• 한국진공학회지
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• 제19권4호
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• pp.287-292
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• 2010

산소 유량비 변화에 따른 라디오파 반응성 마그네트론 스퍼터링 방법으로 성장된 AlN 박막의 구조, 표면 및 광학적 특성을 조사하였다. AlN 박막은 기판 온도 $300^{\circ}C$에서 성장되었으며, 반응성 가스로 질소와 산소 가스를 사용하였다. 산소 유량비는 공급되는 질소와 산소 혼합 가스양에 대한 산소의 유량비로 선택하여 0%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%로 제어하였다. 성장된 AlN 박막의 구조, 표면과 광학적 특성은 각각 X-선 회절장치, 전자주사현미경과 자외선-가시광 분광기를 사용하여 조사하였다. 산소 유량비 10%로 증착된 AlN 박막은 350~1,100 nm 파장 영역에서 평균 91.3%의 투과율과 4.30 eV의 광학 밴드갭 에너지를 나타내었다. 실험 결과는 산소 유량비를 변화시킴으로써 AlN 박막을 선택적으로 성장시킬 수 있음을 제시한다.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권11호
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• pp.1113-1119
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• 2003

저온 박막 공정을 위해 비등점이 낮은 용매인 isopropanol을 사용하였고, 용질로 zinc acetate의 몰 농도를 0.3∼1.3 mol/l까지 변화시켜 sol을 합성하였다. Zn 농도 변화에 따른 ZnO 박막의 구조 및 광학, 전기적 특성을 분석하였다. XRD 측정에서 Zn의 농도가 0.7 mol/l 일 때 c-축으로 결정 배향성이 뚜렷하였다. SEM으로 박막의 표면 morphology를 관찰한 결과 0.7 mol/l 에서 균일한 표면층을 갖는 나노구조를 이루고 있었다. UV-vis. 측정을 통한 ZnO 박막의 광투과도는 Zn의 농도가 0.7 mol/l 이하에서 87%였으나, 1.0 mol/l 이상의 농도에서는 급격히 감소하였다. 이때 광 밴드갭 에너지는 3.07∼3.22 eV의 값을 나타내며, 벌크 ZnO의 특성과 유사하였다. 박막의 전기 비저항 값은 150 $\Omega$-cm로 Zn의 농도변화에 따라 큰 변화를 보이지 않았으며, I-V 특성분석에서 전형적인 ohmic contact 특성을 보였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2010년도 춘계학술대회
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• pp.226-229
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• 2010

발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 p형과 n형의 반도체 접합에서 다이오드양단에 전압을 가하여 정공과 전자가 접합부분에서 결합하면서 그 밴드갭만큼의 에너지가 빛으로 발광되는 현상을 이용한 다이오드 소자의 일종이다. 최근 고휘도 LED소자가 신호등이나 어선의 집어등 등에서 기존의 백열전구를 대체하고 있으며, 또한 디스플레이분야에서도 LED와 더불어 광범위하게 사용되고 있다. 또한 LCD 디스플레이의 백라이트로 사용되기 시작하면서 새로운 영역을 개척하고 있다. 한편으로는 가시광영역의 LED 소자의 빛에 디지털 정보를 실어서 보내는 LED 통신기술이 개발되어서, 조명이나 디스플레이기능과 동시에 디지털 정보를 전달하는 분야에 적용되는 노력이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 이러한 LED통신시스템을 위한 기반 기술들을 살펴보고, LED통신의 응용분야에 대한 고찰하고자 한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.2509-2515
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• 2014

