• Economic and Environmental Geology
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• v.29 no.5
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• pp.545-559
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• 1996

Rare metal (Nb-Zr-REE) ore deposits are located in the Chungju area. Geotectonically, the rare metal ore deposits are situated in the transitional zone between Kyeonggi massif and Okcheon belt. The rare metal deposits are distributed in Kyemyeongsan Formation which consist of schist and alkaline igneous rocks. Alkali granite has suffered extensive post-magmatic metasomatism and hydrothermal processes. The ore contains mainly Ce-La, Ta-Nb, Y, Y-Nd, Nd-Th group minerals. More than 15 RE and REE minerals are found in the ore deposits. Allanite, one of the Ce-La rich REE minerals belonging to the epidote group, is the most common mineral in the studied area. The allanite- bearing rocks may be devided into seven types by features of occurrence and mineral associations; zircon type (ZT), allanite-vein type (AT), feldspar type (KT), fluorite type (FT), quartz-mica type (QT), iron-oxide type (MT), and amphibole type (HT). The allanite veins (AT) and zircon rich rocks (ZT) contain the highest total REE contents. Differences in REE abundance can be interpreted in terms of varying portions of magmatic hydrothermal fluid. Petrographical and chemical data are presented for allanites which were collected from different types. The allanites show wide variations in optical properties, due in part to differences in their chemical composition (depending on the types) and to the degree of crystallinity of the individual specimens. Allanite metamicts in biotite are generally surrounded by well developed pleochroic haloes. Usually, allanite is accompanied by zircon and other REE-bearing minerals. CaO and total REE contents $({\sum}RE_2O_3)$ range from 9.29 to 18.79% and 11.66 to 26.31%, respectively. Also, SiO, (28.87~32.61%), $Al_2O_3$ (8.30~16.88%), and $Fc_2O_3$ (16.74~24.38%) contents show varying contents from type to type. The ${\sum}RE_2O_3$ of allanite has positive relationships with $Fe_2O_3$ and negative relaton with CaO, $SiO_2$, and $Al_2O_3$ Backscattered electron microscope images (BEl) of allanite shows that the its mineral composition and texture is very complex. The allanite-bearing hosts show distinct light REE enrichment with strong negative Eu anomaly except for HI. The HT has an almost flat REE distribution pattern with a small negative Eu anomaly. The chemical variation of the allanites with occurrences and mineral association can be related to condition of temperature and oxidation states in precipitation environment.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.43 no.6 s.289
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• pp.369-375
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• 2006

[ $(Ba_{0.5}Sr_{0.5})_{0.99}Co_{x}Fe_{1-x}O_{3-{\delta}}$ ] [x=0.8, 0.2](BSCF) powders were synthesized by a Glycine-Nitrate Process (GNP) and the electrochemical performance of the BSCF cathode on a scandia stabilized zirconia, $[(Sc_{2}O_3)_{0.11}(ZrO_2)_{0.89}]-1Al_{2}O_3$ was investigated. In order to prevent unfavorable solid-state reactions between the cathode and zirconia electrolyte, a GDC ($Gd_{0.1}Ce_{0.9}O_{2-{delta}}$) buffer layer was applied on ScSZ. The BSCF (x = 0.8) cathode formed on GDC(Buffer)/ScSZ(Disk) showed poor electrochemical property, because the BSCF cathode layer peeled off after the heat-treatment. On the other hand, there were no delamination or peel off between the BSCF and GDC buffer layer, and the BSCF (x = 0.2) cathode exhibited fairly good electrochemical performances. It was considered that the observed phenomenon was associated with the thermal expansion mismatch between the cathode and buffer layer. The ohmic resistance of the double layer cathode was slightly lower than that of the single layer BSCF cathode due to the incorporation of platinum particle into the BSCF second layer.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.134-134
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• 2011

