• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.192-192
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• 2011

Mo 박막은 열적 안전성과 전기 전도성이 우수한 소재로 CIGS 태양전지의 배면전극으로 사용되고 있다. 스퍼터링법에 의한 Mo 박막의 전도성은 공정압력에 민감하여 높은 압력과 낮은 압력에서 이중박막으로 제조되고 있다. 연구에서는 압력에 크게 영향을 받지 않으면서 전도성이 $10{\mu}{\Omega}-cm$ 이하로 우수한 Mo 박막을 얻을 수 있는 아크 이온플레이팅법으로 Mo 박막을 제조하였다. 그러나 Mo 박막 증착시에 나타나는 높은 압축응력은 기재(Soda lime Glass; SLG)와의 밀착성을 떨어뜨렸다. 기재(SLG)와의 밀착성을 확보하기 위해 Ti 중간층($0.3{\mu}m$, $0.9{\mu}m$)을 증착하고 그 위에 Mo 박막을 증착하여 전도성이 우수한 박막을 제조하였으나 여전히 압축잔류응력의 문제점을 보였다. 압축응력의 완화를 위해 CIGS 박막이 제조되는 $550^{\circ}C$의 온도에서 열처리를 1시간 수행하였다. 열처리를 통해 열처리 전과 후에 나타나는 전도성과 잔류응력의 변화를 공정압력(5 mTorr~30 mTorr)별로 알아보았다. 사용된 시험편은 Si wafer, SLG, SUS계 소재를 이용하였으며 공정압력별로 아크 타겟에 인가되는 전류는 100 A로 고정하였고, 바이어스 전압은 0V, -50V를 인가하였다. 열처리 전과 후에 전도성은 크게 변화가 관찰되지 않았으나 잔류응력에는 많은 변화가 관찰 되었다. 잔류응력은 공정압력(5mTorr~30mTorr)별로 응력 완화가 일어났으며, 바이어스 전압이 0V에서 공정압력이 5 mTorr일 때 열처리 전에 측정된 1346 MPa 압축응력이 열처리 후에는 188 MPa의 인장응력을 나타내었다. 이러한 응력 변화에 대해 XRD와 SEM으로 구조분석을 통해 Mo 박막의 결정성과 전도성 및 잔류응력의 상관관계에 대해 알아보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.165.1-165.1
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• 2016

Zn의 수요는 매년 증가하지만 매장량의 한계로 대체용 물질계가 개발이 필요한 시점이다. Zn보다 상대적으로 풍부하고 동일 두께의 Zn 코팅층과 비교하여 우수한 내식성을 보이는 Al과 Mg의 코팅층을 제작하여 Al-Mg 코팅 강판의 특성 분석 및 평가를 실시하였다. Al-Mg 코팅층은 99.99%의 Al, 99.9%의 Mg target을 사용하여 스퍼터링을 이용하여 냉연강판 위에 코팅하였다. 증발물질과 기판과의 거리는 7cm 이며, 기판은 세척을 실시한 후 클리닝 챔버에 장착하고 ~10-5 Torr 까지 진공배기를 실시하였다. 클리닝 챔버가 기본 압력까지 배기되면 아르곤 가스를 주입하고 기판 홀더에 -800 V의 직류 전압을 인가하여 약 30분간 글로우 방전 청정을 실시하였다. 기판의 청정이 끝나면 아르곤 가스를 차단하고 코팅 챔버로 시편을 이송 후 코팅층 성분의 구성형태에 따라 Al과 Mg을 코팅하였다. Al-Mg 코팅층은 $3{\mu}m$의 두께를 기준으로 Mg wt.%의 비율을 5% ~ 90%까지 변화시키며 코팅하였다. 그리고 후속 공정으로 질소 분위기 $400^{\circ}C$에서 10분간 열처리를 하였다. Al-Mg 코팅층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 표면에서는 Al-Mg 코팅층에 존재하는 Mg 함량이 높아질수록 grain의 크기가 증가하였고 단면에서는 열처리 전의 치밀한 구조에서 열처리 후에는 주상구조 혹은 grain 구조가 선명해지는 것을 볼 수 있었으며 글로우방전분광기로 Al과 Mg의 성분 비율변화를 확인할 수 있었다. 또한 Al-Mg가 코팅된 강판을 염수분무시험을 통해서 내부식 특성을 확인하였다. Al-Mg 코팅 강판의 염수분무시험 결과, Mg 함량이 낮은 Al-Mg 코팅층은 열처리 후 뚜렷한 내식성 향상을 보였으며 Mg 조성 변화에 따라 일정한 경향성을 보였다. 하지만 Mg 함량이 높은 Al-Mg 코팅층은 열처리 후 급격한 내식성 저하와 함께 시편간의 편자가 커지는 것을 확인 할 수 있었다. 최적의 내식성을 보이는 Mg의 조성을 확인하기 위해서는 향후 보다 변별력이 높은 평가가 결과가 필요하다고 판단되어진다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권5호
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• pp.600-607
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• 2011

