• 한국광학회지
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• 제24권4호
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• pp.184-188
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• 2013

본 논문에서는 스마트 홈 네트워크, 자동차용 광네트워크, 선박용 광네트워크 등의 멀티모드 광네트워크 구성을 위한 멀티모드 광분배기를 제작하였다. 멀티모드 광분배기는 폴리머 기반의 자외선 임프린트(ultra violet imprint, UV-imprint) 공정에 의해 $200{\mu}m$ 코어 사이즈를 갖는 대구경으로 제작하였으며, 신호 분기를 위한 1:1 균등 분배기 및 네트워크 모니터링을 위한 9:1 비균등 분배기를 제작하였다. 대구경 광분배기를 제작하기 위해 실리콘 웨이퍼에 Bosch process에 의한 광분배기 패턴을 식각하여 imprint 마스터를 제작 후 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)를 이용한 탄성체 몰드를 역상 복제 하였다. 역상 복제된 PDMS 몰드를 이용해 UV-imprint 공정에 의한 대구경 광분배기 칩을 제작하였다. 또한, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 광섬유 블록을 제작하고 광분배기 칩의 입출력 단에 광섬유를 정렬 부착하여, 최종적으로 광분배기는 광분배기 칩과 패키징을 위한 광섬유 블록을 폴리머 기반의 저가형으로 제작하였다. 제작된 폴리머 기반 광분배기의 도파손실, 삽입손실 및 출력 균일도를 측정하고, 내환경 특성 평가를 위해 $-40^{\circ}C{\sim}+60^{\circ}C$ 주기의 temperature cycling test 후 삽입손실 변화를 측정하였다.

• 한국광학회지
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• 제16권4호
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• pp.384-391
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• 2005

본 논문에서는 나노 임프린트 기술을 이용한 폴리머 링 광공진기를 제안하고 구현하였다. 공진기 역할을 하는 링 도파로에서의 전파손실과 링 및 버스 도파로 간의 광파워 결합계수를 빔전파방법을 도입하여 계산하였으며, 또한 전달 매트릭스 방법을 도입하여 이들이 소자에 미치는 영향을 분석하고 소자를 설계하였다. 특히, smoothing buffor layer를 갖는 임프린트용 스탬프를 도입하여 다음과 같은 성과를 얻을 수 있었다. 먼저 식각공정으로 얻어진 스탬프 상의 도파로 패턴의 측면 거칠기를 링 도파로의 산란손실을 개선함으로써 Q값을 획기적으로 향상시켰다. 또한, 결합영역에서 버스와 링 도파로 간의 간격을 기존 lithography 공정에서는 불가능하였던 $0.2{\mu}m$정도까지 효과적으로 줄이고 제어함으로써 링과 도파로 간의 광파워 결합을 정밀하게 조절할 수 있게 되었다. 제작된 소자의 성능을 살펴보면, 링 반경이 $200{\mu}m$인 경우에 대해 1550 nm 파장 대역에서 Q값은 ~103800이고, 소멸비는 ~11 dB, free spectral range는 1.16 nm였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.125-126
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• 2010

