• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.51 no.4
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• pp.237-242
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• 2018

We report on the fabrication and photoelectrochemical (PEC) properties of a ZnO nanorod array structure as an efficient photoelectrode for hydrogen production from sunlight-driven water splitting. Vertically aligned ZnO nanorods were grown on an indium-tin-oxide-coated glass substrate via seed-mediated hydrothermal synthesis method with the use of a ZnO nanoparticle seed layer, which was formed by thermally oxidizing a sputtered Zn metal thin film. The structural and morphological properties of the synthesized ZnO nanorods were examined using X-ray diffraction and scanning electron microscopy, as well as Raman scattering. The PEC properties of the fabricated ZnO nanorod photoelectrode were evaluated by photocurrent conversion efficiency measurements under white light illumination. From the observed PEC current density versus voltage (J-V) behavior, the vertically aligned ZnO nanorod photoelectrode was found to exhibit a negligible dark current and high photocurrent density, e.g., $0.65mA/cm^2$ at 0.8 V vs Ag/AgCl in a 1 mM $Na_2SO_4$ electrolyte. In particular, a significant PEC performance was observed even at an applied bias of 0 V vs Ag/AgCl, which made the device self-powered.

• Biomaterials Research
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• v.22 no.4
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• pp.352-359
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• 2018

Background: Black phosphorus (BP) has emerged as a novel class of nanomaterials owing to its unique optical and electronic properties. BP, a two-dimensional (2D) nanomaterial, is a structure where phosphorenes are stacked together in layers by van der Waals interactions. However, although BP nanodots have many advantages, their biosafety and biological effect have not yet been elucidated as compared to the other nanomaterials. Therefore, it is particularly important to assess the cytotoxicity of BP nanodots for exploring their potentials as novel biomaterials. Methods: BP nanodots were prepared by exfoliation with a modified ultrasonication-assisted solution method. The physicochemical properties of BP nanodots were characterized by transmission electron microscopy, dynamic light scattering, Raman spectroscopy, and X-ray diffractometry. In addition, the cytotoxicity of BP nanodots against C2C12 myoblasts was evaluated. Moreover, their cell imaging potential was investigated. Results: Herein, we concentrated on evaluating the cytotoxicity of BP nanodots and investigating their cell imaging potential. It was revealed that the BP nanodots were cytocompatible at a low concentration, although the cell viability was decreased with increasing BP nanodot concentration. Furthermore, our results demonstrated that the cells took up the BP nanodots, and the BP nanodots exhibited green fluorescence. Conclusions: In conclusion, our findings suggest that the BP nanodots have suitable biocompatibility, and are promising candidates as fluorescence probes for biomedical imaging applications.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.22 no.4
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• pp.190-194
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• 2012

The formation of high-quality polycrystalline silicon (poly-Si) on relatively low cost substrate has been an important issue in the development of thin film solar cells. Poly-Si seed layers were fabricated by an inverse aluminum-induced crystallization (I-AIC) process and the properties of the resulting layer were characterized. The I-AIC process has an advantage of being able to continue the epitaxial growth without an Al layer removing process. An amorphous Si precursor layer was deposited on Corning glass substrates by RF magnetron sputtering system with Ar plasma. Then, Al thin film was deposited by thermal evaporation. An $SiO_2$ diffusion barrier layer was formed between Si and Al layers to control the surface orientation of seed layer. The crystallinity of the poly-Si seed layer was analyzed by Raman spectroscopy and x-ray diffraction (XRD). The grain size and orientation of the poly-Si seed layer were determined by electron back scattering diffraction (EBSD) method. The prepared poly-Si seed layer showed high volume fraction of crystalline Si and <100> orientation. The diffusion barrier layer and processing temperature significantly affected the grain size and orientation of the poly Si seed layer. The shorter oxidation time and lower processing temperature led to a better orientation of the poly-Si seed layer. This study presents the formation mechanism of a poly seed layer by inverse aluminum-induced crystallization.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.28 no.4
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• pp.214-220
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• 2018

