• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.26 no.3
• /
• pp.59-62
• /
• 2019

In this study, we have developed solution-processed, F-doped In-Ga-Zn-O semiconductors and investigated their applications to thin-film transistors. In order for forming the appropriate channel layer, precursor solutions were formulated by dissolving the metal salts in the designated solvent and an additive, ammonium fluoride, was incorporated additionally as a chemical modifier. We have studied thermal and chemical contributions by a thermal annealing and an incorporation of chemical modifier, from which it was revealed that electrical performances of the thin-film transistors comprising the channel layer annealed at a low temperature can be improved significantly along with an addition of ammonium fluoride. As a result, when the 20 mol% fluorine was incorporated into the semiconductor layer, electrical characteristics were accomplished with a field-effect mobility of $1.2cm^2/V{\cdot}sec$ and an $I_{on}/_{off}$ of $7{\times}10^6$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.08a
• /
• pp.400-401
• /
• 2012

그래핀(Graphene)은 열 전도도가 높고 전자 이동도(200 000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET), 유기 전자 소자(Organic electronic device)와 광전자 소자(Optoelectronic device) 같은 반도체 소자에 응용 가능하다. 그러나 에너지 밴드 갭이 없기 때문에 소자의 전기적 특성이 제한되는 단점이 있다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ion-irradiation) 등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization) 등의 방법으로 그래핀을 도핑 후 에너지 밴드 갭을 형성시키는 연구 결과들이 보고된 바 있다. 그러나 이러한 방법들은 표면이 균일하지 않고, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가조립 단층막(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 이산화규소(Silicon oxide; SiO2) 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면 그래핀의 일함수를 쉽게 조절하여 소자의 전기적 특성을 최적화할 수 있다. SAMs는 그래핀과 SiO2 사이에 부착된 매우 얇고 안정적인 층으로 사용된 물질의 특성에 따라 운반자 농도나 도핑 유형, 디락 점(Dirac point)으로부터의 페르미 에너지 준위(Fermi energy level)를 조절할 수 있다[1-3]. 본 연구에서는 SAMs한 기판을 이용하여 그래핀의 도핑 효과를 확인하였다. CVD를 이용하여 균일한 그래핀을 합성하였고, 기판을 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)와 Borane-Ammonia(Borazane)을 이용하여 각각 아민 기(Amine group; -NH2)와 보론 나이트라이드(Boron Nitride; BN)로 기능화한 후, 그 위에 합성한 그래핀을 전사하였다. 기판 위에 NH2와 BN이 SAMs 형태로 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)을 통해 확인하였고, 그 결과 NH2와 BN에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.175-175
• /
• 2008

투명전극으로 사용되고 있는 Indium tin oxide (ITO) 박막은 전기적 전도도와 기판과의 접확성, 화학적 안정성, 광투과율 등의 특성과 함께 우수한 전기 광학적 거동을 보이고 있다. 그러나 ITO는 고가의 재료이기 때문에 대체 투명전극으로 Al을 도핑한 ZnO 박막의 연구가 활발히 진행되고 있다. ZnO:Al 박막은 chemical vapor deposition, reactive magnetron sputtering, electron-beam evaporation, pulsed laser deposition 등의 당양한 방법을 이용하여 증착하였다. 그러나 최근 낮은 온도에서 대면적의 균일성과 우수한 특성 때문에 atomic layer depositon (ALD) 방법을 이용하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 이런 투명전극은 태양전지를 위해 연구되어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 ALD 방법으로 Al의 도핑 양을 조절하여, ZnO:Al 박막을 제조하여 그 특성을 평가하고, 또한 ZnO TFT를 제작하여 발표하고자 한다. ZnO와 ZnO:Al 박막은 실리콘과 유리 기판 위에 ALD (Lucida-D200, NCD Technology) 장치로 증착하였다. DEZn, TMA, $H_2O$는 ZnO와 ZnO:Al 박막을 증착하기 위한 전구체와 반응가스로 사용하였다. 증착된 박막은 XRD와 HRTEM을 이용하여 결정구조와 미세구조를 분석하였다. AFM과 4-point probe를 이용하여 증착된 박막의 표면 거칠기와 면저항을 관찰하였다. semiconductor parameter 분석기를 이용하여 제작된 ZnO TFT를 평가하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.32 no.6
• /
• pp.632-639
• /
• 2021

