• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.398.2-398.2
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• 2014

유기태양전지는 낮은 공정 단가, 저온공정 및 기계적 유연성과 같은 다양한 장점을 지니고 있어서 실리콘 기반의 태양전지를 대체하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 유기태양전지는 실리콘 기반의 태양전지에 비해서 낮은 광전변환효율을가지고 있기 때문에 효율을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 엑시톤 분리 효율을 높이기 위한 방안으로 나노 구조가 많이 연구되고 있다. 하지만 나노 구조를 제작하기 위해서는 식각 과정을 거치거나, 금속 템플레이트를 사용하여 공정상 복잡하고 어려움을 갖는다. 본 연구에서는 간단한 용액 공정을 이용하여 초음파 처리시간 변화에 따른 나노 구조를 가지는 광활성층을 제작하였다. 전자주게 물질인 P3HT를 혼합 용매에 녹여서 초음파 처리를 통해서 나노 구조를 제작하였고, 초음파 처리 시간에 따른 구조의 변화를 광류미네에센스 측정과 원자간 힘 현미경으로 관찰하였다. 나노 구조를 가지는 태양 전지는 엑시톤을 분리할 수 있는 전자주게와 전자받게의 계면이 증가함으로 엑시톤 분리 효율이 향상되는 장점을 가진다. 초음파 처리 사긴 변화에 따른 나노 구조 P3HT 층을 가진 태양전지의 전류밀도-전압 측정을 통해 효율의 변화를 비교하였다. 15분 동안 초음파 처리를 하였을 때, 가장 높은 효율을 가지는 것을 확인할 수 있었고, 나노 구조를 가지지 않는 유기태양전지에 비해서 20% 정도 효율이 향상되는 결과를 볼 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.58.1-58.1
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• 2009

나노 임프린트 리소그래피 기술은 기존의 노광 장비를 이용하는 기존의 리소그래피 공정에 비해 저렴한 공정으로 대면적 패터닝이 가능한 차세대 리소그래피 기술이다. 나노 임프린트 리소그래피는 기존의 나노 리소그래피 기술과는 다르게 기능성 무기물 물질을 직접 패터닝 할 수 있는 기술이다. 본 연구에서는 $TiO_2$ 나노 패턴을 를 기존의 증착, 리소그래피, 식각 등의 공정을 거치지 않고, sol-gel법과 나노 임프린트 리소그래피를 이용하여 직접 전사하는 기술에 대해 연구 하였다. 본 연구에서는 Tetrabutylorthotitanate를 precusor로 하는 ethanol 기반의 $TiO_2$ sol을 제작하여 이용하였다. PDMS mold를 임프린팅용 몰드로 사용하였으며, 이러한 PDMS mold는 노광 기술과 반응성 이온 식각을 이용하여 제작된 master mold로 부터 복제되었다. 제작된 sol을 Si wafer에 spin coating하여 넓게 도포한 후, wafer위에 PDMS mold를 밀착 시킨다. 이후, 5 bar의 압력과 $200^{\circ}C$의 온도에서 나노 임프린트 리소그래피 공정을 진행하여 $TiO_2$ gel 패턴을 형성한다. gel 상태의 $TiO_2$ 패턴을 anealing 공정을 통해 다결정질 TiO2 나노 패턴으로 제작하였다. 제작된 패턴을 scanning electron microscope(SEM)를 이용하여 확인하고, XRD 및 EDX를 이용하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.96-96
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• 2016

나노섬유(nanofiber), 나노선(nanowire), 그리고 나노튜브(nanotube)와 같은 1차원 구조의(one-dimensional structure) 나노재료는 벌크(bulk) 및 박막(film) 재료와는 다르게 물리적, 화학적으로 특이한 성질을 가지고 있으며, 이러한 성질은 나노재료의 구조, 형상, 크기 등에 큰 영향을 받는다. 첫 째, 전기방사(electrospinning) 공정을 이용한 나노섬유의 합성; 용액의 특성, 전기장 세기, 방사시간 등의 변수를 조절하게 되면 방출되는 재료의 형상을 입자 혹은 섬유상의 형태로 얻을 수 있으며, 전기방사를 통해 합성된 나노재료의 소결 온도 및 시간을 달리함으로써 나노입자의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 템플레이트 합성법(template synthesis) 및 이중노즐(coaxial nozzle)을 이용해 속이 빈 형태인 중공(hollow) 구조의 나노섬유를 얻을 수 있으며, 전기방사에 사용되는 전구물질에 원하는 금속 및 산화물을 첨가함으로써 복합체(composite) 나노섬유를 얻을 수 있다. 둘 째, VLS(Vapor-Liquid-Solid) 공정을 이용한 나노선의 성장; 온도, 압력, 전구물질의 양, 그리고 시간 등의 변수를 조절하게 되면 원하는 직경 및 길이를 갖는 나노선을 성장시킬 수 있다. 그리고 ALD(Atomic Layer Deposition)를 이용해 나노선에 추가적인 층을 형성함으로써 코어-셀 구조를 형성할 수 있으며, 감마선, UV와 같은 공정을 이용해 귀금속 촉매를 나노선에 기능화 시킬 수도 있다. 코어-셀 구조를 갖는 나노선/나노섬유는 코어 혹은 셀 층의 전자나 홀의 이동을 유발하여 전자공핍층(electron depletion layer) 또는 정공축적층(hole accumulation layer)을 확대 및 축소시켜 센서의 초기저항을 증가시키거나 감소시키는 역할로써 이용되고 있으며, 특히, 셀 층의 두께가 셀 층 재료의 Debye length와 유사한 크기를 갖게 되면, 셀 층은 완전공핍층(fully depleted layer)을 형성해 최대의 감도를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 다양한 제조 공정을 통해 제작될 수 있는 1차원 나노-구조물을 가스센서에 적용하는 사례들을 소개하고, 이러한 가스센서의 감응성능을 향상시키기 위한 방법의 한 가지로 원자층증착법으로 나노선/나노섬유의 표면에 셀층을 형성하여 감응성 향상 메커니즘 및 관련 주요 변수들을 조사하고자 한다.

