• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.312.1-312.1
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• 2014

Chalcopyrite계 화합물 반도체인 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS)는 직접천이형 에너지 밴드갭과 전파장 영역에 대하여 높은 광흡수계수($1{\times}$[10]^5/cm)를 가지므로 두께 $1{\sim}2{\mu}m$인 박막형태으로 고효율의 태양전지 제조가 가능하다. 또한, 박막공정의 저가 가능성을 나타내면서 전세계적으로 많은 연구와 관심을 받고 있고, 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 재료로 주목 받고 있다. 일반적으로, CIGS박막형 태양전지 구성은는 유리를 기판으로 하여 5개의 단위 박막인 Mo 후면전극, p형 반도체 CIGS 광흡수층, n형 반도체 CdS 버퍼층, doped-ZnO 상부 투명전극, $MgF_2$ 반사방지막으로 이루어진다. 이들 중에서 태양전지의 에너지 변환효율에 결정적인 영향을 미치는 구성된다. CIGS 광흡수층의 제조는 크게 진공법과 비진공방법으로 나뉜다. 현재까지 보고된 문헌에 따르면 CIGS 박막형 태양전지의 경우에 동시증발법으로 20.3%의 에너지 변환효율을 보였지만,는데, 이는 진공장비 특성상 공정단가가 높고 대면적화가 어렵다는 단점을 가진다. 따라서, 비진공법을 이용하여 광흡수층 제작하는 것이 기술적으로 진보할 여지가 크다고 볼 수 있다. 반면 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 방법으로 주목 받고 있는 비진공을 이용한 저가공정은 최근 15.5%의 에너지 변환효율이 보고 되었다. 비진공법에는 전계를 이용한 증착법 및 스프레이법으로 나뉘며, 이들 광흡수층 재료의 화학적 합성은 III족 원소인 In, Ga의 함량비에 따라 광흡수층의 에너지 밴드갭(1.04~1.5 eV) 조절이 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 비진공법에 사용되는 CIGS재료의 화학적 합성조건을 변화시켜 III족 원소의 조성비 조절을 시도하였다. CIGS 분말 시료의 입자 형태와 크기를 FE-SEM을 이용하여 관찰하였고, 화합물의 성분비를 EDX 및 XRD 분석을 통해 Ga 함량에 따른 구조적 차이를 비교해 보았다.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.29-29
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• 2011

플라즈마 진단법은 플라즈마를 분석 및 이해하는데 매우 중요하다. 최근 플라즈마 쉬스의 비선형성을 이용한 고조화파 분석법이 개발되었다. 플라즈마 쉬스에 정현 전압을 인가하면, 쉬스의 비선형성 때문에 고조화 전류들이 발생하게 되는데, 이 고조파 전류들을 분석하면 플라즈마밀도와 전자 온도를 측정할 수 있다. 이 방법은 실시간 또는 고속으로 플라즈마 측정이 가능하고, 부도체 탐침을 사용할 수 있기 때문에, 식각 또는 증착 플라즈마에서는 측정이 가능한 장점이 있다. 본 발표에서는 진단법의 원리와 공정 플라즈마 장비에서 진단 결과들을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.294-294
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• 2010

