• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.334-334
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• 2013

In the past decade, the infrared detectors based on intersubband transition in quantum dots (QDs) have attracted much attention due to lower dark currents and increased lifetimes, which are in turn due a three-dimensional confinement and a reduction of scattering, respectively. In parallel, focal plane array development for infrared imaging has proceeded from the first to third generations (linear arrays, 2D arrays for staring systems, and large format with enhanced capabilities, respectively). For a step further towards the next generation of FPAs, it is envisioned that a two-dimensional metal hole array (2D-MHA) structures will improve the FPA structure by enhancing the coupling to photodetectors via local field engineering, and will enable wavelength filtering. In regard to the improved performance at certain wavelengths, it is worth pointing out the structural difference between previous 2D-MHA integrated front-illuminated single pixel devices and back-illuminated devices. Apart from the pixel linear dimension, it is a distinct difference that there is a metal cladding (composed of a number of metals for ohmic contact and the read-out integrated circuit hybridization) in the FPA between the heavily doped gallium arsenide used as the contact layer and the ROIC; on the contrary, the front-illuminated single pixel device consists of two heavily doped contact layers separated by the QD-absorber on a semi-infinite GaAs substrate. This paper is focused on analyzing the impact of a two dimensional metal hole array structure integrated to the back-illuminated quantum dots-in-a-well (DWELL) infrared photodetectors. The metal hole array consisting of subwavelength-circular holes penetrating gold layer (2DAu-CHA) provides the enhanced responsivity of DWELL infrared photodetector at certain wavelengths. The performance of 2D-Au-CHA is investigated by calculating the absorption of active layer in the DWELL structure using a finite integration technique. Simulation results show the enhanced electric fields (thereby increasing the absorption in the active layer) resulting from a surface plasmon, a guided mode, and Fabry-Perot resonances. Simulation method accomplished in this paper provides a generalized approach to optimize the design of any type of couplers integrated to infrared photodetectors.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.309.2-309.2
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• 2014

산화아연은 넓은 밴드갭과 큰 엑시톤 에너지를 갖고 있어 광전자반도체 물질로 산화인듐주석의 대체물질로 유망하다. 그러나, 산화아연 박막 및 나노막대는 대부분 c-축 방향으로의 성장이 보고되고 있다. 하지만, c-축으로 성장하는 극성 산화아연은 자발분극과 압전분극을 갖으며 이는 quantum confinement Stark effect (QCSE)를 발생시킨다. 그러므로, 반극성과 무극성 산화아연의 연구가 활발히 진행 되고 있다. 더욱이, 산화아연 나노구조체는 넓은 표면적, 높은 용해도, 광범위한 적용분야 등의 이점으로 많은 연구가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 m-면 사파이어 기판 위에 원자층 증착법을 이용하여 비극성 산화아연의 박막을 형성 후 전기화학증착법을 이용하여 반극성 산화아연 막대를 성장하고 이에 대한 성장 메커니즘을 분석하였다. 반극성 (10-11) 산화아연 나노구조체를 성장하기 위하여 두 단계 공정을 이용하였다. 먼저 원자층 증착법을 이용하여 m-면 사파이어 기판 위에 60 nm의 산화아연 씨앗층을 $195^{\circ}C$에서 성장 하였다. X-선 회절분석을 통하여 m-면 사파이어 위에 성장한 산화아연 씨앗층이 무극성 (10-10)으로 성장한 것을 확인하였다. 무극성 산화아연 씨앗층 위에 나노구조체를 형성하기 위하여 전기화학 증착법을 이용하여 주 공정이 진행되었다. 전구체로는 질산아연헥사수화물 ($Zn(NO3)2{\cdot}6H2O$)과 헥사메틸렌테트라민을 ((CH2)6N4)을 사용하였다. 무극성 산화아연 기판을 질산아연헥사수화물과 헥사메틸렌테트라민을 용해한 전해질에 담근 뒤 $70^{\circ}C$에서 두시간 동안 -1.0V의 정전압을 인가하였다. SEM을 이용한 표면 분석에서 원자층 증착법을 이용해 성장한 무극성 산화아연 씨앗층 위에 산화아연 나노구조체를 성장 시, 한 방향으로 기울어진 반극성 산화아연 나노구조체가 성장하는 것이 관찰되었다. 산화아연 막대의 성장 시간에 따라 XRD를 측정한 결과, 성장 초기에는 매우 약한 $31.5^{\circ}$ (100), $34.1^{\circ}$ (002), $36^{\circ}$ (101) 부근의 피크가 관찰되는 반면, 성장 시간이 증가함에 따라 강한 $36^{\circ}$ 부근의 피크가 관찰되는 X-선 회절 분석 결과를 얻을 수 있었다. 이는, 성장 초기에는 여러 방향의 나노구조체가 성장하였지만 성장시간이 점차 증가함에 따라 (101) 방향으로 우선 성장되는 것을 확인하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.6 no.1
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• pp.61-68
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• 1997