플라즈마 아킹은 PECVD, 플라즈마 식각 그리고 토카막과 같은 플라즈마를 이용하는 여러 공정과 연구 분야에서 문제점을 야기시켜왔다. 하지만, 이에 대한 연구는 아킹 현상의 불규칙성과 과도적인 행동으로 인해 미비한 상태이다. 특히, RF 방전에서의 아킹 연구는 DC 방전에서의 아킹 연구에 비해 많이 부족한 것이 현실이다. 플라즈마 아킹은 집단전자방출(collective electron emission)에 의한 스파크 방전(spark discharge)현상이다. 집단전자방출은 전계방출(field emission)이나 플라즈마와 쉬스를 두고 인접한 표면위에서의 유전분극(dielec emission)에 의해 발생한다. 이렇게 방출된 집단 전자들은 쉬스에서 가속되어 에너지를 얻게 되고 원자와의 충돌로 전자 아발란체를 일으킨다. 이렇게 배가된 전자들은 아킹 스트리머(arcing streamer)를 형성하게 되고 아킹 발생 시 높은 전류와 공정 실패의 원인이 된다. 우리는 $30cm{\times}20cm$ 크기의 사각 전극을 위 아래로 가진 챔버에서 Ar 가스를 RF(13.56 MHz)파워를 이용해 방전시켰다. 방전 전압과 전류는 파워 전극 압단에서 High voltage probe (Tektronix P6015A)와 Current probe (TCPA300 + TCP312)를 이용해 측정했다. 플라즈마 아킹시 변하는 플라즈마 플로팅 포텐셜은 챔버 중앙에 위치한 랑뮈프 프로브에 의해 측정되고 챔버 옆의 뷰포트 앞에 위치한 PM-tube를 이용해 아킹시 변하는 광량을 측정한다. RF 방전에서의 플라즈마 아킹은 아킹시 플로팅 포텐셜의 변화에 의해 크게 세부분으로 나눌 수 있다. 아킹 발생과 동시에 급격히 감소하는 감소부분 (약 2us) 그리고 감소한 포텐셜이 유지되는 유지부분 (약 0~10ms) 그리고 감소했던 포텐셜이 서서히 원래 상태로 회복되는 회복부분(약 100 us)이다. 아킹 초기시 방출된 집단 전자들과 원자들간의 충돌에 의해 형성된 아킹 스트리머는 플라즈마 전체를 단락시키게 되고 이로 인해 플로팅 포텐셜은 급격히 감소하게 된다. 이렇게 감소한 플로팅 포텐셜은 아킹 스트리머가 유지되는 한 계속 감소한 상태를 유지하게 된다. 그리고 플라즈마를 섭동했던 아킹 스트리머가 중단되면 플라즈마는 섭동전의 원래 상태로 돌아가려 하기 때문에 플로팅 포텐셜은 서서히 증가하면서 원래 상태로 회복된다. 플라즈마 아킹 발생시 생성되는 아킹 스트리머는 순간적으로 많은 전자들을 국소적으로 생성하게 되고 이 전자들에 의해 광량이 순간적으로 증가하게 된다. PM-tube (750.4 nm)에 의해 측정된 아킹시 광량은 정상방전 상태의 두배 가량이 된다. 그리고 이 순간적으로 증가된 광량은 시간이 지남에 따라 감소하게 되고 정상방전 일때의 광량이 된다. 광량이 증가한 후 정상방전 상태의 광량에 이르는 부분은 플로팅 포텐셜이 감소한 상태에서 유지되는 부분과 일치하고 이는 플로팅 포텐셜의 유지부분동안 아킹 스트리머가 발생하고 있다는 간접적인 증거가 된다. 그리고 정상 방전 상태 일때의 광량이 되면 아킹 스트리머가 중단되었다는 것이므로 그 시점부터 플로팅 포텐셜은 정산 방전상태 일 때의 포텐셜로 복구되기 시작한다. 이처럼 PM-tube를 이용한 아킹 광량 측정은 아킹 스트리머를 간접적으로 측정하게 하고 아킹 스트리머를 이용해 아킹시의 플로팅 포텐셜의 변화를 설명하게 해 준다. 응용적인 측면에서 아킹 광량 측정을 이용한 아킹 판독은 방전 전류와 방전 전압과 같은 전기적 신호를 이용한 아킹 판독에 비해 여러가지 장점을 가진다. 우선, 전기적 신호를 이용한 아킹 판독처럼 매칭 회로나 플라즈마를 섭동시키지 않는다. 그리고 원하는 부분의 아킹만을 판독하는 것도 가능하며 photo-diode를 이용할 경우 전기적 신호를 이용하는 것에 비해 경제적으로 유리하다.

• 청정기술
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• 제25권1호
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• pp.14-18
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• 2019

여러 금속 부품을 가공하기 위하여 사용된 염화제이철 에칭 폐액은 유가금속인 니켈 등을 함유하고 있다. 본 연구에서는 식각공정을 완료한 에칭폐액을 재생하고 부산물로 나온 니켈 함유 폐액으로부터 정제하여 니켈 금속분말로 제조하는 공정을 개발하였다. 부산물인 니켈함유용액을 철 등의 불순물을 침전 제거하기 위하여 수산화나트륨 수용액을 실험을 통하여 가수분해 중화제로서 선정하였고, 이를 통하여 철 등의 불순물을 pH = 4 조건하에 침전 제거하였다. 그 후, 불순물로 잔류하는 망간 및 아연과 같은 금속이온들을 D2EHPA (Di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid)를 사용하여 용매추출 하였다. 정제된 염화니켈은 99% 이상의 순도를 가지고 있으며, 그 후 환원제로 하이드라진을 이용하여 99% 이상의 순도와 약 150 nm의 크기를 가지는 니켈 금속분말로 제조하였다. 염화니켈 및 니켈 금속분말의 성분은 EDTA 적정법과 유도결합 플라즈마 방출분광법(inductively coupled plasma optical emission spectrometer, ICP-OES)을 이용하여 확인하였으며, 전계방사 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM), X-선 회절분석기(X-ray diffraction, XRD) 및 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)을 통하여 금속분말의 형태, 입자 크기 및 결정성과 같은 물리적 특성을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.276-277
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• 2012

