• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.317-318
• /
• 2013

Terahertz (THz) wave는 광학 영역과 방송파 영역 사이에 광대역 주파수 스펙트럼을 차지하고 있다. X선과는 달리 비이온화 광원으로 직진성, 투과성, 낮은 에너지 (meV)를 가지고 있어 비파괴적이고 무해한 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 In0.53Ga0.47As:Be/In0.52Al0.48As의 multi quantum well (MQW)을 Semi-insulting InP:Fe substrate 위에 active layer의 두께와 적층을 변화주어서 성장하였고Au (200 nm)/Ti (30 nm)의 금속전극으로 공정을 하였다. Ti:Sapphire femtosecond pulse laser를 조사하여 THz time-domain spectrometer 시스템을 이용하여 광전도검출법으로 THz 검출 특성을 연구하였다. THz 검출은 짧은 전하수명과 높은 저항을 요구한다. LTInGaAs의 경우 AsGa antisite로 인하여 짧은 전하수명을 얻게 되면 n-type의 높은 전하밀도를 가지게 되어서 저항이 낮아지게 된다. 높은 저항을 만들기 위하여 Be doping을 이용하여 과잉의 전자들을 보상하고 InAlAs layer를 삽입시켜 보다 높은 저항을 얻었다. LT-InGaAs:Be는 LT-GaAs보다 1/70 정도의 amplitude를 보이는데 LT-InGaAs/InAlAs MQW의 경우 LT-GaAs 대비 약 3/4 정도의 큰 amplitude를 얻었다. 또 active layer의 두께가 얇고 적층이 많을수록 신호가 커지는 것을 알 수 있었다. 이는 상대적으로 band gap이 큰 InAlAs층이 더 높은 저항을 만든 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.185.2-185.2
• /
• 2014

We have studied the atomic and electronic structure of graphene nanoribbons (GNRs) on a hexagonal boron nitride (h-BN) sheet with intercalated atoms using first-principles calculations. The h-BN sheet is an insulator with the band gap about 6 eV and then it may a good candidate as a supporting dielectric substrate for graphene-based nanodevices. Especially, the h-BN sheet has the similar bond structure as graphene with a slightly longer lattice constant. For the computation, we use the Vienna ab initio simulation package (VASP). The generalized gradient approximation (GGA) in the form of the PBE-type parameterization is employed. The ions are described via the projector augmented wave potentials, and the cutoff energy for the plane-wave basis is set to 400 eV. To include weak van der Waals (vdW) interactions, we adopt the Grimme's DFT-D2 vdW correction based on a semi-empirical GGA-type theory. Our calculations reveal that the localized states appear at the zigzag edge of the GNR on the h-BN sheet due to the flat band of the zigzag edge at the Fermi level and the localized states rapidly decay into the bulk. The open-edged graphene with a large corrugation allows some space between graphene and h-BN sheet. Therefore, atoms or molecules can be intercalated between them. We have considered various types of atoms for intercalation. The atoms are initially placed at the edge of the GNR or inserted in between GNR and h-BN sheet to find the effect of intercalated atoms on the atomic and electronic structure of graphene. We find that the impurity atoms at the edge of GNR are more stable than in between GNR and h-BN sheet for all cases considered. The nickel atom has the lowest energy difference of ~0.2 eV, which means that it is relatively easy to intercalate the Ni atom in this structure. Finally, the magnetic properties of intercalated atoms between GNR and h-BN sheet are investigated.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.468-468
• /
• 2014

