• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2019.11a
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• pp.46-48
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• 2019

본 논문은 Discontinuous Conduction Mode(DCM) 플라이백 컨버터로 생성한 고전압 펄스를 스파크 갭으로 펄스 상승 시간을 줄이는 방법에 관하여 다룬다. 이러한 방법으로 생성된 빠른 상승률 특성을 가지는 고전압 펄스 전원장치는 친환경 가스 처리 분야에 사용할 수 있다. 기존 스태킹 구조의 펄스 전원 장치는 많은 수의 스위치들과 에너지 저장 소자가 필요하므로 부피가 커지고 제조 단가가 증가하는 반면, 분 논문에 제안된 전원 장치는 구조를 단순화하여 전체 시스템의 소형화 및 제조 단가를 낮춘 점을 특징으로 한다. 제안된 설계 토폴로지는 플라이백 변압기 2차 측에 다이오드의 사용 유무에 따라 두 개의 변형된 회로로 응용 가능 하다. 변압기 2차측에 다이오드를 사용하면, 음의 성분 없이 깨끗한 고전압 출력 펄스를 만들 수 있지만 사용한 다이오드의 전압 정격을 고려해야 한다. 다이오드를 사용하지 않는다면, 고전압 출력 펄스에 음의 성분이 발생하지만 비용과 부피를 최대한 줄일 수 있다. PSIM 시뮬레이션을 사용하여 제안하는 전원 장치의 23kV, 0.5 ㎲, 10 ns rising time의 출력 펄스 발생 성능을 검증하고, 다이오드 사용에 따른 출력 펄스의 차이점을 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.226-226
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• 2013

GaN는 III-V족 물질로 밴드갭이 3.4 eV으로 가시광선 영역에서 투명하며 우수한 전기적 특성으로 인해 여러 반도체 분야에서 응용되고 있는 물질이다. GaN 박막의 성장 방법으로는 molecular beam epitaxial 방법과 metal organic chemical vapor deposition 방법이 있지만 고비용인 단점이 있다. 이에 비해 sputtering 방법으로 성장시킨 GaN 박막은 비용이 적게 들고 저온에서 성장이 가능하다는 장점이 있다. 이 연구에서는 radio frequency sputter를 사용하여 GaN 박막을 성장하여 구조적, 광학적 특성을 분석하였다. GaN 박막은 각각 단일층의 그래핀과 c-축 사파이어 기판에 증착 하였으며, 이때 기판온도는 $25^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$로 변화를 주었고, N2 분압은 2 sccm, 5 sccm, 10 sccm으로 변화를 주었다. 그래핀과 사파이어 기판에 성장된 각각의 GaN 박막의 결정성을 투과전자현미경 이미지로 측정하여 비교하였다. $4{\times}10^{-3}$ Torr 진공도와 50 W의 방전 전력과 Ar 10 sccm 분위기에서 20 min 동안 증착된 GaN 박막 두께는 70 nm정도를 가지는 것으로 확인하였다. X-ray Diffraction 측정으로 사파이어 기판 및 (002) 방향으로 성장된 GaN의 피크를 확인하였다. 추가적으로 Photoluminescence 스펙트럼은 N2 분압의 변화와 yellow luminescence 영향을 받는 것을 확인하였다. 본 연구를 통하여, 증착된 기판온도와 N2 분압의 변화에 따른 그래핀 및 사파이어 기판에 증착된 GaN 박막의 특성을 비교하였으며, sputtering 방법으로 고품질의 GaN 박막을 성장시킬 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.47-50
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• 2006

