• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.101-101
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• 2011

투명전도성산화물(transparent conducting oxides, TCOs) 박막으로써 널리 쓰이는 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO)은 전기 전도성과 광 투과성이 우수하여 주로 유기발광다이오드(organic light-emitting diode, OLED)의 전극, 발광다이오드(light-emitting diode, LED)의 current spreading 층 및 태양전지(solar cell)의 윈도우층(window layer) 등의 광전자 소자로 응용되고 있으나, 고가의 indium 가격과 인체에 유해한 독성 등이 문제점으로 지적되고 있다. 따라서 indium의 함량을 저감한 새로운 조성의 TCO 또는 indium을 함유하지 않은 친환경적인 TCO 대체 재료 개발의 필요성이 증대되고 있다. 이러한 재료 중 하나인 AZO (Al-doped zinc oxide, $Al_2O_3$: 2 wt.%)는 3.82eV의 넓은 에너지 밴드갭을 가지며, 가시광선 및 근 적외선 파장 영역에 대하여 90% 이상의 높은 투과율을 나타낸다. 또한, 습식식각이 가능하며, 매우 풍부하여 원가가 매우 저렴하고, 독성이 없다. 본 연구에서는 박막 증착율이 높고, 제작과정의 조정이 용이한 RF magnetron 스퍼터를 이용하여 glass 기판 위에 AZO 박막을 성장하고, $N_2$ 분위기에서 다양한 온도 조건에서 열처리(rapid thermal annealing, RTA)하여 전기 및 광학적 특성에 대하여 비교 분석하였다. 또한, 이후에 기존의 성장방법과 달리 고가의 진공 장비를 사용하지 않고, 저온에서도 간단한 구조의 장비를 이용하여 균일한 나노구조를 성장시킬 수 있는 전기화학증착법(electrochemical deposition)으로 AZO 박막위에 ZnO 나노로드를 다양한 성장조건에 따라 성장시켜 광학적 특성을 비교 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.364-364
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• 2012

평판 디스플레이 분야에 투명 비정질 산화물 반도체는 박막 트렌지스터(Thin film transistor; TFT)소자의 채널층으로 사용할 수 있다. 투명 비정질 산화물 반도체 IGZO (In-Ga-Zn-O)는 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 가지기 때문에 우수한 성능의 TFT소자를 제작할 수 있다. 본 연구에서는 RF magnetron sputtering법으로 corning 1737 유리기판 위에 RF 파워의 변화에 따라 증착한 IGZO박막의 광학적 전기적 특성 변화를 연구하였다. 박막 증착 조건은 초기 압력 $2.0{\times}10^{-6}Torr$, 증착 압력 $2.0{\times}10^{-2}Torr$, 반응가스 Ar 25 sccm, 증착 온도는 실온으로 고정하였으며, 공정변수로 RF 파워를 25 w, 50 w, 75 w, 100 w로 변화시키며, IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1 : 1 : 2mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였다. 표면분석(AFM)결과 RF 파워가 증가함에 따라 거칠기가 증가하였으며, XRD 분석결과 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광 영역에서 (450~700 nm) 25 w일 때 85% 이상을 확인하였고, RF 파워가 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인하였다. RF 파워가 100 w인 경우 carrier 밀도는 $7.7{\times}10^{19}cm^{-3}$, Mobility $8.42cm^2V-s$, Resistivity $9.45{\times}10^{-3}{\Omega}-cm$로 투명 전도막의 특성을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.234-234
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• 2011

