthetic flexibility and biocompatibility of peptoids provide a flexible and robust platform for integrating functionality into defined 2D nanostructures. In the later part of my talk, we describe the use of metal ions to construct two-dimensional hybrid films that have the ability to self-heal. Incubation of biomimetic peptoid polymers with specific divalent metal ions results in the spontaneous formation of uniform multilayers at the air-water interface. We anticipate that ease of synthesis and transfer of these two-dimensional materials may have many potential applications in catalysis, gas storage and sensing, optics, nanomaterial synthesis, and environmentally responsive scaffolds.

We have developed a simple synthetic method for fabricating a wafer-scale colloidal crystal film of 2D crystals in a 1D stack based on a combination of two simple processes : the self-assembly of polystyrene (PS) nanospheres at the water-air interface and the layer-by-layer (LbL) scooping transfer technique. The main advantage of this approach is that it allows excellent control of the thickness (at a layer level) of the crystals and the formation of a vertical crack-free layer over a wafer-scale (4 inch). We investigate the optical and morphological properties of the PhC multilayers fabricated using various mono-sized colloidal crystals (250, 300, 350, 420, 580, 720, and 850 nm), and mixed binary colloidal crystals (300/350 and 250/350 nm).

Polymer based organic photovoltaics have attracted a great deal of attention due to the potential cost-effectiveness of light-weight and flexible solar cells. However, most BHJ polymer solar cells are not thermally stable as subsequent exposure to heat drives further development of the morphology towards a state of macrophase separation in the micrometer scale. Here we would like to show three different approaches for developing new electroactive polymers to improve the thermal stability of the BHJ solar cells, which is a critical problem for the commercialization of these solar cells. For one of the examples, we report a new series of functionalized polythiophene (PT-x) copolymers for use in solution processed organic photovoltaics (OPVs). PT-x copolymers were synthesized from two different monomers, where the ratio of the monomers was carefully controlled to achieve a UV photo-crosslinkable layer while leaving the ${\pi}-{\pi}$ stacking feature of conjugated polymers unchanged. The crosslinking stabilizes PT-x/PCBM blend morphology preventing the macro phase separation between two components, which lead to OPVs with remarkably enhanced thermal stability. The drastic improvement in thermal stabilities is further characterized by microscopy as well as grazing incidence X-ray scattering (GIXS). In the second part of talk, we will discuss the use of block copolymers as active materials for WOLEDs in which phosphorescent emitter isolation can be achieved. We have exploited the use of triarylamine (TPA) oxadiazole (OXA) diblock copolymers (TPA-b-OXA), which have been used as host materials due to their high triplet energy and charge-transport properties enabling a balance of holes and electrons. Organization of phosphorescent domains in TPA-b-OXA block copolymers is demonstrated to yield dual emission for white electroluminescence. Our approach minimizes energy transfer between two colored species by site isolation through morphology control, allowing higher loading concentration of red emitters with improved device performance. Furthermore, by varying the molecular weight of TPA-b-OXA and the ratio of blue to red emitters, we have investigated the effect of domain spacing on the electroluminescence spectrum and device performance.

$TiO_2$ is a promising material for gas sensors. To achieve high sensitivities, the material should exhibit a large surface-to-volume ratio and possess the high accessibility of the gas molecules to the surface. Accordingly, a wide variety of porous $TiO_2$ nanomaterials synthesized by wet-chemical methods have been reported for gas sensor applications. Nonetheless, achieving the large-area uniformity and comparability with well-established semiconductor production processes of the methods is still challenging. An alternative method is soft-templating which utilizes nanostructured inorganic or organic materials as sacrificial templates for the preparation of porous materials. Fabrication of macroporous $TiO_2$ films and hollow $TiO_2$ tubes by soft-templating and their gas sensing applications have been reported recently. In these porous materials composed of assemblies of individual micro/nanostructures, the form of links or necks between individual micro/nanostructures is a critical factor to determine gas sensing properties of the material. However, a systematic study to clarify the role of links between individual micro/nanostructures in gas sensing properties of a porous metal oxide matrix is thoroughly lacking. In this work, we have demonstrated a fabrication method to prepare highly-ordered, embossed $TiO_2$ films composed of anatase $TiO_2$ hollow hemispheres via soft-templating using polystyrene beads. The form of links between hollow hemispheres could be controlled by $O_2$ plasma etching on the bead templates. This approach reveals the strong correlation of gas sensitivity with the form of the links. Our experimental results highlight that not only the surface-to-volume ratio of an ensemble material composed of individual micro/nanostructures but also the links between individual micro/nanostructures play a critical role in evaluating the sensing properties of the material. In addition to this general finding, the facileness, large-scale productivity, and compatability with semiconductor production process of the proposed fabrication method promise applications of the embossed $TiO_2$ films to high-quality sensors.

이산화탄소는 인체에 무해하지만 인간의 신진대사와 깊은 관련이 있기 때문에 인간의 정신적 육체적 행동을 제어하는 분야에 많이 응용되고 있다. 따라서 지능형 빌딩이나 고급 공동주택 등의 실내공기를 제어하는 시스템에 적용되어 효율적으로 환기시스템을 운용하는데 사용되어져 왔다. 앞으로 이는 에너지절감과 연동되어 자동차나 가전제품 등 앞으로 점점 밀폐되어가는 구조에 사용이 늘어날 것으로 전망된다. 그러나 종래는 이산화탄소가 특정파장(4.2 um)의 적외선을 흡수하는 성질을 이용하여 Lambert law에 의해 이산화탄소의 양을 측정하였다. 따라서 가격이나 크기가 비교적 경제적이지 못한 측면이 많았다. 이와 반대로 전기화학적인 방식은 가격이나 크기의 측면에서 장점이 있었으나, 초기동작시간이나 안정성, 수명 등에서 상용화되기에는 아직 소비자가 이해하기 힘든면이 많았다. 이에 고체전해질을 이용하여 수명이나 초기시간 및 안정성을 획기적으로 개선하여 상용화가 가능하도록 만든 이산화탄소 센서를 소개하고자 한다. 이 센서는 전자회로와 결합되어 사용이 편리하도록 모듈화 하였고 이 모듈을 사용하여 "airwatch"라는 응용제품으로 판매되고 있다.

Inorganic III-V light emitting diodes (LEDs) have superior characteristics, such as long-term stability, high efficiency, and strong brightness compared to conventional incandescent lamps and OLED. However, due to the brittle property of bulk inorganic semiconductor materials, III-V LED limits its applications in the field of high performance flexible electronics. This seminar introduces the first flexible and implantable GaN LED on plastic substrates that is transferred from bulk GaN on Si substrates. The superb properties of the flexible GaN thin film in terms of its wide band gap and high efficiency enable the dramatic extension of not only consumer electronic applications but also the biosensing scale. The flexible white LEDs are demonstrated for the feasibility of using a white light source for future flexible BLU devices. Finally a water-resist and a biocompatible PTFE-coated flexible LED biosensor can detect PSA at a detection limit of 1 ng/mL. These results show that the nitride-based flexible LED can be used as a type of implantable LED biosensor and as a therapy tool.

모든 생물은 늙어가면서 그 생물체를 이루고 있는 생체조직들이 낡게 되고 약해지기 마련이며, 이외에도 자동차 사고 등 재해에 의해 생체 장기의 손상을 가져올 수도 있다. 또한 인간의 평균수명 연장과 함께 소득 수준이 높아지고 또한 'quality of life'를 추구하는 고령화 시대로 접어듦에 따라, 인공골, 인공치아 또는 인공 고/슬관절 등의 골조직 대체재료의 수요가 빠르게 증가하고 있다. 이와 같은 골조직 대체, 즉 골이식은 크게 자기골 이식(autografting), 동종이식(allografing), 인공재료(man-made materials)의 이식으로 구분된다. 현재 대체물질의 약 58%를 차지하고 있는 자기골 이식의 경우, 거부면역 반응이 없어 임상성공율이 80%에 달한다는 장점을 가지고 있으나, 비용이 비싸고 감염과 통증의 위험이 있다. 또한 시신으로부터 골을 이식하는 동종이식의 경우 대체물질의 약 34%를 차지하고 있는데, 성공률이 떨어지고 질병 감염의 위험이 있는 단점이 있다. 이외에 약 8%를 차지하고 있는 인공재료 이식의 경우, 파단, 독성반응, 마모, 골조직의 remodeling 등이 일어나는 단점이 있으나, 앞에서 언급한 바와 같이 그 필요성이 급격히 증가함에 따라 보다 나은 치료법과 골이식 대체물질의 개발에 많은 노력이 경주되고 있다. 2003년 6월 미국 Financial Times에 의하면, 인체내 식립형 생체재료의 세계시장 규모는 약 650억 달러에 이르며, 매년 200% 이상씩 신장하고 있다고 한다. 따라서 세계 각국의 의학, 약학, 임상학, 생명과학, 공학 등의 관련 연구 분야에서는 이 수요를 충족시키기 위한 활발한 연구활동을 펼치고 있다. 한편 인체내 식립용 임플란트의 국내 시장규모는 치과 임플란트의 경우 2006년 현재 2000억원 규모로, 정형외과, 악안면 성형외과, 이비인후과를 포함하면 소위 'bone-anchored metal implant' 영역의 시장 규모는 4~5조원에 이를 것으로 추산 되고 있다. 또한 소비 신장률 10~15%를 감안하면 향후 시장 규모는 폭발적으로 증가될 것으로 예상된다. 이에 발맞추어, 최근 들어 선진국은 물론, 국내에서도 인체내 식립을 목적으로 하는 생체재료에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있으며, 일부는 실용화 단계에 진입하고 있다. 본 강연에서는 금속 임플란트의 시장현황과 앞으로의 추세에 대하여 조망하고, Ti 임플란트를 중심으로 이의 생체활성을 부여하는 표면개질 필요성 및 최근의 연구개발 동행에 대해 소개하고자 한다.

가공용 마그네슘합금 중간재를 저비용으로 제조하는 공정기술의 하나인 수평연속주공정을 통해 판재 및 빌렛을 제조하는 공정에 대한 연구결과를 소개하고자 한다. 수평연속주조공정은 기존의 반연속주조공정에 비해 저비용 공정이며, 실용화 초기단계에 있는 제조공정인 strip casting으로는 제조가 불가능한 고합금계의 마그네슘 중간재를 제조할 수 있는 공정기술이다. 또한 연속주조한 빌렛의 압출공정에서 압출속도를 향상시킴으로써 미세조직을 제어하고 제조 비용을 절감하기 위한 연구로서 고속압출용 신합금 설계기술과 압출공정제어에 대한 연구결과를 소개하고자 한다.

생활수준이 향상되고, 환경오염이 가속되면서 환경에 대한 관심이 더욱 증대되고 있다. 수질센서의 경우, 그 측정 항목이 매우 다양하고, 높은 정밀도를 요하고 있을 뿐만 아니라 지속적인 실시간 모니터링을 요구하고 있어, 기술적으로 해결해야 할 문제가 많이 남아 있다. 또한, 현재 약 15% 정도로 매우 낮은 국산화율을 보이고 있어, 대부분의 주요 센서들이 수입에 의존하고 있는 실정이다. 수질을 측정하기 위한 센서는 크게 두 가지 형태로 나누어 질 수 있는데, 하나는 flow injection analysis (FIA) 방식이며, 다른 하나는 Probe 방식의 센서이다. 본 발표에서는 수질 센서에 대한 최근 국내 기술 동향과, 수질 모니터링을 위한 Lab-on-a-chip 형 암모니아 분석 칩, Probe 형 중금속 센서 연구 개발 결과를 요약하고자 한다. 암모니아 분석 칩은 마이크로 유체 소자 내에서 Berthelot reaction을 유도하고, 흡광법에 의하여 물 속에 존재하는 암모니아를 간접적으로 측정하는 방법이다. 또한, 중금속 센서로 일반적인 working electrode 소재로 사용되는 독성이 있는 Hg 보다 친환경적인 개발된 bismuth-modified carbon nanotube와 같은 Bi계 복합소재를 적용하여 물 속에 존재하는 저 농도의 Pb, Cd, Zn을 측정 분석할 수 있었다. 본 연구를 통해 개발된 분석칩과 중금속 센서를 이용하여 하천에서 샘플링된 물에서의 암모니아 및 중금속 농도를 각각 분석할 수 있었다.

Effects of particle size, crystal structures and multilayer structures of $ATiO_3$, $ATa_2O_6$, $ANb_2O_6$, $AWO_4$, and $AMoO_4$ (A=Ni, Mg, Zn, Co) ceramic fillers on the dielectric properties of polystyrene (PS), polypropylene (PP) and polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer matrices were investigated at microwave frequencies. The microwave dielectric properties of $ATiO_3$ (ilmenite), $ATa_2O_6$ (tri-rutile), $ANb_2O_6$ (columbite), AWO4 (wolframite), and AMoO4 (wolframite) ceramics were largely dependent on the structural characteristics of oxygen octahedra. The dielectric constant (K) of the composites was increased with the ceramic content. However, the dielectric loss (tan ${\delta}$) of the composites was affected by the type of ceramics and the crystallinity of polymers. For the composites with same amount of ceramics, the K was decreased and the tan ${\delta}$ was increased with the particle size of ceramics. Also, the dielectric properties of the composites were dependent on the multilayer structures with different arrangements. Several theoretical models have been employed to predict the effective dielectric properties of the composites. The frequency dependence of dielectric properties and the temperature coefficient of resonant frequency (TCF) of the composites were also discussed.

ZnO nanowires have been fabricated by vapor-liquid-solidification with hot-walled pulsed laser deposition method. The diameter of ZnO nanowire has been systematically controlled simply by changing the thickness of Au catalyst. Field effect transistors with different diameter have been fabricated by using photolithography and e-beam lithography. The threshold voltage of ZnO nanowire FET showed enhanced mode and depleted mode depending on the diameter of ZnO nanowires. This is mainly due to the change of the carrier concentration depending on the size of nanowires. We have fabricated ZnO nanowire inverters using nanowire FETs. This simple method to fabricate ZnO nano-inverter will be useful to open the possibility of ZnO nanoelectronic applications.

타이타늄의 내부식 특성은 분해하기 어려운 산화물의 보호피막을 형성 함으로서 무독성의 생체친화적 성질을 가지고 있어 심장밸브, 인공 뼈 등 신체 조직의 이식에 사용될 만큼 인체에 무해한 금속으로 의료용으로 많이 응용되고 있다. 본 강연에서는 생체재료로써 의료용 타이타늄의 적용현황을 소개하고, 이를 통해 타이타늄의 가치를 다시 한번 재고하고자 한다. 타이타늄 임플란트에서 그 표면과 골사이의 골유착(osseointegration)은 성공적인 임상결과를 얻기 위한 중요한 요소 중의 하나이다. 1960년대에는 기계가공 된 매끈한 형태의 타이타늄 표면을 시작으로 골유착을 얻고자 하였다. 이러한 시도를 통해 임플란트가 점차 대중화 되면서 1980년대 부터 타이타늄 표면과 골과의 유착을 조기에 실현하고, 골유착 강도를 강화하기 위해 다양한 표면기술이 개발 되기 시작하였다. 크게는 1. 표면적 증대 기술, 2. 화학적 방식을 통한 표면기술, 3. 생체활성 유도형 표면기술, 4. 서방출 등을 응용한 골유도 및 활성 조절형 표면기술 등이 개발되어 제품화 되거나 그 연구가 진행 중에 있다. 다양한 표면기술에 대한 흐름을 이해하고 이에 대한 장, 단점을 이해함으로써 앞으로 기술적으로 극복해 나가야 할 과제를 제시하고자 한다. 또한 다양한 표면기술에 대한 유효성과 그에 대한 중, 장기 안전성에 대한 중요성을 이해하고 이를 평가하기 위한 여러 가지 절차와 방법 소개를 통해 신뢰성 있는 연구개발이 될 수 있기 바란다.

III-nitrides have attracted much attention for optoelectronic device applications whose emission wavelengths ranging from green to ultraviolet due to their wide band gap. However, due to the strong polarization properties of conventional c-plane III-nitrides, the built-in polarization-induced electric field limits the performance of optical devices. Therefore, there has been a renewed interest in the growth of nonpolar III-nitride semiconductors for polarization free heterostructure optoelectronic and electronic devices. However, the crystal and the optical quality of nonpolar/semipolar GaN have been poorer than those of conventional c-plane GaN, resulting in the relative poor optical and electrical properties of light emitting diodes (LEDs). In this presentation, I will discuss the growth and characterization of high quality nonpolar a-plane and semipolar (11-22) GaN and InGaN multiple quantum wells (MQWs) grown on r- and m-plane sapphire substrates, respectively, by using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) without a low temperature GaN buffer layer. Especially, the epitaxial lateral overgrowth (ELO) technique will be also discussed to reduce the dislocation density and enhance the performance of nonpolar and semipolar GaN-based LEDs.

Controlling the morphology of a metal nanocrystal is critical to modern materials chemistry because its physical and chemical properties can be easily and widely tuned by tailoring the size and shape. Combined with ease of synthesis and processing, metal nanocrystals with desired morphologies and thus properties are promising candidates for a wide variety of applications in catalysis, sensing, imaging, electronics, and photonics, and medicine. In this talk, I would like to introduce my recent research results on the shape-controlled synthesis of metal nanocrystals using a simple aqueous method. This water-based system provides a number of merits such as simplicity, convenience, and the potential for large-scale production and enables us to synthesize metal nanocrystals with a rich variety of shapes such as truncated octahedron, cubes, bars, octahedrons, and thin plates. The ability to control the shape of metal nanocrystals provides a great opportunity to systematically investigate their catalytic and optical properties.

에어로졸 데포지션(Aerosol deposition) 기술은 상온에서 초음속 유동을 통해 분사된 미세 입자가 기판에 충돌하면서 강력한 결합을 형성하는 방식으로 코팅이 이루어진다. 이 방법은 별도의 소결과정 없이 상온에서도 조밀하고 균일한 박막을 형성할 수 있다. 또한 세라믹, 금속 재질의 다양한 입자를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 금속, 유리 기판등에 적용이 가능하다. 본 논문은 이러한 에어로졸 데포지션 기술을 이용하여 광촉매 효과가 뛰어난 $TiO_2$ 입자를 대면적 코팅에 적용가능한 초음속 노즐을 통해 분사하여 ITO기판 위에 박막을 형성하였다. $TiO_2$ 입자의 크기, 기판의 이송 속도와 왕복횟수, 공급 유량 등이 코팅면의 특성과 조성 등에 미치는 영향을 분석하였다. $TiO_2$ 박막층의 형상과 두께는 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인하였고, X-ray diffraction (XRD)를 이용하여 코팅 입자와 박막 층의 조성을 각각 확인하였다. 에어로졸 데포지션을 이용한 $TiO_2$ 코팅층은 염료감응형 태양전지(DSSC), 자정작용(self-cleaning), 살균작용(antibacterial effect) 등의 적용분야에 적용 가능할 것으로 판단된다.

