• 한국표면공학회지
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• 제50권4호
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• pp.237-243
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• 2017

We demonstrated the thin film deposition of sodium phosphorous oxynitride (NaPON) via RF magnetron sputtering of $Na_3PO_4$, as a solid-state Na-ion conductor similar to lithium phosphorous oxynitride (LiPON), which is a commonly used solid electrolyte. The deposited NaPON thin film was characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and electrochemical impedance spectroscopy, to investigate the feasibility of the solid-state electrolyte in several different cell configurations. The key properties of a solidstate electrolyte, i.e., ionic conductivity and activation energy, were estimated from the complex non-linear least square fitting of the measured impedance spectra at various temperatures in the range of $27-90^{\circ}C$. The ionic conductivity of the NaPON film was measured to be $8.73{\times}10^{-6}S\;cm^{-1}$ at $27^{\circ}C$, which was comparable to that of the LiPON film. The activation energy was estimated to be 0.164 eV, which was lower than that of the LiPON film (0.672 eV). The obtained values encourage the use of a NaPON thin film in the future as a reasonable solid-state electrolyte.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제30권7호
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• pp.447-453
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• 2017

In this study, $Li_2MnSiO_4$ cathode material and LiPON solid electrolyte were manufactured into thin films, and the possibility of their use in thin-film batteries was researched. When the RTP treatment was performed after $Li_2MnSiO_4$ cathode thin-film deposition on the SUS substrate by a sputtering method, a ${\beta}-Li_2MnSiO_4$ cathode thin film was successfully manufactured. The LiPON solid electrolyte was prepared by a reactive sputtering method using a $Li_3PO_4$ target and $N_2$ gas, and a homogeneous and flat thin film was deposited on a $Li_2MnSiO_4$ cathode thin film. In order to evaluate the electrochemical properties of the $Li_2MnSiO_4$ cathode thin films, coin cells using only a liquid electrolyte were prepared and the charge/discharge test was conducted. As a result, the amorphous thin film of RTP treated at $600^{\circ}C$ showed the highest initial discharge capacity of about $60{\mu}Ah/cm^2$. In cases of coin cells using liquid/solid double electrolyte, the discharge capacities of the $Li_2MnSiO_4$ cathode thin films were comparable to those without solid LiPON electrolyte. It was revealed that $Li_2MnSiO_4$ cathode thin films with LiPON solid electrolyte were applicable in thin film batteries.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 추계학술대회 논문집
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• pp.159-162
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• 1999

All solid state thin film micro-batteries consisting of lithium metal anode, an amorphous LiPON electrolyte and cathode of vanadium oxide have been fabricated and characterized, which were fabricated with cell structure of Li/LiPON/V$_2$O$\sub$5/Pt. The vanadium oxide thin films were formed by d.c. reactive sputtering on Pt current collector. After deposition of vanadium oxide films, in-situ growths of lithium phosphorus oxynitride film were conducted by r.f. sputtering of Li$_3$PO$_4$ target in mixture gas of N$_2$ and O$_2$. The pure metal lithium film was deposited by thermal evaporation on thin film LiPON electrolyte. The cell capacity was about 45${\mu}$Ah/$\textrm{cm}^2$ $\mu\textrm{m}$ after 200 cycle. No appreciable degradation of the cell capacity could be observed after 50 cycles .

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2001년도 추계 학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.176-176
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• 2001

• 전기화학회지
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• 제3권2호
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• pp.115-120
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• 2000

양극 물질로 산화바나듐 박막, 고체전해질로는 LiPON 박막 그리고 음극 물질로는 리튬 금속 박막을 선택하여 $Li/LiPON/V_2O_5/Pt$ 구조의 전고상 박막 전지를 제작하였고 전지 특성을 평가하였다. 산화바나듐 박막은 여러 산소 분압에서 직류 반응성 스퍼터링으로 증착하여 전기화학적 특성을 분석한 결과 $20\%\;O_2/Ar$비에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. 직류 반응성 스퍼터링에 의해 산화바나듐 박막을 제작한 후 진공을 그대로 유지한 상태에서 r.f. 반응성 스퍼터링에 의해 LiPON 고체전해질 박막을 증착하였다. 그 후 dry room내에서 진공 열증착법에 의해 리튬 금속 박막을 증착하여 전고상의 박막 전지를 제작하였다. $Li/LiPON/V_2O_5$ 박막 전지를 전압 범위와 전류 밀도를 변화시켜 충방전 시험을 행한 결과 $7{\mu}A/cm^2$의 전류 밀도와 3.6-2.7 V의 전압범위에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. $Li/LiPON/V_2O_5$박막 전지로 초시계를 구동 시켰으며 이는 in-situ공정에 의해 제작된 박막 전지가 소자 에너지원으로의 응용 가능성을 보여 주었다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 한국전기화학회 2005년도 춘계총회 및 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2005

• 한국재료학회지
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• 제11권8호
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• pp.671-678
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• 2001

