• 한국재료학회지
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• 제5권3호
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• pp.357-363
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• 1995

PECVD(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 증착한 $Ta_{2}$O_{5}$ 박막의 전기적 특성과 미세구조에 미치는 RTA(Rapid Thermal annealing) 후속 고온 열처리의 영향을 조사하였다. $Ta_{2}$O_{5}$ 박막의 미세구조와 interface 거동을 관찰하기 위하여XRD(X-ray Diffractometer), TEM(Transmission Electron Microscope), AES(Auger Electron Spectroscope) 분석을 실시하였으며, 전기적 특성을 관찰하기 위하여 I-V, C-V 측정을 하였다. $600^{\circ}C$에서 60초간 열처리를 실시하였을 경우 가장 우수한 유전 특성 및 누설 전류 특성을 보였으며, 유전 상수는 26이었고 누설 전류는 5 $\times$ $10^{-11}$A/$cm^{2}$이었다. $600^{\circ}C$ 이상의 온도에서 행한 열처리에 의하여 박막의 누설 전류와 유전 특성은 복합적으로 영향을 받았음을 알 수 있었다. 이는 $600^{\circ}C$의 열처리에서 이루어지고있는 박막의 결함감소와 고밀화 현상과 함께 80$0^{\circ}C$ 이상의 열처리에서 발생하는 조밀육방정 결정 구조를 가지는 $\delta$-$Ta_{2}$O_{5}$의 결정화에 기인함을 알 수 있었다. 또한 TEM과 AES분석 결과로부터 이들 박막의 누설 전류와 유전상수의 변화는 열처리에 의하여 일어나는 Ta-O-Si transition층의 생성과 성장에 기인함을 알 수 있었다. 따라서 $Ta_{2}$O_{5}$ 박막의 전기적 특성의 변화는 RTA 후속 열처리에 따른 계면 반응과 결정화 그리고 박막의 조밀화에 그 영향이 있음을 알 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2005년도 추계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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• pp.3-5
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• 2005

Ni/Au 쇼트키 접합의 산화를 통해 항복전압이 증가하고 누설 전류가 감소한 수평방향 GaN 쇼트키 장벽 다이오드를 제작하였다. 산화 과정 후, 턴-온 전압이 미세하게 증가하였으며 높은 애노드 전압하에서 애노드 전류가 증가하였다. 5분과 10분의 산화 과정 후, 누설 전류는 1nA 이하 수준으로 현저히 감소하였다. Edge Termination 방법으로 Floating Metal Ring을 사용하고, 산화 과정을 적용하여 제안된 GaN 쇼트키 장벽 다이오드의 항복전압은 750볼트의 큰 값을 얻을 수 있었다. 상온과 $125^{\circ}C$ 에서 제작한 GaN 쇼트키 장벽 다이오드의 역방향 회복 파형도 측정하였으며, 제작한 소자는 매우 빠른 역방향 회복 특성을 보였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.2019-2020
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• 2008

옥외에서 폴리머 애자의 사용량이 급격하게 증가하는 이유는 자기제 애자에 비해 경량이면서 오손특성이 우수하다는 장점 때문이다. 약 10년 전 국내 배전선로에 설치된 EPDM(Ethylene propylene diene monomer) 재질의 폴리머 현수애자의 섬락고장이 있었다. 폴리머 애자는 재질 특성상 사용시간에 따라 표면 열화가 진행되고, 표면의 절연저항이 감소하여 누설전류가 증가하게 된다. 표면 섬락고장을 유발하는 누설전류는 절연물 표면 상태에 많은 영향을 받는다. 본 연구에서는 폴리머애자 표면에 부착된 오손물이 전기적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 표면에 부착된 미세한 오손물은 발수성을 급격히 저하시켰으며, 장시간 수분에 노출될 경우 상용전압에서 표면 방전의 원인이 되었다. 결과적으로 부착된 오손물은 누설전류와 절연내력에 영향을 주어 절연 특성을 저하시키게 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.24-24
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• 2022

