• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.298-299
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• 2012

현재 반도체 나노구조는 단전자 트랜지스터, 레이저, LED, 적외선 검출기 등과 같은 고효율 광전자 소자에서의 응용을 위해 활발한 연구가 진행 되고 있다. 이러한 응용 분야를 위한 다양한 종류의 나노구조 성장이 광범위하게 시도 되고 있지만 주로 III-V 족 화합물 반도체에 대한 연구가 주를 이룬 반면 II-VI 족 화합물 반도체에 대한 연구는 아직 미흡하다. 하지만 II-VI 족 화합물 반도체는 III-V 족 화합물 반도체와 비교했을 때 더 큰 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지는 우수한 특성을 보이고 있으며 이러한 성질을 가지는 II-VI 족 화합물 반도체 중에서도 넓은 에너지 갭을 가지는 CdTe 양자점은 녹색 영역대의 광전자 소자로서 활용되고 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(molecular beam epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(atomic layer epitaxy; ALE)으로 CdTe 두께에 따른CdTe/ZnTe 나노구조의 광학적 특성을 연구하였다. 광루미네센스(photoluminescence; PL)를 통해 CdTe/ZnTe 나노구조에서 CdTe 두께에 따른 에너지 밴드와 열적 활성화 에너지를 관찰하였다. 또한 시분해 광루미네센스(Time-resolved PL)를 통해 CdTe 두께에 따른 CdTe/ZnTe 나노구조의 운반자 동역학을 조사하였다. 저온 광루미네센스 측정 결과 CdTe 두께가 증가할수록 각 샘플의 피크는 더 낮은 에너지 영역대로 이동하는 것을 관찰할 수 있다. 1.2 에서 2.0 ML로 증가할 때 광 루미네센스의 작은 적색편이를 관찰할 수 있는데, 이는 CdTe 양자우물에서 양자점으로의 구조적인 전이가 일어남에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 또한 2.0 에서 3.6 ML까지 CdTe 두께가 증가할 때 측정된 적색편이 현상은 양자점의 사이즈 증가함에 따른 것이다. 마지막으로 3.6 에서 4.4 ML로 CdTe 두께가 증가할 때 큰 적색편이 현상을 볼 수 있는데 이는 CdTe 양자점에서 양자세선으로의 구조적 전이에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 온도 의존 광루미네센스(Temperature-dependent PL) 측정 결과 1.2 와 3.0 ML 두께의 CdTe/ZnTe 나노구조에서 구속된 전자의 열적 활성화 에너지가 18 과 35 meV로 관찰되었다. 3.0 ML CdTe/ZnTe 나노구조에서 가장 큰 열적 활성화 에너지를 갖는 것은 양자점의 균일도가 좋아지고 저차원 나노구조로의 구조적 전이가 일어나면서 운반자 구속효과에 다른 쿨롱 상호작용이 증가하였기 때문이다.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.15 no.4
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• pp.665-670
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• 2020

Buffer layer in CIGS thin-film solar cells improves energy conversion efficiency through band alignment between the absorption layer and the window layer. ZnS is a non-toxic II-VI compound semiconductor with direct-transition band gaps and n-conductivity as well as with excellent lattice matching for CIGS absorbent layers. In this study, the structural and optical properties of ZnS thin films, deposited by RF magnetron sputtering method and subsequently performed by the rapid thermal annealing treatment, were investigated for the buffer layer. The zincblende cubic structures along (111), (220), and (311) were shown in all specimens. The rapid thermal annealed specimens at the relatively low temperatures were polycrystalline structure with the wurtzite hexagonal structures along (002). Rapid thermal annealing at high temperatures changed the polycrystalline structure to the single crystal of the zincblende cubic structures. Through the chemical analysis, the zincblende cubic structure was obtained in the specimen with the ratio of Zn/S near stoichiometry. ZnS thin film showed the shifted absorption edge towards the lower wavelength as annealing temperature increased, and the mean optical transmittance in the visible light range increased to 80.40% under 500℃ conditions.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.34 no.1
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• pp.50-57
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• 2017

