• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.49 no.1
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• pp.54-61
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• 2016

Screen printing of commercially available Ag paste is the most widely used method for the front side metallization of Si solar cells. However, the metallization using Ag paste is expensive and needs high temperature annealing for reliable contact. Among many metallization schemes, Ni/Cu/Sn plating is one of the most promising methods due to low contact resistance and mass production, resulting in high efficiency and low production cost. Ni layer serves as a barrier which would prevent copper atoms from diffusion into the silicon substrate. However, Ni based schemes by electroless deposition usually have low thermal stability, and require high annealing process due to phosphorus content in the Ni based films. These problems can be resolved by adding W element in Ni-based film. In this study, Ni-W-P alloys were formed by electroless plating and properties of it such as sheet resistance, resistivity, specific contact resistivity, crystallinity, and morphology were investigated before and after annealing process by means of transmission line method (TLM), 4-point probe, X-ray diffraction (XRD), and Scanning Electron Microscopy (SEM).

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.26 no.1
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• pp.73-80
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• 1989

Preparation and characteristics of electroless Ni-P and Ni-B systems for semiconducting ceramics have been investigated as a function of deposit rate, reducing agent and pH variation. The effect of DMAB as ruducing agent is greater than that of sodium hypophosphite. The nickel electrode prepared from the nickel-phosphorus system with sodium hypophosphite shows low contact resistance of 0.99ohm compared with the resistance of 10chm in the electrode prepared from the nickel-boron system with DMAB. The contact resistance increases with increasing pH valuein the nickel-phosphorus system with sodium hypophosphite. The ratio of Ni to P is about 76.0/24.0 for the contact resistance of 0.99ohm in the above system.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.25 no.4
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• pp.189-206
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• 1992

The effect of activation and electroless nickel plating conditions on contact properties was investi-gated for selective electroless nickel plating of Si wafers in order to obtain an optimum condition of con-tact hole filling. According to RCA prosess, p-type silicon (100) surface was cleaned out and activated. The effects of temperature, DMAB concentration, time, and strirring were investigated for activation of p-type Si(100) surface. The optimal activation condition was 0.2M HF, 1mM PdCl2, 2mM EDTA,$ 70^{\circ}C$, and 90sec under ultrasonic vibration. In electroless nickel plating, the effect of temperature, DMAB concentra-tion, pH, and plating time were studied. The optimal plating condition found was 0.10M NiSO4.H2O, 0.11M Citrate, pH 6.8, $60^{\circ}C$, 30minutes. The contact resistance of films was comparatively low. It took 30minutes to obtain 1$\mu\textrm{m}$ thick film with 8mM DMAB concentration. The film surface roughness was improved with decreasing temperature and decreasing pH of the plating solution. The best quality of the film was obtained at the condition of temperature $60^{\circ}C$ and pH 6.0. The micro-vickers hardness of film was about 800Hv. Plating rate of nickel on the hole pattern was slower than that of nickel on the line pattern.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.4
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• pp.328-332
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• 2011

The formation of front metal contact silicon solar cells is required for low cost, low contact resistance to silicon surface. One of the front metal contacts is Ni/Cu plating that it is available to simply and inexpensive production to apply mass production. Ni is shown to be a suitable barrier to Cu diffusion into the silicon. The process of Ni electroless plating on front silicon surface is performed using a chemical bath. Additives and buffer agents such as ammonium chloride is added to maintain the stability and pH control of the bath. Ni deposition rate is found to vary with temperature, time, utilization of bath. The experimental result shown that Ni layer by SEM (scanning electron microscopy) and EDX analysis. Finally, plated Ni/Cu contact solar cell result in an efficiency of 17.69% on $2{\times}2\;cm^2$, Cz wafer.