본 논문에서는, 초고집적 CMOS를 위한 얕은 트랜치 격리로 기존의 수직 구조에서 내부 임계전압과 활성 영역의 스트레스 영향을 개선시키고자 한다. 이를 위해서 제안한 구조는 회자 모양의 얕은 트랜치 격리 구조이며, 기존 수직 구조와 제안한 구조에 대해서 전자농도 분포와 게이트 바이어스 대 에너지 밴드 형태, 열전자 스트레스와 열 손상의 유전 강화 전계를 분석 하고자 한다. 물리적 기본 모델들은 TCAD 툴을 이용하며, 집적화 소자들에 있어서 분석 조건은 주위 조건과 스트레스 인가이다. 분석 결과, 얕은 트랜치 격리 구조가 소자의 크기가 감소됨에 따라서 수동적인 전기적 기능이며, 트랜지스터 응용에서 제안한 회자 구조의 얕은 트랜치 격리 구조가 전기적 특성에서 전위차 전계와 포화 임계 전압이 높게 나타났으며, 활성영역에서 스트레스의 영향은 감소되었다. 이 결과 데이터를 바탕으로 제작한 소자의 결과 분석도 시뮬레이션 결과 데이터와 거의 동일하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.97-98
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• 2007

A stoichiometric. mixture of evaporating materials for $CuGaSe_2$ single crystal thin films was prepared from horizontal electric furnace. Using extrapolation method of X-ray diffraction patterns for the polycrystal $CuGaSe_2$, it was found tetragonal structure whose lattice constant $a_0$ and $c_0$ were $5.615\;{\AA}$ and $11.025\;{\AA}$, respectively. To obtain the single crystal thin films, $CuGaSe_2$ mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the hot wall epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were $610^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$, respectively. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence and double crystal X-ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobility of $CuGaSe_2$ single crystal thin films measured with Hall effect by van der Pauw method are $4.87{\times}10^{17}\;cm^{-3}$ and $129\;cm^2/V{\cdot}s$ at 293 K, respectively. The temperature dependence of the energy band gap of the $CuGaSe_2$ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation, $E_g(T)\;=\;1.7998\;eV\;-\;(8.7489\;{\times}\;10^{-4}\;eV/K)T^2/(T\;+\;335\;K)$.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.11-11
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• 2007

1차원 구조체인 반도체 나노선은 앙자제한효과 (quantum confinement effect) 등을 이용하여 고밀도/고효율의 소자 개발이 기대되고 있다. GaN는 상온에서 3.4 eV의 밴드갭 에너지를 갖는 III-V 족 반도체 재료로써 박막의 경우 광전자 소자로 폭넓게 응용되고 있다. 최근 GaN 나노선의 합성에 성공하면서 발광소자, 고효율의 태양전지, HEMT 등으로의 응용을 위한 많은 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 아직까지 GaN 나노선의 전기적 특성을 제어하는 기술은 확립되지 않고 있다. 본 연구에서는 Vapor solid (VS)법을 이용하여 GaN 나노선을 합성하였으며, GaN 분말과 함께 $Mg_2N_3$ 분말을 첨가하여 (Ga,Mg)N 나노선을 성공적으로 합성하였다. 합성시에 GaN와 Mg 소스간의 거리 변화를 통해 Mg 도핑농도를 제어하고자 하였다. 이 같은 방법으로 합 된 (Ga,Mg)N 나노선의 Mg 도핑농도에 따른 결정학적 특성을 알아보고, (Ga,Mg)N 나노선을 이용하여 소자를 제작한 후 그 전기적 특성을 살펴보고자 한다. X-ray diffraction (XRD)과 high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), EDX를 이용하여 합성된 나노선의 결정학적 특성과 Mg의 도핑 농도를 확인하였다. Photo lithography와 e-beam lithography법을 이용하여 (Ga,Mg)N 나노선 field-effect transistor (FET)를 제작하고, channel current-drain voltage ($I_{ds}-V_{ds}$) 와 channel current-gate voltage ($I_{ds}-V_g$) 측정을 통해 (Ga,Mg)N 나노선이 도핑 농도에 따라 n형에서 p형으로 전기적 특성이 변화함을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.405-405
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• 2007

