• Applied Chemistry for Engineering
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• v.21 no.6
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• pp.694-696
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• 2010

We have synthesized boron (or phosphorous) doped silicon nanoparticles (Si-NPs) by a solution process. The surfaces of the Si-NPs were terminated with various alkyl groups to form a protecting layer. The Si-NPs were characterized by UV-Vis, PL, FTIR, and NMR. Through a microwave sintering process, the crystalline thin films of the Si-NPs were prepared by removing the surface alkyl groups. The TEM and SEM images reveal that contiguous films as large as $200{\mu}m$ in diameter were formed with a cubic structure. The electrical conductivity of the Si film was controlled by a doping type.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.14 no.2
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• pp.78-83
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• 2005

Nanometric crystalline silicon (no-Si) embedded in dielectric medium has been paid attention as an efficient light emitting center for more than a decade. In nc-Si, excitonic electron-hole pairs are considered to attribute to radiative recombination. However the surface defects surrounding no-Si is one of non-radiative decay paths competing with the radiative band edge transition, ultimately which makes the emission efficiency of no-Si very poor. In order to passivate those defects - dangling bonds in the $Si:SiO_2$ interface, hydrogen is usually utilized. The luminescence yield from no-Si is dramatically enhanced by defect termination. However due to relatively high mobility of hydrogen in a matrix, hydrogen-terminated no-Si may no longer sustain the enhancement effect on subsequent thermal processes. Therefore instead of easily reversible hydrogen, phosphorus was introduced by ion implantation, expecting to have the same enhancement effect and to be more resistive against succeeding thermal treatments. Samples were Prepared by 400 keV Si implantation with doses of $1\times10^{17}\;Si/cm^2$ and by multi-energy Phosphorus implantation to make relatively uniform phosphorus concentration in the region where implanted Si ions are distributed. Crystalline silicon was precipitated by annealing at $1,100^{\circ}C$ for 2 hours in Ar environment and subsequent annealing were performed for an hour in Ar at a few temperature stages up to $1,000^{\circ}C$ to show improved thermal resistance. Experimental data such as enhancement effect of PL yield, decay time, peak shift for the phosphorus implanted nc-Si are shown, and the possible mechanisms are discussed as well.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.169.1-169.1
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• 2013

산업 및 기술의 발전에 의해 많은 신소재들이 개발되고 있다. 그 중에서 SiC는 고온재료, LED, 반도체 등의 우주선 표면재료, 핵융합로 구조재료, 고온 씰, 히터 등 여러 산업분야에서 관심을 가지면서 다양한 가스를 이용한 합성법이 개발되어 있다. 최근에는 분말의 형태 및 크기를 용도에 맞게 개발해서 사용하고 있는 상황이다. 그런데 각 합성법에 따른 합성원리에 대해서는 여러 가지 주장이 있다. 그 중에서 몇 가지 합성법에 대해서 고찰하고 합성의 원리를 추론한다. 그리고 그 중의 한 가지인 CH3SiCl3 가스를 이용한 SiC 나노분말 합성과 SiC의 결정성장 과정에서 나타나는 whisker의 형성을 확인했다. 정교한 SiC 분말합성은 일반적으로 sol-gel, 플라즈마(DC, AC 및 ICP 등) 등을 이용한 방법이 개발되어 있다. 이와 같이 정교한 SiC 나노분말 등은 실리콘 유기 화합물 중합체(trichloromethylsilane, polycarbosilane 등)의 열분해를 통해 합성 할 수 있으며, 열분해 는 약 1,000{\sim}1,500^{\circ}C의 온도 영역에서 일어난다. 이 과정에서 고분자의 열분해 및 재결합 이 동반되고 부산물로서 HCl, CH4 등의 유해가스를 같이 생성한다. 합성된 SiC 나노분말은 전형적인 ${\beta}-SiC$로 XRD의 관찰결과 (111), (220), (311)의 방향성을 갖는 것을 확인했으며 평균입자의 크기는 약 30 nm 정도다.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.12 no.5
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• pp.30-35
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• 2013