산업의 발달과 더불어 수송기기를 포함한 각종 구조물의 경량화에 따라 피로파괴에 대한 관심이 높아지고 있다. 과거에는 피로균열생성과 피로균열전파를 구분하지 않는 S-N (stress-cycles to failure) 피로 개념을 이용하여 구조재의 피로 거동을 이해하고자 하였다. 그러나 최근에는 모든 구조물에는 균열이 존재한다는 가정에서 시작된 파괴역학(fracture mechanics)에 기초한 피로균열성장 개념을 이용하여 피로에 대한 저항성이 큰 구조재를 개발하고 있으며, 구조물의 피로수명을 예측하고 있다. 본 발표에서는 미세조직, 인장특성, 용접이나 부식 환경 등이 금속의 피로 및 피로균열성장(fatigue crack propagation)에 미치는 영향에 대한 논하고자 한다.

Reliability and degradation mechanism of conventional phosphor-converted white GaN-based light-emitting diodes (LEDs) were investigated. Under electro-thermal stress condition, the optical output degraded rapidly at the initial stress time accompanied by the change of chromatic properties. This could be attributed to the optical degradation of packaged materials, in particular, the browning of encapsulants and the darkening of reflective packages. At longer stress times, the optical output gradually decreased according to the degree of the reverse leakage currents, namely, the generation ofnonradiative recombination defects. This indicates that the optical degradation of white LEDs are dominated by the darkening of packaged materials and the generation of defects depending on the injection current and ambient temperatures. Using analyses of electroluminescence spectra, optical microscopy, electrical, optical, and thermal properties, optical degradations of white LEDs are discussed.

최근 화석연료를 대체하기 위한 지속가능한 신에너지에 대한 요구가 증대됨에 따라 태양광 발전에 대한 연구도 폭발적으로 늘어가고 있는 추세이다. 태양광이 화석연료 대체에너지로 실효성을 가지기 위해서는 태양광 발전 시스템의 발전효율을 높이고 생산 비용을 저감하는 문제가 선결되어야 한다. 기존 실리콘 태양전지 시스템 설비 비용의 60% 이상을 차지하는 모듈의 제조과정에서 소재 손실을 최소화함으로써 저가격화를 실현하고자 박막형 태양전기 기술이 태동되었다. 현재 박막 태양전지와 관련하여 활발한 기술 개발이 진행되고 있으며 상당한 시장 점유율을 보이고 있는 실정이다. 박막 태양전지 분야에서 CIGS와 같은 화합물 반도체 박막 태양전지 시장이 확대되고 있는 실정을 고려한다면 실리콘 박막 태양전지의 경우 고효율화 저가격화 달성은 더욱 절실한 문제이다. 실리콘 박막의 경우 독성이 없으며 고갈 우려가 없는 소재이면서 기존의 직접회로 산업의 인프라 구조를 활용할 수 있어 많은 기대와 관심을 끌고 있는 박막 태양전지 후보이다. 박막 태양전지 제조에 있어서 핵심기술은 도핑된 실리콘층과 광흡수를 위한 진성 실리콘층을 합성하는 공정 기술이다. 현재 박막 태양전지 산업에서 실리콘 박막 소재의 합성은 주로 PECVD법에 의해 이루어지고 있다. 그러나 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막 합성 연구 또한 20년 이상의 오랜 기간 동안 연구되어 오고 있다. 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막합성는 독성 가스를 사용하지 않으며, 디스플레이와 같은 기존의 소자 공정 기술을 채용할 수 있다는 장점을 가지고 있어 주목 받고 있다. 실제로 반응성 마그네트론 스퍼터링에 의해 제조된 실리콘 박막은 PECVD공정에 의한 실리콘 박막에 상응하는 우수한 광전자적 특성을 보인다. 스퍼터 공정에서는 박막 성장을 위한 수송 물질들이 열적 평형 상태에 근접한 라디칼들이라기 보다 대부분 고에너지 원자종과 이온들이 주류를 이루고 있어 합성된 실리콘 박막의 결함 제어가 어렵다는 문제가 있다. 박막 합성 기구의 규명을 통하여 이러한 문제를 해결하기 위한 시도들이 이루어 지고 있으며, 본 발표를 통하여 스퍼터 공정을 이용한 태양전지용 실리콘 박막 합성기술에 대한 현황을 소개하고자 한다.

This presentation will include an overview of III-Nitride LED technology, applications, key areas for future improvements, challenges such as efficiency droop. GaN-based high-power light-emitting diodes (LEDs) suffer from high-current loss mechanisms that lead to a significant decrease in internal quantum efficiency at high drive currents, a well-known phenomenon commonly referred to as efficiency droop. Although many attempts have been made to uncover this LED's darkest secret, there is still a lack of consensus on the dominant mechanism responsible for this detrimental phenomenon. In this presentation, proposed origins and corresponding solutions to the droop-causing mechanisms will be reviewed and discussed.

The tungsten oxide wire-like nanostructure is fabricated by deposition and thermal oxidation of tungsten metal on porous single wall carbon nanotubes (SWNTs). The morphology and crystalline quality of materials are investigated by SEM, TEM, XRD and Raman analysis. The results prove that $WO_3$ wire-like nanostructure fabricated on SWNTs show highly porous structures. Exposure of the sensors to NH3 gas in the temperature range of 150~300$^{\circ}C$ resulted in the highest sensitivity at $250^{\circ}C$ with quite rapid response and recovery time. Response time as a function of test concentrations and NH3 gas sensing mechanism is reported and discussed.

반도체형 가스센서의 가스 감응은 산화물 표면과 주변 가스와의 화학적 반응에 기인한 것이므로 나노 크기의 감응물질 입자를 합성하여 비표면적을 넓히려는 연구가 많이 진행되어 왔다. 일반적으로 감응 물질의 크기가 나노 스케일로 감소하면 가스 감응 특성이 증가하지만, 심한 응집으로 가스 확산이 어려워 가스 감응 특성이 저하되게 된다. 따라서 비표면적이 크면서도 응집이 덜한 나노 구조체가 산화물 가스 센서에 이용되어 왔다. 특히 중공구조는 응집이 적고 가스확산이 용이하며 큰 비표면적을 가지기 때문에 널리 연구되어진 나노구조체이다. 한편 산화철은 친환경적인 n-type 반도체로써 에너지 저장소, 촉매, 리튬-이온 배터리의 양극물질, 가스센서 등의 응용분야에 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 Solvothermal에 의한 자기조립 방법으로 산화철 중공구조를 합성하고 기능화를 위해 귀금속 촉매인 Pt를 첨가하였다. $400^{\circ}C$에서 에탄올 가스에 대한 가스 감응 측정을 통해 대조군인 산화철 응집체와 나노 스케일의 구에 비해 중공구조가 가스 감응에 유리함을 보고한다.

We investigated the atomic layer deposition (ALD) process for nitrogen doped ZnO and the application for n-ZnO : N/p-Si (NW) coaxial hetero-junction photodetectors. ALD ZnO:N was deposited using diethylzinc (DEZ) and diluted $NH_4OH$ at $150^{\circ}C$ of substrate temperature. About 100~300 nm diameter and 5 um length of Si nanowires array were prepared using electroless etching technique in 0.108 g of $AgNO_3$ melted 20 ml HF liquid at $75^{\circ}C$. TEM images showed ZnO were deposited on densely packed SiNW structure achieving extraordinary conformality. When UV (360 nm) light was illuminated on n-ZnO:N/p-SiNW, I-V curve showed about three times larger photocurrent generation than film structure at 10 V reverse bias. Especially, at 660 nm wave length, the coaxial structure has 90.8% of external quantum efficiency (EQE) and 0.573 A/W of responsivity.

최근 주목 받고 있는 산화아연(ZnO)은 레이저 다이오드, 가스 센서, 자외선 센서, 투명전극 등으로 다양하게 사용될 수 있어 연구개발이 폭 넓게 이루어지고 있는 상황이다. 특히, 3.3 eV의 direct bandgap 에너지를 가지고 있는 ZnO은 현재 자외선센서로 많이 적용되고 있는 물질인 GaN계열을 대체할 수 있는 유망한 물질로 주목 받고 있다. 공기중의 산소나 수분의 표면반응에 의한 자외선 측정을 하는 ZnO을 나노선으로 만들게 되면, 표면대비 부피비가 박막에 비해 급격히 증가하기 때문에 민감도가 커지고 반응시간이 짧아지게 된다. 본 연구에서는 자외선센서의 민감도와 반응성을 향상시키기 위해 전기화학적 합성법을 통해 ZnO의 박막과 나노선을 제조하였다. 사진공정을 통해 3 ${\mu}m$의 간격을 가진 금(Au) 전극을 만든 후, 전기화학적 합성법을 통해 아연이온이 포함된 용액에서 정전류를 흘려보내 아연 또는 ZnO을 증착시킬 수 있었다. 첫 번째로 ZnO을 양쪽 Au 전극에서 동시에 증착하여 두 박막이 접합하였고, 두 번째는 100nm의 지름을 가진 Ni 나노선를 전극 양쪽에서 자석을 통해 자기장을 형성해 정렬시키고 ZnO을 Au 전극과 Ni 나노선에 증착한 후, Ni 나노선를 산화시킴으로써, ZnO 나노구조를 형성하였다. 세 번째로는 Au 전극 양쪽에 아연을 전기화학적 합성을 하여 박막으로 증착하고 고온에서 산화과정을 통해 100 nm 이하의 지름을 가진 ZnO 나노선를 형성하였다. 이렇게 만들어진 세가지 구조의 ZnO의 나노구조와 결정성은 주사전자현미경과 X선 회절 분석기를 통해 측정하였으며, 자외선에 대한 민감도와 반응성은 365 nm의 파장을 가진 자외선발생기와 소스미터장치를 통해 측정하였다. 박막에서 100 nm 이하의 지름을 가진 ZnO 나노선로 갈 수록 자외선에 대한 민감도와 반응성이 향상되었다.

본 연구에서는 저저항/고투과 플렉시블 투명 전극 개발을 위해 금속 그리드가 적용된 투명 전극을 개발하였다. Lift off 공정을 도입하여 플렉시블 PET 기판 위에 Ag grid를 성막하고 이후 연속 공정이 가능한 Roll-to-Roll sputtering system을 이용하여 최적화된 ITO(40nm)/Ag(12nm)/ITO(40nm) 다층 투명 전극을 성막하였다. 제작된 플렉시블 투명 전극의 전기적, 광학적, 구조적 특성 및 기계적/전기적 안정성 평가를 위해 four-point probe measurement, Hall effect measurement, UV/Vis spectrometer, scanning electron microscopy 및 bending tester를 이용하여 각각의 특성을 분석하였다. Ag grid가 적용된 ITO/Ag/ITO 투명 전극에서 Ag의 배선 간격이 0.75 mm일 때 0.18 ohm/sq. 의 낮은 면 저항과 가시광선 영역에서 80% 이상의 높은 투과율을 나타내었으며, 이러한 저저항 및 고투과율 특성으로 인해 최적화된 배선 간격 0.75 mm에서 $538.11{\times}10^{-3}\;ohm^{-1}$의 매우 높은 figure of merit ($T^{10}/R_{sh}$) 값을 확보할 수 있었다. 기계적 응력에 따른 전기적 안정성 특성 분석 결과 5,000회 이상의 bending cycle 에서도 초기 저항 값과 유사한 전기적 특성을 나타냄으로써 Ag grid가 적용된 ITO/Ag/ITO 플렉시블 투명 전극의 기계적 응력에 따른 전기적 안정성을 확인할 수 있었다. Ag grid가 적용된 ITO/Ag/ITO 투명 전극의 투명 안테나 적용 가능성을 타진하기 위해 low band 및 high band 영역에서의 안테나 효율을 측정하였으며, 모든 영역에서 상용화된 copper 안테나와 유사한 효율을 나타내었다. Ag grid를 이용한 플렉시블 투명 전극의 저저항/고투과율 특성은 플렉시블 광전소자의 투명 안테나로의 적용 가능성을 나타낸다.

비휘발성 저항 메모리소자인 ReRAM은 간단한 소자구조와 빠른 동작특성을 나타내며 고집적화에 유리하기 때문에 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항메모리소자 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 박막은 이성분계 산화물로써 조성비가 간단하고, 빠른 동작특성을 나타내며, 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 또한 가시광선 영역에서 광학적으로 투명한 특성을 보이기 때문에 투명소자 응용에도 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Metal/Insulator/Metal (Al/ZnO/Al) 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. Radio frequency (RF) sputter를 이용하여 ZnO 박막을 합성하고 박막의 결정성을 평가하였으며, resistive switching 효과를 관찰하였다. 합성된 박막 내부의 결정성은 메모리 구동 저항에 영향을 주며, 이를 제어하여 신뢰성있는 메모리 효과를 얻을 수 있었다. 특히 박막의 두께를 제어함으로써 구동전압의 변화를 관찰하였으며 소자에 적합한 두께를 평가할 수 있었다. 또한, ZnO 박막 내의 결함에 따른 on/off 저항의 변화를 관찰할 수 있었다. 제작된 저항 메모리소자는 unipolar 특성을 보였으며, 높은 on/off 저항의 차이를 유지하였다. Scanning electron microscope(SEM)을 통해 합성된 박막의 형태를 평가하였고, X-ray diffraction (XRD) 및 transmission electron microscopy (TEM)을 통해 결정성을 평가하였으며, photoluminescence (PL) spectra 분석을 통하여 박막 내부의 결함 정도를 평가하였다. 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

Resistance random access memory (ReRAM) is a promising candidate for next-generation nonvolatile memory because of its advantageous qualities such as simple structure, superior scalability, fast switching speed, low-power operation, and nondestructive readout. We investigated the resistive switching behavior of tantalum oxide that has been widely used in dynamic random access memories (DRAM) in the present semiconductor industry. As a result, it possesses full compatibility with the entrenched complementary metal-oxide-semiconductor processes. According to previous studies, TiN is a good oxygen reservoir. The TiN top electrode possesses the specific properties to control and modulate oxygen ion reproductively, which results in excellent resistive switching characteristics. This study presents fully room temperature fabricated the TiN/$TaO_x$/Pt devices and their electrical properties for nonvolatile memory application. In addition, we investigated the TiN electrode dependence of the electrical properties in $TaO_x$ memory devices. The devices exhibited a low operation voltage of 0.6 V as well as good endurance up to $10^5$ cycles. Moreover, the benefits of high devise yield multilevel storage possibility make them promising in the next generation nonvolatile memory applications.

ReRAM은 metal-oxide-metal구조로 차세대 비활성 메모리를 대체하기 위하여 연구되어왔다. ReRAM은 낮은 전력 소모와 다른 두 저항상태 사이의 높은 scalability를 갖는 장점이 있지만 높은 reset전류와 일정하지 않은 저항 값을 갖고 있어 실용화에 어려움을 겪고 있다. 저항변화현상의 메커니즘은 일반적으로 일정 전압이 가해 졌을 때, MIM 구조의 산화물 내에서 필라멘트가 형성되었다 파괴되는 것으로 알려져 있다. 저항스위칭 메모리의 작동능력을 증진시키기 위해서는, oxide층의 두께조절, 산화층과 electrode 사이의 계면 특성 연구가 필요하다. 본 연구에서는, 전기화학증착법을 이용하여 Au-NiO-Au segmented 나노와이어 구조를 만들었다. 전기화학증착 방법을 이용하면 에칭 손상없이 간단하게 나노 구조체를 형성 할 수 있고, 나노 사이즈로 제작된 산화층이 전도성 필라멘트가 형성되는 영역을 제한하여 reset전류를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 열처리 과정에서 Au가 NiO부분에 diffusion되는 현상을 이용하여 doping에 따른 switching 변화 특성도 관찰하였다.

B-site substitution with isovalent and donor impurities was compared in terms of the piezoelectric properties of Bi-based ABO3 perovskite ceramics. X-ray diffraction study revealed that both impurities bring about degradation in their ferroelectric properties as well as piezoelectric characteristics. However, there existed a difference between the isovalent and heterovalent impurities that influence a phase transformation of ferroelectric anisotropic-to-electrostrictive pseudocubic symmetry. Based upon analyses including the crystal, microstructure, dielectric, ferroelectric properties, we believed that A-site vacancies in the ABO3 ceramic significantly contribute to a ferroelectric-nonpolar phase transition, which give rise to lead to a giant strains. The present paper will discuss the origin of giant strains in Bi-based perovskite ceramics.

Multiferroic thin films with composition $0.9BiFeO_3-0.1Ba(Cu_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ were epitaxially grown by pulsed laser deposition on $SrRuO_3(001)/SrTiO_3$ (000) substrate $0.9BiFeO_3-0.1Ba(Cu_{1/3}Nb_{2/3})O_3$, which is assumed to be morphotropic phase boundary (MPB), that showed superior dielectric, ferroelectric and magnetic properties in our study on polycrystalline films. The structures of epitaxially grown films were characterized by means of XRD. From P-E measurements, samples exhibited typical ferroelectric hysteresis loops and large remnant polarization, whose value is much larger than those of pure BFO film. The enhancement of dielectric, ferroelectric, magnetic properties was attributed to the structural distortion induced by the BCN addition and the high physical stress effect.

태양광을 이용하는 태양전지의 경우, 태양전지에 도달하는 입사광량은 태양전지의 효율과 직접적인 연관이 있다. 이러한 입사광량을 증가시키기 위해서 다양한 연구가 진행되고 있다. 표면에서의 광손실을 줄이기 위해 반사방지층을 형성하고, 광경로 확장 및 광트랩을 위한 기판 텍스처링 방법은 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 꾸준히 연구되어 왔다. 본 연구에서는 불규칙적인 배열을 갖는 마이크로-나노급 패턴을 박막 태양전지용 유리기판 위에 형성함으로써 기판의 확산 투과율을 향상시키고, 광확산에 의한 내부 광경로 확장 효과로 태양전지의 효율을 증가시키고자 한다. 박막 태양전지용 유리기판에 불규칙적인 배열을 갖는 마이크로-나노급 패턴을 형성하기 위해, 기존의 패턴 형성 기술에 비해 공정이 간단하고 비용이 저렴한 나노 임프린트 리소그래피 기술을 이용하였다. 실험순서는 제작된 마스터 템플릿의 확산 패턴을 역상을 복제 하여 임프린트용 mold를 제작하고, 이 mold를 이용하여 박막 태양전지용 유리기판 위에 확산 패턴을 형성하였다.

현재 발광 소자, 태양전지, 디스플레이 등의 산업 분야에서는 저반사 나노 패턴, 광결정 패턴, 초소수성 나노 구조 등을 적용하여 소자의 효율을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 하지만 이러한 기능성 패턴 제작을 위해서는 기능성 소재의 증착, 노광 공정, 식각 등의 복잡하고 고가인 공정이 필요하기 때문에 실제 적용이 어려운 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 나노 입자가 분산된 레진을 직접 임프린팅하는 저비용의 간단한 공정으로 나노 크기에서 마이크론 크기에 이르는 다양한 기능성 패턴을 제작하였다. 구체적으로, ZnO 나노 입자를 PMMA 레진에 분산하여 나노 입자 솔루션을 제작하였고 열경화 임프린트 공정을 통해서 Si 및 글래스 기판 위에 micron 및 sub-micron 급의 격자 패턴을 형성하였다. 이후 레진에 포함되는 ZnO 나노 입자 함량비에 따른 굴절률 및 투과도와 표면 거칠기에 따른 접촉각 측정을 통해서 기능성 패턴의 광학특성 및 표면특성을 분석하였다.