플라즈마 아킹은 PECVD, 플라즈마 식각 그리고 토카막과 같은 플라즈마를 이용하는 여러 공정과 연구 분야에서 문제가 되어왔다. 하지만, 문제의 중요성과 다르게 아킹에 대한 본질적인 연구는 아직 미비한 상태이다. 플라즈마 아킹은 집단전자방출(collective electron emission)에 의한 스파크 방전(spark discharge) 현상이다. 집단전자방출은 전계방출(field emission)이나 플라즈마와 쉬스를 두고 인접한 표면위에서의 유전분극(dielec emission)에 의해 발생한다. 우리는 CCP 플라즈마를 이용해 micro-arcing(MA)을 일으키고 랑뮈르 프로브를 이용해 MA 동안의 플로팅 포텐셜의 변화를 측정한다. MA시 PM-tube를 이용해 광량의 변화를 측정하고 플로팅 포텐셜을 fast-imaging과 동기화 시켜 MA 발생 메커니즘을 유추한다. 우리는 $30{\times}20$ cm 크기의 사각 전극을 위 아래로 가진 챔버에서 Ar 가스를 RF (13.56 MHz) 파워를 이용해 방전시켰다. 방전 전압과 전류는 파워 전극 앞단에서 High voltage probe (Tektronix P6015A)와 Current probe (TCPA300 + TCP312)를 이용해 측정했다. 플라즈마 아킹시 변하는 플라즈마 플로팅 포텐셜은 챔버 중앙에 위치한 랑뮈프 프로브에 의해 측정되고 챔버 옆의 뷰포트 앞에 위치한 PM-tube를 이용해 아킹시 변하는 광량을 측정하고 Intensified CCD를 이용해 fast-imaging을 한다. 또한 CCD 앞에 band pass filter를 부착하여 MA의 발생 메커니즘을 유추한다. RF 방전에서의 플라즈마 아킹은 아킹시 플로팅 포텐셜의 변화에 의해 크게 세부분으로 나눌 수 있다. 아킹 발생과 동시에 급격히 감소하는 감소부분(약 2 us) 그리고 감소한 포텐셜이 유지되는 유지부분(약 0~10 ms) 그리고 감소했던 포텐셜이 서서히 원래 상태로 회복되는 회복부분(약 100 us)이다. 아킹 초기시 방출된 집단 전자들은 쉬스를 단락시키게 되고 이로 인해 플로팅 포텐셜은 급격히 감소하게 된다. 이렇게 감소한 플로팅 포텐셜은 아킹 스트리머가 유지되는 한 계속 감소한 상태를 유지하게 된다. 그리고 플라즈마를 섭동했던 집단전자방출이 중단되면 플라즈마는 섭동전의 원래 상태로 회복된다. 플라즈마 아킹 발생시 생성되는 순간적으로 많은 전자들을 국소적으로 생성하게 되고 이 전자들에 의해 광량이 순간적으로 증가하게 된다. PM-tube (750.4 nm)에 의해 측정된 아킹시 광량은 정상방전 상태의 두배 가량이 된다. 그리고 이 순간적으로 증가된 광량은 시간이 지남에 따라 감소하게 되고 정상방전 일때의 광량이 된다. 광량이 증가한 후 정상방전상태의 광량에 이르는 부분은 플로팅 포텐셜이 감소한 상태에서 유지되는 부분과 일치하고 이는 플로팅 포텐셜의 유지부분동안 집단전자방출이 있다는 간접적인 증거가 된다. 그리고 정상 방전 상태 일때의 광량이 되면 집단전자방출이 중단되었다는 것이므로 그 시점부터 플로팅 포텐셜은 정산 방전상태 일때의 포텐셜로 복구되기 시작한다. 이처럼 PM-tube를 이용한 아킹 광량 측정은 아킹 스트리머를 간접적으로 측정하게 하고 집단전자방출을 이용해 아킹 시의 플로팅 포텐셜의 변화를 설명하게 해 준다.