We report on the fabrication and photoelectrochemical(PEC) properties of a $Cu_2O$ thin film/ZnO nanorod array oxide p-n heterojunction structure with ZnO nanorods embedded in $Cu_2O$ thin film as an efficient photoelectrode for solar-driven water splitting. A vertically oriented n-type ZnO nanorod array was first prepared on an indium-tin-oxide-coated glass substrate via a seed-mediated hydrothermal synthesis method and then a p-type $Cu_2O$ thin film was directly electrodeposited onto the vertically oriented ZnO nanorods array to form an oxide semiconductor heterostructure. The crystalline phases and morphologies of the heterojunction materials were characterized using X-ray diffraction and scanning electron microscopy as well as Raman scattering. The PEC properties of the fabricated $Cu_2O/ZnO$ p-n heterojunction photoelectrode were evaluated by photocurrent conversion efficiency measurements under white light illumination. From the observed PEC current density versus voltage (J-V) behavior, the $Cu_2O/ZnO$ photoelectrode was found to exhibit a negligible dark current and high photocurrent density, e.g., $0.77mA/cm^2$ at 0.5 V vs $Hg/HgCl_2$ in a $1mM\;Na_2SO_4$ electrolyte, revealing an effective operation of the oxide heterostructure. In particular, a significant PEC performance was observed even at an applied bias of 0 V vs $Hg/HgCl_2$, which made the device self-powered. The observed PEC performance was attributed to some synergistic effect of the p-n bilayer heterostructure on the formation of a built-in potential, including the light absorption and separation processes of photoinduced charge carriers.

• Macromolecular Research
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• v.11 no.5
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• pp.375-381
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• 2003

Silver salt complex membranes with glassy poly(methyl methacrylate) (PMMA) unexpectedly showed higher propylene permeance than those with rubbery poly(butyl methacrylate) (PBMA) where as neat PMMA is much less permeable to propylene than that of neat PBMA. Such unusual facilitated olefin transport has been systematically investigated by changing the side chain length of polymethacrylates (PMAs) from methyl, ethyl to butyl. The ab initio calculation showed almost the same electron densities of the carbonyl oxygens in the three PMAs, expecting very similar intensity of the interaction between carbonyl oxygen and silver ion. However, the interaction intensity decreases with the length of the alkyl side chain: PMMA > PEMA > PBMA according to wide angle X-ray scattering and FT-Raman spectroscopy. The difference in the interaction intensity may arise from the difference in the hydrophilicity of the three PMAs, as confirmed by the contact angle of water, which determines the concentrations of the ionic constituents of silver salts: free ion, contact ion pair and higher order ionic aggregate. However, propylene solubilities and facilitated propylene transport vary with the side chain length significantly even at the same concentration of the free ion, the most active olefin carrier, suggesting possible difference in the prohibition of the molecular access of propylene to silver ion by the side chains: the steric hindrance. Therefore, it may be concluded that both the hydrophilicity and the steric hindrance associated with the side chain length in the three PMAs are of pivotal importance in determining facilitated olefin transport through polymer/silver salt complex membranes.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.57 no.1
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• pp.22-30
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• 2024

This study reports a direct growth of carbon nanotubes (CNTs) on the surface of LiCoO₂ (LCO) powders to apply as highly efficient cathode materials in lithium-ion batteries (LIB). The CNT synthesis was performed using a thermal chemical vapor deposition apparatus with temperatures from 575 to 625 ℃. Ferritin molecules as growth catalyst of CNTs were mixed in deionized (DI) water with various concentrations from 0.05 to 1.0 mg/mL. Then, the LCO powders was dissolved in the ferritin solution at a ratio of 1g/mL. To obtain catalytic iron nanoparticles on the LCO surface, the LCO-ferritin suspension was dropped in silicon dioxide substrates and calcined under air at 550℃. Subsequently, the direct growth of CNTs on LCO powders was performed using a mixture of acetylene (10 sccm) and hydrogen (100 sccm) for 10 min. The growth behavior was characterized by scanning and transmission electron microscopy, Raman scattering spectroscopy, X-ray diffraction, and thermogravimetric analysis. The optimized condition yielding high structural quality and amount of CNTs was 600 ℃ and 0.5 mg/mL. The obtained materials will be developed as cathode materials in LIB.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.26 no.11
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• pp.604-610
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• 2016

