• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.170.1-170.1
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• 2015

안티모니 (Sb)를 기반으로 한 제2형 초격자 (Type II superlattice, T2SL)구조 적외선 검출기 연구는 2000년대 들어 Sb 계열의 화합물 반도체 성장 기술이 발전함에 따라 HgCdTe (MCT), InSb, 양자우물 적외선 검출기 (QWIP)를 대체할 수 있는 고성능의 양자형 적외선 검출 소재로 부상하였으며, 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 기존의 양자형 적외선 검출소자에 비해 전자의 유효질량이 상대적으로 커서 밴드 간의 투과전류가 줄어들 뿐만 아니라, 전자와 정공이 서로 다른 물질 영역에 분포하여 Auger 재결합률을 효과적으로 줄일 수 있어 상온 동작이 가능한 소재로 주목을 받고 있다. 또한, T2SL 구조는 초격자를 구성하는 물질의 두께나 조성 변화를 통한 밴드갭 변조가 용이하여 단파장에서 장파장 적외선에 이르는 광범위한 파장 대역에서 동작이 가능할 뿐만 아니라 구조적 변화를 통해 이중 대역을 동시에 검출 할 수 있는 차세대 적외선 열영상 소자로 알려져 있다. 본 연구에서는 분자선 에피택시(MBE)법을 이용하여 300 주기의 InAs/GaSb (10/10 ML) 제2형 초격자 구조를 성장하여 적외선 검출소자를 제작하였다. 제2형 초격자 구조를 구성하는 물질계에 p-type dopant인 Be을 이용하여 각각 도핑 농도가 다른 시료를 성장하였다. 이때 p-type 도핑 농도는 각각 $1/5/10{\times}10^{15}cm^{-3}$로 변화를 주었다. 성장된 시료의 구조적 특성 분석을 위해 고분해능 X선 회절 (High resolution X-ray diffraction, HRXRD)법을 이용하였으며, 초격자 한 주기의 두께가 6.2~6.4 nm 로 설계된 구조와 동일하게 성장됨을 확인 하였으며, 1차 위성피크의 반치폭은 30~80 arcsec로 우수한 결정성을 가짐을 확인하였다. 적외선 검출을 위한 $410{\times}410{\mu}m^2$ 크기의 단위 소자 공정을 진행하였으며 이때 적외선의 전면 입사를 위해 소자 위에 $300{\mu}m$의 윈도우 창을 제작하였다. 단위 소자의 측벽에는 표면 누설 전류가 흐르는데 이를 방지하기 위해서 표면보호막을 증착하였다. 적외선 검출 소자의 전기적 특성 평가를 위해 각각의 시료의 암전류 (dark current)와 파장별 반응 (spectral response)을 온도별로 측정하여 비교 및 분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.28.2-28.2
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• 2009

군사적, 산업적 용도로 널리 활용되고 있는 적외선 검출기는 InSb, HgCdTe(MCT)와 같은 물질들을 감지 소자로 사용하고 있다. 현재 가장 많이 사용되는 MCT는 적외선의 전 영역을 감지할 수 있는 장점이 있지만, 대면적 제작이 어려운 단점이 있다. 이에 비해 InSb는 안정적인 재료의 특성, 높은 전하이동도($1.2\times10^6\;cm^2/Vs$) 그리고 대면적 소자 제작의 가능성 등이 높게 평가되어 차세대 적외선 검출소자로 각광 받고 있다. InSb 적외선 수광 소자는 1970년대부터 미국을 중심으로 이온주입, MOCVD 또는 MBE와 같은 다양한 공정을 이용하여 제작되어 왔으며, 앞으로도 군수용 제품을 비롯하여 산업전반에서 더욱 각광을 받을 것으로 예상된다. 하지만 InSb는 77 K에서 0.225 eV의 상대적으로 작은 밴드갭을 갖고 있기 때문에 누설전류로 인한 성능저하가 고질적인 문제로 대두되었고, 이를 해결하기 위한 고품질 절연막 연구가 InSb 적외선 수광 소자 연구의 주요 이슈 중 하나가 되어왔다. PECVD, photo-CVD, anodic oxidation 등의 공정을 이용하여 $SiO_2$, $Si_3N_4$, 양극산화막(anodic oxide) 등 다양한 물질들에 대한 연구가 진행되었고[1,2], 산화막과 반도체 계면에서의 열확산을 억제하여 계면트랩밀도를 최소화하기 위한 연구도 활발히 이루어졌다[3]. 하지만 InSb 소자의 성능개선을 위한 최적화된 산화막에 대한 연구는 여전히 불충분한 실정이다. 본 연구에서는 n형 (100) InSb 기판 (n = 0.2 ~ $0.85\times10^{15}cm^{-3}$ @ 77 K)을 이용하여 양극산화막, $SiO_2$, $Si_3N_4$ 등을 증착하고 절연막으로서 이들의 특성을 비교 분석하였다. 양극산화막은 상온에서 1 N KOH 용액을 이용하여 양극산화법으로 증착하였으며, $SiO_2$, $Si_3N_4$는 PECVD로 $150^{\circ}C$에서 $300^{\circ}C$까지 온도를 변화시켜가며 증착하였다. SEM분석과 XPS분석으로 두께의 균일도와 절연막의 조성, 계면확산 정도를 확인하였으며, I-V와 C-V 커브측정을 통해 각 절연막의 전기적 특성을 평가하였다. 이 분석들을 통해 각각의 공정 조건에 따른 절연막의 상태를 전기적 특성과 관련지어 설명할 수 있었다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.16 no.10
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• pp.2335-2340
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• 2012