ZnO는 상온에서 3.38eV의 넓은 밴드갭을 가지는 직접천이형 반도체이며, 60meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 가지는 UV 영역의 광소자로 응용할 수 있는 물질이다. 특히 ZnO를 이용한 LED에 대한 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. 그러나 n-ZnO/p-ZnO 동종접합 다이오드는 p-ZnO의 재현성이 없고, 낮은 정공농도를 보이기 때문에 n-ZnO를 기반으로 한 이종접합 다이오드의 개발이 필요하게 되었다. 특히 n-ZnO/p-Si 이종접합 다이오드는 낮은 구동전압과 제조단가가 저렴하다는 장점이 있다 또한 n-ZnO를 스퍼터링을 이용하여 증착할 경우 고온에서 성장함에도 불구하고 케리어 농도 및 이동도가 매우 낮다. 반면 MOCVD 법은 대면적 증착이 가능하고 비교적 낮은 온도에서 박막을 성장할 수 있고 전기적 특성 또한 매우 우수하다. 본 연구에서는 p-Si 기판위에 MOCVD 를 이용하여 n-ZnO를 증착하고, 이를 열처리하여 n-ZnO/p-Si 이종접합 다이오드의 특성 변화를 관찰하고자 하였다. n-ZnO/p-Si 시편을 $N_2$ 및 $O_2$ 가스 분위기에서 열처리한 후 소자의 광학적, 전기적 특성을 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.210-210
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• 2010

저항 구조를 가진 유기 쌍안정성 소자는 비휘발성 기억 소자 중에서 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하며 플렉시블이 용이한 장점 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 유기물/무기물 복합재료를 사용한 유기 쌍안정성 소자 제작에 대한 연구는 많이 진행되어 왔지만, 넓은 에너지 밴드 갭을 가진 $SnO_2$ 나노 입자가 삽입된 고분자 박막을 기반으로 제작한 유기 쌍안정성 소자에 대한 연구는 상대적으로 미흡하다. 본 연구에서는 Poly(methyl methacrylate) (PMMA) 박막 안에 분산된 $SnO_2$ 나노 입자를 사용하여 제작한 유기 쌍안정성 소자의 전기적인 특성을 관찰하였다. 소자를 제작하기 위해 나노 입자의 전구체인 Tin 2-ethylhexanoate (95%) 2.4 mmol을 dibutyl ether (99.3%) 10 ml에 용해시킨 후, 용매열 화학적 방법을 사용하여 용매 안에서 $SnO_2$ 나노 입자를 합성하였다. 용매 안에 들어있는 1 wt%의 $SnO_2$ 나노 입자와 100 mg의 PMMA를 2 ml의 클로로벤젠에 용해하여 고분자 용액을 제작하였다. 하부 전극 역할을 하는 indium tin oxide가 증착된 유리 기판 위에 고분자 용액을 스핀 코팅하고, 열을 가해 용매를 제거하여 $SnO_2$ 나노 입자가 분산되어 있는 PMMA 박막을 형성하였다. 그 위에 Al 전극을 증착하여 기억 소자를 완성하였다. 제작된 유기 쌍안정성 소자의 전류-전압 (I-V) 측정 결과에서는 동일한 전압에서 서로 크기가 다른 전류가 흐르는 I-V 곡선의 히스테리시스 특성이 나타났다. 그러나 $SnO_2$ 나노 입자가 없는 PMMA 박막으로 형성된 유기 쌍안정성 소자에서는 I-V 곡선의 히스테리시스 특성이 나타나지 않았다. 따라서 PMMA 박막 안에 삽입된 $SnO_2$ 나노 입자가 유기 쌍안정성 소자의 메모리 효과에 결정적인 영향을 준 것을 알 수 있었다. 전류-시간 측정 결과에서는 소자의 ON/OFF 비율이 시간에 따라 큰 변화 이 없이 1000 사이클 이상 지속적으로 유지 하고 있음을 보여 줌으로써 유기 쌍안정성 소자를 장시간 사용할 수 있음을 나타내 주었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.89-90
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• 2010

