• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.37 no.6
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• pp.577-582
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• 2013

AZO (aluminum-doped zinc oxide) is one of the best candidate materials to replace ITO (indium tin oxide) for TCOs (transparent conductive oxides) used in flat panel displays, organic light-emitting diodes (OLEDs), and organic solar cells (OSCs). In the present study, to apply an AZO thin film to the transparent electrode of an organic solar cell, a low-temperature selective atomic layer deposition (ALD) process was adopted to deposit an AZO thin film on a flexible poly-ethylene-naphthalate (PEN) substrate. The reactive gases for the ALD process were di-ethyl-zinc (DEZ) and tri-methyl-aluminum (TMA) as precursors and H2O as an oxidant. The structural, electrical, and optical characteristics of the AZO thin film were evaluated. From the measured results of the electrical and optical characteristics of the AZO thin films deposited on the PEN substrates by ALD, it was shown that the AZO thin film appeared to be comparable to a commercially used ITO thin film, which confirmed the feasibility of AZO as a TCO for flexible organic solar cells in the near future.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.129-129
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• 2000

태양전지는 태양광에너지를 바로 전기에너지로 전환시키는 소자이다. 최근에는 다결정 태양전지의 응용가능성에 대한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 이 중 CuInSe2는 여러 가지 좋은 물성을 가지고 있어서, 저가의 고효율 태양전지를 위한 광흡수층 재료로 주목받고 있다. 현재까지 다양한 방법이 시도되었지만, 10% 이상의 고효율을 가지는 고품질을 박막을 얻는 방법은 진공증발증착법과 selenization 방법뿐이다. 이 중 진공증발증착법에 의하여 형성된 박막을 이용하여 가장 높은 효율의 태양전지를 얻을 수 있으나, 진공 장비의 대면적화가 힘들기 때문에 대면적 태양전지 제조가 힘들다는 단점이 있다. 따라서 selenization 방법을 이용하여 CuInSe2 박막을 제조하는 것이 가장 유망한 방법이라 할 수 있다. Selenization 방법은 Cu-In 금속층을 제작한 뒤 이를 selenium과 반응을 시키는 방법이다. 따라서 이 방법을 이용하여 박막을 제조할 때는 Cu-In 금속층의 물성 조절이 이후 생성되는 CuInSe2 박막의 물성향상에 필수적이다. 따라서 Cu-In 금속층의 물성에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 Cu-In 이 성분계에서 알려진 반가 없다. 저온에서는 반응속도론적으로 매우 느리게 반응이 일어나기 때문에 열역학적으로 안정한 상을 얻기가 힘들기 때문이다. 따라서 본 실험에 앞서 각 제조 조건에 따른 열역학적인 안정상을 계산하였다. 그 결과, 상온에서 Cu의 양이 증가함에 따라, In$\longrightarrow$CuIn2$\longrightarrow$Cu11In9$\longrightarrow$Cu7In3 상으로 변화하였다. 9$0^{\circ}C$이하의 온도에서는 CuIn2 상이 안정하였고, 10$0^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 Cu11In9 상 두 가지로 존재하였고, Cu/In 인가전력비를 변화시켰을 때 조성비가 선형적으로 변하였다. 즉, Cu-In 동시스퍼터링법은 원하는 조성을 간편한 방법으로 정확하게 조절할 수 있는 방법이라 할 수 있다. 증착 온도를 변화시켰을 때는 9$0^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 존재하던 CuIn2 상이 10$0^{\circ}C$이상의 온도에서는 완전히 사라지고 In과 CuIn2 상이 사라지고 In 상과 Cu11In9 상이 나타났다. 상전이를 위하여 30$0^{\circ}C$의 높은 열처리 온도가 필요한 것은, 밀 저온 안정상이 형성된 뒤 각 원소들의 확산에 의해 상전이가 일어나기 때문에 이를 위한 충분한 열에너지를 가질 수 있는 온도가 필요하기 때문이다. 조성을 일정하게 유지하면서 챔버 압력을 변화시켰을 때는 형성되는 상의 미세구조난 결정성은 일정하였다. 인가전력, 증착온도, 챔버 압력 변화에 따른 상변화는 앞서 계산한 열역학적 결과와 정확히 일치하였다. 이는 동시스퍼터링 방법이 각 입자들을 원소 단위에서 균일하게 혼합할 수 잇는 방법이고, 또 입자들이 높은 에너지를 가지고 있기 때문이다. 즉, 원소 단위에서 균일한 반응을 하고, 가장 안정한 위치로 쉽게 이동할 수 있기 때문에 열역학적으로 안정한 상을 형성할 수 있는 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.538-539
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• 2013

