• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.14 no.1
• /
• pp.17-23
• /
• 2005

Glow discharge mass spectrometry(GDMS) was used to determine the impurity concentrations of the deposited Cu films and the 6N Cu target. Cu films were deposited on Si (100) substrates at zero substrate bias voltage and a substrate bias voltage of -50 V using a non-mass separated ion beam deposition method. Since do GDMS has a little difficulty to apply to thin films because of the accompanying non-conducting substrate, we have used an aluminum foil to cover the edge of the Cu film in order to make an electrical contact of the Cu film deposited on the non-conducting substrate. As a result, the Cu film deposited at the substrate bias voltage of -50 V showed lower impurity contents than the Cu film deposited without the substrate bias voltage although both the Cu films were contaminated during the deposition. It was found that the concentration change of each impurity in the Cu films by applying the negative substrate bias voltage is related to the difference in their ionization potentials. The purification effect by applying the negative substrate bias voltage might result from the following reasons: 1) Penning ionization and an ionization mechanism proposed in the present study, 2) difference in the kinetic energy of accelerated Cu+ ions toward the substrate with/without the negative substrate bias voltage.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.6 no.4
• /
• pp.364-371
• /
• 1997

Silicon trench etching has been carried out using a magnetically enhanced reactive ion etching system in HBr plasma containing He-$O_2$, $CF_4$. The changes of etch rate and etch profile, the degree of residue formation, and the change of surface chemical state were investigated as a function of additive gas flow rate. A severe lateral etching was observed when pure HBr plasma was used to etch the silicon, resulted in a pot shaped trench. When He-$O_2$, $SiF_4$ additives were added to HBr plasma, the lateral etching was almost eliminated and a better trench etch profile was obtained. The surface etched in HBr/He-$O_2/SiF_4$ plasma showed relatively low contamination and residue elements compared to the surface etched in HBr/He-$O-2/CF_4$plasma. In addition, the etching characteristics including low residue formation and chemically clean etched surface were obtained by using HBr containing He-$O_2$ or $SiF_4$ additive gases instead of $CF_4$ gas, which were confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM).

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.15 no.4
• /
• pp.380-386
• /
• 2006

In this study, we had designed and fabricated the plasma focus device which can generate the light source for EUV(Extreme Ultra Violet) lithography. And we also have investigated the basic electrical characteristics of currents, voltages, resistance and inductance of this system. Voltage and current signals were measured by C-dot and B-dot probe, respectively. We applied various voltages of 1.5, 2, 2.5 and 3 kV to the anode electrode and observed voltages and current signals in accordance with various Ar pressures of 1 mTorr to 100 Torr in diode chamber. It is observed that the peak values of voltage and current signals were measured at 300 mTorr, where the inductance and impedance were also estimated to be 73 nH and $35 m{\Omega}$ respectively. The electron temperature has been shown to be 13000 K at the diode voltage of 2.5 kV and this gas pressure of 300 mTorr. It is also found that the ion density Ni and ionization rate 0 have been shown to be $N_i = 8.25{\times}10^{15}/cc$ and ${\delta}$= 77.8%, respectively by optical emission spectroscopy from assumption of local thermodynamic equilibrium(LTE) plasma.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.9 no.2
• /
• pp.99-101
• /
• 2000

The fabrication of the submicron size hole has been interesting due to the potential application of the near field optical sensor or liquid metal ion source. The 2 micron size dot array was photolithographically patterned. After formation of the V-groove shape by anisotropic KOH etching, dry oxidation at $1000^{\circ}C$ for 600 minutes was followed. In this procedure, the orientation dependent oxide growth was performed to have an etch-mask for dry etching. The reactive ion etching by the inductively coupled plasma (ICP) system was performed in order to etch ~90 nm $SiO_2$ layer at the bottom of the V-groove and to etch the Si at the bottom. The negative ion energy would enhance the anisotropic etching by the $Cl_2$ gas. After etching, the remaining thickness of the oxide on the Si(111) surface was measured to be ~130 nm by scanning electron microscopy. The etched Si aperture can be used for NSOM sensor.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.21 no.5
• /
• pp.264-272
• /
• 2012