Zinc oxide is, one of metal oxide semiconductor, harmless to human and environment-friendly. It has excellent chemical and thermal stability properties. Wurtzite-zinc oxide is a large band gap energy of 3.37 eV and high exciton binding energy of 60 meV. It can be applied to various fields, such as solar cells, degradation of the dye waste, the gas sensor. The photocatalytic activity of zinc oxide is varied according to the particle shape and change of crystallinity. Therefore, It is very important to specify the additives and the experimental variables. In this study, the zinc oxide were synthesized by using a microwave assisted hydrothermal synthesis. The precursor was used as the zinc nitrate, the pH value was controlled as 11 by NaOH. Surfactants are the ethanolamine, cetyltrimethylammonium bromide, sodium dodecyl sulfate, sorbitan monooleate was added by changing the concentration. The composite particles had the shape of a star-like, curcular cone, seed shape, flake-sphere. Physical and chemical properties of the obtained zinc oxide was characterized using x-ray diffractometer, field emission scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis and optical properties was characterized using UV-visible spectroscopy, photoluminescence and raman spectroscopy.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.183-183
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• 2015

Indium tin oxide (ITO)는 넓은 밴드갭을 가지는 n-type의 축퇴 반도체로 태양전지, 스마트윈도우, 터치 센서, organic light emitting displays (OLEDs) 등에 널리 적용된다. 최근 touch screen panels (TSPs)의 높은 전기적 특성 및 고해상도 요구에 따라 고품질 ITO 박막개발의 수요도 증가하는 추세이다. 지금까지 ITO 박막의 물성 및 기계적 특성에 관한 많은 연구가 진행되어 왔지만 ITO 초박막 에서의 근본적인 물성 변화에 대한 연구는 미흡한 실정이므로, 이러한 연구는 필수적이라 할 수 있다. ITO 초박막은 광학적 특성은 우수하나, 낮은 결정성으로 인해 전기적 특성이 나쁘다는 단점을 가지며, 이러한 ITO 박막의 결정성은 초기 박막 성장과정에 많은 영향을 받는다. ITO 박막의 초기성장과정은 핵이 생성된 후(nucleation), 각각의 위치에서 성장하게 되고(growth), 합쳐지면서(coalescence) 연속적인 막을 형성 하는데(continuous), 이러한 초기 박막 성장 과정 중에 핵 생성 밀도를 증가시키고 박막이 연속적으로 되는 두께를 감소시킨다면, 더욱 더 고품질의 ITO 초박막을 얻을 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 박막 초기 형성 과정 중 섬들이 합체되는 두께를 최소화시키기 위하여 EMF(electromagnetic field strength) 시스템을 이용하였다. EMF 시스템은 DC 캐소드에 전자석 코일을 장착하여 전자기장을 추가로 부가한 것으로, 이를 이용할 경우 스퍼터 원자가 중성상태로 기판에 도달하는 것이 아니라, 이온화되어 Vp-Vf의 차이로 가속되어 추가적인 에너지를 공급받음으로써 기판표면상에서 확산을 촉진시키므로 박막이 연속적으로 되는 임계 두께를 감소시킬 수 있는 것으로 기대된다. 실험은 실온에서 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하였으며, 유리기판위에 4, 6, 8, 10, 12, 20 nm의 두께로 ITO 박막을 제작하였다. 스퍼터링 파워는 150 W (3.29 W/cm3), 작업 압력은 0.13 Pa, 기판과 타깃 사이의 거리는 70 mm였다. 각각의 두께에서 EMF 파워 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 W로 인가하여 박막을 제작한 후, EMF 파워에 따른 ITO 박막의 초기 성장 과정중 표면상태를 AFM (atomic force microscope) 이미지를 통하여 관찰하였다. 또한, 두께 약 8 nm에서와 20 nm일 때의 전기적 특성 및 광학적 특성을 관찰하였으며, 두 박막 모두 EMF 파워 15 W를 인가하였을 때 그 특성이 가장 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 박막은 초기 성장이 중요하므로, 매우 얇은 두께에서 좋은 특성을 가진 박막을 제작하여야 박막의 두께를 증가시켰을 때도 좋은 특성의 막을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 또한, EMF 파워를 증가시킴에 따라 자장강도를 증가시키는 것과 같은 효과 즉, 플라즈마 임피던스가 감소하는 효과를 내어 증착 중 고 에너지 입자 (Ar0, O-)에 의한 박막손상이 감소한 것으로 판단된다. 따라서 적정 EMF 파워 15 W를 인가하였을때 가장 물성이 좋은 ITO 박막을 얻을 수 있었다. 즉, EMF 시스템을 이용하여 저온 공정에서 결함농도가 적은 고품질의 ITO 초박막을 제작할 수 있었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.6
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• pp.327-334
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• 2013