• Proceedings of the IEEK Conference
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• 2000.06b
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• pp.310-313
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• 2000

In this study, the Au/Ni and Au/Ni/Si/Ni layers prepared by electron beam evaporation were used to form ohmic contacts on p-type GaN. Before rapid thermal annealing, the current-voltage(I-V) characteristic of Au/Ni and Au/Ni/Si/Ni contact on p-type GaN film shows non-ohmic behavior. A Specific contact resistance as 3.4$\times$10$^{-4}$ Ω-$\textrm{cm}^2$ was obtained after 45$0^{\circ}C$-RTA. The Schottky barrier height reduction may be attributed to the presence of Ga-Ni and Ga-Au compounds, such as Ga$_4$Ni$_3$, Ga$_4$Ni$_3$, and GaAu$_2$ at the metal - semiconductor interface. The mixing behaviors of both Ni and Au have been studied by using X-ray photoelectron spectroscopy. In addition, X-ray diffraction measurements indicate that the Ni$_3$N, NiGa$_4$, Ni$_2$Si, and Ni$_3$Si$_2$ Compounds were formed at the metal-semiconductor interface.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.115-115
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• 1999

GaN는 직접천이형 wide band gap(3.4eV) 반도체로서 청색/자외선 발광소자 및 고출력 전자장비등에의 응용성 때문에 폭넓게 연구되고 있다. 이러한 넓은 분야의 응용을 위해서는 열 적으로 안정된 Ohmic contact을 반드시 실현되어야 한다. n-type GaN의 경우에는 GaN계면에서의 N vacancy가 n-type carrier로 작용하기 때문에 Ti, Al, 같은 금속을 접합하여 nitride를 형성함에 의해서 낮은 접촉저항을 갖는 Ohmic contact을 하기가 쉽다. 그러나 p-type의 경우에는 일 함수가 크고 n-type와 다르게 nitride가 형성되지 않는 금속이 Ohmic contact을 할 가능성이 많다. 시료는 HF(HF:H2O=1:1)에서 10분간 초음파 세척을 한 후 깨끗한 물에 충분히 헹구었다. 그런 후에 고순도 Ar 가스로 건조시켰다. Pd와 Ni은 열적 증착법(thermal evaporation)을 사용하여 p-GaN에 상온에서 증착하였다. 현 연구에서는 열처리에 의한 Pd의 clustering을 줄이기 위해서 wetting이 좋은 Ni을 Pd 증착 전과 후에 삽입하였으며, monchromatic XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 와 SAM(scanning Auger microscopy)을 사용하여 열처리 전과 40$0^{\circ}C$, 52$0^{\circ}C$ 그리고 695$0^{\circ}C$에서 3분간 열처리 후의 온도에 따른 morphology 변화, 계면반응(interfacial reaction) 및 벤드 휨(band bending)을 비교 연구하였다. Nls core level peak를 사용한 band bending에서 Schottky barrier height는 Pd/Ni bi-layer 접합시 2.1eV를, Ni/Pd bi-layer의 경우에 2.01eV를 얻었으며, 이는 Pd와 Ni의 이상적인 Schottky barrier height 값 2.38eV, 2.35eV와 비교해 볼 때 매우 유사한 값임을 알 수 있다. 시료를 후열처리함에 의해 52$0^{\circ}C$까지는 barrier height는 큰 변화가 없으나, $650^{\circ}C$에서 3분 열처리 후에 0.36eV, 0.28eV 만큼 band가 더 ？을 알 수 있었다. Pd/Ni 및 Ni/Pd 접합시 $650^{\circ}C$까지 후 열 처리 과정에서 계면에서 matallic Ga은 온도에 비례하여 많은 양이 형성되어 표면으로 편석(segregation)되어지나, In-situ SAM을 이용한 depth profile을 통해서 Ni/Pd, Pd/Ni는 증착시 uniform하게 성장함을 알 수 있었으며, 후열처리 함에 의해서 점차적으로 morphology 의 변화가 일어나기 시작함을 볼 수 있었다. 이는 $650^{\circ}C$에서 열처리 한후의 ex-situ AFM을 통해서 재확인 할 수 있었다. 이상의 결과로부터 GaN에 Pd를 접합 시 심한 clustering이 형성되어 Ohoic contact에 문제가 있으나 Pd/Ni 혹은 Ni/Pd bi-layer를 사용함에 의해서 clustering의 크기를 줄일 수 있었다. Clustering의 크기는 Ni/Pd bi-layer의 경우가 작았으며, $650^{\circ}C$ 열처리 후에 barrier height는 Pd/Ni bi-layer의 경우에도 Ni의 영향을 받음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.114-114
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• 2000