We have investigated frequency dependant conductivity (or permittivity) of low dimensional oxide structures represented by [($Sr_{0.75}$, $La_{0.25}$)$TiO_3$]$_1$/1$[SrTiO_3]_n$ superlattices. The low dimensional oxide superlattice was made by cumulative stacking of one unit cell thick La doped $SrTiO_3$ and $SrTiO_3$ with variable thickness from 1 to 6 unit cell, i,e, [($Sr_{0.75}$, $La_{0.25}$)$TiO_3$]$_1$/$[SrTiO_3]_n$ (n=1, 2, 3, 4, 5, 6). We found two kinds of relaxation when n is 3 and 4, while, inductance component was observed at n=1. This behavior can be explained by electron modulation in ($Sr_{0.75}$, $La_{0.25}$)$TiO_3/SrTiO_3$ superlattices. When n is 1, electrons by La doping well extend to un-doped layer. Therefore, the transport of superlattices follows bulk-like behavior. On the other hand, as n increased, the doped electrons became two types of carrier: one localized and the other extended. These results in two kinds of transport phase. At further increase of n, most of doped electrons are localized at the doped layer. This result shows that dimensionality of the oxide structure significantly affect the transport of oxide nanostructures.

39 K의 임계온도를 갖는 $MgB_2$ 초전도체를 이용한 전력에너지와 MRI 의료 기기로의 응용 가능성이 높아지고 있다. $MgB_2$ 초전도체 제조에 있어서 마그네슘과 반응성이 좋은 비정질의 붕소 원료 분말 가격이 비싼 반면 상대적으로 경제적인 결정질 분말의 기계적 밀링 공정을 이용하여 비정질화와 나노 입자로의 크기 감소 효과를 얻을 수 있다. 또한 탄소를 이용한 붕소 치환으로부터 고 자기장하에서 초전도 임계 성질을 향상시키고자 유, 무기물 형태의 여러 가지 탄소 소스를 개발하는 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 저가의 95~97% 순도, 약 1 ${\mu}m$ 이하 크기를 갖는 준결정상의 붕소 분말을 이용하여 기계적 밀링에 따른 붕소 분말의 비정질화 및 입자 나노화, $MgB_2$ 반응성 향상, $MgB_2$ 결정립 크기 감소 및 결정립계 피닝 증가에 의한 초전도 임계 물성 향상에 대하여 알아보았다. 또한 여러 시간 동안 밀링된 각 붕소 분말에 액체 글리세린을 이용한 탄소 도핑 전처리를 통하여 밀링 시간의 최적화를 알아보았고 이로부터 제조된 $MgB_2$ 초전도 벌크의 경우 적절한 임계온도 감소, 격자 왜곡 결함과 높은 결정립계 밀도 등에 의한 플럭스 피닝 향상으로 $MgB_2$ 초전도체의 임계전류밀도 및 비가역자기장이 증가함을 알 수 있었다. 즉, 경제성 있는 저급의 준결정상을 갖는 붕소 원료 분말의 입자 비정질 나노화 및 탄소 도핑 전처리를 통하여 $MgB_2$ 초전도 임계 물성을 향상시킬 수 있었다.

반도체 생산공정에서 CMP (Chemical-mechanical planarization) 공정은 우수한 전기전도성 재료인 Cu의 사용과 다층구조의 소자를 형성하기 위해서 도입되었으며, 최근 소자의 집적도가 증가함에 따라 CMP 공정 비중은 점점 높아지고 있다. Cu CMP 공정에서 연마제인 슬러리는 금속 표면과의 물리적 화학적 반응을 동시에 사용하여 표면을 연마하게 되며, 연마특성을 향상시키기 위해 산화제, 부식방지제, 분산제 및 다양한 계면활성제가 첨가된다. 하지만 슬러리는 Cu 표면을 평탄화하는 동시에 오염입자, 유기오염물, 스크레치, 표면부식 등을 발생시키며 결과적으로 소자의 결함을 야기시킨다. 특히 부식방지제로 사용되는 BTA (Benzotriazole)은 Cu CMP 공정 중 Cu-BTA 형태로 표면에 흡착되어 오염원으로 작용하며 입자오염을 증가시시고 건조공정에서 물반점 등의 표면 결함을 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Cu 표면에서 식각과 부식반응을 최소화하며, 오염입자 제거 및 유기오염물을 효과적으로 제거하기 위한 Post-CMP 세정 공정과 세정액 개발이 요구된다. 본 연구에서는 오염입자 및 유기물 제거와 동시에 표면 거칠기와 부식현상을 제어할 수 있는 post Cu CMP 세정액을 개발 평가하였다. 오염입자 및 유기오염물을 제거하기 위해서 염기성 용액인 TMAH 사용하였으며, Cu 이온을 용해할 수 있는 Chelating agent와 표면 부식을 억제하는 부식 방지제를 사용하여 세정액을 합성하였다. 접촉각 측정과 FESEM(field Emission Scanning Electron Microscope) 분석을 통하여 CMP 공정에서 발생하는 유기오염물과 오염입자의 흡착과 제거를 확인하였으며 Cu 웨이퍼 세정 전후의 표면 거칠기의 변화와 식각량을 AFM(Atomic Force Microscope)과 4-point probe를 사용하여 각각 평가하였다. 또한 세정액 내에서의 연마입자의 zeta-potential을 측정 및 조절하여 세정력을 향상시켰다. 개발된 세정액과 Cu 표면에서의 화학반응 및 부식방지력은 potentiostat를 이용한 전기화학 분석법을 통해서 chelating agent와 부식방지제의 농도를 최적화 시켰다. 개발된 세정액을 적용함으로써 Cu-BTA 형태의 유기오염물과 오염입자들이 효과적으로 제거됨을 확인하였다.

최근 산업에서는 산업의 고도화로 인한 환경오염이 큰 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안 중, 친환경소재에 대해 연구가 활발히 진행하고 있다. 연잎의 자기세정효과(self-cleaning effect)에 관한 연구는 이러한 친환경소재에 대한 연구 중 하나이다. 연잎의 표면은 마이크로 크기의 돌기와 나노 크기의 왁스의 dual-scale의 구조로 이루어져 있으며, 왁스의 경우 소수성을 가진다. 이러한 dual-scale 구조와 소수성의 왁스에 의해 초소수성이 발현되고, 결과적으로 연잎의 자기세정효과가 발현된다. 본 연구에서는 나노임프린트 리소그래피와 수열합성법을 이용한 나노로드 성장을 이용하여, 연잎의 dual-scale의 표면구조를 형성하는 실험을 진행하였다. 나노임프린트 리소그래피와 수열합성법은 다른 공정에 비하여 상대적으로 적은 비용을 필요로 하고, 대면적에 적용이 가능한 기술이다. 실험 진행은 먼저 silicon 마스터 스탬프를 역상으로 복제한 PDMS (Polydimethylsiloxane) 스탬프와 $TiO_2$ sol을 이용하여 기판 위에 $TiO_2$ gel 패턴을 형성한 후, 열처리 과정을 통해 $TiO_2$ gel 패턴을 결정화한다. 다음으로 결정화된 $TiO_2$ 패턴 기판을 수열합성 방법을 이용하여 $TiO_2$ 나노로드를 무작위적으로 형성하였다. 마지막으로 소수성을 갖는 자기 조립 단분자막 용액을 이용하여 소수성 표면처리를 한 후 접촉각을 측정하였다. 본 연구에서 개발한 기술을 이용하여 다양한 형태의 기판에 초소수성 표면을 형성할 수 있고, 자기세정효과를 갖는 표면을 구현할 수 있다.

CMP (Chemical-Mechanical Planarization) 공정이란 화학적 반응과 기계적 힘을 동시에 이용하여 표면을 평탄화하는 공정으로, 반도체 산업에서 회로의 고집적화와 다층구조를 형성하기 위해 CMP 공정이 도입되었으며 반도체 패턴의 미세화와 다층화에 따라 CMP 공정의 중요성은 더욱 강조되고 있다. CMP 공정은 압력, 속도 등의 공정조건과, 화학적 반응을 유도하는 슬러리, 기계적 힘을 위한 패드 등에 의해 복합적으로 영향을 받는다. CMP 공정에서, 폴리우레탄 패드는 많은 기공들을 포함한 그루브(groove)를 형성하고 있어 웨이퍼와 직접적으로 접촉을 하며 공정 중 유입된 슬러리가 효과적으로 연마를 할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 하지만, 공정이 진행 될수록 그루브는 손상이 되어 제 역할을 하지 못하게 된다. 패드 컨디셔닝이란 컨디셔너가 CMP 공정 중에 지속적으로 패드 표면을 연마하여 패드의 손상된 부분을 제거하고 새로운 표면을 노출시켜 패드의 상태를 일정하게 유지시키는 것을 말한다. 한편, 금속박막의 CMP 공정에 사용되는 슬러리는 금속박막과 산화반응을 하기 위하여 산화제를 포함하는데, 산화제는 금속 컨디셔너 표면을 산화시켜 부식을 야기한다. 컨디셔너의 표면부식은 반도체 수율에 직접적인 영향을 줄 수 있는 scratch 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 컨디셔너의 수명도 저하시키게 되므로 이를 방지하기 위한 노력이 매우 중요하다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 연마 잔여물 흡착을 억제하고, 슬러리와 컨디셔너 표면 간에 일어나는 표면부식을 방지하기 위하여 소수성 자기조립 단분자막(SAM: Self-assembled monolayer)을 증착하여 특성을 평가하였다. SAM은 2가지 전구체(FOTS, Dodecanethiol를 사용하여 Vapor SAM 방법으로 증착하였고, 접촉각 측정을 통하여 단분자막의 증착 여부를 평가하였다. 또한 표면부식 특성은 Potentiodynamic polarization와 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 등의 전기화학 분석법을 사용하여 평가되었다. SAM 표면은 정접촉각 측정기(Phoenix 300, SEO)를 사용하여 $90^{\circ}$ 이상의 소수성 접촉각으로써 증착여부를 확인하였다. 또한, 표면에너지 감소로 인하여 슬러리 내의 연마입자 및 연마잔여물 흡착이 감소하는 것을 확인 하였다. Potentiodynamic polarization과 EIS의 결과 분석으로부터 SAM이 증착된 표면의 부식전위와 부식전류밀도가 감소하며, 임피던스 값이 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 SAM을 증착 하였고, CMP 공정 중 발생하는 오염물의 흡착을 감소시킴으로써 CMP 연마 효율을 증가하는 동시에 컨디셔너 금속표면의 부식을 방지함으로써 내구성이 증가될 수 있음을 확인 하였다.

The demand for Ru has been increasing in the electronic, chemical and semiconductor industry. Chemical mechanical planarization (CMP) is one of the fabrication processes for electrode formation and barrier layer removal. The abrasive particles can be easily contaminated on the top surface during the CMP process. This can induce adverse effects on subsequent patterning and film deposition processes. In this study, a post Ru CMP cleaning solution was formulated by using sodium periodate as an etchant and citric acid to modify the zeta potential of alumina particles and Ru surfaces. Ru film (150 nm thickness) was deposited on tetraethylorthosilicate (TEOS) films by the atomic layer deposition method. Ru wafers were cut into $2.0{\times}2.0$ cm pieces for the surface analysis and used for estimating PRE. A laser zeta potential analyzer (LEZA-600, Otsuka Electronics Co., Japan) was used to obtain the zeta potentials of alumina particles and the Ru surface. A contact angle analyzer (Phoenix 300, SEO, Korea) was used to measure the contact angle of the Ru surface. The adhesion force between an alumina particle and Ru wafer surface was measured by an atomic force microscope (AFM, XE-100, Park Systems, Korea). In a solution with citric acid, the zeta potential of the alumina surface was changed to a negative value due to the adsorption of negative citrate ions. However, the hydrous Ru oxide, which has positive surface charge, could be formed on Ru surface in citric acid solution at pH 6 and 8. At pH 6 and 8, relatively low particle removal efficiency was observed in citric acid solution due to the attractive force between the Ru surface and particles. At pH 10, the lowest adhesion force and highest cleaning efficiency were measured due to the repulsive force between the contaminated alumina particle and the Ru surface. The highest PRE was achieved in citric acid solution with NaIO4 below 0.01 M at pH 10.

수열합성법으로 제작된 ZnO 나노와이어는 저온 MBE (Molecular Beam Epitaxy) 방식과 달리 Ti, Au와 같은 촉매로 부터 성장이 끝난뒤 나노와이어 끝에 남는 촉매를 제거해야할 필요가 없으며, 저온에서 합성이 가능하기 때문에 현재 연구가 많이 되고 있는 방법중에 하나이다. 본 연구에서는 수열 합성법을 이용하여 금속촉매 또는 AZO로 seed를 형성한 후 기판 위에 균일한 크기의 ZnO 나노막대를 성장시키고 성장밀도 및 길이의 간편한 제어를 하였다. 이를 위해 계면활성제인 PEI (Polyethyleneimine) 첨가 및 Chloride ($Cl_-$)를 조절하여 ZnO 나노와어의 성장밀도를 조절 하고자 하였다. 실험방법으로는 전구체인 Zn(NO3)2${\cdot}$6H2O와 HMT에 Chloride 계열인 Ammonium chloride 와 Kcl 의 몰농도를 각각 조절하고 PEI를 첨가하여, ZnO 나노와이어를 성장하였다. 성장된 ZnO 나노와이어의 특성을 평가하기 위해 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용하여 광학적인 특성을 측정하였으며, 결정성을 조사하기 위해 X-ray diffraction (XRD)을 이용하여 분석하였다. 또한 scanning PL 장비를 통해 photoluminescence양을 측정하고 ZnO 나노와이어의 응용 가능성을 평가하였다.

나노와이어를 제작하는 많은 방법들 중에서 실리콘 기판을 무전해식각하여 실리콘 나노와이어를 제작하는 방법은 쉽고 간단하기 때문에 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 무전해식각법을 이용한 실리콘 나노와이어 합성은 단결정 실리콘 나노와이어를 합성할 수 있고, p 또는 n형의 도핑 정도에 따라 원하는 전기적 특성의 기판을 선택하여 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 n형으로 도핑된 기판으로 나노와이어를 제작하였을 경우 식각으로 인한 나노와이어 표면의 거칠기로 인하여, 실제로는 n형 반도체 특성을 나타내지 않는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 무전해식각법으로 합성한 n형 나노와이어의 거칠기를 조절하고 filed-effect transistor (FET) 소자를 제작하여 나노와이어의 전기적 특성변화를 확인하였다. n형 나노와이어의 거칠기를 조절하기 위하여 열처리를 통해 표면을 산화시켰고, 열처리 시간에 따른 나노와이어 FET 소자를 제작하여 I-V 특성을 관찰하였다. 이때 절연막과 나노와이어 계면 사이의 결함을 최소화 하기 위하여 나노와이어를 poly-4-vinylphenol (PVP) 고분자 절연막에 부분 삽입시켰다. 나노와이어 표면의 거칠기는 high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM)을 통하여 확인하였으며, 전기적 특성은 Ion/Ioff ratio, 이동도, subthreshold swing, threshold voltage 값 등을 평가하였다.

1차원 양자 구속 효과로 인해 우수한 전하 전송 특성을 갖는 나노선을 차세대 전자소자에 응용하기 위한 일환으로, 실리콘 기판 상에 동일한 실리콘 나노선을 성장하고 이의 미세구조 특징을 분석하였다. 실리콘 나노선은 Au 시드층을 형성한 후 화학기상증착법을 이용한 VLS (vapor-liquid-solid) 공법으로 성장시켰으며, 시드층의 크기에 따른 나노선의 구조 특성을 이미지 프로세싱을 통해 통계분석하였다. 성장된 실리콘 나노선의 결정구조와 성분을 고해상도 투과전자현미경과 EDAX를 이용하여 분석하였으며, 성장 온도 조건에 따른 나노선의 morphology 특성도 실시하였다. 그 결과 Au 시드층의 성분이 나노선과 기판의 계면에서 상당 부분 잔류함과, 성장된 나노선에는 쌍정 결함(twin defect) 등의 결정구조 변화가 수반됨을 알 수 있었다. 또한 금속 시드층의 평균 입도와 성장 온도 및 소스 가스 유량 조절함으로써 실리콘 나노선의 직경과 길이를 최적화 할 수 있었다. 이를 통해 향후 공정 스케일 다운의 한계 상황에 도달하고 있는 반도체 트랜지스터 소자를 대체할 수 있는 나노선 반도체 소자에 대한 공정기술 개발과 이를 이용한 다양한 응용 분야도 동시에 제시할 수 있게 되었다.

최근 나노기술의 비약적인 발전을 바탕으로 그 동안 구현이 쉽지 않았던 마이크로-나노 단위의 생체모사(biomimetics) 기술이 큰 각광을 받고 있다. 그 중에서도 특히 연잎 효과(lotus-effect)로 대표되는 접촉각 $150^{\circ}$ 이상의 초소수성(superhydrophobicity) 표면 구현은 생물, 화학, 물질 등의 다양한 분야에 있어 큰 사용가치를 가지기 때문에 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 초소수성을 가지는 표면을 구현하기 위해서는 표면의 화학적인 조성을 변화시켜 표면의 거칠기를 증대시키는 방법과 표면에너지를 낮추는 방법으로 구분될 수 있으며, 이를 위해 표면에 나노구조체를 형성시켜 표면 거칠기를 증대시키는 방법과 silane 계열의 자가-형성 단일막(Self-assembled monolayer)을 코팅하여 표면에너지를 낮추는 방법이 사용되어 왔다. 그러나 표면에 나노구조체를 형성시키는 과정에서 비싼 공정 비용이 발생하며, 대면적 구현이 쉽지 않다는 단점이 있으며, silane 계열의 자가-형성 단일막의 경우에는 제거가 쉽지 않아 추후 다양한 소자에의 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 무전해 식각법(Aqueous Electroless Etching)을 이용하여 대면적으로 합성시킨 실리콘 나노와이어의 표면 산소 흡착 처리를 통해 $156^{\circ}$ 이상의 초소수성 표면을 구현하였다. 액상 기반으로 형성된 실리콘 나노와이어의 표면은 열처리 공정을 통해 OH-기에서 O-기로 치환되어 낮은 표면에너지를 가지게 되며, 낮아진 표면에너지와 산화과정에서 증대된 표면 거칠기를 통해 Wenzel-state의 초소수성 표면 성질을 보였다. 변화된 나노와이어의 표면 거칠기는 주사전자현미경 (FE-SEM)과 주사투과현미경 (HR-TEM)을 통해 관찰되었다. 또한, 나노와이어의 길이와 열처리 공정 조건에 따라 나노와이어의 표면을 접촉각 $0^{\circ}$의 초친수성(superhydrophilicity) 특성부터 접촉각 $150^{\circ}$ 이상의 초소수성 특성까지 변화시킬 수 있었으며, 나노와이어의 길이에 따라 표면 난반사율을 조절하여 90% 이상의 매우 높은 흡수율을 가지는 나노와이어 표면을 구현할 수 있었다. 이러한 산소 흡착법을 이용한 초소수성 표면 구현은 기존 자가-형성 단일막 코팅을 이용한 방법에 비해 소자 제작 및 활용에 있어 매우 유리하며, 바이오칩, 수광소자 등의 다양한 응용 분야에 적용 가능할 것으로 예상된다.

