• 열처리공학회지
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• 제24권3호
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• pp.127-132
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• 2011

The silicon-containing Diamond-like Carbon (Si-DLC) film as an low friction coefficient coating has especially treated a different silicon content by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process at $500^{\circ}C$ on nitrided-STD 11 mold steel with (TMS) gas flow rate. The effects of variable silicon content on the Si-DLC films were tested with relative humidity of 5, 30 and 85% using a ball-on-disk tribometer. The wear-tested and original surface of Si-DLC films were analysed for an understanding of physical and chemical characterization, including a changing structure, via Raman spectra and nano hardness test. The results of Raman spectra have inferred a changing intra-structure from dangling bonds. And high silicon containing DLC films have shown increasing carbon peak ratio ($I_D/I_G$) values and G-peak values. In particular, the tribological tested surface of Si-DLC was shown the increasing hardness value in proportional to TMS gas flow rate. Therefore, at same time, the structure of the Si-DLC film was changed to a different intra-structure and increased hardness film with mechanical shear force and chemical reaction.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.274-274
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• 2014

금속칼코게나이드 화합물중 하나인 $MoS_2$는 초저 마찰계수의 금속성 윤활제로 널리 사용되고 있으며 흑연과 비슷한 판상 구조를 지니고 있어 기계적 박리법을 통한 그래핀의 발견 이후 2차원 박막 합성법에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 최근 다양한 응용이 진행 중인 그래핀의 경우 높은 전자이동도, 기계적 강도, 유연성, 열전도도 등 뛰어난 물리적 특성을 지니고 있으나 zero-bandgap으로 인한 낮은 on/off ratio는 thin film transistor (TFT), 논리회로(logic circuit) 등 반도체 소자 응용에 한계가 있다. 하지만 $MoS_2$는 벌크상태에서 약 1.2 eV의 indirect band-gap을 지닌 반면 단일층의 경우 1.8 eV의 direct-bandgap을 나타내고 있다. 또한 단일층 $MoS_2$를 이용하여 $HfO_2/MoS_2/SiO_2$ 구조의 트랜지스터를 제작하였을 때 $200cm^2/v^{-1}s^{-1}$의 높은 mobility와 $10^8$ 이상의 on/off ratio 나타낸다는 연구가 보고되어 있어 박막형 트랜지스터 응용을 위한 신소재로 주목을 받고 있다. 한편 2차원 $MoS_2$ 박막을 합성하기 위한 대표적인 방법인 기계적 박리법의 경우 고품질의 단일층 $MoS_2$ 성장이 가능하지만 대면적 합성에 한계를 지니고 있으며 화학기상증착법(CVD)의 경우 공정 gas의 분해를 위한 높은 온도가 요구되므로 박막형 투명 트랜지스터 응용을 위한 플라스틱 기판으로의 in-situ 성장이 어렵기 때문에 이를 보완할 수 있는 $MoS_2$ 박막 합성 공정 개발이 필요하다. 특히 Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 방법은 공정 gas가 전기적 에너지로 분해되어 chamber 내부에서 cold-plasma 형태로 존 재하기 때문에 박막의 저온성장 및 대면적 합성이 가능하며 고진공을 바탕으로 합성 중 발생하는 오염 요소를 효과적으로 제어할 수 있다. 본 연구에서는PECVD를 이용하여 plasma power, 공정압력, 공정 gas의 유량 등 다양한 공정 변수를 조절함으로써 저온, 저압 조건하에서의 $MoS_2$ 박막 성장 가능성을 확인하였으며 전구체로는 Mo 금속과 $H_2S$ gas를 사용하였다. 또한 향후 flexible 소자 응용을 위한 플라스틱 기판의 녹는점을 고려하여 공정 온도는 $300^{\circ}C$ 이하로 설정하였으며 합성된 $MoS_2$ 박막의 두께 및 화학적 구성은 Raman spectroscopy를 이용하여 확인 하였다. 공정온도 $200^{\circ}C$와 $150^{\circ}C$에서 성장한 $MoS_2$ 박막의 Raman peak의 경우 상대적으로 낮은 공정온도로 인하여 Mo와 H2S의 화학적 결합이 감소된 것을 관찰할 수 있었고 $300^{\circ}C$의 경우 약 $26{\sim}27cm^{-1}$의 Raman peak 간격을 통해 5~6층의 $MoS_2$ 박막이 형성 된 것을 확인할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제10권4호
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• pp.282-289
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• 2000

