• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.428-428
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• 2012

CIGS 또는 CIS 태양전지는 높은 흡광계수와 조절가능한 밴드갭 특성으로 인해 높은 광전변환효율을 나타내므로 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 그러나 태양전지의 저가화를 위해서는 기존의 동시증발법 또는 스퍼터링을 대신할 수 있는 비진공 방식의 박막제조방법이 요구된다. 다양한 비진공 코팅방법 중에서 용액 또는 콜로이드 전구체를 프린팅하는 방법은 batch 조성이 박막의 조성으로 전사되므로, 전착법에 비해 조성 조절이 용이하다는 장점이 있다. 한편, 콜로이드 공정에 속하는 Cu-In 합금 나노 분말법은 셀렌화 또는 황화 과정 중에 부피가 팽창하는 장점을 활용 가능한 반면, 전구체 박막의 충진밀도가 낮을 경우 열처리를 통한 치밀화에 한계가 생길 수 있는 단점이 있다. 본 연구에서는 합성한 Cu-In합금 분말을 이용하여 전구체 박막을 형성한 후 반응기구가 다른 황 및 셀레늄 분위기에서의 열처리를 통해 소결된 박막의 결정상, 미세구조 및 표면 형상의 차이를 비교하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.12 no.2
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• pp.130-135
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• 2003

Polycrystalline silicon thin films have been used for low cost thin film device application. However, it was very difficult to fabricate high performance poly-Si at a temperature lower than $600^{\circ}C$ for glass substrate because the crystallization process technologies like conventional solid phase crystallization (SPC) require the number of high temperature (600-$1000^{\circ}C$) process. The objective of this paper is to grow poly-Si on flexible substrate using a rapid thermal crystallization (RTC) of amorphous silicon (a-Si) layer and make the high temperature process possible on molybdenum substrate. For the high temperature poly-Si growth, we deposited the a-Si film on the molybdenum sheet having a thickness of 150 $\mu\textrm{m}$ as flexible and low cost substrate. For crystallization, the heat treatment was performed in a RTA system. The experimental results show the grain size larger than 0.5 $\mu\textrm{m}$ and conductivity of $10^{-5}$ S/cm. The a-Si was crystallized at $1050^{\circ}C$ within 3min and improved crystal volume fraction of 92 % by RTA. We have successfully achieved a field effect mobility over 67 $\textrm{cm}^2$/Vs.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.5
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• pp.475-482
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• 1996

초음파분무를 이용한 MOCVD법으로 강유전 BaTiO3 박막을 제조하였다. 초음파 분무 MOCVD법은 비교적 저온에서도 후열처리없이 결정화된 박막의 제조가 가능하다. 증착한 박막은 기판온도가 증가할수록 (110) 우선 배향성을 가졌으며, 기판온도에 따라서 서로 다른 결정상을 나타내었다. 기판온도가 55$0^{\circ}C$인 경우에 증착한 박막은 결정화가 완전히 진행되지 않았으며, 결정립의 크기도 매우 작아 상온에서 입방정상의 특성을 보였다. $600^{\circ}C$에서 증착한 박막은 결정화가 진행되어 입자의 크기는 성장하였으나 의사 입방정상을유지하고 있었다. 반만 $650^{\circ}C$에서 증착한 박막은 결정화뿐만 아니라 주상으로 성장하여 수직 방향으로는 박막 두께의 크기를 가져 CV 특성에서 이력곡선을 보였으며, 정전용량의 온도 변화에 따른 특성에서도 상전이의 특성을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.207-207
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• 2010

휴대용 기기의 사용이 증가하면서 전지의 고용량화와 소형화가 요구되고 있다. 특히 의료용 센서 기기에서는 소형화가 매우 중요하며 인체에 해로운 물질로 구성되지 않는 것이 바람직하다. 최근 고체전해질을 사용하는 마이크로 배터리가 개발되고 있으나, 에너지 저장용량이 작아 응용분야가 제한적이다. Silicon wafer 위에 형성된 고단차의 3차원 박막 배터리를 형성한다면 표면적 증가에 의해 에너지 저장용량 역시 크게 증가할 것이다. 따라서 고단차의 3차원 구조위에 confomal한 박막을 형성하기 위해서는 기존 물리증착방법과는 달리 새로운 step coverage가 우수한 박막증착법이 필요하다. 본 연구에서는 atomic layer deposition(ALD)으로 박막 배터리의 cathode 물질인 $LiCoO_2$를 증착하기 위한 기초연구로서 cobalt oxide 박막의 ALD 공정을 연구하였다. Cobalt +2가 전구체와 $O_3$를 교대로 공급하여 박막을 증착하고 그 박막의 물리적, 화학적, 전기적 특성을 조사하였다. 이를 통해 exposure와 기판온도가 박막의 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 pattern wafer위에 박막을 증착하여 step coverage를 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.24-24
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• 2010

