• Title/Summary/Keyword: Cu도핑

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Structural and Optical Properties of Sol-gel Derived ZnO:Cu Films

  • Bae, Ji-Hwan;Park, Jun-Su;Jo, Sin-Ho
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2013.08a
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    • pp.199-199
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    • 2013
  • 최근 단파장 광전 소자와 고출력 고주파 전자 소자에 대한 수요 때문에 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체에 관심이 많다. 이중에서, ZnO는 우수한 화학 및 역학적 안정성, 수소 플라즈마 내구성과 저가 제조의 장점 때문에 광전자 소자 개발 분야에 적합한 산화물 투명 전극으로 관심을 끌고 있다. 불순물이 도핑되지 않은 ZnO는 본질적으로 산소 빈자리 (vacancy)와 아연 격자틈새 (interstitial)와 같은 자체의 결함으로 말미암아 n형의 극성을 갖기 때문에, 반도체 소자로 응용하기 위해서는 도핑 운반자의 농도와 전도성을 제어하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 박막 제조시 제어성, 안정성과 용이하게 성장이 가능한 졸겔 (sol-gel) 방법을 사용하여 사파이어와 석영 기판 위에 Cu가 도핑된 ZnO 박막을 성장시켰으며, 그것의 구조, 표면 형상, 평균 투과율, 광학 밴드갭 에너지를 계산하였다. 특히, Cu의 몰 비를 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1 mol로 변화시키면서 ZnO:Cu 박막을 성장시켰다. ZnO:Cu 졸은 zinc acetate dihydrate, 2-methoxyethanol (용매), momoethanolamine (MEA, 안정제)을 사용하여 제조하였다. 상온에서 2-methoxyethanol과 MEA가 혼합된 용액에 zinc acetate dihydrate (Zn)을 용해시켰다. 이때 MEA와 Zn의 몰 비는 1로 유지하였다. 이 용액을 $60^{\circ}C$ 가열판 (hot plate)에서 24 h 동안 자석으로 휘젓으며 혼합하여 맑고 균일한 용액을 얻었다. 이 용액을 3000 rpm 속도로 회전하는 스핀 코터기의 상부에 장착된 사파이어와 석영 기판 위에 주사기 (syringe)를 사용하여 한 방울 떨어뜨려 30 s 동안 스핀한 다음에, 용매를 증발시키고 유기물 찌꺼기를 제거하기 위하여 $300^{\circ}C$에서 10분 동안 건조시킨다. 기판 위에 코팅하는 작업에서 부터 건조 작업까지를 10회 반복한 다음에, 1 h 동안 전기로에 장입하여 석영 기판 위에 증착된 시료는 $550^{\circ}C$에서, 사파이어 기판은 $700^{\circ}C$에서 열처리를 수행하였다. Cu의 몰 비 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 1로 성장된 ZnO:Cu 박막에 대한 x선 회절 분석의 결과에 의하면, 모든 ZnO:Cu 박막의 경우에 관측된 34.3o의 피크는 ZnO (002) 면에서 발생된 회절 패턴을 나타낸다. 이것은 JCPDS #80-0075에 제시된 회절상과 일치하였으며, ZnO:Cu 박막이 기판에 수직인 c-축을 따라 우선 배향됨을 나타낸다. 사파이어 기판 위에 증착된 박막의 경우에, Cu의 몰 비가 점점 증가함에 따라(002)면 회절 피크의 세기는 전반적으로 증가하여 0.07 mol에서 최대를 나타내었으나, 석영 기판 위에 증착된 박막의 경우에는 0.05 mol에서 최대를 보였다. 외선-가시광 분광계를 사용하여 서로 다른 Cu의 몰 비로 성장된 ZnO:Cu 박막에서 광학 흡수율 (absorbance) 스펙트럼을 측정하였으며, 이 데이터를 사용하여 평균 투과율을 계산한 결과, 투과율은 Cu의 몰 비에 따라 현저한 차이를 나타내었다. Cu의 몰 비가 0.07 mol일 때 평균 투과율은 80%로 가장 높았으며, 0.03 mol에서는 30%로 최소이었다. 광학밴드갭 에너지는 Tauc 모델을 사용하여 계산하였고, 결정 입자의 형상과 크기와의 상관 관계를 조사하였다.