전자싸이클로트론공명-플라즈마 화학기상증착법으로 $PbTiO_3$박막을 증착하였다. $RuO_2$ 기판과 Pt 기판 위에 금속유기화합물 원료기체 유량 및 증착온도에 따라서 $PbTiO_3$박막의 증착특성을 연구하였다. $RuO_2$ 기판 위에서 Pt 기판에 비하여 Pb-oxide 분자의 잔류시간이 상대적으로 크고, 페로브스카이트 핵생성 밀도는 상대적으로 작으며, 단일한 페로브스카이트 상의 $PbTiO_3$ 박막을 얻을 수 있는 공정범위가 Pt 기판보다 좁았다. $PbTiO_3$ 박막 증착 전 Ti-oxide 씨앗층을 도입함으로써 $RuO_2$ 기판에서도 페로브스카이트 핵생성 밀도를 증가시켜 단일한 페로브스카이트 박막을 얻을 수 있는 공정범위가 확장되었다. $PbTiO_3$에서 Ti 성분을 Zr으로 일부 대체시킨 $Pb(Zr,Ti)O_3\;(PZT)$ 박막의 경우에도 Ti-oxide 씨앗층을 도입함으로써 넓은 공정범위에서 단일한 페로브스카이트 PZT 박막을 $RuO_2$기판 위에서도 제조할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.397-397
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• 2010

Bone is considered as hierarchically organized biocomposites of organic (collagen) and inorganic (hydroxyapatite) materials. The precise structural dependence between hydroxyapatite (HAp, $Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2)$ crystals and collagen fibril is critical to unique characteristics of bone. To meet those conditions and obtain optimal properties, it is essential to understand and control the initial growth mechanisms of hydroxyapatite at the molecular level, such as other nano-structured materials. In this study, collagen fibrils were prepared by adsorbing native type I collagen molecules onto hydrophobic surface. Hydrophobicity was introduced on the Si wafer surface by using PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) method and cyclohexane as a precursor. Biomimetic nucleation and growth of HAp on the self-assembled collagen nanofibrils were occurred through incubation of the sample in SBF (simulated body fluid). Chemical and morphological evolution of HAp nanocrystals was investigated by surface-sensitive analytical techniques such as ToF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) and AFM (Atomic Force Microscopy) in the early growth stages (< 24 hrs). The very initial stages (< 12 hrs) of mineralization could be clearly demonstrated by ToF-SIMS chemical mapping of surface. In addition to ToF-SIMS and AFM measurement, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction analysis were conducted to characterize the HAp layer in the late stages. This study is of great importance in the growth of real bone-like materials with a structure analogous to that of natural bones and the development of biomimetic nanomaterials.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 추계학술대회 논문집 Vol.17
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• pp.280-284
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• 2004

Multicrystalline silicon wafers were textured in an alkaline bath, basically using sodium hydroxide and in acidic bath, using mainly hydrofluoric acid (HF), nitric acid $(HNO_3)$ and de-ionized water (DIW). Some wafers were also acid polished for the comparative study. Comparison of average reflectance of the samples treated with the new recipe of acidic solution showed average diffuse reflectance less than even 5 percent in the optimized condition. Solar cells were thus fabricated with the samples following the main steps such as phosphorus doping for emitter layer formation, silicon nitride deposition for anti-reflection coating by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and front surface passivation, screen printing metallization, co-firing in rapid thermal processing (RTP) Furnace and laser edge isolation and confirmed >14 % conversion efficiency from the best textured samples. This isotropic texturing approach can be instrumental to achieve high efficiency in mass production using relatively low cost silicon wafers as starting material.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.281-284
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• 2007