The detector is an uncooled detector system that functions inside the thermoelectric cooler (TEC) equipped with features instead of the cooler. The function of the thermoelectric device to control the temperature of the detector based on a function of temperature to prevent degradation of image quality to perform the role, the latest technology trend by removing the thermoelectric device size, cost a lot of effort to reduce has been studied. In this paper, It would be proposed of the actual test result using real chamber environment of for the best TECless algorithm as to minimize the degradation of image quality and obtain the low price of the uncooled detector.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.223-223
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• 2011

적외선 감지기로 사용되는 microbolometer 소자재료로 VOx 또는 비정질 Si이 가장 많이 사용된다. 그 중에서 VOx 물질은 온도저항계수 즉, TCR이 높고 감지도가 우수하기 때문에 비냉각 적외선 검출기에 많이 응용된다. Microbolometer 검출기는 그 응답도는 micromachining 공정에 의해 좌우되는 열 고립구조에 의해 좌우된다. 특히 TCR 값이 크고, 열시상수 값이 작을수록 양질의 감지도를 얻을 수 있으므로 재료의 선택 및 공정이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 비냉각 적외선 감지소자로 사용되는 VOx 박막을 DC Sputtering을 사용하여 증착하였으며, 그 특성을 조사하였다. MEMS 공정에 의한 센서의 제작은 적외선을 흡수하여 저항변화를 읽어내어 판독하는 Readout IC(ROIC) 위에 행해진다. Monolithic 공정에 의해 이러한 ROIC 위에서 공정이 동시에 행해지므로 공정온도는 매우 중요한 요소로 작용한다. 따라서 증착된 VOx 박막의 열처리 효과를 연구하였다. 열처리 온도는 $250^{\circ}{\sim}420^{\circ}C$, 열처리 시간은 20~80 min 까지 변화시켰다. 갓 증착된 VOx 박막의 저항은 약 200 $k{\Omega}$이였으며, TCR은 -1.5%/$^{\circ}C$로 나타났다. 열처리 온도가 증가함에 따라 TCR 값은 증가하였으며, 열처리 시간이 증가할수록 역시 TCR 값이 증가하는 경향을 보였다. 열처리 온도 320$^{\circ}C$, 열처리 시간 40 min에서 TCR 값은 약 -2%/$^{\circ}C$의 값을 얻을 수 있었다. 이러한 성능의 VOx 박막을 이용하여 비냉각형 microbolometer 검출소자를 열변형없이 공정을 수행할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.129-129
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• 2010

적외선 검출소자(Infrared Photodetector)는 근적외선에서 원적외선 영역에 이르는 광범위한 파장 범위의 적외선을 이용하는 기기로서 대상물이 방사하는 적외선 영역의 에너지를 흡수하여 이를 영상화할 수 있는 장비이다. 적외선 관련 기술은 2차 세계대전 기간에 태동하였으며, 현재에는 원거리 감지기술 등과 접목되면서 그 활용 분야가 다양해지고 있다. 특히 능동형 정밀 타격무기를 비롯한 감시 정찰 장비 및 지능형 전투 장비 시스템 등에 대한 요구를 바탕으로 보다 정밀하고 신속한 표적 감지 및 정보처리 기술에 관한 연구가 선진국을 통해서 활발히 진행되고 있다. 기존의 Bolometer 형식의 열 감지 소자는 반응 속도가 느리고 측정 감도가 낮은 단점이 있으며, MCT(HgCdTe)를 이용한 적외선 검출기의 경우 높은 기계적 결함과 77K 저온에서 동작해야하기 때문에 발생하는 추가 비용 등이 문제점으로 지적되고 있다[1]. 이에 반해 화합물 반도체 자기조립 양자점(self-assembled quantum dot)을 이용한 적외선 수광소자는 양자점이 가지는 불연속적인 내부 에너지 준위로 인하여, 높은 내부 양자 효율과 온도 안정성을 기대할 수 있으며, 고성능, 고속처리, 저소비전력 및 저소음의 실현이 가능하다. 본 연구에서는 적층 InAs/InGaAs dot-in-a-well 구조를 유기금속화학기상증착법을 이용하여 성장하고 이를 소자에 응용하였다. 균일한 적층 양자점의 성장을 위해서 원자현미경(atomic force microscopy)을 이용하여, 각 층의 양자점의 크기와 밀도를 관찰하였고, photoluminescence (PL)를 이용하여 발광특성을 연구하였다. 각 층간의 GaAs space layer의 두께와 온도 조절 과정을 조절함으로써 균일한 적층 양자점 구조를 얻을 수 있었다. 이를 이용하여 양자점의 전도대 내부의 에너지 준위간 천이(intersubband transition)를 이용하는 n-type GaAs/intrinsic InAs 양자점/n-type GaAs 구조의 양자점 적외선수광소자 구조를 성장하였다. 이 과정에서 상부 n-type GaAs의 성장 온도가 600도 이상이 되는 경우 발광효율이 급격히 감소하고, 암전류가 크게 증가하는 것을 관찰하였다. 이는 InAs 양자점과 주변 GaAs 간의 열에 의한 상호 확산에 의하여 양자점의 전자 구속 효과를 저해하는 것으로 설명된다.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.54 no.3
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• pp.31-36
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• 2017