현재의 화석연료-기반 사회에서는 지구 온난화와 고유가 추세가 야기하는 경제적 피해, 에너지 안보우려, 세계 평화 위협 등에 자주 노출되고 있는 실정이다. 세계 각국은 이러한 화석연료 에너지원을 대체하는 환경-청정하고 기술-신뢰할 수 있으며 경제-감당할 수 있는 에너지 공급원인 수소를 기반으로 하는 미래의 수소-기반 사회로의 진입에 노력하고 있다. 특히, 청정한 에너지 운반체인 수소의 생산 기술 상업화가 더욱 더 절실히 요구되고 있다. 이 예비 연구에서는 이산화탄소 포획/저장 기술과 결합된 다양한 수소 생산 기술의 정량적인 예비 비교 평가가 수행되었다. 예비적인 비교 평가 기준으로 1) 이산화탄소 배출량: 2) 에너지 이용률; 3) 토지 점유율: 4) 수소 생산비용 등이 고려되었다. 이러한 기준에 따라 수소 생산 기술 가운데 네 가지 예비 기술 대안인 1) 원자력: 2) LNG; 3) 석탄: 4) 태양광 등이 비교되었다. 대안 기술의 비교 평가 체제로 계층 망형 구조-기반 되먹임 모델이 개발되었다. 이러한 수소생산 기술의 우선순위 선정 결과는 개별 대안 기술의 상대적인 장단점 및 기술적인 갭을 정량적으로 인식하는 데에 활용될 수 있다. 그러므로 이 예비 연구는 수소 생산 기술 연구자나 수소 경제 기획자한테 뿐만 아니라 이산화탄소 포획/저장 기술 개발자한테 도움이 되리라 본다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.32 no.4
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• pp.121-127
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• 2022

β-Gallium oxide (Ga₂O₃), an ultra-wide bandgap semiconductor, has attracted great attention due to its promising applications for high voltage power devices. The most stable phase among five different polytypes, β-Ga₂O₃ has the wider bandgap of 4.9 eV and higher breakdown electric field of 8 MV/cm. Furthermore, it can be grown from melt source, implying higher growth rate and lower fabrication cost than other wide bandgap semiconductors such as SiC, GaN and diamond for the power device applications. In this study, β-Ga₂O₃ bulk crystals were grown by the edge-defined film-fed growth (EFG) process. The growth direction and the principal surface were set to be the [010] direction and the (100) plane of the β-Ga₂O₃ crystal, respectively. The spectra measured by Raman an alysis could exhibit the crystal phase an d impurity dopin g in the β-Ga₂O₃ ingot, and the crystallinity quality and crystal direction were analyzed using high-resolution X-ray diffraction (HRXRD). The crystal quality and various properties of as-grown β-Ga₂O₃ ribbon was systematically analyzed in order to investigate the spatial variation in entire crystal grown by EFG method.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.262-262
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• 2016

최근 고해상도 디스플레이가 주목받으면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 수 있는 재료에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. a-Si의 경우 간단한 공정 과정, 적은 생산비용, 대면적화가 가능하다는 장점이 있지만 전자 이동도가 매우 낮은 단점이 있다. 반면, 산화물 반도체는 비정질 상태에서 전자 이동도가 높으며 큰 밴드갭을 가지고 있어 투명한 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 저온공정이 가능하여 기판의 제한이 없는 장점을 가지고 있다. 대표적으로 가장 널리 연구되고 있는 산화물 반도체는 a-IGZO(amorphous indium-gallium-zinc oxide)이다. 그러나 InZnO(IZO) 기반의 산화물 반도체에서 carrier suppressor 역할을 하는 Ga(gallium)은 수요에 대한 공급이 원활하지 못하여 비싸다는 단점이 있다. 그러므로 경제적이면서 a-IGZO와 유사한 전기적 특성을 나타낼 수 있는 suppressor 물질이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 IZO 기반의 산화물 반도체에서 Ga을 Hf(hafnium), Zr(zirconium), Si(silicon)으로 대체하여 용액증착(solution-deposition) 공정으로 각각의 채널층을 형성한 back-gate type의 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT) 소자를 제작하였다. 용액증착 공정은 물질의 비율을 자유롭게 조절할 수 있고, 대기압의 조건에서도 공정이 가능하기 때문에 짧은 공정시간과 저비용의 장점이 있다. 제작된 소자는 p-type Si 위에 게이트 절연막으로 100 nm의 열산화막이 성장된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝 후에 각 solution 물질을 spin coating 방식으로 증착하였다. 이후, photolithography, develop, wet etching의 과정을 거쳐 채널층 패턴을 형성하였다. 또한, 산화물 반도체의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 후속 열처리 과정(post deposition annealing, PDA)은 필수적이다. CTA 방식은 높은 열처리 온도와 긴 열처리 시간의 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 $100^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도와 짧은 열처리 시간의 장점을 가지는 MWI (microwave irradiation)를 후속 열처리로 진행하였다. 그 결과, 각 물질로 구현된 소자들은 기존 a-IGZO와 비교하여 적은 양의 carrier suppressor로도 우수한 전기적 특성 및 안정성을 얻을 수 있었다. 따라서, Si, Hf, Zr 기반의 산화물 반도체는 기존의 Ga을 대체하여 저비용으로 디스플레이를 구현할 수 있는 IZO 기반 재료로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.111-111
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• 2008