High-k dielectric materials such as $HfO_2$, $ZrO_2$ and $Al_2O_3$ increase gate capacitance and reduce gate leakage current in MOSFET structures. This behavior suggests that high-k materials will be promise candidates to substitute as a tunnel barrier. Furthermore, stack structure of low-k and high-k tunnel barrier named variable oxide thickness (VARIOT) is more efficient.[1] In this study, we fabricated the $WSi_2$ nanocrystals nonvolatile memory device with $SiO_2/HfO_2/Al_2O_3$ tunnel layer. The $WSi_2$ nano-floating gate capacitors were fabricated on p-type Si (100) wafers. After wafer cleaning, the phosphorus in-situ doped poly-Si layer with a thickness of 100 nm was deposited on isolated active region to confine source and drain. Then, on the gate region defined by using reactive ion etching, the barrier engineered multi-stack tunnel layers of $SiO_2/HfO_2/Al_2O_3$ (2 nm/1 nm/3 nm) were deposited the gate region on Si substrate by using atomic layer deposition. To fabricate $WSi_2$ nanocrystals, the ultrathin $WSi_2$ film with a thickness of 3-4 nm was deposited on the multi-stack tunnel layer by using direct current magnetron sputtering system [2]. Subsequently, the first post annealing process was carried out at $900^{\circ}C$ for 1 min by using rapid thermal annealing system in nitrogen gas ambient. The 15-nm-thick $SiO_2$ control layer was deposited by using ultra-high vacuum magnetron sputtering. For $SiO_2$ layer density, the second post annealing process was carried out at $900^{\circ}C$ for 30 seconds by using rapid thermal annealing system in nitrogen gas ambient. The aluminum gate electrodes of 200-nm thickness were formed by thermal evaporation. The electrical properties of devices were measured by using a HP 4156A precision semiconductor parameter analyzer with HP 41501A pulse generator, an Agillent 81104A 80MHz pulse/pattern generator and an Agillent E5250A low leakage switch mainframe. We will discuss the electrical properties for application next generation non-volatile memory device.

• Ceramist
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• v.21 no.4
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• pp.378-387
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• 2018

The optimal fabrication conditions for $Gd_{0.1}Ce_{0.9}O_{2-{\delta}}$(GDC) buffer layer and $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ (LSCF) cathode on 1mol% $CeO_2-10mol%\;Sc_2O_3$ stabilized $ZrO_2$ (CeScSZ) electrolyte were investigated for application of IT-SOFCs. GDC buffer layer was used in order to prevent undesired chemical reactions between LSCF and CeScSZ. These experiments were carried out with $5{\times}5cm^2$ anode supported unit cells to investigate the tendencies of electrochemical performance, Microstructure development and interface reaction between LSCF/GDC/CeScSZ along with the variations of GDC buffer layer thickness, sintering temperatures of GDC and LSCF were checked, respectively. Electrochemical performance was analyzed by DC current-voltage measurement and AC impedance spectroscopy. Microstructure and interface reaction were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). Although the interfacial reaction between these materials could not be perfectly inhibited, We found that the cell, in which $6{\mu}m$ GDC interlayer sintered at $1200^{\circ}C$ and LSCF sintered at $1000^{\circ}C$ were applied, showed good interfacial adhesions and effective suppression of Sr, thereby resulting in fairly good performance with power density of $0.71W/cm^2$ at $800^{\circ}C$ and 0.7V.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.37 no.4
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• pp.457-463
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• 2024

(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃(BNT) piezoelectric ceramics are one of the promising materials that can replace Pb(Zr, Ti)O₃(PZT) piezoelectric ceramics due to the high electromechanical strain properties. However, it is still difficult to use practical applications because the required electric field for inducing electromechanical strain is relatively higher than that of PZT ceramics. To overcome this problem, it has been intensively studied on doping impurity or modifying other ABO₃ for BNT-based piezoelectric ceramics. Therefore, this study investigated the effects of La₂O₃ doping on the phase transition behavior and electromechanical strain properties in BNT-SrTiO₃ (BNT-ST) lead-free piezoelectric ceramics. In the case of the temperature-dependent dielectric properties, it was confirmed that a phase transition from ferroelectrics to relaxors is induced with increasing La₂O₃ content. As a result, the electromechanical strain properties of BNT-ST ceramics were improved. The highest S_max/E_max value corresponding to 300 pm/V was obtained at 2 mol% La₂O₃-dopped BNT-ST ceramics. Accordingly, this study successfully demonstrated that La₂O₃ doping is effective on the inducing phase transition from ferroelectrics to relaxors and the improving electromechanical strain properties of BNT-ST lead-free piezoelectric ceramics.