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Structural and Electrical Transport Properties of Zn Doped CuCrO2 by Pulsed Laser Deposition

  • Kim, Se-Yun;Seong, Sang-Yun;Chu, Man;Jo, Gwang-Min;U, Jin-Gyu;Lee, Jun-Hyeong;Kim, Jeong-Ju;Heo, Yeong-U
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.08a
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    • pp.256-256
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    • 2010
  • 투명전극부터 디스플레이 산업에 이르기까지 광범위하게 응용되어지고 있고 개발되어지고 있는 투명전도산화물(TCO)은 ZnO, In2O3, SnO2 등을 기본으로 하는 n-type 재료가 대부분이다. 그러나 투명전도 산화물을 이용한 light emitting diode(LED), 투명한 태양전지, p-형 TFT와 같은 투명전자소자의 개발을 위해서는 p-type 소재가 필수적이다. p-type TCO 소재는 비교적 연구 개발 실적이 매우 부진한 실정이었다. 1997년 넓은 밴드갭을 가지는 ABO2(delafossite) 산화물이 p-type으로서 안정적이라는 것을 보고함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 ABO2 형태를 가진 Delafossite구조 산화물이 가장 유망한 p-type 투명전도체 소재로 거론되고 있다. Delafossite 구조가 p-type 투명전도체에 적합한 결정구조인 이유는 밴드갭이 넓고 공유결합에 유리하기 때문이다. Delafossite구조는 상온에서 2종류의 polytype(상온에서 Rhombohedaral구조와 hexagonal 구조)이 존재하며 이들은 각각 3R 및 2H의 결정 구조를 가지고 있다. ABO2의 delafossite구조에서 Cu+의 배열은 c-축을 따라 Cu-O-Cr-O-Cu의 연속적인 층 구조로서 2차원연결로 보여 진다. 보고된 Cu- base delafossite구조를 가지는 재료들은 CuAlO2, CuGaO2, CuInO2 등 여러가지가 있다. 본 연구에서는 PLD를 이용하여 c-plane 사파이어 기판위에 성장된 delafossite구조인 CuCrO2박막의 특성을 알아보았다. p-type 특성을 위하여 CuCrO2에 Zn를 첨가하였으며 그에 따른 구조적 전기적 특성을 조사하였다. 성장온도와 산소분압을 $500{\sim}700^{\circ}C$, 0~10mTorr로 변화시켜 특성을 연구하였다. 성장온도 $700^{\circ}C$, 산소분압 10mTorr에서 c-plane 사파이어 기판위에 c-축 배향의 에피성장된 CuCrO2:Zn 박막을 얻을 수 있었다. Mg를 도핑함에 따른 p-type 특성보다 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 동일한 조건임에도 특정한 이차상의 존재를 통해 도핑된 Zn의 위치를 추측할 수 있었다. 온도와 분압에 따른 결정성과 표면상태를 SEM을 통해서 확인하였다.

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Performance Characteristics of p-i-n Type Organic Thin-film Photovoltaic Cell with CuPc: $F_4$-TCNQ Hole Transport Layer (CuPc: $F_4$-TCNQ 정공 수송층이 도입된 P-i-n형 유기 박막 태양전지의 성능 특성 연구)

  • Park, So-Hyun;Kang, Hak-Su;Senthilkumar, Natarajan;Park, Dae-Won;Choe, Young-Son
    • Polymer(Korea)
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    • v.33 no.3
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    • pp.191-197
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    • 2009
  • We have investigated the effect of strong p-type organic semiconductor $F_4$-TCNQ-doped CuPc hole transport layer on the performance of p-i-n type bulk heterojunction photovoltaic device with ITO/PEDOT:PSS/CuPc: $F_4$-TCNQ(5 wt%)/CuPc:C60(blending ratio l:l)/C60/BCP/LiF/Al, architecture fabricated via vacuum deposition process, and have evaluated the J-V characteristics, short-circuit current ($J_{sc}$), open-circuit voltage($V_{oc}$), fill factor(FF), and power conversion efficiency(${\eta}_e$) of the device. By doping $F_4$-TCNQ into CuPc hole transport layer, increased absorption intensity in absorption spectra, uniform dispersion of organic molecules in the layer, surface uniformity of the layer, and enhanced injection currents improved the current photovoltaic device with power conversion efficiency(${\eta}_e$) of 0.16%, which is still low value compared to silicone solar cell indicating that many efforts should be made to improve organic photovoltaic devices.

Synthesis of Li1.6[MnM]1.6O4 (M=Cu, Ni, Co, Fe) and Their Physicochemical Properties as a New Precursor for Lithium Adsorbent (Li1.6[MnM]1.6O4(M=Cu, Ni, Co, Fe)의 합성 및 리튬 흡착제용 신규 전구체로서의 물리화학적 성질)