토양 수분은 육상 생태계를 지배하는 핵심 변수로 널리 간주되어 왔다. 따라서 토양 수분을 모니터링하고 추정하는 것은 수문, 농업, 생화학적, 및 기후 역학을 평가하는 데 필수적이다. 그러나 최대 토양 접촉을 요구하는 기존의 토양 수분 모니터링 방법은, 토양 교란을 최소화하여 토양의 고유 특성을 보전하지 못하는 한계가 있다. 이 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 비접촉 초음파 시스템을 이용하여 토양 수분을 평가 방법을 개발하였다. 이 시스템은 공기-토양 조인트 절반 공간에서 누설 레일리파(Rayleigh wave)를 측정하도록 설계되었다. 토양 수분의 변화에 대한 누설 레일리파의 측정은 통제된 실험 설계에서 모래, 실트, 점토와 같은 세 가지 토양 유형에서 평가하였다. 본 연구 결과에서 세 가지 토양 사례 모두, 누설 레일리파의 에너지와 토양 수분 사이에 밀접한 관계가 있음을 보였다. 그러나 모래에서 얻은 동적 매개변수의 특성은 실트 및 점토의 특성과 다른 형태를 보였다. 이러한 결과는 미세한 토양 입자와 대조적으로 굵은 토양 입자는 증발 과정에서 감소된 토양 강도로 설명될 수 있다. 관측된 누설 레일리파에서 얻은 동적 매개변수를 기반으로 토양 수분을 평가하기 위해 랜덤 포레스트 모형을 이용하였다. 예측된 토양 수분의 정확도는 모든 데이터 및 토양 유형에 관계없이 높은 정확도를 보였다(R² ≥ 0.98, RMSE ≤ 0.0089 m³ m^-3). 즉, 본 연구에서는 레일리파가 토양 교란 없이 토양 수분 변화를 지속적으로 평가할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여주었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.259-259
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• 2016

반도체 산업 전반에 걸쳐 이루어지고 있는 연구는 소자를 더 작게 만들면서도 구동능력은 우수한 소자를 만들어내는 것이라고 할 수 있다. 따라서 소자의 미세화와 함께 트랜지스터의 구동능력의 향상을 위한 기술개발에 대한 필요성이 점차 커지고 있으며, 고유전(high-k)재료를 트랜지스터의 게이트 절연막으로 이용하는 방법이 개발되고 있다. High-k 재료를 트랜지스터의 게이트 절연막에 적용하면 낮은 전압으로 소자를 구동할 수 있어서 소비전력이 감소하고 소자의 미세화 측면에서도 매우 유리하다. 그러나, 초미세화된 소자를 제작하기 위하여 high-k 절연막의 두께를 줄이게 되면, 전기적 용량(capacitance)은 커지지만 에너지 밴드 오프셋(band-offset)이 기존의 실리콘 산화막(SiO2)보다 작고 또한 열공정에 의해 쉽게 결정화가 이루어지기 때문에 누설전류가 발생하여 소자의 열화를 초래할 수 있다. 따라서, 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 게이트 절연막 엔지니어링을 통해서 누설전류를 줄이면서 전기적 용량을 확보할 수 있는 연구가 주목받고 있다. 본 실험에서는 high-k 물질인 Ta2O5와 SiO2를 적층시켜서 누설전류를 줄이면서 동시에 높은 캐패시턴스를 달성할 수 있는 게이트 절연막 엔지니어링에 대한 연구를 진행하였다. 먼저 n-type Si 기판을 표준 RCA 세정한 다음, RF sputter를 사용하여 두께가 Ta2O5/SiO2 = 50/0, 50/5, 50/10, 25/10, 25/5 nm인 적층구조의 게이트 절연막을 형성하였다. 다음으로 Al 게이트 전극을 150 nm의 두께로 증착한 다음, 전기적 특성 개선을 위하여 furnace N2 분위기에서 $400^{\circ}C$로 30분간 후속 열처리를 진행하여 MOS capacitor 소자를 제작하였고, I-V 및 C-V 측정을 통하여 형성된 게이트 절연막의 전기적 특성을 평가하였다. 그 결과, Ta2O5/SiO2 = 50/0, 50/5, 50/10 nm인 게이트 절연막들은 누설전류는 낮지만, 큰 용량을 얻을 수 없었다. 한편, Ta2O5/SiO2 = 25/10, 25/5 nm의 조합에서는 충분한 용량을 확보할 수 있었다. 적층된 게이트 절연막의 유전상수는 25/5 nm, 25/10 nm 각각 8.3, 7.6으로 비슷하였지만, 문턱치 전압(VTH)은 각각 -0.64 V, -0.18 V로 25/10 nm가 0 V에 보다 근접한 값을 나타내었다. 한편, 누설전류는 25/10 nm가 25/5 nm보다 약 20 nA (@5 V) 낮은 것을 확인할 수 있었으며 절연파괴전압(breakdown voltage)도 증가한 것을 확인하였다. 결론적으로 Ta2O5/SiO2 적층 절연막의 두께가 25nm/10nm에서 최적의 특성을 얻을 수 있었으며, 본 실험과 같이 게이트 절연막 엔지니어링을 통하여 효과적으로 누설전류를 줄이고 게이트 용량을 증가시킴으로써 고집적화된 소자의 제작에 유용한 기술로 기대된다.