• Economic and Environmental Geology
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• v.45 no.6
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• pp.643-659
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• 2012

The Chungju Fe-REE deposit is located in the Kyemyeongsan Formation of the Ogcheon Group. The Kyemyeongsan Formation includes meta-volcanic rocks and pegmatite hosted REE deposit which show different kind of REE-containing minerals. The meta-volcanic rocks hosted REE deposits' main REE minerals are allanite, zircon, apatite, and sphene, whereas the pegmatite hosted REE deposits is mainly composed of fergusonite, and karnasurtite, zircon, thorite. The meta-volcanic rock hosted major REE mineral is allanite as the form of aggregation and contains 23.89-29.19 wt% TREO (Total Rare Earth Oxide), 4.71-9.92 wt% $La_2O_3$, 11.30-14.33 wt% $Ce_2O_3$, 0.11-0.29 wt% $Y_2O_3$, 0.15-0.94 wt% $ThO_2$, as a formula of (Ca, Y, REE, Th)$_{2.095}$(Mg, Al, Ti, Mn, $Fe^{3+})_{2.770}(SiO_4)_{2.975}(OH)$. Accompanying REE in a coupled substitution for $Ca^{2+}$ (M1 site) and $Al^{3+}-Fe^{2+}$ (M2 site) leads to a large chemical variety. Due to the allanite's high contents of Fe, it belongs to Ferrialanite. The pegmatite hosted deposit's domi-nant REE mineral is fergusonite as prismatic or subhedral grains associated with zircon, fluorite and karnasurtite. Geochemical composition of the fergusonite($YNbO_4$) suggests substitution of Y-REE and Y-Th in A-site, and Nb-Ta-Ti in B-site, furthermore the proportion of $Y_2O_3$ and $Nb_2O_5$ is oddly 1:1.5 comparing to the ideal ratio 1:1 and Nb is higher than Y, also A-site Y actively substitutes with REE. Karnasurtite in pegmatite variously ranges 9.16-22.88 wt% $Ce_2O_3$, 2.15-9.16 wt% and $La_2O_3$, 0.44-10.8 wt% $ThO_2$, as a calculated formula (Y, REE, Th, K, Na, Ca)$_{1.478}(Ti, Nb)_{1.304}$(Mg, Al, Mn, $Fe^{3+})_{0.988}$(Si, P)$_{1.431}O_7(OH)_4{\cdot}3H_2O$. Firstly the 870-860 Ma is the initial age of the supercontinent Rhodinia dispersal and subsequent