• ETRI Journal
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• v.11 no.1
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• pp.89-96
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• 1989

$C_2F_6$/$CHF_6$ 플라즈마를 이용한 실리콘 산화막의 반응성이온 식각공정시 실리콘 표면에 형성되는 고분자 잔류막과 근표면 손상영역을 X-선 광전자분광법(x-ray photoelectron spectroscopy)과 러더포드 후방산란법(Rutherford backscattering)을 이용하여 연구하였다. 표면 잔류막은 CF, $CF_2$, $CF_3$, $C-CF_x$, 그리고 C-C/C-H 등의 결합을 가진 불화탄소 고분자로 구성되어 있으며, 또한 C 1s와 Si 2p X-선 광선자 스펙트럼으로부터 C-Si 결합이 존재함을 확인하였다. 반응성이온 식각을 거친 실리콘 표면 구조의 연구결과, 불소와 탄소로 구성된 고분자막($<20 \AA$)이 극표면에 존재하며, 식각 후 공기중에 노출됨에 따라 고분자 잔류층으로 산소가 통과하여 기판을 산화시킴으로써 실리콘 산화막( $~10\AA$)이 그 아래에 형성되었음을 알았다. 그리고 실리콘산화막 아래에 탄소-산소 결합영역이 관찰되었다. 플라즈마 가스의 조성에서 $CHF_3$의 량이 증가함에 따라 고분자 잔류막의 두께가 증가하였으며, 본 연구의 실험조건에서 2분간 overetching한 시편의 경우에도 실리콘 표면 영역의 손상정도가 매우 적음을 발견하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.262-262
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• 2010

반도체 제조공정 중 식각공정(Etching)은 웨이퍼표면으로부터 화학적, 물리적으로 불필요한 물질들을 선택적으로 제거하는 방법이다. 식각공정 중 하나인 플라즈마 식각(Plasma etching) 공정에서 오버식각(over-etching) 과언더식각(under-etching) 되는것을피하기위해서통계적인방법을기준으로식각종료점(endpoint)를 결정한다. 본 논문의 목표는 통계적인 분석방법을 이용하지 않고 실시간 식각 데이터(realtime etching data)를 사용해서 식각 종료점을 검출하는 것이다. 식각 데이터는 시계열 데이터(time-series data)이기 때문에 간단한 구조와 적은 계산량으로 빠른 수렴속도와 좋은 안정도를 가진 Radial Basis Function Neural Network's (RBF-NN) 를 이용하여 시계열 모델(time-series model)을 구현 하였다. 광학방사분광기(Optical Emission Spectroscopy: OES)로부터 나온 6개의 데이터 세트중에서 4개의 데이터 세트는 RBF-NN을 학습하는데 사용되고 2개의 데이터 세트는 모델의 성과를 시험해 보기 위하여 사용하였다. 학습을 위한 데이터들은 Matrix화 시켜서 목표값을 설정하여 학습시킨다. 실험한 결과 학습한 RBF-NN 모형이 식각 종료점(endpoint)를 정확하게 검출된다는 것을 보여준다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.23 no.2
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• pp.53-59
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• 2019

LIBS plug, a simplified laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) device with the purpose of measuring the fuel distribution inside the combustion chamber, was developed and manufactured. The LIBS plug receives only two wavelengths (H:656.3 nm, O: 777 nm) that are closely related to the equivalence ratio in the overall spectrum. The calibration curve between the signal of the LIBS plug and the equivalence ratio was constructed, and the fuel distribution of gasoline-air and LPG-air mixtures was measured using the LIBS plug.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.44 no.9
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• pp.789-795
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• 2016

Laser-induced combustions and explosions generated by high laser irradiances were explored by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). The laser used for target ablation is a Q-switched Nd:YAG laser with 7 ns pulse duration at wavelength of 1064 nm laser energies from 40 mJ to 2500 mJ ($6.88{\times}10^{10}-6.53{\times}10^{11}W/cm^2$). The plasma light source from aluminum detected by the echelle grating spectrometer and coupled to the gated ICCD(a resolution (${\lambda}/{\Delta}{\lambda}$) of 5000). This spectroscopic study has been investigated for obtaining both the atomic/molecular signals of aluminum-oxygen and the calculated ambient condition such as plasma temperature and electron density. The essence of the paper is observing specific electron density ratio which can support the processes of chemical reaction and combustion between ablated aluminum plume and oxygen from air by inducing high laser energy.

• Membrane Journal
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• v.32 no.1
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• pp.43-49
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• 2022

Solid-state supercapacitors with high safety and robust mechanical properties are attracting global attention as next-generation energy storage devices. As an electrode of a supercapacitor, an economical carbon-based electrode is widely used. However, when an aqueous electrolyte is introduced, the charge transfer resistance increases because the interfacial contact between the hydrophobic electrode surface and aqueous electrolyte is not good. In this regard, we propose a method to obtain higher electrochemical performance based on improved interfacial properties by treating the electrode surface with oxygen plasma. The surface hydrophilization induced by the enriched oxygen functionalities was confirmed by the contact angle measurement. As a result, the degree of hydrophilization was easily adjusted by controlling the power and duration of the oxygen plasma treatment. As the electrolyte of the supercapacitor, PVA/H₃PO₄, which is a typical solid-state aqueous electrolyte, was used. Free-standing membranes of PVA/H₃PO₄ electrolyte were prepared and then pressed onto the electrode. The optimal condition was to perform oxygen plasma treatment for 5 seconds with a low power of 15 W, and the energy density of the supercapacitor increased by about 8%.

• Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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• v.14 no.2
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• pp.169-178
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• 2016

The properties of wastes for melting need to be considered to minimize the maintenance of refractory and to discharge the molten slags smoothly from a plasma torch melter. When the nonflammable wastes from nuclear facilities such as concrete debris, glass, sand, etc., are melted, they become acid slags with low basicity since the chemical composition has much more acid oxides than basic oxides. A molten slag does not have good characteristics of discharge and is mainly responsible for the refractory erosion due to its low liquidity. In case of a stationary plasma torch melter with a slant tapping port on the wall, a fixed amount of molten slags remains inside of tapping hole as well as the melter inside after tapping out. Nonmetallic slags keep the temperature higher than melting point of metal because metallic slags located on the bottom of melter by specific gravity difference are simultaneously melted when dual mode plasma torch operates in transferred mode. In order to minimize the refractory erosion, the compatible refractories are selected considering the temperature inside the melter and the melting behavior of slags whether to contact or noncontact with molten slags. An acidic refractory shall not be installed in adjacent to a basic refractory for the resistibility against corrosion.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.34 no.5
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• pp.534-540
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• 2023

The high-rate performance is limited by several factors, such as polarization generation, low electrical conductivity, low surface energy, and low electrolyte permeability of CF_X, which is widely used as a cathode active material in the lithium primary battery. Therefore, in this study, we aimed to improve the battery performance by using carbon fluoride modified by surface treatment using oxygen plasma as a cathode for lithium primary batteries. Through XPS and XRD analysis, changes in the surface chemical characteristics and crystal structure of CF_X modified by oxygen plasma treatment were analyzed, and accordingly, the electrochemical characteristics of lithium-ion primary batteries were analyzed and discussed. As a result, the highest number of semi-ionic C-F bonds were formed under the oxygen plasma treatment condition (7.5 minutes) with the lowest fluorine to carbon (F/C) ratio. In addition, the primary cell prepared under this condition using carbon fluoride as the active material of the cathode showed the highest 3 F/C(3 C rate-performance) rate-performance and maintained a relatively high capacity (550 mAh/g) even at high rates. In this study, it was possible to produce lithium primary batteries with high-rate performance by adjusting the fluorine contents of carbon fluoride and the type of carbon-fluorine bonding through oxygen plasma treatment.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.179-179
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• 2010

다양한 분야에서 확산 방지막은 소자의 신뢰성 향상에 중요한 역할을 하고 있다. 최근 반도체에 적용되기 시작한 구리 배선 형성 공정에서도 실리콘이나 실리콘 산화막으로 구리가 확산하는 것을 방지하는 기술이 중요한 부분을 차지하고 있다. 기존 physical vapor deposition (PVD)법을 이용한 $TaN_x$ 확산 방지막 형성 기술이 성공적으로 적용되고 있으나 반도체의 최소선폭이 지속적으로 감소함에 따라 한계에 다다르고 있다. 20 nm 급과 그 이하의 구리 배선을 위해서는 5 nm 이하의 매우 얇고 높은 피복 단차율을 가진 확산 방지막 형성 기술이 요구된다. 또한, 요구 두께의 감소에 따라 더 우수한 확산 방지 특성이 요구된다. Atomic layer deposition (ALD)은 박막의 정교한 두께 조절이 가능하며 높은 종횡비를 가지는 구조에서도 균일한 박막 형성이 가능하다. 이번 연구에서는 다른 질소 함량을 가진 $TaN_x$ 박막을 Tertiarybutylimido tris (ethylamethlamino) tantalum (TBITEMAT) 전구체와 $H_2+N_2$ 반응성 플라즈마를 사용하여 plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) 법으로 형성하였다. 박막 내질소 함량에 따라 $TaN_x$의 상 (phase)과 미세구조 변화가 관찰되었고, 이러한 물성의 변화는 확산 방지 특성에 영향을 주었다. TEM (Transmission electron microscopy)과 SEM (scanning electron microscope), XPS (x-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 $TaN_x$의 물성을 분석하였고, 300 도에서 700 도까지 열처리 후 XRD (x-ray deffraction)와 I-V test를 통해 확산 방지막의 열적 안정성이 평가되었다. PEALD를 통해 24 nm 크기의 trench 기판 위에 약 4 nm의 $TaN_x$ 확산 방지막이 매우 균일하게 형성할 수 있었으며 향후 구리 배선에 효과적으로 적용될 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.131-131
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• 1999

