• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.291-292
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• 2012

MOSFET 구조에서 metal oxide에 기반을 둔 게이트 유전체의 연구는 실리콘(Si)을 기반으로 한 반도체 발명이래로 가장 인상적인 발전을 이뤄 왔다. 이는 metal oxide의 높은 유전상수 특성이 $SiO_2$보다 우수하고, 유전체 박막의 두께 감소로 인한 전기적 특성 저하를 보완하기 때문이다. 특히 지난 10년 동안, Hafnium에 기반을 둔 $HfO_2$는 차세대 반도체용 유전 물질로 전기적 구조적 특성에 대한 연구가 활발히 진행되어왔다. 그러나 현재까지 $HfO_2$에 대한 nano-mechanical 특성 연구는 미미하여 이에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 Hf 및 $HfO_2$ 박막의 증착 및 열처리 조건을 다르게 하여 실험을 진행하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여 Si 기판위에 Hafnium target으로 산소유량(4, 6 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 400에서 $800^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 산소 유량을 6 sccm으로 증착한 시료의 current density 성능이 모든 열처리 과정에서 증가하였다. Nano-indenter로 측정하고 Weibull distribution으로 정량적 계산을 한 경도 (Hardness)는 as-deposited 시료를 기준으로 $400^{\circ}C$에서는 감소했으나 온도가 높아질수록 증가하였다. 특히, $400^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 5.35 GPa, 6 sccm : 6.15 GPa)따른 두 시료간의 변화가 가장 두드러졌다. 반면에, 탄성계수 (Elastic modulus)는 산소농도 6 sccm을 넣고 증착된 시료들이 4 sccm을 넣고 증착한 시료보다 모두 높은 값을 나타냈다. 또한, $800^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 128.88 GPa, 6 sccm : 149.39 GPa)따라 표면의 탄성에 큰 차이가 있음을 확인하였다. 이는 증착된 $HfO_2$ 시료들이 비정질 상태에서 $HfO_2$로 결정화되는 과정에서 산소가 증가할수록 박막의 defect이 감소되기 때문으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.300.1-300.1
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• 2016

최근 반도체 회로의 미세화로 인해 디자인 공정이 20 nm 이하로 내려갔다. 그 결과 회로간의 간격이 줄었으며 많은 문제가 발생 한다. 첫 번째 문제는 미세하게 여러 박막 층들을 쌓기 때문에 박막 층이 그전 50 nm 공정에 비해선 쉽게 무너질 수 있다. 따라서 하나의 박막 층은 다른 여러 박막들의 하중을 잘 견뎌야 할 것이다. 결과적으로 회로의 미세화에 따라 박막의 기계적 특성이 좋아야 될 것이다. 또 다른 문제는 너무 좁은 회로의 간격으로 인해 다른 회로에 영향을 미치는 크로스토크라는 전기적 문제이다. 크로스토크가 크다는 것은 회로간의 누설 전류가 크다는 것을 의미하며 그만큼 신호 전달 능력이 감소 한다는 것을 뜻한다. 크로스토크의 문제점을 해결하기 위해 회로 사이에 절연 막을 만들어 누설전류를 막아야 한다. 이러한 문제를 바탕으로 본 연구는 Zirconium nitride (ZrN) 박막이 이러한 문제점을 해결 할 수 있는 지연구해 보았다. 박막 제작 시 변화 요인은 질소유량 과 열처리 온도 이며 질소유량 변화는 2 sccm 과 8 sccm 두 경우로 하였다. 또한 열처리는 As-deposited state, $600^{\circ}C$ 와 $800^{\circ}C$로 열처리 하였다. 박막 증착은 RF magnetron sputtering을 이용하였으며 열처리는 질소 분위기에서 furnace를 이용하였다. 기계적 특성분석 결과 질소유량이 2 sccm 인 박막의 hardness는 as-deposited stste에서 18.8 GPa이고 $600^{\circ}C$에선 18.4 GPa로 거의 비슷하고 $800^{\circ}C$ 열처리한 경우는 15.4 GPa 으로 hardness가 감소하는 것을 알 수 있었다. 질소 유량을 8 sccm 흘려주며 증착한 박막의 경우는 as-deposited state, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$에서의 hardness가 각각 17.5, 16.4, 21.1 GPa 으로 감소하다가 증가하는 경향을 보였다. 또한 zrN 박막의 전기적 특성인 누설 전류 밀도도 측정하였다. 결과적으로 본 연구는 ZrN 박막의 질소 유량 변화와 열처리에 따른 기계적, 전기적 특성변화를 확인 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.428-428
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• 2016