III-nitride 게 물질들은 blue와 UV 영역의 LED, LD와 같은 광소자뿐만 아니라 HBT, FET와 같은 전자소자로도 널리 응용되고 있다. 이와 같은 물질을 이용한 소자를 제작할 경우 낮은 저항의 ohmic contact은 필수적이다. p-GaN의 ohmic contact은 아직까지 많은 문제점을 내포하고 있다. 그 중의 하나는 높은 doping 농도(>1018cm-3)의 p-GaN 박막을 성장하기가 어렵다는 것이며, 또 하나는 낮은 접촉 비저항을 얻기 위해선 7.5eV 이상의 큰 재가 function을 지닌 금속을 선택해야 한다. 그러나 5.5eV 이상의 재가 function을 갖는 금속은 존재하지 않는다. 위와 같은 문제점들은 p-GaN의 접촉 비저항이 10-2$\Omega$cm2이상의 높은 값을 갖게 만들고 있으며 이에 대한 해결방안으로는 고온의 열처리를 통하여 p-GaN와 금속사이에서 화학적 반응을 일으킴으로써 표면근처에서 캐리어농도를 증가시키고, 캐리어 수송의 형태가 tunneling 형태로 일어날 수 있도록 하는 tunneling current mechaism을 이용하는 것이다. 이에 본 연구에서는 MOCVD로 성장된 p-GaN 박막을 Mg의 activation을 증가시키기 위해 N2 분위기에서 4분간 80$0^{\circ}C$에서 RTA로 annealing을 하였으며, ohmic 접촉을 위한 금속으로 높은 재가 function과 좋은 adhesion 그리고 낮은 자체저항을 가지고 있는 Ni/ZSi/Ni/Au를 ohmic metal로 하여 contact한 후에 $700^{\circ}C$에서 1분간 rapid thermal annealing (RTA) 처리를 했다. contact resistance를 계산하기 위해 circular-TLM method를 이용하여 I-V 특성을 조사하였고, interface interaction을 알아보기 위해 SEM과 EDX, 그리고 XRD로 분석하였다. 또한 추가적으로 Si 계열의 compound metal인 PdSi와 PtSi에 대한 I-V 특성도 조사하여 비교하여 보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.113-113
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• 2000

직접천이형 wide band gap(3.4eV) 반도체중의 하나인 GaN를 청색 및 자외선 laser diode, 고출력 전자장비 등으로 응용하기 위해서는 낮은 접합저항을 갖는 Ohmic contact이 선행되어야 한다. 그러나 만족할만한 p-type GaN의 Ohmic contact은 아직 실현되고 있지 못하며, 이는 GaN와 접합 금속과의 구체적인 반응의 연구를 필요로 한다. 본 연구에서 앞서 Pt, Pt, Ni등의 late transition metal을 p-GaN에 접합시킨 결과 이들은 접합 당시 비교적 평탄하나 후열 처리과정에서 비교적 낮은 온도에서 기판과 열팽창계수의 차이로 인하여 평탄성을 잃어버리면서 barrier height가 증가한다는 사실을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 이러한 열적 불안정성을 극복하기 위하여 Ni과 Pd를 차례로 증착하고 가열하면서 interfacial reaction, film morphology, Fermi level의 움직임을 monchromatic XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 와 SAM(scanning Auger microscopy) 그리고 ex-situ AFM을 이용하여 밝히고자 하였다. 특히 후열처리에 의한 계면 반응에 수반되는 구성 금속원소 간의 합금현상과 금속 층의 평탄성이 밀접한 관계가 있다는 것을 확인하였다. 이러한 합금과정에서 나타나는 금속원소들의 중심 준위의 이동을 체계적으로 규명하기 위해서 Pd1-xNix와 Pd1-xGax 합금들의 표준시료를 arc melting method로 만들어 농도에 따른 금속원소들의 중심 준위의 이동을 측정하여, Pd/Ni/p-GaN 및 Ni/Pd/p-GaN 계에서 열처리 온도에 따른 interfacial reaction을 확인하였다. 그 결과 두 계가 상온에서 nitride 및 alloy를 형성하지 않고 고르게 증착되고, 열처리 온도를 40$0^{\circ}C$에서 $650^{\circ}C$까지 증가시킴에 따라 계면반응의 부산물인 metallic Ga은 증가하고 있으마 nitride는 여전히 형성되지 않는 것을 확인하였다. 증착당시 Ni이 계면에 있는 Pd/Ni/p-GaN의 경우에는 52$0^{\circ}C$까지의 열처리에 의하여 Ni과 Pd가 골고루 섞이고 그 평탄성도 유지되고 barier height의 변화도 없었다. 더 높은 $650^{\circ}C$ 가열에 의해서는 surface free energy가 작은 Ga의 활발한 편석 현상으로 인해 표면은 Ga이 풍부한 Pd-Ga의 합금층으로 덮이고, 동시에 작은 pinhole들이 발생하며 barrier height도 0.3eV 가량 증가하게 된다. 반면에 증착당시 Pd이 계면에 있는 Ni/Pd/p-GaN의 경우에는 40$0^{\circ}C$의 가열까지는 두 금속이 그들 계면에서부터 섞이나, 52$0^{\circ}C$의 가열에 의해 이미 barrier height가 0.2eV 가량 증가하기 시작하였다. 더 높은 $650^{\circ}C$가열에 의해서는 커다란 pinhole, 0.5eV 가량의 barrier height 증가, Pd clustering이 동시에 관찰되었다. 따라서 Ni과 Pd의 일함수는 물론 thermal expansion coefficient가 거의 같으며 surface free energy도 거의 일치한다는 점을 감안하면, 이렇게 뚜렷한 열적 안정성의 차이는 GaN와 contact metal과의 반응시작 온도(disruption onset temperature)의 차이에 기인함을 알 수 있었다. 즉 계면에서의 반응에 의해 편석되는 Ga에 의해 박막의 strain이 이완되면, pinhole 등의 박막결함이 줄어 들고, 이는 계면의 N의 out-diffusion을 방지하여 p-type GaN의 barrier height 증가를 막게 된다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.21 no.7
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• pp.610-614
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• 2008