여러 장점으로 인해 OLED는 디스플레이 및 조명 등 적용분야가 넓어지고 있지만, 수분 및 산소에 취약하여 그 수명이 제한되는 단점이 있다. 이를 해결하고자 현재까지는 glass cap을 이용한 encapsulation 기술이 적용되고 있지만, flexible 기판에 적용하지 못하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하고자 여러 가지 thin film encapsulation 기술이 적용되고 있으나 보다 신뢰성이 높은 기술의 개발이 절실한 때이다. Encapsulation 무기 박막 물질로서 $Si_3N_4$ 박막은 PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 박막 증착법을 사용한 많은 연구가 진행되어, 저온에서의 좋은 품질의 박막 증착이 가능하지만, 100도 이하의 thermal budget을 갖는 OLED Encapsulation에 사용하기에는 충분하지 않았다. CVD 박막의 특성을 더욱 개선하기 위해 최근 ALD (Atomic Layer Deposition) 방법을 통한 $Al_2O_3$ film 증착 방법이 연구되고 있지만, 낮은 증착 속도로 인해 양산에 걸림돌이 되고 있다. 본 연구에서는 또 다른 해결책으로서 Digital CVD 방법을 이용한 양질의 $Si_3N_4$ 박막의 증착을 연구하였다. 이것은 ALD 증착법과 유사하며, 1st step에서 PECVD 방법으로 4~5 ${\AA}$의 얇은 silicon 박막을 증착하고, 2nd step에서 nitrogen plasma를 이용하여 질화 반응을 진행하고, 이러한 cycle을 원하는 두께가 될 때까지 반복적으로 진행된다. 이 때 1 cycle 당 증착속도는 7 ${\AA}$/cycle 정도였다. 최적의 증착 방법과 조건으로 기존의 CVD $Si_3N_4$ 박막 대비 1/5 이하로 pinhole을 최소화 할 수는 있지만 완벽하게 제거하기는 힘든 문제가 있고, 이를 해결하기 위한 개선을 위한 접근 방법이 필요하다고 판단하였다. 본 연구에서는 무기물 박막인 carbon nitride를 이용한 SiN/C:N multilayer 증착 연구를 진행하였다. Fig. 1은 CVD 조건으로 증착된 두께 750 nm SiN film에서 여러 층의 C:N film layer를 삽입했을 때, 38 시간의 85%/$85^{\circ}C$ 가속실험에 따라 OLED의 발광 사진이다. 그림에서 볼 수 있듯이 C:N 층을 삽입하고 또한 그 박막의 수가 증가함에 따라서 OLED에 대한 encapsulation 특성이 크게 개선됨을 확인할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.239.1-239.1
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• 2015

1차원 탄소나노재료이며 한 겹의 흑연을 말아 놓은 형태인 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotubes, SWNTs)는 감긴 형태에 따라 반도체성, 금속성 성질을 나타내는 특이성과 우수한 기계적 성질을 지니고 있어 광범위한 분야로 응용이 기대되어왔다. 이러한 SWNTs의 응용가능성을 실현시키기 위해서는 보다 경제적, 산업적인 면에서 손쉬운 합성방법의 개발이 필요한 실정이다. SWNTs의 합성 방법들로는 아크방전법과 레이저 증발법, 그리고 열화학기상증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD) 등이 이용되었다. 이 중 TCVD법은 대면적의 균일한 CNTs를 합성할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 탄화수소가스를 효율적으로 분해하기 위하여 $800^{\circ}C$ 이상의 고온 공정이 요구되며, 이는 경제적, 산업적인 면에서 사용이 제한적이다. 따라서 저결함, 고수율의 SWNTs를 저온합성 할 수 있는 공정의 개발이 지속적으로 필요하다. 본 연구에서는, TCVD법을 이용하여 에틸렌 원료가스로 SWNTs의 저온합성 가능성을 확인하였다. 합성을 위한 기판과 촉매로는 실리콘 산화막 기판(SiO2/Si wafer)에 철 나노입자를 지닌 ferritin을 스핀코팅 후 산화하여 이용하였다. 저온합성 공정의 변수로는 합성온도와 원료가스인 에틸렌의 분율을 설정하여, 변수가 SWNTs의 결정성과 수율에 미치는 영향을 고찰하였다. 합성된 SWNTs의 분석의 용이함과 손지기(Chirality)의 제어를 위하여 나노 다공성 물질인 제올라이트(Zeolite)를 보조 기판으로 사용하였다. 실험결과 에틸렌 원료가스로 합성한 SWNTs는 $700^{\circ}C$ 부근의 저온에서도 합성이 가능함을 확인하였다. 또한 에틸렌 원료가스의 분율과 합성시간의 정밀한 제어를 통해 SWNTs의 합성온도를 더욱 감소시키는 것도 가능할 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.147-147
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• 2010