We report on the fabrication and characterization of a novel $Cu_2O/CuO$ heterojunction structure with CuO nanorods embedded in $Cu_2O$ thin film as an efficient photocathode for photoelectrochemical (PEC) solar water splitting. A CuO nanorod array was first prepared on an indium-tin-oxide-coated glass substrate via a seed-mediated hydrothermal synthesis method; then, a $Cu_2O$ thin film was electrodeposited onto the CuO nanorod array to form an oxide semiconductor heterostructure. The crystalline phases and morphologies of the heterojunction materials were examined using X-ray diffraction and scanning electron microscopy, as well as Raman scattering. The PEC properties of the fabricated $Cu_2O/CuO$ heterojunction photocathode were evaluated by photocurrent conversion efficiency measurements under white light illumination. From the observed PEC current density versus voltage (J-V) behavior, the $Cu_2O/CuO$ photocathode was found to exhibit negligible dark current and high photocurrent density, e.g. $-1.05mA/cm^2$ at -0.6 V vs. $Hg/HgCl_2$ in $1mM\;Na_2SO_4$ electrolyte, revealing the effective operation of the oxide heterostructure. The photocurrent conversion efficiency of the $Cu_2O/CuO$ photocathode was estimated to be 1.27% at -0.6 V vs. $Hg/HgCl_2$. Moreover, the PEC current density versus time (J-T) profile measured at -0.5 V vs. $Hg/HgCl_2$ on the $Cu_2O/CuO$ photocathode indicated a 3-fold increase in the photocurrent density compared to that of a simple $Cu_2O$ thin film photocathode. The improved PEC performance was attributed to a certain synergistic effect of the bilayer heterostructure on the light absorption and electron-hole recombination processes.

• Proceedings of the Korea Inteligent Information System Society Conference
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• 2000.11a
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• pp.257-266
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• 2000

산업 및 가정용 기기들이 점차 복잡해짐에 따라 다양한 공학 분야의 해석 기술을 동시에 고려하면서 이들 원리를 적용한 최적의 설계를 결정하는 방법론의 필요성이 대두되고 있다. 다분야통합최적설계 또는 MDO(Multidisciplinary Design Optimization)라 일컫는 새로운 기술은 이러한 필요에 대응하는 기술로서 국내외적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 MDO 기술을 구현하는 소프트웨어와 하드웨어 복합 체계를 MDO 프레임웍(framework)이라 한다. 일반적으로 프레임웍이란 실제 응용프로그램의 용도에 맞는 주문제작(customization)이 가능한 일종의 전단계 프로그램이라 할 수 있다 MDO 프레임웍은 설계 및 해석 도구들간의 인터페이스를 제공하고, 이들 도구들이 사용하는 설계 데이터를 효율적으로 공유할 수 있도록 지원하여, 설계 작업을 정의, 실행, 관리하는 역할을 한다. 이러한 MDO 프레임웍은 설계 작업을 통합적으로 관리하고 자동화하여 설계 도구간의 데이터 전달과 변환에 소묘되는 설계자의 부담을 경감시키며 다분야 전문가가 참여하는 공통 작업 환경을 제공함으로써 설계 효율성을 증진시킨다. 본 논문에서는 이러한 효용을 달성하기 위한 MDO 프레임웍(framework)을 제시하고 프레임웍 설계의 논리적 근저와 타당성을 밝힌다. 본 논문에서 제안하는 다분야 통합 최적화를 위한 분산형 지능 시스템인 DisMDO는 사용자가 GUI를 동해서 편리하게 다분야통합최적화 문제를 해결할 수 있도록 지원하며, 제공되는 스크립트 언어를 동해서도 이를 정의할 수 있도록 지원하여 일괄처리도 가능하도록 한다. 또한, 집중화된 데이터베이스를 관리하여 다분야 전문가들이 공통의 데이터를 안전하게 공유할 수 있도록 지원하며, 외부에서 제공되는 해석 도구나 최적화 모듈을 손쉽게 프레임웍에 통합시킬 수 있도록 하는 인터페이스 제작기(factory) 기능을 제공한다.ackscattering spectroscopy, X-ray diffraction, secondary electron microscopy, atomic force microscoy, $\alpha$-step, Raman scattering spectroscopu, Fourier transform infrared spectroscopy 및 micro hardness tester를 이용하여 기판 bias 전압이 DLC 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 분석결과 본 연구에서 제작된 DLC 박막은 탄소와 수소만으로 구성되어 있으며, 비정질 상태임을 알 수 있었다. 기판 bias 전압의 증가에 따라 박막의 두께가 감소됨을 알 수 있었고, -150V에서는 박막이 거의 만들어지지 않았으며, -200V에서는 기판 표면이 식각되었다. 이것은 기판 bias 전압과 ECR 플라즈마에 의한 이온충돌 효과 때문으로 판단되며, 150V 이하에서는 증착되는 양보다 re-sputtering 되는 양이 더 많을 것으로 생각된다. 기판 bias 전압을 증가시킬수록 플라즈마에 의한 이온충돌 현상이 두드러져 탄소와 결합하고 있던 수소원자들이 떨어져 나가는 탈수소화 (dehydrogenation) 현상을 확인할 수 있었으며, 이것은 C-H 결합에너지가 C-C 결합이나 C=C 결합보다 약하여 수소 원자가 비교적 해리가 잘되므로 이러한 현상이 일어난다고 판단된다. 결합이 끊어진 탄소 원자들은 다른 탄소원자들과 결합하여 3차원적 cross-link를 형성시켜 나가면서 내부 압축응력을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, hardness 시험 결과로 이것을 확인할 수 있었다. 그리고 표면거칠기는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 더 smooth 해짐을 확인하였다.인하였다.을 알 수 있었다. 즉 계면에서의 반응에 의해 편석되는 Ga에 의해 박막의 strain이 이완되면, pinhole 등의 박막결함