  • Kim, Yang-Soo;Moon, Won-Jin;Jeong, Soon-Ki;Won, Dae-Hee;Lee, Sang-Ro;Kim, Byoung-Gyu;Chung, Kang-Sup
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.12 no.10
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    • pp.4660-4665
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    • 2011
  • New precursors as a Li adsorbent, $Li_{1.6}(MnM)_{1.6}O_4$ (M=Cu, Ni, Co, Fe), were synthesized by hydrothermal method and their physicochemical properties were discussed. XRD and HRTEM results revealed that the original spinel structure was stabilized by cobalt-doping while Cu-, Ni- and Fe-doping led to structural changes. Such a structural stabilization by Cobalt-doping was maintained after lithium leaching by acid treatment. Li absorption efficiency from seawater was significantly enhanced by using the Cobalt-doped spinel manganese oxide, $Li_{1.6}[MnCo]_{1.6}O_4$, compared to the commercially available $Li_{1.33}Mn_{1.67}O_4$; the adsorbed amount of Li from 1g-adsorbent was 35 and 16 mg by $Li_{1.6}[MnCo]_{1.6}O_4$, and $Li_{1.33}Mn_{1.67}O_4$, respectively.

Pulsed Laser Deposition of $CuIn_{1-x}M_xO_2$(M=Ca, Mg, or Ti) Thin Films for Transparent Conducting Oxide

  • Lee, Jong-Cheol;Eom, Se-Yeong;Heo, Yeong-U;Lee, Jun-Hyeong;Kim, Jeong-Ju
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2007.11a
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    • pp.103-104
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    • 2007
  • $CuInO_2$ 단일상은 합성조건이 매우 까다롭기 때문에 일반적인 고상법으로 얻기 힘든 것으로 알려저 있다. 투명전도성 $CuInO_2$ 박막을 증착하기 위하여 일반적인 고상법으로 Cu와 In의 비율이 1:1인 $Cu_2O-In_2O_3$ composite target 및 In 대신 Ca, Mg, Ti가 각각 1mol% 도핑된 target을 제작하였다. 제작된 각각의 composite target을 이용하여 pulsed laser deposition(PLD) 공정으로 투명전도성 $CuInO_2$ 박막을 증착하였다. Cu와 In이 1:1 인 $Cu_2O-In_2O_3$ composite target을 사용한 경우, 증착된 박막이 Cu와 In의 비율이 1:1인 c-axis 배향된 단일상의 $CuInO_2$ 박막임을 확인하였다.

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Magnetic Properties of Cu-doped AlN Semiconductor (AlN 반도체와 Cu의 도핑 농도에 대한 자성)

  • Kang, Byung-Sub;Lee, Haeng-Ki
    • Journal of the Semiconductor & Display Technology
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    • v.9 no.3
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    • pp.1-4
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    • 2010
  • First-principles calculations based on spin density functional theory are performed to study the spin-resolved electronic properties of AlN doped with a Cu concentration of 6.25%-18.75%. The ferromagnetic state is more energetically favorable state than the antiferromagnetic state or the nonmagnetic state. For $Al_{0.9375}Cu_{0.0625}N$, a global magnetic moment of 1.26 mB per supercell, with a localized magnetic moment of 0.75 $m_B$ per Cu atom is found. The magnetic moment is reduced due to an increase in the number of Cu atoms occupying adjacent cation lattice position. For $Al_{0.8125}Cu_{0.1875}N$, the magnetism of the supercell disappears by the interaction of the neighboring Cu atoms. The nonmagnetic to ferromagnetic phase transition is found to occur at this Cu concentration. The range of concentrations that are spin-polarized should be restricted within very narrow.

Synthesis of ZnS : Cu nano-crystals and structural and optical properties (ZnS : Cu nano 업자의 합성 및 구조적.광학적 특성)

  • 이종원;이상욱;조성룡;김선태;박인용;최용대
    • Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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    • v.12 no.3
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    • pp.138-143
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    • 2002
  • In this study, ZnS: Cu nano-crystals are synthesized by solution synthesis technique (SST). The structural properties such as crystal structure and particle morphology, and the optical properties such as light absorption/transmittance, energy bandgap, and photoluminescence (PL) excitation/emission are investigated. In an attempt to realize the Cu-doping easiness, the synthesis temperature (~$80^{\circ}C$) is applied to the synthesis bath, and the thiourea is used as sulfur precursor, unlike other general chemical synthesis route. Both undoped ZnS and ZnS : Cu nano-crystals have the cubic crystal structure and have the spherical particle shape. The position of light absorption edge is ~305 nm, indicating the occurrence of quantum size effect. The PL emission intensity and line-width are maximum and minimum, respectively, for Cu-doping concentration 0.03M. In particular, the dependence of PL intensity and line-width on the Cu-doping concentration for ZnS : Cu nano-crystals synthesized by SST is reported for the first time in this study. Experimental results of the absorption edge and the PL excitation show that the main emission peak of ZnS : Cu nano-crystals (~510 nm) in this study is due to the radiative recombination center in the energy bandgap induced by Cu dopant.