In order to increase cell efficiency in crystalline silicon solar cell, reduction of light reflection is one of the essential problem. Until now silicon wafer was textured by wet etching process which has random patterns along crystal orientation. In this study, high aspect ratio patterns are manufactured by nano imprint process and reflectance could be minimized under 1%. After that, screen printed solar cell was fabricated on the textured wafer and I-V characteristics was measured by solar simulator. Consequently cell efficiency of solar cell fabricated using the wafer textured by nano imprint process increased 1.15% than reference solar cell textured by wet etching. Internal quantum efficiency was increased in the range of IR wave length but decreased in the UV wavelength. In spite of improved result, optimization between nano imprinted pattern and solar cell process should be followed.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.28 no.3
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• pp.286-289
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• 2017

Synthesis of zeolite 4A was carried out to optimize the nanoparticle synthesis process using statistical experimental design method. The zeolite 4A was synthesized by controlling the concentration of the silicon precursor, sodium metasilicate (SMS), and characterized by XRD, SEM and nitrogen adsorption. In particular, the property of zeolite 4A can be determined by XRD analysis. Using the general factor analysis in the design of experiments, we analyzed main effects and interactions according to the reactor, reaction temperature and reaction time. The optimum reaction condition for the synthesis of zeolite 4A crystallinity was using an autoclave for 3 hours at $110^{\circ}C$. Furthermore, the optimal synthesis conditions of zeolite 4A with various crystallinity using Ludox as a silicon precursor were presented of what using both the surface and contour plot.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.381-381
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• 2009

염료감응형 태양전지의 효율 향상을 위한 다양한 방법들 중 $TiO_2$ 나노 파우더의 표면 개질 및 페이스트의 분산성 향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존 나노 파우더의 표면 개질법으로는 액상 공정인 졸겔법이 있으나 표면 처리 공정에서의 응집현상은 아직 해결해야 할 과제 중 하나이다. 이에 본 연구에서는 진공증착방법인 ALD법을 이용하여 염료감응형 태양전지용 $TiO_2$ 나노 파우더의 $SiO_2$ 산화물 표면처리를 통한 분산특성을 파악하였다. 기존 ALD법의 경우 reactor의 온도가 $300{\sim}500^{\circ}C$ 정도의 고온에서 공정이 이루어졌지만 본 실험에서는 2차 아민계촉매(pyridine)을 사용하여 reactor의 온도를 $30^{\circ}C$정도의 저온공정에서 $SiO_2$ 산화물을 코팅을 하였다. MO source로는 액체상태의 TEOS$(Si(OC_2H_5)_4)$를, 반응가스로는 $H_2O$를 사용하였고, 불활성 기체인 Ar 가스는 purge 가스로 각각 사용 하였다. ALD 공정에 의해 표면처리 된 $TiO_2$ 나노 파우더의 분산특성은 각 공정 cycle에 따라 FESEM을 통하여 입자의 형상 및 분산성을 확인하였으며 입도 분석기를 통하여 부피의 변화 및 분산 특성을 확인하였다. 공정 cycle 이 증가함에 따라 입자간의 응집현상이 개선되는 것을 확인 할 수 있었으며, 100cycles에서 응집현상이 가장 많이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 표면 처리된 $SiO_2$ 산화막은 XRD를 통한 결정 분석 및 EDX를 통한 정성 분석을 통하여 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.436-436
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• 2014