In this work, the electrical and optical properties of the two different p-type GaN electrode schemes, ZnNi/ITO and ZnNi/Au, were compared each other, and applied to the top-emitting GaN/InGaN light-emitting diodes (LEDs). The ZnNi/ITO electrode showed much higher transmittance (90%) and slightly lower contact resistance $(1.27{\times}10^{-4}{\Omega}cm^2)$ than those (77%, $(2.26{\times}10^{-4}{\Omega}cm^2)$) of the ZnNi/Au at a wavelength of 460 nm. In addition, GaN LEDs having ZnNi/ITO showed accordingly higher light output power and luminous intensity than those having ZnNI/Au did at the current levels up to 1 A.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.157-157
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• 2010

Vertical-structure light-emitting diodes (V-LEDs) by laser lift-off (LLO) have been exploited for high-efficiency GaN-based LEDs of solid-state lightings. In V-LEDs, emitted light from active regions is reflected-up from reflective ohmic contacts on p-GaN. Therefore, silver (Ag) is very suitable for reflective contacts due to its high reflectance (>95%) and surface plasmon coupling to visible light emissions. In addition, low contact resistivity has been obtained from Ag-based ohmic contacts annealed in oxygen ambient. However, annealing in oxygen ambient causes Ag to be oxidized and/or agglomerated, leading to degradation in both electrical and optical properties. Therefore, preventing Ag from oxidation and/or agglomeration is a key aspect for high-performance V-LEDs. In this work, we demonstrate the enhanced thermal stability of Ag-based Ohmic contact to p-GaN by reducing the thermal compressive stress. The thermal compressive stress due to the large difference in CTE between GaN ($5.6{\times}10^{-6}/^{\circ}C$) and Ag ($18.9{\times}10^{-6}/^{\circ}C$) accelerate the diffusion of Ag atoms, leading to Ag agglomeration. Therefore, by increasing the additional residual tensile stress in Ag film, the thermal compressive stress could be reduced, resulting in the enhancement of Ag agglomeration resistance. We employ the thin Ni layer in Ag film to form Ni/Ag mutli-layer structure, because the lattice constant of NiO ($4.176\;{\AA}$ is larger than that of Ag ($4.086\;{\AA}$). High-resolution symmetric and asymmetric X-ray diffraction was used to measure the in-plane strain of Ag films. Due to the expansion of lattice constant by oxidation of Ni into NiO layer, Ag layer in Ni/Ag multi-layer structure was tensilely strained after annealing. Based on experimental results, it could be concluded that the reduction of thermal compressive stress by additional tensile stress in Ag film plays a critical role to enhance the thermal stability of Ag-based Ohmic contact to p-GaN.