In this paper, we report THz generation and detection characteristics investigated by InGaAs semiconductor epilayers, as results of a basic study obtained from the InGaAs-based THz transmitter/receiver (Tx/Rx). High-temperature and low-temperature (LT) grown InGaAs epilayers were prepared by the molecular beam epitaxy technique for the characterization of THz generation and detection, respectively, and the surface emission based on the photo-Dember effect was tried for THz generation. THz wave was generated by irradiation of a Ti:Sapphire fs pulse laser (60 ps/83 MHz), and a LT-GaAs Rx was used for the THz detection. The frequency band shown in the spectral amplitudes Fourier-transformed from the measured current signals was ranging in 0.5~2 THz, and the signal currents were exponentially increased with the Tx beam power. The THz detection characteristics of LT-InGaAs were investigated by using an Rx with dipole (5/20 ${\mu}m$) antenna, and the cutoff frequency was ~2 THz.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 1999.07a
• /
• pp.115-115
• /
• 1999

GaN는 직접천이형 wide band gap(3.4eV) 반도체로서 청색/자외선 발광소자 및 고출력 전자장비등에의 응용성 때문에 폭넓게 연구되고 있다. 이러한 넓은 분야의 응용을 위해서는 열 적으로 안정된 Ohmic contact을 반드시 실현되어야 한다. n-type GaN의 경우에는 GaN계면에서의 N vacancy가 n-type carrier로 작용하기 때문에 Ti, Al, 같은 금속을 접합하여 nitride를 형성함에 의해서 낮은 접촉저항을 갖는 Ohmic contact을 하기가 쉽다. 그러나 p-type의 경우에는 일 함수가 크고 n-type와 다르게 nitride가 형성되지 않는 금속이 Ohmic contact을 할 가능성이 많다. 시료는 HF(HF:H2O=1:1)에서 10분간 초음파 세척을 한 후 깨끗한 물에 충분히 헹구었다. 그런 후에 고순도 Ar 가스로 건조시켰다. Pd와 Ni은 열적 증착법(thermal evaporation)을 사용하여 p-GaN에 상온에서 증착하였다. 현 연구에서는 열처리에 의한 Pd의 clustering을 줄이기 위해서 wetting이 좋은 Ni을 Pd 증착 전과 후에 삽입하였으며, monchromatic XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 와 SAM(scanning Auger microscopy)을 사용하여 열처리 전과 40$0^{\circ}C$, 52$0^{\circ}C$ 그리고 695$0^{\circ}C$에서 3분간 열처리 후의 온도에 따른 morphology 변화, 계면반응(interfacial reaction) 및 벤드 휨(band bending)을 비교 연구하였다. Nls core level peak를 사용한 band bending에서 Schottky barrier height는 Pd/Ni bi-layer 접합시 2.1eV를, Ni/Pd bi-layer의 경우에 2.01eV를 얻었으며, 이는 Pd와 Ni의 이상적인 Schottky barrier height 값 2.38eV, 2.35eV와 비교해 볼 때 매우 유사한 값임을 알 수 있다. 시료를 후열처리함에 의해 52$0^{\circ}C$까지는 barrier height는 큰 변화가 없으나, $650^{\circ}C$에서 3분 열처리 후에 0.36eV, 0.28eV 만큼 band가 더 ？을 알 수 있었다. Pd/Ni 및 Ni/Pd 접합시 $650^{\circ}C$까지 후 열 처리 과정에서 계면에서 matallic Ga은 온도에 비례하여 많은 양이 형성되어 표면으로 편석(segregation)되어지나, In-situ SAM을 이용한 depth profile을 통해서 Ni/Pd, Pd/Ni는 증착시 uniform하게 성장함을 알 수 있었으며, 후열처리 함에 의해서 점차적으로 morphology 의 변화가 일어나기 시작함을 볼 수 있었다. 이는 $650^{\circ}C$에서 열처리 한후의 ex-situ AFM을 통해서 재확인 할 수 있었다. 이상의 결과로부터 GaN에 Pd를 접합 시 심한 clustering이 형성되어 Ohoic contact에 문제가 있으나 Pd/Ni 혹은 Ni/Pd bi-layer를 사용함에 의해서 clustering의 크기를 줄일 수 있었다. Clustering의 크기는 Ni/Pd bi-layer의 경우가 작았으며, $650^{\circ}C$ 열처리 후에 barrier height는 Pd/Ni bi-layer의 경우에도 Ni의 영향을 받음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.309.1-309.1
• /
• 2014