본 연구에서는 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 나노바이오센서 분야 중 가장 주목을 받고 있는 LSPR 원리를 이용한 바이오센서를 제작하였다. 금속 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명현상에 의한 주위환경에 민감하게 반응하는 특성은 고감도 광학형 바이오센서, 화학물질 검출 센서등에 응용된다. 특히 금 나노막대와 같은 1차 나노구조물은 나노막대의 주변 환경 변화에 따라 뚜렷한 플라즈몬 흡수 밴드 변화를 나타냄으로 센서로 적용 했을 때 고감도의 측정이 가능하다. 본 연구에서는 다공성인 알루미늄 양극산화 박막 주형틀을 이용하여 다양한 종횡비를 가지는 금 나노막대를 합성하고, 나노막대 어레이 형태의 박막을 제작하였다. 금 나노막대의 합성은 알루미늄 양극산화막을 사용한 주형제조 방법(template method)을 사용하는 전기화학 증착법을 사용하였다. 우선 부도체인 알루미늄 양극 산화막의 한쪽면을 열증착 장비를 사용하여 금을 증착하여 작업 전극(working electrode)을 형성하였다. 백금 선(platinum wire)을 보조 전극(counter electrode)으로 사용하고 Ag/AgCl 전극을 기준 전극(reference electrode)으로 사용하여 삼전극계(three-electrode system)를 형성하였으며, 금 도금 용액(orotemp 24 gold plating solution, TECHNIC INC.)을 사용하여, 800 mV 전압에서 금 나노 막대를 합성하였다. 금 나노막대의 길이는 테플론 챔버를 통과한 전하량 또는 전기 증착 시간에 비례하여 결정된다. 금 나노막대를 성장시킨 알루미늄 양극산화막을 실리콘 웨이퍼에 은 페이스트를 사용하여 고정시킨 후 수산화나트륨 (NaOH)용액을 사용하여 알루미늄 양극산화막을 녹여내어 수직방향으로 정렬되어 있는 나노 막대 어레이 박막을 제조 하였다. 또한 제작된 금 나노막대 어레이의 광학적 특성을 평가하였다. 본 연구에서와 같이 나노막대를 직경방향으로 측정할 경우, 직경방향의 transverse mode만 측정된다. 금 나노 막대가 알루미늄 양극산화막 안에 포함된 상태로 측정된 금 나노로드 어레이 박막의 광 스펙트럼 분포는 금 나노막대의 가시광영역에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였을시 직경 및 길이에 따라 transverse mode의 ${\lambda}$ max (최대 흡광)의 위치가 변화됨을 나타낸다. 실험 결과를 바탕으로 나노막대의 종횡비가 증가함에 따라 흡수 스펙트럼의 transverse mode ${\lambda}$ max가 미약하게 단파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 원기둥 형태의 금 나노막대의 흡수 스펙트럼에 대한 이론적인 예측과 부합한다. 바이오센서로의 적용 가능성을 확인하기 위하여 자기조립단분자막을 형성하여 항체를 고정하고 CRP에 대한 응답특성을 평가하였다. CRP 항원-항체의 면역반응에 대한 실험 결과 CRP 항원의 농도가 증가함에 따라 넓은 측정범위에서 선형적으로 흡광도가 증가하는 결과를 나타내었으며, CRP 10 fg/ml의 농도까지 검출할 수 있었다. 센서의 선택성을 확인하기 위하여 감지하고자하는 대상물질이 아닌 Tn T 항원을 감지막에 반응시켜 흡광도 변화를 분석하였다. 결과적으로 제작된 센서칩은 선택성을 가지고 측정하고자하는 물질에만 반응함을 확인하였다. 이러한 결과는 다양한 직경을 사용한 부가적인 LSPR현상의 연구에 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.387-387
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• 2012

결정 Si 및 비정질 Si 태양전지는 환경친화적이며 안정적인 물질로 전력변환 및 에너지 저장 장치에 중요하기 때문에 연구가 활발하게 진행되고 있다. 고효율 Si 태양전지를 제작하여 상용화하기에는 여러 가지 문제점이 있다. 공기와 비교하여 높은 굴절률을 갖고 있기 때문에 발생하는 반사를 줄이기 위해서 필요한 무반사 코팅층(Anti-reflective coating; ARC)은 주로 SiO2 와 SiNx 와 같은 유전체를 이용하여 사용하지만 이들 ARC 증착은 PECVD와 같은 진공장비를 사용하므로 제작 비용이 높아지는 단점이 있다. 나노선 또는 나노 팁과 같은 sub-wavelength 구조를 표면에 만들어 반사율을 줄이는 작업을 통해 ARC 공정비용을 감소하고 효율을 증진하는 연구가 활발히 진행되고 있다. CdS 양자점을 태양전지 표면에 형성함으로 ARC로 해결할 수 없는 단파장영역에 해당하는 부분을 줄이는 연구가 진행되었으며, 비정질의 경우 원기둥 형태의 태양전지 형태와 더불어 지름 방향으로의 PN 접합 나노로드 배열을 만들어 흡수면을 증가하여 효율을 증가한 연구도 진행되었다. 태양전지 표면의 형태를 V-groove 형태로 형성하여 입사하는 태양전지의 광밀도를 증가하는 이론적 결과도 발표되었다. 본 연구에서는 Si 태양전지의 표면변형에 따른 태양전지의 전력변환효율의 변화를 관찰하기 위하여 태양전지 표면의 texture 지름을 $3{\sim}15{\mu}m$, 간격을 $5{\sim}20{\mu}m$로 변화하고, 태양전지 표면의 나노 패턴을 2~10 nm 로 변화하여 반사율과 전력변환효율을 비교하였다. 나노와 마이크로 패턴은 각각 polystyrene nanosphere 와 photo mask를 이용하여 제작하였으며 PN junction Si 태양전지는 spin on dopant 방식으로 제작하여 성능을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.20-20
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• 2008