A-1 type volcanism, which contains Fe, REE, and HFS(High Field Strength elements; Nb, Zr, Y etc.) elements in Fe-rich meta-volcanic rocks dominant Kyemyeongsan Formation, might mineralized allanite. Another synthesis is that regional metamorphism at late Paleozoic 300-280 Ma(Cho et al., 2002) might cause allanite mineralization. Also pegmatite REE mineralization highly related to the granite intrusion over the Chungju area in Jurassic(190 Ma; Koh et al., 2012). Otherwise above all, A-1 type volcanism at the same time of the Kyemyeongsan Formation development, regional metamorphism and pegmatite, might have caused REE mineralization. Although REE ore bodies display a close spatial association, each ore bodies display temporal distinction, different mineral assemblage and environment of ore formation.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.368-370
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• 2013

투명 전극은 전기전도도를 갖는 동시에 가시광선을 투과하는 소재를 말하며, 구체적으로는 빛의 파장이 400~700 nm 영역대의 가시광선을 80% 이상 투과하며 전기전도도가 비저항으로 $10^{-3}{\Omega}cm$이하이거나 면저항이 $10^3{\Omega}$/${\Box}$소재를 의미한다. 투명 전극은 전기전도도에 따라 사용되는 용도가 다양하다. LCD, PDP, OLED 와 같은 평판디스플레이 및 3D 디스플레이의 투명전극으로 사용되는 핵심재료일 뿐만 아니라 터치스크린, 투명필름, 대전방지막, 열반사막, EMI 방지막, 태양전지 분야에 광범위하게 이용되고 있다. 일반적으로, 투명전극 박막에 가장 많이 사용되고 있는 소재는 ITO (indium tin oxide)이나, 주성분인 In의 사용량 증가로 상용 ITO 타겟 가격이 급등하고 있음으며, 고가의 ITO 타겟을 대체하기 위한 저가의 투명전극 소재 개발이 절대적으로 요구되며, 신규 소재 개발을 통한 기술력 우위 선점이 필수적으로 요구되는 상황이다. 본 연구에서는 기존에 디스플레이 분야에서 널리 활용되는 고가의 ITO를 대체하기 위한 다성분 금속산화물 투명전극 스퍼터링 타겟 제조기술을 개발하기 위한 연구로서, Metal이 첨가된 In-Ga-Zn-O기반의 3성분계 투명도전성 소재를 조성설계, 고밀도 균질 타겟 제조 및 투명전극 박막을 형성하는 연구를 실시하였다. 고체산화물 산화인듐(In2O3)분말, 산화갈륨(Ga2O3) 분말그리고 산화아연(ZnO)분말과 Metal을 몰비로 칭량한 후 분말을 폴리에틸렌제 포트에 넣고 에탄올을 충분히 채운 후 지르코니아(ZrO2) 볼(ball)을 이용하여 24 h 동안 볼 밀링(ball milling) 방법으로 혼합한 뒤, $120^{\circ}C$의 플레이트위에서 마그네틱 바로 stirring하면서 건조하였다. 이 분말을 건조기에서 완전히 건조한 후 알루미나 유발을 이용해서 pulverizing한 후 sieving기를 이용하여 분말의 조립화를 하였다. 