고탄소강은 사용자가 요구하는 특성을 만족시키기 위해 침탄, 질화, 고주파담금질 등에 의해 표면처리 되어져 왔다. 그러나 기존의 처리 방법은 모두 처리물 전체를 가열하거나 균일한 가열을 하지 못하여 표면처리 후 변형의 문제와 처리후의 후가공의 경비문제, 그리고 극히 일부분만 경화가 필요한 부품에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 표면처리법으로로써 레이저열처리 방법이 대두대고 있으며, 레이저열처리는 레이저 빔을 피처리물의 표면에 조사하고 적당한 속도로 이동을 하게 되면 레이저조사부위가 급속하게 가열되고 레이저 빔이 통과한 후에는 표면의 열이 내부로 열전도 되어 급속히 자기냉각(self-quenching)됨으로써 표면에 새로운 기계적 성질을 갖게 하는 열처리법이다. 본 연구에서는 기존의 CW Nd:YAG 레이저 열원보다 효율이 좋은 HPDL을 이용한 고효율, 고기능의 고탄소강 열처리 후 재료적 물성을 평가하였다. 그 결과 레이저빔의 조사속도 및 온도변화에 따른 열처리부 및 모재 부분에 대한 경도특성 및 미세조직의 특성을 명확히 할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.33-36
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• 2009

고효율 양자점 태양전지를 위하여 $Si_{1-x}C_x$ 박막 내에 Si 양자점을 형성한 박막을 제작하고 그 특성을 분석하였다. $Si_{1-x}C_x$ 박막은 Si과 C target을 co-sputtering하여 증착하였다. C target의 RF power를 변화시켜 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비를 조절하였으며, 조성비는 auger electron spectroscopy로 정량적으로 측정하였다. 이 박막들을 질소 분위기에서 후 열처리하여 high resolution transmittance electron microscopy로 확인한 결과 박막 내에 2~10nm 크기의 양자점이 형성된 것을 관측할 수 있었다. 이 양자점은 transmittance electron diffraction과 grazing incident X-ray diffraction을 통해 Si 양자점과 SiC 양자점이 형성되었음을 알 수 있었다. Raman 측정 결과에서는 후 열처리한 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비가 증가할 수록 crystal Si peak의 shift가 증가함을 알 수 있었고, 이를 통해 양자점의 크기도 함께 계산할 수 있었다. Fourier transform infrared spectroscopy을 통해 후 열처리한 Si1-xCx 박막의 양자점의 형성 원인을 추정하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권9호
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• pp.5460-5466
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• 2014

본 연구에서는 실생활에 많이 이용되며 주로 주방용 식기 및 식칼, 소형칼, 주방 가위 등으로 널리 사용되는 STS420J2를 실험소재로 사용하였다. 마르텐사이트계 스테인리스강은 Cr13%이상 함유하고 있어 약 $1,050^{\circ}C$를 정점으로 하여 그 이상의 고온에서는 저하하는 단점을 가지고 있다. 실험에 사용되는 시험편 표면에 표면경화를 수행하기 위하여 #200 ~ #1500의 순서대로 미세연마 후 거친연마 가공을 실시하였으며, 다이오드 레이저의 표면경화 열처리 후에 자기냉각효과를 고려하여 $100{\times}50{\times}10$의 판재로 시험편을 제작하여 실험하였다. 소재 표면에 다이오드 레이저를 이용하여 국소부위에 표면경화 열처리를 수행하였다. 이때 다이오드 레이저의 출력과 이송속도를 공정조건으로 하여, 미세경도시험, 미세조직시험, 전자 주사 현미경(SEM), 입열량을 분석하였다. 분석 후에는 실험소재의 기계적 특성을 비교하여, 타 표면경화법에 비해 다이오드 레이저를 이용하였을 때의 표면경화 열처리 신뢰성과 우수함 그리고 최적의 공정조건을 도출하였다. 열처리 후 경화부는 Plate martensite로 경화 되었으며. 경도값은 Hv606.2로 열처리 후 약 3배 이상 표면경도가 향상되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.1620-1625
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• 2015

