• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.1
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• pp.34-39
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• 2008

We have investigated the characteristics of $Al_{0.55}Ga_{0.45}N$/GaN heterostructures with and without low-temperature (LT) AlN interlayer grown by metalorganic chemical vapor deposition. The structural and optical properties were systematically studied by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OMS), scanning electron microscopy (SEM), and photoluminescence (PL). The Al content (x) of 55% and the structural properties of $Al_xGa_{1-x}N$/GaN heterostructures were investigated by using RBS and XRD, respectively. We carried out OMS and SEM experiments and obtained a decrease of the crack network in $Al_{0.55}Ga_{0.45}N$ layer with LT-AlN interlayer. A two-dimensional electron gas (2DEG)-related PL peak located at ${\sim}3.437eV$ was observed at 10 K for $Al_{0.55}Ga_{0.45}N$/GaN with LT-AlN interlayer. The 2DEG-related emission intensity gradually decreased with increasing temperature and disappeared at temperatures around 100 K. In addition, with increasing the excitation power above 3.0 mW, two 2DEG-related PL peaks were observed at ${\sim}3.411$ and ${\sim}3.437eV$. The observed lower-energy and higher-energy side 2DEG peaks were attributed to the transitions from the sub-band level and the Fermi energy level of 2DEG at the AlGaN/LT-AlN/GaN heterointerface, respectively.

• 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.18 no.3
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• pp.203-207
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• 2009

Copper is known as a replacement for aluminum wire which is used for semiconductor. Because specific resistance of Cu ($1.67{\mu}{\Omega}$-cm) is lower than that of Al ($2.66{\mu}{\Omega}$-cm), Cu reduce RC delay time. Although melting point of Cu($1085^{\circ}C$) is higher than melting point of Al, Cu have characteristic to easily react with Silicon(Si) in low temperature, and it isn't good at adhesive strength with Si. For above these reason, research of diffusion barrier to prevent reaction between Cu and Si and to raise adhesive strength is steadily advanced. Our study group have researched on W-C-N (tungsten-carbon-nitrogen) Diffusion barrier for preventing diffusion of Cu through semiconductor. By recent studies, It's reported that W-C-N diffusion barrier can even precent Cu and Si diffusing effectively at high temperature. In this treatise, we vaporized different proportion of N into diffusion barrier to research Cu's Electromigration based on the results and studied surface hardness in the heat process using nano scale indentation system. We gain that diffusion barrier containing nitrogen is more stable for Cu's electromigration and has stronger surface hardness in heat treatment process.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.37 no.2
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• pp.5-12
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• 2000

Uncooled metallic thin-film thermopile infrared detectors have been fabricated, and the figures of merit for the detectors were examined. The hot junctions of a thermopile were prepared on a $Si_{3}N_{4}/SiO_{2}/Si_{3}N_{4}$-membrane which acts as a thermal isolation layer, the cold junctions on the membrane supported with the silicon rim which functions as a heat sink, and Au-black was used as an infrared absorber. Infrared absorbance of Au-black, which strongly depends on the chamber pressure during Au-evaporation and its mass per area, was found to be about 90 ％ in the wavelength range from 3${\mu}{\textrm}{m}$ to 14${\mu}{\textrm}{m}$. Voltage responsivity, noise equivalent power, and specific detectivity of Bi-Sb thermopile infrared detector at 5 Hz-chopping frequency were about 10.5V/W, 2.3 nW/Hz$^{1/2}$, 및 $1.9\times10^{7}$ cm.Hz$^{1/2}$/w at room temperature in air, respectively.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.21 no.2
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• pp.79-84
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• 2014

To investigate the plating properties of a diethylene glycol-based Ag immersion plating solution containing citric acid, silver immersion plating was performed in a range from room temperature to $50^{\circ}C$ using sputtered Cu specimens. The used Cu specimens possessed surface structure with large numbers of pinholes which were created with over-acid etching. The Ag immersion plating performed at $40^{\circ}C$ exhibited that the pinholes and copper surface were completely filled with Ag just after 5 min mainly due to galvanic displacement reaction, indicating the best plating properties. Subsequently, the surface morphology of Ag-coated Cu became rougher as the plating time increased to 30 min because of the deposition of silver nanoparticles created by chemical reduction in the solution. The specimen that its overall surface was covered with silver indicated the start of oxidation at temperature higher than around $50^{\circ}C$ in air as compared with pure Cu, indicating enhanced anti-oxidation properties.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.49 no.10
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• pp.111-121
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• 2012

