• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.533-533
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• 2013

본 연구에서는 선형 대향 타겟 스퍼터 시스템을 이용하여 hetero sputtering방법으로 증착한Al-Ga-Zn-O (AGZO) 박막의 기판-타겟간 거리(Target-to-Substrate distance)에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성을 분석하였다. 타겟과 기판 사이의 거리 변화(30~120 mm)에 따른 AGZO 박막의 특성 변화를 관찰하기 위하여 일정한 DC 파워 250 W, 공정압력 0.3 mTorr, Ar 20 sccm에서 서로 다른 AZO 타겟과 GZO 타겟을 이용하여 hetero-sputtering 공정을 진행하였다. 최적의 타겟과 기판 사이의 거리를 결정하기 위해 AGZO 박막의 투과도(T)와 면저항($R_{sh}$)을 기반으로 figure of merit ($T^{10}/R_{sh}$)값을 계산하였다. 기판-타겟간 거리는 AGZO 박막의 밀도에 영향을 주는 핵심 인자로 30 mm에서 120 mm로 증가수록 밀도가 낮은 AGZO 박막이 형성되었다. 최적의 타겟과 기판 사이의 거리(30 mm)에서 AGZO 박막은 132 Ohm/sq의 낮은 면저항과 87.2%의 높은 투과도를 나타내었다. 그러나 기판-타겟간 거리가 증가할수록 같은 두께에서 면저항은 급격히 증가함을 발견할 수 있었으며 이러한 특성 변화는 스퍼터되어 기판에 도달하는 입자의 에너지 차이로 설명이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 기판-타겟간 거리에 따른 AGZO 박막의 특성 변화를 설명할 수 있는 메커니즘을 다양한 분석을 통해 제시하였다. 또한 적화된 AGZO 투명 전극을 이용해 제작한 GaN-LED의 Damage free sputtering 기술에 대해서 소개한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.464.1-464.1
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• 2014

Among numerous material candidates, Cu(InxGa1-x)(SySe2-y) (CIGS) thin films have emerged as promising material candidates for thin film solar cell applications due to the high energy conversion efficiency and relatively low fabrication cost. The CIGS thin film solar cells consist of several materials, including Mo back contacts, ZnO-based window layers, and CdS buffer layers. All these materials have different crystal structures and contain quite distinct chemical elements, and hence the device characterization requires careful analyses. Most of all, identification of the major trap states resulting in the carrier recombination processes is a key step toward realization of high efficiency CIGS solar cells. We have carried out electrical investigations of CIGS thin film solar cells to specify the major trap states and their roles in photovoltaic performance. In particular, we have used the temperature-dependent transport characterizations and admittance spectroscopy. In this presentation, we will introduce some exemplary studies of DC and AC electrical characteristics of the CIGS solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.456.2-456.2
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• 2014

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 화합물은 태양광을 흡수하기에 가장 이상적인 약 1.04 eV의 에너지 금지대 폭과 높은 광흡수계수를 가지고 있으며, $450{\sim}590^{\circ}C$의 고온 공정에도 매우 안정하여 열 경화현상을 거의 보이지 않으므로 박막 태양전지로서 커다란 응용 잠재력을 갖고 있는 광흡수층 재료이다. CIGS 화합물 박막 태양전지의 효율은 연구실에서는 ~20%의 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 ~13%의 효율을 보이고 있다. 그러나 CIGS 박막 태양전지를 대면적 또는 양산화에 적용하기 위해서는 20년 이상의 장기적인 수명을 보장할 수 있는 내구성을 갖추어야 한다. 본 연구에서는 CIGS 모듈의 장기적인 신뢰성을 평가하기 위해 CIGS PV 모듈을 대상으로 IEC-61646 규격을 이용하여 고온고습 시험 ($85^{\circ}C$/85% RH, 1000 h) 과 열충격 시험 ($-40^{\circ}C/140^{\circ}C$, 1000 cycles) 이 수행되었고, 두 종류의 가속 스트레스 시험 후에 모듈의 성능 저하에 영향을 미치는 요인들이 연구되었다. 또한, 모듈의 효율 저하의 원인을 규명하기 위해 투명전극 Al-doped ZnO (AZO)와 광흡수층 CIGS를 대상으로 고장분석을 수행하였다. AZO층과 CIGS층의 전기적 특성 분석, 결장상 분석 및 XPS 분석들을 종합하여 CIGS PV 모듈의 성능저하의 원인을 규명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.373-373
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• 2011

$Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) 박막 태양전지는 Chalcopyrite계 박막 태양전지로 Cu, In, Ga, Se 각 원소의 조성을 적절히 조절하여 박막을 성장시킨다. 성장시킨 CIGS 박막은 광흡수계수가 105cm-1로 다른 물질 보다 뛰어나고 직접 천이형 반도체로서 얇은 두께로도 고효율의 박막 제작이 가능하다. 얇은 두께로도 충분히 빛의 흡수가 가능하지만, cell 표면 반사에 의한 광 손실은 cell 효율을 떨어뜨리게 된다. 본 연구에서는 CIGS 박막 태양전지의 광 흡수 향상을 위해 굴절률이 1.86인 ITO 위에 ITO보다 굴절률이 작은 $MgF_2$ (n=1.377) [1]를 80, 100, 120, 140 nm로 증착하여 $MgF_2$/Al/Ni/ITO/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/SLG 시료를 제작하고, optical reflectance, Quantum Efficiency를 이용하여 분석하였다. optical reflectance 분석 결과, $MgF_2$ AR coating을 한 경우, 두께가 두꺼워짐에 따라 광 반사도가 감소하는 경향을 보였다. 또한 AR coating 두께가 커짐에 따라 fluctuation이 점점 커지며, 파형이 장파장 쪽으로 shift하는 것을 관찰 할 수 있었다. Quantum efficiency (QE)를 분석한 결과 $MgF_2$ AR coating 할 경우, 측정된 대부분의 파장에서 QE가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 AR coating 두께에 따른 변화는 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. AR coating 결과, JSC가 증가하여 efficiency가 향상되는 것을 확인 할 수 있다. 그러나 $MgF_2$ AR coating 80~140 nm 범위에서 cell 효율 변화의 뚜렷한 차이는 관찰할 수 없었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.149-151
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• 2006

Cu계 $I-III-VI_2$화합물은 직접천이형 반도체로 광흡수계수가 매우 높아 박막형 태양전지 제조에 매우 유리하다. 또한 화학적으로 안정하며 Ga, Al 등을 첨가하면 에너지 금지대폭을 조절할 수 있어 Wide Bandgap 태양전지 및 탠덤구조 태양전지를 제조하기에도 용이하다 $CulnSe_2(CIS)$ 물질에서 In을 20-30% 정도 치환한 $Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)$ 태양전지의 경우 19.5%의 세계 최고 효율을 보고하고 있으며 이는 다결정 실리콘 태양전지의 효율과 비슷한 수준이다. 본 연구에서는 동시 진공증발법을 이용하여 증착한 CIGS 박막을 이용하여 태양전지를 제조하였다. 공정의 재현성 및 결정립계가 큰 광흡수층 제조를 위하여 실시간 기판온도 모니터링 시스템을 도입하였으며 버퍼충으로는 용액성장한 CdS 박막을 사용하였다. SLG/MO/CIGS(CGS)/CdS/ZnO/Al 구조의 태양전지를 제조하여 면적 $0.5cm^2$에서 각각 17.5%의 효율을 얻었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.222-224
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• 2006

A non-vacuum process for $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) thin film solar cells from nanoparticle precursors was described in this work CIGS nanoparticle precursors was prepared by a low temperature colloidal route by reacting the starting materials $(CuI,\;InI_3,\;GaI_3\;and\;Na_2Se)$ in organic solvents, by which fine CIGS nanoparticles of about 20nm in diameter were obtained. The nanoparticle precursors were mixed with organic binder material for the rheology of the mixture to be adjusted for the doctor blade method. After depositing the mixture of CIGS with binder on Mo/glass substrate, the samples were preheated on the hot plate in air to evaporate remaining solvents ud to burn the organic binder material. Subsequently, the resultant (porous) CIGS/Mo/glass simple was selenized in a two-zone Rapid Thermal Process (RTP) furnace in order to get a solar ceil applicable dense CIGS absorber layer. Complete solar cell structure was obtained by depositing. The other layers including CdS buffer layer, ZnO window layer and Al electrodes by conventional methods. The resultant solar cell showed a conversion efficiency of 0.5%.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.16 no.4
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• pp.59-62
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• 2017

In this paper, atmospheric pressure plasma treatment was proposed for high performance indium gallium zinc oxide thin film transistor (IGZO TFT). RF Ar plasma treatment is performed at room temperature under atmospheric pressure as a simple and cost effective channel surface treatment method. The experimental results show that field effect mobility can be enhanced by $2.51cm^2/V{\cdot}s$ from $1.69cm^2/V{\cdot}s$ to $4.20cm^2/V{\cdot}s$ compared with a conventional device without plasma treatment. From X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, the increase of oxygen vacancies and decrease of metal-oxide bonding are observed, which suggests that the suggested atmospheric Ar plasma treatment is a cost-effective useful process method to control the IGZO TFT performance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.287-287
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• 2012