우리나라는 미국, EU, 러시아, 중국, 인도 등 다국간 협력 사업인 국제핵융합실험로(ITER) 사업에 참여하고 있으며, 블랑켓 일차벽 및 시험용 블랑켓 모듈(Test Blanket Module, TBM) 제작기술 개발에 필요한 고열부하 검증시험을 국내에서 자체적으로 실시하기 위한 고열부하시험 시설을 구축하였다. 한국원자력연구원에 설치된 고열부하시험 시설의 주요 사양은 다음과 같다. 열원으로는 전자빔을 사용하며, 빔출력은 최대 300 kW이고, 최대 출력밀도는 $10GW/m^2$이다. 전자빔의 최대 가속전압은 60 kV이고, 최대 조사 면적은 설계상 $70cm{\times}50cm$이다. 고열부하 장비는 핵융합환경과 유사한 고열부하를 시험대상물에 인가하여 접합 및 냉각 성능을 평가하는 장비이며, ITER 블랑켓 및 TBM 일차벽의 경우 약 $0.5MW/m^2$, 가속실험 혹은 사고 시 순간 시나리오 해석을 위해서 $5MW/m^2$까지 고려되기도 한다. ITER 블랑켓 일차벽 제작기술 개발 및 검증(2004~2011)에서는 외국장비(러시아 TSEFEY, 일본 JEBIS, 독일 JUDITH)를 활용하였으나, 고비용 문제와 장비 이용 시간의 제한에 따라 사용이 어려워, 국내에서는 KoHLT-1, 2 장비를 자체 구축하여 활용하여 왔다. 현재는 높은 열부하 인가조건, 약 $5MW/m^2$을 달성하기 위해서 전자빔을 이용한 고열부하시험 장치를 마련하였으며, ITER 블랑켓 일차벽 Semi-Prototype 검증시험, TBM, KSTAR 디버터 실험 등 핵융합로 일차벽 개발에 활용하고 있다. 전자빔, 전원 및 진공 chamber 등 전체 고열부하 시험장치를 구축하여 ITER 장치를 포함해서 토카막 디버터 등 핵융합 플라즈마 대면부품 (Plasma Facing Components, PFC) 재료 개발과 국방, 항공우주 분야의 열유속 게이지 측정법 향상 연구, 로켓 추진 엔진 연소실의 열유속 모니터링 연구, 항공기 프로펠러 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.300.2-300.2
• /
• 2014

테라헤르쯔(terahertz : THz)파는 0.1~10 THz 의 범위로 적외선과 방송파 사이에 광대역 주파수 스펙트럼을 차지하고 있으며 직진성, 투과성, 그리고 낮은 에너지(meV)를 가지고 있어 비 파괴적이고 무해한 장점을 지니고 있다. Ti:sapphire laser와 같은 femto-pulse source 등이 많은 발전이 되어 현재 많은 연구와 발전이 이루어지고 있다. femto-pulse source를 이용한 THz 응용에서는 높은 저항, 큰 전자이동도, 그리고 아주 짧은 전하수명의 기판을 요구하는데 저온에서 성장한(low-temperature grown : LT) InGaAs는 격자 내에 Gallium 자리에 Arsenic이 치환 하면서 AsGa antisite가 발생하여 전하수명을 짧아지는 것을 응용하여 가장 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 보다 높은 저항을 얻기 위하여 molecular beam epitaxy를 이용하여 semi-insulating InP:Fe 기판위에 격자 정합된 LT-InGaAs:Be/InAlAs multi quantum well (MQW)를 well과 barrier를 가각 $10{\mu}m$ 씩 100주기 성장을 하였고 Ti와 Au를 각각 30, $200{\mu}m$로 dipole antenna를 제작 하였다. 이 때 Ti:sapphire femto-pulse laser (30 fs/90 MHz)를 excitation source로 사용하였을 때 9000 pA로 LT-InGaAs epilayer (180 pA)보다 50배 이상 큰 전류 신호를 얻을 수 있었다. THz 발생과 검출을 초소형, 초경량, 고효율로 하기 위해서는 fiber-optic를 이용해야 하는데 이때 분산과 산란 손실이 가장 적은 1550 nm 대역에서 많은 연구가 이루어 졌다. 780, 1560 nm의 mode-locking laser (90 fs/100 MHz)를 사용하여 현재 많이 이용되고 있는 Ti:sapphire femto-pulse laser와 비교하여 THz 특성 변화를 확인하는 연구를 진행 하고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.02a
• /
• pp.341-341
• /
• 2012

Recently, oxide semi-conductor materials have been investigated as promising candidates replacing a-Si:H and poly-Si semiconductor because they have some advantages of a room-temperature process, low-cost, high performance and various applications in flexible and transparent electronics. Particularly, amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO) is an interesting semiconductor material for use in flexible thin film transistor (TFT) fabrication due to the high carrier mobility and low deposition temperatures. In this work, we demonstrated improvement of flexibility in IGZO TFTs, which were fabricated on polyimide (PI) substrate. At first, a thin poly-4vinyl phenol (PVP) layer was spin coated on PI substrate for making a smooth surface up to 0.3 nm, which was required to form high quality active layer. Then, Ni gate electrode of 100 nm was deposited on the bare PVP layer by e-beam evaporator using a shadow mask. The PVP and $Al_2O_3$ layers with different thicknesses were used for organic/inorganic multi gate dielectric, which were formed by spin coater and atomic layer deposition (ALD), respectively, at $200^{\circ}C$. 70 nm IGZO semiconductor layer and 70 nm Al source/drain electrodes were respectively deposited by RF magnetron sputter and thermal evaporator using shadow masks. Then, IGZO layer was annealed on a hotplate at $200^{\circ}C$ for 1 hour. Standard electrical characteristics of transistors were measured by a semiconductor parameter analyzer at room temperature in the dark and performance of devices then was also evaluated under static and dynamic mechanical deformation. The IGZO TFTs incorporating hybrid gate dielectrics showed a high flexibility compared to the device with single structural gate dielectrics. The effects of mechanical deformation on the TFT characteristics will be discussed in detail.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.152-152
• /
• 2011