We examined the dependence of the growth of undoped InP epilayer by chloride vapor phase epitaxy on the growth temperature and on the $PCl_3$molar fraction. The growth temperature was varied from $620^{\circ}C$ to $650^{\circ}C$ and the $PCl_3$molar franction from $2.5{\times}10^{-2}$ to $4.5{\times}10^{-2}$. The undoped InP epilayer with hillock free surface was obtained at the growth temperature of $640^{\circ}C$ and at the PCl$_3$molar fraction of $3.0{\times}10^{-2}$. The surface morphology was improved with a decrease of the PCl$_3$molar fraction. The carrier concentration measured by Hall and ECV was less than $1{\times}10^{14}cm^{-3}$. The resistivity of the undoped InP epilayer, measured by using four probe method, showed a high value of <$3.0{\times}10^6{\Omega}\textrm{cm}$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.305-305
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• 2011

Type-II 반도체 나노 구조는 그것의 band alignment 특성으로 인해 광학 소자에 다양한 응용성을 가진다. 특히, 대표적인 Type-II 반도체 나노 구조인 InSb/InAs 양자점의 경우, 약 3~5 ${\mu}m$의 mid-infrared 영역의 spectral range를 가지므로, 장파장을 요하는 소자에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, Type-II 반도체 나노 구조의 밴드 구조를 staggered gap 혹은 broken gap 구조로 조절함으로써 infrared 영역 광소자의 전자 구조를 유용하게 바꾸어 적용할 수 있다. 최근, GaSb wafer 위에 InSb/InAsSb 양자점을 이용하여 cutoff wavelength를 6 ${\mu}m$까지 연장한 IR photodetector의 연구도 보고되고 있다. 하지만, GaSb wafer의 경우 그것의 비용 문제로 인해 산업적 적용이 쉽지 않다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 GaAs wafer와 같은 비용 효율이 높은 wafer를 사용한 연구가 필요할 것이다. 본 연구에서는 Molecular Beam Epitaxy(MBE)를 이용하여 undoped InAs wafer 와 semi-insulating GaAs wafer 상에 InSb 양자 구조를 형성한 결과를 보고한다. InSb 양자 구조는 20층 이상의 다층으로 형성되었고, 두 가지 경우 모두 400${\AA}$ spacer를 사용하였다. 단, InAs wafer 위에 형성한 InSb 양자 구조의 경우 InAs spacer를, GaAs wafer 위에 형성한 양자 구조의 경우 InAsSb spacer를 사용하였다. GaAs wafer 위에 양자 구조를 형성한 경우, InSb 물질과의 큰 lattice mismatch 차이 완화 뿐 아니라, type-II 밴드 구조 형성을 위해 1 ${\mu}m$ AlSb 층과 1 ${\mu}m$ InAsSb 층을 GaAs wafer 위에 미리 형성해 주었다. 양자 구조 형성 방법도 두 종류 wafer 상에서 다르게 적용되었다. InAs wafer 상에는 주로 일반적인 S-K 형성 방식이 적용된 것에 반해, GaAs wafer 상에는 migration enhanced 방식에 의해 양자 구조가 형성되었다. 이처럼 각 웨이퍼에 대해 다른 성장 방식이 적용된 이유는 InAsSb matrix와 InSb 물질 간의 lattice mismatch 차이가 6%를 넘지 못하여 InAs matrix에 비해 원하는 양자 구조 형성이 쉽지 않기 때문이다. 두 가지 경우에 대해 AFM과 TEM 측정으로 그 구조적 특성이 관찰되었다. 또한 infrared 영역의 소자 적용 가능성을 보기 위해 광학적 특성 측정이 요구된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.293-294
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• 2011