Miniaturization of lenses has been widely researched by various scientific and engineering techniques. As a result, micro scaled lens structure could be easily achieved from various fabrication techniques; nevertheless it is still challenging to make nano scaled lenses. This paper reports a novel fabrication method of silicon nanotemplate for nanolens array. The inverse structure of nanolens array was fabricated on silicon substrate by reactive ion etching (RIE) process. This technique has a flexibility to produce different tip shapes using different pattern masks. Once the silicon nano-tip array structure is well-defined using an optimized recipe, it is followed by polymer molding to duplicate nanolens array from the template. Finally, the nanostructures formed on silicon nanotemplate and polymer replica were investigated using FE-SEM and AFM measurements. The nano scaled lens can be manufactured from the same template, also using other replication techniques such as imprinting, injection molding and so on.

반도체공정에서 Photo-lithography는 특정 광원을 사용하여 구현하고자 하는 패턴을 기판상에 형성하는 기술이다. 이러한 Photo-lithography 공정에서는 패턴이 형성되어 있는 마스크가 핵심적인 역할을 하며 반도체소자의 전체적인 성능을 결정한다. 이에 따라 Photo-lithography용 마스크에 사용되는 Blank 마스크는 Defect의 최소화 및 우수한 평탄도 등의 조건들이 요구되고 있다. 이러한 Blank 마스크 재료로 광원을 효율적으로 투과시키는 성질이 우수하고 다른 재료에 비해 열팽창계수가 작은 석영기판이 사용되고 있다. 석영 기반의 마스크는 UV Lithography에서 주로 사용되고 있으며 그 밖에 UV-NIL (Nano Imrpint Lithography), EUVL (Extreme Ultra Violet Lithography) 등에도 이용되고 있다. 석영기판을 가공하여 Blank 마스크로 제작하기 위해 석영기판의 Lapping/Polishing 등이 핵심기술이며 현재 일본에서 전량 수입에 의존하고 있어, 이에 대한 연구의 필요성이 절실한 상황이다. 본 연구에서는 Blank 마스크제작을 위한 석영기판의 Polishing 공정에 사용되는 Ceria Slurry의 특성 연구 및 이에 따른 연마평가를 실시하였으며 첨가제의 조건에 따른 pH/Viscosity/Stability 등의 물리적인 특성을 관찰하여 석영기판 Polishing에 효율적인 Ceria slurry의 최적조건을 도출했다. 또한, 조건에 따른 Slurry의 정확한 분석을 위해 Zeta Potential Analyzer를 이용하여 연마입자의 크기 및 Zeta Potential에 대한 평가를 실시한 후 연마제와 석영기판의 Interaction force를 측정하였다. 상기 실험에 의해 얻어진 최적화된 연마 공정 조건하에서 Ceria slurry를 사용하여 연마평가를 실시함으로써 Removal Rate/Roughness 등의 결과를 관찰하였다. 본 연구를 통해 반도체 photo mask 제작을 위한 Ceria slurry의 주요특성을 파악하고 석영기판의 Polishing에 효율적인 조건을 도출함으로써 Lithography 마스크를 효율적으로 제작할 수 있을 것으로 예상된다.

최근 중동정세의 변화와 유류 소비의 증가에 따른 유가의 급등과, 일본 지진사태로 일어난 원자력 발전의 안정성에 대한 문제로 인하여 안전하고 깨끗하게 에너지를 생산할 수 있는, 저탄소 녹색성장을 구현할 수 있는 신재생 에너지에 관련된 연구에 많은 관심이 모아지고 있다. 특히 태양광 에너지를 전기로 변환하여 사용하는 것은 최근 가장 큰 관심사 중 하나이다. 나노결정 Si (nc-Si) 박막은 이러한 광전자 산업 및 태양 에너지 분야에서의 폭넓은 응용 가능성으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 nc-Si 박막의 발광 특성은 비정질 박막내 Si 나노결정에 기인한 양자제한효과(quantum confinement effect)에 의한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 증착시 기판에 AC (alternating current) Bias를 인가하여 PE CVD 기법으로 nc-Si:H 박막을 증착하였다. H2와 SiH4를 각기 45, 20 sccm으로, 100 W의 RF 전압을 주어 플라즈마를 생성하였으며, 60~900 Hz의 주파수 범위에서 60 V의 Bias를 인가하여 박막을 증착하였다. 이들 박막의 결정 크기, 결정화도, 나노 구조 및 광학적, 화학적, 기계적 특성을 XRD, FT-IR, Raman spectroscopey, AFM, PL, Nano indenter 등을 사용하여 조사하였으며, 기판에 인가된 전압과 주파수에 따른 결정크기와 박막의 광학적 특성과 상관관계를 고찰하였다. Bias 전압에 따라 ~1에서 ~4 nm의 크기를 갖는 나노 크리스탈이 생성 되었으며, 최고 10%의 나노결정 분율을 가지는 박막을 증착하였다. 이는 광학적 특성에도 영향을 주어 PL (photoluminescence)의 피크는 470~710 nm의 영역에서 관찰되었다. 또한 AC-Bias의 영향으로 박막 내 응력 해소에도 영향을 주어 박막내 존재하는 응력이 결정에 미치는 영향도 알 수 있었다. 이번 발표에선 증착 조건에 따른 박막의 나노구조 및 광학적 특성의 변화와 이들 간의 상관관계를 발표하고자 한다.

구리는 현재 반도체 배선으로 가장 많이 사용되는 재료이다. 배선기술이 발전함에 따라 배선두께가 얇아지게 되었고 배선간의 간격 또한 좁아지게 되었다. 간격의 감소는 RC delay 문제점을 야기하였고 이를 해결하기 위해 배선 사이에 Low-k물질을 채우는 노력이 지속되었다. 이상적으로 가장 낮은 유전율을 나타내는 물질은 공기 즉, 아무것도 채우지 않는 것이다. 하지만 이렇게 되면 기계적인 문제가 발생하는데 이를 해결하기 위해서 구리의 강도를 향상시켜야 한다. 강도를 높이려면 Hall-Petch 관계에 의해 결정립의 크기를 작게 만들어야 한다. 그렇지만 이는 곧 전기전도도의 감소를 나타내기 때문에 소자의 구동에 문제가 되어왔다. 이 문제를 해결하기 위해 펄스전해증착을 통한 나노사이즈의 쌍정구조를 가지는 구리의 개발이 진행되었다. 나노쌍정구리는 결정립이 정합면으로 이루어져 있는 쌍정구조로 이루어져 있어 전기전도도의 감소를 최소화하고 강도를 비약적으로 향상시킬 수 있을뿐더러 연신율도 높일 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이렇게 고강도 저저항을 나타내는 나노쌍정구리는 Via filling, Through Silicon Via(TSV)에서의 칩간 연결 배선, 2차전지의 전극 등에 적용 가능성이 매우 높다. 이들은 주로 첨가제와 함께 전해증착을 통해 제작된다. 하지만 이러한 첨가제를 넣고 나노쌍정구리를 합성하기 위해 펄스전해증착을 시행할 경우, 나노 쌍정구리의 형성이 억제되고, Off-time이 존재하지 않는 일반 전해증착에서와는 다른 현상이 나타나게 된다. 이러한 이유로 본 연구에서는 현재 가장 많이 사용되고 있는 첨가제인 Poly (ethylene glycol) (PEG, 억제제)와 bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS, 가속제)을 사용하여 그 이유를 알아보고 첨가제를 사용하면서 나노쌍정구리의 밀도를 높일 수 있는 방안에 대해서 실험을 진행하였다.

본 연구에서는 전해증착법을 이용하여 결정성 ZnTe 나노와이어를 성장시켰고, 구조적 및 전기적 특성을 평가하였다. 또한 나노와이어 성장에 앞서, 결정성 ZnTe 박막을 전해증착법으로 형성하였고, 그 박막의 특성을 관찰하였다. 화학양론적(stoichiometric) 조성을 가지는 박막을 성장시키기 위하여, 순환전류전압법(cyclicvoltammetry)을 이용하여 Zn, Te, 이온들과 구연산 착화체(citrate-complexes)로 구성된 수용액 전해질에서 각 원소의 환원전위 분석이 이루어졌고, 과전압(overpotential)과 전해질 온도와 농도등과 같은 전해증착 조건에 따라 박막을 증착하였다. 각 조건에서 전해증착된 박막은 주사전자현미경(SEM)과 EDS를 이용하여 표면과 두께 그리고 성분분석을 하였고, XRD 분석법을 이용하여 박막의 결정성 변화를 관찰하였다. 박막증착 실험에서의 알맞은 증착조건을 나노와이어 전해증착실험에 적용하여, 다공성의 양극산화알루미늄(Anodic Aluminium Oxide, AAO) 템플레이트를 이용하여 bottom-up 방식으로 결정성 ZnTe 나노와이어를 성장시켰다. 수산화 나트륨(NaOH)용액을 이용하여 템플레이트를 선택적으로 에칭하여 제거한 후, ZnTe 나노와이어의 구조적 및 전기적 특성을 분석하였다.

With the steady increase in the demand for flexible devices, mainly in display panels, researchers have focused on finding a novel material that have excellent electrical properties even when it is bended or stretched, along with superior mechanical and thermal properties. Graphene, a single-layered two-dimensional carbon lattice, has recently attracted tremendous research interest in this respect. However, the limitations in the growing method of graphene, mainly chemical vapor deposition on transition metal catalysts, has posed severe problems in terms of device integration, due to the laborious transfer process that may damage and contaminate the graphene layer. In addition, to lower the overall cost, a fabrication technique that supports low temperature and low vacuum is required, which is the main reason why solution-based process for graphene layer deposition has become the hot issue. Nonetheless, a direct deposition method of large area, few-layered, and uniform graphene layers has not been reported yet, along with a convenient method of patterning them. Here, we report an evaporation-induced technique for directly depositing few layers of graphene nanosheets with excellent uniformity and thickness controllability on any substrate. The printed graphene nanosheets can be patterned into desired shapes and structures, which can be directly applicable as flexible and transparent electrode. To illustrate such potential, the transport properties and resistivity of the deposited graphene layers have been investigated according to their thickness. The induced internal flow of the graphene solution during tis evaporation allows uniform deposition with which its thickness, and thus resistivity can be tuned by controlling the composition ratio of the solute and solvent.

Single-walled carbon nanotubes are one among the most promising carbonaceous materials to be used as the electrodes in the devices like micro batteries, supercapacitors, etc. In this study, single-walled carbon nanotube thin films have been fabricated through electrospray deposition technique which is one of the attractive direct printing methods in the field of printed electronics. Single-walled carbon nanotube ink (water dispersed, 3wt %) has been used to fabricate thin films through electrospray deposition technique. The as-deposited SWCNT thin films have been characterized using the appropriate characterization techniques and the results are presented.

As the old saying 'nothing is complete unless you put it in final shape', although nanosheets (NSs) are a promising functional building block for various electrochemical applications, their true value cannot be realized until they are well woven into electrical conducting materials. As an effort to determine their ideal shape, in this study, a unique manufacturing route to build a layer-by-layer (LBL) structure of two-dimensionally ordered, free-standing ${\beta}$-nickel hydroxide nanosheets (${\beta}$-NHNSs) that are fully electrically addressed with single-wall carbon nanotube fabrics was demonstrated, and its capabilities were verified through a comparative study on the differences between a simple bulky and LBL-structured electrochemical cathode, representing two extreme cases. The LBL-structured cathode showed a discharging current peak that was 25 times larger than the bulky structured one measured in cyclic voltammetry, which implies that the LBL structure is near an ideal electrode configuration for NS-based electrochemical applications.

초소수성 표면은 $150^{\circ}$ 이상의 높은 접촉각을 가지며 표면에 오염물질이 묻지 않게 하는 anti-contamination, anti-fingerprint, self-cleaning 기능을 갖고 있는 것이 특징이다. 재료표면의 친/소수성을 제어하기 위해서는 고체 표면의 화학적인 요인과 물리적인 요인 두 가지를 조절함으로써 이루어지는데 즉 물질의 표면에너지와 표면 거칠기를 변화시켜 친/소수성을 부여할 수 있다. 초소수성 표면을 구현하기 위해서는 고체 표면의 에너지를 낮춰야 하며 이는 일반적으로 불소화합물을 사용한다. 불소는 지구상의 원소 중 가장 낮은 표면에너지를 가지고 있어 주로 후라이팬이나 치아 표면에 코팅되며 오염을 방지하는 특성을 지닌다. 실리카는 박막소재로 이용하기 위한 우수한 특성을 가진 물질로서 자연계에서 매우 풍부하게 존재하고 있으며, 생체무해하며 내구성과 내마모성, 화학적 안정성, 고온 안정성 등을 지니고 있어 여러 가지 종류의 전자기기 및 부품의 내외장 코팅에 적용이 적극 검토되고 있다. 이러한 실리카 코팅소재를 바탕으로 초소수성 코팅층을 구현하는 하나의 방법으로서 본 연구에서는 전기분무법을 사용하여 실리카 코팅층을 형성하였으며, 표면에너지를 제어하기 위해 플루오린 처리를 하여 초소수성 실리카 코팅층을 제조하였다. 합성된 실리카 코팅층은 물 뿐만이 아니라 표면장력이 낮은 다른 용액에서도 초소유성을 나타내었다. 이러한 코팅층에 대한 고온 안정성과 UV 저항성, 내구성(durability) 등을 조사하여 실제 응용 가능성을 타진하였다.

Recently, scaling down of ULSI (Ultra Large Scale Integration) circuit of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) based electronic devices become much faster speed and smaller size than ever before. However, very narrow interconnect line width causes some drawbacks. For example, deposition of conformal and thin barrier is not easy moreover metallization process needs deposition of diffusion barrier and glue layer. Therefore, there is not enough space for copper filling process. In order to overcome these negative effects, simple process of copper metallization is required. In this research, Cu-V thin alloy film was formed by using RF magnetron sputter deposition system. Cu-V alloy film was deposited on the plane $SiO_2$/Si bi-layer substrate with smooth and uniform surface. Cu-V film thickness was about 50 nm. Cu-V layer was deposited at RT, 100, 150, 200, and $250^{\circ}C$. XRD, AFM, Hall measurement system, and XPS were used to analyze Cu-V thin film. For the barrier formation, Cu-V film was annealed at 200, 300, 400, 500, and $600^{\circ}C$ (1 hour). As a result, V-based thin interlayer between Cu-V film and $SiO_2$ dielectric layer was formed by itself with annealing. Thin interlayer was confirmed by TEM (Transmission Electron Microscope) analysis. Barrier thermal stability was tested with I-V (for measuring leakage current) and XRD analysis after 300, 400, 500, 600, and $700^{\circ}C$ (12 hour) annealing. With this research, over $500^{\circ}C$ annealed barrier has large leakage current. However V-based diffusion barrier annealed at $400^{\circ}C$ has good thermal stability. Thus, thermal stability of vanadium-based thin interlayer as diffusion barrier is good for copper interconnection.

높은 광흡수 계수를 갖는Cu(In,Ga) $Se_2$ (CIGS) 화합물 박막 소재는 고효율 태양전지 양산을 위해 가장 전도유망한 재료이나 상대적으로 매장량이 적은 In 및 Ga을 사용한다는 소재적 한계가 있다. $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe) 혹은 $Cu_2ZnSnS_4$(CZTS)와 같은 Cu-Zn-Sn-Se계 화합물 반도체는 CIGS 내 희소원소인 In과 Ga이 범용원소인 Zn 및 Sn으로 대체된 소재로써 미래형 저가 태양전지 개발을 위해 활발히 연구되고 있는데, 그 화합물 조합에 따라 0.8 eV부터 1.5 eV까지의 에너지 밴드갭을 갖는 것으로 알려져 있다. 스퍼터링법에 기반한 2단계 공정에 의해 3.2%의 CZTSe 및 6.7%의 CZTS 태양전지 효율 달성이 보고된 바 있으며, 최근 비진공 방식을 이용하여 제조된 $Cu_2ZnSn(S,Se)_4$ (CZTSSe) 태양전지가 9.6%의 변환효율을 생산하여 세계 최고기록을 갱신한 바 있다. 반면, 동시진공증발법에 의한 Cu-Zn-Sn-Se계 연구는 박막 조성 조절이 상대적으로 용이하다는 장점에도 불구하고, 상대적으로 공개된 연구결과의 양이 적으며 그 효율에 대한 보고는 특히 미미하다. 본 연구에서는 동시진공증발법에 의한 CZTSe 박막 연구 결과를 바탕으로 Sn 손실을 최소화하기 위한 진공증발 공정을 최적화하였으며, 이를 통해 CZTSe 박막 태양전지를 제조하고 그 특성분석을 통해 5% 이상의 변환효율을 달성하였다.

$TiO_2$ films were modified by adding a glass frit as a light scattering particle and applied to an anode electrode in dye-sensitized solar cells (DSSCs) to enhance the adhesion between $TiO_2$ and fluorine doped transparent oxide (FTO). Low melting point glass frits at contents of (3 to 7wt%) were added to the nano crystalline $TiO_2$ films. The light scattering properties, photovoltaic properties and microstructures of the photo electrodes were examined to determine the role of the low glass transition temperature ($T_g$) glass frit. Electrochemical impedance spectroscopy, Brunauer-Emmett-Teller method and scratch test were conducted to support the results. The DSSC with the $TiO_2$ film containing 3wt% low Tg glass frit showed optimal performance (5.1%, energy conversion efficiency) compared to the $TiO_2$-based one. The photocurrent density slightly decreased by adding 3wt% of the frit due to its large size and non conductivity. However, the decrease of current density followed by the decrease of electron transfer due to the large frit in $TiO_2$ electrode was compensated by the scattering effect, high surface area and reduced the electron transfer impedance at the electrolyte-dye-$TiO_2$ interface. The stability of the photo electrodes was improved by the frit, which chemically promoted the sintering of $TiO_2$ at relatively low temperature ($450^{\circ}C$).

Cu(In,Ga)$Se_2$, $CuInS_2$ 등의 CIS계 화합물 박막 소재를 활용한 태양전지는 높은 광흡수 계수, 상대적으로 높은 변환 효율 및 미래의 잠재적 변환 효율, 화학적 안정성, 도시적인 미관 등의 장점으로 인하여 활발한 연구 및 양산화가 진행 중에 있다. CIGS 박막 태양전지 내에서 광생성된 캐리어들의 재결합 메커니즘을 이해하고 태양에너지의 변환 중 에너지 손실을 더욱 줄이기 위해서는 CIGS 태양전지의 결함 특성에 대한 규명이 중요하며, 이차상의 분리, 셀렌화, Na 확산 등과 같이 CIGS 화합물 박막이 성장하는 동안 일어나는 현상들과 결함발생 사이의 관계에 대한 체계적인 연구가 필수적이다. 특히, CIGS 박막 성장 공정 중 Se flux는 CIGS 막의 성장과 소자의 전기적 파라미터에 영향을 미치므로, Se 조절 및 이에 관련된 결함들을 이해하는 것은 CIGS 박막 태양전지의 전기적 특성을 향상시키는 중요한 열쇠가 된다. 본 연구에서는 3단계 동시증발공정을 이용하여 CIGS 박막 태양전지를 제조 분석하여, 공정 중기판온도 및 Se flux가 CIGS 박막 성장에 미치는 영향을 파악하고자 하였으며, 이를 통한 공정조건 최적화로 CIGS 박막 태양전지의 특성을 향상시키고 고효율을 달성할 수 있음을 확인하였다.