Copper indium sulfide (selenide) (CuIn(S,Se)2,CISSe)는 1.0~1.5 eV의 Direct band gap과 105 cm-1이 넘는 큰 광 흡수 계수를 가지고 있어 박막 태양전지의 흡수층으로써 연구되어 왔다. 최근 대량생산 및 저가 공정에 용이하다는 측면에서 용액 공정 기반 CISSe 태양전지 연구가 크게 주목 받고 있다. 용액공정 기반 중 하이드라진을 사용 한 경우 매우 높은 효율을 기록하였으나, 하이드라진 자체의 유독성과 폭발성 때문에 분위기 제어가 필요하고 여전히 저가화 및 대면적 제작에 한계가 있다. 따라서 알코올 솔젤 기반 CISSe 태양전지 제작 연구가 많이 진행되었으나, 결정립 성장 및 칼코겐 원자를 공급하기 위해 불가피하게 황화/셀렌화 후속 열처리 공정을 요구한다. 후속 열처리 공정은 폭발성의 황화수소/황화셀레늄 기체 분위기 제어와 고가의 장비를 필요로 한다. 본 연구에서는 매우 안정적이며 저가 용매인 물과 아민계 첨가제를 이용하여 Cu, In 전구체와 S, Se 이 포함된 Cu-In-S 잉크와 Se잉크를 제작하였다. 잉크 내에 S, Se을 첨가 함으로써 추가적인 후속공정 없이 비활성 가스 분위기에서 고품질의 CISSe 박막 제작을 가능케 하였다. 또한 Se 잉크 증착 횟수에 따른 결정 구조, 광학적 성질의 차이에 주목하였다. 따라서 수계 잉크를 대기 중에서 스핀코팅으로 박막을 제작한 후, Hot plate에서 건조하여 균일한 박막을 제조하고, 제작된 박막을 tube furnace에서 환원 분위기 및 비활성 가스 분위기에서 열처리 진행하여 $1.3{\mu}m$ 두께의 고품질의 CISSe 흡수층을 제작하였다. 이러한 흡수층에 대해 XRD, SEM, EDS 분석을 진행하여, 결정성, 미세구조, 및 조성을 확인하였으며, 제작된 흡수층 위에 버퍼층/투명전극층을 차례로 증착하여 CISSe 태양전지를 제작하여 셀 성능 및 양자 효율 특성을 파악하였다. 또한 액상 Raman 분석을 통해 결정립 성장 과정 메커니즘을 제시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.310-310
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• 2016