It is known that semiconductor quantum-dot (QD) heterostructures have superior zero-dimensional quantum confinement, and they have been successfully applied to semiconductor laser diodes (QDLDs) for optical communication and infrared photodetectors (QDIPs) for thermal images [1]. The self-assembled QDs are normally formed at Stranski-Krastanov (S-K) growth mode utilizing the accumulated strain due to lattice-mismatch existing at heterointerfaces between QDs and cap layers. In order to increase the areal density and the number of stacks of QDs, recently, sub-monolayer (SML)-thick QDs (SQDs) with reduced strain were tried by equivalent thicknesses thinner than a wetting layer (WL) existing in conventional QDs (CQDs) by S-K mode. Despite that it is very different from CQDs with a well-defined WL, the SQD structure has been successfully applied to QDIP[2]. In this study, optical characteristics are investigated by using photoluminescence (PL) spectra taken from self-assembled InAs/GaAs QDs whose coverage are changing from submonolayer to a few monolayers. The QD structures were grown by using molecular beam epitaxy (MBE) on semi-insulating GaAs (100) substrates, and formed at a substrate temperature of 480$^{\circ}C$ followed by covering GaAs cap layer at 590$^{\circ}C$. We prepared six 10-period-stacked QD samples with different InAs coverages and thicknesses of GaAs spacer layers. In the QD coverage below WL thickness (~1.7 ML), the majority of SQDs with no WL coexisted with a small amount of CQDs with a WL, and multi-peak spectra changed to a single peak profile. A transition from SQDs to CQDs was found before and after a WL formation, and the sublevel of SQDs peaking at (1.32${\pm}$0.1) eV was much closer to the GaAs bandedge than that of CQDs (~1.2 eV). These revealed that QDs with no WL could be formed by near-ML coverage in InAs/GaAs system, and single-mode SQDs could be achieved by 1.5 ML just below WL that a strain field was entirely uniform.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.205-205
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• 2013

