• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.71-71
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• 2011

ZnO 반도체가 넓은 에너지띠와 큰 엑시톤 결합에너지를 가지기 때문에 가진 투명 전극, 태양전지, 발광소자 및 메모리와 같은 다양한 전자 및 광전자 소자의 응용에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 절연성 고분자인 폴리스티렌 박막에 분산되어 있는 ZnO 나노 입자를 기억 매체로 사용하는 write-once-read-many times (WORM) 메모리 소자를 제작하고 전기적 성질과 안정성에 대하여 관찰하였다. 화학적 방법으로 형성한 ZnO 나노입자와 폴리스티렌을 N,N-dimethylformamide 용매에 녹인 후 초음파 교반기를 사용하여 나노 복합 소재를 형성하였다. 하부 전극으로 indium-tin-oxide가 증착되어 있는 유리 기판 위에 나노 복합 소재를 스핀코팅 방법으로 도포한 후 열을 가해 잔류 용매를 제거하였다. ZnO 나노입자가 분산되어 있는 폴리스티렌 나노 복합 소재로 구성된 박막위에 상부 전극으로 Al을 열증착하여 메모리 소자를 제작하였다. 전류-전압 측정 결과에서 저전압에서는 전도도가 낮은 OFF 상태를 유지하다 약 1.5 V에서 전도도가 갑자기 증가하여 높은 전도도의 ON 상태로 전이되는 쌍안정성이 관찰되었다. 전류의 ON/OFF 비율은 약 103이며 ON 상태에서 OFF 상태로 전환되지 않는 전형적인 WORM 메모리 소자의 전류-전압 특성을 나타났다. 두 전극 사이에 폴리스티렌 박막으로만 제작된 소자를 제작하여 전류-전압 측정을 하였으나 메모리 특성이 나타나지 않았다. 그러므로 WORM 메모리 특성은 폴리스티렌 박막안의 ZnO 나노입자에 기인함을 알 수 있었다. 제작된 소자에 대해 기억 시간 측정 결과는 ON과 OFF 상태의 전류가 장시간에도 변화가 거의 없는 소자의 안정성을 보여주었다. 이 실험 결과는 ZnO 나노입자가 분산된 폴리스티렌 나노 복합 구조체를 사용하여 안정성을 가진 WORM 메모리 소자를 제작할 수 있음을 보여주고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.107-107
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• 2010

ZnO는 상온에서 에너지 밴드갭이 3.37 eV 이고 엑시톤 속박에너지가 60 meV 인 넓은 에너지 띠를 가진 반도체이다. ZnO 반도체는 고에너지 영역에서 광투과율 및 에너지 수집율이 큰 특성을 가지고 있기 때문에 단파장 영역에서 작동하는 발광 다이오드나 반도체레이저 소자 응용에 사용되고 있다. 이와 더불어 액정디스플레이, 유기발광소자 및 태양전지에서 투명 산화물 전극으로 많은 응용이 되고 있다. 본 연구에서는 p-type Si 기판 위에 ZnO 나노입자 형성과 구조적 성질과 전자적 성질에 대하여 조사하였다. ZnO 나노입자를 형성하기 위해 ethanol에 zinc acetate dehydrate (5 wt%)을 적절히 분산시킨 $Zn(CH_3COO)_2H_2O\;+\;CH_3OH$ 용액을 스핀 코팅하여 산소 분위기에서 각각 $300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $700^{\circ}C$ 및 $900^{\circ}C$로 각각 2시간 동안 열처리 하였다. X-ray 회절 실험 결과는 열처리 온도에 관계없이 ZnO (0001)의 피크가 관측되었다. 원자힘 현미경 이미지상으로 열처리 온도에 따른 ZnO 나노입자의 표면상태의 변화와 나노입자의 크기의 변화를 확인하였다. X-ray 광전자 분광 스펙트럼 결과는 Zn $2p_{3/2}$와 O 1s의 전자상태 스펙트럼을 분석하여 ZnO 나노입자가 형성됨을 보여주었다. 본 연구를 통하여 용액방법을 사용하여 제작된 ZnO 나노입자의 열처리 온도변화에 따른 구조적 성질과 전자적 성질을 이해하는데 도움을 줄 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.235-235
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• 2013