Minority Carrier recombination should be suppressed for high efficiency solar cells. However, impurities in the silicon bulk region deteriorate the minority carrier lifetimes, causes conversion efficiency drop. In this study, we introduced phosphorus external gettering for silicon heterojunction solar cell substrates. Gettering was undergone at 750, 800, 850 and $900^{\circ}C$ in furnace for 30 minutes. Bulk lifetimes and calculated diffusion length were improved. We applied phosphorus gettering to silicon heterojunction solar cells. Gettered group and ungettered group were used as substrate of silicon heterojunction solar cells. After fabrication, characteristics of solar cells were analyzed. The results were observed to see the enhancement of substrate quality which directly connects with solar cell properties.

본 연구에서는 태양전지 설계를 위해 기존의 반도체소자 simulation에 사용되고 있는 Silvaco TCAD tool을 사용하여 p+ boron emitter의 특성분석 실험을 하였다. 변수로는 emitter의 농도와 접촉저항 이 두 가지 놓고 표면 재결합과 의 영향을 염두에 두고 실험을 하였다. 농도는 $1{\times}10^{17}\;cm^{-3}$에서 $2{\times}10^{22}\;cm^{-3}$까지 두었고, 각각의 농도에 해당되는 contact 저항을 설정하여 전기적 특성을 보았다. 실험 결과 두 가지 변수를 모두 입력하였을 때 처음에 Isc가 조금씩 올라가다가 $1{\times}10^8\;cm^{-3}$에서 가장 높았고 그 이후에는 표면 재결합이 커지면서 Isc가 계속 떨어졌다. 하지만 contact 저항으로 인해 가장 높은 효율은 $1{\times}10^9\;cm^{-3}$ 부근에서 보였다. 농도에 따라 표면 재결합과 contact 저항이 서로 반대로 변하기 때문에 emitter를 표면 재결합이 늘어남에도 불구하고 contact 저항으로 인해 비교적 고농도로 doping 해야만 했다. 하지만 우리가 준 contact 저항은 농도에 따라 생긴 저항으로 실제 전극의 contact 저항은 훨씬 더 클 것으로 예상되고 이로 인해 더 고농도의 doping이 필요하게 된다. 그렇게 된다면 표면의 재결합으로 인한 손실은 더 크게 되어 전체적으로 효율은 떨어진다. 우리는 이 손실을 보완하고 줄이기 위해 selective emitter 개념을 넣어 이에 대한 영향은 보았다. selective를 하지 않은 $1{\times}10^{19}\;cm^{-3}$의 doping 농도의 가장 높은 효율을 보인 기존의 emitter와 전극 부분을 제외한 표면은 $1{\times}10^{18}\;cm^{-3}$으로 하고 전극 부분의 emitter는 $2{\times}10^{20}\;cm^{-3}$으로 한 selective emitter를 비교해보았다. 이는 selective emitter가 기존 emitter에 비해 Isc와 Fill Factor로 인해 효율이 약 0.7% 정도 높았다.

고분자 전해질 연료전지는 다른 연료전지에 비해 작동온도가 낮고 전류밀도 및 출력밀도가 높으며 시동시간이 짧아서 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 기대된다. 그 중 양극판은 가격비와 중량비가 높아 부품 가격 및 중량을 낮출 경우 파급 효과가 높은 것으로 예상된다. 본 연구에서는 일반적으로 사용하고 있는 스테인리스강보다 가격이 저렴한 저탄소강을 모재로 이용하였다. 저탄소강은 자체로 내식성을 가지지 못하므로, 최근에 차세대 신소재로 각광을 받고 있는 그라핀(graphene)을 전기분무(electro spray coating)법으로 코팅하여 저탄소강의 내식성을 향상시키고자 하였다. 그라핀은 에탄올을 용매로 사용하여 분산하였으며, 분산제로 소량의 다이페닐다이에톡시실란(diphenyldiethoxysilane)을 첨가하여 코팅용액을 제작하였다. 코팅공정은 5~15 kV의 전압을 가하여 1시간동안 코팅을 진행하였으며, 그라핀-저탄소강의 미세구조를 주사전자현미경과 광학현미경을 통하여 관찰하였다. 또한 X-선 회절분석법을 이용하여 그라핀의 결정구조를 분석하였다. 한편 스택의 내부와 유사한 산화성 분위기를 모사하기 위해 $80^{\circ}C$의 0.1N $H_2SO_4$+2ppm $F^-$ 용액에서 내식성 실험을 수행하였고 면간접촉저항을 측정하였다. 그라핀이 코팅된 저탄소강 시편은 고분자 전해질 연료전지 양극판의 요구조건을 만족하였으며, 연료전지 양극판으로서의 사용가능성을 확인하였다.

Cobalt-free $La_xSr_{4-x}Fe_6O_{13}$ ($0{\leq}x{\leq}2$) oxide have been synthesized and investigated as a potential cathode material for solid oxide fuel cells (SOFCs). $Sr_4Fe_6O_{13}$ consists of alternating perovskite layers ($Sr_4Fe_2O_8$) containing iron cations in octahedral oxygen coordination and $Fe_4O_5$ layers where iron cations have 5-fold coordination of two types-square pyramids and trigonal bipyramids. Our preliminary electrochemical testes of pristine $Sr_4Fe_6O_{13}$ show a rather high area specific resistance ($0.47{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$) for ~20 ${\mu}m$ thick layers with CGO electrolyte. The electrochemical performances are improved by La addition up to x=1 ($La_1Sr_3Fe_6O_{13}$, $0.06{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$). In addition, thermal expansion coefficient (TEC) values of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ specimen demonstrated $15.1{\times}10^{-6}\;^{\circ}C^{-1}$ in the range of 25-900$^{\circ}C$, which provides good thermal expansion compatibility with the CGO electrolyte. An electrolyte supported (300-${\mu}m$-thick) single-cell configuration of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$/CGO/Ni-CGO delivered a maximum power density of 584 $mWcm^{-2}$ at $700^{\circ}C$. In addition, an anode supported single cell by YSZ electrolyte (10-${\mu}m$-thick) with a porous CGO interlayer between the cathode and the electrolyte to avoid undesired interfacial reactions exhibited 1,517 $mWcm^{-2}$ at $800^{\circ}C$. The unique composition of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ with low thermal expansion coefficient and higher electrochemical properties could be a good cathode candidate for intermediate temperature SOFCs with CGO and YSZ electrolyte.

Metal organic frameworks (MOF) have generated considerable interests as a potential candidate for hydrogen storage owing to their extremely high surface-to-volume ratio and low density. In this study, Pt nanoparticles of about 3 nm in size were introduced outside MOF-5 [$Zn_4O$(1,4-benzenedicarbocylate)3], which was then encapsulated with hydrophobic microporous carbon black (denoted CB@Pt/MOF-5) in order to enhance hydrogen uptake capacity without decreasing the specific surface area and hydrostability. To study the chemical composition, morphology, crystal information, and properties of the synthesized material, a variety of techniques is employed, including WXRD, XPS, ICP-AES, FE-SEM, HR-TEM, and N2 adsorption-desorption, confirming the formation of novel hybrid composite designated CB@Pt/MOF-5 with highly crystalline structure, large specific surface area and pore volume. In addition, $H_2$ storage capacity for resulting material was measured using magnetic suspension microbalance at 77 and 298 K under high-pressure condition, and the hydrostability was also tested by exposing the sample to 33% relative humidity at $23^{\circ}C$ and measuring XRD as a function of time.

본 연구에서는 Cu-In-Se나노입자 합성, 코팅 및 후열처리에 의한 비진공 CIS 박막 제조 공정 및 이를 이용하여 제작한 태양전지의 특성에 대해 고찰하고자 한다. Cu-In-Se 나노입자 전구체는 금속 요오드계 출발물질을 피리딘 용매에, 소듐 셀레나이드를 메탄올에 용해시킨 후 이를 혼합하여 저온 콜로이달 방식으로 제조하였다. 제조된 입자를 Raman 분석 결과, Cu-Se 및 In-Se 이원계 상이 혼재되어 있는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 이와 같이 준비된 나노 입자 전구체를 닥터 블레이드 방법으로 코팅 후 셀렌화 열처리한 결과 약 4%의 광변환 효율을 갖는 태양전지를 제작할 수 있었다.

CuInSe2 (CIS)계 화합물은 3족 원소(Ga, Al) 또는 6족 원소(S)를 첨가하여 밴드갭 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 실제로 동시 증발법으로 Ga을 첨가하여 만든 CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS) 태양전지는 약20%의 높은 효율 보이고 있다. 그러나 최고 효율을 달성한 동시 증발법은 대면적화가 어렵다는 점이 상용화의 걸림돌로 작용하고 있다. 따라서, 그 대안으로 대면적화가 용이한 스퍼터링 및 셀렌화 공정 연구가 진행되고 있다. 그러나 스퍼터링/셀렌화 공정은 Cu-In-Ga 금속 전구체의 셀렌화 시 Ga이 Mo쪽으로 이동하여 CIS/CGS 2개의 상으로 형성된다는 큰 단점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해 셀렌화 후 다시 H2S 기체 분위기에서 열처리하여 표면 밴드갭을 증가시키는 공정이 사용되고 있으나, 이는 열처리 과정이 2번 필요하다는 단점을 갖고 있다. 이러한 단점을 해결하고자 본 연구에서는 금속 전구체의 구조, 셀렌화 공정 조건 및 전구체 내의 상(phase) 조절을 통해 셀렌화 시 Ga segregation을 억제하고자 하였다. 특히 전구체의 상 조절을 통해서 Ga의 이동을 크게 완화시킬 수 있음을 확인하였다.

최근 친환경의 재생 가능한 에너지에 대한 관심이 급증하면서 태양전지에 대한 연구가 국내외에서 활발히 진행중이다. 특히 기존 태양전지 시장을 장악하던 실리콘 태양전지를 대체하고 새로운 기능을 부여하기 위해 박막형 태양전지의 필요성과 새로운 태양전지용 소재 개발에 관심이 집중되고 있다. CIGS는 이러한 요구에 부합하는 소재로써 진공증착법을 통한 CIGS 박막 태양전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 함께, 경제성과 대면적화의 용이성을 목표로 CIGS의 비진공증착법에 대한 연구도 병행되고 있다. 본 연구에서는 비진공증착법중 전기화학적 전착방법을 이용하여 CIGS박막을 형성하는 기초연구를 진행하였다. CIGS 박막의 표면 및 결정립 제어를 위하여 젤라틴을 첨가제로 이용하여 CIGS 박막을 제조하였으며 첨가제의 농도, 전착 인가전압 등을 변수로 박막을 형성시켜 특성을 분석하였다. 첨가제가 박막의 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 첨가제의 양에 따른 박막의 결정성과 표면 구조를 각각 XRD 및 FE-SEM (EDS)을 이용하여 분석하였다. 첨가제의 농도와 전착 인가전압에 따라 상대적으로 매우 우수한 표면 특성을 가지는 박막을 얻을 수 있었고 특히 특정농도의 젤라틴은 기존의 CIGS 박막의 결정성을 유지시켜 주는 것을 확인하였다. 또한 일정한 첨가제 농도 조건에서 인가전압을 변화시키며 증착한 필름의 CIGS 원소비를 분석함으로서 첨가제를 이용한 전기화학적 전착법에서 인가전압이 박막의 조성비에 미치는 영향을 분석하였다. 첨가제를 이용한 낮은 전압에서의 전착을 통해 우수한 표면 특성을 유지하면서 동시에 희귀원소인 In과 Ga의 증착을 더욱 용이하게 하는 새로운 방법에 대해 고찰하였다.

광전환 효율 20% (AM1.5G) 이상의 고효율 화합물 박막태양전지의 광흡수층으로 많은 관심을 받고 있는 $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 광흡수층은 다양한 공정에 의해 제조가 가능하다. 현재 고효율 CIGS 셀 생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation (동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "precursorselenization(전구체-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se들을 고진공 분위기에서 고온(550~600$^{\circ}C$) 기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 전구체-셀렌화 공정은 1단계에서 다양한 방식(예: 스퍼터링, 전기도금, 프린팅 등) 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온(550~600$^{\circ}C$)하에 H2Se gas 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 H2Se 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일 분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하 등의 문제점들이 개선, 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 Se layer가 코팅된 금속전구체의 셀렌화 반응메카니즘을 in-situ high-temperature XRD를 이용하여 연구하였다. 금속전구체는 스퍼터링, 스프레이 등 다양한 방법으로 제조되었고, 반응메카니즘 연구결과를 바탕으로 Se 코팅된 금속전구체를 이용한 급속열처리 공정의 최적화를 시도하였다.

In this presentation, We monitored weather data, such as global irradiance, ambient temperature, temperature of PV module, relative humidity and windspeed for 2 years, for determining accelerated test condition. then, we determined the temperature limit of accelerated test through weather data and FEM analysis. Detailed procedures will be summarized in this work. After analysing outdoor stress such as thermal stress, we decided main failure modes and mechanisms of PV module, especially solder joint of ribbon wire. we carried out the measurement of material properties such as thermal expansion coefficient for planning of accelerated test. we designed accelerated test based on FEM analysis results. we carried out thermal cycling test with 1 cell mini module for 3 months. We monitored the change of electrical performance every 1 week such as Voc, Isc, Pmax, etc. and then, we analized the ribbon wire/electrode intefaces. Detailed results will be summarized in this work.

열전재료는 열과 전기에너지의 상호 변환이 가능한 재료로 이를 이용한 응용제품의 개발이 크게 주목을 받고 있으며, 특히 $Bi_2Te_3$계 합금의 경우 상온에서 가장 우수한 성능지수를 가지는 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존의 $Bi_2Te_3$계 합금은 일방향응고법으로 제조되어 많은 시간과 비용을 필요로 하고, 특히 C축의 Van der Waals 결합으로 인해 기계적 강도가 약하다는 단점이 있었다. 최근 분말야금법을 이용하여 기계적강도를 높이고, 격자산란에 의한 열전도도의 감소로 성능지수를 높일수 있는 방법들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 급속응고공정인 가스분무법을 이용하여 n-type의 $95%Bi_2Te_3-5%Bi_2Se_3$분말을 제조하였고, 이 재료의 경우 성형조건에 따라 조직이 쉽게 변하기 때문에 이를 제어하기 위해 단시간동안 고압으로 성형가능한 자기펄스압축성형법(Magnetic Pulsed Compaction)을 이용하여 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체는 밀도를 증가시키고 결정립성장을 억제시킬수 있는 방전플라즈마소결법(Spark Plasma Sintering)을 이용하여 소결체로 제조되었으며, 각각의 공정이 열전성능에 미치는 영향을 고찰하였다. OM (Optical Microscope) 및 SEM (Scaning Electric Microscope)을 이용하여 미세구조를 관찰하였고 XRD (X-Ray Diffraction)를 이용하여 상의 변화를 분석하였으며, 상온에서 경도를 측정함으로서 공정조건에 따른 기계적강도를 비교하였다. Seebeck계수는 시편의 양단에 온도차를 주어 발생하는 기전압을 측정하여 계산하였고, 전기비저항은 4point probe방법으로 측정하였다. 전하이동도 및 전하농도는 Hall측정으로부터 구하였고 열전도도를 측정하여 종합적인 열전성능을 평가하였다.

태양전지 모듈의 25년 이상 보증을 위해 태양전지 모듈을 구성하는 부품 소재의 신뢰성이 부각되고 있다. 현재까지 알려진 태양전지 모듈용 에틸렌 아세테이트 비닐(ethylene Vinyl Acetate, EVA)의 주요 열화 메카니즘은 황변(yellowing)과 박리(delaminaation)이다. 따라서 본 연구에서는 태양전지 모듈을 구성하는 재료 중 EVA 소재의 열화 메커니즘을 도출하기 위해 이미 알려진 스트레스 인자를 이용한 가속 열화시험을 설계한 후 가속열화시험을 실시하였으며, 이로부터 EVA의 열화 메카니즘을 규명하였다. 열화모드 재현을 위해 소형 태양광 모듈을 제작하였으며, Weather-Ometer를 이용하여 열화시험을 수행하였다. 시험조건은 4종 Phase가 1 사이클이 되도록 실험하였으며, Dark 조건 1 Phase 및 Light 조건 3 Phase 조건으로 실시하였다. 태양전지 모듈의 열화량은 매 500 사이클 마다 Light I-V 변화량을 측정하여 분석하였다. EVA의 물리 화학적 열화분석을 위해 단면분석, 적외선분광기(Fourier Transform-Infra Red, FT-IR) 및 주사전자현미경을 이용하여 열화 특성에 대한 분석을 실시하였고, 이를 근거로 EVA의 열화 메커니즘을 규명하였다.

$PbMoO_4$ nanoparticles were successfully obtained in the presence of ethylene glycol (EG) with the assistance of a prolonged sonication process. The nanoparticles were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS) and adsorption-desorption $N_2$ isotherms (BET). The catalyst prepared sonochemically showed higher photocatalytic activity than $PbMoO_4$ prepared by solid-state reaction in the degradation reactions of rhodamine B (rhB), indigo carmine (IC), orange G (OG), and methyl orange (MO) under UV-Vis light radiation. In order to elucidate aspects of the degradation mechanism of the organic dyes, some experimental variables were modified such as pH, $O_2$ level in solution, and radiation source. In general, the photocatalytic activity for the degradation of organic dyes followed the sequence IC>OG>rhB>MO.

Lead-free ceramics with a composition of 0.55 mol%$K_4CuNb_8O_23-(K_{1-x}Na_x)NbO_3$ (KCN-KNNx) where $0.45{\leq}x{\leq}0.60$ were synthesized by conventional ceramic processing. Results revealed that the addition of Na was effective in changing the microstructure and relative density of KCN-KNNx. Further, the addition of Na resulted in a slight shift of the phase transition temperatures (To-t and Tc) toward low values. A high mechanical quality factor (Qm) of 1850 was found atx=0.54, which might be due to the build-up of an internal bias field (Ei) within KCN. Thermal hysteresis in KNNx was confirmed with an increase in the Na content during the heating and cooling cycles, resulting from structural changes. Thus, KCN-KNNx with x=0.54 exhibits excellent piezoelectric properties with d33 (97 pC/N), kp (36%), and Qm (1850), being promising candidates for application in high-power piezoelectric devices.

자동차용 CNG 연료탱크의 복합재료 중앙부 표면에 150 kHz 공진형 음향방출센서를 부착하고, 물을 매질로 하여 용기의 내압을 단계적으로 상승시켜 가면서 각 단계에서 일정시간 압력을 유지시키고 그 때 발생하는 음향방출신호를 획득하였다. 이 때 획득한 음향방출신호의 amplitude, count, duration 및 risetime 등과 같은 음향방출 변수들의 분포를 살펴본 결과 복합재료 압력용기의 손상메커니즘을 추정하고 손상정도를 평가하는데 유용하였다.

An electrospun Poly (lactice-co-glycolide acid) (PLGA) and Gelatin nanofiber tube was fabricated for potential intestinal stent application. Mechanical properties of tube were evaluated by tensile strength and burst strength tests. Physical and chemical properties were evaluated by contact angle measurement, swelling rates and porosity measurements. Biodegradability was investigated by immersion in simulated body fluid (SBF). Biocompatibility was investigated in vitro by cytotoxicity and proliferation studies by MTT assay, confocal microscopy and western blot using IEC-18 (Rat intestinal epithelial cell). After intestinal stent was implanted into rat bowel for periods from 7 to 10days, it was then analyzed using micro-computed tomography (Micro CT) and X-ray techniques. Futhermore, histological analysis was performed by hematoxylin-eosin (H&E) stain.