$RuO_2$ 박막을 전극으로 하여 Pt/Ti/Si 기판 위에 $RuO_2$ /LiPON/$RuO_2$의 다층 구조로 이루어진 전고상의 박막형 마이크로 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 전극용 $RuO_2$박막은 반응성 dc 마그네트론 스퍼터를 이용하여 $O_2$/[Ar+$O_2$]비를 증가시키며 성장시켰고, 비정질 LiPON 고체전해질 박막은 순수한 질소분위기 하에서 rf 스퍼터링으로 성장시켰다. 상온에서의 충-방전 측정을 통해 $RuO_2$ 박막의 미세구조에 따라 슈퍼캐패시터의 사이클 특성이 영향을 받는 것을 알 수 있었다. Glancing angle x-ray diffraction(GXRD)과 transmission electron microscopy (TEM) 분석을 통해 산소 유량의 증가가 $RuO_2$박막의 미세 구조의 영향을 주는 것을 알 수 있었고, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 통해 산소 유량 비의 증가가 Ru과 산소간의 결합에도 영향을 줌을 알 수 있었다. 또한 사이클 후 슈퍼캐패시터의 TEM 및 AES depth profiling 분석을 통해, 충-방전 시 $RuO_2$와 LiPON과의 계면반응에 의해 형성된 계면 층이 사이클 특성에 영향을 줌을 알 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제11권5호
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• pp.339-344
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• 2001

코발트 산화물 박막을 전극으로 하여 Pt/Ti/Si 기판위에 Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$로 구성된 전고상의 박막형 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 각각의 Co$_3$O$_4$박막은 반응성 dc 마그네트론 스퍼터를 이용하여 $O_2$/[Ar+O$_2$] 비를 증가 시키며 성장시켰고, 비정질 LiPON 고체전해질 박막은 순수한 질소분위기 하에서 rf 스퍼터링으로 성장시켰다. 비록 벌크 타입의 슈퍼캐패시터에 비해 낮은 전기용량 (5-25mF/$\textrm{cm}^2$-$\mu\textrm{m}$)을 가졌지만, Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ 구조로 제작된 전고상 박막형 슈퍼캐패시터는 벌크 타입과 비슷한 거동을 나타내었다 0-2V의 전압구간, 50$\mu\textrm{A}/\textrm{cm}^2$의 전류밀도에서 약 400사이클 까지 안정한 방전용량을 유지함을 관찰할 수 있었다 이러한 전고상 박막형 슈퍼캐패시터의 전기화학적 특성은 $O_2$/[Ar+O$_2$] 비에 의존하는데, 이러한 의존성을 구조적, 전기적 특성 및 표면특성을 분석하여 설명하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권3호
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• pp.274-279
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• 2001

Pt/Ti/Si 기판 위에 성장시킨 박막 전지용 비정질 산화 바나듐 박막에 고상 전해질 박막 LiPON을 이용하여 전고상형 박막전지를 제작하여 충-방전 시험을 시행하였다. 이렇게 제작된 전고상형 박막전지는 500 사이클 이상까지 평균 15$\mu$Ah의 방전용량을 나타내었으나 초기 사이클 영역부터 방전 용량의 감소가 일어나기 시작했다. 박막 전지의 방전 용량 감소에 따른 비정질 산화 바나듐 박막의 구조적 특성 변화를 관찰하기 위하여 고분해능 현미경 분석을 시행하였다. 충-방전을 하지 않은 초기의 산화 바나듐 박막은 입계를 갖지 않고 다결정 특성을 보이지 않는 완전한 비정질 특성을 보였고 이는 TED 결과와 일치하였다. 그러나 450번의 반복적인 충-방전을 시행한 후의 비정질 산화 바나듐 박막 내에는 microcrystalline 형태의 산화 바나듐의 형성됨을 고분해능 전자 현미경 분석을 통해 발견할 수 있었다. 비정질 산화바나듐 박막의 방전 용량 감소의 원인인 Li의 비가역적 탈-삽입은 비정질 내에 형성된 microcrystalline에 의해 유발된다고 사료된다. 또한 LiPON 전해질 박막과 산화 바나듐 박막사이의 계면에 Li 이온과 산화바나듐과의 반응에 의해 형성된 계면 층에 발견할 수 있었는데 이러한 계면 층 역시 Li 확산과 계면 저항에 영향을 주어 방전 용량 감소에 원인으로 작용한다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권2호
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• pp.194-198
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• 2022

All-solid-state thin-film battery can realize the integration of electronic circuits into small devices. However, a high voltage cathode material is required to compensate for the low energy density. Therefore, it is necessary to study all-solid-state thin-film battery based on the high voltage cathode material LNMO. Nevertheless, the electrochemical properties deteriorate due to the problem of the interface between LiNi_0.5Mn_1.5O₄ (LNMO) and the solid electrolyte LiPON. In this study, to solve this problem, amorphous V₂O₅ was deposited as an interlayer between LNMO and LiPON. We confirmed the possibility of improving cycle performance of LNMO based thin-film battery. We expect that the results of this study can extend the battery lifespan of small devices using LNMO based all-solid-state thin-film battery.