대형구조물의 구조안정성 진단, 로봇과 같은 지능기계의 제어, 환경오염을 감지하기 위한 센서의 중요성은 날로 증대되고 있다. 이러한 센서의 감도와 성능을 높이기 위해서 소형화, 다기능화, 집적화가 요구되고 있는데, 고성능 센서소자들의 집적화를 위해서 기존에 적용된 벌크형태의 재료들을 박막화하여 다층적층 및 소형화할 필요가 있다. 집적화 센서의 구현에 있어서 전극박막은 센서의 특성을 좌우하는 중요한 역할을 한다. 일반적으로 금속박막이 전극으로 사용되고 있으나 열적 불안정성 및 박리현상의 문제점을 지니고 있다. 따라서 이를 해결하기 위해 전도성산화막을 전극으로 적용하고자하는 연구가 요구되고 있다. 전도성산화막을 전극으로 적용하면 센서소자의 성능이 개선되는 경향이 있다. $Sr_2FeMoO_6$(SFMO) 산화물은 자기장을 인가했을 때 저항이 감소하는 CMR(colossal magnetoresistance) 물질이며 상온비저항이 낮은 것으로 알려져 있다. 이중 페롭스카이트 (double perovskite) 구조를 갖는 $Sr_2FeMoO_6$ 박막은 센서소자의 전극으로 적용 가능할 것으로 생각되어 박막을 제조하고자 하였으며 미세구조와 전기전도 특성을 조사하였다. 박막제조를 위해서는 RF 스퍼터법을 사용하였다. 스퍼터를 위한 타겟은 고상반응법으로 분말타겟을 제조하였다. Ar/$O_2$ 가스 유랑변화, 압력변화, 기판 온도변화가 박막의 상형성 등 박막특성에 미치는 영향을 조사하였다. 기판으로는 $SiO_2$(100nm)/Si 기판을 사용하였다. 증착직후에는 비정질막이 얻어졌으며 SFMO 상을 만들기 위해서는 후열처리가 필요하였는데, 환원성 가스 분위기 [$H_2$(5%)/Ar] 에서 열처리 조건을 최적화하여 이중 페롭스카이트 구조의 단일상 박막을 제조할 수 있었다. SFMO 단일상 박막은 증착시에나 후열처리 시 산소의 억제가 중요함을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.63-63
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• 2000

Deep submicron device contact hole에서의 bottom step coverage의 향상 및 SALICIDE공정의 필요성에 의해 collimated sputtering 및 ionized sputtering 등의 다양한 증착방법이 연구되어왔다. 반도체소자의 고집적화 및 미세화에 따라서 기존의 증착방법보다 더 높은 throughput을 가진 새로운 증착방법의 필요성이 대두되고 있다. Collimated sputtering방식으로 증착한 박막의 경우에는 증착속도가 느리고 collimator의 사용기간에 따른 공정조건의 변화가 단점으로 작용하였고 새로이 ionzied sputtering방식이 개발되었다. ionzied sputtering방식은 증착되는 금속 입자를 이온화시키고 기판에 바이어스를 걸어서 증착되는 입자의 방향성 및 증착속도의 향상을 얻을 수 있었다. 하지만 고집적도가 더욱 증가함에 따라서 더 높은 박막의 증착속도, bottom step coverage의 향상, 방향성의 향상과 더불어 증착되는 입자의 이온화 율의 증가 및 기존의 증착방식에 의한 박막보다 향상된 물성을 가진 박막증착의 필요성에 의해 hollow cathode magnetron sputtering방식이 연구되었다. HCM방식으로 titanium 박막을 증착하여 collimated sputtering 및 ionize sputtering 방식으로 증착한 titanium 박막과 물성을 비교해서 증착방식에 따른 박막물성의 차이를 연구하였다. 증착전에 기판온도는 30$0^{\circ}C$를 유지하였고 base pressure는 5.0$\times$10-9torr, working pressure는 5.7m torr로 유지하였다. power는 30kW를 가하여 50nm두께의 titanium박막을 증착하였다. 증착된 박막의 미세구조는 TEM 및 XRD로 분석하였다. HCM방식으로 증착한 titanium박막은 5nm두께의 비정질 층이 관찰되었고 ionized sputtering방식으로 증착한 titatnium박막에서 나타나는 것으로 보고된 silicon (002)와 titanium (0002) eledtron diffraction spot사이의 (10-10)spot은 관찰되지 않았다. 박막은 크고 작은 grain의 연속적 분포를 가졌고 HCM방식으로 증착한 titanium박막의 in-plane grain size가 다른 증착방식으로 증착한 박막에 비해 크게 관찰됨을 Plan-view TEM 분석을 통해서 확인되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.19-19
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• 2007