A novel electrospun nanofiber membrane was fabricated using combined poly (vinylphosphonic acid) (PVPA) and polyvinyl alcohol (PVA) intended for bone tissue engineering applications. PVPA is a proton-conducting polymer used as primer for bone implants and dental cements to prevent corrosion and brush abrasion. The phosphonate groups of PVPA have the ability to crosslink and attach itself to the hydroxyapatite surface facilitating faster integration of the biomaterial to the bone matrix. PVA was combined with PVPA to provide hydrophilicity, biocompatibility and improve its spinnability. To improve its mechanical strength, PVPA/PVA and neat PVA mixtures were combined to produce a multilayer scaffold. The physical and chemical properties of the of the fabricated matrix was investigated by SEM and TEM morphological analyses, tensile strength test, XRD, FT-IR spectra, swelling behavior and biodegradation rates, porosity and contact angle measurements. Biocompatibility was also examined in vitro by cytotoxicity and cell proliferation studies with MTT assay and cell adhesion behavior by SEM and confocal microscopy.

In this work, the effect of the addition of bioactive glass in the biocompatibility and mechanical behavior of conventional TTCP/DCPA based bone cement were investigated. The cement was initially modified with chitosan and HPMC which cross-linked with citric acid to improved mechanical properties.The injectable bone substitutes were further modified by adding varying amounts of bioactive glass (0%, 10%, 20% and 30%) and its effects on the biocompatibility of the material were studied. Afterbio-glass powders were mixed with the optimized composition for HPMC and citric acid content,the IBS was incubated at $37^{\circ}C$ at different time intervals and showed progressive formation of HAp with increasing time. Mechanical properties like Vickers hardness and compressive strength were found to increase with the increasing amount of bioactive glass addition and that setting time was shortened. The fabricated IBS morphologies were further characterized using SEM. MTT assay was performed to check the cell cytotoxicity and cell proliferation for 1, 3 and 5 days. Cell morphology, adhesion and proliferation behavior of cell in the IBS by culturing MG-63 cells on the IBS for 20, 60 and 90 mins and 1, 3 and 5 days was also investigated. All the results showed increasing biocompatibility as the bioglass content increased. MTT results found the materials to be cytocompatible and SEM images showed that cells attached and proliferated successfully.

Flat form technology for constructing anticancer loaded multi-walled carbon nanotubes (mwCNTs) was introduced in this study. Conventional anticancer drugs, such as MTX (Methotrexate), cisplatin, DOX (Doxorubicin hydrochloride), DAU (Daunorubicin) and EPI (epirubicin) were bio-conjugated with folic acid (FA) for selective targeting tumor cells. Loading efficiencies of the used anticancer drugs on mwCNTs have shown different order of bindings depending on the molecular bind affinity of NH (amine) formation on mwCNTs. MTT assays have shown increased selective target efficiency of FA conjugated mwCNTs on breast cancer cell growth inhibition. All results collectively indicated promising application of mwCNTs as a smart inorganic nanomaterial for selective targeting drug delivery vehicle at tumor tissues.

Bioactive glass powders were synthesized by hydrothermal chemical route by the use of ultrasonic energy irradiation. We used sodalime, calcium nitrate tetra hydrate and di ammonium hydrogen phosphate as the precursor material to synthesize $SiO_2$ rich bio-active glass materials. The $SiO_2$ content was varied in the precursor mixture to 60, 52 and 45 mole%. Dense compacts were obtained by microwave sintering at $1,100^{\circ}C$. Mechanical properties were characterized for the fabricated dense bioactive glasses and were found to be comparable with conventional CaO-$SiO_2$-$Na_2O$-$P_2O_5$ bioactive glass. Detailed biocompatibility evaluation of the glass composition was investigated by in-vitro culture of MG-63 cell and mesenchyme stem cell. Cell adhesion behavior was investigated for both of the cell by one cell morphology for 30, 60 and 90 minutes. Cell proliferation behavior was investigated by culturing both of the cells for 1, 3 and 7 days and was found to be excellent. Both SEM and confocal laser scanning microscopy were used for the investigation. Western blot analysis was performed to evaluate the bimolecular level interaction and extent and rate of specific protein expression. The ability to form biological apatite in physiological condition was observed with simulated body fluid (SBF). In-vivo bone formation behavior was investigated after implanting the materials inside rabbit femur for 1 and 3 month. The bone formation behavior was excellent in all the bioglass compositions, specially the composition with 60% $SiO_2$ content showed most promising trend.

Ti metal has superior mechanical properties along with biocompatibility, but it still has the problem of bio-inertness thus forming weaker bond in bone/implant interface and long term clinical performance as orthopaedic and dental devices are restricted for stress shielding effect. On the other hand, despite the excellent biodegradable behavior as being an integral constituent of the natural bone, the mechanical properties of ${\beta}$-tricalcium phosphate $(Ca_3(PO_4)_2;\;{\beta}-TCP)$ ceramics are not reliable enough for post operative load bearing application in human hard tissue defect site. One reasonable approach would be to mediate the features of the two by making a composite. In this study, ${\beta}$-TCP/Ti ceramic-metal composites were fabricated by spark plasma sintering in inert atmosphere to inhibit the formation of $TiO_2$. Composites of 30 vol%, 50 vol% and 70 vol% ${\beta}$-TCP with Ti were fabricated. Detailed microstructural and phase characteristics were investigated by FE-SEM, EDS and XRD. Material properties like relative density, hardness, compressive strength, elastic modulus etc. were characterized. Cell viability and biocompatibility were investigated using the MTT assay and by examining cell proliferation behavior.

Porous hydroxyapatite has been widely used as clinical implanted material. However, it has poor mechanical properties. To increase the strength as well as the biocompatibility of the porous HAp based artificial bone, it was fabricated by multi-extrusion process. Hydroxyapatite and graphite powders were mixed separately with ethylene vinely acetate and steric acid by shear mixing process. Hydroxyapatite composites containing porous microstructure were fabricated by arranging it in the die and subject it to extrusion process. Burn-out and sintering processes were performed to remove the binder and graphite as well as increase the density. The external and internal diameter of cylindrical hollow core were approximately 10.4 mm and 4.2 mm, respectively. The size of pore channel designed to increase bone growth (osteconduction) was around 150 ${\mu}m$ in diameter. X-ray diffraction analysis and SEM observation were performed to identity the crystal structure and the detailed microstructure, respectively.

DTBP (dimethyl 3,3`-dithiobispropionimidate) was applied to collagen and gelatin coating on BCP granules and a crosslinking agent. The DTBP crosslinking was done for decreasing the solubility of the coating and hence increasing the stability. The nanostructure of collagen and gelatin coating surfaces were observed by SEM technique. Based on the DSC thermograms and FT-IR spectrums, the crosslinkings were confirmed between collagen molecules and gelatin molecules. The compressive strength was measured before crosslinking and after that. In-vitro study was carried out by measuring cell viability and observing cell morphology after DTBP crosslinking. Moreover, the proliferation ability of MG-63 osteoblast-like cells on the crosslinked BCP granules was evaluated by Western blot assay. The BCP granules were implanted into rabbit femur for 4 weeks and 12 weeks. The bone tissue formation was analyzed with micro-computed tomography (micro-CT) and histological analysis was also carried out by hematoxylin and eosin (H&E) staining for visualization of cells.

의료용 고속 에어터빈 핸드피스는 주로 치과에서 치아 절삭 및 치료에 사용하는 도구로써 치의학 분야에서 가장 폭넓게 사용되는 의료장비 중 하나이다. 핸드피스용 소재는 황동 혹은 스테인레스 강이 주로 사용되었으나, 최근 고내식성, 인체친화성이 높은 티타늄을 사용한 가벼운 재질의 핸드피스 제품들이 개발되어 독일 및 일본을 중심으로 출시되고 있다. 티타늄으로 제조되는 부분은 헤드와 바디로써, 본 연구에서는 에어터빈의 케이스에 해당하는 헤드부 제조에 있어서 정밀주조 공정 적용의 타당성을 조사하였다. 티타늄은 특히 용융점이 높고 유동성이 좋지 않을 뿐만 아니라 주형과의 반응성이 높기 때문에 주조 시 제품 내/외 부에 결함발생 빈도가 높다. 이와 같은 주조결함 제어를 위하여 상용 유한요소 프로그램인 ProCASTTM을 사용하여 핸드피스 헤드 제조 시 유동 및 응고해석을 수행하였다. 또한 헤드 부 형상에 따른 주조성을 조사하여 이를 바탕으로 최적 주조방안 도출을 위한 정밀주조 공정해석 연구를 수행하였다.

최근 자동차용 강판을 대체하기 위한 재료로서 알루미늄 합금에 대한 관심이 높아지고 있다. 알루미늄 합금은 철강 재료에 비해 비강도가 높으며 재활용이 용이하고 내식성이 뛰어난 활용 가치가 높은 소재이다. 하지만 기존의 강판을 알루미늄 합금으로 대체하기 위해서는 높은 경제성, 강도 및 성형성이 요구되고 있는 현실이다. 따라서 고강도 알루미늄 합금 판재를 경제적으로 제조하기 위한 제조 공정기술 및 후가공 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 쌍롤 박판주조법에 비대칭 노즐을 이용하여 높은 주조 속도를 유지하면서도 중심 편석 및 열간 균열을 완화시켜 첨가되는 용질 원소의 양을 증가시켰다. 제조한 다양한 조성을 가진 알루미늄 합금 판재의 후속 압연성, 기계적 특성 및 성형성을 평가하기 위하여 미세조직 및 집합조직을 분석하였으며 이에 따른 실용화 가능성을 평가하였다.

본 연구에서는 90% 이상의 스퍼터링 전극 사용이 가능한 새로운 방식의 스퍼터링 증착 기술을 개발하였다. 본 장치는 기존의 마그네트론 스퍼터링법과 달리 플라즈마 발생부와 스퍼터링 전극이 따로 존재하며, 플라즈마 발생부에서 생성된 이온을 통해 전극 스퍼터링을 일으킨다. 플라즈마 발생부에서 생성된 $10^{13}cm^{-3}$ 이상의 고밀도 Ar 플라즈마는 전자석 코일을 통해 형성된 자기장을 따라 스퍼터링 전극으로 균일하게 수송되며, 스퍼터링 전극 전압에 의해 가속된 이온은 전극 대부분 영역에서 스퍼터링을 발생시킨다. 스퍼터링 전류는 플라즈마 발생부의 전력에만 비례하며 직경 100 mm 스퍼터링 전극 사용시 최대 3.8 A의 이온 전류 값을 나타냈다. 따라서 스퍼터링 전압과 전류의 독립적인 제어가 가능하며 일정한 스퍼터링 전류 조건에서 300 V 이하의 저전압 스퍼터링 공정 및 1 kV 이상의 고전압 스퍼터링 공정이 가능하였다. 이를 통해 스퍼터링된 이온 및 중성입자의 에너지 조절이 가능하며, 다양한 증착공정 분야에 응용 가능하다.

최근 철강, 알루미늄, 이종재료의 접합 등 용접이 어려운 부분에 구조용 접착제의 적용이 증가하고 있는 추세이다. 이를 위해 변성 에폭시레진을 활용한 고접합 강도, 고인성의 구조용 접착제가 연구되어 지고 있다. 피착제의 표면처리는 접합부의 접합강도를 향상시키는 방법으로 알려져 있으나 최근의 구조용 접착제는 표면 전처리 없이도 우수한 접착 특성을 보이는 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 변성레진에 대해서 각종 표면처리가 접합부 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 피착제로는 자동차용 냉연강판인 SPRC440을 사용하였고, 전처리로는 무처리 상태, SiC연마지를 이용한 연마, 아르곤 및 산소가스를 이용한 마이크로웨이브 플라즈마 표면처리, 산세 등의 표면처리를 실시하였다. 에폭시 접착제는 변성 에폭시 레진과 경화제 및 촉매제를 이용하여 직접 포뮬레이션하였다. 단일 겹치기 전단강도 시험과 T-Peel 시험은 각각 ASTM D 1002 규격에 따라 준비하였으며 인장 시험 후 파면은 SEM으로 관찰하였다.

The effects of relative humidity on the properties of the porous $ZrO_2$ ceramics were investigated in terms of the curing behavior of phenolic resin as a binder. The $ZrO_2$ powders containing 5wt% of phenolic resin were conditioned in a consistent chamber condition at a temperature of $50^{\circ}C$ and different humidity levels (25, 50, 75, and 95%) for 1 h. The exposure of humid atmosphere caused changes of density and microstructure in the green bodies. The higher level the powders were exposed to the humid atmosphere, the lower green density was obtained and the more irregular microstructure was observed due to aggregation by the curing of phenolic resin. After firing, the porosity of specimens has risen from 35.7% to 38.1% and Young's modulus has declined in response to the variation of green density. These results could be explained by the degree of resin cure which was associated with the area under the exothermic peak enclosed by a baseline of DSC thermogram curve. Also, the curing behavior of phenolic resin according to relative humidity has been confirmed by decrease of ether groups which have interacted with the phenolic-OH group and the hexamine as a curing agent. Consequently, it could be demonstrated that increase the relative humidity during fabrication of porous $ZrO_2$ diminished the compaction and properties of specimens after firing owing to curing of phenolic resin.

MX 석출물 형성 원소인 V과 Nb을 첨가한 11Cr-1Mo-VNb 페라이트계 내열강의 각각의 시험 온도에서 파단 시간에 따른 미세조직의 변화를 연구하였다. 초기 조직은 템퍼드 마르텐사이트 조직을 갖고 있었으며, 고온 강도를 저하시키는 ${\delta}$-페라이트는 존재하지 않았다. 주 석출상은 $M_{23}C_6$와 MX로 확인되었다. 또한, 모든 크리프 파단재에서 응력을 받은 게이지 부분이 응력을 받지 않은 그립 부분보다 석출물 및 마르텐사이트 래스 폭의 성장이 가속되는 결과를 나타내었다. 이는 크리프 변형 중 응력 집중에 의해 래스 경계를 따라 전위가 집적되고, 이에 따른 용질원자의 확산 속도가 증가하여 석출물의 성장에 따른 래스 경계의 이동이 일어나 게이지 부분이 그립 부분보다 마르텐사이트 회복이 가속된 것으로 판단된다.

WC-Co and other similar cemented carbides have been widely used as hard materials in industrial cutting tools and as mould metals; and a number of techniques have been applied to improve its microstructural characteristics, hardness and ear resistance. Cobalt is used primarily to facilitate liquid phase sintering and acts as a matrix, i.e. a cementing phase between WC grains. A uniform distribution of metal phase in a ceramic is beneficial for improved mechanical properties of the composite. WC-Co, starting from initial powders, is vastly used for a variety of machining, cutting, drilling, and other applications because of its unique combination of high strength, high hardness, high toughness, and moderate modulus of elasticity, especially with fine grained WC and finely distributed cobalt. In this study, that started with two different compositions of initial powders, WC-7.5wt%Co and WC-12wt%Co with initial powder size being 1~3 ${\mu}m$, magnetic pulsed compaction followed by subsequent vacuum sintering were carried out to produce consolidated preforms. Magnetic Pulsed Compaction (MPC), a very short duration (~600 ${\mu}s$), high pressure (~4 Gpa), high-density preform molding method was used with varied pressure between 0.5 and 3.0 Gpa, in order to reach an initial high density that would help improve the sintering behavior. For both compositions and varied MPC pressure, before and after sintering, changes in microstructural behavior and mechanical properties were analyzed. With proper combination of MPC pressure and sintering, samples were obtained with better mechanical properties, densification and microstructural behavior, and considerably improved than other conventional processes.

Ni기 초내열합금을 사용하는 터빈엔진의 효율향상 및 다양한 초고온함금에 대한 관심이 높아지면서, 이를 대체할 수 있는 초고온합금으로 Mo기지 복합재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데 실질적으로 Mo 합금은 취약한 산화성으로 인하여 내산화성이 문제가 되고 있다. Mo-Si-B합금이 초고온에 노출될 경우 산화물의 점도가 매우 낮아 산화층을 형성하기 곤란하고, 저온에서는 산화층이 합금을 보호하지 못한다고 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 Mo-Si-B 합금기지에 Si 확산코팅을 수행하여 내산화성을 높이고자 하였다. $1,100^{\circ}C$와 $800^{\circ}C$의 온도에서 시간에 따른 코팅 층의 두께 및 성장거동을 속도론적으로 고찰하였고, 내산화성을 평가하였다. 코팅된 시험편의 XRD 및 SEM 분석 및 무게측정 결과 내산화성이 크게 개선된 것으로 나타났으며, 내산화성에 대한 기구를 고찰하였다.

We have demonstrated ink-jet printed indium tin oxide (ITO) and indium tin zinc oxide (IZTO) electrodes for cost-efficient organic solar cells (OSCs). By ink-jetting of crystalline ITO nano-particles and performing a rapid thermal anneal at $450^{\circ}C$, we were able to obtain directly patterned-ITO electrodes with an average transmittance of 84.14% and a sheet resistance of 202.7 Ohm/square without using a conventional photolithography process. The OSCs fabricated on the directly patterned ITO electrodes by ink-jet printing showed an open circuit voltage of 0.57 V, short circuit current of 8.47 mA/cm2, fill factor of 44%, and power conversion efficiency of 2.13%. This indicates that the ITO directly-patterned by ink-jet printing is a viable alternative to sputter-grown ITO electrodes for cost-efficient printing of OSCs due to the absence of a photolithography process for patterning and more efficient ITO material usage.

비정질 indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO)는 thin film transistor (TFT)에 적용되는 대표적인 active layer로써 높은 이동도를 갖고, 도핑 농도의 제어가 용이하며 낮은 온도에서도 대면적에 증착할 수 있는 특성을 가지고 있다. 특히 저온에서 대면적 증착이 가능한 장점을 갖고 있어 LCD 분야뿐만 아니라 다양한 분야에서 상용화하려는 연구가 시도되고 있다. a-IGZO를 구성하는 물질 중에 이동도에 중요한 역할을 미치는 In은 대표적인 투명전극물질인 indium-tin oxide (ITO)에서 고전류 구동에 의한 확산이 널리 알려져 이에 대한 증명과 개선을 위한 연구가 진행되고 있다. 보고된 결과에 따르면 device에 지속적인 구동 전압을 가했을 때 In이 유기층로 확산되어 organic light emitting diode(OLED)의 성능을 저하시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, a-IGZO에서도 고전류 구동에 의한 indium의 이동이 필수불가결하다고 판단된다. 본 연구에서는 a-IGZO TFT에 고전압 구동을 반복적으로 시행함으로써 발생하는 전기적 특성의 변화를 확인하였고, 동일한 소자의 전극과 채널 사이의 계면에서 In 분포를 energy dispersive spectrometer (EDS)로 관찰하여 In 분포와 전기적 특성 간의 상관관계에 대해 연구하였다.

