• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.84-84
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• 2012

소자가 고집적화 됨에 따라, 비저항이 낮고 electro migration (EM), Stress Migration (SM) 특성이 우수한 구리(Cu)를 배선재료로서 사용하고 있다. 그러나, 구리는 Si과 $SiO_2$의 내부로 확산이 빠르게 일어나, Si 소자 내부에 deep donor level을 형성하고, 누설 전류를 증가시키는 등 소자의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 그러나, electroplating 을 이용하여 증착한 Cu 박막은 일반적으로 확산 방지막으로 쓰이는 TiN, TaN, 등의 물질과의 접착 (adhesion) 특성이 나쁘다. 따라서, Cu CMP 에서 증착된 Cu 박막의 벗겨지거나(peeling), EM or SM 저항성 저하 등의 배선에서의 reliability 문제를 야기하게된다. 따라서 Cu 와 접착 특성이 좋은 새로운 확산방지막 또는 adhesion layer의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 이러한 Cu 배선에서의 접착성 문제를 해결하고자 Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)을 이용하여 제조한 코발트(Co) 박막을 $Cu/TaN_x$ 사이의 접착력 개선을 위한 adhesion layer로 적용하려는 시도를 하였다. Co는 비저항이 낮고, Cu 와 adhesion이 좋으며, Cu direct electroplating 이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 수소 분위기에서 $C_{12}H_{10}O_6(Co)_2$ (dicobalt hexacarbonyl tert-butylacetylene, CCTBA) 전구체에 의한 MOCVD Co 박막의 경우 탄소, 산소와 같은 불순물이 다량 함유되어 있어, 비저항, surface roughness 가 높아지게 된다. 따라서 구리 전착 초기에 구리의 핵 생성(nucleation)을 저해하고 핵 생성 후에도 응집(agglomeration)이 발생하여 연속적이고 얇은 구리막 형성을 방해한다. 이를 해결하기 위해, MOCVD Co 박막 증착 시 수소 반응 가스에 암모니아를 추가로 주입하여, 수소/암모니아의 분압을 1:1, 1:6, 1:10으로 변화시켜 $Co/TaN_x$ 박막의 특성을 비교 분석하였다. 각각의 수소/암모니아 분압에 따른 $Co/TaN_x$ 박막을 TEM (Transmission electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), AES (Auger electron spectroscopy)를 통해 물성 및 조성을 분석하였고, AFM (Atomic force microscopy)를 이용하여, surface roughness를 측정하였다. 실험 결과, $Co/TaN_x$ 박막은 수소/암모니아 분압 1:6에서 90 ${\mu}{\Omega}-cm$의 낮은 비저항과 0.97 nm 의 낮은 surface roughness 를 가졌다. 뿐만 아니라, MOCVD 에 의해 증착된 Co 박막이4-6 % concentration 의 탄소 및 산소 함량을 가지는 것으로 나타났고, 24nm 크기의 trench 기판 위에 약 6nm의 $Co/TaN_x$ 박막이 매우 균일하게 형성된 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들은, 향후 $Co/TaN_x$ 박막이 Cu direct electroplating 공정이 가능한 diffusion barrier로서 성공적으로 사용될 수 있음을 보여준다.

• 원자력산업
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• 제36권11호
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• pp.29-44
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• 2016

1980~1990년대 OPR1000 기술 자립을 추진할 때도 그랬지만 한국은 원자력 기술 자립에 대한 도전이 선진국에 비해 늦었지만 과학기술자의 열정과 정부의 적극적인 지원으로 오늘날 원자력 선진국이 될 수 있었고, 원자력산업을 해외 수출 산업으로서 다양한 노력을 시도하고 있다. 특히 국내 가동 중인 원전은 외국과 차별되게 1기당 고장 정지율이 0.1건으로 외국 평균의 5.5건과 크게 대별된다. 또한 운전 신뢰성을 나타내는 발전소 가동률도 10% 이상 차로 월등히 높다. 한마디로 한국은 가장 원전의 기술 개발과 운영을 잘하고 있는 원전 선진국임을 자타가 인정하고 있다. 그러나 현재의 기술 수준에 머물면 미래 원전 기술에서는 다른 선진국 내지 중국, 인도 등 신흥국에 그 자리를 양보할 수밖에 없을 것이다. 미래 원자력이란 시대적 요건인 고유 안전성과 지속 가능성을 확보하고 경제성과 함께 핵확산 저항성이 전제되는 원자력 신기술로서 세계와의 경쟁 대상이다. 여기에 핵연료 자원의 유한성에 지속 가능성을 확보하기 위해서 우라늄 효율을 극대화하는 제4세대의 고속로 개발까지 우리나라는 선도적 위치로 가야 한다. 이 기술 개발 역시 출발은 늦었지만 적극적인 개발을 추진하고 있어 소듐고속로의 시현 원자로인 PGSFR을 2028년까지 완성하는 목표를 달성하면, 이를 근간으로 세계 선진국의 경쟁 대열에 나설 수 있다. 정부의 적극적인 지원이 선도적 위치에 갈 수 있는 지름길이다. 고속로 기술 개발과 관련하여 사용후핵연료(SF)의 국가 정책이 아직 확정되지 않아 재활용주기를 전제하고 있는 고속로 개발에 어려움을 주고 있다. 따라서 SF 부지를 2028년까지 확정하는 일정과 함께 국가 SF 정책이 조속히 확정되어야 한다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제7권4호
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• pp.213-218
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• 2009