Long-wave infrared detectors using the type-II InAs/GaSb strained superlattice (T2SL) material system with the nBn structure were designed and fabricated. The band gap energy of the T2SL material was calculated as a function of the thickness of the InAs and GaSb layers by the Kronig-Penney model. Growth of the barrier material ($Al_{0.2}Ga_{0.8}Sb$) incorporated Te doping to reduce the dark current. The full width at half maximum (FWHM) of the $1^{st}$ satellite superlattice peak from the X-ray diffraction was around 45 arcsec. The cutoff wavelength of the fabricated device was ${\sim}10.2{\mu}m$ (0.12 eV) at 80 K while under an applied bias of -1.4 V. The measured activation energy of the device was ~0.128 eV. The dark current density was shown to be $1.0{\times}10^{-2}A/cm^2$ at 80 K and with a bias -1.5 V. The responsivity was 0.58 A/W at $7.5{\mu}m$ at 80 K and with a bias of -1.5 V.

• 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.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.28 no.3
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• pp.17-24
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• 2021

Perovskite solar cells (PSCs) can be fabricated through solution process economically with variable bandgap that is controlled by composition of precursor solution. Tandem cells in which PSCs combined with silicon solar cells have potential to reach high power conversion efficiency over 30%, however, lack of long-term stability of PSCs is an obstacle to commercialization. Degradation of PSCs is mainly attributed to the mass transport of halide and metal electrode materials. In order to ensure the long-term stability, the mass transport should be inhibited. In this study, we confirmed degradation behaviors due to the mass transport in PSCs and designed buffer layers with LiF and/or SnO₂ to improve the long-term stability by suppressing the mass transport. Under high-temperature storage test at 85℃, PSCs without the buffer layers were degraded by forming PbI₂, AgI, and the delta phase of the perovskite material, while PSCs with the buffer layers showed improved stability with keeping the original phase of the perovskite. When the LiF buffer and encapsulation were applied to PSCs, superior long-term stability on 85℃-85% RH dump heat test was achieved; efficiency drop was not observed after 200 h. It was also confirmed that 90.6% of the initial efficiency was maintained after 200 hours of maximum power tracking test under AM 1.5G-1SUN illumination. Here, we have demonstrated that the buffer layer is essential to achieve long-term stability of PSCs.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.31 no.2
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• pp.85-91
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• 2024

In this study, we investigated a method of growing single crystal 𝛽-Ga₂O₃ thin films on a c-plane sapphire substrate using MOCVD. We confirmed the optimal growth conditions to increase the crystallinity of the 𝛽-Ga₂O₃ thin film and confirmed the effect of the ratio between O₂ and Ga precursors on crystal growth on the crystallinity of the thin film. The growth temperature range was 600~1100℃, and crystallinity was analyzed when the O₂/TMGa ratio was 800~6000. As a result, the highest crystallinity thin film was obtained when the molar ratio between precursors was 2400 at 1100℃. The surface of the thin film was observed with a FE-SEM and XRD ω-scan of the thin film, the FWHM was found to be 1.17° and 1.43° at the and (${\bar{2}}01$) and (${\bar{4}}02$) diffraction peaks. The optical band gap energy obtained was 4.78 ~ 4.88 eV, and the films showed a transmittance of over 80% in the near-ultraviolet and visible light regions.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.412-412
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• 2016