최근 LEDs가 동일 효율의 전구에 비해 에너지 절감 효과 크며 신뢰성이 뛰어나다기 때문에 기존 광원을 빠르게 대체해 나가고 있다. 특히 자외선 파장을 가지는 LEDs는 발열이 낮아 냉각장치가 필요 없으며, 수명이 길어 기존 UV lamp에 비해 많은 장점을 가지고 있기 때문에 많은 관심을 밭고 있다. 그럼에도 불구하고 자외선 LEDs는 제조 단가가 높고 power가 낮아 소요량이 많은 등 아직 해결해야 할 부분이 많기 때문에 이를 해결하기 위해 여러가지 재료와 다양한 구조가 고려되고 있다. 그 중 ZnO는 II-VI족 화합물 반도체로써 UV영역의 넓은 밴드갭(3.37eV)을 가지는 투명한 재료이다. 특히 ZnO는 60meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 가지며, 가시광 영역에서 높은 투과율을 가지고, 상온에서 물리적, 화학적으로 안정하기 때문에 UV sensor, UV laser, UV converter, UV LEDs 등 광소자 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다. ZnO가 광소자의 발광재료로써 높은 효율을 얻기 위해서는 결정성을 높여 내부 결함을 감소시키며, 발광 면적을 높일 수 있는 구조가 요구된다. 특히 MOCVD 법으로 성장한 나노막대는 에피성장되어 높은 결정성을 기대할 수 있으며, 성장 조건을 조절함으로써 나노막대의 aspect ratio와 밀도 제어할 수 있기 때문에 표면적을 효과적으로 넓혀 높은 발광효율을 얻을 수 있다. 본 실험에서는 MOCVD 법으로 실리콘과 사파이어 기판 위에 다양한 성장 온도를 가진 나노구조를 성장 시키고 온도에 따른 형상 변화와 특성을 평가하였다. ZnO 의 성장온도가 약 $360^{\circ}C$ 일 때, 밀도가 조밀하고 기판에 수직 배열한 균일한 나노막대가 성장되었으며 우수한 결정성, 광학적 특성이 나타남을 SEM, TEM, PL, XRD를 사용하여 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.1033-1036
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• 2004

Si nanocrystallites thin films on p-type (100) Si substrate have been fabricated by pulsed laser deposition using a Nd:YAG laser. After deposition, samples were annealed at the temperatures of 400 to $800^{\circ}C$. Hydrogen passivation was then performed in the forming gas (95% $N_2$ + 5% $H_2$) for 1 hr. Strong violet-indigo photoluminescence has been observed at room temperature from nitrogen ambient-annealed Si nanocrystallites. The variation of photoluminescence (PL) Properties of Si nanocrystallites thin films has been investigated depending on annealing temperatures with hydrogen passivation. From the results of PL, Fourier transform infrared (FTIR), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) measurements, it is observed that the origin of violet-indigo PL from the nanocrystalline silicon in the silicon oxide film is related to the quantum size effect of Si nanocrystallites and oxygen vacancies in the SiOx(x : 1.6-1.8) matrix affects the emission intensity.