전해제련 공정은 악티늄족 원소를 동시에 회수하는 공정으로써, Pyroprocessing의 핵확산 저항성을 보장하는 중요한 공정이다. 공학규모의 전해제련 장치를 설계하기 위한 기본 도구를 개발하기 위해서 실험실 규모의 장치에 대한 열전달 해석을 수행하였다. 열전달 해석을 수치 해석적으로 계산하기 위해 ANSYS CXF 상용 코드를 사용하였다. 열전달 해석 결과, 가열부의 길이가 수직으로 용융염의 높이보다 약3배 이상이 되었을 때, 용융염의 온도를 일정하게 유지할 수 있었으며, 냉각부의 길이는 그 영향이 미비하였다. 전해조 덮개 아래의 아르곤 가스의 온도는 냉각 판의 개수에 따라 감소하였으며, 5개 이상 설치 할 경우 $250^{\circ}C$ 이하로 유지할 수 있음을 보였다. 이러한 계산 결과는 실제 실험 장치에서 측정된 장치 내부 온도 분포와 경향성이 일치하는 것을 볼 수 있었다. 본 연구에서 해석 된 전해제련 장치의 열 분포 특성은 공학규모 장치의 설계를 위해 중요한 자료로 사용 될 수 있을 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권6호
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• pp.700-708
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• 2013

파이로 공정은 고속로와의 연계성과 핵확산 저항성 등의 장점으로 최근 사용후핵연료 관리 이슈 해결과 유용자원 재활용 제고의 목적으로 개발되고 있다. 파이로 공정은 전체적으로 습식과정을 배제하고 고온에서 진행되는 건식 기술들에 바탕을 두고 있다. 전기화학적 이론에 기초한 파이로 공정은 전처리 공정이 필요하며 고온 휘발산화 공정이 전해환원 공정의 전처리 공정으로 개발되고 있다. 다양한 기체 조건들이 고온 휘발산화 공정에 적용가능하며 이 과정에서 Cs의 거동의 이해는 전체 파이로 공정에서 폐기물 특성과 열부하 해석을 위해 중요한 요소이다. 본 연구에서는 Cs-Te-O 시스템에 대해 반응 평형을 기준으로 기체-고체 반응 거동을 해석함으로서 기체조건에 따른 화학성분들의 변화를 계산하였다. $Cs_2TeO_3$와 $Cs_2TeO_4$에 대해 Tpp 도표를 통해 화합물을 선정하였으며 산화분위기에서는 상대적으로 안정적임을 확인하였으며 고온 환원 분위기에서는 Cs와 Te가 모두 휘발 제거될 수 있음을 보였다. 본 연구는 파이로 공정의 첫 화학적 분배가 발생되는 휘발산화 공정에서 Cs 거동을 예측할 수 있는 기초 자료를 제공하였으며 전체 공정의 물질수지 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 에너지공학
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• 제25권2호
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• pp.52-64
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• 2016

토륨은 우라늄에 비해 풍부한 자원으로서의 가치와 핵분열 물질인 U233을 증식하고, 장주기 액티나이드 핵종 발생이 감소하는 특성으로 인해 원자력 연구개발 초기부터 우라늄 주기와 함께 주요 연구대상이었다. 하지만 토륨은 자체적으로 핵분열이 불가능하므로 에너지원으로 활용하기 위해서는 별도의 외부 중성자원이 필요하고, 토륨 주기 과정에서 고방사성 물질이 발생하며, 효과적인 증식을 위해서는 긴 시간의 중성자 조사가 필요했다. 이에 따른 기술적 어려움과 연구개발 필요성의 감소로 1970년대 중반 이후 토륨 관련 연구가 거의 중단되었다. 하지만 1990-2000년대에 에너지 자원에 대한 사회적 시각 변화와 외부 중성자 공급원으로 이용하는 가속기 구동 원자로의 출현으로 과거 토륨주기의 단점으로 지목되었던 성질들이 오히려 핵확산 저항성과 감시성을 높이고, 가속기 구동 원자로의 미임계 운전 특성에 의한 원자력 안전성 증대라는 장점으로 부각되어 토륨에 관한 연구가 세계적으로 활발히 추진되고 있다. 본 연구에서는 토륨주기의 장단점을 우라늄주기와 비교, 분석하고 가속기 구동형 원자로를 이용한 토륨 연구의 기술 현황을 분석한다.