• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.03a
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• pp.67-74
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• 2016

초발수 표면은 표면이 젖지 않으면서 물방울이 자유롭게 움직일 수 있는 표면을 말한다. 이는 자연에서 많이 관찰되며 예를 들면 연잎, 나비와 곤충의 다리가 대표적이다. 일반적으로 초발수 표면은 물방울과 접촉할 때 이루는 각이 $150^{\circ}$보다 크며, 표면을 $5^{\circ}$정도 기울이면 물방울이 굴러가기 시작한다. 특히 연잎 표면을 자세히 보면 마이크로/나노단위의 미세한 돌기가 표면 위에 존재한다. 이러한 연잎 표면의 구조에 따른 특성을 모방하여 표면 위에 인위적으로 다양한 모양, 크기의 돌기를 만들어 표면의 초발수 특성을 향상시키는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 연구가 다양하고 광범위하게 진행되면서, 학문적인 원인 분석 외에도 산업에서의 활용가능성이 주목받고 있다. 이에 따라 이 논문은 전산모사 방법을 사용하여 표면 돌기와 관련된 다양한 변수(돌기의 모양, 높이, 너비, 돌기 사이의 간격, 표면과 물 분자 간의 에너지)에 따라 표면의 초발수 특성이 어떻게 변하는지 연구해보고, 초발수 현상의 특징과 그 발생 원인을 이해하는데 목적을 두며 이러한 연구결과는 실제 산업현장에서 최적의 초발수 표면을 제작하는데 도움을 줄 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.304-304
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• 2015

플라즈마 표면처리를 통해 폴리머의 나노 구조를 형성하는 연구는 활발히 진행되고 있으나, 표면 처리를 통해 나노 기둥 구조를 형성하기 위해 본 연구에서는 폴리머(PMMA, PDMS, PET, NOA) 위에 표면형상 변화를 위한 산소 플라즈마 처리를 하였으며, 이 때 플라즈마 표면처리 공정조건은 파워 및 가스분압별에 대한 조건 변화를 주어 표면처리 후 표면형상 변화를 SEM과 접촉각을 통해 조사하였다. 이를 통해 얻어진 표면형상에서 PMMA의 나노 기둥 구조를 이용하여 건식접착패치에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.174-174
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• 2013

현재 자동차 강판 시장에서는 승객들의 안전 확보와 연비 향상을 위하여 자동차 강판의 경량화 및 고장력화가 급속히 진행되고 있다. 더불어 소비자는 더욱 아름답고 멋있는 외관을 추구하면서 정교한 디자인이 가능할 수 있도록 높은 성형성을 갖는 강판에 대한 요구도 또한 증대되고 있다. 따라서 강도와 성형성을 동시에 확보할 수 있는 DP형, TRIP형 등의 다양한 컨셉을 갖는 변태강화형 고장력강에 대한 개발 요구가 점점 심화되고 있으나 이들 고장력강의 상 제어를 위하여 첨가된 Si, Mn등의 성분들이 표면에 안정한 산화물을 형성하기 때문에 이러한 고장력강은 표면 품질이 열위한 것으로 보고 되고 있다. 따라서 기존 연구에서는 열처리중 표면으로 확산되어 올라오는 Si, Mn 산화물의 저감을 위하여 분위기 중 산소농도나 노점등을 조절하거나, 산화전처리, 선도금처리 등을 통하여 Si, Mn 의 표면 선택산화를 제어하여 도금 결함을 최소화하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 이러한 연구들은 대부분 강판 표면에서의 산화/환원의 반응에 대한 분위기 요인을 제어하는 연구들이며 실제 Si, Mn등의 산화성 원소들이 어떠한 조건에서 어떠한 경로들을 통해서 이동하여 표면으로 올라오는지에 대한 연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 산화성 원소들의 표면 확산 거동에 대한 고찰을 위하여 다양한 열처리 온도 조건을 통한 표면 도금성 경향, 합급화 경향 및 표면 분석결과를 바탕으로 확산 거동에 대한 경향을 밝히고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.293-293
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• 2010

