• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.265-265
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• 2014

일반적으로 태양전지 및 반도체 공정에서 불순물 주입 과정인 도핑(Doping)공정은 크게 몇 가지 방법으로 구분해 볼 수 있다. 소성로(Furnace)를 이용하여 열을 통해 불순물을 웨이퍼 내부로 확산시키는 열확산 방법과 진공 챔버 내부에서 전자기장을 걸어 이온을 극도로 가속시켜 진행하는 이온 주입(Ion implantation)이나 이온 샤워(Ion shower)를 이용한 도핑 방법이 있다. 또한 최근 자외영역 파장의 레이저광을 조사하여 광화학 반응에 의해 도펀트 물질를 분해하는 동시에 조사 부분을 용해하여 불순물을 도포하는 기법인 레이져 도핑(Laser doping) 방법이 개발중이다. 그러나 레이져나 이온 도핑 공정기술은 고가의 복잡한 장비가 필요하여 매출 수익성 및 대량생산에 비효율적이며 이온 주입에 의한 박막의 손상을 치료하기 위한 후속 어닐링(Post-annealing) 과정이 요구되는 단점을 가지고 있고 열확산 도핑 방법은 정량적인 불순물 주입 제어가 어렵고 시간 대비 생산량의 한계가 있다. 반면 대기압 플라즈마로 도핑을 할 경우 기존에 진공개념을 벗어나 공정상에서 보다 저가의 생산을 가능케 할 뿐아니라 멀티 플라즈마 소스 개발로 이어진다면 시간적인 측면에서도 단연 단축시킬 수가 있어 보다 대량 생산 공정에 효과적이다. 따라서 본 연구에서는 새로운 도핑 방법인 대기압 플라즈마를 이용한 도핑 공정기술의 가능성을 제안하고자 도핑 공정 시 웨이퍼 내 전류 패스(Current path)에 대한 메카니즘을 연구하였다. 대기압 플라즈마 방전 시 전류가 웨이퍼 내부에 흐를 때 발생되는 열을 이용하여 도핑이 되는 형식이란 점을 가정하고 이 점에 대한 원리를 증명하고자 실험을 진행하였다. 실험 방식은 그라운드(Ground) 내 웨이퍼의 위치와 웨이퍼 내 방전 위치에 따라 적외선 화상(IR image: Infrared image) 화상을 서로 비교하였다. 적외선 화상은 실험 조건에 따라 화상 내 고온의 표식이 상이하게 변하는 경향성을 나타내었다. 이 고온의 표식이 전류 패스라는 점을 증명하고자 시뮬레이션을 통해 자기장의 전산모사를 한 결과 전류 패스의 수직 방향으로 자기장이 형성이 됨을 확인하였으며 이는 즉 웨이퍼 내부 전류 패스에 따라 도핑이 된다는 사실을 명백히 말해주는 것이며 전류 패스 제어의 가능성과 이에 따라 SE(Selective Emitter) 공정 분야 응용 가능성을 보여준다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.406-406
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• 2011

결정질 태양전지에서 도핑(Doping)은 반도체(Semiconductor)의 PN 접합(Junction)을 형성하는 중요한 역할을 한다. 도핑은 반도체에 불순물(Dopant)을 주입하는 공정으로 고온에서 진행되며 온도는 중요한 변수(Parameter)로 작용한다. 본 연구에서는 여러 가지 에미터(emitter)층 형성방법 중에 가장 저가이면서 공정과정이 간단하며 대면적 도핑이 용의한 Spray 방법을 통해 효과적인 에미터 층 형성의 최적화를 위해 DI water에 각각 1%, 3%, 5% 7%로 희석된 H3PO4용액 으로 850$^{\circ}C$에서 열처리 시간을 가변해 가며 최적화된 면저항과 표면농도 특성을 분석하였다. 도핑소스가 웨이퍼(wafer) 각각의 표면에 흡착시킨 후 오븐에 넣어 150$^{\circ}C$에서 5분간 건조시킨 후 퍼니스(furance)에 넣어 시간을 가변해 가며 도핑시켰다. Spray 방식은 기존의 방식보다 저렴하고 In-line 공정에 적합하며 대용량으로 전환이 쉽다는 많은 장점을 가지고 있다. 도핑시 먼저 spray를 이용하여 웨이퍼 표면에 균일하게 용액을 흡착시킨 후 오븐에서 150$^{\circ}C$에서 5분간 건조 후 furnace에 넣어 850$^{\circ}C$에서 시간을 가변 해가며 실험하였다. H3PO4용액의 비율이 1%일 때는 2분 이상 열처리를 하였을 때 60${\Omega}/{\Box}$ 이하로 내려가지 않았다. 이는 최초 표면농도가 낮아 더 이상 확산되지 않음을 의미한다. 또한 H3PO4의 비율이 3% 이상일 때는 열처리 시간이 1분 이하일 때 면저항의 변화가 거의 없었으나 2분 이상일 때는 시간에 따라서 점차 낮아졌으며 균일도 역시 좋아졌다. 이는 H3PO4의 비율이 3% 이상일 때는 표면농도가 높아서 1분 이하의 열처리 시간에서는 확산해 들어가는 양이 거의 같음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.580-580
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• 2012