본 연구에서는 산업현장에서 각종 기어나, 축, 체인, 롤러, 금형, 자동차강판 등으로 널리 쓰여 지는 기계구조용 탄소강인 SM45C를 실험소재로 사용하였다. 실험에 사용되는 시험편 표면에 표면경화를 수행하기 위하여 #200 ~ #1500의 순서대로 미세연마 후 거친연마의 연마가공을 실시하였으며, 다이오드 레이저의 표면경화 열처리 후에 자기냉각효과를 고려하여 $100{\times}50{\times}10$의 판재로 시험편을 제작하여 실험하였다. 소재 표면에 다이오드 레이저를 이용하여 국소부위에 표면경화 열처리를 수행하였다. 이때 다이오드 레이저의 출력과 이송속도를 공정조건으로 하여, 미세경도시험, 미세조직시험, 전자 주사 현미경(SEM), 입열량을 분석하였다. 분석 후에는 실험소재의 기계적 특성을 비교하여, 타 표면 경화법에 비해 다이오드 레이저를 이용하였을 때의 표면경화 열처리 신뢰성과 우수함 그리고 최적의 공정조건을 도출하였다. 열처리 후 경화부는 판상 마르텐사이트로 경화 되었으며. 경도값은 Hv729.5로 열처리 후 약 2.3배 이상 표면경도가 향상되있는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권3호
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• pp.219-224
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• 2017

본 연구는 수송기계 축 등에 이용되는 캠 형상 부분만을 기존의 단조품인 SF45와 축 부분은 일반기계구조용 탄소강재인 SM45C를 직경 20 mm를 이용하여 이종 마찰용접을 수행하였다. 최적조건을 규명하기 위해 인장시험 등 용접품질과의 상관관계를 고찰하였고, 또한 최적조건에서 마찰용접 후 열처리를 시행하여 용접재(As-welded)와 후열처리재(PWHT)에 대한 회전굽힘 피로시험을 시행하였다. 결과적으로 두 이종재가 강한 혼합으로 계면에서도 개재물 및 산화막이 플래시로 토출되어 양호한 접합상태임을 확인하였다. 더욱이 모재(SF45)와 후열처리재의 피로한도 각각 180 MPa, 250 MPa로 나타났다. 이는 후열처리재가 SF45 모재에 비해 약 40 %의 피로수명이 향상되었음을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.211.1-211.1
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• 2015

