• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.161-161
• /
• 2012

결정질 TiCrN과 AlSiN 나노층이 교대로 구성하는 나노 다층 TiAlCrSiN 박막은 음극 아크 플라즈마 증착법에 의해 증착되었다. 나노 다층 TiAlCrSiN 박막의 산화특성들은 $600{\sim}1000^{\circ}C$사이에서 대기 중 최대 70시간동안 연구 되었다. 형성된 산화물들은 주로 $Cr_2O_3$, ${\alpha}-Al_2O_3$, $SiO_2$ 그리고 rutile-$TiO_2$들로 구성되었다. 나노 다층 TiAlCrSiN 박막이 산화하는 동안, 가장 바깥쪽의 $TiO_2$층은 Ti 이온의 외부확산에 의해, 외부 $Al_2O_3$층은 Al이온의 외부확산에 의해 형성되었다. 동시에, 내부($Al_2O_3$, $Cr_2O_3$) 혼합층과 가장 안쪽의 $TiO_2$층은 산소이온의 내부확산에 의해 형성되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.81-81
• /
• 2010

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 흡수층 제조연구를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용한 비정질실리콘의 박막에 대하여 두께별에 따른 밴드갭, 캐리어농도 등의 변화에 대하여 조사한다. 최적의 조건에서 비정질 실리콘을 2um이하로 증착을 한 후, 전자빔 조사를 위해 1.4~3.2keV의 다양한 에너지세기 및 조사시간을 변수로 하여 실험진행을 한 후 단면의 이미지 및 결정화 정도에 대한 관찰을 위해 SEM과 TEM을 이용하고, 라만, XRD를 이용하여 결정화 정도를 조사한다. 또한 Hall효과 측정시스템을 이용하여 캐리어농도, 이동도 등을 각 변수별로 전기적 특성변화에 대하여 분석한다. 또한, 태양전지용 흡수층으로 응용을 위하여 dark전도도 및 photo전도도를 측정하여 광감도에 대한 결과가 포함된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.80-80
• /
• 2010

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 다결정 실리콘 씨앗층을 제조하기 위하여 전자빔을 조사하는 방법과 Al을 이용한 씨앗층 제조법이 비교되어 공정 수행이 이루어진다. 우선, 전자빔 조사를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용하여 ${\sim}10^{20}cm^{-3}$이상의 농도를 갖는 $p^+^+$ 비정질 실리콘 박막을 제조한다. Al의 증착은 DC 스퍼터링법을 이용하여 제조하고 그 두께는 실리콘 박막의 두께와 동일한 조건(350nm)으로 제조한다. 제조된 샘플은 E-beam gun이 달린 챔버로 이동하여 1.4keV의 세기를 가지고 각각 10, 20, 50, 100초를 조사한 후 단면의 이미지를 SEM으로, 결정화 정도를 Raman으로, 결정화 방향 등에 대한 조사를 XRD로 분석 측정한다. 그리고 Hall effect를 통해 전자빔의 조사 전후의 캐리어 농도, 이동도 및 비저항 등에 대한 조사가 이루어진다. 동시에 Al을 촉매로 한 layer교환에 대하여 마찬가지로 분석을 통하여 최종적으로 비교분석이 이루어 진다. 전자빔을 조사한 샘플에 대하여 빠른 시간 및 캐리어농도 제어 등의 우수성이 보이며, 특히 ~98%이상의 결정화율을 보일 것으로 예상된다.

• Composites Research
• /
• v.30 no.2
• /
• pp.84-93
• /
• 2017

This study investigates thermal and mechanical characterization of environmental barrier coating on the $SiC_f-SiC$ composites. The spherical environmental barrier coating (EBC) powders are prepared using a spray drying process for flowing easily during coating process. The powders consisting of mullite and 12 wt% of Ytterbium silicate are air plasma sprayed on the Si bondcoat on the LSI SiC fiber reinforced SiC composite substrate for protecting the composites from oxidation and water vapor reaction. We vary the process parameter of spray distance during air plasma spray of powders, 100, 120 and 140 mm. After that, we performed the thermal durability tests by thermal annealing test at $1100^{\circ}C$ for 100hr and thermal shock test from $1200^{\circ}C$ for 3000 cycles. As a result, the interface delamination of EBC never occur during thermal durability tests while stable cracks are prominent on the coating layer. The crack density and crack length depend on the spray distance during coating. The post indentation test indicates thermal tests influence on the indentation load-displacement mechanical behavior.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.183-183
• /
• 2009