• 한국자기학회지
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• 제23권1호
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• pp.18-25
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• 2013

배관용 비파괴 검사에서 자기누설방식을 이용하여 배관의 결함을 검출하도록 개발된 탐상 시스템 장비를 MFL PIG(Magnetic Flux Leakage Pipeline Inspection Gauge)라 한다. 이 장비는 투자율이 큰 금속 배관의 길이 방향인 축방향으로 자기장을 형성하고, 결함이 있는 부분에 발생하는 누설 자속 신호를 홀센서를 이용하여 검출한다. 하지만 MFL PIG는 배관에 축방향으로 발생한 미소결함에 대해서는 누설 자속의 발생량이 미세하여 결함 유무를 판별하기 어렵다. 본 논문에서는 배관에 발생한 축방향 미소결함을 검출하기위해 CMFL(Circumferential MFL) PIG를 적용하였고, 결함 주위에 발생한 누설 자속 신호의 크기 및 분포를 3차원 정자계 유한요소법을 이용하여 검출 및 분석하였다. 이러한 검출 신호로부터 길이, 폭, 깊이와 같은 결함의 형상을 판정하는 기법을 제안하였고 이를 CMFL PIG 모의 성능 실험을 통하여 비교 및 검증하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.114-114
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• 2010

최근 고용량의 디커플링 캐패시터를 기판에 내장하여 고주파 발생의 원인인 배선길이와 실장 면적을 획기적으로 줄이는 임베디드 디커플링 캐패시터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 기존의 공정들은 높은 공정온도와 같은 공정상의 한계를 가지고 있어 상온 저 진공 분위기에서 세라믹 분말을 기판에 고속 분사시켜 기공과 균열이 거의 없는 치밀한 나노구조의 세라믹 제작이 가능한 후막코팅기술인 Aerosol Deposition Method (ADM)에 착목하였으며, 이 ADM을 박막공정으로 응용하여 $BaTiO_3$ 박막을 제작하고 고용량의 디커플링 캐패시터 제작을 실현하고자 한다. 하지만, Cu 기판 상에 성막 된 $0.5\;{\mu}m$이하의 $BaTiO_3$ 박막에서는 $BaTiO_3$ 분말 내에 존재하는 평균입자 보다 큰 입자와 응집분말로 인해 발생하는 pore, crater, not-fully-crushed particles와 같은 거시적인 결함들에서의 전류 통전과 울퉁불퉁한 $BaTiO_3$ 박막과 기판 사이의 계면에서의 전계의 집중에 의한 전류의 증가로 인하여 큰 누설전류 발생하는 문제에 봉착하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 제시된 효과적인 방법으로 Stainless steel 기판과 같이 표면경도가 높은 기판을 사용하는 것이며, 이를 통해 $0.2\;{\mu}m$의 두께까지 유전 $BaTiO_3$ 박막을 성막 할 수 있었으며, 치밀한 표면 미세구조와 줄어든 $BaTiO_3$ 박막과 기판 사이의 계면의 거칠기를 확인하였다. 하지만, $BaTiO_3$ 박막 내에 발생하는 누설전류의 근본원인을 확인하기 위해서는 누설전류에 대한 미시적인 접근이 더욱 요구된다. 이에 본 연구에서는 누설전류 발생원인의 미시적 접근을 위해 두께에 따른 $BaTiO_3$ 박막의 누설전류 전도기구에 대한 조사하였으며, 이를 통해 $BaTiO_3$ 박막내 발생하는 누설전류의 원인은 $BaTiO_3$막 내에서 donor로서 역할을 하는 oxygen vacancy와 불균일한 전계의 집중으로 인한 전자의 tunneling 현상임을 확인할 수 있었다. 또한, Nano-indenter와 Conductive atomic force microscopic를 이용한 정밀 측정을 통해 표면경도의 중요성을 재확인하였으며 $BaTiO_3$ 박막의 두께가 $0.2\;{\mu}m$이하로 더욱 얇아지게 되면 입자간 결합 문제 또한 ADM을 박막화 하는데 있어 중요한 요소임을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.75-75
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• 2000