III-N계 기반의 광 반도체는 직접 천이형 넓은 밴드갭 구조를 갖고 있기 때문에 자외선에서 가시광을 포함한 적외선까지 포함한 폭 넓은 발광이 가능하여 조명 및 디스플레이 관련 차세대 광원으로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 p형 GaN의 경우, 상온에서 도펀트로 사용되는 마그네슘(Mg)이 수소(H)와 결합하여 보상 효과를 나타내기 때문에 높은 정공농도를 갖기에 어려움이 있다고 알려져 있다. 따라서, 대부분의 연구 그룹에서는 GaN계 LED 소자를 성장 후 rapid thermal annealing 공정이 요구되고 있고, 최근에는 박막 성장 후 반응로 내에서 자체적으로 열처리를 진행하고 있는 실정이다. 하지만, 열처리 조건은 LED 소자의 발광특성에 큰 영향을 주기 때문에 본 연구에서는 반응로에서 열처리가 된 LED 샘플에 대해 추가적인 열처리 공정의 유무에 따른 GaN계 LED소자의 광학적 및 전기적 특성에 대해 알아보고자 하였다. 금속유기화학증착법을 이용하여 c-면 사파이어 기판에 저온 GaN 완충층 및 $2.0{\mu}m$두께의 GaN 박막을 성장한 후, $3.0{\mu}m$두께의 n-형 GaN에피층과 InGaN/GaN 5주기의 양자우물구조를 형성하고 $0.1{\mu}m$두께의 p형 GaN층을 성장하였다. P-형 GaN층 성장 후 온도를 내리면서 $750^{\circ}C$, N2 분위기에서 5분간 Mg 활성화를 위한 열처리를 반응로에서 in-situ로 진행하였다. 그 후 급속열처리 장비에 장입하여 $650^{\circ}C$, N2 분위기에서 5분간 추가적인 열처리를 진행하여 추가 열처리 유무에 따른 LED소자의 특성을 분석하였다. 추가적인 열처리 유무에 따른 LED소자의 레이저 여기에 의한 포토루미네선스 스펙트럼과 전계발광 스펙트럼을 조사한 바, 포토루미네선스 스펙트럼의 경우 추가적인 열처리를 진행하였을 경우, 이전보다 발광 세기가 감소함을 나타내었다. 이는 추가적인 열처리에 의해 InGaN/GaN 활성층이 손상되었기 때문이라고 추측된다. 그러나 전계발광 스펙트럼에서는 활성층이 손상되었음에도 불구하고 전계 발광세기가 3배 가량 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 20 mA 인가 시 4.2 V 에서 3.7 V로 전압이 감소하였다. 상기 결과로 미루어 볼 때 열처리에 의한 InGaN/GaN 활성층 손상에도 불구하고 광 세기가 크게 증가한 것은 금속유기화학증착장치의 in-situ 열처리에 의한 Mg가 충분히 활성화되지 못하였고, 추가적인 열처리에 의하여 p형 GaN에서 Mg-H 복합체의 분리로 인한 Mg 활성화가 더욱더 효과적으로 이루어졌기 때문이라고 추측된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.122-122
• /
• 2014