최근 NAND flash memory는 높은 집적성과 데이터의 비휘발성, 낮은 소비전력, 간단한 입, 출력 등의 장점들로 인해 핸드폰, MP3, USB 등의 휴대용 저장 장치 및 노트북 시장에서 많이 이용되어 왔다. 특히, 최근에는 smart watch, wearable device등과 같은 차세대 디스플레이 소자에 대한 관심이 증가함에 따라 유연하고 투명한 메모리 소자에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 대표적인 플래시 메모리 소자의 구조로 charge trapping type flash memory (CTF)가 있다. CTF 메모리 소자는 trap layer의 trap site를 이용하여 메모리 동작을 하는 소자이다. 하지만 작은 window의 크기, trap site의 열화로 인해 메모리 특성이 나빠지는 문제점 등이 있다. 따라서 최근, trap layer에 다양한 물질을 적용하여 CTF 소자의 문제점을 해결하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 특히, 산화물 반도체인 zinc oxide (ZnO)를 trap layer로 하는 CTF 메모리 소자가 최근 몇몇 보고 되었다. 산화물 반도체인 ZnO는 n-type 반도체이며, shallow와 deep trap site를 동시에 가지고 있는 독특한 물질이다. 이 특성으로 인해 메모리 소자의 programming 시에는 deep trap site에 charging이 일어나고, erasing 시에는 shallow trap site에 캐리어들이 쉽게 공급되면서 deep trap site에 갇혀있던 charge가 쉽게 de-trapped 된다는 장점을 가지고 있다. 따라서, 본 실험에서는 산화물 반도체인 ZnO를 trap layer로 하는 CTF 소자의 메모리 특성을 확인하기 위해 간단한 구조인 metal-oxide capacitor (MOSCAP)구조로 제작하여 메모리 특성을 평가하였다. 먼저, RCA cleaning 처리된 n-Si bulk 기판 위에 tunnel layer인 SiO2 5 nm를 rf sputter로 증착한 후 furnace 장비를 이용하여 forming gas annealing을 $450^{\circ}C$에서 실시하였다. 그 후 ZnO를 20 nm, SiO2를 30 nm rf sputter로 증착한 후, 상부전극을 E-beam evaporator 장비를 사용하여 Al 150 nm를 증착하였다. 제작된 소자의 신뢰성 및 내구성 평가를 위해 상온에서 retention과 endurance 측정을 진행하였다. 상온에서의 endurance 측정결과 1000 cycles에서 약 19.08%의 charge loss를 보였으며, Retention 측정결과, 10년 후 약 33.57%의 charge loss를 보여 좋은 메모리 특성을 가지는 것을 확인하였다. 본 실험 결과를 바탕으로, 차세대 메모리 시장에서 trap layer 물질로 산화물 반도체를 사용하는 CTF의 연구 및 계발, 활용가치가 높을 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.206.1-206.1
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• 2015

최근에 금속산화물을 증착하는 방법으로 용액공정이 주목 받고 있다. 용액 공정은 대기압에서 매우 간단한 방법으로 복잡한 공정과정을 요구하지 않기 때문에 박막을 경제적으로 간단하게 형성할 수 있다. 하지만 용액공정을 통해 형성한 박막에는 소자의 특성을 열화 시키는 solvent와 탄소계열의 불순물을 많이 포함하고 있어 고온의 열처리가 필수적이다. 박막의 품질을 향상시키기 위해서 다양한 열처리 방법들이 이용되고 있으며, 일반적인 열처리 방법으로는 furnace를 이용한 conventional thermal annealing (CTA)이 많이 이용되고 있다. 하지만, 최근에는 microwave를 이용한 공정이 주목 받고 있다. Microwave energy는 CTA보다 효과적으로 비교적 낮은 온도에서 높은 열처리 효과를 나타낸다. 본 실험은 n-type Silicon 기판에 solution-ZrO2 산화막을 형성 후, oven baking을 한 뒤, CTA와 microwave를 이용하여 solvent와 불순물을 제거 하였다. 전기적 특성을 확인하기 위해 solution ZrO2 산화막 위에 E-beam evaporator를 이용해 Ti 금속 전극을 증착하여 Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) capacitor를 제작하였다. 다음으로, PRECISION SEMICONDUCTOR PARAMETER ANALYZER (4156B)를 이용하여, capacitance-voltage (C-V) 특성 및 current-voltage (I-V) 특성을 비교하였다. 다음으로, CTA를 통하여 제작한 소자와 전기적 특성을 비교하였다. 그 결과, Microwave irradiation으로 열처리한 MOS capacitor 소자에서 capacitance 값과 flat band voltage, hysteresis 등이 개선되는 효과를 확인하였다. Microwave irradiation 열처리는 100oC 미만의 온도에서 공정이 이루어짐에도 불구하고 시료 내에서의 microwave 에너지의 흡수가 CTA 공정에서의 열에너지 흡수보다 훨씬 효율적으로 이루어지며, 결과적으로 ZrO2 용액의 불순물과 solvent를 낮은 온도에서 제거하여 고품질 박막 형성에 매우 효과적이라는 것을 나타낸다. 따라서, microwave irradiation 열처리 방법은 비정질 산화막이 포함되는 박막 transistor 소자 제작에 대하여 결정적인 열처리 방법이 될 것으로 기대한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.86.2-86.2
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• 2015