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 전자 이동도, 그리고 아주 짧은 전하수명의 기판을 요구하는데 저온에서 성장한 (low-temperature grown : LT) GaAs는 격자 내에 Gallium 자리에 Arsenic이 치환 하면서 AsGa antisite가 발생하여 전하수명을 짧아지는 것을 응용하여 가장 많이 이용되고 있다. 현재 THz 응용분야에서 보다 작고 가격경쟁력이 있는 광통신을 이용한 THz photomixer등이 활발히 연구 하고 있다. 광섬유 내에서 손실과 분산이 최소값을 가지는 부분이 1.55 ${\mu}m$ 부근이고 In0.53Ga0.47As 기판을 이용하였을 때 여기에 완벽하게 만족하게 된다. 하지만 LT-InGaAs 의 경우 AsGa antisite로 인하여 carrier lifetime은 짧아지지만 높은 n-type 전하밀도를 가지게 된다. 이때 Be을 doping하여 전하밀도를 보상하여 높은 저항을 유지해야 하는데 Be의 활성화를 위해서는 열처리를 필요로 한다. 하지만 열처리를 하면 carrier lifetime이 길어지기 때문에 carrier lifetime과 저항을 적절히 조율해야 한다. 이는 물질자체의 특성이기 때문에 InGaAs는 GaAs보다 낮은 amplitude와 짧은 cut-off frequency를 가진다. 본 연구에서는 보다 높은 저항을 얻기 위하여 molecular beam epitaxy를 이용하여 semi-insulating InP:Fe 기판위에 격자 정합된 InGaAs:Be/InAlAs multi quantum well (MQW)를 온도별 ($250{\sim}400^{\circ}C$), 주기별 (50~150)로 성장을 하였고 이때 InGaAs layer의 Be doping level은 $2{\times}1018\;cm^{-3}$, Ex-situ annealing은 $550^{\circ}C$에서 10분으로 고정 하였다. THz 발생 실험에서는 InGaAs/InAlAs MQW은 4000 pA로 1,000 pA를 가지는 InGaAs epilayer보다 4배 높은 전류 신호를 얻을 수 있었고 모든 샘플이 2 THz에서 cut-off frequency를 가지고 있었다. THz 검출 실험에서는 LT-InGaAs:Be epilayer LT-InGaAs:Be/InAlAs, HT-InGaAs/InAlAs 샘플이 각각 180, 9000, 12000 pA의 전류신호를 가지고 있었고 모든 샘플이 2 THz에서 cut-off frequency를 가지고 있었다. HT-InGaAs/InAlAs MQW를 이용한 검출실험에서는 InGaAs layer가 defect free이지만 LT-InGaAs:Be/ InAlAs MQW 보다 높은 전류 신호를 얻을 수 있었다. 이는 InAlAs layer가 저항만 높이는 것뿐만 아니라 carrier trapping layer로써의 역할도 하는 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.250-250
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• 2013

단일벽 탄소나노튜브(Single-walled nanotubes, SWNTs)는 나노스케일의 크기와 우수한 물성으로 인하여, 전자, 에너지, 바이오 분야로의 응용이 기대되고 있다. 특히 SWNTs의 직경을 제어하게 되면 튜브의 전도성 제어가 훨씬 수월하게 되어, 차세대 나노전자소자의 실현을 앞당길 수 있으며 이러한 이유로 많은 연구들이 현재 행해지고 있다. SWNTs의 직경제어 합성을 위해서는 현재 열화학기상증착법(Thermal chemical vapor deposition; TCVD)이 가장 일반적으로 이용되고 있으며, 합성 촉매와 합성되는 튜브의 직경과의 크기 연관성이 알려진 후로는, 촉매의 크기를 제어하여 SWNTs의 직경을 제어하고자 하는 연구들이 활발하게 보고되고 있다. 특히, 촉매 나노입자의 직경이 1~2 nm 이하로 감소될 경우, SWNTs의 직경 분포가 어떻게 변화할 것인지가 최근 가장 중요한 관심사로 남아 있으나, 이러한 크기의 금속입자는 나노입자의 융점저하 현상이 발현되는 영역이므로, SWNTs의 합성온도 영역에서 촉매 금속입자는 반액체(Semi-liquid) 상태로 존재할 것으로 추측하고 있다. 본 연구에서는 고온의 SWNTs 합성환경에서 금속나노촉매의 유동성을 제한하기 위하여 나노사이즈의 기공이 규칙적으로 정렬된 다공성 물질인 제올라이트를 촉매담지체로 이용하였고, 이 때 다양한 합성변수가 SWNTs의 직경에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. SWNTs의 합성을 위해 실리콘 산화막 기판 위에 제올라이트를 도포한 후, 합성 촉매로서 전자빔증발법을 통하여 수 ${\AA}$에서 수 nm 두께의 철 박막을 증착하였다. 합성은 메탄을 원료가스로 하여 TCVD법으로 실시하였다. 주요변수로는 제올라이트 종류, 증착하는 철 박막의 두께, 합성온도를 설정하였으며, 이에 따라 합성된 SWNTs의 합성수율 및 직경분포의 변화를 체계적으로 살펴보았다. SWNTs의 전체적인 합성수율의 변화는 SEM 관찰결과를 이용하였으며, SWNTs의 직경은 AFM 관찰 및 Raman 스펙트럼의 분석에서 도출하였다. 실험결과, 제올라이트 종류에 따라서는 명확한 튜브직경 분포의 변화 없이 비교적 좁은 직경분포를 갖는 SWNTs가 합성되었으며, 합성온도가 $850^{\circ}C$ 이하로 감소되면 합성수율이 현저히 감소되는 것을 알 수 있었다. 촉매박막의 두께가 1 nm 이상인 경우에서는 직경 5 nm 전후의 나노입자가 형성되었으며, 이때 SWNTs의 합성수율은 높았으나 다양한 직경의 튜브가 합성이 된 것을 확인할 수 있었다. 반면, 촉매입자의 크기가 2 nm 이하에서는 합성수율은 다소 저하되었으나, SWNTs의 직경분포의 폭이 상대적으로 훨씬 좁아지는 것을 알 수 있었다. 추후, 극미세 촉매와 저온합성 환경에서의 합성수율 향상을 위한 합성공정의 개량이 지속적으로 요구된다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.23 no.9
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• pp.483-488
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• 2013