Heterostructures has unique and important properties, which may be helpful for finding many potential applications in the field of electronic, thermoelectric, and optoelectronic devices. We synthesized CdTe/Te core-shell heterostructures by vapor-solid process at low temperatures using a quartz tube furnace. Two step vapor-solid processes were employed. First, various tellurium structures such as nanowires, nanorods, nanoneedles, microtubes and microrods were synthesized under various deposition conditions. These tellurium nanostructures were then used as substrates in the second step to synthesize the CdTe/Te core-shell heterostructures. Using this method, various sizes, shapes and types of CdTe/Te core-shell structures were fabricated under a range of conditions. These structures were analysed by scanning electron microscopy, high resolution transmission electron microscopy, and energy dispersive x-ray spectroscopy. The vapor phase process at low temperatures appears to be an efficient method for producing a variety of Cd/Te hetero-nanostructures. In addition, the hetero-nanostructures can be tailored to the needs of specific applications by deliberately controlling the synthetic parameters.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.100-100
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• 2011

2004년 일본의 Hosono 그룹에 의해 처음 발표된 이래로, amorphous gallium-indium-zinc oxide (a-GIZO) thin film transistors (TFTs)는 높은 이동도와 뛰어난 전기적, 광학적 특성에 의해 큰 주목을 받고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가지므로 가시광 영역에서 투명한 특성을 보이고, 플라스틱 기판 위에서 구부러지는 성질에 의해 플랫 패널 디스플레이나 능동 유기 발광 소자(AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용될 뿐만 아니라, 일반적인 Poly-Si TFT에 비해 백플레인의 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 최근에는 Y2O3나 ZrO2 등의 high-k 물질을 gate insulator로 이용하여 높은 캐패시턴스를 유지함과 동시에 낮은 구동 전압과 빠른 스위칭 특성을 가지는 a-GIZO TFT의 연구 결과가 보고되었다. 하지만 투명 디스플레이 소자 제작을 위해 플라스틱이나 유리 기판을 사용할 경우, 기판 특성상 공정 온도에 제약이 따르고(약 $300^{\circ}C$ 이하), 이를 극복하기 위한 부가적인 기술이 필수적이다. 본 연구에서는 p-type Si을 back gate로 하는 Inverted-staggered 구조의 a-GIZO TFT소자를 제작 하였다. p-type Si (100) 기판위에 RF magnetron sputtering을 이용하여 Gate insulator를 증착하고, 같은 방법으로 채널층인 a-GIZO를 70 nm 증착하였다. a-GIZO를 증착하기 위한 sputtering 조건으로는 100W의 RF power와 6 mTorr의 working pressure, 30 sccm Ar 분위기에서 증착하였다. 소스/드레인 전극은 e-beam evaporation을 이용하여 Al을 150 nm 증착하였다. 채널 폭은 80 um 이고, 채널 길이는 각각 20 um, 10 um, 5 um, 2 um이다. 마지막으로 Furnace를 이용하여 N2 분위기에서 $500^{\circ}C$로 30분간 후속 열처리를 실시한 후에, 전기적 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.350-350
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• 2011