태양전지는 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜주는 광전 소자로서 구조적으로 단순하고 제조 공정도 비교적 간단하지만, 실용화를 위해서는 비용적인 측면이 많은 걸림돌이 되고 있다. 기존의 실리콘 태양전지는 낮은 광흡수율, 고비용임에도 불구하고 가장 많이 활용되고 있는 태양전지 기술이다. 그러나 태양전지의 경제성 향상과 실용화를 위해서는 기존의 실리콘 태양전지 보다 고효율 및 고신뢰도의 박막형 태양전지의 개발이 필요하다. 박막헝 태양전지의 재료로는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘. CIGS, CdTe 등이 있다. 그 중에서도 박막형 태양전지에 광흡수층 물질로는 밴드갭 에너지 (l.4eV 부근), 변환 효율, 경제성 등을 고려했을 때 II-VI족 화합물인 CdTe가 가장 적합한 것으로 각광받고 있다. 하지만 아직까지 실리콘 태양전지에 비해 효율이 많이 떨어지는 단점을 가지고 있기 때문에 효율을 더 끌어올리기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 또한 CMP(chemical mechanical polishing) 공정은 반도체 박막 분야뿐만 아니라 물리, 화학 반응의 기초 연구에도 널리 응용이 되는 기술로써, 시료와 연마 패드 사이의 회전마찰에 의한 기계적 연마와 연마제 (abrasive) 에 의한 화학적 에칭으로 박막 표면을 평탄화하는 기술이다. 본 연구에서는 sputtering 법에 의해 증착된 CdTe 박막에 CMP 공정을 적용하여 표면 특성을 개선한 뒤 태양전지 변환 효율과 직접적인 연관성을 가지고 있는 표면 및 광특성의 변화를 CMP 공정 전과 후로 비교하였다. 표면의 변화를 관찰하기 위해서 AFM(atomic forced microscope) 과 SEM(scanning electron microscopy) 을 이용하였으며, 광특성의 비교를 위해서 흡수율과 PL특성을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.225-225
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• 2010

적외선 영역에서의 밴드갭 에너지를 가지고 있는 III-V 족 화합물 반도체 물질인 $InAs_xSb_{1-x}$는 좋은 성장 안정성과 높은 전자, 홀 이동도를 가지며, 제작 비용이 적게 드는 등 적외선 광소자 제작에 많은 이점을 가지고 있기 때문에 그에 관한 연구가 최근 활발히 진행 되고 있다. 하지만 이러한 $InAs_xSb_{1-x}$를 소자 제작에 이용하기 위해서는 임의의 As 함량에 따른 InAsSb의 물질의 광학적 특성 정보가 필요하다. 본 연구에서는 1.5~6.0 eV 에너지 구간에서 $InAs_xSb_{1-x}$ ($0{\leq}x{\leq}1$) 화합물의 임의의 As 함량에 따른 유전함수를 분석하고 그 분석 변수들을 보고하고자 한다. 기성박막층착장치 (molecular beam epitaxy)를 이용하여 GaAs 기판 위에 성장 시킨 $InAs_xSb_{1-x}$ (x = 0.000, 0.127, 0.337, 0.491, 0.726, 1.000) 박막의 순수한 유전함수 $\varepsilon$을 화학적 에칭을 통해 산화막 층을 제거하여 타원편광분석법을 이용하여 얻었다. 측정된 유전율 함수는 Gaussian-broadened polynomial 들의 합으로서 반도체 물질의 유전함수를 정확히 기술하는 변수화 모델을 이용하여 재현하였다. 변수화 모델을 통해 얻어진 각각의 변수들을 As 조성비 x 에 대한 다항식으로 피팅하여 임의의 As 조성비에 대한 변수 값을 얻었다. 그 결과 임의의 조성비에 따른 $InAs_xSb_{1-x}$ ($0{\leq}x{\leq}1$) 의 유전율 함수를 얻어낼 수 있었다. 우리는 이러한 결과가 물질의 실시간 성장 모니터링이나 다층구조 분석, 광소자의 제작 등에 유용한 정보를 제공할 것으로 확신한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.420-420
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• 2014