OLED소자의 양극재료로써 현재는 산화인듐주석(ITO : indium tin oxide) 박막이 널리 이용되고 있다. 그러나 낮은 전기 비저항과 높은 투과도를 갖는 ITO 박막을 얻기 위해서는 $300^{\circ}C$ 이상의 고온에서 성막되어야 하며, 원료 물질인 인듐의 수급량 부족으로 인한 문제점과 독성, 저온증착의 어려움, 스퍼터링 시 음이온 충격에 의한 막 손상으로 저항의 증가의 문제점이 있고, 또한 유기발광소자의 투명전극으로 쓰일 경우에 유기물과의 계면 부적합성, 액정디스플레이의 투명전극으로 사용될 경우에 $400^{\circ}C$정도의 놓은 온도와 수소 플라즈마 분위기에서 장시간 노출 시 열화로 인한 광학적 특성변화가 문제가 된다. 이러한 문제점을 지닌 ITO 박막을 대체할 수 있는 물질로 산화 인듐아연(lZO) 박막이 많은 각광을 받고 있다. IZO(Indium Zinc Oxide) 박막은 저온 ($100^{\circ}C$ 이상)에서 증착이 가능하고 추가적인 열처리 없이도 가시광 영역에서 90% 이상의 광 투과도와 ${\sim}10^{-4}{\Omega}cm$ 이하의 낳은 전기 비저항을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 IZO박막은 성막 후 고온의 열처리 과정이 필요 없기 때문에 폴리카보네이트와 같은 유기물 기판을 사용하여 제작 가능한 유연한 평판형 표시 소자의 제작에도 적용될 수 있다. IZO(Indium Zinc Oxide) 박막은 상온 공정에서도 우수한 전기적, 광학적, 표면 특성을 나타낼 뿐만 아니라 양극재료로써 높은 일함수를 가지고 있어 고효율의 유기 발광 소자를 구현하는데 유리한 재료라 판단된다. 본 연구에서는 TCO 박막의 면 저항과 표면 거칠기가 OLED 소자의 성능에 미치는 영향을 조사하였다. R.F Magnetron Sputtering을 이용하여 투명 전도막을 성막 형성 하였으며, 기판온도와 증착과정에서 주입되는 산소, 수소의 유랑 변화가 박막의 구조적, 전기적 특성에 어떠한 영향 미치는 것인가를 자세히 규명하였다 ITO 와 IZO박막은 챔버 내 다양한 가스 분위기(Ar, $Ar+O_2$ and $Ar+H_2$) 에서 R.F Magnetron Sputtering 방법으로 증착했다. TCO박막의 구조적인 이해를 돕기 위해서 X-ray diffraction 과 FESEM으로 분석했다. 광학적 투과도와 박막의 두께는 Ultraviolet Spectrophotometer(Varian, cary-500)와 Surface profile mersurement system으로 각각 측정하였다. 면저항, charge carrier농도, 그리고 TCO박막의 이동성과 길은 전기적특성은 Four-point probe와 Hall Effect Measurement(HMS-3000)로 각각 측정한다. TCO 박막의 표면 거칠기에 따른 OLED소자의 성능분석 측면에서는 TCO 박막의 표면 거칠기 조절을 위해 photo lithography 공정을 사용하여 TCO 박막을 에칭 하였다. 미세사이즈 패턴 마스크가 사용되고 에칭의 깊이는 에칭시간에 따라 조절한다. TCO박막의 표면 형태는 FESEM과 AFM으로 관찰하고 그리고 나서 유기메탈과 음극 전극을 연속적으로 TCO 박막위에 증착한다. 투명전극으로 사용되는 IZO기판 상용화를 위해 IZO기판 위에 $\alpha$-NPB, Alq3, LiF, Al순서로 OLED소자를 제작하였다. 전류밀도와 전압 그리고 발광과 OLED소자의 전압과 같은 전기적 특성은 Spectrometer (minolta CS-1000A) 에 의하여 I-V-L분석을 했다.

