• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.24 no.5
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• pp.15-29
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• 2021

최근 유기태양전지 분야의 큰 진보는 비풀러렌 전자수용체 소재의 등장에 의해 달성되었다. 비풀러렌 기반 유기광활성층은 기존 풀러렌 기반 소자의 내재적 한계로 지적되던 높은 에너지 손실을 극복하고 동시에 소재의 흡광대역 확장을 통한 광전류밀도 증가로 유기태양전지 성능을 지속적으로 개선하고 있다. 더불어 비풀러렌 소재는 화학 구조의 개질 용이성으로 밴드갭 자유 제어가 가능하므로, 광활성층의 흡광 대역을 정밀하게 제어하면 반투명 태양전지, 실내 저조도 태양전지, 파장선택적 광검출기, 소재융합형 소자 등 다양한 광전자소자 응용이 가능하여 주목받고 있다. 본 기고문에서는 유기태양전지 광활성층에 활용되는 비풀러렌 소재의 최신 연구 동향과 전망을 다루고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.444-444
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• 2013

변형 다중양자우물은 전자 소자와 광전자 소자에 응용할 수 있는 가능성 때문에 연구가 많이 진행되고 있다. 합성 물질들의 초격자를 연속적으로 증착, 성장하는 디지털 합금은 다중양자우물을 활용한 광전자 소자에서 응용가치가 상당히 높다. 현재 디지털 합금을 이용한 다중양자우물의 성장과 관련한 연구가 활발히 진행되고 있고, 특히 InzGaxAl1-z-xP/InAlP 다중양자우물은 광전자 소자로서의 응용가치가 부각되고 있다. 그러나 InzGaxAl1-z-xP/InAlP 다중양자우물의 성장 및 광학적 성질에 대한 연구는 많이 진행되었으나, InzGaxAl1-z-xP/InAlP 다중양자우물에서의 변형효과를 고려한 전자적 성질에 대한 연구는 미흡하다. InzGaxAl1-z-xP/InAlP 다중양자우물에 대한 전자적 성질의 연구는 광소자의 성능 향상을 위해 매우 필요하다. 본 연구에서는 디지털 합금 성장 방법으로 형성한 InzGaxAl1-z-xP/InAlP 다중양자우물의 부띠 사이 천이와 전자 분포를 고찰하였다. 온도에 따른 광루미네센스의 측정을 통해 InzGaxAl1-z-xP/InAlP 다중양자우물에서 나타나는 부띠 사이의 천이를 관찰하였다. 가변 메시 유한 차분법을 이용한 이산적 모델을 통해 변형효과가 다중양자우물 구조에서 부띠에 주는 영향을 조사하였다. 격자의 불일치로 인한 변형 효과와 8-band envelope function approximation을 고려한 슈뢰딩거 방정식을 사용하여 InzGaxAl1-z-xP/InAlP 다중양자우물에서의 전자 부띠 에너지와 에너지 파동 함수를 계산하였다. 계산한 부띠 사이 천이 에너지와 광루미네센스 측정에서 보인 엑시톤 천이 에너지를 비교하였을 때, 작은 차이 값이 나타났다. 증착과정에서의 이종접합사이에서 발생하는 불확실성을 고려한다면 이 차이 값은 오차범위 안에 포함되며, 계산 값과 실험 값이 잘 일치하는 것으로 볼 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.141-141
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• 2009