수중방전을 환경분야에 적용하기 위한 플라즈마 부상법이 개발되었다. 플라즈마 부상법은 물 속에서 발생시킨 플라즈마가 가지고 있는 주요특성 중 물리적 특징인 쇼크웨이브, UV조사, 버블생성 등과 화학적 특징인 OH라디칼 및 염소산화물 생성 등을 이용하여 물 속에 존재하는 용존성 및 입자성 물질을 부상분리 기법으로 제거하는 공법이다. 유기물을 제거하는 기작으로는 침전, 여과, 분해 등이 있고, 이를 구현하기 위한 공정으로 중력침강법, 부상분리법, 멤브레인법, 미생물법 등이 있다. 이 중에서 가압공기부상법은 침강법에 비해 부지면적을 적게 소모하고 처리시간이 50% 이상 감소되는 특징이 있다. 가압공기부상법은 물 속에 공기를 과포화시킨 후 노즐을 통해 재분사할 때 발생하는 압력차에 의해 미세기포가 발생함을 이용하여 유기물을 분리하는 공법이다. 그러나, 가압용 장비 및 반송수가 필요하고, 미생물분리는 불가능한 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 미생물살균과 유기물 분리가 동시에 일어나는 플라즈마를 이용한 부상분리기법을 개발하였다. 본 연구에서는 난분해성 용존유기물인 휴믹산 100 mg/L의 플라즈마 공기부상법에 의한 제거능을 확인하였다. 용존성 휴믹산을 입자성 물질로 전환하여 플록을 형성시키고자 알루미늄설페이트(Al2(SO4) $3{\cdot}18H2O$)를 100 mg/L 주입하였고, 침출수와 같이 염도가 높은 물을 모사하고자 35 g/L의 염화나트륨을 첨가한 상태에서 방전을 실시하였다. 방전에 사용된 전원은 EESYS사에서 제작한 펄스형 고전압 전원장치를 사용하였고 최대 15 kW의 출력 중 6 kW의 전력을 인가하였다. 전극 한 개는 2 mm 텅스텐봉을 세라믹튜브로 감싼 구조로 총 사용전극은 28개이다. 전극 한 개당 대략 200 Watt의 전력이 소모되며 이 때 최대의 버블이 생성됨을 확인하였다. 전극 1개에서 생성되는 버블의 부피는 14 mL/min 로 측정되었다. 버블의 크기는 평균 70 um이고 가압공기부상법에서 최적공기크기로 제시하고 있는 40~80 um 의 버블은 약 80% 가량 생성된다. 본 연구에서 사용된 반응시스템에서의 물의 높이는 약 500 mm 이고 전체 40 L의 수조가 3개의 벽으로 분리되어 4개의 수조로 분리되었다. 각 수조는 하부에 7개의 전극을 포함하고 있다. 플라즈마 발생시 생성되는 기포는 약 1분 방전 후에 포화농도에 도달하며 방전종료 후 약 4분간 수체 내에 남아있게 된다. 이를 공정에 적용하여 1분 방전 및 4분 휴지의 순서로 플라즈마를 인가하였다. 휴믹산 용액의 유량을 2 lpm 으로 운전하였을 때 최종 처리율은 94% 이고 이때의 대장균 살균능은 99%이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.436-436
• /
• 2014

본 연구에서는 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 나노바이오센서 분야 중 가장 주목을 받고 있는 LSPR 원리를 이용한 바이오센서를 제작하였다. 금속 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명현상에 의한 주위환경에 민감하게 반응하는 특성은 고감도 광학형 바이오센서, 화학물질 검출 센서등에 응용된다. 특히 금 나노막대와 같은 1차 나노구조물은 나노막대의 주변 환경 변화에 따라 뚜렷한 플라즈몬 흡수 밴드 변화를 나타냄으로 센서로 적용 했을 때 고감도의 측정이 가능하다. 본 연구에서는 다공성인 알루미늄 양극산화 박막 주형틀을 이용하여 다양한 종횡비를 가지는 금 나노막대를 합성하고, 나노막대 어레이 형태의 박막을 제작하였다. 금 나노막대의 합성은 알루미늄 양극산화막을 사용한 주형제조 방법(template method)을 사용하는 전기화학 증착법을 사용하였다. 우선 부도체인 알루미늄 양극 산화막의 한쪽면을 열증착 장비를 사용하여 금을 증착하여 작업 전극(working electrode)을 형성하였다. 백금 선(platinum wire)을 보조 전극(counter electrode)으로 사용하고 Ag/AgCl 전극을 기준 전극(reference electrode)으로 사용하여 삼전극계(three-electrode system)를 형성하였으며, 금 도금 용액(orotemp 24 gold plating solution, TECHNIC INC.)을 사용하여, 800 mV 전압에서 금 나노 막대를 합성하였다. 금 나노막대의 길이는 테플론 챔버를 통과한 전하량 또는 전기 증착 시간에 비례하여 결정된다. 금 나노막대를 성장시킨 알루미늄 양극산화막을 실리콘 웨이퍼에 은 페이스트를 사용하여 고정시킨 후 수산화나트륨 (NaOH)용액을 사용하여 알루미늄 양극산화막을 녹여내어 수직방향으로 정렬되어 있는 나노 막대 어레이 박막을 제조 하였다. 또한 제작된 금 나노막대 어레이의 광학적 특성을 평가하였다. 본 연구에서와 같이 나노막대를 직경방향으로 측정할 경우, 직경방향의 transverse mode만 측정된다. 금 나노 막대가 알루미늄 양극산화막 안에 포함된 상태로 측정된 금 나노로드 어레이 박막의 광 스펙트럼 분포는 금 나노막대의 가시광영역에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였을시 직경 및 길이에 따라 transverse mode의 ${\lambda}$ max (최대 흡광)의 위치가 변화됨을 나타낸다. 실험 결과를 바탕으로 나노막대의 종횡비가 증가함에 따라 흡수 스펙트럼의 transverse mode ${\lambda}$ max가 미약하게 단파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 원기둥 형태의 금 나노막대의 흡수 스펙트럼에 대한 이론적인 예측과 부합한다. 바이오센서로의 적용 가능성을 확인하기 위하여 자기조립단분자막을 형성하여 항체를 고정하고 CRP에 대한 응답특성을 평가하였다. CRP 항원-항체의 면역반응에 대한 실험 결과 CRP 항원의 농도가 증가함에 따라 넓은 측정범위에서 선형적으로 흡광도가 증가하는 결과를 나타내었으며, CRP 10 fg/ml의 농도까지 검출할 수 있었다. 센서의 선택성을 확인하기 위하여 감지하고자하는 대상물질이 아닌 Tn T 항원을 감지막에 반응시켜 흡광도 변화를 분석하였다. 결과적으로 제작된 센서칩은 선택성을 가지고 측정하고자하는 물질에만 반응함을 확인하였다. 이러한 결과는 다양한 직경을 사용한 부가적인 LSPR현상의 연구에 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.295-295
• /
• 2014