In this research, fluorine doping was performed to enhance the photocatalytic activities of WO₃ which were measured using methylene blue dye. WO_3-xF_x photocatalyts were prepared by a vaper phase fluorination during a sintering for preparing WO₃ photocatalysts from a WCl₆ precursor. The bandgap energy of WO₃ photocatalysts decreased from 2.95 eV to 2.54 eV, and the oxygen vacancies site increased by about 55% after fluorine doping. In addition, the initial degradation efficiency of methylene blue showed that the fluorine doped sample showed a 6-fold increase in photocatalytic activities from 10% to 60% compared to that of the untreated sample. It is believed that fluorine is doped to reduce the band gap of photocatalysts, enabling the catalytic activity with low energy, and that oxygen vacancies-generated surface defects increase the visible light absorption region of WO₃ photocatalysts, thereby increasing photocatalytic activity. In this study, it was confirmed that fluorine-doped WO_3-xF_x photocatalysts with an excellent photocatalytic activity can be manufactured easily using a one-step vaper phase fluorination that does not require a post-treatment process.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.379.1-379.1
• /
• 2014

그래핀은 뛰어난 기계적, 화학적, 광학적, 전기적 특성을 가지고 있는 2차원 물질로써, 화학기상증착법을 이용한 대면적 합성법과 전사 공정을 통해 다양한 기판에서 사용이 가능해지면서 차세대 전자소재로 활용하기 위한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 상온 대기에서 간편하게 적용 가능한 고분자용액공정을 도입하여, 그래핀과 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)의 다양한 적층구조를 제작하였다. 폴리에틸렌이민의 높은 밀도의 극성 기능기와 그래핀의 가스배리어 특성을 이용한 상호 보완적인 구조를 형성하여 외부 환경에 장시간 안정적이고 효과적인 n형 도핑 효과를 유지하였다. 그래핀에 결함 형성없이 도핑 농도 조절이 가능하며, 그래핀 고유의 선형적인 상태밀도를 이용한 일함수 조절효과를 확인하였다. 그래핀 p-n 접합 소자를 제작을 통해 베젤라고 렌즈 효과, 반정수 양자 홀 효과를 이용한 기초 연구에 접근이 가능할 것으로 보이며, 응용 분야에서는 태양광전지, 유기 전자 소자 분야 등 그래핀을 이용한 전기적 접촉 개선에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.55 no.6
• /
• pp.861-867
• /
• 2017

In order to improve the capacity and cycling stability of Ni-rich NCA cathode materials for lithium ion batteries, the boron and cobalt were doped in commercial $Li_{1.06}Ni_{0.91}Co_{0.08}Al_{0.01}O_2$ (NCA) powders. Commercial NCA particles are mixed composites such as secondary particles of about $5{\mu}m$ and $12{\mu}m$, and the particle size was decreased by doping boron and cobalt. The initial discharge capacities of the boron and cobalt doped NCA-B and NCA-Co were found to be 214 mAh/g and 200 mAh/g, respectively, which are higher values than that of the raw NCA cathode material. In particular, NCA-Co exhibits the best discharge capacity of 157 mAh/g after 20 cycles, which is probably due to the enhanced diffusion of lithium ion by crystal growth along with the c-axis direction.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.197.2-197.2
• /
• 2014

그래핀(graphene)의 라만 스펙트럼은 전하밀도(charge density)와 기계적 변형(strain)에 민감하여 연구에 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 기계적 박리법으로 만든 그래핀에 황산 수용액으로 p-형 화학도핑(chemical doping)을 유발시키고 전하밀도의 변이에 따른 라만 스펙트럼의 변화를 조사하였다. 이러한 변화를 통해 황산과 물 분자의 계면 확산을 이해하고, $SiO_2/Si$ 기판의 화학적 특성이 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 분자의 효율적인 계면 확산을 위해 고온 산화반응을 이용하여 그래핀의 기저면에 나노공(nanopore)을 만든 후, 액상에서 라만 스펙트럼을 측정하였다. 증류수 속에 담궜을 때 물 분자가 그래핀-기판 계면 사이로 확산되면서 열처리에 의해 유발된 정공이 사라짐을 확인하고, D-봉우리의 가역적인 변화로부터 그래핀의 구조적 변화를 유추하였다. 황산 농도를 증가시켰을 때 G와 2D-봉우리의 진동수가 상호간에 일정한 비율로 증가하여 정공의 밀도가 증가함 알 수 있었다. 동일한 시료에 대해 황산의 농도를 감소시킴으로써 p-형 도핑을 제거하고 동일한 반응을 가역적으로 반복할 수 있었다. 상기한 분자의 2차원 확산 현상은 나노공의 유무와 기판의 전처리 조건에 따라 크게 달라진다는 사실을 확인 할 수 있었다. 또한 여러 파장에서 측정된 전하밀도와 기계적 변형에 의한 G와 2D-봉우리의 진동수 변화로부터 다른 연구자들이 활용할 수 있는 검정곡선을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.99.1-99.1
• /
• 2017