• 센서학회지
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• 제11권6호
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• pp.358-364
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• 2002

본 논문에서는 백금박막 온도센서의 $0^{\circ}C$, $100{\Omega}$ 세팅을 위해 355nm 파장을 갖는 자외선 레이저를 이용하였다. 국제적으로 온도센서의 A-class 기준오차는 $0^{\circ}C$에서 ${\pm}0.060{\Omega}$이다. 실제적으로 이 값은 $0.15^{\circ}C$이하에 해당하는 오차로 저항체 제작시 고정밀 가공 기술을 필요로 한다. 가공에 이용된 355nm DYP(Diode-Pumped YAG) 레이저는 power : 37mW, rep rate 주파수 : 200Hz 그리고 bite size : $7.5{\mu}m$에서 $1{\sim}1.5{\mu}m$ 두께의 백금박막을 가장 안전하게 가공할 수 있었으며, 가공선폭은 $10{\mu}m$ 안팎임을 확인하였다. 그리고 사진식각 공정기술을 이용하여 제작된 $2"{\times}2"$ 기판내의 96개(4 by 24) 저항체는 상온 $25^{\circ}C$에서 $79{\sim}90{\Omega}$ : 42.7%, $91{\sim}102{\Omega}$ : 57.3%의 비율로 각각 제작되어졌다. $109.73{\Omega}$를 목표 값으로 $25^{\circ}C$에서 자외선 레이저를 이용하여 가공한 결과, 82.3%가 가공오차가 ${\pm}0.03{\Omega}$이하에 들어왔으며 나머지 17.7%도 국제규격 A-Class내인 ${\pm}0.06{\Omega}$내에 포함되었다.

• 한국재료학회지
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• 제4권1호
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• pp.63-74
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• 1994

$SiO_{2}$초박막(ultrathin film)의 두께 조절 용이성, 두께 균일성, 공정 재현성 및 전기적 특성을 향상시키기 위해 실리콘을 $N_{2}O$분위기에서 열산화시켰다. $N_2O$분위기에서 박막 성장시 산화와 동시에 질화가 이루어지기 때문에 전기적 특성의 향상을 가져올 수 있었다. 질화 현상에 의해 형성된 Si-N결합 형성은 습식 식각율과 ESCA분석으로 확인할 수 있었다. $N_2O$분위기에서 성장된 $SiO_{2}$박막은 Fowler-Nordheim(FN)전도 기구를 보여주었으며, 절열파괴 특성과 누설 전류특성 및 산화막의 신뢰성은 건식 산화막에 비해서 우수하였다. 또한 계면 포획밀도는 건식 산화막에 비해 감소하였고, 전하를 주입했을 때 생성되는 계면 준위의 양 또는 크게 감소하였다. 산화막 내부에서의 전하 포획의 양도 감소하였고, 전하를 주입하였을 때 생성되는 전하 포획의 양도 감소하였다. 이와 같은 전기적인 특성의 향상은 산화막 내부에서 약하게 결합하고 있는 Si-O 결합들이 Si-N결합으로의 치환과 스트레스 이완에 의하여 감소하였기 때문이다.

• 한국진공학회지
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• 제20권1호
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• pp.7-13
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• 2011

자기조립화된 Fe/Au 이중층 위에 $L1_0$형 구조를 갖는 FePd 나노 점을 성공적으로 제작하였다. AFM를 이용하여 초기에 편평한 Fe/Au 이중층 박막이 온도가 증가함에 따라서 응집되어 나노 점 구조로 변형되는 것을 확인하였다. 또한 형성된 이중층위에 FePd 다층막을 $300^{\circ}C$, $350^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $450^{\circ}C$에서 각각 증착하였다. 초격자 구조를 갖는 FePd 다층막의 표면형상은 응집현상에 의하여 자기조립화된 이중층의 형상과 유사하였다. XRD 측정결과, $350^{\circ}C$ 이상에서 열처리된 FePd 다층막은 $L1_0$형 구조를 갖는다는 것을 확인하였다. 그리고 박막두께에 따른 XPS 측정결과는 전체 박막의 화학적 조성이 증착순서와 일치하는 것을 보여주었다. 결과적으로 추가적인 식각공정 없이 화학적으로 규칙화된 FePd 초격자 나노 점의 제작에 성공하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.416-417
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• 2013