• Journal of Surface Science and Engineering
• /
• v.46 no.6
• /
• pp.258-263
• /
• 2013

4 mol% Yttria-stabilized zirconia (4YSZ) coatings are fabricated by Air Plasma Spray (APS) and Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) with top coating of thermal barrier coating (TBC). NiCrAlY based bond coat is prepared as 150 ${\mu}m$ thickness by conventional APS (Air Plasma Spray) method on the NiCrCoAl alloy substrate before deposition of top coating. Each 4YSZ top coating shows different tribological behaviors based on the inherent layer structures. 4YSZ by APS which has splat-stacked structure shows lower friction coefficient but higher wear rate than 4YSZ by EB-PVD which has columnar structure. For 4YSZ by APS, such results are expected due to the sliding wear accompanied with local delamination of splats.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.08a
• /
• pp.310-310
• /
• 2012

최근 전자산업의 발달에 따른 전자제품의 소형화 및 고기능화 요구에 대응하기 위하여 저항(resistor), 커패시터(capacitor), IC (integrated circuit) 등의 수동소자를 개별 칩(discrete chip) 형태로 형성하여 기판의 표면에 실장하는 기술이 일반화되고 있다. 그러나, 수동 소자의 내장 기술은 기판의 패턴 밀도의 급격한 향상과 더불어 수동소자의 내장 공간도 협소해지는 문제점이 있다. 상기의 문제점을 해결하기 위해 개별 칩 형태의 내장형 저항체를 박막 형태의 내장 저항체를 구현하는 기술의 개발이 최근 주목을 받고 있다. 박막 저항체는 기존의 권선저항 및 후막저항과 비교하여 정밀한 온도저항계수를 가지며 이동통신에 적용시 고주파 영역(GHz)에서의 안정성과 주파수 특성이 좋다는 장점들을 가지고 있다. 박막 저항 물질로는 높은 경도와 우수한 열적 안정성을 가지고 있는 TaN (tantalum nitride)이 주로 사용되고 있다. 일반적으로, TaN 박막은 스퍼터링을 사용하며 제조되며 TaN 박막의 성질은 탄탈륨과 질소의 화학정량비, 박막의 결함 정도, 또는 공정압력 및 증착 온도, 플라즈마 파워 등과 같은 공정조건 등의 변화에 민감하게 변화하므로, TaN 박막의 다양한 연구가 더 필요한 실정이다. 본 연구에서는 반응성 마크네트론 스퍼터링을 사용하여 TaN 박막을 Si 기판 위에 증착하였고 TaN 박막의 원하는 특성을 제어할 수 있도록 질소 분압과 total gas volume을 조절하여 공정을 최적화하는 연구를 진행하였다. 또한 tensile pull-off 방법을 이용하여 TaN 박막의 부착강도를 평가하였고, 온도 사이클 및 고온고습 환경에 노출된 TaN 박막들의 열화 특성들에 대하여 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.255-255
• /
• 2015