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.188-188
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• 2000

DLC (Diamond-Like Carbon) 박막은 높은 경도와 가시광선 및 적외선 영역에서의 광 투과도, 전기적 절연성, 화학적 안정성 및 저마찰.내마모 특성 등의 우수한 물리.화학적인 물성을 갖고 있기 때문에 여러 분야의 응용연구가 이루어지고 있다. 이러한 DLC 박막을 제작하는 과정에는 여러 가지가 있으나, 본 연구에서는 ECR-PECVD electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법을 사용하였다. 이것은 최근에 많이 이용되고 있는 방법으로, 이온화률이 높을뿐만 아니라 상온에서도 성막이 가능하고 넓은 진공도 영역에서 플라즈마 공정이 가능한 장점이 있다. 기판으로는 4" 크기의 S(100)를 사용하였고, 박막을 제작하기 전에 진공 중에서 플라즈마 전처리를 하였다. 플라즈마 전처리는 Ar 가스를 150SCCM 주입시켜 5$\times$10-1 torr 의 진공도를 유지시키면서, ECR power를 700W로 고정하고, 기판 bias 전압을 -300 V로 하여 5분 동안 기판을 청정하였다. DLC 박막은 ECR power를 700W. 가스혼합비와 유량을 CH4/H2 : 10/100 SCCM, 증착시간을 2시간으로 고정하고, 기판 bias 전압을 0, -50, -75, -100, -150, -200V로 변화시켜가면서 제작하였다. 이때 ECR 소스로부터 기판까지의 거리는 150mm로 하였고, 진공도는 2$\times$10-2torr 였으며, 기판 bias 전압은 기판에 13.56 MHz의 RF power를 연결하여 RF power에 의해서 유도되는 negative DC self bias 전압을 이용하였다. 제작된 박막을 Auger electron spectroscopy, elastic recoil detection, Rutherford backscattering spectroscopy, X-ray diffraction, secondary electron microscopy, atomic force microscoy, $\alpha$-step, Raman scattering spectroscopu, Fourier transform infrared spectroscopy 및 micro hardness tester를 이용하여 기판 bias 전압이 DLC 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 분석결과 본 연구에서 제작된 DLC 박막은 탄소와 수소만으로 구성되어 있으며, 비정질 상태임을 알 수 있었다. 기판 bias 전압의 증가에 따라 박막의 두께가 감소됨을 알 수 있었고, -150V에서는 박막이 거의 만들어지지 않았으며, -200V에서는 기판 표면이 식각되었다. 이것은 기판 bias 전압과 ECR 플라즈마에 의한 이온충돌 효과 때문으로 판단되며, 150V 이하에서는 증착되는 양보다 re-sputtering 되는 양이 더 많을 것으로 생각된다. 기판 bias 전압을 증가시킬수록 플라즈마에 의한 이온충돌 현상이 두드러져 탄소와 결합하고 있던 수소원자들이 떨어져 나가는 탈수소화 (dehydrogenation) 현상을 확인할 수 있었으며, 이것은 C-H 결합에너지가 C-C 결합이나 C=C 결합보다 약하여 수소 원자가 비교적 해리가 잘되므로 이러한 현상이 일어난다고 판단된다. 결합이 끊어진 탄소 원자들은 다른 탄소원자들과 결합하여 3차원적 cross-link를 형성시켜 나가면서 내부 압축응력을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, hardness 시험 결과로 이것을 확인할 수 있었다. 그리고 표면거칠기는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 더 smooth 해짐을 확인하였다.인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.195-195
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• 2000