이 분말을 금형에 넣고 300 kg/$cm^2$의 압력으로 press하여 성형한 뒤 대기중에서 소결하였다 소결을 위한 승온 온도는 $10^{\circ}C$/min이었고 소결은 $1,450^{\circ}C$에서 6 h 동안 하였다. IGZO target의 조성 비율은 1:1:12 (mol%)를 사용하였으며, 첨가한 Metal은 Boron (B), Germanium (Ge), Barium (Ba)을 사용하여 타겟을 제작하였다. M-IGZO 박막은RF magnetron Sputter를 이용하여 증착하였으며, 앞선 실험에서 제작한 타겟을 사용하여 M-IGZO박막을 투명전극으로 사용하기 위한 각각의 특성을 파악하였다. 모든 박막은 상온에서 증착을 하였으며, 증착된 박막두께를 측정하기 위해 ${\alpha}$-step IQ를 사용하였고, 광학적 특성을 분석하기 위해 UV-Visible spectrophotometer 로 투과율을 측정하였다. 그리고 전기적 특성을 측정하기 위해 Hall effect measurement 및 4-probe를 사용하였으며, 결정성 분석을 위하여 XRD를 이용하여 분석하였다. 표1은 M-IGZO타겟을 사용하여 증착시간에 따른 면저항 특성을 나타내었다. Ge, B, Ba이 첨가된 IGZO 박막은 증착시간이 증가할수록 면저항이 낮아짐을 알 수 있었다. 또한, Ge이 첨가된 IGZO 박막이 다른 금속이 첨가된 IGZO 박막의 면저항보다 현저히 낮음을 알 수 있었다. Fig. 1(a), (b), (c)는 각 타겟을 동일한 조건으로 증착을 하여 광학적특성을 나타내는 그래프이다. GZO 박막의 광학적 특성을 보면 가시광 영역에서 평균 투과율은 모두 80% 이상으로 우수한 광투과 특성을 보여 투명전자소자로 사용가능하다. 특히, 자외선 영역을 모두 차단하는 UV cut 능력이 우수함을 알 수 있었다. 따라서, 금속이 첨가된 IGZO 박막을 태양전지용 투명전극으로 사용할 경우, 자외선에 의하여 수명이 단축되는 현상을 줄여줄 수 있음을 기대할 수 있으며 내구성 향상에 크게 기여할 것으로 보인다. Fig. 2는 Ge=0, 0.5, 5%인 IGZO 투명전극을 총 40회 반복하여 증착을 실시한 후 각각의 면저항을 측정한 결과이다. 실험결과에 따르면 Ge가 0%, 5%인 IGZO 투명전극은 증착을 거듭할수록 면저항이 증가하는 결과를 나타내었으며, 0.5%인 IGZO 투명전극은 점차 안정화되어가는 결과를 나타내었다. 따라서 안정화 되었을 때 평균 면저항은 26ohm/sq.로 나타났으며, 광투과율은 Fig. 3과 같이 가시광영역에서 평균 80%이상의 결과를 보였으며, 550 nm에서는 86.36%의 우수한 특성을 나타내었다. 본 연구에서는 Metal이 첨가된 In-Ga-Zn-O기반의 3성분계 투명도전성 소재 target을 제작하여 RF magnetron sputter로 박막을 형성한 후 특성을 비교하였다. M-IGZO target 중 Ge (0.5%)을 첨가한 IGZO 타겟을 사용한 투명전극이 가장 우수한 특성을 보였으며, 제작된 M-target의 In 비율이 30% 정도로 기존의 ITO (90%) 대비하여 투명전극 제작 단가를 절감할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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• 2002.11a
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• pp.45-47
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• 2002

반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 MOSFET 구조의 게이트 절연막으로 사용되고 있는 SiO₂ 박막의 두께를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 0.1㎛ 이하의 소자를 위해서는 15Å 이하의 두께를 갖는 SiO₂가 요구된다. 하지만 두께감소는 절연체의 두께와 지수적인 관계가 있는 누설전류를 증가시킨다[1-3]. 따라서 같은 게이트 개패시턴스를 유지하면서 누설전류를 감소시키기 위해서는 높은 유전상수를 갖는 두꺼운 박막이 요구되는 것이다. 