IGZO 투명 전도 박막은 TFT-LCD에 사용되는 투명 전도성 산화물 박막으로서 다양한 광전자 소자의 투명 전극으로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 RF magnetron sputtering법으로 corning 1737 유리기판 위에 RF 파워의 변화에 따라 증착한 IGZO박막의 광학적 전기적 특성 변화를 연구하였다. 박막 증착 조건은 초기 압력 $2.0{\times}10^{-6}$ Torr, 증착 압력 $2.0{\times}10^{-2}$ Torr, 반응가스 Ar 50 sccm, 증착 온도는 실온으로 고정하였으며, 공정변수로 RF 파워를 25 w, 50 w, 75 w, 100 w로 변화시키며, IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1 : 1 : 2 mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였다. 표면분석(AFM)결과 RF 파워가 증가함에 따라 거칠기가 증가하였으며, XRD 분석결과 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광 영역에서 (450 nm~700 nm) 25 w일 때 85% 이상을 확인하였고, RF 파워가 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인하였다. RF 파워가 100 w인 경우 carrier 밀도는 $7.0{\times}10^{19}\;cm^{-3}$, Mobility 13.4 $cm^2$/V-s, Resistivity $6.0{\times}10^{-3}\;{\Omega}-cm$로 투명전도막의 특성을 보였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.111.2-111.2
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• 2012

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

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.468-468
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• 2008

IZO(Indium zinc oxide) 박막은 화학적으로 안정하면서, 가시광 영역 (380~780 nm)에서 80% 이상의 높은 투과도와 낮은 전기비저항, 3.5 eV 이상의 넓은 밴드갭 특성을 가진다. IZO 박막의 이러한 특성 때문에 평판표시소자 (Flat Panel Display; FPD) 및 태양전지와 같은 광전소자들의 차세대 투명전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide; TCO) 박막 재료로 주목 받고 있다. 특히 평판표시소자(FPD)들의 고해상도, 대면적화 및 경량화로 인해 투명전극용 박막의 고품위 특성이 요구되고 있다. 현재 투명 전극으로 널리 사용되고 있는 고가의 ITO(indium tin oxide)를 대체할 다성분계 산화물 투명 전극 중에서 투광성과 전기전도도가 좋은 IZO 박막에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 IZO 박막의 광학적, 전기적 특성은 박막 내의 조성 차이와 미세구조에 의해 결정된다. 따라서 고품위의 IZO 박막 형성을 위해서 결정구조와 미세구조에 대한 분석이 필수적이다. 본 연구에서는 Si(100) 기판 위에 DC-sputtering으로 증착한 IZO 박막의 열처리 온도에 따른 구조적 특성을 알아보기 위해 300~$600^{\circ}C$ 공기분위기에서 1시간 동안 열처리 하였다. 표면 형상(surface morphology)은 원자현미경(AFM). 결정구조는 X-선 회절(XRD)로 분석하였고, 미세구조는 투과전자현미경(TEM)으로 관찰하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 추계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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• pp.65-66
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• 2006

AIGaN/GaN 고전자 이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistors, HEMTs)는 와이드 밴드-갭과 높은 항복 전계 및 우수한 채널 특성으로 인해 마이크로파 응용분야와 전력용 반도체에서 각광받고 있다. 최근, 전력 응용분야에서 요구되는 높은 항복 전압과 출력, 우수한 주파수 특성을 획득하기 인해 이중 게이트 AIGaN/GaN HEHTs에 관한 연구가 발표되고 있다. 본 논문에서는 AIGaN/GaN HEMTs에 이중 게이트를 적용하여, 두 개의 게이트와 드레인, 소스의 누설 전류를 각각 측정하여 이중 게이트 AIGaN/GaN HEMTS의 누설 전류 메커니즘을 분석하였다. 또한 제안된 소자의 $SiO_2$ 패시베이션 전 후의 누설 전류 특성을 비교하였다. $SiO_2 $ 패시베이션되지 않은 소자의 누설 전류는 드레인, 소스와 추가 게이트로부터 주 게이트로 흐른 반면, 패시베이션 된 소자 누설 전류는 드레인으로부터 주 게이트 방향의 누설 전류만 존재하였다. $SiO_2$ 패시베이션 된 소자의 누설 전류는 (87.31 nA ) 패시베이션 되지 않은 소자의 누설 전류 ( $8.54{\mu}A$ )에 비해 의게 감소하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.278-278
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• 2010