In this paper, a poly-Si thin film transistor with ${\sim}0.5{\mu}m$ gate length was fabricated and its electrical characteristics are optimized. From the results, it was verified that making active region with larger grain size using low temperature annealing is an efficient way to enhance the subthreshold swing, drain-induced barrier lowering and on-current characteristics. A SONOS flash memory was fabricated using this poly-Si channel process and its performances are analyzed. It was necessary to optimize O/N/O thickness for the reduction of electron back tunneling and the enhancement of its memory operation. The optimized device showed 2.24 V of threshold voltage memory windows which coincided with a well operating flash memory.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.143-144
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• 2010

3-5족 화합물 반도체를 이용한 집광형 삼중 접합 태양전지는 40% 이상의 광변환 효율로 많은 주목을 받고 있다[1]. 삼중 접합 태양전지의 하부 셀은 기계적 강도가 높고 장파장을 흡수할 수 있는 Ge이 사용된다. Ge위에 성장될 III-V족 단결정막으로서 Ge과 격자상수가 일치하는 GaInP나 GaAs가 적합하고, 성장 중 V족 원소의 열확산으로 인해 Ge과 pn접합을 형성하게 된다. 이때 GaInP의 P의 경우 GaAs의 As보다 확산계수가 낮아 태양전지 변환효율향상에 유리한 얇은 접합 형성이 가능하고, 표면 에칭효과가 적기 때문에 GaInP를 단결정막으로 선택하여 p-type Ge기판 위 성장으로 단일접합 Ge구조 제작이 가능하다. 하지만 이종접합 구조 성장으로 인해 발생한 계면사이의 전위나 미세결함들이 결정막내부에 존재하게 되며 이러한 결함들은 광학소자 응용 시 비발광 센터로 작용할 뿐 아니라 소자의 누설전류를 증가시키는 원인으로 작용하여 태양전지 변환효율을 감소시키게 된다. 이에 결함감소를 통해 소자의 전기적 특성을 향상시키고자 수소 열처리나 플라즈마 공정을 통해 수소 원자를 박막내부로 확산시키고, 계면이나 박막 내 결함들과 결합시킴으로서 결함들의 비활성화를 유도하는 연구가 많이 진행되어 왔다 [2][3]. 하지만, 격자불일치를 갖는 GaInP/Ge 구조에 대한 수소 열처리 및 불순물 준위의 거동에 대한 연구는 많이 진행되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 Ga0.45In0.55P/Ge구조에 수소 열처리 공정을 적용을 통하여 단결정막 내부 및 계면에서의 결함밀도를 제어하고 이를 통해 태양 전지의 변환효율을 향상시키고자 한다. <111> 방향으로 $6^{\circ}C$기울어진 p-type Ge(100) 기판 위에 유기금속화학증착법 (MOCVD)을 통해 Si이 도핑된 200 nm의 n-type GaInP층을 성장하여 Ge과 단일접합 n-p 구조를 제작하였다. 제작된 GaInP/Ge구조를 furnace에서 250도에서 90~150분간 시간변화를 주어 수소열처리 공정을 진행하였다. 저온 photoluminescence를 통해 GaInP층의 광학적 특성 변화를 관찰한 결과, 1.872 eV에서 free-exciton peak과 1.761 eV에서 Si 도펀트 saturation에 의해 발생된 D-A (Donor to Acceptor)천이로 판단되는 peak을 검출할 수 있었다. 수소 열처리 시간이 증가함에 따라 free-exciton peak 세기 증가와 반가폭 감소를 확인하였고, D-A peak이 사라지는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 수소 열처리에 따른 단결정막 내부의 수소원자들이 얕은 불순물(shallow impurity) 들로 작용하는 도펀트들이나, 깊은 준위결함(deep level defect)으로 작용하는 계면근처의 전위, 미세결함들과의 결합으로 결함 비활성화를 야기해 발광세기와 결정질 향상효과를 보인 것으로 판단된다. 본 발표에서는 상술한 결과를 바탕으로 한 수소 열처리를 통한 박막 및 계면에서의 결함준위의 거동에 대한 광분석 결과가 논의될 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.308.2-308.2
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• 2014