최근, 과학 기술이 발달함에 따라 현장에서의 실시간 검사 및 자가 지단 등 질병 치유에 대한 사람들의 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라 의료, 환경, 산업과 같은 많은 분야에서 바이오 센서에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중, EGFET는 전해질 속의 각종 이온 농도를 전기적으로 측정하는 바이오 센서로, 외부 환경으로부터 안전하고, 제작이 쉬우며, 재활용이 가능하여 비용을 절감 할 수 있다는 장점을 가지고 있다 [1]. EGFET는 감지부와 FET부로 분리된 구조를 가지고 있으며, 감지부의 감지막으로는 Al2O3, HfO2, $TiO_2$, SnO2 와 같은 다양한 물질들이 사용되고 있다. 그 중, SnO2는 우수한 감도와 안정성을 가지고 있는 물질로 추가적인 열처리 공정 없이도 우수한 감지 특성을 나타내기 때문에 본 연구에서 감지막으로 사용하였다. 한편, EGFETs 의 FET부로는 기존의 비정질 실리콘 TFTs 에 비해 10배 이상의 높은 이동도와 온/오프 전류비를 갖는 InGaZnO 를 채널층으로 사용한 TFTs 를 사용하였다. a-IGZO 는 넓은 밴드 갭으로 인해 가시광 영역에서 투명하며, 향후 투명 바이오센서 제작 시, 물질들 사이의 반응을 전기적 신호뿐만 아니라 광학적인 분석 방법으로도 검출이 가능하기에 고 신뢰성을 갖는 센서의 제작이 가능할 것으로 기대된다. 한편, a-IGZO TFTs 의 경우 우수한 전기적 특성을 나타냄에도 불구하고 소자 동작 시 문턱 전압이 불안정하다는 단점이 있으며 [2], 이러한 문제의 개선과 향후 투명 기판 위에서의 소자 제작을 위해서는 저온 열처리 공정이 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 저온 열처리 공정인 u-wave 열처리를 통하여 a-IGZO TFTs 의 전기적 특성 및 안정성을 향상시켰으며, 9.51 [$cm2/V{\cdot}s$]의 이동도와 135 [mV/dec] 의 SS값, 0.99 [V]의 문턱 전압, 1.18E+08의 온/오프 전류 비를 갖는 고성능 스위칭 TFTs 를 제작하였다. 최종적으로, 제작된 a-IGZO TFTs 를 SnO2 감지막을 갖는 EGFETs 에 적용함으로써 우수한 감지 특성과 안정성을 갖는 바이오 센서를 제작하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.54.2-54.2
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• 2010