Cu2ZnSn(S,Se)4 thin film solar cells have been fabricated using sputtered Cu/Sn/Zn metallic precursors on Mo coated sodalime glass substrate without using a toxic H2Se and H2S atmosphere. Cu/Sn/Zn metallic precursors with various thicknesses were prepared using DC magnetron sputtering process at room temperature. As-deposited metallic precursors were sulfo-selenized inside a graphite box containing S and Se pellets using rapid thermal processing furnace at various sulfur to selenium (S/Se) compositional ratio. Thin film solar cells were fabricated after sulfo-selenization process using a 65 nm CdS buffer, a 40 nm intrinsic ZnO, a 400 nm Al doped ZnO, and Al/Ni top metal contact. Effects of sulfur to selenium (S/Se) compositional ratio on the microstructure, crystallinity, electrical properties, and cell efficiencies have been studied using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, field emission scanning electron microscope, I-V measurement system, solar simulator, quantum efficiency measurement system, and time resolved photoluminescence spectrometer. Our fabricated Cu2ZnSn(S,Se)4 thin film solar cell shows the best conversion efficiency of 9.24 % (Voc : 454.6 mV, Jsc : 32.14 mA/cm2, FF : 63.29 %, and active area : 0.433 cm2), which is the highest efficiency among Cu2ZnSn(S,Se)4 thin film solar cells prepared using sputter deposited metallic precursors and without using a toxic H2Se gas. Details about other experimental results will be discussed during the presentation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.250-253
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• 2007

An evaporated Ti/Pd/Ag contact system is most widely used to make high-efficiency silicon solar cells, however, the system is not cost effective due to expensive materials and vacuum techniques. Commercial solar cells with screen-printed contacts formed by using Ag paste suffer from a low fill factor and a high shading loss because of high contact resistance and low aspect ratio. Low-cost Ni and Cu metal contacts have been formed by using electroless plating and electroplating techniques to replace the Ti/Pd/Ag and screen-printed Ag contacts. Ni/Cu alloy is plated on a silicon substrate by electro-deposition of the alloy from an acetate electrolyte solution, and nickel-silicide formation at the interface between the silicon and the nickel enhances stability and reduces the contact resistance. It was, therefore, found that nickel-silicide was suitable for high-efficiency solar cell applications. The Ni contact was formed on the front grid pattern by electroless plating followed by anneal ing at $380{\sim}400^{\circ}C$ for $15{\sim}30$ min at $N_{2}$ gas to allow formation of a nickel-silicide in a tube furnace or a rapid thermal processing(RTP) chamber because nickel is transformed to NiSi at $380{\sim}400^{\circ}C$. The Ni plating solution is composed of a mixture of $NiCl_{2}$ as a main nickel source. Cu was electroplated on the Ni layer by using a light induced plating method. The Cu electroplating solution was made up of a commercially available acid sulfate bath and additives to reduce the stress of the copper layer. The Ni/Cu contact was found to be well suited for high-efficiency solar cells and was successfully formed by using electroless plating and electroplating, which are more cost effective than vacuum evaporation. In this paper, we investigated low-cost Ni/Cu contact formation by electroless and electroplating for crystalline silicon solar cells.

• 한국재료학회지
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• 제16권5호
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• pp.277-284
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• 2006

The alloys were prepared by a non-consumable vacuum arc melting and homogenized at $1050^{\circ}C$ for 24 hrs. Two kind of surface modifications were performed alkali treatment in 5.0M NaOH solution subsequent and heat treatment in vacuum furnace at $600^{\circ}C$, and were oxidizing treatment at the temperature range of 550 to $750^{\circ}C$ for 30 minutes. After surface modification, these samples were soaked in SBF which consists of nearly the same ion concentration as human blood plasma. Cytotoxicity tests were performed in MTT assay treated L929 fibroblast cell culture, using indirect methods. A porous and thin activated layer was formed on Titanium and Ti-8Ta-3Nb alloy by the alkali treatment. A bone-like hydroxyapatite was nucleated on the activated porous surfaces during the in vitro test. However, Ti-8Ta-3Nb alloys showed better bioactive properties than Titanium. According to XRD results, oxide layers composed of mostly $TiO_2$(rutile) phases. Cytotoxicity test also revealed that moderate oxidation treatment lowers cell toxicity and Ti-8Ta-3Nb alloy showed better results compared with Titanium.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.91-91
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• 1999