최근 태양전지 연구에서 저가격화를 실현하는 방법 중 하나로 폐 실리콘 웨이퍼를 재생하는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존 웨이퍼 재생공정은 높은 재처리 비용과 복잡한 공정등의 많은 단점을 가지고 있다. 챔버 내에 압축된 공기나 가스에 의해 가속된 미세 파우더들이 재료와 충돌하면서 식각하는 기계적 건식 식각 공정 기술이라고 할 수 있는 micro blaster 공정을 이용하면 기존 재생공정보다 낮은 재처리 비용과 간단한 공정으로 재생웨이퍼를 제작할 수 있다. 하지만 이러한 micro blaster 공정은 식각 후 표면에 많은 particle과 crack을 형성시켜 태양전지용으로 사용하기에 단점을 가진다. 본 연구에서는 이러한 micro blaster를 이용한 태양전지용 재생 웨이퍼를 제작하기 위해 폐 실리콘 웨이퍼의 표면 물질을 식각하고, 식각 후 충돌에 의해 발생된 표면의 particle과 crack을 DRE(Damage Remove Etching)공정으로 제거하는 연구를 진행 하였다. 먼저 폐 실리콘 웨이퍼와 같은 표면을 형성하기 위하여 시편 표면에 각각 Al($2000{\AA}$), $Si_3N_4(3000{\AA})$, $SiO_2(1{\mu}m)$, AZ1512($1{\mu}m$)을 형성하고 micro blaster의 파우더 크기, 압력, 스캔 속도 등의 공정 조건에 따라 폐 실리콘 웨이퍼 표면 물질을 식각하였다. 식각 후 폐 실리콘 웨이퍼의 식각된 깊이와 표면 물질 잔량을 측정하고, 폐 실리콘 웨이퍼의 표면에 particle과 crack, 요철이 형성되어 있는지를 확인하였다. 그 결과 폐 실리콘 웨이퍼에 형성된 물질의 두께 이상으로 식각되었으며, 표면 물질의 잔량이 남아 있지 않았고, 표면에 많은 particle과 crack, 요철이 형성되었다. 표면에 형성된 요철은 유지하면서 많은 particle과 crack을 제거하기 위하여 micro blaster공정 후 DRE 공정으로 표면 개선이 필요하였다. 이때 남겨진 요철은 입사광량을 증가시키고, 표면 반사율을 감소시켜 태양전지내의 흡수하는 빛의 양을 증가시키는 태양전지 texturing 공정 효과로 작용하게 된다. 표면에 남은 particle과 crack을 완전히 제거하면서 요철은 유지할 수 있게 HNA 용액의 농도와 시간에 따른 식각 정도를 측정하였다. DRE 공정 후 표면 particle과 crack이 완전히 제거되어 표면이 개선됨을 확인하였다. Micro blaster를 이용하여 폐 실리콘 웨이퍼의 표면을 식각하고, DRE공정으로 표면을 개선함으로써 태양전지용 기판으로의 재생 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.263-263
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• 2012

본 연구는 실리콘 표면에 형성된 pyramid 구조의 크기와 각도, aspect ratio에 따른 반사도, 흡수율 최적화에 관한 연구이다. Atlas device simulation을 이용하여 표면에 형성된 pyramid의 각도는 $54.74^{\circ}$에서 $71.56^{\circ}$ 가변하였으며 pyramid height은 5에서 $20{\mu}m$ 크기로 가변하여 반사도와 흡수율 변화와 상관관계를 분석하였다. 특히 표면 반사도 감소와 실리콘 기판의 흡수율 증가에 가장 큰 영향을 미치는 표면구조의 인자는 pyramid 각도로 나타났으며, 또한 표면의 pyramid 각도 증가에 따라 표면적도 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구의 표면 구조의 형상에 따른 반사도와 흡수율 최적화 및 표면적 증가에 대한 결과를 태양전지에 적용할 시 단락전류 향상을 통한 효율 향상을 기대할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.209-209
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• 2011