Blue light-emitting diodes (LEDs), violet laser diodes 같은 광전소자들은 질화물 c-plane 기판위에 소자로 응용되어 이미 상품화 되어 왔다. 그러나 2족-질화물 재료들은 wurtzite 구조를 가지므로 c-plane에 평행한 자연적인 극성을 띌 뿐만 아니라 결정 내부 stress로 인한 압전현상 또한 나타나 큰 내부 전기장을 형성하게 된다. 이렇게 생성된 내부 전기장은 전자와 홀의 재결합 효율을 감소시키고 소자 응용 시 red-shift의 원인이 되곤 한다. 따라서 최근 들어 m-plane(1-100), a-plane (11-20)같은 무극성을 뛰는 기판 위에 소자를 만드는 방법이 각광을 받고 있는 추세다. 그러나 무극성 기판을 소자에 응용 시 Chemical Mechanical Planarization (CMP)에 의한 가공은 반도체 기판으로써 이용하기 위한 필수 불가결의 공정이다. c면(0001) SiC wafer에 대한 연구는 현재 많이 발표가 되어 있으나 무극성면 SiC wafer에 대한 CMP 공정에 대한 연구사례는 없는 실정이다. 본 연구에서는 C면 (0001)으로 성장된 잉곳을 a면(11-20)과 m(1-100)면으로 절단 후, slurry type (KOH-based colloidal silica slurry, NaOCl), 산화제, 연마제등을 변화하여 CMP 공정을 거침으로서 일어나는 기계 화학적 가공 양상에 대하여 알아보았다. 그 후 표면 형상 분석 하기위해 Atomic Force Microscope(AFM)을 사용하였고, 표면 스크레치를 SEM을 이용해서 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.316-316
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• 2013

실리콘(Si)은 이미지 센서, 포토검출기, 태양전지등 반도체 광전소자 분야에서 널리 사용되고 있는 대표적인 물질이다. 이러한 소자들은 광추출 또는 광흡수 효율을 향상시키는 것이 매우 중요하다. 그러나 Si의 높은 굴절율은 표면에서 30% 이상의 반사율을 발생시켜 소자의 성능을 저하시킨다. 따라서, 표면에서의 광학적 손실을 줄이기 위한 효과적인 무반사 코팅이 필요하다. 최근, 우수한 내구성과 광대역 파장 및 다방향성에서 무반사 특성을 보이는 서브파장 주기를 갖는 나노격자(subwavelength grating, SWG) 구조의 형성 및 제작에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 구조는 경사 굴절율 분포를 가지는 유효 매질을 형성시킴으로써 Fresnel 반사율을 감소시킬 수 있어 반도체 소자 표면에서의 광손실을 줄일 수 있다. 그러나, SWG나노구조는 식각에 의한 표면 결함(defects)들이 발생하게 된다. 이러한 결함은 표면에서의 재결합 손실을 발생시켜 소자의 성능을 크게 저하시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 표면 보호막 및 무반사 코팅 층을 목적으로 하는 산화막을 표면에 형성시키기도 한다. 따라서 본 실험에서는 레이저간섭리소그라피 및 건식 식각을 이용하여 Si 기판에 SWG 나노구조를 형성하였고, 제작된 샘플 표면 위에 실리콘 산화막(SiOx)을 furnace를 이용하여 형성시켰다. 제작된 샘플들의 표면 및 식각 profile은 scanning electron microscope를 사용하여 관찰하였으며, UV-vis-NIR spectrophotometer 를 사용하여 빛의 입사각에 따른 반사율을 측정하였고, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 표면 wettability를 조사하였다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.03a
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• pp.292-294
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• 2016

이황화몰리브덴을 활용한 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor)는 채널 물질의 우수한 특성으로 차세대 저전력 고성능 스위치와 광전소자로 주목받고있다. Underlap 게이트 구조에서 게이트 길이(L_G), 절연체 두께(T), 절연체 상대유전율(${\varepsilon}_r$)에 따라 변화하는 소자특성을 분석하여 저전력 고성능 $MoS_2$ 전계효과트랜지스터를 위한 게이트 구조 최적화방법을 모색하였다. EDISON simulator 중 Tight-binding NEGF 기반 TMD FET 소자 성능 및 특성 해석용 S/W를 활용하여 게이트 구조에 따른 게이트 전압 - 드레인 전류 상관관계(transfer characteristic)를 얻고, Y-function method를 이용하여 채널 유효전하이동도(Effective Mobility), Sub-threshold Swing, on/off 전류비(on/off current ratio)를 추출하여 비교 분석하였다. 시뮬레이션으로 추출한 소자의 최대 채널 유효전하이동도는 $37cm^2V^{-1}s^{-1}$, on/off 전류비는 $10^4{\sim}10^5$, Sub-threshold Swing은 ~38mV/dec 수준을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.83-83
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• 2012