Recently, we have developed p-i-n a-Si:H single junction thin film solar cells with RF (13.56MHz) plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system, and also successfully fabricated the mini modules ($>300cm^2$), using the laser patterning technique to form an integrated series connection. The efficiency of a mini module was 7.4% ($Area=305cm^2$, Isc=0.25A, Voc=14.74V, FF=62%). To fabricate large area modules, it is important to optimise the integrated series connection, without damaging the cell. We have newly installed the laser patterning equipment that consists of two different lasers, $SHG-YVO_4$ (${\lambda}=0.532{\mu}m$) and YAG (${\lambda}=1.064{\mu}m$). The mini-modules are formed through several scribed lines such as pattern-l (front TCO), pattern-2 (PV layers) and pattern-3 (BR/back contact). However, in the case of pattern-3, a high-energy part of laser shot damaged the textured surface of the front TCO, so that the resistance between the each cells decreases due to an incomplete isolation. In this study, the re-deposition of SnOx from the front TCO, Zn (BR layer) and Al (back contact) on the sidewalls of pattern-3 scribed lines was observed. Moreover, re-crystallization of a-Si:H layers due to thermal damage by laser patterning was evaluated. These cause an increase of a leakage current, result in a low efficiency of module. To optimize a-Si:H single junction thin film modules, a laser beam profile was changed, and its effect on isolation of scribed lines is discussed in this paper.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.431.1-431.1
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• 2014

최근, 높은 캐리어 이동도와 유연성, 투명성의 우수한 전기적 기계적 특성을 갖는 그래핀에 관한 연구가 활발해지고 있으며 이를 기반으로 한 그래핀 field effect transistor (FET) 센서 응용 또한 관심이 커지고 있다. 작은 소자 크기, 견고한 구조, 빠른 응답속도와 CMOS 공정과의 호환성이 좋은 FET 기반의 센서의 감지 특성은 주로 전해질과 직접 접촉하는 게이트 절연체의 고유 특성에 의해 결정된다. 이러한 게이트 절연체는 일반적으로 스퍼터링, atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 등의 진공 방법에 의해 형성되며, 이 공정 기술은 고가의 장비, 긴 공정 시간과 높은 제조비용이 요구된다. 더욱이, 위의 방식들은 소자 제작 동안에 플라즈마 발생 또는 열처리를 필요로 하게 되며 이는 그래핀 기반의 소자의 제작에 있어 큰 손상을 발생시키게 된다. 이러한 이유로 인해, 그래핀 FET 센서의 게이트 절연체의 형성에 있어 진공 증착 기술은 적절하지 않다. 본 연구에서는, 진공 증착 기술의 문제점을 극복하기 위해 sol-gel 방식을 통한 Al2O3 게이트 절연체를 갖는 그래핀 FET 센서를 제작하였다. Sol-gel 방식은 적은 비용, 공정의 단순화, 높은 처리량 뿐 아니라 소자의 대면적화 제작에 유리하다는 장점을 가지며, 또한 게이트 절연체를 증착함에 있어서 플라즈마가 발생하지 않기 때문에 그래핀 FET 제작에 쉽게 적용될 수 있다. 특히, 게이트 절연체 중 Al2O3은 우수한 화학적 안정성과 감지 특성으로 인해 본 실험에 사용하였다. 결론적으로, sol-gel 방식을 통한 Al2O3 게이트 절연체를 갖는 그래핀 FET 센서는 우수한 전기적 특성과 감지 특성 측면에서 매우 전망적이다.

• 한국표면공학회지
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• 제47권3호
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• pp.99-103
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• 2014