플라즈마 화학증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)을 이용하여 양질의 Si3N4 금속-유전막-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 커페시터를 구현하였다. Fig.1에 나타낸 바와 같이 p형 실리콘 웨이퍼의 열 산화막 위에 1%의 실리콘을 함유하는 알루미늄을 스퍼터링으로 증착하여 전극을 형성하고 두 전극사이에 Si3N4 박막을 증착하여 MIM구조의 박막 커패시터를 제조하였다. Si3N4 유전막은 150Watt의 RF 출력하에서 반응 가스 N2/SiH4/NH3를 각각 300/10/80 sccm로 흘려주어 전체 압력을 1Torr로 유지하면서 40$0^{\circ}C$에서 플라즈마 화학증착법을 이용하여 증착하였으며, Al과 Si3N4 층의 계면에는 Ti과 TiN을 스퍼터링으로 증착하여 확산 장벽으로 이용하였다. 각 시편의 커패시턴스 및 바이어스 전압에 따른 누설 전류의 변화는 LCR 미터를 이용하여 측정하였고 각 시편의 커패시턴스 및 바이어스 전압에 따른 누설 전류의 변화는 LCR 미터를 이용하여 측정하였고 각 시편의 유전 특성의 차이점을 미세구조 측면에서 이해하기 이해 극판과 유전막의 단면 미세구조를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여 분석하였다. 유전체인 Si3N4 와 전극인 Al의 계면반응을 억제시키기 위해 TiN을 확산 장벽으로 사용한 결과 MIM커패시터의 전극과 유전체 사이의 계면에서는 어떠한 hillock이나 석출물도 관찰되지 않았다. Fig.2와 같은 커패시턴스의 전류-전압 특성분석으로부터 양질의 MIM커패시터 특성을 f보이는 Si3N4 의 최소 두께는 500 이며, 그 두께 미만에서는 대부분의 커패시터가 전기적으로 단락되어 웨이퍼 수율이 낮아진다는 사실을 알 수 있었다. TEM을 이용한 단면 미세구조 관찰을 통해 Si3N4 층의 두께가 500 미만인 커패시터의 경우에 TiN과 Si3N4 의 계면에서 형성되는 슬릿형 공동(slit-like void)에 의해 커패시터의 유전특성이 파괴된다는 사실을 알게 되었으며, 이러한 슬릿형 공동은 제조 공정 중 재료에 따른 열팽창 계수와 탄성 계수 등의 차이에 의해 형성된 잔류응력 상태가 유전막을 기준으로 압축응력에서 인장 응력으로 바뀌는 분포에 기인하였다는 사실을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권10호
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• pp.1075-1081
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• 2011

이중벽관 증기발생기에서 전열관의 내관과 외관 사이의 틈새에 채워진 헬륨가스의 압력변동으로 전열관의 파손을 감지하는 방법이 개발되고 있다. 이 현상을 모사하기 위해 압력으로 밀착된 두 평판사이의 미세한 틈새에서의 누설률을 측정하여 실험식을 개발하였다. 이 실험식에서는 틈새의 간격과 유동마찰계수가 표면조도에 의해 상호 결합된 형태로 기술되는데, 간단한 평판접촉 모델을 사용하여 유동마찰계수 식을 분리하였다. 이 실험식과 균열에서의 누설률 예측에 사용되고 있는 기존의 유동마찰계수 관련 실험식들을 상호 비교하였다. 레이놀즈 수의 적용범위가 상이함에도 불구하고 개발한 실험식이 0.1~0.35 에서는 레이놀즈 수가 높은 경우에 적용되는 실험식들과 유사한 값을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.99-99
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• 2000

본 논문에서는 RF Magnetron Sputtering 방법으로 Ba0.5Sr0.5TiO3 박막을 Pt/Ti/SiO2/Si 기판위에 증착하였다. Ar과 O2의 가스비는 90:10부터 50:50까지 O2의 함유비율을 10씩 증가시켰으며, 모든 조건에서 증착온도는 실온으로 설정하였다. Ba0.5Sr0.5TiO3 박막의 증착후 각 가스비에 따른 동일한 샘플에 대해 RTA(Rapid Thermal Anneal) 장비를 이용하여 $600^{\circ}C$에서 열처리는 하여 열처리 효과에 대한 특성도 조사하였다. 최종적으로 제작한 BST 커패시터는 Pt/BST/Pt 구조를 갖는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 구조의 커패시터였으며 상.하부 전극은 전기적 특성이 우수한 Pt를 사용하였다. 제작된 BST 커패시터를 대해 유전 특성을 조사하기 위해 C-V 측정을 한 결과 산소 함유량이 증가함에 따라 유전율의 증가를 보여주었으며, 제작된 샘플 중 산소 함유량이 30인 샘플은 300이상의 우수한 유전율을 나타내었다. 또한 누설 전류특성에서는 모든 샘플에 대해 1.0V의 인가전압에서 1.0$\times$106A/cm2 이하의 누설 전류 밀도 값을 가져 전기적으로도 안정된 커패시터 구조임을 확인하였다. 또한 막의 증착상태와 미세구조관찰을 위해 SEM 측정을 하였고 구성성분 결정 구조를 알기 위해 XRD 측정도 시행하였다. 결과적으로 본 논문에서 제작된 커패시터 중 Sr/O의 비율이 70:30인 샘플이 가장 우수한 유전특성을 나타내었고, 이 샘플의 유전특성과 누설 전류 특성은 차세대 메모리인 1GigaByte급 DRAM에 적용 가능한 조건들을 만족시켰다.