Excimer laser annealing (ELA) 방법을 이용하여 결정화하고 게이트 절연체로써 high-k 물질을 가지는 다결정 실리콘박막 트랜지스터의 전기적 특성을 평가하였다. 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 비결정질 실리콘 박막 트랜지스터 보다 높은 전계 효과 이동도와 운전 용이한 장점을 가진다. 기존의 결정화 방법으로는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 높은 열 공급을 피할 수 없기 때문에, 매몰 산화막 위의 비결정질 박막은 저온에서 다결정 실리콘 결정화를 위해 KrF excimer laser (248nm)를 이용하여 가열 냉각 공정을 했다. 게다가 케이트 절연체로써 atomic layer deposition (ALD) 방법에 의해 저온에서 20 nm의 고 유전율을 가지는 $HfO_2$ 박막을 증착하였다. 알루미늄은 n-MOS 박막 트랜지스터의 게이트 전극으로 사용되었다. 금속 케이트 전극을 사용하여 게이트 공핍 효과와 관계되는 케이트 절연막 두께의 증가를 예방할 수 있고, 게이트 저항의 감소에 의해 소자 속도를 증가 시킬 수 있다. 추가적으로, 비결정질 실리콘 박막의 결정화 기술로써 사용된 ELA 방법은 SPC (solid phase crystallization) 방법과 SLS (sequential lateral solidification) 방법에 의해 비교되었다. 결과적으로, ELA 방법에 의해 결정화된 다결정 실리콘 박막의 결정도와 표면 거칠기는 SPC와 SLS 방법에 비해 개선되었다. 또한, 우리는 ELA 결정화 방법에 의한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터로부터 우수한 소자 특성을 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.163-163
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• 2011

셀레늄(Selenium: Se) cracker cell을 이용하여 셀렌화한 $CuInSe_2$ (CIS)박막에 대해 연구한 결과를 발표하고자 한다. 화석연료의 과도한 사용으로 지구온난화라는 환경문제가 대두되면서 영구적이고 무상의 태양에너지 이용에 대한 필요성이 점차 높아지고 있다. 빛에너지를 전기에너지로 변화시키기 위한 태양전지는 재료에 따라 다양하게 개발되고 있으며 그 중 가장 주목을 받고 있는 것 중의 하나가 $CuInSe_2$을 광흡수층으로 하는 CIS 박막 태양전지이다. CIS 박막은 태양전지의 광흡수층으로 사용되는데 직접천이형 밴드구조를 가지고 있고, 약 $10^5$ $cm^{-1}$의 높은 광흡수계수를 가지고 있어 태양전지 광흡수층으로 적합한 물질로 각광받고 있다. CIS는 에너지 밴드갭이 ~1 eV로 실리콘과 유사한 밴드갭을 가지고 있으나 이는 Ga, Al을 In 대신 치환함으로 조절할 할 수 있다. 무엇보다도 sodalime 유리와 같은 저가의 기판위에 스퍼터와 같은 장치로 대면적 CIS 박막태양전지를 만들 수 있다는 것이 산업적인 면에서 장점으로 알려져 있다. 본 연구에서는 sodalime 유리기판 위에 스퍼터 방법으로 CIS 박막을 증착하고 Se cracker cell로 셀렌화하여 CIS 박막을 제조하는 것을 조사연구 하였다. 스퍼터를 이용하여 유리기판위에 Mo (Molybdenum)을 증착하고 그 위에 Cu-In-Se박막을 증착하였다. Cu-In-Se/Mo/유리기판 시료는 동일 챔버에서 Se cracker cell을 이용하여 셀렌화 처리 하였다. 물성비교를 위하여 Knudson-cell을 이용한 셀렌화도 시행하였다. Se cracker cell은 고체 Se를 가열하는 부분(R-zone)과 Se flux를 cracking 하는 부분(C-zone)으로 나누어져 있으며 C-zone은 700$^{\circ}C$로 고정하였다. 셀렌화 기판 온도는 425$^{\circ}C$로 고정하였고 Se cracker 온도는 330~375$^{\circ}C$까지 변화시켜 가며 CIS 박막을 제조하였다. 제조된 CIS 박막의 물성 조사는 사진, 현미경, SEM, EDX, XRD, Hall effects를 이용하였다. Se cracker cell로 셀렌화한 CIS 박막은 island 구조를 하고 있음을 알 수 있었다. CIS 박막의 island의 크기와 모양은 셀렌화시 R-zone 온도(Cu-In-Se 박막에 조사되는 셀레늄의 량)에 큰 영향을 받았다. 셀렌화시 셀레늄량이 적을 때는 island가 커지며 불균일해지고 셀레늄량이 많을 때 island가 작고 균일해지는 경향을 SEM을 통해 관찰할 수 있었다. X-ray 회절을 통해 셀레늄량이 적을 경우 CIS 결정이외의 결정이 박막내에 형성됨을 알 수 있었다. 학술회의에서 Se cracker cell을 이용한 셀렌화에 관한 보다 깊은 연구결과를 발표하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.585-585
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• 2012