In this paper, designed infrared (IR) emitter device for infrared scene projector (IRSP) which is used for evaluating the performance of IR sensor systems was simulated by using finite element analysis (FEA) tool and fabricated by using MEMS (Micro Electro-Mechanical System) technology. The performance of the fabricated IR emitter unit device was characterized in the vacuum chamber by using IR image microscope for MWIR($3{\sim}5{\mu}m$), which showed 423K apparent temperature (Tapp) and 22msec time constant (${\tau}$).

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.2
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• pp.108-115
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• 2009

The superlattice infrared photodetector (SLIP) with an active layer of 8/8-ML InAs/GaSb type-II strained-layer superlattice (SLS) of 150 periods was grown by MBE technique, and the proto-type discrete device was defined with an aperture of $200-{\mu}m$ diameter. The contrast profile of the transmission electron microscope (TEM) image and the satellite peak in the x-ray diffraction (XRD) rocking curve show that the SLS active layer keeps abrupt interfaces with a uniform thickness and a periodic strain. The wavelength and the bias-voltage dependences of responsivity (R) and detectivity ($D^*$) measured by a blackbody radiation source give that the cutoff wavelength is ${\sim}5{\mu}m$, and the maximum Rand $D^*$ ($\lambda=3.25{\mu}m$) are ${\sim}10^3mA/W$ (-0.6 V/13 K) and ${\sim}10^9cm.Hz^{1/2}/W$ (0 V/13 K), respectively. The activation energy of 275 meV analyzed from the temperature dependent responsivity is in good agreement with the energy difference between two SLS subblevels of conduction and valence bands (HH1-C) involving in the photoresponse process.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.298-299
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• 2011

최근 입력소자로 활용되는 터치스크린은 키보드나 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고, 스크린에 손가락, 펜 등을 접촉하여 입력하는 방식이다. 터치패널의 구현방식에 따라 저항막(Resistive) 방식, 정전용량(Capacitive) 방식, SAW (Surface Accoustic Wave; 초음파) 방식, IR (Infrared; 적외선) 방식등으로 구분된다. 특히 최근 관심을 받고 있는 IR 방식은 적외선이 사람의 눈에는 보이지 않으나, 직진성을 가지고 있어 장애물이 있으면 차단되는 특성을 이용한 방식이다. IR방식의 터치패널은 발광(Light emitting)소자와 수광(Light detecting)소자가 마주하도록 배치되어 터치에 의해 차단된 좌표를 인식하게 되며, ITO 필름 등이 필요 없어 Glass 1장으로도 구현이 가능하며 투과율이 우수하다. 이러한 IR 방식의 터치패널을 제작하기 위하여 사용된 IR 광검출기는 광학적 band-gap이 작은 박막물질을 필요로 한다. 본 연구에서는 IR 광검출을 위한 물질로 SiGe를 co-sputtering 기법을 이용하여 성장시켰다. 일반적으로 SiGe 박막을 성장시키기 위하여 저압화학기상증착법(low pressure chemical vapor deposition, LPCVD)이나 고진공 LPCVD를 사용하지만 본 연구에서는 CVD에 비하여 무독성이면서 환경친화적이고 초기투자비용이 낮은 증착장비인 sputtering을 이용하였다. 본 연구에서 성장된 SiGe 박막은 400$^{\circ}C$에서 rf plasma가 인가된 Ge과 dc plasma가 인가된 Si의 power를 조절하여 결정화도가 70% (Fig. 1)이고 결정성장방향이 (111)과 (220)방향으로 성장하는 SiGe 박막을 얻을 수 있었다. 본 논문에서는 co-sputtering 성장조건에 따라 성장된 SiGe의 박막 특성을 논의할 것이다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.3 no.4
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• pp.45-56
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• 1988

적외선검출기용 반도체소자($Hg_1_xCd_xTe$)의 특성 및 응용에 대하여 조사하고, 국외의 연구현황과 국내의 문제점 및 향후 전망에 대하여 기술하였다. $Hg_1_xCd_xTe$는 조성에 따라 검지기 파장영역을 조절할 수 있으며, 그 자체에 검지부와 신호처리부를 집적할 수 있는 monolithic기술이 유망하여 앞으로 중요한 반도체중의 하나로 확립될 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.08a
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• pp.158-158
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• 2009