국제핵융합실험로(ITER)의 3대 목표 중 하나는 핵융합로 개발을 위한 삼중수소증식블랑켓 개념을 시험하고 검증하는 것이며, 이를 위해 시험증식블랑켓(TBM, Test Blanket Module) 프로그램을 마련, 각국이 참여할 수 있도록 하고 있다. 한국도 2012년 국가핵융합위원회 결정에 따라, EU, 일본, 중국, 인도와 함께 TBM 프로그램에 참여하고 있으며, 2021년 설치를 목표로 헬륨냉각 고체증식재 개념의 HCCR (Helilum Cooled Ceramic Reflector) TBM을 설계, 개발하고 있다. 한국형 TBM은 총 4개의 서브모듈과 하나의 후벽(Back Manifold, BM) 으로 구성되며, 각 서브모듈은 플라즈마와 대면하는 일차벽(First Wall, FW), 증식재와 증배재, 반사재를 담고 있는 증식영역(Breeding Zong, BZ), 냉각재 매니폴드 및 구조물 역할을 하는 측벽(Side Wall, SW) 등의 기능부품으로 구성되어 있다. 냉각재는 8 MPa, $300-500^{\circ}C$의 고온고압헬륨을 사용하고, Li2SiO4 혹은 Li2TiO4 형태의 Li 세라믹 증식재를 사용하며, 중성자 증배를 위해 Be 증배재 및 흑연 반사재를 사용한다 [1-3]. 2015년 2월 개념설계검토(CDR, Conceptual Design Review)를 위해, TBM-shield를 포함한 TBM-set 설계가 완료되었으며, 열수력, 구조, 지진, 전자기, 복합하중에 대한 평가가 진행되었다. 본 논문에서는 이 중 H/He-phase에 시험될 EM-TBM과 D-T phase에 시험될 INT-TBM에 대한 열수력 성능 결과를 소개하였다[5]. 각각의 열부하 조건은 0.17과 $0.3MW/m^2$이며, 중성자 조사는 D-T phase 에서만 고려되었다. 구조재 및 사용된 기능소재별 온도 요건을 정의하고, 성능해석 결과와 비교하였으며, 이를 통해 모든 온도 요건을 만족함을 최종 확인하였다. 이러한 온도 분포는 열응력 평가를 위해 구조해석 입력자료로 활용되었다.

• Journal of Hydrogen and New Energy
• /
• v.17 no.4
• /
• pp.362-370
• /
• 2006

The purpose of this paper was to investigate the reforming characteristics and optimum operating condition of the plasmatron assisted $CH_4$ reforming reaction for the hydrogen-rich gas production. Also, in order to increase the hydrogen production and the methane conversion rate, parametric screening studies were conducted, in which there were the variations of the $CH_4$ flow ratio, $CO_2$ flow ratio, vapor flow ratio, mixing flow ratio and catalyst addition in reactor. High temperature plasma flame was generated by air and arc discharge. The air flow rate and input electric power were fixed 5.1 l/min and 6.4 kW, respectively. When the $CH_4$ flow ratio was 38.5%, the production of hydrogen was maximized and optimal methane conversion rate was 99.2%. Under these optimal conditions, the following synthesis gas concentrations were determined: $H_2$, 45.4%; CO, 6.9%; $CO_2$, 1.5%; and $C_2H_2$, 1.1%. The $H_2/CO$ ratio was 6.6, hydrogen yield was 78.8% and energy conversion rate was 63.6%.

• Journal of Powder Materials
• /
• v.16 no.3
• /
• pp.185-190
• /
• 2009

Fe-Cr steels are the most promising candidate for interconnect in solid oxide fuel cells. In this study, an effective, dense and well adherent (LaSr)(CrCo)$O_3$ [LSCC] coating layer was produced onto 430 stainless steel (STS-430) by atmospheric plasma spraying and the oxidation behavior as well as electrical properties of the LSCC coated STS-430 were investigated. A significant oxidation of pristine STS-430 occurred at $800^{\circ}C$ in air environment, leading to the formation of $Cr_2O_3$ and $FeCr_2O_4$ scale layer up to ${\sim}7{\mu}m$ after 1200h, and consequently increased an area specific resistance of $330\;m{\Omega}{\cdot}cm^2$. Although the plasma sprayed LSCC coating contained the characteristic pore network, the coated samples presented apparent advantages in reducing oxidation growth of STS-430, resulting a decrease in oxide scale thickness of ${\sim}1{\mu}m$ at $800^{\circ}C$ after 1200h. The area specific resistance of the LSCC coated STS-430 was much reduced to ${\sim}7\;m{\Omega}{\cdot}cm^2$ after exposure at $800^{\circ}C$ for 1200h, compared to that of the pristine STS-403.