일반적으로 박막 태양전지의 효율은 박막 종류에 따른 광 흡수율에 의해 결정되며, 이는 증착한 박막의 두께에 의해 결정된다. 증착한 박막의 두께가 두꺼워질수록 광 흡수율은 증가하지만, 박막 두께가 지나치게 두꺼워지면 열화 현상으로 인한 모듈의 효율 감소가 생기므로 적절한 박막의 두께가 요구된다. 특히 a-Si:H의 경우 가시광 영역에서 높은 흡수계수를 가지고 있어서 얇은 박막 두께로도 태양전지의 제작이 가능하지만, 동일한 박막 두께에서 효율을 더욱 향상시키기 위한 다양한 광 포획 기술에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 본 연구에서는 자외선을 이용한 nano-imprint lithography 기술을 이용하여 a-Si:H 태양전지의 유리기판 위에 pattern을 삽입하여 광 산란 효과를 향상 시키고자 하였다. 또한 유리기판의 굴절률 (n=1.5)과 투명전극의 굴절률 (n=1.9)의 중간 값을 갖는 ZnO nanoparticles (n=1.7)이 분산 된 imprinting resin을 사용함으로써 점진적으로 굴절률을 변화시켜, 최종적으로 a-Si:H 층까지의 광 투과율을 높이고자 하였다. 제작한 기판의 종류는 다음과 같다. 첫 번째 기판으로는 유리기판 위에 ZnO nanoparticles이 분산 된 imprinting resin을 spin-coating 하여 점진적인 굴절률의 변화에 의한 투과도 향상을 확인하고자 하였다. 두 번째 기판으로는 규칙적인 배열을 갖는 micro 크기의 패턴을 형성하였다. 마지막으로는 불규칙한 배열을 갖는 nano 크기와 micro 크기가 혼재 된 패턴을 형성하여 투과도 향상과 동시에 빛의 산란을 증가시키고자 하였다. 후에 이 세가지 종류를 기판으로 사용하여 a-Si:H 기반의 박막 태양전지를 제작하였다. 먼저 제작한 박막 태양전지용 기판의 광학적 전기적 특성을 분석하였다. 유리 기판 위에 형성한 패턴에 의한 roughness 변화를 확인하기 위해 atomic force microscopy (AFM)를 이용하여 시편의 표면을 측정하였다. 또한 제작한 유리 기판 위에 투명 전극층을 형성 후, 이로 인한 전기적 특성의 변화를 확인하기 위해 hall measurement system을 이용하여 sheet resistance, carrier mobility, carrier concentration 등의 특성을 측정하였다. 또한, UV-visible photospectrometer 장비를 이용하여 각 공정마다 시편의 광학적 특성(투과도, 반사도, 산란도, 흡수도 등)을 측정하였고, 최종적으로 제작한 박막 태양전지의 I-V 특성과 외부양자효율을 측정하여 태양전지의 효율 변화를 확인하였다. 그 결과 일반적인 유리에 기판에 제작된 a-Si:H 기반의 박막 태양전지에 비해, ZnO nanoparticles이 분산 된 imprinting resin을 spin-coating 하여 점진적인 굴절률 변화를 준 것만으로도 약 12%의 태양전지 효율이 증가하였다. 또한, micro 크기의 패턴과 nano-micro 크기가 혼재된 패턴을 형성한 경우 일반적인 유리를 사용한 경우에 비해 각각 27%, 36%까지 효율이 증가함을 확인하였다.