공정의 단순함과 낮은 전력을 사용하여 구동이 가능한 장점을 가진 무기물 나노입자를 포함한 무기물/유기물 나노복합체를 사용한 비휘발성 메모리의 전기적 성질에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 다양한 나노입자를 포함한 고분자 박막에 대한 연구는 많이 진행되었지만, InP/CdSe 코어쉘 나노입자가 고분자 박막에 분산되어 있는 나노복합체를 사용하여 제작한 비휘발성 메모리 소자의 전기적 성질과 소자의 안전성에 대한 연구는 미흡하다. 본 연구에서는 고분자 박막 안에 분산되어 있는 InP/CdSe 코어쉘 나노입자를 사용한 메모리 소자를 제작하여 전기적 성질과 소자의 안정성에 대한 관찰을 하였다. 화학적으로 세척된 indium-tin-oxide (ITO)가 코팅된 유리 기판 위에 InP/CdSe 코어쉘 나노입자와 절연성 고분자가 혼합된 용액을 스핀코팅 방법으로 도포하여 박막을 형성하여 활성층으로 사용하였다. 형성된 박막 위에 Al 상부 전극을 고진공에서 열 증착 방식을 이용하여 ITO/InP/CdSe 코어쉘 나노입자가 분산된 절연성 고분자층/Al 구조를 갖는 메모리 소자를 제작하였다. 제작된 소자의 전류-전압 특성을 측정한 결과 동일 전압에서 전도도가 좋은 상태 (low resistance states; LRS)와 좋지 않은 상태 (high resistance states; HRS)인 두개의 상태가 존재하는 걸 확인하였다. LRS 또는 HRS 변화를 일으키는 일정 전압을 가하기 전까지는 각각의 LRS 또는 HRS를 계속 유지하여 비휘발성 메모리 소자로서의 활용 가능성을 보여주었다. LRS 또는 HRS의 안정성을 확인하기 위해 LRS 또는 HRS의 스트레스 실험으로 관측하였다. 제작된 메모리 소자의 실험 결과를 바탕으로 전하수송 메커니즘을 설명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.467-467
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• 2013

유기물/무기물 나노복합체는 메모리, 트렌지스터, 발광 다이오드, 태양 전지 소자에 응용이 시도되고 있으나 유기물의 물리적인 특성 때문에 전류 전송 메커니즘 규명에는 충분한 연구가 진행되어 있지 못하다. 유기물/무기물 나노복합소재를 기반으로 차세대 광학소자나 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 기억소자의 성능 향상을 위하여 여러 가지 유기물/무기물 나노복합소재를 사용하여 제작한 유기 쌍안정성 소자가 차세대 플렉서블 비휘발성 기억소자로 대두되고 있다. 유기 쌍안정성 소자는 비휘발성 기억 소자 중에서 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하며 유연성을 가지기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 많은 장점에도 불구하고 유기물에 관한 많은 연구가 이루어지지 않았기 때문에 소자의 동작특성, 재연성 등의 문제점이 있다. 본 연구에서는 유기 쌍 안정성 소자의 전기적 특성을 연구하기 위하여 ZnO 나노입자를 포함한 PMMA 복합층을 사용하여 소자를 제작하고 전기적 특성을 측정하였으며, 유기물/무기물 나노복합소재의 전류 전송 메커니즘을 이론적으로 규명하였다. 트랩밀도 변화가 유기 쌍안정성 소자에 미치는 영향을 연구하기 위하여 C60 층을 삽입하였고, 그 결과 C60이 삽입된 유기 쌍안정성 소자가 향상된 메모리 특성을 보였다. 소자의 제작은 Indium tin oxide가 증착된 유리 기판위에 C60 층을 스핀코팅 방법으로 적층하였다. ZnO 나노 입자와 PMMA를 혼합하여 스핀코팅 방법으로 C60층 위에 박막을 형성한 후, 전극으로 Al을 열증착으로 형성하였다. Space charge limitted current 메커니즘을 이용하여 simulation을 수행하였고 이를 current density - voltage (J-V) 특성과 비교 분석하였다. J-V 특성 결과, simulation결과, 소자의 구조를 통해 유기물/무기물 나노복합소재 기반 메모리 소자의 쓰기, 지우기 및 읽기 동작에 대한 과정을 설명하였다. 또한 C60층을 삽입한 유기물/무기물 나노복합소자를 이용하여 트랩 밀도 변화가 유기 쌍안정성 소자의 전기적 특성에 미치는 영향을 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.290-290
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• 2010