Over the past few decades, high-nitrogen austenitic steels have steadily received greater attention since they provide a unique combination of high strength and ductility, good corrosion resistance, and non-magnetic properties. Recently, highnitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels with enhanced strength have been developed and widely used for generator retaining rings in order to prevent the copper wiring from being displaced by the centrifugal forces occurring during high-speed rotation. The high-nitrogen austenitic steels for generator retaining ring should be expanded at room temperature and then stress relief annealed at around $400^{\circ}C$ to achieve the required mechanical properties. In this study, four kinds of high-nitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels with different nitrogen content were fabricated by using a pressurized vacuum induction melting furnace, and then the effects of nitrogen content, cold working, and stress relieving on tensile properties were investigated. The yield and tensile strengths increased proportionally with increasing nitrogen content and cold working, and they further increased after stress relieving treatment. Based on these results, a semi-empirical equation was proposed to predict the tensile strength of highnitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels for generator retaining rings. It will be a useful for the effective fabrication of high-nitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels for generator retaining rings with the required tensile properties.

• Resources Recycling
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• v.23 no.6
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• pp.63-67
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• 2014

Gallium is an important material and is used by industry of oxide semi-conductor and LED chip. However, the most of the gallium-containing waste resources became outflow abroad and the most of which is imported from oversea by following technical problem and low circulation rate. In this research, the recovery of high purity Gallium metal from Gallium scrap, which containing about 30% of Gallium, was investigated by using hydro-metallurgical process. As pretreatment, the Gallium scrap was pulverized and leached by strong acid such as hydro chloric acid. At the leached solution, Indium was separated as an Indium sponge by substitution reaction and then Gallium and Zinc hydroxide separated and filtrated using strong alkaline solution such as sodium hydroxide by precipitation method. Also, Gallium metal and Zinc metal was recovered by electrowinning method. To make an electrolytic solution, Gallium and Zinc hydroxide was leached by strong alkaline solution. Finally, High purity Gallium metal was recovered by vacuum refining process to remove the Zinc impurity.

• The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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• v.20 no.3
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• pp.135-140
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• 2020

Since the process gas that is essential in the semiconductor process is a harmful gas, it is an essential task to solve it in an environmentally friendly manner. Currently, the cleaning technology used in the semiconductor process is mostly a wet cleaning based on hydrogen peroxide developed in the 1970s, and the SC-1 cleaning liquid for removing particles on the surface uses a mixture of ammonia and hydrogen peroxide. Therefore, environmental problems are caused, and economic problems caused by excessive water use are also serious. For this reason, the products developed through this study are used to decompose the process harmful gas from the chamber outlet into a harmless gas before entering the vacuum pump, or by incineration and the gaseous components are deposited on the pump. I want to solve the problem. In this paper, CPS (Confined Plasma Source) is proposed to save environment and improve productivity by replacing harmful gases (N2, CF4, SF6⋯., Etc) which are indispensable in semi-contamination process with innocuous gases or incineration with plasma, to study.