CdS는 $CuInSe_2$계, CdTe계 이종접합 태양전지의 junction partner로 많이 이용되어 왔다. CdS는 전극으로 쓰일 뿐만 아니라 빛을 투과시키는 창문층으로 사용되어 높은 변환 효율을 나타낸다. 이종접합 태양전지에서 창문층은 가시광 영역에서 광투과율이 높고, 전기적으로 비저항이 낮아야 에너지 손실 없이 태양광을 광흡수층까지 투과시킬 수 있다. CdS 박막은 CBD법(solution growth technique), 진공증착법(vacuum evaporation), 스퍼터법(sputtering), 스프레이 열분해법(spray pyrolysis), 전착법(electrodeposition)에 의해 제조되고, 그 중 용액성장법(solution growth technique)이라고도 불리는 CBD법(chemical bath deposition)을 이용하여 CdS 박막을 제조하였다. CBD법은 다른 방법에 비해 제조 과정이 비교적 간단할 뿐만 아니라 제조 단가가 저렴하고, 넓은 면적의 박막 제조가 가능하며 재현성도 우수하다는 장점이 있다. CdS 박막을 제조하기 위한 cadmuim 이온공급원으로는 $CdSO_4$를 사용하였고 sulfur 이온공급원으로는 $SC(NH_2)_2$를 사용하였다. CBD법에서 박막의 물성에 영향을 미칠 수 있는 요인인 sulfur 이온공급원과 cadmium 이온공급원의 비, 용액의 온도, pH를 변화시켜 CdS 박막을 제조하였다. 각각의 조건에 의해 제조된 CdS의 박막의 두께는 Tencor P-1을 이용하여 측정되었고, UV-Visible spectrometer를 이용하여 파장에 따른 광투과율을 측정하였다. CdS 박막의 결정 구조를 조사하기 위해 X선 회절분석(XRD ; X-ray diffraction)을 하였고, AFM(Atomic Force Microscope)으로 표면 특성을 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.113-113
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• 2010

유비쿼터스 시대를 맞이하여 현재의 전자제품은 초고주파 환경에서의 소형화된 마이크로파 소자를 요구하고 있다. 마이크로파 대역에서 세라믹 소재는 대부분의 폴리머 소재에 비해 낮은 유전손실 값을 보이고 있어 향후 확대되는 고주파화에 적합한 소재로 평가되고 있다. 하지만 세라믹 재료는 깨지기 쉬운 특성을 가지고 있어 공정 및 취급이 어려우며 높은 소결온도를 가지고 있어 융점이 낮은 재료와의 집적화에 있어서 난점을 가지고 있다. 이를 위해 본 연구실에서는 실온에서 세라믹을 비롯한 금속 및 폴리머 재료의 치밀한 코팅막의 성막 및 이종 접합이 가능한 Aerosol Deposition (AD 법)에 주목하였고 마이크로파 소자 제작 공정으로서 AD 법의 응용 가능성을 연구하였다. 마이크로파 소자의 기판으로서는 AD 법을 이용하여 유전손실이 낮고 플렉서블한 $Al_2O_3$-PTFE 혼합 기판을 제작하고 적용하였다. 금속 선로 패터닝 제작 공정으로는 도금법이 대표적이지만 고비용 및 복잡한 공정 절차, 폐화학용액으로 인한 환경문제 등의 단점을 지니고 있어 이를 대체하는 금속 선로 패터닝 공정이 절실히 요구되고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 AD 법을 이용하여 금속 필름을 제작하고 대체 공정으로서의 가능성을 확인하였다. 하지만 AD 법을 이용한 세라믹 필름 제작에 관한 연구는 크게 활성화되어 있는 반면에 금속 필름의 제작, 특성 측정 및 개선에 관한 연구는 그에 비해 미비한 수준이다. 이를 위해 이번 연구에서는 AD 법을 이용하여 금속 필름을 성막 시에 영향을 미치는 요인을 고찰하였으며 또한 마이크로파 소자의 도체 손실에 크게 관계되는 금속 필름의 비저항 특성의 측정 및 개선에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 본 연구에서는 정전장 시뮬레이션을 활용하여 AD 법으로 성막된 금속 필름의 정밀한 비저항 측정에 관한 연구방법을 마련하고 후열처리를 통한 비저항 특성을 개선시키는 연구를 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.366-366
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• 2013