• Journal of the KSME
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• v.52 no.6
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• pp.48-51
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• 2012

이 글에서는 하향식 마이크로 제조공정을 이용하여 디바이스 플랫폼을 만들고 상향식 자가조립으로 나노소재 박막을 만드는 공정을 소개하고, 나노소재 박막의 선택적 패터닝을 통해 디바이스를 구현한 연구에 대해 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.304-304
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• 2011

열필라멘트 화학 기상 증착 공정(HWCVD, hot wire chemical deposition)은 낮은 기판 온도에서 다결정 실리콘 박막을 빠른 속도로 증착할 수 있는 방법이다. 이는 후처리가 없어도 전기적 특성이 우수한 박막을 저온에서 얻을 수 있기 때문에 녹는점이 낮은 기판에 증착을 할 수 있으며 공정비용 절감 효과가 있다. 이러한 박막 증착 공정 중 기상 핵생성에 의해 나노 입자가 생성되며, 새로운 관점에서는 그 농도와 크기가 박막 성장에 중요한 변수로 작용한다. 따라서 공정조건의 변화에 따라 생성되는 나노 입자의 크기 분포를 실시간으로 분석하여 박막 형성의 최적 조건을 찾는 연구가 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 열필라멘트 화학 기상 증착 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 HWCVD 배기 라인에 연결하여 진행하였으며 반응기 내 샘플링 위치, 필라멘트 온도, 챔버 압력, 작동기체의 비율을 변수로 하여 진행하였다. 그 결과 실리콘 나노 입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인 하였고, 측정 조건에 따라 일부 단일 극성으로 존재하였다. 한편, 필라멘트 온도가 증가할수록 하전된 나노입자의 최빈값은 감소하였다. 또한 반응 가스인 SiH4 농도가 증가할수록 최빈값은 농도에 비례하여 증가하였다. 이런 결과는 기존 HWCVD 실험에서 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 분석한 실리콘 나노 입자의 크기 분포 결과와 경향이 일치함을 확인하였다. 본 연구를 통하여 확인된 하전된 나노 입자의 존재를 실험적으로 확인하였으며 추후 지속적 연구에 의해 이러한 하전된 나노 입자가 박막 형성에 기여 하는 것을 규명하고 박막 형성 조건을 최적화하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.271-271
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• 2009

AAO(Anodic Aluminum Oxide)는 전형적인 자기정렬 되는 물질로 이루어진 나노 다공성 구조이며 많은 나노 기술적으로 응용이 되고 있다. 양극산화 알루미나 기술은 간단한 공정으로 경제적이며 규칙적인 배열의 나노 크기의 육각형의 셀 형태의 hole구조를 형성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이런 나노 다공성 구조는 나노 단위의 물질을 형성하는 Template로 유용하게 쓰인다. 균일한 대면적 AAO의 형성을 위한 공정 step의 개선, 공정변수의 영향에 대하여 연구 중이며 공정변수의 조절에 따라 hole의 직경, 길이, 균일성을 제어 가능하며 제작된 AAO의 특성은 FE-SEM, AFM을 이용하여 분석한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.346.1-346.1
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• 2016