$Cu(In_{1-x}Ga_x)Se_2$(CIGS) 박막 태양전지는 Chalcopyrite 계 박막 태양전지로 Cu, In, Ga, Se 각 원소의 조성을 적절히 조절하여 박막을 성장시킨다. 성장시킨 CIGS 박막은 광흡수계수가 $10^5cm^{-1}$로 다른 물질보다 뛰어나고 직접 천이형 반도체로서 얇은 두께로도 고효율의 박막 제작이 가능하다. CIGS 태양전지를 제조하는 방법은 3-stage 동시 증착법, 금속 전구체의 셀렌화 공정법, 전기 증착법 등이 있다. 그 중에 금속 전구체의 셀렌화 공정법은 다른 제조 방법에 비해 대면적 생산에 유리한 장점이 있다. 하지만 아직 상대적으로 3-stage 동시 증착법에 비해 낮은 에너지 변환 효율이 보고된다. 본 실험에서는 기존의 금속 전구체의 셀렌화 공정법과는 달리 전구체 증착과 셀렌화 공정을 동시에 하고, Se cracker를 통하여 Se 원료를 주입하는 방식인 반응성 스퍼터링 공정에서 reservoir zone의 온도 변화에 따른 특성을 분석하였다. Se cracker의 reservoir zone 온도가 증가할수록 Cu/(In+Ga) 비가 증가한다. CIGS 박막 태양전지의 구조는 Al/Ni/ITO/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/Soda lime glass이다. CIGS 박막의 조성비가 Cu/(In+Ga)=0.89, Ga/(In+Ga)=0.17인 박막 태양전지에서 개방전압 0.34 V, 단락전류밀도 $32.61mA/cm^2$, 충실도 56.2% 그리고 변환 효율 6.19%를 얻었다. 본 연구는 2011년도 지식경제부의 재원으로 한국에너지 기술평가원(KTEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No.20093020010030).

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.70-70
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• 2003

금속용액을 이용하여 측면고상결정화 시킨 다결정 실리콘 박막내의 고각입계를 줄이기 위해 서 고온열처리를 실시하였다. SEM과 TEM을 이용하여 다결정 실리콘내의 바늘모양의 결정립의 폭의 증가를 관찰하였고, 결정 립내의 결함이 감소를 관찰하였다. 그리고 결정화된 다결정 실리콘의 표면 거칠기를 AFM이용하여 퍼니스에서 53$0^{\circ}C$에서 25시간 동안 결정화 시킨 시편과 이후 80$0^{\circ}C$에서 40분간 추가 고온 열처리시킨 시편을 비교한 결과 6.09$\AA$에서 4.22$\AA$으로 개선되었음을 확인할 수 있었다. 박막내의 금속에 의한 오염을 줄이기 위해 금속의 농도를 줄인 금속용액을 결정화에 사용하였다. 이때 저농도 금속용액을 사용하여 측면결정화시킨 다결정 실리콘 박막내의 소각입계를 이루는 결정립군의 크기가 고농도 금속용액을 이용하여 측면결정화시킨 경우보다 증가함을 확인 할 수 있었다. 박막트랜지스터를 제작하여 트랜지스터의 전기적특성을 살펴보았다. 전계이동도가 80$0^{\circ}C$ 고온 열처리에 의해서 53$\textrm{cm}^2$/Vsec 에서 95$\textrm{cm}^2$/Vsec 로 상승하였는데 이는 고온열처리에 의해서 측면결정화된 다결정 실리콘내의 트랩 밀도가 2.2$\times$$10^{12}$/$\textrm{cm}^2$ 에서 1.3$\times$$10^{12}$$\textrm{cm}^2$로 감소하였기 때문이다.