3.37 eV의 와이드 밴드갭과 60 mV의 높은 엑시톤 결합에너지를 갖는 반도체인 ZnO는 화학 및 열적 안정성, 압전특성 등 다양한 특성을 갖는 물질로써, 수열합성법을 이용하여 길이 $1.5{\mu}m$, 직경 100nm의 n-type ZnO 나노와이어를 성장시켰으며, P3HT는 유기 태양전지에서 가장 많이 사용되는 고분자 도너로써 열처리를 통하여 결정화 됨에 따라, 엑시톤의 확산속도나 전하의 이동도가 증가하여 더 많은 광전류를 생성하는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 ZnO 필름이 아닌 n-type ZnO 나노와이어와 Poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를 사용 하여 ZnO/P3HT 이종접합 태양전지를 제작하였다. 기판으로 글래스, 전극으로 ITO (Indium Tin Oxide), 나노와이어의 씨앗층으로 ZnO:Al를 스퍼터로 100nm 증착 하였다. Znc nitrate hydrate와 hexamethylenetetramine이 혼합된 수용액에서 기판을 담그고 n-type ZnO 나노와이어 성장 시키고, P3HT의 스핀 코팅조건과 열처리 온도를 변화시켜 P3HT의 두께와 결정화도가 ZnO/P3HT 이종접합 태양전지에 미치는 영향을 비교 분석 하였다.

• 한국진공학회지
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• 제18권2호
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• pp.127-132
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• 2009

Sb에 기초한 응력 초격자 적외선검출소자의 구성 물질인 도핑하지 않은 기판 GaSb 결정과 GaSb/SI-GaAs 박막에 잔존하고 있는 진성결함 (intrinsic defect)을 비교 조사하였다. 상온 근처 (250 K)까지 광여기 발광 (PL)을 보이는 GaSb 결정에서의 발광 에너지의 온도의존성으로부터, 밴드갭 에너지에 관한 경험식인 Varshni 함수의 파라미터 ($E_o$, $\alpha$, $\beta$)를 결정하였다. GaAs 기판 위에 성장된 이종 GaSb 박막에서는 GaSb 주요 진성결함으로 알려져 있는 29 meV의 이온화 에너지를 가지는 위치반전 (antisite) Ga ([$Ga_{Sb}$]) 결함과 함께 위치반전 Sb ([$Sb_{Ga}$])와의 복합결함 ([$Ga_{Sb}-Sb_{Ga}$])과 관련된 것으로 분석된 732/711 meV의 한 쌍의 깊은준위 (deep level)가 관측되었다. PL의 온도 및 여기출력 의존성을 분석하여, Sb-rich상태에서 성장된 GaSb 박막에서는 잉여 Sb의 자발확산 (self-diffusion)에 의하여 치환된 위치전도 [$Ga_{Sb}$] 및 [$Sb_{Ga}$]가 결합하여 [$Ga_{Sb}-Sb_{Ga}$]의 깊은준위를 형성하는 것으로 해석되었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.73-73
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• 2009