최근 용액 공정을 이용한 산화물 반도체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 넓은 밴드갭을 가지고 있는 산화물 반도체는 높은 투과율을 가지고 있어 투명 디스플레이에 적용이 가능하다. 기존의 박막 진공증착 방법은 진공상태를 유지하기 위한 장비의 가격이 비싸며, 대면적의 어려움, 높은 생산단가 등으로 생산율이 높지 않다. 하지만 용액 공정을 이용하면 대기압에서 증착이 가능하고 대면적화가 가능하다. 그리고 각각의 조성비를 조절하는 것이 가능하다. 이러한 장점에도 불구하고, 소자의 신뢰성이나 저온공정은 중요한 이슈이다. Instability는 threshold voltage (Vth)의 shift 및 on/off switching의 신뢰성과 관련된 parameter이다. 용액은 소자의 전기적 특성을 열화 시키는 수분 과 탄소계열의 불순물을 다량 포함 하고 있어 고품질의 박막을 형성하기 위해서는 고온의 열처리가 필요하다. 기존의 열처리는 고온에서 장시간 이루어지기 때문에 유리나 플라스틱, 종이 기판의 소자에서는 불가능하지만 $100^{\circ}C$ 이하의 저온 공정인 microwave를 이용하면 유리, 플라스틱, 종이 기판에서도 적용이 가능하다. 본 연구에서는 산화물 반도체 중에서 InGaZnO (IGZO)를 용액 공정으로 제작한 juctionless thin-film transistor를 제작하여 기존의 열처리를 이용하여 처리한 소자와 microwave를 이용해서 열처리한 소자의 전기적 특성을 한 달 동안 관찰 하였다. 또한 In:Zn의 비율을 고정한 후 Ga의 비율을 달리하여 특성을 비교하였다. 먼저 p-type bulk silicon 위에 SiO2 산화막이 100 nm 증착된 기판에 RCA 클리닝을 진행 하였고, solution InGaZnO 용액을 spin coating 방식으로 증착하였다. Coating 후에, solvent와 수분을 제거하기 위해서 $180^{\circ}C$에서 10분 동안 baking공정을 하였다. 이후 furnace열처리와 microwave열처리를 비교하기 위해 post-deposition-annealing (PDA)으로 furnace N2 분위기에서 $600^{\circ}C$에서 30분, microwave를 1800 W로 2분 동안 각각의 샘플에 진행하였다. 또한, HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 제작된 TFT의 transfer curve를 측정하였다. 그 결과, microwave 열처리한 소자의 경우 기존의 furnace 열처리 소자와 비교하여 높은 mobility, 낮은 hysteresis 값을 나타내었으며, 1달간 소자의 특성을 관찰하였을 때 microwave 열처리한 소자의 경우 전기적 특성이 거의 변하지 않는 것을 확인하였다. 따라서 향후 용액공정, 저온공정을 요구하는 소자 공정에 있어 열처리방법으로 microwave를 이용한 활용이 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.184.2-184.2
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• 2015

최근에 적색 발광체를 개발하고자 무기물 모체에 다양한 활성제 이온을 주입하는 연구가 상당한 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 발광 효율이 높은 적색 형광체 박막을 제조하고자 활성제 이온 $Eu^{3+}$가 도핑된 $CaMoO_4:Eu^{3+}$를 라디오파 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 증착하였다. 두 종류의 박막을 성장하였는데, 한 종류는 증착 온도 ($100-400^{\circ}C$)를 달리하여 성장한 후 $570^{\circ}C$에서 열처리를 실시하였고, 다른 한 종류는 동일한 온도 $300^{\circ}C$에서 증착한 후에 열처리 온도(420, 470, 520, $570^{\circ}C$)를 변화시켜 제조하였다. 증착 온도와 열처리 온도에 따른 적색 형광체 박막의 흡광과 발광 특성, 결정 구조, 입자의 크기와 표면 형상, 밴드갭 에너지의 크기를 조사하였다. 열처리 온도에 따른 적색 형광체 박막의 경우에, 파장 308 nm로 여기 시켰을 때 발광 세기가 가장 강한 616 nm의 주 피크를 방출하는 적색 스펙트럼이 나타났으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 적색 발광 스펙트럼의 세기는 증가하는 경향을 보였다. 증착 온도 변화에 따른 형광체 박막의 경우에, 272 nm로 여기 시켰을 때 614 nm의 적색 발광 피크를 확인 할 수 있었다. 모든 박막의 결정 구조는 정방정계이었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1266_1267
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• 2009

신재생 에너지 태양광을 활용하기 위한 태양광 발전에 있어서 기존의 고가의 실리콘 기판 대신 저가의 박막형 태양전지 연구가 활발히 진행 되고 있다. 본 연구에서는 박막형 태양전지에 있어서 태양광의 투과층으로 사용되는 CdS 박막의 열처리에 따른 특성을 연구하였다. 실험은 CdS박막을 Sputtering법으로 동일한 조건에서 제조하였고 이 박막을 $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $600^{\circ}C$까지 열처리 하였다. 열처리 전과 후 Ellipsometer를 이용한 박막의 두께 변화, 표면의 RMS Roughness와 Peak to Valley Roughness의 변화 그리고 결정 구조변화 등을 조사하였다. 박막의 두께는 열처리 전보다 처리 후 두께가 얇아졌으나 거칠기나 결정성은 열처리 온도에 따라 거칠어지고 결정성이 떨어졌다.