최근까지는 주로 비정질 실리콘이 디스플레이의 채널층으로 상용화 되어왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 구조적인 문제인 낮은 전자 이동도(< $1\;cm^2/Vs$)로 인하여 디스플레이의 대면적화에 부적합하며, 광학적으로 불투명한 특성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이의 응용에 불리한 점이 있다. 이런 문제점의 대안으로 현재 국내외 여러 연구 그룹에서 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 진행중이다. 산화물 기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하고, 상온에서 증착이 가능하며, 비정질 실리콘에 비해 월등히 우수한 이동도를 가짐으로 디스플레이의 대면적화에 유리하다. 특히 Zinc Oxide의 경우, band gap이 3.4eV로써, transparent conductors, varistors, surface acoustic waves, gas sensors, piezoelectric transducers 그리고 UV detectors 등의 많은 응용에 쓰이고 있다. 또한, a-Si TFTs에 비해 ZnO-based TFTs의 경우 우수한 소자 성능과 신뢰성을 나타내며, 대면적 제조시 우수한 균일성 및 낮은 생산비용이 장점이다. 그러나 ZnO-baesd TFTs의 경우 일정한 bias 아래에서 threshold voltage가 이동하는 문제점이 displays의 소자로 적용하는데 매우 중요하고 문제점으로 여겨진다. 특히 gate insulator와 channel layer사이의 interface에서의 defect에 의한 charge trapping이 이러한 문제점들을 야기한다고 보고되어진다. 본 연구에서는 Zinc Oxide 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering을 이용하여 상온에서 제작을 하였다. 또한, $Si_3N_4$ 기판 위에 electron cyclotron resonance (ECR) $O_2$ plasma 처리와 plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)를 통하여 $SiO_2$ 를 10nm 증착을 하여 interface의 개선을 시도하였다. 그리고 TFTs 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가를 하였고, 소자의 field effect mobility의 값이 향상을 하였다. 또한 Temperature, Bias Temperature stability의 조건에서 안정성을 평가를 하였다. 이러한 interface treatment는 안정성의 향상을 시킴으로써 대면적 디스플레의 적용에 비정질 실리콘을 대체할 유력한 물질이라고 생각된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.400-400
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• 2012

산화물 반도체는 넓은 에너지갭을 가지고 높은 이동성과 높은 투명성을 가지기 때문에 초고 속 박막 트랜지스터(Thin film transistor; TFT)에 많이 응용되고 있다. 그러나 ZnO 및 $In_2O_3$ 산화물 반도체를 박막트랜지스터에 사용할 경우 소자가 불안정하여 전기적 성질이 저하되고 문턱전압의 이동이 일어난다. TFT에 사용되는 산화물 반도체로는 GaInZnO, ZrInZnO, HfInZnO 및 GaSnZnO의 전기적 특성에 관한 연구가 많이 되었다. 그러나 titanium-indium-zinc-oxide (TIZO) TFT에 대한 연구는 비교적 적게 수행 되었다. 본 연구에서는 TFTs의 안정성을 향상하기 위하여 TFT의 채널로 사용되는 TiInZnO를 형성하는데 간단한 제조 공정과 낮은 비용의 용액 증착방법을 사용하였다. 졸-겔 전해액은 Titanium (IV) isopropoxide $[Ti(OCH(CH_3)_2)_4]$, 0.1 M Zinc acetate dihydrate $[Zn(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O]$ 그리고 indium nitrate hydrate $[In(NO_3)_3{\cdot}xH_2O]$을 2-methoxyethanol의 용액에 합성하였다. $70^{\circ}C$에서 한 시간 동안 혼합 하였다. Ti의 몰 비율은 10%, 20% 및 40% 로 각각 달리하여 제작하였다. $SiO_2$층 위에 2,500 rpm 속도로 25초 동안 스핀 코팅하여 TFT를 제작하였다. TIZO 박막에 대한 X-선 광전자 스펙트럼 관측 결과는 Ti 몰 비율이 증가함에 따라 Ti 2p1/2피크의 세기가 증가함을 보여주었다. TiZO 박막에 Ti 원자를 첨가하면 $O^{2-}$ 이온이 감소하기 때문에 전하의 농도가 변화하였다. 전하 농도의 변화는 TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 문턱전압을 양 방향으로 이동 하였으며 off-전류를 감소하였다. TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 드레인 전류-게이트 전압 특성은 on/off비율이 $0.21{\times}107$ 만큼 크며 이것은 TFT 소자로서 우수한 성능을 보여주고 있다.