ZnO는 II-VI족 화합물 반도체로서 3.37 ev의 band gap energy와 60 mv의 exciton binding energy를 가지며 차세대 소자로 다양한 분야에서 연구되어지고 있다. ZnO 박막과는 다르게 ZnO nano structure는 효율성과 특성 향상의 이점으로 태양전지와 투명전극 소자에 많은 연구가 되고 있으며 UV 레이저, 가스센서, LED, 압전소자, Field Emitting Transistor (FET) 등 다양한 응용분야에서 연구되고 있다. 본 연구에서는 유리 기판 위에 RF Magnetron sputtering법을 이용해 ZnO buffer layer를 다양한 두께(~1,000${\AA}$)로 증착한 뒤, Zn powder (99.99%)를 지름 2inch 석영관 안에 넣어 Thermal furnace장비를 이용하여 Thermal Evaporation법으로 약 500$^{\circ}C$에서 30분 동안 촉매 없이 성장 하였다. 수직성장된 ZnO 나노 구조체의 특성을 전계방출주사전자현미경(SEM), X-선 회절패턴(XRD), UV-spectra를 이용하여 분석하였다. SEM 분석을 통하여 ZnO buffer layer위에 성장된 ZnO 나노 구조체는 직경이 약 ~50 nm, 길이가 ~2 um까지 성장을 보였으며, XRD 측정결과, ZnO 우선 성장 방향(002)을 확인하였다. 두 가지 측정을 통하여 ZnO buffer layer의 유무에 따라 성장 특성이 향상되었음을 확인하였으며, 이는 buffer layer가 seed 역할을 한 것으로 사료된다. UV-spectra 측정을 통하여 가시광 영역(400~780 nm)에서 60%대의 투과도를 보여 가시광 영역에서 투명성을 요구하는 전자 소자 및 광소자 등에 적용 가능성을 확인하였다. 이 연구를 통하여 우수한 투과도를 가지며 유리 기판위에 수직성장된 ZnO 나노구조체는 태양전지와 플렉서블 디스플레이 등 다양한 활용 분야를 제시할 수 있다.

• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• v.17 no.1
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• pp.17-22
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• 2004

In the present study, newly developed spark plasma sintering(SPS) technique was introduced to refine the grain size of ${\gamma}$-based TiAl intermetallic compounds. Ti-46Al-1.5Mo and Ti-46Al-1.5Mo-0.2C(at%) prealloyed powders were produced by mechanical milling(MM) in high-energy attritor. The mechanically milled powders were characterized by XRD and SEM for the microstructural evolution as a function of milling time. And then, the MMed powders were sintered by both spark plasma sintering and hot pressing in vacuum (HP). After the sintering process, MM-SPSed specimens were heat-treated in a vacuum furnace (SPS-VHT) and in the SPS equipment(MM-SPS) for microstructural control. It was found from microstrutural observation that the microstructure consisting of equiaxed ${\gamma}$-TiAl with a few hundred nanometer in average size and ${\alpha}_2-Ti_3Al$ particles were formed after both sintering processes. It was also revealed from hardness test and three-point bending test that the effect of grain refinement on the hardness and bending strength is much higher than that of carbon addition. The fully lamellar microstructures, which is less than $80{\mu}m$ in average grain size was obtained by SPS-VHT process, and the fully lamellar microstructure which is less than $100{\mu}m$ in average grain size was obtained by MM-SPS for a relatively shorter heat-treatment time.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.359-359
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• 2011

This study reports the H2S gas sensing properties of CuO / ZnO nano-hetero structure bundle and the investigation of gas sensing mechanism. The 1-Dimensional ZnO nano-structure was synthesized by hydrothermal method and CuO / ZnO nano-heterostructures were prepared by photo chemical reaction. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) spectra confirmed a well-crystalline ZnO of hexagonal structure. In order to improve the H2S gas sensing properties, simple type of gas sensor was fabricated with ZnO nano-heterostructures, which were prepared by photo-chemical deposition of CuO on the ZnO nanorods bundle. The furnace type gas sensing system was used to characterize sensing properties with diluted H2S gas (50 ppm) balanced air at various operating temperature up to 500$^{\circ}C$. The H2S gas response of ZnO nanorods bundle sensor increased with increasing temperature, which is thought to be due to chemical reaction of nanorods with gas molecules. Through analysis of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the sensing mechanism of ZnO nanorods bundle sensor was explained by well-known surface reaction between ZnO surface atoms and hydrogen sulfide. However at high sensing temperature, chemical conversion of ZnO nanorods becomes a dominant sensing mechanism in current system. Photo-chemically fabricated CuO/ZnO heteronanostructures show higher gas response and higher current level than ZnO nanorods bundle. The gas sensing mechanism of the heteronanostructure can be explained by the chemical conversion of sensing material through the reaction with H2S gas.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.396-396
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• 2013