무기물을 포함한 유기물 나노 복합체는 저전력으로 동작하는 차세대 전자 소자와 광전 소자의 응용에 대단히 유용한 소재이다. 간단하고 저렴한 제조 공정과 물질 특성의 장점을 이용한 유기물/무기물 나노 복합재료를 사용한 비휘발성 메모리 소자의 제작과 전기적 특성은 연구되었으나 실험치와 이론치의 비교에 대한 연구는 소자의 효율과 신뢰성을 증진하기 위하여 대단히 필요하다. 다양한 종류의 비휘발성 메모리 중에서 무기물을 포함한 유기물 나노복합체를 사용하여 만들어진 유기 쌍안정성 소자는 간단하게 고집적화가 가능하며 광소자와 결합할 수 있기 때문에 차세대 비휘발성 메모리 소자로서 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 ZnO 나노입자를 포함한 PMMA 박막 구조를 기억층으로 사용하여 메모리 특성을 향상시킨 유기 쌍안정성 소자를 제작하고 그에 대한 전기적 특성을 측정과 전하 전송 메커니즘을 규명하여 이론적으로 고찰하였다. 유기 쌍안정성 소자 제작을 위해 Indium-tin-oxide가 증착된 유리 기판위에 ZnO 나노입자와 PMMA를 용매에 혼합하여 스핀코팅 방법으로 ZnO 나노 입자가 분산되어 있는 PMMA 나노 복합체를 형성하였다. 나노 복합체 박막위에 Al 전극을 열증착으로 형성하여 유기 쌍안정성 소자를 제작하여 전류-전압 측정을 하였다. 제작한 유기 쌍안정성 소자의 전하 전송 메커니즘 규명을 위해 space charge limited current 메커니즘을 이용하여 소자에 대한 시뮬레이션을 수행하였고 이를 제작한 소자에서 측정한 전류-전압 특성과 비교하였다. 이 결과는 유기 쌍안정성 소자를 제작할 때 소자의 성능 최적화에 이론적인 기초지식을 제공할 것이다.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.47 no.6
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• pp.619-624
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• 2003

The $Gd_{1.9-x}Li_{0.1}Eu_xO_3$ (x=0.02, 0.05, 0.08, and 0.12) powders (${\thickapprox}1{\mu}m$) synthesized by sol-gel method, whose surfaces are modified in a colloidal silica suspension (size of $SiO_2$ particles: ${\sim}30$ nm), have been fabricated to highly stable and effective luminescent films on the glass substrates. Thanks to the fused $SiO_2$ nano particles in the vicinity of the glass softening temperature (at around $700^{\circ}C$), $Gd_{1.9-x}Li_{0.1}Eu_xO_3$ powders are strongly attached onto the surface of glass substrate (>9H, pencil hardness tester). This simple and low-cost method to get $Gd_{1.9-x}Li_{0.1}Eu_xO_3$ phosphor films without any loss of luminescence brightness would promise for applications to display devices.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.291.1-291.1
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• 2014

산화아연 박막은 아연이 코팅된 테프론 기판 위에 졸-겔 스핀코팅 방법을 이용하여 각기 다른 후열처리 온도에서 제작되었다. 산화아연 박막의 후열처리 온도에 따른 구조적, 광학적 특성은 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffractometer, and photoluminescence spectroscope를 이용하여 분석하였다. 후열처리 온도를 달리하여 성장한 모든 산화아연 박막은 수지상(dendrite) 구조를 가지고 있으며, 이 수지상 구조 위에 약 20 nm의 산화아연 입자들이 성장되었다. 후열처리 온도가 증가함에 따라 c-축 배향성이 우세하게 나타났으며, 인장응력도 증가하였다. 후열처리 온도 $400^{\circ}C$에서 Near-band-edge emission (NBE) 피크는 적색편이(red-shift) 하였고, 후열처리 온도가 증가함에 따라 deep-level emission (DLE) 피크의 세기는 감소하였다. 또한 $400^{\circ}C$의 후열처리 온도에서 NBE 피크의 반치폭(FWHM)이 가장 작았으며, INBE/IDLE의 비율이 가장 높았다. 따라서 $400^{\circ}C$의 후열처리 공정에 의해 결정성 및 광학적 특성이 가장 우수한 산화아연 박막을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.290.1-290.1
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• 2014

스핀코팅방법으로 증착된 ZnO 박막의 단계적 후열처리에 따른 구조적, 광학적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 일반적으로 ZnO 박막은 한 층을 증착한 후에, 유기물을 제거하기 위하여 전열처리를 수행한다. 본 연구에서는 ZnO 박막을 전열처리와 후열처리를 동시에 단계적으로 수행하였다. X-ray diffractometer, UV-visible spectrometer, photoluminescence를 이용하여 ZnO 박막의 구조적, 광학적 특성을 분석하였다. 모든 시료에서 표면은 직경이 약 20 nm인 둥근 입자들로 이루어져 있었다. X-ray diffraction 패턴은 $31^{\circ}$, $34^{\circ}$, $36^{\circ}$에서 나타났고, 이것은 각각 ZnO의 (100), (002), (101) 방향을 보여준다. 전열처리와 후열처리를 동시에 수행했을 경우, 자유엑시톤 재결합에 의해 3.2 eV에서 좁은 near-band-edge emission 피크가 나타났으며, 투과도 또한 향상되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.277-277
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• 2007