건식 박막증착 공정인 플라즈마 중합법을 이용하여 유기 재료인 Styrene을 절연 박막으로 제작하였다. 플라즈마 중합된 Styrene (ppS) 절연 박막의 정밀한 공정 제어를 위해 bubbler와 circulator를 이용하여 습식 공정과 비교하여도 절연 특성이 뛰어난 pps 절연 박막을 증착하고, 이를 활용하여 gate 전극으로 ITO, insulator layer로 pps, floating gate로 Au, tunneling layer로 ppMMA와 pps, semiconductor로 Pentacene, source/drain 전극으로 Au를 사용한 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다. ppMMA와 pps의 서로 다른 tunneling layer의 두께 변화에 따른 비휘발성 메모리 특성 변화를 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2006.02a
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• pp.51-51
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• 2006

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.2-71.2
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• 2013

천연가스를 화학적 전환에 의해 부가가치를 높이기 위해서는 리포밍에 의해 합성가스(CO/H2)를 경유하는 간접전환경로가 현재로서는 가장 현실적인 방법이라 할 수 있다. 천연가스를 이용한 합성가스 제조기술은 수증기개질법(SRM), 이산화탄소 개질법(CDR, dry reforming), 부분산화법, 촉매 부분 산화법, 자열개질법 등으로 구분되며, 최근에는 각각의 제조방법의 장점을 고려하여 혼합개질법 또는 일련의 리포머 조합 방법이 개발되고 있다. CDR은 촉매 하에서 메탄과 이산화탄소의 직접접촉에 의해 반응이 일어나며, 수소와 일산화탄소의 비가 같은 합성가스가 제조된다. SRM에 비하여 고온에서 반응이 일어나고 전환율이 더 낮으므로 에너지 소비가 상대적으로 높다. 하지만, SRM과 함께 사용하면 합성가스 비율을 F-T합성이나 메탄올 합성에 적절한 비율로 조절이 가능한 장점이 있으며, 온실가스를 저감시킬 수 있는 전환기술로도 각광받고 있다. 본 발표에서는 최근의 CDR을 이용한 가스로부터 합성석유(GTL)와 메탄올을 고효율로 생산하는 기술 개발 동향에 대해서 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.294-294
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• 2008

동시 증발 증착법 화합물의 구성원자를 독립적으로 증발시켜서 기판에 증착하는 방법이다. 각 물질은 온도에 따른 증기압을 가지는데 각 물질의 온도를 조절하여 증착률을 조절한다. 보트에서 떠난 원자가 기판에 도달할 확률은 챔버의 진공도, 보토와 기판과의 거리 등에 의하여 영향을 받는다. 진공도가 나쁠수록, 보트와 기판과의 거리가 멀수록 기판에 도달할 확률이 떨어진다. 동시증발 증착법을 이용한 SmBCO 초전도층 증착에서 각 물질의 기판에 도달하는 원자비를 조절하기 위하여 QCM(증착률 측정장치), QCM 가이드를 사용하였다. QCM sensor 입구에 튜브형태의 QCM 가이드를 설치하고 QCM 가이드가 특정한 물질의 증발보트를 향하도록 배치하였다. 따라서 각 보트에서 떠난 원자들은 특정한 QCM sensor에 도달하게 되고 결국 3원소(Sm, Ba, Cu)의 증착률의 비를 조절함으로써 조성비를 조절할 수 있게 된다. QCM 증착률의 비와 실제 조성비는 여러 가지 변수에 의하여 영향을 받는 다. 대표적인 변수는 챔버의 진공도, QCM 가이드의 직경 및 길이, QCM 센서와 보트와의 거리 등이 있다. 진공도가 높을수록 특정 보트에서 떠난 원자들이 QCM 가이드 입구에 도달할 확률이 낮아지고, QCM 가이드의 직경이 좁을수록 가이드 내벽에 흡착될 확률이 높아진다. 또한 QCM센서와 보트와의 거리가 멀수록 챔버내 잔류가스의 원자들과 충돌확률이 높아지므로 도달확률이 줄어들게 된다. 동시 증발 증확법에서 조성비의 재현성을 높이기 위해서는 매회 증착실험에서 진공도가 일정해야 하며, QCM 가이드와 보트와의 거리를 되도록 최소화 하고, QCM 직경을 크게 하는 것이 유리하다.

• 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).