비정질 카본 박막은 다이아몬드와 유사한 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 전기절연성, 화학적 안정성, 그리고 광학적 특성을 가진 재료로서 플라즈마 CVD를 이용한 합성방법으로 제조된 박막이 주로 연구되고 있다. 본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 다양한 조건의 카본 박막을 제조하였다. 카본 박막의 제조는 이온빔이 장착된 고진공 증착 장치를 이용하였고 시편의 청정시 사용된 이온빔의 조건은 빔 전압이 500V, 빔 전류는 0.1mA/cm2로 기판 청정을 거친 후 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 흑연을 증발시켜 박막을 제조하였다. 기판과 타겟의 거리는 13cm로 고정시킨 후 타겟 전류는 1A로 유지하면서 30분간 증착하였다. 기판은 Si-wafer와 glass를 주로 사용하였으며 기판 인가전압, 아세틸렌 유량, 기판 온도등을 변화시켜가면서 각각 카본 박막을 제조하였다. 비정질 카본박막의 막은 평균 두께는 0.4~1.2$\mu\textrm{m}$이며 SEM을 이용하여 단면의 성장구조를 관찰하였다. 라만 분광분석과 FTIR 분광분석을 통하여 비정질 카본 박막의 결합특성을 조사하였고 scratch tester를 이용하여 박막의 밀찰력을 관찰하였다. 제조된 박막의 두께는 아세틸렌 가스 이용시 1$\mu\textrm{m}$ 이상의 박막의 제조가 가능하였으며 카본 박막의 라만 분광특성은 고체 탄소 물질의 S와 G-peak으로 구성되어 있으며 기판 인가전압, 아세틸렌 가스 유량 변화에 따른 peak의 위치 이동 및 FWHM의 변화를 관찰하였다. RFIR 결과는 아세틸렌 가스의 유량이 증가에 따라 C-H 결합 분포가 증가며 기판 인가 전압이 증가할수록 C-H 결합분포가 감소하는 경향이 나타냈다. 이는 이온 충돌 효과에 따라 결합력이 약한 C-H 결합이 우선적으로 파괴되는 현상으로 생각되어 진다. Scartch tester 측정 결과 박막의 밀착력은 실험조건에 따른 경샹성은 보이고 있지 않으나 10N 정도이며 60N 이상의 강한 밀착력을 가진 박막도 제조되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.125-125
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• 2018

반도체 소자의 미새화에 따라 선폭이 10nm 이하로 줄어듦에 따라, 금속 배선의 저항이 급격하게 상승하고 있다. Cu는 낮은 저항과 높은 전도도를 가지고 있어 현재 배선물질로써 가장 많이 사용되고 있지만, 소자가 미세화됨에 따라 Cu를 미래의 배선물질로써 계속 사용하기에는 몇 가지 문제점이 제기되고 있다. Cu는 electron mean free path (EMFP)가 39 nm로 긴 특성을 가지기 때문에, 선폭이 줄어듦에 따라 surface 및 grain boundary scattering이 증가하여 저항이 급격하게 증가한다. 또한, technology node에 따른 소자의 operating temperature와 current density의 증가로 인해 Cu의 reliability가 감소하게 된다. 텅스텐은 EMFP가 19 nm로 짧은 특성을 가지고 있어, 소자의 크기가 줄어듦에 따라 Cu보다 낮은 저항 특성을 가질 수 있으며, 녹는점이 3695K로 1357K인 Cu보다 높으므로 배선물질로써 Cu를 대체할 가능성이 있다. 본 연구에서는 Inductively Coupled Plasma (ICP) assisted magnetron sputtering을 통해 매우 얇은 텅스텐 박막을 증착하여 저항을 낮추고자 하였다. 고밀도 플라즈마의 방전을 위해, internal-type coil antenna를 사용하였으며 텅스텐 박막의 증착을 위해 DC sputter system이 사용되었다. 높은 에너지를 가진 텅스텐 이온을 이용하여 낮은 온도에서 고품위 박막을 증착할 수 있었으며, dense한 구조의 박막 성장이 가능하였다. ICP assisted를 이용하여 증착했을 때와, 그렇지 않을 때를 비교하여 ICP 조건에 따라서 박막의 저항이 감소함을 확인할 수 있었을 뿐만 아니라 최대 약 65% 감소함을 확인할 수 있었다. XRD를 이용하여 ICP power를 인가했을 때, 높은 저항을 갖는 A-15 구조를 가진 ${\beta}$ peak의 감소와 낮은 저항을 갖는 BCC 구조를 가진 ${\alpha}$ peak의 증가를 상온과 673K에서 증착한 박막 모두에서 확인하였으며, 이를 통해 ICP power가 저항 감소에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 또한, 두 온도 조건에서 grain size를 계산하여 ICP power를 인가함에 따라 두 조건 모두 grain size가 증가하였음을 조사하였다. 또한, XPS 분석을 통해 ICP power를 인가하였을 때 박막의 저항에 많은 영향을 끼치는 O peak이 감소하는 것을 통해 ICP assisted의 효과를 확인하였다. 이를 통해, ICP assisted magnetron sputtering을 통해 텅스텐 박막을 증착함으로써 차세대 배선물질로써 텅스텐의 가능성을 확인할 수 있었다.