The resistive random access memory (ReRAM) has several advantages to apply next generation non-volatile memory device, because of fast switching time, long retentions, and large memory windows. The high mobility of monolayered graphene showed several possibilities for scale down and electrical property enhancement of memory device. In this study, the monolayered graphene grown by chemical vapor deposition was transferred to $SiO_2$ (100 nm)/Si substrate and glass by using PMMA coating method. For formation of metal-oxide nanoparticles, we used a chemical reaction between metal films and polyamic acid layer. The 50-nm thick BPDA-PDA polyamic acid layer was coated on the graphene layer. Through soft baking at $125^{\circ}C$ or 30 min, solvent in polyimide layer was removed. Then, 5-nm-thick indium layer was deposited by using thermal evaporator at room temperature. And then, the second polyimide layer was coated on the indium thin film. After remove solvent and open bottom graphene layer, the samples were annealed at $400^{\circ}C$ or 1 hr by using furnace in $N_2$ ambient. The average diameter and density of nanoparticle were depending on annealing temperature and times. During annealing process, the metal and oxygen ions combined to create $In_2O_3$ nanoparticle in the polyimide layer. The electrical properties of $In_2O_3$ nanoparticle ReRAM such as current-voltage curve, operation speed and retention discussed for applictions of transparent and flexible hybrid ReRAM device.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.389-389
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• 2013

HfOx (Hafnium oxide)는 ~25의 고유전상수, 5.25 eV의 비교적 높은 Band-gap을 갖는 물질로 MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect-transistor) 구조의 Oxide 박막을 대체 가능한 물질로 연구가 지속되고 있다. 현재까지 진행된 대다수의 연구는 증착 조건에 따른 박막의 결정학적 및 전기적 특성에 대한 주제로 진행되었고 다양한 연구 결과가 보고된바 있다. 하지만 기존의 연구 기법은 박막의 nanomechanics 특성에 대한 연구가 부족하여 이를 보완하기 위한 연구가 절실하다. 따라서 본 연구에서는 HfOx 박막 내 포함된 산소가 고온 열처리 과정에서 빠져나감으로 인한 박막의 nanomechanics 특성을 확인하고자 하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여Si (silicon) 기판위에 Hafnium target으로 산소유량(5, 10, 15 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 $400^{\circ}C$에서 $1,000^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 시료의 전기적 특성을 I-V 곡선을 측정하여 확인하였고, 증착 시 산소 유량이 5 sccm에서 15 sccm으로 증가함에 따라서 누설전류 특성은 급격히 향상되었고, 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 나타내었다. 또한 시료의 nanomechanics 특성을 확인하기 위하여 nano-indenter를 이용하여 시료의 표면강도(surface hardness)와 탄성계수(elastic modulus)를 확인하였다. 측정결과 5 sccm 시료의 표면강도와 탄성계수는 상온에서 열처리 온도가 증가함에 따라 각각 7.75 GPa에서 9.19 GPa로, 그리고 133.83 GPa에서 126.64 GPa로 10, 15 sccm의 박막의 비하여 상대적으로 균일한 특성을 나타내었다. 이는 증착 시 박막 내 과포화된 산소가 열처리 과정에서 빠져나감으로 인한 것이며, 또한 과포화된 정도에 따라 더 적은 열처리 에너지에 의하여 박막을 빠져나감으로 인한 것으로 판단된다. 또한 열처리 과정에서 산소가 빠져나가는 상대적인 flux의 영향으로 인하여 박막의 mechanical한 균일도의 변화가 나타났다.

• Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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• 2006.09b
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• pp.936-936
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• 2006

Bulk amorphous materials have been intensively studied to apply for various advanced industry fields due to their high mechanical, chemical and electrical properties. These materials have been produced by several techniques such as mechanical alloying, melt spinning and gas atomization, etc. Among them, the atomization is the most potential technique for commercialization due to high cooling rate during solidification of the melt and mass productivity. However, the amorphous powders still have some limitations because of their low ductility and toughness. Therefore, intensive efforts have to be carried out to increase the ductility and toughness. In this study, the Ni-based amorphous powder was produced by the gas atomization process. And in order to increase the ductile toughness, ductile Cu phase was coated on the Ni amorphous powder by spray drying process. The characteristics of the as-synthesis powders have been examined and briefly mentioned. The master alloy with $Ni_{57}Zr_{20}Ti_{16}Si_2Sn_3$ was prepared by vacuum induction melting furnace with graphite crucible and mold. The atomization was conducted at $1450^{\circ}C$ under the vacuum of $10^{-2}$ torr. The gas pressure during atomization was varied from 35 to 50 bars. After making the Ni amorphous powders, the spray drying was processed to produce the Cu -coated Ni amorphous composite powder. The amorphous powder and Cu nitrate solution were mixed together with a small amount of binder and then it was sprayed at temperature of $130^{\circ}C$ and rotating speed of 15,000 R.P.M.