본 연구에서는 열처리(Thermal Dewetting Process)와 빗각 증착(Oblique angle deposition)을 이용하여 비주기 서브파장 구조물을 마이크로 렌즈 형태의 유리 기판 상부에 제작하였다. 먼저 $2{\times}2cm2$ 크기의 유리 기판에 기존 리소그래피 공정으로 원기둥 형태의 감광액을 형성한다. 이후 Hot-plate로 $180^{\circ}C$에서 90초간 열을 가해 지름이 $20{\mu}m$인 반구형태로 변형시킨 뒤 반응성이온식각 공정을 진행하여 마이크로 렌즈를 제작한다. 렌즈의 표면에 나방 눈 구조를 형성하기 위해 전자빔 증착으로 15nm의 은 박막을 쌓은 뒤 $500^{\circ}C$에서 1분간 열처리 공정을 진행하였다. 열이 가해졌을 때 은 박막은 표면자유에너지를 최소화하기 위해 나노 크기의 덩어리진 입자 형태로 변화한다. 여기서 형성되는 나노입자의 크기가 렌즈 표면 중심에서 가장자리로 갈수록 작아진다는 것을 주사전자현미경을 통해 확인하였다. 증착 각도가 증가할수록 열처리 공정 후의 은 나노입자의 크기가 점점 작아진다는 것을 검증하기 위해 은 박막의 증착 각도를 $0^{\circ}$, $35^{\circ}$, $55^{\circ}$, $70^{\circ}$로 증착 후 열처리 공정을 진행하여 확인하였다. 비스듬하게 증착되어 형성된 박막은 다공형태로 낮은 밀도를 가지는데 이는 박막 두께 감소를 일으킨다. 따라서 증착 각도가 증가할수록 열처리 공정 후의 은 나노입자의 크기는 점점 작아진다. 이후 은 나노입자를 마스크로 하여 다시 반응성이온식각 공정을 진행하였으며 식각 후 나머지 은 나노입자들은 HNO3용액에서 1분간 처리하여 제거하였다. 제작된 구조물의 평균 직경과 크기는 각각 ~220nm 및 ~250nm인 것으로 확인하였다. 위와 같은 공정을 통해 다양한 크기를 가진 비주기 서브파장 구조물을 제작할 수 있다. 구조물의 주기가 파장 길이보다 짧을 경우 분산이 최소화되며 넓은 파장 대역에서 무반사 효과를 얻을 수 있다. 이 공정은 마스크를 통한 리소그래피의 한계를 극복할 수 있으며 여러 곡면형 표면에 적용가능한 장점이 있다. 또한 프리즘, 렌즈, 광섬유와 같은 광소자의 광투과율을 향상시키는데 이용될 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.266-266
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• 2010

실리콘 나노잉크를 이용한 프린팅 공정을 적용하여 결정질 실리콘 박막을 제조하였으며, 다양한 공정조건에 따른 박막의 특성을 연구하였다. 기존의 실리콘 박막형 제조 기술은 고가의 진공프로세스이므로, 비진공 프린팅 공정의 대체를 통하여 박막 태양전지의 제조원가를 획기적으로 절감할 수 있다. 실리콘 나노입자는 저온 플라즈마를 사용하여 합성하였으며, 스핀코팅 (spin coating), 드롭핑 (dropping), 딥핑 (dipping) 등의 프린팅 공정을 이용하여 단결정 실리콘 웨이퍼 위에 박막을 형성하였다. 사용된 실리콘 나노입자는 10 ~ 50 nm 의 크기와 단결정 구조를 갖는다. 이러한 실리콘 나노입자는 Propylene Glycol 용매에 분산시켜 하부기판에 프린팅 하였다. 이렇게 증착된 나노입자들은 $600{\sim}1000^{\circ}C$의 온도와 다양한 분위기에서 열처리되어 고밀도화 되었다. 제조된 실리콘 박막의 물성 분석은 SEM, EDX, 그리고 X-ray 회절 측정을 통하여 수행되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.275-275
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• 2010

나노선의 합성을 위해 필요한 씨드는 기상증착에 경우 값비싼 공정 비용이 요구되지만 액상의 경우 저렴하고 공정이 단순하며 단시간에 공정이 용의하고 대면적이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 우리는 zinc acetate, ethylene glycol monoethylethe(C3H8O2), Monoethanolamine을 일정한 비율로 혼합하여 ZnO 나노와이어 합성에 필요한 액상씨드를 만든 후 이것을 기판위에 증착하기 위해 수차례에 걸쳐 스핀코팅을 하였다. 스핀코팅후 퍼니스와 핫플레이트를 이용하여 Soft bake, Hard bake 공정을 통해 각각 열처리 한후 XRD 를 통한 결정성과 방향성 그리고 AFM을 통한 표면거칠기를 관찰하였고 또한 수열합성법을 통하여 제작한 씨드를 기반으로 하는 ZnO 나노와이어를 합성하여 각각의 열처리 조건에 따른 나노와이어의 특성변화를 관찰하였고 향후 나노기반 소자의 적용가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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• pp.29-29
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• 2015

Al과 Ni이 나노 두께로 적층되어 있는 나노 포일은 외부의 촉발에 의해 원자수준의 상호 확산을 통해 합금화 된다. AlNi 합금이 되서 $-{\Delta}H$의 변화로 인하여, 외부에 열을 공급하게 되어 최대 엔탈피의 변화 일어날 수 있는 Al과 Ni의 혼합비율을 조사하였다. 나노 포일의 제조 공정은 마그네트론 스퍼터링을 이용하였으며, 나노 박막의 두께 및 적층 공정에 대한 공정 최적화를 하였다. 제조된 나노 포일은 금속-세라믹의 상온접합을 실시하여 산업적 응용에 대한 가능성을 고찰하고자 하였다.