트렌지스터의 채널 길이가 줄어듦에 따라 절연층으로 쓰이는 $SiO_2$의 두께는 얇아져야 한다. 이에 따라 얇아진 절연층에서 터널링이 발생하여 누설전류가 증가하게 되어 소자의 오동작을 유발한다. 절연층에서의 터널링을 줄여주기 위해서는 High-K와 같은 유전율이 높은 물질을 이용하여 절연층의 두께를 높여주어야 한다. 최근에 각광 받고 있는 High-K의 대표적인 물질은 $HfO_2$, $ZrO_2$와 $Al_2O_3$등이 있다. $HfO_2$, $ZrO_2$와 $Al_2O_3$는 $SiO_2$보다 유전상 수는 높지만 밴드갭 에너지, 열역학적 안정성, 재결정 온도와 같은 특성 면에서 $SiO_2$를 완전히 대체하기는 어려운 실정이다. 최근 연구에 따르면 기존의 High-K물질에 금속을 첨가한 금속산화물의 경우 밴드갭 에너지, 열역학적 안정성, 재결정 온도의 특성이 향상되었다는 결과가 있다. 이 금속 산화물 중 $HfAlO_3$가 대표적이다. $HfAlO_3$는 유전상수 18.2, 밴드캡 에너지 6.5 eV, 재결정 온도 $900\;^{\circ}C$이고 열역학적 안전성이 개선되었다. 게이트 절연층으로 사용될 수 있는 $HfAlO_3$는 전극과 기판사이에 적층구조를 이루고 있어, 이방성 식각인 건식 식각에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 $BCl_3$/Ar 유도결합 플라즈마를 이용하여 $HfAlO_3$ 박막의 식각 특성을 알아보았다. RF Power 700 W, DC-bias -150 V, 공정압력 15 mTorr, 기판온도 $40\;^{\circ}C$를 기본 조건으로 하여, $BCl_3$/Ar 가스비율, RF Power, DC-bias 전압, 공정압력에 의한 식각율 조건과 마스크물질과의 선택비를 알아보았다. 플라즈마 분석은 Optical 이용하여 진행하였고, 식각 후 표면의 화학적 구조는 X-ray Photoelectron Spectroscoopy(XPS) 분석을 통하여 알아보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.161-162
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• 2011

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. GaN 물질은 높은 전자 이동도와 높은 포화 속도 등 광전자 소자에 유리한 광, 전기적 특성들을 가지고 있다. 또한, In의 함량을 변화시켜가며, 0.7eV에서 3.4eV까지 밴드갭을 조절함으로써, 자외선부터 적외선까지 태양빛 스펙트럼의 대부분을 흡수할 수 있는 장점이 있다. InGaN 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 In의 함량을 늘려 밴드갭을 줄이는 것이 중요하다. 하지만 GaN 와 InN 간의 격자 부정합으로 인해 In 함량이 높은 단결정 InGaN 층을 두껍게 성장 하는 것이 어렵다. 때문에 GaN 기반 태양전지 관련 연구 그룹들이 태양전지의 효율 향상을 위해 활성층에 양자우물(MQWs) 구조, Supper Lattice (SLs) 구조와 같이 얇은 InGaN/GaN 층을 주기적으로 반복하여 적층함으로써 높은 조성의 In을 함유한 상질의 InGaN/GaN 층을 성장하는 연구들을 진행해 왔다. 본 연구에서는, p-i-n 구조와 MQW 구조를 갖는 InGaN 기반 태양전지를 제작하여, 각각의 특성을 분석해 봄으로써, In0.1Ga0.9N 태양전지 활성층의 구조에 따른 장/단점에 대해 논의하였다. 먼저 MOCVD를 이용하여 200 nm의 i-In0.1Ga0.9N 활성층을 갖는 p-i-n 구조와 In0.19Ga0.81N/GaN(3 nm/8 nm) MQWs (8 periods) 구조를 갖는 태양전지 에피를 각각 성장하였고, 그 후 공정을 통해 그림 1과 같이 InGaN 태양전지 소자를 제작하였다. 그 후, 각 태양전지의 전류/전압 곡선과 외부양자효율을 측정하여 그림 2와 같은 결과를 얻었다. p-i-n과 MQW 샘플의 외부양자효율은 각각 ~70%, ~25%로 측정 되었다. MQW 샘플의 외부 양자효율이 높지 않음에도 불구하고 p-i-n 구조에 비해 높은 In 함량을 가지고 있으므로, 더 넓은 파장의 빛을 흡수하여, 높은 단락전류(0.778 mA/cm2)를 보이고 있다. 또한 p-i-n 구조에 비해 높은 개방전압(2.3V)를 가지고 있으므로, MQW 샘플이 약 17% 정도 높은 변환효율(1.4%)를 보이고 있다. 이후 추가적으로 p-i-n 과 MQW 구조의 InGaN 태양전지에 나타나는 Voc와 Jsc의 차이를 Polarization 효과를 비롯한 다양한 측면에서 분석해 보고자 한다.