최근 질화물계 발광다이오드(light emitting diode, LED) 소자는 핸드폰, 스마트 TV 등의 디스플레이 분야와 실내외조명, 감성조명, 특수조명 등의 조명분야에 그 응용분야가 급속히 확대되고 있다. 이러한 LED 소자는 에너지 절감과 친환경에 장점을 가지고, 가까운 미래에 조명시장을 대체할 것으로 예상된다. 이를 만족하기 위해서는 현재보다 더 높은 효율을 갖는 LED 개발이 요구되어지고 있는 상황이다. 일반적으로 질화물계 LED 소자의 효율은 내부양자 효율, 광추출 효율 등으로 나타낼 수 있다. 내부 양자효율은 성장된 결정의 질의 개선 및 다층의 이종접합 또는 다중양자우물 구조와 같이 활성층의 캐리어 농도를 높이는 접합구조로 설계되어 80% 이상의 효율을 나타낸다. 그러나 광추출 효율은 이에 미치지 못하고 있다. 이는 반도체 재료의 높은 굴절률로 인하여 빛이 외부로 탈출하지 못하고 내부로 반사되거나 물질 안에서 흡수가 일어나기 때문이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 연구 그룹들은, 표면에 패턴 형성하여 빛의 전반사를 줄여 그 효율을 올리는 연구결과를 보고하고 있다. 대표적인 방법으로는 wet etching, 전자빔 리소그라피, 나노임프린트 리소그라피, 레이저 홀로 리그라피, 나노스피어 리소그라피 등이 사용되고 있다. 이 중, 나노스피어 리소그라피는 폴리스틸렌 혹은 실리카 등과 같은 나노 크기의 bead를 사용하여 반도체 기판 표면에 단일층으로 고르게 코팅한 마스크로 사용하여 패턴을 주는 방법이다. 이 방법의 장점으로는 대면적에 균일한 패턴을 형성할 수 있고, 공정비용이 저렴하여 양산하기에 적합하다는 특징이 있다. 나노스피어 리소그라피를 통해서 표면에 생성된 패턴 모양의 각도에 따라서, 식각되는 깊이에 변화에 따라 실험한 결과들은 있지만, 아직까지 크기가 다른 나노입자들의 마스크 이용하여 형성된 패턴 밀도에 따른 광 추출 효과에 대한 연구가 많이 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 크기의 실리카로 패턴을 형성시켜 패턴 밀도에 대한 광추출 효율의 효과에 대해서 조사하였다. 실험 방법으론, DI, 에탄올, TEOS, 암모니아의 순서대로 그 혼합 비율을 조정하여 100, 250, 500 nm 크기의 나노입자를 합성하였고 이것을 질화물계 LED의 표면 위에 단일층으로 스핀코팅 방법을 통해 코팅을 하였다. 그 후 ICP-RIE 방법으로 필라 패턴을 형성하였는데, 그 결과 100 nm SiO2 입자를 이용한 경우 $4.5{\times}10^9$/$cm^2$, 250 nm의 경우 $1.4{\times}10^9$/$cm^2$, 500 nm의 경우 $0.4{\times}10^9$/$cm^2$의 패턴의 밀도를 보여주었다(Fig. 1). 패턴의 밀도에 따라 전계광학적 특성을 확인하여 보았는데, 그 결과는 평평한 표면과 비교하였을 때 100 nm에서 383%, 250 nm에서는 320%, 500 nm에서는 244% 상승하는 결과를 보여주었다(Fig. 2). 이번 실험을 통해서 LED의 광추출 효율은 표면 모양과 깊이 뿐 아니라 밀도가 커질수록 그 효율이 올라간다는 사실을 알 수 있었다.

• 공업화학
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• 제9권7호
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• pp.990-997
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• 1998

ECR 산소플라즈마를 이용하여 저온 확산법에 의해 서로 다른 종류의 기판에 마이크로파 출력, 기판의 위치 등을 실험변수로 실리콘 산화막을 제조하고, 열처리 전 후 물리 화학적 특성을 분석하여 Si/O 의 조성비, 산화막 표면의 morphology와 전기적 특성과의 관계를 살펴보았다. 마이크로파 출력이 높은 영역에서, 산화속도는 증가하지만 식각으로 인하여 표면조도가 증가하였다. 따라서 막내에 결함이 증가하고 기판자체에 걸리는 DC bias의 증가로 기상에 존재하는 산소 양이온이 다량 함유되어 산화막의 질이 저하되었다. 기판의 종류에 따라 기상에 존재하는 산소 양이온의 함량은 Si(100) $Si/SiO_2$계면에 존재하는 결함들은 줄일 수 있으나, 고정전하와 계면포획전하 밀도는 열처리와 무관하고 단지 기상에 존재하는 반응성 산소이온의 양과 기판자체 DS bias에 의존하였다. 마이크로파 출력이 300, 400 W인 실험조건에서 표면조도가 낮고, 계면결함밀도가 ${\sim}9{\times}10^{10}cm^{-2}eV^{-1}$로 $Si/SiO_2$계면에서 결함이 적은 양질의 산화막이 얻어졌다.