Silicon 기반의 환경에서 연구 및 제조되는 전자소자는 반도체의 기술이 발전함에 따라 chip 선폭의 크기가 30 nm에서 20 nm, 그리고 그 이하의 크기로 점점 더 작아지는 요구에 직면하고 있다. 탄소나노 구조와 나노와이어 기술이 Silicon을 대신할 다음세대 기술로 주목받고 있다. 많은 연구결과들 중에서 III-V CMOS가 가장 빠른 접근 방법이라 예상한다. III-V족 물질을 이용하면 electron 보다 수십 배 이상의 이동도를 얻을 수 있으나 p-type의 구조를 구현하는 것이 해결해야 할 문제이다. p-type 3-5 족 화합물을 이용하여 에너지 밴드 갭의 변화를 가능하게 한다면 hole의 이동도를 크게 향상시킬 수 있어 silicon 기반의 p-type 소자보다 2~3배 더 빠른 소자의 구현이 가능하다. 3-5족 화합물 반도체의 성장 기술이 많이 진보되어 이를 이용하여 고속 소자를 구현한다면 시기적으로 더욱 빨리 다가올 것이라 예측한다. 에너지 밴드갭의 변화와 격자 부정합을 고려하여 SI InP 기판에 GaSb 물질을 채널로 사용한 p-type 2-dimensional hole gas (2DHG) 소자를 구현하였다. 관찰된 소자 구조의 박막 상태의 특징을 보이며 10 um ${\times}$ 10 um AFM 측정결과 1 nm 이하의 표면 거칠기를 가지며 상온에서의 hole 이동도는 약 650 cm2/Vs이고 sheet carrier density는 $5{\times}1012$ /cm2의 결과를 확인하였다. 실험결과 InP 기판위에 채널로 사용된 GaSb 박막을 올리는데 있어 가장 중요한 것은 Phosphorus, Arsenic, 그리고 Antimony 물질의 양과 이들의 변화시간의 조절이다. 본 발표에서 Semi-insulating InP 기판위에 electron이 아닌 hole을 반송자로 이용한 차세대 고속 전자소자를 구현하고자 하여 MBE (Molecular Beam Epitaxy)로 p-type 소자를 구현하여 실험하였다. 아울러 더욱 빠른 소자의 구현을 위하여 세계의 유수 그룹들의 연구 결과들과 앞으로 예상되는 고속 소자에 대해서 비교와 함께 많은 기술에 대해 논의하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.08a
• /
• pp.394-394
• /
• 2011

급속한 산업의 발달은 심각한 환경오염 및 에너지 문제를 가져왔다. 이를 해결하기 위하여 무한한 에너지원인 태양에너지를 원천으로 하는 친환경 정화소재로서의 광촉매(photocatalyst)를 통하여 인류의 에너지를 확보하는 것에 대한 관심이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 현재 광촉매로 가장 많이 사용되는 $TiO_2$의 경우 뛰어난 광활성과 저렴한 가격, 광 안정성, 화학적 안정성을 가짐에도 불구하고, 3.2 eV라는 상대적으로 넓은 band gap을 가지기 때문에 약 386 nm보다 짧은 파장을 갖는 자외선만 흡수할 수 있다. 이로 인한 가시광 응답성의 부재를 해결하기 위해 수십년간 많은 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 ICP assisted pulsed DC reactive magnetron sputtering을 이용하여 $TiO_2$를 기반으로 하면서 가시광영역의 빛을 흡수하여 높은 효율을 얻을 수 있도록 Nitrogen doping, Low band gap semi-conductor sensitization 등의 방법을 사용하여 광촉매를 제작하였다. 시료의 chemical state와 crystallinity를 확인하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy와 X-ray diffraction method를 이용하여 분석을 수행하였으며, 이러한 공정을 통해 제작된 $TiO_2$기반 광촉매의 가시광 응답성을 확인하기 위하여 UV/Vis 스펙트럼을 측정하였다. 또한 물 분해 장치(water splitting device)를 제작하여 수소와 산소 생성시 흐르는 전류를 측정하여 광특성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.187-187
• /
• 2013