$(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) 물질은 결정 방향에 따른 강한 이방성의 강유전 특성을 나타낸다. 따라서 BLT 박막을 이용하여 FeRAM 소자 등을 제작하기 위해서는 결정의 방향성을 세심하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 현재까지 연구된 BLT 박막의 방향성 조절 결과를 보면, BLT 박막을 스핀 코팅 법 (spin coating method)으로 중착하고, 핵생성 열처리 단계를 조절하여 무작위 방향성 (random orientation)을 갖는 박막을 제조하는 방법이 일반적이었다. 그런데 이러한 스핀 코팅법에서의 핵생성 단계의 제어는 공정 조건 확보가 너무 어려운 단점이 있다. 이러한 어려움을 극복할 수 있는 대안은 스퍼터링 증착법 (sputtering deposition method), PLD법 (pulsed laser deposition method) 등과 같은 PVD (physical vapor deposition) 법의 증착방법을 적용하는 것이다. PVD 법으로 증착하는 경우에는 이미 박막 내에 무수한 결정핵이 존재하기 때문에 핵생성 단계가 필요 없게 된다. PVD 증착법의 적용을 위해서는 타겟 (target)의 제조 및 평가 실험이 선행되어야 한다. 그런데 벌크 BLT 재료의 소결공정 조건과 전기적 특성에 관한 연구 결과는 거의 발표 되지 않고 있다. 본 실험에서는 $Bi_2O_3$, $TiO_2$ and $La_2O_3$ 분말을 이용하여 최적의 조성을 구하기 위하여 Bi양을 변화시키며 타겟을 제조 하였다. 혼합된 분말을 하소 후 pallet 형태로 성형하여 소결을 실시하였다. 시편을 1mm 두께로 연마하고, 표면에 silver 전극을 인쇄하여 전기적 특성을 측정하였다. Bi양이 3.28몰 첨가된 조성에서 최대의 잔류분극 (2Pr) 값을 얻었고, 이때의 값은 약 $18{\mu}C/cm^2$ 정도였다. 최적화된 조성 ($Bi_{3.28}La_{0.75}Ti_3O_{12}$)으로 BLT 타겟을 제조하여 PLD법으로 박막을 제조하였다. 박막 제조 시 압력은 $1{\times}10^{-1}\;{\sim}\;1{\times}10^{-4}\;Torr$ 범위에서 변화시켰다. $1{\times}10^{-1}\;Torr$ 압력을 제외하고는 모든 압력에서 BLT 박막이 증착되었다. 중착된 박막을 $650\;{\sim}\;800^{\circ}C$에서 30분간 열처리를 실시하고 전기적 특성을 평가한 결과, $1{\times}10^{-2}\;Torr$에서 증착한 박막에서 양호한 P-V (polarization-voltage) 이력곡선을 얻을 수 있었고, 이때의 잔류분극 (2Pr) 값은 약 $6\;{\mu}C/cm^2$ 이었다. 주사전자현미경 (SEM)을 이용하여 BLT 박막 표면의 미세구조도 관찰하였는데, 스핀코팅 법으로 증착한 경우에 관찰되었던 조대화된 입자들은 관찰되지 않았고, 상당히 양호한 입자 크기 균일도를 나타내었다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.4
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• pp.20-25
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• 2020

As nanoscience and nanotechnology advance, techniques for selective pattern growth have attracted significant attention. Silica nanoparticles (NPs) are used as a promising nanomaterials for bio-labeling, bio-imaging, and bio-sensing. In this study, silica NPs were synthesized by a sol-gel process using a modified Stöber method. In addition, the selective pattern growth of silica NPs was achieved by the surface functionalization of the substrate using a micro-contact printing technique of a hydrophobic treatment. The particle size of the as-synthesized silica NPs and morphology of selective pattern growth of silica NPs were characterized by FE-SEM. The contact angle by surface functionalization of the substrate was investigated using a contact angle analyzer. As a result, silica NPs were not observed on the hydrophobic surface of the OTS solution treatment, which was coated by spin coating. In contrast, the silica NPs were well coated on the hydrophilic surface after the KOH solution treatment. FE-SEM confirmed the selective pattern growth of silica NPs on a hydrophilic surface, which was functionalized using the micro-contact printing technique. If the characteristics of the selective pattern growth of silica NPs can be applied to dye-doped silica NPs, they will find applications in the bio imaging, and bio sensing fields.