TFT-LCD의 제조공정은 박막층의 식각 공정에 대해 기존의 습식 공정을 대치하는 건식식각이 선호되고 있다. 건식 식각 공정은 반도체 공저에 응용되면서 소자의 최소 선폰(CD)이 감소함에 따라 유도결합셩 프라즈마를 비롯한 고밀도 플라즈마 이용한 플라즈마 장비 사용이 증가하는 추세이다. 여기에 평판디스플레이의 공정을 위해서는 대면적과 사각형 기판에 대한 균일도를 보장할 수 있는 고밀도의 균일한 플라즈마 유지가 중요하다. 본 실험에서는 자장강화된 유도결합형 플라즈마의 플라즈마 밀도 및 균일도를 살펴보고 TFT-LCD에 gate 전극으로 사용되는 Al-Nd 박막의 식각을 통하여 식각균일도와 식각속도 및 식각 선택도 등의 건식 식각 특성을 보고자 한다. 영구자석 및 전자석의 설치는 사각형의 유도결합형 플라즈마는 소형 영구자석을 배열하여 부착하였으며, 외부에는 chamber와 같이 사각형태의 전자석을 500mm$\times$500mm의 크기를 갖는 z축 방향의 Helmholtz형으로 제작하였다. 더. 영구자석 배열에 대해서는 자석간의 거리와 세기 변화를 조합하여 magnetic cusping의 변화를 주었으며 전자석의 세기는 전류값을 기준으로 변화시켜 보았다. 실험을 통하여 플라즈마 균일도를 5% 이하로 개선하고 이러한 균일도를 유지하며 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 조건을 찾을 수 있었다. 이러한 적합화된 조건에서 저장강화된 유도결합형 프라즈마를 Al-Nd 박막 식각에 응용한 결과, Al-Nd의 식각속도 및 식각 선택도는 유도결합형 프라즈마에 비해 크게 증가하였으며, 식각균일도가 개선되는 것을 관찰하였다. 또한 electrostatic probe(Hiden, Analytical)를 이용하여 Al-Nd 식각에 사용된 반응성 식각가스에 대한 저장강화된 유도결합형 플라즈마의 특성 분석을 수행하였다.c recoil detection, Rutherford backscattering spectroscopy, X-ray diffraction, secondary electron microscopy, atomic force microscoy, $\alpha$-step, Raman scattering spectroscopu, Fourier transform infrared spectroscopy 및 micro hardness tester를 이용하여 기판 bias 전압이 DLC 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 분석결과 본 연구에서 제작된 DLC 박막은 탄소와 수소만으로 구성되어 있으며, 비정질 상태임을 알 수 있었다. 기판 bias 전압의 증가에 따라 박막의 두께가 감소됨을 알 수 있었고, -150V에서는 박막이 거의 만들어지지 않았으며, -200V에서는 기판 표면이 식각되었다. 이것은 기판 bias 전압과 ECR 플라즈마에 의한 이온충돌 효과 때문으로 판단되며, 150V 이하에서는 증착되는 양보다 re-sputtering 되는 양이 더 많을 것으로 생각된다. 기판 bias 전압을 증가시킬수록 플라즈마에 의한 이온충돌 현상이 두드러져 탄소와 결합하고 있던 수소원자들이 떨어져 나가는 탈수소화 (dehydrogenation) 현상을 확인할 수 있었으며, 이것은 C-H 결합에너지가 C-C 결합이나 C=C 결합보다 약하여 수소 원자가 비교적 해리가 잘되므로 이러한 현상이 일어난다고 판단된다. 결합이 끊어진 탄소 원자들은 다른 탄소원자들과 결합하여 3차원적 cross-link를 형성시켜 나가면서 내부 압축응력을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, hardness 시험 결과로 이것을 확인할 수 있었다. 그리고 표면거칠기는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 더 smooth 해짐을 확인하였다.인하였다.을 알 수 있