본 연구에서는 Indium-free 및 gallium-free 기반의 산화물 TFT를 제작하기 위해 n-type $TiO_2$ 반도체 기반의 thin film transistor ($Mo/TiO_{2-x}/SiO_2/p+\;+Si$)를 oxygen deficient black $TiO_{2-x}$ 타겟을 이용하여 DC magnetron sputtering 공법으로 제작하고 그 특성을 분석하였다. DC magnetron sputtering 공법으로 성막된 $TiO_{2-x}$ semiconductor의 전기적, 광학적, 화학적 결합 에너지 및 구조적 특성 분석을 위해 semiconductor parameter analyzer (Aglient 4156-C), UV/Vis spectrometer, X-ray Photoelectron Spectroscopy, Transmission Electron Microscopy를 각각 이용하여 분석하였으며 이를 RTA 전/후 특성 비교를 통하여 관찰하였다. $TiO_{2-x}$ TFT의 소자 특성은 RTA 열처리 전/후 전형적인 insulator 특성에서 semiconductor 특성으로 변화되는 것을 관찰할 수 있었으며, 최적화된 열처리 공정에서 filed effect mobility 0.69 $cm^2$/Vs, on to off current ratio $2.04{\times}10^7$, sub-threshold swing 2.45 V/decade와 Vth 10.45 V를 확보할 수 있었다. 또한 RTA 열처리 후 밴드갭이 3.25에서 3.41로 확장되는 특성을 나타내었다. 특히 RTA 열처리 후 stoichiometric $TiO_2$ 상태와는 다른 $Ti^{2+}$, $Ti^{3+}$, $Ti^{4+}$ 등의 다양한 oxidation states가 관찰되었으며 이러한 oxidation states를 $TiO_{2-x}$ 박막에서의 oxygen deficient 상태와 연관시킴으로써 oxygen vacancy의 n-type dopant로의 거동을 확인하였다. $TiO_2$ 채널 기반의 TFT 특성을 통하여서 indium free 또는 gallium free 산화물 채널로써의 가능성을 확인하였다.

본 연구에서는 Zinc Tin Oxide (ZTO)/Ag/ZTO 다층 투명 전극을 제작하고 이를 비정질 ZTO (a-ZTO) 채널을 기반으로 한 TFT에 적용하여 투명 TFT의 전기적 특성을 확인하였다. 15${\times}$15 mm 크기의 ITO (gate)/Glass 기판상에 ALD법으로 투명 $Al_2O_3$절연층을 형성하고, RF sputtering법으로 50nm 두께의 a-ZTO 채널층을 형성하였다. 열처리를 위하여 Hot plate를 이용해 대기 중에서 $300^{\circ}C$의 온도로 20분간 열처리하여 채널 특성을 최적화 하였다. 이후 투명 Source/Drain으로 ZTO/Ag/ZTO 다층 투명 전극을 DC/RF sputtering법으로 패터닝하여 투명 TFT를 완성하였고, 평가를 위해 금속 (Mo)을 Source/Drain으로 사용한 TFT를 제작하여 그 성능을 비교하였다. ZTO/Ag/ZTO 다층 투명 전극은 Ag의 삽입으로 인하여 3.96ohm/square의 매우 낮은 면저항과 $3.24{\times}10-5ohm-cm$의 비저항을 나타내었으며, Antireflection 효과에 의해 가시광선 영역 (400~600 nm)에서 86.29%의 투과율을 나타내었다. ZTO/Ag/ZTO 다층 투명 전극 기반 투명 TFT는 $6.80cm^2/V-s$의 이동도와 $8.2{\times}10^6$의 $I_{ON}/I_{OFF}$비를 나타내어 금속 Source/Drain 전극에 준하는 특성을 나타내었다. 뿐만 아니라 전체 소자의 투과도 또한 ~73.26% 수준을 나타내어 투명 TFT용 Source/Drain 전극으로서 ZTO/Ag/ZTO 다층 투명 전극의 가능성을 확인하였다.

넓은 밴드갭을 가지고 있어 가시광에서 투명하며 높은 이동도를 가진 산화물 반도체는 기존의 Si 기반 TFT 소자를 대체할 차세대 디스플레이의 핵심 소재기술로 관심이 높아지고 있다. 그러나 대표적인 산화물 반도체인 In-Ga-Zn-O (IGZO)에 포함된 인듐의 수요 증가에 따른 가격 급등 문제로 이를 대체할 수 있는 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 이에 비교적 저가의 물질로 구성된 Zn-Sn-O계 산화물 소재에 대한 연구가 진행된 바 있으나, 높은 수준의 캐리어 농도를 가지고 있어 TFT 채널용 반도체소재로 적용되기 위해서는 이를 $10^{17}\;cm^{-3}$ 이하로 조절할 수 있는 기술개발이 요구된다. 본 연구는 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착된 Ga-Zn-Sn-O (GZTO) 박막의 갈륨 첨가에 따른 특성변화를 조사하였다. GZO ($Ga_2O_3$ 5wt%)와 $SnO_2$ 타켓의 인가 파워를 고정한 상태에서 $Ga_2O_3$ 타켓의 인가 파워를 0~100W로 조절하여 박막 내 Ga 함량을 증가시켰다. 제조된 모든 GZTO 박막은 Ga함량에 관계없이 비정질 구조를 가지며 가시광 영역에서 약 78%의 우수한 투과율을 나타낸다. Ga 함량에 따라 박막의 구조적, 광학적 특성은 크게 변하지 않지만 전기적 특성은 뚜렷한 변화를 나타냈다. $Ga_2O_3$ 파워가 증가할수록 박막 내 캐리어 농도와 이동도의 감소로 비저항이 크게 증가하는데 특히 캐리어 농도는 $Ga_2O_3$ 파워가 0에서 100W로 증가할 때 $2{\times}10^{18}$에서 $8{\times}10^{14}\;cm^{-3}$으로 감소하였다. 이는 Ga-O의 화학적 결합 에너지가 다른 원소들(Zn 또는 In)에 비해 커서 박막 내 산소공공의 감소가 야기되었기 때문이다. 이러한 전기물성의 변화를 이해하기 위해 XPS 분석을 수행하였다. 제조된 GZTO 박막은 $Ga_2O_3$ 파워가 증가함에 따라 O 1s peak에서 산소공공과 관련된 530.8 eV peak의 intensity가 감소한다. 따라서 Ga을 첨가에 따른 캐리어 농도의 감소는 산소공공의 발생억제로 기인한 것으로 판단되며, 본 연구결과는 ZTO계 비정질 산화물 반도체의 활용가능성을 제시하였다.

현재 상용화된 LED 또는 태양전지 등의 투명전극(TCO, transparent couducting oxide)재료로 높은 전기전도도와 광투과도를 갖는 ITO (Indium Tin Oxide)가 많이 채택되고 있다. 그러나 이에 사용되는 Indium의 단가가 높다는 문제점이 있어 이를 대체하기 위한 물질의 연구가 많이 이루어지고 있다. 특히 Aluminum을 doping한 ZnO (AZO)는 우수한 전기적, 광학적 특성 등으로 인해 ITO를 대체할 차세대 TCO 물질로 각광받고 있다. 본 연구에서는 sol-gel법을 및 direct patterning법을 이용하여 moth-eye 패턴을 포함하는 AZO 박막을 제작하였다. AZO sol을 제작하기 위하여 2-methoxyethanol, zinc acetate dihydrate 및 doping source로 aluminum nitrate nonahydrate를 사용하였다. 또한 광추출 향상 효과를 갖는 moth-eye 구조의 master stamp를 Polydimethyl siloxane(PDMS)를 이용하여 역상 moth-eye 구조의 mold를 복제하였으며, 이 복제된 mold와 제작된 AZO sol을 이용한 direct patterning법을 통해 나노급 moth-eye 구조를 갖는 AZO 투명전극층을 형성하였다. 제작된 moth-eye 구조를 갖는 AZO 투명전극층의 전기적 특성 평가를 위해, 4-point probe 측정 및 Hall measurement를 시행하였으며, 광학적 특성을 확인하기 위하여 UV-Visable spectrometer를 이용하여 투과도를 측정하였다. 본 연구를 통해 현재 상용화된 광전자 소자에 사용되고 있는 ITO 투명전극을 대체할 차세대 투명전극으로써 AZO 박막의 가능성을 확인하였다.

산업화 이후, 석탄 석유를 중심으로 한 화석연료가 이산화탄소를 대량으로 배출하며 지구 온난화를 야기함에 따라, 기존의 화석연료를 대체할 청정하고 무한 재생 가능한 대체에너지로 가장 큰 기대를 받고 있는 것은 태양에너지이며, 이에 보조를 맞춰 태양광발전에 대한 연구개발이 국내외적으로 활발히 진행되고 있는 실정이다. 태양 전지는 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 바꿔주는 소자로, 셀의 효율을 높이기 위해서는 최대한 많은 빛을 흡수시킬 수 있는 것이 중요하다. 빛의 반사를 줄이는 방법에는 texturing과 antireflecting coating이 있다. Antireflecting coating은 반도체와 공기의 중간 굴절율을 갖는 박막을 증착하여 측면 반사를 감소시킴으로서 빛의 손실을 감소시키는 역할을 한다. 과거에 반사방지막으로 가장 많이 사용되었던 물질은 SiO로써 굴절률은 1.8~1.9로서 최소의 반사율은 1% 미만이지만, 가시광선영역에서의 흡수에 의한 손실이 생기므로, SiNx가 대체 물질로 제안되었다. SiNx의 경우 굴절률이 약 1.5로서 Si에 쉽게 형성시킬 수 있고, texturing된 Si 표면에 적합하며 반사율을 10%에서 2%로 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 high power, high frequency PECVD 방법으로 $SiH_4$와 $NH_3$ gas의 비율, $N_2$ carrier gas 등 공정 변수를 변화시켜 증착한 SiNx 박막의 결정학적 특성을 X-ray diffraction 분석과 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 화학적 결합을 확인하였고, 이를 FT-IR (Fourier Transform-Infrared spectroscopy)를 통해 관찰한 결과와 연관시켜 분석하였다. 굴절율의 경우 ellipsometer를 이용하여 측정하였으며 위의 측정을 통하여 SiNx박막의 반사 방지막으로써의 가능성을 확인 하였다.

현재 상용 중인 터치패널의 전도성 필름으로는 ITO가 주로 사용된다. 하지만, 디스플레이 기기의 수요 증가와 Indium의 고갈로 인한 ITO의 수요 공급 불균형으로 인한 원가 문제가 대두되고 있다. 이 때문에, Carbon nanotube (CNT), Graphene 등의 대체 투명 전도성 물질들이 연구 중에 있지만 투과율 및 저항 문제 등이 문제가 되고 있다. 본 연구에서는 투명 전도성 필름의 광 투과도 향상을 위하여, 자외선 경화 레진을 이용하여, 전도성 필름 상에 모스 아이 레진 패턴을 형성하는 실험을 진행하였다. 패턴이 형성된 이후에는 Scanning Electro Microscope를 통하여 패턴의 형성 유무를 관찰하였고, UV-vis와 4-point probe를 이용하여 투과도 및 저항을 측정하였다. 실험 결과 모스아이패턴을 필름에 패터닝 함으로써, 전체적으로 투과도가 증가된다는 것을 확인 할 수 있었으며, 투과도의 증가폭은 단면 패터닝보다는 양면 패터닝을 한 경우가 높았다. 그리고 저항 변화에 있어서는 패턴이 있는 부분의 경우 표면 잔여층으로 인하여 급격하게 증가하였지만, 전도면 반대편에 패터닝을 진행한 경우 거의 변화하지 않았다는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 본 연구를 통해 나노 임프린트 리소그래피를 통해 전도성 폴리머 필름 상부에 모스아이나노 구조물을 제작하였고, 이를 통해 기존의 전도성 폴리머 필름의 낮은 투과율을 향상시킬 수 있었다.

본 연구에서는 질화물 계 발광 다이오드의 광추출효율을 향상시키키 위해서 발광 다이오드의 ITO 투명전극 층 상부에 임프린팅 공정을 이용하여 고굴절률 레진 패턴을 형성하였다. 고굴절률 레진은 단량체 기반의 열경화성 임프린트 레진에 ZnO 나노 파티클을 분산시켜 제작하였고 ZnO 나노 파티클의 함량비를 달리하여 레진의 굴절률을 조절하였다. 고굴절률 레진으로 이루어진 패터닝 층은 열경화 임프린팅 공정으로 제작되었고 300 nm 크기의 dot 또는 hole 격자 패턴 및 moth-eye 형상의 저반사 나노 패턴 등으로 형성되었다. 발광 다이오드에 형성된 패터닝 층의 굴절률, 구조에 따른 광추출효율 향상 정도를 분석하기 위하여 electroluminescence 측정을 하였으며 I-V characteristics를 통해서 임프린팅 공정에 의하여 발광 다이오드 소자의 전기적 특성이 저하되지 않았음을 확인하였다.

LCD 디스플레이 등에 사용되는 글래스 패널 위에 bare si die를 직접 실장하는 COG 플립칩 패키지의 경우 Au 범프와 ITO 패드 간의 전기적 접속 및 접합부 신뢰성 확보를 위해 접속소재로서 ACF (anisotropic conductive film)가 사용되고 있다. 그러나 ACF는 고가이고 접속피치 미세화에 따라 브릿지 형상에 의한 쇼트 등의 문제가 발행할 수 있어 NCP (non-conductive paste)의 상용화가 요구되고 있다. 본 연구에서는 NCP를 적용한 COG 패키지에 있어서 온도, 압력 등의 열압착 본딩 조건과 NCP 물성이 Au-ITO 접합부의 전기적 및 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. NCP는 에폭시 레진과 경화제, 촉매제를 사용하여 다양하게 포뮬레이션을 하였고 DSC (Differential Scanning Calorimeter), TGA (Thermogravimetric Analysis), DEA (Dielectric Analysis) 등의 열분석장비를 이용하여 NCP의 물성과 경화 거동을 확인하였다. 테스트 베드는 면적 $5.2{\times}7.2\;mm^2$, 두께 650 ${\mu}m$, 접속피치 200 ${\mu}m$의 Au범프가 형성된 플립칩 실리콘 다이와 접속패드가 ITO로 finish된 글래스 기판을 사용하였다. 글래스 기판과 실리콘 칩은 본딩 전 PVA Tepla사의 Microwave 플라즈마 장비로 Ar, $O_2$ 플라즈마 처리를 하였으며, Panasonic FCB-3 플립칩 본더를 사용하여 본딩하였다. 본딩 후 접합면의 보이드를 평가하고 die 전단강도로 접합강도를 측정하였다.

Recently, Silicon Germanium (SiGe) alloys have been received considerable attention for their great potentials in advanced electronic and optoelectronic devices. Especially, microcrystalline SiGe is a good channel material for thin film transistor due to its advantages such as narrow and variable band gap and process compatibility with Si based integrated circuits. In this work, microcrystalline silicon-germanium films (${\mu}c$-SiGe) were deposited by DC/RF magnetron co-sputtering method using Si and Ge target on Corning glass substrates. The film composition was controlled by changing DC and RF powers applied to each target. The substrate temperatures were changed from $100^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$. The microstructure of the thin films was analyzed by x-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The analysis results showed that the crystallinity of the films enhances with increasing Ge mole fraction. Also, crystallization temperature was reduced to $300^{\circ}C$ with $H_2$ dilution. Hall measurements indicated that the electrical properties were improved by Ge alloying.

반도체를 비롯하여 LCD, OLED와 같은 디스플레이 (FPD: Flat Panel Display) 분야는 국가 선도 사업으로써 발전을 거듭해오고 있다. 하지만 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 최근 중국과 대만 업체와의 경쟁이 심화되고 있으며, 더불어 환경문제가 큰 이슈로 떠오르고 있어 신기술 개발을 통한 생산 수율 향상 및 친환경 공정 개발의 중요성이 커지고 있다. 반도체, 디스플레이 공정에서 생산 수율 저하의 주요 원인으로써 공정 중 발생하는 미세 오염 입자를 들수 있다. 반도체 및 디스플레이 공정에서 세정 기술은 전체 기술의 30% 이상을 차지하며 생산 수율 및 제품의 품질에도 큰 영향을 주는 공정이다. 세정 공정은 일반적으로 습식 세정 공정이 낮은 공정비용을 바탕으로 널리 적용되어 왔으나, 기판의 대형화와 패턴의 미세화에 따라 정밀한 세정 스펙이 요구되며 더불어 막대한 양의 초순수와 화학액의 사용으로 인한 공정비용 증가와 환경 규제 강화에 따른 폐수 처리의 문제에 직면하고 있다. 이에 따라 폐수의 양을 줄이며 건조공정을 필요로 하지 않아 공정비용을 줄일 수 있는 건식 세정 공정에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. $CO_2$ snow jet 세정 기술은 건식 공정으로써 $CO_2$ 가스를 특수하게 제작된 분사 노즐에서 고압으로 가스를 분사하여 이 때 발생되는 순간적인 감압에 의한 단열 팽창으로 생성된 $CO_2$ snow 입자가 기판 표면의 오염물과 물리적 충돌을 하어 세정이 이루어지는 기술이다. 특히 $CO_2$ 세정은 환경과 인체에 무해하며 공정 후 바로 승화하기 때문에 추가적인 폐수처리 공정 등이 필요하지 않고, 건식 공정으로써 수세(Rinse) 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 공정비용을 크게 줄일 수 있으며 물반점 발생을 방지 할 수 있는 친환경 건식 공정으로써의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 자체적으로 개발한 $CO_2$ snow jet을 바탕으로 하여 다양한 공정조건을 변화시켜 세정효율을 측정하는 한편, 최적화 하기 위한 연구를 진행하였으며 더불어 $CO_2$ snow의 세정력을 정량적으로 평가하기 위한 연구를 진행하였다. 실험을 통해 가장 효과적으로 $CO_2$ snow 입자를 배출 할 수 있는 공정 조건으로써 5 bar의 캐리어 가스 압력을 사용하여, 세정력에 가장 큰 영향을 줄 수 있는 분사 노즐과 기판 사이의 거리 및 분사 노즐의 각도 등을 변화시켜 각 조건에 따른 세정효율을 평가하였다. 세정 오염물은 Silica, PSL 표준 입자(Duke scientific, USA)를 정량적으로 웨이퍼에 오염 시킨 후, 파티클 스캐너(Surfscan 6500, KLA-Tencor, USA)를 이용하여 세정 전 후의 오염입자 개수 변화를 통해 정량적으로 세정효율을 평가하였다. 본 연구를 통하여 $CO_2$ snow jet를 이용한 친환경 고효율 건식 세정 공정 메커니즘을 분석하였으며, 노즐과 기판 사이의 간격 및 분사 노즐의 각도 등을 최적화 한 세정 공정을 얻을 수 있었다.

A polymer-based multi-walled carbon nanotube (MWCNT) field emission device was fabricated from a composite dispersion of MWCNTs and waterborne polymethyl methacrylate (PMMA). The waterborne PMMA synthesized through the emulsion polymerization method was added to minimize the reagglomeration of dispersed MWCNTs with surfactants in water, and increase the adhesion between the and the substrate. The field emission properties of the fabricated device were optimized by adjusting the density of the emitter and the adhesion between the MWCNTs and the substrate. These were done by controlling the polymer concentration added to the MWCNT dispersion, as well as the amount of spray coating on the substrate. The results confirm the successful fabrication of a polymer-based MWCNT field emission device with a low field of 1.07 $V/{\mu}m$ and a good electric field enhancement factor of 2445. The device was fabricated by adding 0.8 mg/mL of polymer solution to the MWCNT dispersion and applying 20 cycles of spray coating. Application of this same MWCNT/polymer composite solution to a flexible polymer substrate also resulted in the successful fabrication of an electric field emission device with uniform emission and long time stability.