플라즈마 공정에 있어 챔버 및 웨이퍼의 표면 상태변화는 공정 결과에 큰 영향을 끼치게 된다. 챔버 표면에 대한 연구는 많이 진행되어 있지만 대부분의 연구가 챔버 표면에서 일어나는 화학적 반응에 초점을 맞추고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 상태 변화에 따른 챔버 표면물질의 전기적 특성 변화를 관찰하였다. 프로브 표면에 Al2O3로 코팅을 하고 플라즈마에 삽입 후 AC 하모닉법을 이용하여 실시간으로 표면의 축전용량을 측정하였다. 그 결과 표면의 축전용량은 플라즈마에 인가한 전력과 표면이 플라즈마에 노출된 시간에 따라 변하는 것이 관찰되었다. 플라즈마에 인가된 전력이 증가되면 처음에는 급격이 축전용량이 증가하였고, 그 후 시간이 지날수록 천천히 수렴되었다. 유전물질의 축전용량은 그 물질의 온도와 연관이 있다. 실험 결과로 미루어 보았을 때, 플라즈마에서의 표면의 축전용량의 변화는 플라즈마로부터 표면으로의 열전달에 의한 표면의 온도 변화에 의한 것으로 이해할 수 있다. 특히, 쉬스에서 가속되는 이온의 포격에 의해 표면 격자가 크게 진동하면서서 일반적인 온도 변화에 의한 축전용량의 변화보다 더 큰 변화가 일어난 것으로 추정된다. 공정에 사용되는 많은 챔버의 표면이나 전극의 표면은 유전체로 코팅되어 있다. 이 유전체의 특성이 온도에 의해 변하게 되면 챔버의 전기적인 특성이 변하게 되어 임피던스 매칭 조건에 변화를 가져온다. 그 결과 플라즈마의 특성도 바뀌게 되어 공정 결과에 영향을 미치게 된다. 그러므로 챔버 표면의 유전특성을 관찰하고 제어하는 것이 플라즈마의 특성을 유지시키는데 중요하다고 할 수 있다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2014.03a
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• pp.492-494
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• 2014

위상부도체(Topological insulator, (TI))는 특이한 금속성 표면 성질을 가지며 이 물질에 대해 많은 물성연구가 이루어져 오고 있다. TI 물질 중 하나인 $Bi_2Se_3$는 스핀트로닉스 또는 양자 컴퓨팅 분야에 전망이 밝은 물질이다. 본 논문에서는 $Bi_2Se_3$ (111) 표면의 산화농도에 대해 조사하였다. 결함이 없는 깨끗한 표면에서는 산소의 농도가 높을 때 에너지적으로 안정하며 표면결함이 있을 때에는 표면결함과 결합한 산소의 농도가 낮을 때 에너지적으로 안정한 것으로 나타났다. $Bi_2Se_3$ (111) 표면 산화 연구에서는 표면 점결함의 존재와 산소 농도를 함께 고려해야 할 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.04a
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• pp.35-36
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• 2007

고분자는 다양한 산업 분야에 응용되고 있으며, 표면의 기능화 처리로 그 응용 분야를 넓히는 것이 가능하다. 본 연구에서는 고분자 (PC, PET) 표면에 N - (2 - aminoethyl) 3 -aminopropyl trimethoxysilane (AEAPS) 분자막을 Thermal CVD법에 의해 형성시키고, XPS와 수적접 촉각을 이용하여 표면 상태를 측정하였다. 또한, AEAPS 분자막에 Carboxy acid과 Pd 이온의 흡착 실험을 통해 고분자 표면에서의 amino기 작용에 대한 연구를 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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• pp.24-24
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• 2015