광소자 기술은 정보 전달 및 저장 기술의 지속적인 증가 요구에 따라 발전을 거듭하여 왔다. 특히 광통신 및 저장 기술에서 광원으로 사용되는 레이저 다이오드는 안정되면서 쉽게 제작할 수 있어야 한다. 이온 주입 방법은 반도체 공정에서 광범위하게 사용되는 공정이며 이미 소자측면에서 안정성이 확보되었다고 볼 수 있으나 대부분 메모리 등의 실리콘 반도체에서 이용되어 왔다. 최근에는 화합물 반도체 분야에서도 적용하는 예가 증가되고 있으나 광원으로 사용되는 레이저 다이오드의 경우는 우수한 품질의 반도체 층이 요구되며 따라서 damage가 큰 이온 주입 방법을 이용한 연구는 아직 많이 이루어져 있지 않다. 본 연구에서는 레이저 다이오드 구조의 성장측에 국부적으로 Fe 이온을 주입하여 도파로를 형성하여 광을 구속하여 도파시키는 동시에 전기적으로도 도파로 부분으로만 다이오드가 형성되도록 하고자 한다. 먼저 p층의 전기적 절연에 필요한 조건을 확보하기 위하여 CBE를 사용하여 Fe가 doping 된 SI-InP wafer 위에 p-InP (Be:5x1017 cm-3)층을 1.2$mu extrm{m}$ 성장한 후 ohmic 층으로 p-InGaAs (Be:1x1019 cm-3)을 0.1$\mu\textrm{m}$ 성장한 시료에 고에너지 이온 주입 장치를 사용하여 Fe 이온을 1MeV, 1.6meV의 에너지에 각각 1x1014cm-2, 2x1014cm-2 의 dose로 전면에 implant 하였다. 이 시료를 tube furnace에서 500, 600, $700^{\circ}C$각각 10분씩 annealing 한 후 재성장을 확인하기 위하여 DCXRD을 측정하였다. 그림 1은 DCXRD rocking curve로 annealing 하기 전 후의 In rich에서 side peak의 감소를 확인 할 수 있었는데 이는 damage가 어느 정도 복구되었음을 의미한다. 또한 절연 특성을 확인하기 위하여 ohmic metal을 증착하여 Hall 효과를 측정하였다. 그림 2에 보이는 것과 같이 annealing 온도가 증가함에 따라 면저항이 크게 증가함을 볼 수 있으며 이온 주입하기 전의 시료에 비해 104 이상의 저항을 갖을 수 있다. 향후 이러한 결과를 바탕으로 1.55$\mu\textrm{m}$ LD 구조에서 발진 특성을 관찰할 계획이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.290.2-290.2
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• 2014

본 연구에서는 스핀코팅방법으로 증착된 ZnO 박막의 Zn-seed 층 열처리에 따른 구조적 광학적 특성에 관한 연구를 수행하였다. ZnO 박막을 증착하기 전, Quartz 기판에 열증착법으로 Zn-seed층을 증착하였고, furnace에서 300, 350, 400, $450^{\circ}C$의 온도로 1시간 동안 열처리하였다. ZnO 박막은 스핀코팅방법으로 5층을 증착한 후, $600^{\circ}C$에서 1시간 동안 후열처리를 하였다. X-ray diffractometer, UV-visible spectrometer, Photoluminescence를 이용하여 ZnO 박막의 구조적, 광학적 특성을 분석하였다. 모든 ZnO 박막 시료에서 c-축 배향성을 나타내는 강한 ZnO(002)피크와 ZnO(100), ZnO(101) 회절피크가 나타났고, wurtzite 형태의 ZnO 박막이 관찰되었다. Zn-seed층을 $350^{\circ}C$에서 열처리함에 따라 deep-level emission 피크에 대한 near-band-edge emission 피크의 발광세기 비율이 증가하였으나, 온도가 증가함에 따라 점점 감소하였다. 또한, Zn-seed층을 $350^{\circ}C$에서 열처리 하였을 때 가장 높은 광 투과도를 나타내었다.