The encapsulation method of flexible organic light emitting devices (OLEDs) was investigated for the structure of ITO / 2-TNATA / NPB / $Alq_3$ : Rubrene (1 vol.%) / $Alq_3$ / LiF / Al / $Alq_3$ / LiF / Al (OLED #1), on which $SiN_x$ thin film was deposited and metal film was attached to protect the damage of OLED from oxygen and moisture. The $SiN_x$ thin film was deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method using $SiH_4$ of 20 sccm and $N_2$ of 15~35 sccm as reactor gases. The optimum $SiN_x$ deposition condition was found to be 20 sccm $SiH_4$ and 20 sccm $N_2$ from the Ca test of the fabricated $SiN_x$ thin film. The life time of OLED #1, OLED #1 / $SiN_x$ 200 nm, OLED #1 / $SiN_x$ 400 nm and OLED #1 / $SiN_x$ 400 nm / metal film was 7, 12, 25, and 45 hours, respectively. In conclusion, it has been shown that the lifetime of OLEDs can be improved more than 6 times by $SiN_x$ film and a metal film encapsulation.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.356-356
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• 2010

Tribological behaviors of the hard film on soft substrate system were explored using the hard thin film of diamond-like carbon (DLC) coated the soft polymer of polydimethysiloxane (PDMS). A DLC film with the Young's modulus of 100 GPa was coated on PDMS substrate with Young's modulus of 10 MPa using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique. The deposition time was varied from 10 sec to 10 min, resulting in nanoscale roughness of wrinkle patterns with the thickness of 20 nm to 510 nm, respectively, at a bias voltage of $400\;V_b$, working pressure 10 mTorr. Nanoscale wrinkle patterns with 20-100 nm in width and 10-30 nm height were formed on DLC coating due to the residual stress in compression and difference in Young's modulus. Nanoscale roughness effect on tribological behaviors was observed by performing a tribo-experiment using the ball-on-disk type tribometer with a steel ball of 6 mm in diameter at the sliding speed of 220 rpm, normal load of 1N and 25% humidity at ambient temperature of $25^{\circ}C$. Friction force were measured with respect to thickness change of coated DLC thin film on PDMS. It was found that with increases the thickness of DLC coating on PDMS, the coefficient of friction decreased by comparison to that of the uncoated PDMS. The wear tracks before and after tribo-test were analyzed using SEM and AFM.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.54.2-54.2
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• 2010

최근까지는 주로 비정질 실리콘이 디스플레이의 채널층으로 상용화 되어왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 구조적인 문제인 낮은 전자 이동도(< $1\;cm^2/Vs$)로 인하여 디스플레이의 대면적화에 부적합하며, 광학적으로 불투명한 특성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이의 응용에 불리한 점이 있다. 이런 문제점의 대안으로 현재 국내외 여러 연구 그룹에서 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 진행중이다. 산화물 기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하고, 상온에서 증착이 가능하며, 비정질 실리콘에 비해 월등히 우수한 이동도를 가짐으로 디스플레이의 대면적화에 유리하다. 특히 Zinc Oxide의 경우, band gap이 3.4eV로써, transparent conductors, varistors, surface acoustic waves, gas sensors, piezoelectric transducers 그리고 UV detectors 등의 많은 응용에 쓰이고 있다. 또한, a-Si TFTs에 비해 ZnO-based TFTs의 경우 우수한 소자 성능과 신뢰성을 나타내며, 대면적 제조시 우수한 균일성 및 낮은 생산비용이 장점이다. 그러나 ZnO-baesd TFTs의 경우 일정한 bias 아래에서 threshold voltage가 이동하는 문제점이 displays의 소자로 적용하는데 매우 중요하고 문제점으로 여겨진다. 특히 gate insulator와 channel layer사이의 interface에서의 defect에 의한 charge trapping이 이러한 문제점들을 야기한다고 보고되어진다. 본 연구에서는 Zinc Oxide 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering을 이용하여 상온에서 제작을 하였다. 또한, $Si_3N_4$ 기판 위에 electron cyclotron resonance (ECR) $O_2$ plasma 처리와 plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)를 통하여 $SiO_2$ 를 10nm 증착을 하여 interface의 개선을 시도하였다. 그리고 TFTs 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가를 하였고, 소자의 field effect mobility의 값이 향상을 하였다. 또한 Temperature, Bias Temperature stability의 조건에서 안정성을 평가를 하였다. 이러한 interface treatment는 안정성의 향상을 시킴으로써 대면적 디스플레의 적용에 비정질 실리콘을 대체할 유력한 물질이라고 생각된다.