최근 우리는 InGaAs 위에 성장한 InAs 양자점에 GaAs를 얇게 덮음으로써 양자고리를 성장하고, 그 광학적 특성을 분석하였다. [1] 이번 연구에서는 이 양자고리 구조의 전자 구조 및 광학적 특성을 전산모사를 통해 계산하였고, GaAs가 구조의 응력, 압전 포텐셜 및 light-hole 분율에 미치는 영향을 분석하였다. 이론적인 분석을 위해, valence force field 방법을 이용하여 이종 물질간의 격자상수 차이에 의한 격자 변형 및 압전 포텐셜의 변화를 계산하였고, 양자고리 내 전자의 양자화 에너지 및 파동함수를 k p 방법을 통해 얻을 수 있었다. 또한 광학적인 특성 등의 다체 효과를 예측하기 위해 configuration interaction 방법을 사용하였다. 이 연구에서 우리는, GaAs가 InAs에 강한 압축 응력을 가할 것이라는 일반적인 예측과 달리, InGaAs 매트릭스 안에서는 격자상수가 작은 GaAs가 InAs 양자고리에 효과적인 압축 응력을 가할 수 없음을 보였다. 특히 GaAs 층의 두께가 얇을 경우, InGaAs 매트릭스에 의해 인장 응력을 받는 GaAs가 InAs의 응력을 해소하기 충분한 공간을 제공하여, 오히려 InAs의 압축 응력을 약화시키는 것을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 응력 분포가 단순한 양자우물 등의 2차원 구조와 달리, 응력 분포가 복잡한 3차원 나노 구조에서는 단순히 격자상수만으로 파장 변화 경향을 예측할 수 없음을 나타낸다. 또한 우리는, GaAs의 큰 negative 이방 응력과 InAs의 작은 positive 이방 응력에 의해 전자와 heavy-hole은 InAs에, light-hole은 GaAs에 구속됨을 보였다. 즉, InAs보다 밴드갭이 큰 GaAs가 전자와 heavy-hole에 대해서는 강한 포텐셜 배리어로 작용하지만 light-hole에 대해서는 포텐셜 우물로 작용하는, 반 우물-반 배리어 특성을 가짐을 알 수 있었다. 이로 인해 GaAs가 있는 양자고리의 light-hole 분율이 GaAs가 없을 경우에 비해 2배에서 8배가량 증가함을 보일 수 있었다. 비슷한 특성이 hole에 대해서는 InP나 InGaAsP 위에 성장한 GaAs 층에서 보고된 바가 있으나, 전자는 InAs로, hole은 GaAs로 분리할 수 있는 3차원 나노 구조에 대한 연구는 이 연구가 처음이다. [2]

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.24-24
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• 2010

Chalcopyrite $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 화합물 반도체는 고효율 박막태양전지의 광 흡수층으로 사용되는 물질 중 가장 우수한 효율 (19.9%, NREL 2008)을 보유하고 있다. CIGS는 직접천이형 에너지밴드갭 (direct bandgap)을 가지고 있고, 광흡수계수가 $1{\times}10^5\;cm^{-1}$로서 반도체 중 서 가장 흡수율이 높은 재료에 속하여 두께 $1{\sim}2\;{\mu}m$의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다. 현재 고효율 CIGS 셀생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation(동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "sputter-selenization(스퍼터-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se 들을 고진공 분위기에서 고온 ($550{\sim}600^{\circ}C$)기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 스퍼터-셀렌화 공정은 1단계에서 스퍼터링 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온($550{\sim}600^{\circ}C$)하에 $H_2Se$ 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 $H_2Se$ 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하등의 문제점들이 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 Tutorial에서는 CIGS 물질의 열역학 상평형과 반응메카니즘에 대해 설명하고, 다양한 생성 공정들을 소개할 것이다.