최근 투명 산화물 반도체(TOS: Transparent Oxide Semiconductor)중에 비정질 산화물 반도체(amorphous oxide semiconductor)를 이용한 트랜지스터 연구가 활발히 진행되고 있다. 비정질 산화물 반도체는 박막 트렌지스터 소자의 Active Layer으로 사용할 수 있다. 본 연구는 RF magnetron sputtering법으로 유리기판 위에 IGZO박막을 증착하였다. 박막 증착 조건은 초기 압력 $3.0{\times}10^{-6}$ Torr, 증착 압력 20 mTorr, 반응가스 Ar 50 sccm, RF power 30w, 증착 온도는 실온으로 고정하였으며, 공정변수로 증착 시간을 변화시키며 IGZO박막을 증착하였다. IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1:1:1 mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였다. XRD 분석결과에 따라서 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광 영역에서(450~700 nm) 모든 박막은 90% 이상 투과도를 나타내었다. 증착시간이 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인하였다. 증착시간이 5분인 경우 캐리어 농도는 $2.2{\times}10^{19}$ $cm^{-3}$, 이동도는 7.5 $cm^2/V-s$, 비저항은 $3.8{\times}10^{-2}{\Omega}$-cm의 반도체 특성을 나타냈고, 박막 트렌지스터 소자의 Active Layer으로 사용할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.184.1-184.1
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• 2015

RF magnetron sputtering법을 이용하여 IGZO박막을 RF power 100W로 일정하게 유지시켜, 열처리 변화에 따른 구조적, 전기적, 광학적 특성 분석을 연구하였다. IGZO 타겟은 $In_2$ $O_3$, $Ga_2$ $O_3$, ZnO 분말을 각각 1:1:2 mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였고, $20mm{\times}20mm$ XG glass 기판위에 IGZO박막을 증착하였다. sputtering의 조건은 base pressure $2.0{\times}$10^-6Torr, working pressure $2.0{\times}$10^-2Torr, RF power 100 W, 증착온도는 실온으로 고정, 증착된 박막은 Annealing장비로 $500^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, $800^{\circ}C$로 열처리를 하였다. XRD 분석 결과 열처리 $700^{\circ}C$부터 2theta=31.4도에서 peak intensity가 증가하며 결정화가 진행되는 것을 확인하였다. AFM분석 결과 열처리 $700^{\circ}C$에서 최소 0.31 Roughness를 갖는 것을 확인하였고, Hall 측정 결과 열처리 $700^{\circ}C$에서 carrier concentration $4.91{\times}$10^19cm^-3, Mobility 14.4cm^2/V-s, Resistivity $8.7{\times}$10^-5${\Omega}-cm$로 확인하였으며, UV-Visible-NIR을 이용하여 열처리 한 모든 IGZO박막은 가시광선 영역에서 평균 85%이상의 광 투과성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.252-252
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• 2011

최근 주목받고 있는 amorphous gallium-indium-zinc-oxide (a-GIZO) thin film transistors (TFTs)는 수소가 첨가된 비정질 실리콘 TFT에 비해 높은 이동도와 뛰어난 전기적, 광학적 특성에 의해 큰 주목을 받고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가지므로 가시광 영역에서 투명한 특성을 보이고, 플라스틱 기판 위에서 구부러지는 성질에 의해 플랫 패널 디스플레이나 능동 유기 발광소자 (AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용되고 있다. 뿐만 아니라, 일반적인 Poly-Si TFT는 자체적으로 가지는 결정성에 의해 대면적화 시 균일성이 좋지 못하지만 GIZO는 비정질상 이기 때문에 백플레인의 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 이러한 TFT를 제작하기 전, 전기적 특성에 대한 정보를 얻거나 예측하는 것이 중요한데, 이에 따라 고안된 구조가 바로 metal point contact FET (pseudo FET)이다. pseudo FET은 소스/드레인 전극을 따로 증착할 필요 없이 채널을 증착한 후, 프로브 탐침을 채널의 표면에 적당한 압력으로 접촉시켜 전하를 공급하는 소스와 드레인처럼 동작시킬 수 있다. 따라서 소스/드레인을 증착하거나 lithography와 같은 추가적인 공정을 요구하지 않아 소자의 특성을 보다 간단하고 수월하게 분석할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 p-type 기판위에 100nm의 oxidation SiO2를 게이트 절연막으로 사용하는 a-GIZO pseudo FET를 제작하였다. 소자 제작 후, 열처리 온도에 따른 전기적 특성을 분석하였고, 열처리 조건은 30분간 N2 분위기에서 실시하였다. 열처리 후 전기적 특성 분성 결과, 450oC에서 가장 낮은 subthreshold swing 값과 게이트 전압의 더블 스윕 후 문턱 전압의 변화가 거의 없음을 확인하였다.