최근 생체재료의 개발이 눈부시게 발전되고 생체적합성이 우수한 표면을 요구함에 따라 생체재료의 표면처리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Laser Deposition법은 항공기 부품제조 분야에 주로 사용되고 있으며 최근에 오하이오 주립대 타이타늄합금연구센터를 중심으로 표면처리에 관한 연구가 주로 이루어졌다. 특히 이를 이용하여 치과재료의 표면처리에 응용을 시도하였다. 치과에서 응용될 수 있는 경우는 주로 임플란트는 부분 또는 완전 무치악 환자의 보철수복에 사용되는 보철물의 제작등에 사용될 수 있으며 이중에서도 특히 생체용 임플란트의 표면처리응용으로 임플란트와 조직간의 접합성을 개선하는 표면처리법으로 연구되었다. 임플란트의 성공과 실패는 물성적인 측면에서 임플란트의 형태, 표면거칠기 및 표면처리방법, 초기하중 등에 의하여 좌우되며 임플란트 재료에 작용하는 응력차폐는 생체적합성을 좌우하는 큰 요인이 되고 있다. 이를 위하여 저 탄성계수합금을 설계하지만 하중을 버티는 강도가 낮아지는 단점이 있어 레이저증착법을 이용하여 임플란트재료인 Ti6Al4V합금에 탄성계수가 낮은 Ta, Nb등을 코팅하는 방법을 통하여 이를 해결하고자하는 시도가 이루어지고 있다. 이 방법은 최근의 3D 프린팅의 원리가 되고 있다. 따라서 발표에서는 Laser Deposition방법을 이용하여 치의학분야에서 응용되고 있는 예를 강연하고 응용 가능 분야에 대하여 토론 하고자한다. 또한 펨토레이저를 이용하여 생체합금의 표면처리는 생체활성화를 더욱 증진시키며 이를 위하여 많은 연구 수행되고 있다. 본 발표에서는 매식용 합금 표면에 펨토레이저를 이용하여 텍스춰링하여 세포가 잘 성장 할 수 있는 크기의 조절함으로써 기존의 표면처리와는 다른 효과를 얻을 수 있는 장점을 알아본다. 펨토레이저를 이용하면 여러 가지 형태의 텍스춰링이 가능하며 원형, 사각형등등 자유자제로 형태의 묘사가 가능하고 깊이 또한 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다. 지금까지는 표면 개질에 사용되는 레이저는 주로 Nd:YAG 레이저의 파장을 반으로 줄인 녹색레이저 (${\lambda}=532nm$)를 사용하거나, 자외선파장영역의 레이저를 사용하는 경우가 일반적으로 가장 보편화되었다. 이를 이용하여 제조된 Ti합금에 펨토 초(10-15 second) 펄스폭 대역을 갖는 레이저를 이용하여 나노크기의 미세 요철을 표면에 형성한 후, 나노튜브를 형성하여 그 표면특성의 변화를 알아보고 펨토레이저가 의료분야에 적용되고 있는 예를 살펴보고자 한다.

• Korean Journal of Crystallography
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• v.20 no.1
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• pp.9-14
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• 2009

직충돌 이온산란 분광법(ICISS: Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy)을 이용한 고체표면 해석의 마지막 개설로서 금속 표면에 대한 연구를 소개하기로 한다. 금속은 도체이기 때문에 전하 축적을 방지하려는 별도의 장치가 필요 없다. 또한 결정구조가 간단하여 금속재료 자체보다는 표면의 흡착구조 및 반응, 박막 구조 등과 같은 분야에서 ISS를 이용하고 있다. 세라믹이나 반도체와 구별되는 응용 분야로서는 첫째 금속의 높은 표면 반응성을 이용하는 촉매와 같은 분야에 있어서 표면에서 일어나는 반응을 추적하기 위한 수단으로 사용된다. 둘째 표면 용융 현상을 표면 원자의 위치 결정을 통하여 연구할 수 있다. 마지막으로 자성재료의 표면 자성 특성을 스핀분극 ISS를 이용하여 접근할 수 있다. 이상과 같은 금속 표면물성 분야에 대하여 ICISS를 적용한 연구 사례를 소개하고자 한다.