그러므로 약 25정도의 높은 유전상수를 갖고 5.2～7.8 eV 정도의 비교적 높은 bandgap을 갖으며, 실리콘과 열역학적으로 안정한 물질로 알려진 HfO2[4-5]가 최근 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 HfO₂ 박막을 실제 소자에 적용하기 위하여 전극 및 열처리에 따른 HfO₂ 박막의 미세구조 및 전기적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해, HfO₂ 박막을 reactive DC magnetron sputtering 방법으로 증착하고, XRD, TEM, XPS를 사용하여 ZrO₂ 박막의 미세구조를 관찰하였으며, MOS 캐패시터 구조의 C-V 및 I-V 특성을 측정하여 HfO₂ 박막의 전기적 특성을 관찰하였다. HfO₂ 타겟을 스퍼터링하면 Ar 스퍼터링에 의해 에너지를 가진 산소가 기판에 스퍼터링되어 Si 기판과 반응하기 때문에 HfO₂ 박막 형성과 더불어 Si 기판이 산화된다[6]. 그래서 HfO₂같은 금속 산화물 타겟 대신에 순수 금속인 Hf 타겟을 사용하고 반응성 기체로 O₂를 유입시켜 타겟이나 시편위에서 high-k 산화물을 만들면 SiO/sub X/ 계면층을 제어할 수 있다. 이때 저유전율을 갖는 계면층은 증착과 열처리 과정에서 형성되고 특히 500℃ 이상에서 high-k/Si를 열처리하면 계면 SiO₂층은 증가하는 데, 이것은 산소가 HfO₂의 high-k 박막층을 뚫고 확산하여 Si 기판을 급속히 산화시키기 때문이다. 본 방법은 증착에 앞서 Si 표면을 희석된 HF를 이용해 자연 산화막과 오염원을 제거한 후 Hf 금속층과 HfO₂ 박막을 직류 스퍼터링으로 증착하였다. 우선 Hf 긍속층이 Ar 가스 만의 분위기에서 증착되고 난 후 공기중에 노출되지 않고 연속으로 Ar/O₂ 가스 혼합 분위기에서 반응 스퍼터링 방법으로 HfO₂를 형성하였다. 일반적으로 Si 기판의 표면 위에 자연적으로 생기는 비정질 자연 산화막의 두께는 10～15Å이다. 그러나 Hf을 증착한 후 단면 TEM으로 HfO₂/Si 계면을 관찰하면 자연 산화막이 Hf 환원으로 제거되기 때문에 비정질 SiO₂ 층은 관찰되지 않았다. 본 실험에서는 HfO2의 두께를 고정하고 Hf층의 두께를 변수로 한 게이트 stack의 물리적 특성을 살펴보았다. 선증착되는 Hf 금속층을 0, 10, 25Å의 두께 (TEM 기준으로 한 실제 물리적 두께) 로 증착시키고 미세구조를 관찰하였다. Fig. 1(a)에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층의 두께가 0Å일때 13Å의 HfO₂를 반응성 스퍼터링 방법으로 증착하면 HfO₂와 Si 기판 사이에는 25Å의 계면층이 생기며, 이것은 Ar/O₂의 혼합 분위기에서의 스퍼터링으로 인한 Si-rich 산화막 또는 SiO₂ 박막일 것이다. Hf 금속층의 두께를 증가시키면 계면층의 성장은 억제되는데 25Å의 Hf 금속을 증착시키면 HfO₂ 계면층은 10Å미만으로 관찰된다. 그러므로 Hf 금속층이 충분히 얇으면 플라즈마내 산소 라디칼, 이온, 그리고 분자가 HfO₂ 층을 뚫고 Si 기판으로 확산되어 SiO₂의 계면층을 성장시키고 Hf 금속층이 두꺼우면 SiO/sub X/ 계면층을 환원시키면서 Si 기판으로의 산소의 확산은 막기 때문에 계면층의 성장은 억제된다. 따라서 HfO₂/Hf(Variable)/Si 계에서 HfO₂ 박막이 Si 기판위에 직접 증착되면, 순수 HfO₂ 박막의 두께보다 높은 CET값을 보이고 Hf 금속층의 두께를 증가시키면 CET는 급격하게 감소한다. 그러므로 HfO₂/Hf 박막의 유효 유전율은 단순 반응성 스퍼터링에 의해 형성된 HfO₂ 박막의 유전율보다 크다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층이 너무 얇으면 계면층의 두께가 두꺼워 지고 Hf 금속층이 두꺼우면 HfO₂층의 물리적 두께가 두꺼워지므로 CET나 EOT 곡선은 U자 형태를 그린다. Fig. 3에서 Hf 10초 (THf=25Å) 에서 정전 용량이 최대가 되고 CET가 20Å 이상일 때는 high-k 두께를 제어해야 하지만 20Å 미만의 두께를 유지하려면 계면층의 두께를 제어해야 한다.