$TiO_2$는 기계적, 화학적 안정성이 높아 가혹한 화학적 환경 또는 고온 운전 조건에서 훌륭한 내구성을 보여주어 산업적으로 일찍이 널리 이용되어 왔다. 예를 들어, 염소발생 (chlorine evolution reaction) 또는 산소발생반응은 (oxygen evolution reaction) 염소 또는 산소 라디칼에 전극이 지속적으로 노출되기에 강한 내부식성을 지닌 전극재가 요구되었고, 그 결과 $TiO_2$를 골조로 한 불용성전극 (dimensionally stable anode)이 개발되어 이용되고 있다. 그러나, $TiO_2$는 절연성이 높은 금속 산화물 재료이기 때문에 넓은 표면적 획득 및 촉매제 사용을 통해 소재의 단점을 극복해야만 한다. 넓은 반응 표면적 획득의 한 방법으로써 전기화학적 양극산화 (electrochemical anodization)를 통한 $TiO_2$ 나노튜브 제조법은 경제적이면서도 구조 제어도 간편한 방법이다. $TiO_2$ 나노튜브는 100nm 전후의 기공 크기를 가짐과 동시에 매우 높은 종횡비를 지니고 있어 넓은 반응 표면적 획득에 특히 유리하다. 그러나, 이 높은 종횡비는 촉매 도입을 어렵게 하는 저해요소가 되기도 한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 방법들이 연구되었으나 대부분이 번거롭거나 비싼 후단공정을 필요로 한다. 본 연구에서는 $TiO_2$ 나노튜브에 촉매를 도핑하기 위한 간단한 전기화학적 방법으로, 단일공정 양극산화법 (single-step anodization)과 전압충격법 (potential shock), 그리고 저전압충격법 (under potential shock)을 연구하였으며 이에 적용 가능한 촉매제의 종류를 소개한다. 또한, 촉매의 성질에 따른 응용분야와 그 성능평가 결과를 제시한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2018.06a
• /
• pp.137-137
• /
• 2018

이 연구에서는 리튬이온전지용 음극 활물질의 리튬이온 저장 용량을 최적화시키기 위한 새로운 방법이 제안되었다. 그 방법은 솔루션 플라즈마 프로세스를 사용하여 원자 단위의 리튬을 탄소 기반 물질의 내부에 도핑 시키고, 열처리를 통해 그 내부를 재설계하는 것이다. 리튬이온전지용 음극 활물질로 리튬금속 자체를 사용하려는 시도는 있었으나, 이는 충전 및 방전 사이클이 반복됨에 따라 리튬이 수지상으로 석출되어 내부를 단락시키거나, 리튬금속 자체의 폭발성에 의한 취급상의 제약이 있었다. 한편, 원자 단위로 탄소 내부에 도핑 된 리튬은 열처리 과정 동안 탄소 내부에서 확산함으로써 더 많은 리튬이 저장될 수 있는 공간을 만들었고, 사이클이 반복됨에 따라 서서히 충전 및 방전 반응에 참여함으로써 전지의 성능을 개선시켰다. 리튬이 도핑 된 탄소의 전기화학적 테스트 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 실험 결과에서 보여진 초기 고용량 및 장기 사이클 특성은 탄소 내부에 도핑 된 리튬이 전지 성능의 향상에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 또한, 사이클이 반복됨에 따라 점차 증가하는 용량은 첫 사이클에서 형성된 solid electrolyte interphase의 비가역 용량을 보상할 수 있을 것으로 생각된다. 이상의 결과를 통해, 탄소 내부에 원자단위의 리튬을 도핑시키는 새로운 접근은 리튬이온전지의 성능 개선을 위한 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 보이며, 향후 리튬 이외의 다른 원소들, 즉 소듐과 같은 물질에 대하여 도핑을 시도한다면 새로운 분야에서 이와 같은 접근법이 유용하게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.22 no.5
• /
• pp.270-275
• /
• 2013

Single-layer graphene layers have been synthesized by using chemical vapor deposition, subsequently transferred on 300 nm $SiO_2/Si$ and quartz substrates, and doped with $AuCl_3$ by spin coating for various doping concentrations ($n_D$) from 1 to 10 mM. Based on the $n_D$-dependent variations of Raman frequencies/peak-intensity ratios, sheet resistance, work function, and Dirac point, measured by structural, optical, and electrical analysis techniques, the p-type nature of graphene is shown to be strengthened with increasing $n_D$. Especially, as estimated from the drain current-gate voltage curves of graphene field effect transistors, the hole mobility is very little varied with increasing $n_D$, in strong contrast with the $n_D$-dependent large variation of electron mobility. These results suggest that $AuCl_3$ is one of the best p-type dopants for graphene and is promising for device applications of the doped graphene.