본 강연에서는 방사광 연X-선 분광현미경학(spectro-microscopy) 중에서, 표면에서 방출되는 광전자를 이용하는 SPEM (Scanning Photoelectron Microscopy)과 PEEM (Photoemission Electron Microscopy)을 소개하고자 한다. SPEM은 입사하는 X-선을 작은 크기로 집속하여 특정의 작은 공간에서 광전자분광학(XPS) 데이터를 얻거나 특정 광전자에너지의 공간분포를 얻게 해주며, PEEM은 입사한 X-선에 의해 발생한 광전자를 전자렌즈 원리로 영상을 맺히게 하여 광전자의 발생 분포를 구하게 한다. 이들은 균일하지 아니한 이종의 표면 연구에 매우 유용한 측정기법들이지만, 그 원리 및 구성은 많은 차이점들을 가지고 있다. 예를 들어, SPEM은 시료를 scanning하면서 XPS에 보다 충실한 타입이고 PEEM은 full field imaging 타입으로 표면변화의 동역학 연구에 강점이 있다. 본 강의에서는 이들 각각의 원리, 장점들에 대해서 설명하고, 활용 예를 제시하고자 한다. 활용 분야에 있어서, SPEM의 경우는 포항가속기연구소의 SPEM으로 수행되었던 DMS, graphene, nano-lithography, OLED, 등 반도체 및 나노 소재, 소자에의 활용에 대한 예를 제시할 것이다. PEEM의 경우는 포항가속기연구소의 응용 예와 박막 형태의 magnetic material에 대한 예들을 제시할 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.266-266
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• 2015

전 세계적으로 무한한 청정에너지 개발에 대한 연구가 주목받고 있다. 그 중, 수소에너지는 화석연료의 고갈과 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 자원이며 수소 생산 방법 중에서도 태양에너지를 이용한 수소 생산 기술은 가장 이상적인 수소 생산 시스템이라 할 수 있다. 대표적인 광전극 소재로는 $WO_3$, ZnO, $Fe_2O_3$, $BiVO_4$ 등과 같은 무기 소재가 주로 사용되고 있으며, 최근에는 Si, CIGS 등과 같은 태양전지와 상기 광전극을 집적하는 탄뎀형 소재/소자가 개발되고 있다. 광전반응이 우수한 전도성 고분자는 광전기화학 전지의 소재로 개발되고 있다. 그러나 유기물의 수중 불안전성 문제 때문에 직접적으로 물에 침전시키는 것이 아니라 외부의 인가 전원용으로 그 사용이 제한적이다. 본 연구에서는 유기계 소재의 direct energy conversion을 위한 효율 및 수중 안정성 향상을 위하여 Ni계 촉매 및 그래핀옥사이드가 융합된 유기기반 광전기화학전지를 개발하였다.

• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.24 no.5
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• pp.30-46
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• 2021

페로브스카이트 나노결정의 뛰어난 광전기적 특성과 표면 개질 용이성, 그리고 다양한 용액 공정 응용 가능성을 바탕으로 나노결정을 활용한 태양전지 응용 기술에 대한 연구가 폭넓게 진행되고 있다. 나노결정의 표면 및 결점 제어에 대한 화학적 이해와 공학적 제어 기술을 적용하여 다양한 광전소자의 효율을 향상시켜 왔으며, 최근 16.6% 광전효율의 페로브스카이트 나노결정 태양전지가 발표되었다. 나노결정을 태양전지에 활용하기 위해서는 광전특성 뿐만 아니라 연속적인 구동 안정성이 확보되어야 하며, 이를 위해서는 나노결정의 반응성이 높은 표면을 효율적으로 개질해야 한다. 이 총설에서는 페로브스카이트 나노결정의 표면 화학에 대한 기본 이해와 이를 제어하기 위한 리간드 치환 방법, 그리고 나노결정을 태양전지에 적용하기 위한 공학적 접근법에 대한 다양한 연구를 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Communication Sciences Conference
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• 1995.10a
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• pp.1046-1049
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• 1995

• Electrical & Electronic Materials
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• v.11 no.8
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• pp.32-37
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• 1998