양자점(Quuantum dot, QD)은 0차원 특성을 가지는 구조로 양자 구속 효과로 인하여 bulk와 는 다른 구조적, 광학적, 전기적 특성을 가지고 있다. InAs QD는 size와 barrier의 bandgap 조절을 이용하여 쉽게 bandgap을 바꿀 수 있는 장점이 있어 solar cell, semiconductor laser diode, infrared photodetector 등으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 일반적으로 Stranski-Krastanov (SK) mode로 성장한 InAs QD는 보통 GaAs epilayer와의 lattice mismatch (7%)를 이용하여 성장을 하고 이로 인하여 strain을 가지고 있고 QD의 density와 stack이 높을수록 strain이 커진다. 하지만 sub-monolayer (SML) QD 같은 경우 wetting layer가 생기는 지점인 1.7 ML이하에서 성장되는 성장 방식으로 SK-QD보다는 작은 strain을 가지게 된다. 또 QD의 size가 작아 SK-QD보다 큰 bandgap을 가지고 있다. 본 연구에서는 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE)를 이용하여 semi-insulating GaAs substrate 위에 InAs QD를 0.5/1/1.5/1.7/2/2.5 monolayer로 성장을 하였다. GaAs과 InAs의 성장온도와 성장속도는 각각 $590^{\circ}C$, 0.8 ML/s와 $480^{\circ}C$, 0.2 ML/s로 성장을 하였으며 적층사이의 interruption 시간은 10초로 고정하였고 10주기를 성장하였다. Photoluminescence (PL)측정 결과 SML-QD는 size에 따라서 energy가 1.328에서 1.314 eV로 약간 red shift를 하였고 SK-QD의 경우 1.2 eV의 energy정도로 0.1 eV이상 red shift 하였다. 이는 QD size에 의하여 energy shift가 있다고 사료된다. 또 wetting layer의 경우 1.41 eV의 energy를 가지는 것으로 확인 하였다. SML-QD는 SK-QD 보다 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 작은 것은 확인을 하였고 strain field의 감소로 해석된다. 하지만 SML-QD의 경우 SK-QD보다 상대적으로 작은 PL intensity를 가지고 있었다. 이를 개선하기 위해서는 보다 높은 QD density를 요구하게 되는데 growth temperature, V/III ratio, growth rate 등을 변화주어서 연구할 계획이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.631-631
• /
• 2013

Battery has major drawbacks including its size and life expectancy, and environmental problem. As an alternative, energy harvesting is emerging as a potential solution to replace battery along with more energy-efficient IT devices. The idea of harnessing energy from our living environment is sustainable, semi-permanent, and eco-friendly. Also, unlike battery, energy harvester does not require much space to store energy. Therefore, energy harvesting can provide a better source of power for small, portable, and wireless devices. Among various ways of harvesting energy from our surroundings, triboelectricity is chosen due to its potential to be miniaturized, and efficient. Triboelectric effect occurs as two different materials with different polarity of charge separation come into contact through friction, and then become separated so that electric potential difference is achieved. In this research, such characteristic of triboelectricity is used as a way to convert ambient mechanical energy into electric energy.Series of recent researches have shown promising results that the triboelectric energy harvester can be simple and cost effective. However, sufficient electricity level required to operate mobile devices has not yet been achieved.In this research, our group focuses on the design and optimization of triboelectric energy harvesting device to enhance its output. By using maskless lithography to pattern Kapton film and silicon substrate, which is used as a mold for PDMS thin layer, and sputtering metal electrodes on each side, we fabricate and demonstrate different designs of triboelectric energy harvester that utilizes the contact electrification between a polymer thin film and a metal thin foil. In order to achieve optimized result, the output voltage and current are measured under diverse conditions, which include different surface structure and pattern, material, and the gap between layers.

• The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
• /
• v.61 no.12
• /
• pp.1828-1835
• /
• 2012

In this paper, a conceptual design and a detailed design of novel cylindrical magnetic levitation stage is introduced. This is came from planar-typed magnetic levitation stage. The proposed stage is composed of cylinder-typed permanent magnet array and semi-cylinder-typed 3 phase winding module. When a proper current is induced at winding module, a magnetic levitation force between the permanent magnet array and winding module is generated. The proposed stage can precisely move the cylinder to rotations and translations as well as levitations with the magnetic levitation force. This advantage is useful to make a nano patterning on the surface of cylindrical specimen by using electron beam lithography under vacuum. Two methods are used to calculate required magnetic levitation forces. The one is 2D FEM analysis, the other is mathematical modeling. This paper shown that results of two methods are similar. An assistant plate is introduced to reduce required currents of winding module for levitations in vacuum. The mathematical model of cylindrical magnetic levitation stage is used for dynamic simulation of magnetic levitations. A lead-lag compensator is used for control of the model. Simulation results shown that the detail designed model of the cylindrical magnetic levitation stage with the assistant plate can be controlled very well.