최근 III-N계 물질 기반의 광 반도체 중 m-면 사파이어 기판을 사용하여 반극성 (11-22) GaN박막을 성장하는 광반도체의 발광효율을 높이려는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 반극성 (11-22) GaN와 m-면 사파이어 기판과의 큰 격자상수 차이와 결정학적 이방성의 차이에 의해 많은 결정 결함이 발생하게 된다. 이러한 결정결함들은 반극성 LED소자내에서 누설전류 및 비발광 재결합, 순방향전압 등의 소자특성을 저하시키는 큰 요인이 되기 때문에 고효율 발광소자를 제작함에 있어 어려움을 야기시킨다. 이러한, 반극성 LED 소자의 효율 향상을 위해 결함 분석에 대한 연구를 주를 이루고 있는 상황으로, n-GaN층에 Si도핑에 관한 연구가 진행되고 있다. 이미 극성과 비극성에서는 n-GaN층에 Si이 도핑이 증가될수록 결정질이 향상되고, 양자우물의 계면의 질도 향상 되었다는 보고가 있다. 본 연구에서는 반극성 (11-22) GaN 기반의 발광소자를 제작함에 있어 n-GaN 층의 도핑 농도 변화를 통한 반극성 GaN 박막의 결정성 및 전기적 특성 변화에 따른 LED소자의 전계 발광 특성에 대한 연구를 진행하였다. 금속유기화학증착법을 이용하여 m-면 사파이어 기판에 $2.0{\mu}m$두께의 반극성 (11-22) GaN 박막을 저온 GaN완충층이 존재하지 않는 고온 1단계 성장법을 기반으로 성장하였다.[3] 이후, $2.0{\mu}m$ 반극성 (11-22) GaN 박막 위에 $3.5{\mu}m$ 두께의 n-GaN 층을 성장시켰다. 이때, n-형 도펀트로 SiH4 가스를 4.9, 9.8, 19.6, 39.2 sccm으로 변화하여 성장하였다. 이 4가지 반극성 (11-22) n-GaN 템플릿을 이용하여 동일 구조의 InGaN/GaN 다중양자우물구조와 p-GaN을 성장하여 LED 구조를 제작하였다. X-선 ${\omega}$-rocking curve를 분석한 결과, 이러한 특성은 반극성 (11-22) n-GaN층의 Si 도핑농도 증가에 따라서 각 (0002), (11-20), (10-10) 면에서 결정 결함이 감소하고, 반극성 (11-22) n형 GaN템플릿을 이용하여 성장된 반극성 GaN계 LED소자는 20mA인가 시 도핑 농도 증가에 따라 9.2 V에서 5.8 V로 전압이 감소하였으며 역방향 전류에서도 누설전류가 감소함이 확인되었다. 또한, 전계 발광세기도 증가하였는데, 이는 반극성 n형 GaN박막의 실리콘 도핑농도 증가에 따라 하부 GaN층의 결정성이 향상과 더불어 광학적 특성이 향상되고, n형 GaN층의 전자 농도 및 이동도의 동시 증가에 따라 전기적 특성이 향상 됨에 따라 LED소자의 전계 발광 특성이 향상된 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.12 no.3
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• pp.168-173
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• 2003

Recently, according to the rapid progress in Flat-panel-display industry, there has been a growing interest in the poly-Si process. Compared with a-Si, poly-Si offers significantly high carrier mobility, so it has many advantages to high response rate in Thin Film Transistors (TFT's). We have investigated a new process for the high temperature Solid Phase Crystallization (SPC) of a-Si films without any damages on glass substrates using thin film heater. because the thin film heater annealing method is a very rapid thermal process, it has very low thermal budget compared to the conventional furnace annealing. therefore it has some characteristics such as selective area crystallization, high temperature annealing using glass substrates. A 500 $\AA$-thick a-Si film was crystallized by the heat transferred from the resistively heated thin film heaters through $SiO_2$ intermediate layer. a 1000 $\AA$-thick $TiSi_2$ thin film confined to have 15 $\textrm{mm}^{-1}$ length and various line width from 200 to 400 $\mu\textrm{m}$ was used as the thin film heater. By this method, we successfully crystallized 500 $\AA$-thick a-Si thin films at a high temperature estimated above $850^{\circ}C$ in a few seconds without any thermal deformation of g1ass substrates. These surprising results were due to the very small thermal budget of the thin film heaters and rapid thermal behavior such as fast heating and cooling. Moreover, we investigated the time dependency of the SPC of a-Si films by observing the crystallization phenomena at every 20 seconds during annealing process. We suggests the individual managements of nucleation and grain growth steps of poly-Si in SPC of a-Si with the precise control of annealing temperature. In conclusion, we show the SPC of a-Si by the thin film heaters and many advantages of the thin film heater annealing over other processes

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.6
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• pp.518-522
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• 2008

The miniaturization of device size and multilevel interlayers have been developed by ULSI circuit devices. These submicron processes cause serious problems in conventional metallization due to the solubility of silicon and metal at the interface, such as an increasing contact resistance in the contact hole and interdiffusion between metal and silicon. Therefore it is necessary to implement a barrier layer between Si and metal. Thus, the size of multilevel interconnection of ULSI devices is critical metallization schemes, and it is necessary reduce the RC time delay for device speed performance. So it is tendency to study the Cu metallization for interconnect of semiconductor processes. However, at the submicron process the interaction between Si and Cu is so strong and detrimental to the electrical performance of Si even at temperatures below $200^{\circ}C$. Thus, we suggest the tungsten-carbon-nitrogen (W-C-N) thin film for Cu diffusion barrier characterized by nano scale indentation system. Nano-indentation system was proposed as an in-situ and nanometer-order local stress analysis technique.