태양전지의 효율 향상을 위해 웨이퍼 표면에 반사방지막 코팅을 위한 패시베이션 물질들에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 이 과정에서 널리 사용하는 ARC 물질로 SiNx 박막이 있다. SiNx 박막은 PECVD 법으로 저온에서 실리콘 기판 위에 증착 가능한 장점이 있다. 플라즈마 분위기 가스로 아르곤 또는 질소 사용하며 SiNx 박막의 광학적, 전기적인 특성은 화학적 조성비에 의해 결정되며 증착온도 가변에 박막의 특성이 변화하며 이를 이용하여 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있다. 본 연구에서는 SiNx 박막을 형성하는데 질소 가스 분위기에서 PECVD를 이용하여 증착하고 그 특성을 분석하였다. 박막은 0.8 Torr의 압력에서 $150^{\circ}C\;{\sim}\;450^{\circ}C$의 기판온도로 증착되었으며 이때의 RF power은 100W ~ 300W로 가변 되었다. 증착된 박막은 1.94 에서 2.23의 폭넓은 굴절률 값을 가지고 있었다. $SiH^4/NH_3$ 가스 비의 증가에 따라 박막 두께와 굴절률이 감소함을 확인할 수 있었다.증착된 SiNx 박막의 소수반송자 수명 측정 결과 굴절률 2.23인 박막의 경우 약 87 us의 수명을 나타냈으며, 굴절률이 1.94로 줄어듦에 따라 소수 반송자 수명 역시 79 us로 감소하였다. SiNx 박막은 n-rich 보다 Si-rich 인 경우 effective 반송자 수명을 증가시켜 표면 재결합 속도를 줄이는데 유용함을 확인하였다. 또한 증착온도가 증가할수록, RF power가 증가 할수록 소수 반송자 수명 역시 증가하였다. 반사도의 경우 $SiH_4$의 비율이 증가할수록 반사도가 감소함을 확인 하였으며, 증착온도 증가에 따라, RF power 증가에 따라 반사도가 감소하였다. 결과적으로 $450^{\circ}C$의 기판온도와 300W의 RF power에서 증착된 SiNx 박막의 경우 가장 우수한 전기적, 광학적 특성을 보여주었다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.13 no.7
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• pp.3160-3164
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• 2012

To obtain available process at low temperature, SiOC thin film was prepared with various flow rates by using the rf magnetron sputtering, and AZO thin film was also deposited on SiOC film by rf magnetron sputtering system. The optical electrical properties of the SiOC film and SiOC/AZO were analyzed by the uv visible spectrometer and PL spectra. SiOC film on n type Si showed various type emission according to the deposition condition. The SiOC film showed the blue shift with increasing the thickness in PL spectra. AZO/SiOC/Si film had a broad emission characteristic, which is enhanced the efficiency in solar cell.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.6 no.2
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• pp.229-237
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• 1996

The superconducting phase, $YBa_{2}Cu_{3}O_{x}$ (YBCO), was in-situ deposited on the single crystal MgO substrates, using an aerosol decomposition process in a cold plasma reactor. The solubility and decomposition temperature of the chemical precursors, and the vapor pressures of the solvents, were determined to be the factors crucial to achieving a stoichiometric, crystalline YBCO phase. The deposition parameters for the YBCO phase were 0.3 to 2.7 kPa for the oxygen partial pressure and $800^{\circ}C$ to $940^{\circ}C$ for the substrate temperature. The optimum deposition conditions for the YBCO phase were observed along the CuO decomposition line.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1445-1446
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• 2011

ITO 박막의 전기 광학적 특성을 향상시키기 위해 열처리 공정은 필수적이다. 하지만 향후 발전시켜나갈 플렉서블 디스플레이(flexible display)에서는 ITO를 저온에서 증착해야 할 필요성이 대두되었고, 이에 따라 기판의 온도를 상온으로 유지하면서 고품질의 ITO 박막을 제조하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 상온에서 유리 기판 위에 RF 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 장치의 자기장 분포를 제어하여 ITO 박막을 증착하였다. 제작된 시편의 두께와 투과도 및 이동도를 측정 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2007.06a
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• pp.238-243
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• 2007

최근 FPD에 투명전극으로 사용되는 ITO는 뛰어난 전기적, 광학적 특성을 가지고 있다. 하지만 ITO는 저온공정의 어려움과 ITO의 원료인 In의 수급 불안정 및 스퍼터링 시 음이온 충격에 의한 막 손상으로 인한 저항 증가 등과 같은 것들이 문제점으로 지적되고 있다. 본 실험에서는 ITO 투명전극을 대체하기 위한 물질로 2wt.%의 Al이 도핑된 ZnO 세라믹 타겟을 이용한 RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 상온, $150^{\circ}C,\;225^{\circ}C,\;300^{\circ}C$ 및 다양한 증착압력 하에서 유리기판 위에 AZO 투명전도막을 증착하였다. 박막의 결정성과 입자의 크기 증착조건에 영향을 받았다. AZO 박막의 전기적특성은 기판온도가 고온일수록 향상되었으며, 박막의 두께가 200nm으로 일정할 때 가시광 영역에서의 투과도는 평균 80% 정도였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.255-255
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• 2010

Metal-Insulator-Metal 구조의 $Al_2O_3$ ReRAM 소자를 플라스틱 기판 위에 제작하였다. $Al_2O_3$ 박막은 원자층 증착 방법으로 $150^{\circ}C$의 저온 공정에서 15nm 두께로 증착하였으며, 하부와 상부의 전극으로는 DC 스퍼터링 방법으로 증착된 백금전극을 이용하였다. 플라스틱 기판위에 제작된 $Al_2O_3$ ReRAM 소자는 unipolar 메모리 특성을 보였다.