Resistivity of GaN has been investigated under the influence of ion implantation. n-type, p-type and also undoped GaN has been used here. A ring shape pattern of Au was fabricated on GaN film by the photolithography technique. H, He and Ar were used for implantation. The ion implantation energy, fluence and post-implant annealing temperature varied in this research. Because of the making barrier in some selected area using ions, the resistivity changed in all the samples with the change of both fluence and energy. At room temperature, the resistivity of n-type GaN has been increased from $1.9{\times}10-2$ to $17.7{\times}10-2\;{\Omega}-cm$. This is high for He ion. But undoped and p-type GaN showed some anomalous character.

SAW-ED를 이용하는 박막공정 기술을 통하여 나노레벨의 SWCNT 와 PEDOT의 thin film 및 hybrid화된 film구조를 얻을 수 있었다. SWCNT와 전도성고분자와의 hybridization을 통해 균일상의 표면 morphology를 갖는 고전도성 투명 필름을 제작하고, 이들의 전기광학적 성질을 확인하였다. SAW-ED를 이용하는 박막공정 기술은 나노입자 및 나노구조물의 박막화 패턴화를 포함하는 새로운 deposition 기술로서의 응용성을 가지고 있으며, 본 연구에서는 SWCNT와 전도성고분자를 이용하여 이를 확인하였다.

본 연구에서는 non-contact deposition method의 일환인 ESD (electroctatic deposition)의 박막공정을 이용하여 Conductive layer 위에 Gold nanoparticles 및 Silver nanoparticles 등 organic/inorganic nano particle conductive ink system의 단분산 2D 박막을 제조를 연구하였다. ESD head를 통해 여러가지 organic / inorganic nano particle conductive ink system을 Deposition하였으며 분산도가 높고 균일한 단분산의 2차원 박막 구조를 얻을 수 있었으며, 전도성 PEDOT과의 Hybridization을 통해 균일상의 표면 Morphology를 갖는 고 전도성 투명 필름을 제작하였다. ESD technique를 이용하는 박막공정 기술은 나노입자 및 나노구조물의 박막화 패턴화를 포함하는 새로운 Deposition 기술로써 이를 응용하여 금속 나노입자의 2차원의 패턴화된 박막 구현을 통해 유기반도체 및 전자소자에의 응용성을 증거할 수 있었다.

Organic thin film transistors (OTFTs) have been attracting considerable attention because of their potential use in low-cost, large area, electronic devices such as flexible displays, biochemical sensors, and smart cards. In past several years, gold/pentacene has been frequently used in OTFTs because of the high mobility of pentacene and the high work function of gold. To improve the performance of the OTFTs contact area doping of pentacene with p-doping materials are well known. In this work we demonstrated selectively contact area doping of pentacene with Iodine vapor. For effective doping elevated pentacene layer under the source-drain area was deposited and exposed to Iodine vapor. We got better electrical performance for elevated pentacene structure rather than planer structure with relatively high field-effect mobility.

Dye sensitized solar cells (DSC) are promising devices for inexpensive, nontoxic, transparent, and large-scale solar energy conversion. Generally thick $TiO_2$ nanoporous films act as efficient photoanodes with their large surface area for absorbing light. However, electron transport through nanoparticle networks causes the slowdown and the loss of electron transport because of a number of interparticle boundaries inside the conduction path. We have studied DSCs with precisely dimension-controlled $TiO_2$ nanotubes array as photoanode. $TiO_2$ nanotubes array is prepared by template-directed fabrication method with atomic layer deposition. Well-ordered nanotubes array provides not only large surface area for light absorbing but also direct pathway for electrons with minimalized grain boundaries. Large enlongated anatase grains in the nanotubes could enhance the conductivity of electrons, but also suppress the recombination with holes through defect sites during diffusion into the electrode. To study the effect of grain boundaries, we fabricated two kinds of nanotubes which have different grain sizes by controlling deposition conditions. And we studied electron conduction through two kinds of nanotubes with different grain structures. The solar cell performance was studied as a function of thickness and grain structures. And overall solar-to-electric energy conversion efficiencies of up to 7% were obtained.

치과재료의 개발은 치과 치료 기술에 있어서 가장 중요한 요소이며, 현재 일반화되고 있는 치과 치료 기술 중 하나가 임플란트 시술이다. 임플란트의 기술 개발은 주로 임플란트 나사의 표면개질을 통한 기능개선에 초점을 ��추어 진행되어지고 있다. 본 연구에서는 Ti 임플란트 표면상에 양극산화법을 적용하여 다양한 지름 및 기공 크기를 갖는 $TiO_2$ 나노튜브를 제조하여 전자빔 조사를 통한 표면개질시 그 특성에 관한 연구를 수행하였다. 특히 전자빔 조사가 Ti/$TiO_2$ 나노튜브 표면상에 존재 가능한 조골세포의 성장 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 양극산화법을 이용한 Ti/$TiO_2$ 나노튜브는 전해질로서 HF와 $NH_4F$를 사용하였으며, 20-80 V의 인가 전압하에서 내경 약 80 nm, 외경 약 124 nm 및 길이 약 280 nm-14 ${\mu}m$의 비교적 균질한 지름 및 분포를 갖는 Ti/$TiO_2$ 나노튜브를 제조하였다. 전자빔 조사는 EB-Tech (대전, 한국)의 electron-beam accelerator(Model ELV-4)를 이용하였으며, 1.0 MeV의 빔 에너지로 총 흡수선량이 50 kGy, 500 kGy 및 5,000 kGy로 조사하였다. 전자빔을 조사하기 전 후 Ti/$TiO_2$ 나노튜브 표면상에 조골세포주(Osteoblast cell)의 배양시간의 변화에 따른 효과를 연구한 결과 배양 전 후 전자빔 조사선량의 증가에 따라 조골세포의 흡착률이 증가함을 확인할 수 있었다. 특히 HF전해질을 이용한 $TiO_2$ 나노튜브의 경우 5,000 kGy 조사선량의 전자빔을 조사한 후 조골세포 흡착률이 약 160% 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 전자빔 조사 전 후 조골세포 흡착률의 변화원인은 전자빔 조사 유무에 따른 $Ti^{3+}$와 $Ti^{4+}$의 변화에 기인함을 규명하였다. 이러한 결과는 향후 임플란트용 Ti/$TiO_2$ 나노튜브의 표면 개질시 전자빔의 유용성을 제시한다고 할 수 있다.

본 연구에서는 펄스레이져 박막 증착법(Pulsed Laser Deposition;PLD)을 이용하여 연자성의 CoNiFe (CNF) 물질과 강유전 특성의$BaTiO_3$ (BTO) 물질을 다층박막 구조로 제작하여 약자장(H=200 Oe)에 의해 에너지를 집적 시키거나 유전상수를 조절하여 박막의 구조 변화에 따른 커패시턴스 변화를 연구하였다. 다양한 구조의 다층 박막은 Si/$SiO_2$/Ti/Pt(111) 기판상에 PLD을 이용하여 증착하였으며, Phillp's X-선 회절기 (XRD)를 이용하여 결정구조와 격자 상수를 결정하였다. FE-SEM, TEM, AFM 및 EDS를 이용하여 박막 표면/단면의 미세구조 및 물질에 따른 조성비를 확인하였다. 자기적 특성을 위해Vibrating Sample Magnetometer (VSM)를 측정하였고, 전기적 특성은 LCR meter를 이용하여 측정하였다.

그라파이트 산화물(graphite oxide;G.O)는 그라파이트와는 다르게 물에서의 분산 능력이 뛰어나고 다양한 기판상에 단일 G.O layer를 형성할 수 있는 특성을 가지고 있으며, 유연(flexible)하고 투명(transparent)하기 때문에 다양한 전 자기 디바이스에 적용 가능하다. 특히, 최근 자성산화물 나노입자(magnetic oxide nanoparticles)에 대한 연구가 집중되고 있는데, 이러한 자성 나노입자와 G.O와의 복합체에 대한 연구는 다양한 분야로의 적용성에 대한 새로운 길을 열어주고 있다. 본 연구에서는 화학적 처리법을 적용하여 자성 나노입자(Co 나노입자)와 G.O 복합체를 제조하였다. Natural Graphite powder (N.G)에 $H_2O_4$ (98%) 및 $(NH_4)_2SO_4$를 적정 몰비로 첨가하여 반응 시킨 후 공기 중에서 열처리 공정을 수행하여 expanded graphite (E.G)를 제조 하였다. 열처리된 E.G를 $1,050^{\circ}C$ 온도에서 15~30초 및 30~60초 동안 공기 중에서 열처리 하여 expanded graphite oxide (E.G.O)를 제조하였으며, E.G.O와 $Co(acac)_3$의 화학적 반응을 통하여 Co 자성나노입자-G.O 복합체를 제조하였다. N.G, E.G, E.G.O 및 E.G.O+Co입자의 결정구조 분석을 위하여 XRD 측정을 수행하였으며, FTIR을 이용하여 각 단계에서의 반응성에 대한 연구를 수행하였다. 각 단계에서 표면 및 내부 미세구조 특성 분석을 위하여 SEM, TEM, 및 EDX 분석을 수행하였으며, E.G.O+Co 복합체의 자기적 특성 평가를 위하여VSM (vibrating sample magnetometer) 측정을 수행하였다. 이러한 연구 결과는 향후 자성나노입자와 그라핀과의 복합화를 위한 기저 기술로 활용가능하리라 판단된다.

Numerous possible applications for $ZrO_2$ nanotubes exist such as for catalyst support structures, for sensing or for applications as a solid state electrolyte. Especially, because of a large specific surface area, high efficiency for solid oxide fuel cell (SOFC) application at low temperature can be expected for nanotublar structures in even small size. A zirconium precursor, Tetrakis (ethylmethylamino) zirconium, TEMAZr and $H_2O$ oxidant were used to deposit$ZrO_2$ thin films on an anodized aluminum oxide (AAO) templates having sub-100nm cylindrical pores by atomic layer deposition (ALD) in the temperature range of 150~250$^{\circ}C$. The crystalline structures of as-prepared and post-annealed $ZrO_2$ nanotubes were characterized by x-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy. The as-prepared samples at $150^{\circ}C$ and $200^{\circ}C$ were showed amorphous, whereas a mixed phase of tetragonal, monoclinic and amorphous polymorph was observed at $250^{\circ}C$. In the bulk, zirconia remains monoclinic phase up to $1,175^{\circ}C$, however, $ZrO_2$ nanotubes were showed tetragonal phase upon post thermal treatments merely at $400^{\circ}C$. This trend may be indicative of high-curvature surfaces of nanotubes and thereby the presence of intrinsic compressive strain. The amount of amorphous structures in the mixed phase as well as as-grown $ZrO_2$ nanotubes were also gradually decreased by subsequent heat treatment.

다공 소재는 큰 비표면적과 규칙적으로 정렬된 구조의 특성으로 인해 자성메모리 소자용 재료, 나노 와이어 제작용 템플릿, 마이크로 반응기, 메타물질용 소재 등으로 각광을 받고 있다. 자기조립 수직배열 다공구조 재료를 제작하는 방법으로 흔히 알루미늄의 양극산화 방법과 이원공정계의 상분리 방법이 등이 있다. 본 연구에서는 상변태를 비롯한 패턴형성과 계면 운동을 가장 정확하게 다루는 이론적 모델로 알려진 상장모델(Phase Field model)을 이용하여 이원공정계의 박막성장과정 동안의 자발적 상분리에 의한 수직배열 자기조립 다공구조 형성을 시뮬레이션 한다. 상장모델을 기초로 하여 상분리 메커니즘에 의해 발현된 미세조직을 해석하고 다양한 공정변수가 미세조직 발현에 미치는 영향에 대해 연구한다. 또한 상장모델을 통해 얻은 결과는 기존에 발표된 연구들의 결과와 비교를 통해 유효성을 입증한다.

산화물 반도체는 높은 이동도와 낮은 공정 온도, 넓은 밴드갭으로 인한 투명성등 많은 장정을 가지고 있어 최근 많이 연구되고 있다. 그 중에서도 InGaZnO (IGZO)는 In, Ga 함유량으로 박막의 전기적 특성을 쉽게 조절할 수 있고 상온에서 비정질 상태로 증착되어 균일성에 장점이 있다. IGZO 박막을 TFT에 적용 시 MOSFET과는 다르게 축적 상태에서 채널이 형성되기 때문에 산화물 반도체 내에 캐리어 농도는 TFT 특성에 많은 영향을 미친다. 또한, 실리콘 기반의 트랜지스터는 이온 주입 및 확산 공정을 통해서 선택적으로 $10^{20}/cm^3$ 이상의 고농도 도핑을 실시하여 좋은 트랜지스터 특성을 확보할 수 있으나 IGZO 박막에는 이러한 접근이 불가능하다. 따라서 IGZO 박막의 캐리어 농도를 조절할 수 있으면 소스/드레인과 반도체의 접촉 저항 감소 및 전계 효과 이동도등 많은 특성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 UV light를 이용하여 IGZO 박막의 캐리어 농도를 조절하였다. IGZO 박막은 UV light 조사로 인해 Mo와 IGZO박막의 접촉저항이 $3{\times}10^3\;{\Omega}^*cm$에서 $1{\times}10^2\;{\Omega}^*cm$로 감소하였다. 이는 UV 조사로 표면에 금속-OH 결합이 생성되어 IGZO 박막의 캐리어 농도가 ${\sim}5{\times}10^{15}/cm^3$에서 ${\sim}3{\times}10^{17}/cm^3$까지 증가하기 때문이다. 또한 표면에 생성된 OH기는 강한 친수성 성질을 보여주고 표면의 높은 에너지 상태는 Self-Assembly Monolayer (SAM) 공정 적용이 가능 하다. 본 실험에서는 SAM 공정을 적용하여 IGZO-based TFT 제작에 성공하였고, 이 TFT는 UV 조사 시간에 따라 전계 효과 이동도가 0.03 $cm^2/Vs$에서 2.1 $cm^2/Vs$으로 100배 정도 증가하였다.

Molecularly imprinted polymer thin films were applied to develop a gas sensor based on the surface plasmon resonance phenomenon for small gaseous molecules such as toluene and xylene. The imprinted polymer films were synthesized via photo-polymerization method using various combination of templates, functional monomers and cross-linkers. The temperature of pre-polymerization solutions and the power of UV light were controlled for optimized performance of gas sensing. The morphology and porosity of the polymer films were controlled by varying the mixing ratios of the pre-polymerization solutions and confirmed by atomic force microscopy. By fitting the adsorption/desorption sensorgrams to conventional kinetic models, the effects of different templates and cross-linkers were interpreted in term of the structural differences of the polymer networks formed on the gold film. The sensitivity and selectivity of sensors were estimated for toluene and xylene, and also for humidity and other gaseous molecules such as formaldehyde and ammonia.

We demonstrate a facile and robust layer-by-layer (LbL) assembly method for the fabrication of nonvolatile resistive switching memory (NRSM) devices based on superparamagnetic nanocomposite multilayers, which allows the highly enhanced magnetic and resistive switching memory properties as well as the dense and homogeneous adsorption of nanoparticles, via nucleophilic substitution reaction (NSR) in nonpolar solvent. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (MP) of about size 12 nm (or 7 nm) synthesized with oleic acid (OA) in nonpolar solvent could be converted into 2-bromo-2-methylpropionic acid (BMPA)-stabilized iron oxide nanoparticles (BMPA-MP) by stabilizer exchange without change of solvent polarity. In addition, bromo groups of BMPA-MP could be connected with highly branched amine groups of poly (amidoamine) dendrimer (PAMA) in ethanol by NSR of between bromo and amine groups. Based on these results, nanocomposite multilayers using LbL assembly could be fabricated in nonpolar solvent by NSR of between BMPA-MP and PAMA without any additional phase transfer of MP for conventional LbL assembly. These resulting superparamagnetic multilayers displayed highly improved magnetic and resistive switching memory properties in comparison with those of multilayers based on water-dispersible MP. Furthermore, NRSM devices, which were fabricated by LbL assembly method under atmospheric conditions, exhibited the outstanding performances such as long-term stability, fast switching speed and high ON/OFF ratio comparable to that of conventional inorganic NRSM devices produced by vacuum deposition.

ZnO materials with a wide band gap of approximately 3.3 eV has been used in transparent conducting oxides (TCO) due to exhibitinga high optical transmission, but its low conductivity acts as role of a limitation for conducting applications. Recently, Ga or Al-doped ZnO (GZO, AZO) becomes transparent conducting materials because of high optical transmission and excellent conductivity. However, the fundamental mechanism underlying the improvement of electrical conductivity of the GZO is still the subject of debate. In this study, we have fully investigated the reasons of high conductivity through the characterization of plane defects, crystal orientation, doping contents, crystal structure in Zn1-xGaxO (x=0, 3, 5.1, 5.6, 6.6 wt%). We manufactured Zn1-xGaxO by sintering ZnO and Ga2O3 powers, having a theoretical density of 99.9% and homogeneous Ga-dopant distribution in ZnO grains. The GZO containing 5.6 wt% Ga represents the highest electrical conductivity of $7.5{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}m$. In particular, many twins and superlattices were induced by doping Ga in ZnO, revealed by X-ray diffraction measurements and TEM (transmission electron microscopy) observations. Twins developed in conventional ZnO crystal are generally formed at (110) and (112) planes, but we have observed the twins at (113) plane only, which is the first report in ZnO material. Interestingly, the superlattice structure was not observed at the grains in which twins are developed and the opposite case was true. This structural change in the GZO resulted in the difference of electrical conductivity. Enhancement of the conductivity was closely related to the extent of Ga ordering in the GZO lattice. Maximum conductivity was obtained at the GZO with a superlattice structure formed ideal ordering of Ga atoms.

Memristors have been studied for many years due to better scalability than DRAMs and FLASH memories thus they are considered now as a strong candidate for future memories. To describe the electrical behavior of memristors, various memristor models have been developed. Especially, many kinds of window function have been used to express the non-linearity of memristors which are thought to cause different voltage-current relationships in memristors. In this paper, the previous memristor models with different window functions are compared and analyzed. This comparative study can be very useful in not only understanding the diversity in memristor's electrical behaviors but also developing memristor circuits. This work was financially supported by the SRC/ERC program of MOST/KOSEF (R11-2005-048-00000-0). The CAD tools were supported by the IC Design Education Center (IDEC), Korea.

We introduce a novel and robust method for the preparation of nanocomposite multilayers, which allows the excellent photoluminescent (PL) properties as well as the accurate control over the composition and dimensions of multilayers. By exchanging the oleic acid stabilizers of CdSe@ZnS quantum dots (QDs) synthesized in organic solvent with 2-bromo-2-methylpropionic acid (BMPA) in the same solvent, these nanoparticles were be alternately deposited by nucleophilic substitution reaction with highly branched poly(amidoamine) dendrimer (PAMA) through layer-by-layer (LbL) assembly process. Our approach does not need to be transformed into the water-dispersible nanoparticles with electrostatic or hydrogen-bonding groups, which can deteriorate their inherent properties, for the built-up of multilayers. The nanocomposite multilayers including QDs exhibited the strong PL properties achieving densely packed surface coverage as well as long-term PL stability under atmospheric conditions in comparison with those of conventional LbL multilayers based on electrostatic interaction. Furthermore, we demonstrate that the flexible multilayer films with optical properties can be easily prepared using nucleophilic substitution reaction between bromo and amino groups in organic media. This robust and tailored method opens a new route for the design of functional film devices based on nanocomposite multilayers.