염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSSCs)는 식물의 광합성원리와 매우 유사한 작동원리를 갖고 있는 전지이며, 간단한 구조, 저렴한 제조단가, 친환경성 등의 등의 장점으로 인하여 많은 관심을 모으고 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 빛을 받아들인 염료분자가 전자-홀 쌍을 생성하며 전자는 반도체 산화물을 통해 이동되고 전해질의 산화환원 과정을 통해 염료 분자가 다시 환원되는 순환메커니즘을 따르고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 밴드 갭 에너지가 큰 반도체 산화물을 포함하는 작업전극, 산화환원 반응을 통해 전자를 염료로 보내는 전해질, 환원 촉매역할을 하는 상대전극으로 구성되어 있다. 특히, 상대전극으로는 우수한 촉매특성과 높은 전도성을 갖는 백금이 가장 많이 이용되고 있지만 가격이 비싸고 요오드에 취약하기 때문에 상용화에 큰 장애물이다. 따라서, 백금을 대체하기 위해 저가의 탄소나 고분자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 그 중 탄소나노섬유(carbon nanofiber, CNFs)는 높은 표면적과 뛰어난 화학적 안정성으로 촉매효율을 증대시킬 수 있어 촉매물질로서 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 상대전극에 탄소나노섬유기반 복합체를 합성하였고, 성공적으로 저가격 및 고성능의 염료감응 태양전지를 제작하였다. 이때, 지지체인 탄소나노섬유는 전기방사법을 통해 합성하였으며, 수열합성법을 이용하여 금속산화물을 담지하였다. 이렇게 제작된 탄소나노섬유-Fe2O3 복합체는 scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, 그리고 X-ray photoelectron spectroscopy 통해 구조적, 화학적 특성을 평가하였으며 전기화학적 특성 및 광전변환 효율을 분석하기 위해 cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, 그리고 solar simulator를 사용하였다. 본 학회에서 위와 관련된 더 자세한 사항에 대해 논의할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.208.1-208.1
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• 2015

최근, 차세대 투명 디스플레이 구동소자로서 산화물 반도체를 이용한 Transparent Amorphous Oxide Semiconductor (TAOS) 기술이 큰 주목을 받고 있다. 산화물 반도체는 기존의 a-Si에 비해 우수한 전기적인 특성과 낮은 구동전압 그리고 넓은 밴드 갭으로 인한 투명성의 장점들이 있다. 그리고 낮은 공정 온도에서도 제작이 가능하기 때문에 유리나 플라스틱과 같은 다양한 기판에서도 박막 증착이 가능하다. 하지만 기존의 furnace를 이용한 열처리 방식은 낮은 온도에서 우수한 전기적인 특성을 내기 어려우며, 공정 시간이 길어지는 단점들이 있다. 따라서 본 연구에서는 산화물 반도체중 In-Ga-Zn-O (IGZO)와 In-Sn-O(ITO)를 각각 채널 층과 게이트 전극으로 이용하였다. 또한 마이크로웨이브 열처리 기술을 이용하여 기존의 열처리 방식에 비해 에너지 전달 효율이 높고 짧은 시간동안 저온 공정이 가능하며 우수한 전기적인 특성을 가지는 투명 박막 트랜지스터를 구현 하였다. 본 실험은 glass 기판위에서 진행되었으며, RF sputter를 이용하여 ITO를 150 nm 증착한 후, photo-lithography 공정을 통하여 하부 게이트 전극을 형성하였다. 이후에 RF sputter를 이용하여 SiO2 와 IGZO 를 각각 300, 50 nm 증착하였고, patterning 과정을 통하여 채널 영역을 형성하였다. 또한 소자의 전기적인 특성 향상을 위해 마이크로웨이브 열처리를 1000 Watt로 2 분간 진행 하였고, 비교를 위하여 기존 방식인 furnace 를 이용하여 N2 분위기에서 $400^{\circ}C$로 30분간 진행한 소자도 병행하였다. 그 결과 마이크로웨이브를 통해 열처리한 소자는 공정 온도가 $100^{\circ}C$ 이하로 낮기 때문에 glass 기판에 영향을 주지 않고 기존 furnace 열처리 한 소자보다 전체적으로 전기적인 특성이 우수한 것을 확인 하였다.