Effect of liquid mediums on NiO nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation

유천의 한양대학교 대학원 2015 국내석사

녹색 발광을 하는 Yb3+/Er3+ 동시도핑된 CaWO4 up-conversion 형광체 제조

이정훈 한양대학교 대학원 2012 국내석사

본 연구에서는 microwave를 주사한 complex citrate-gel 방법으로 Er3+, Yb3+가 동시도핑된 CaWO4 분말을 합성하였고, 이 물질의 UC 형광특성에 대해 연구하였다. 980nm의 파장을 갖는 빛을 CaWO4:Er3+/Yb3+분말에 조사하였을 때, 약 670nm에서 약한 UC 적색형광이, 약 530, 550nm에서 강한 UC 녹색형광이 관찰되었다. 이러한 UC 형광의 발현은 적색의 경우 Er3+이온의 Er3+(4F9/2) → Er3+(4I15/2) 전이에 의해, 녹색의 경우에는 Er3+이온의 Er3+(2H11/2, 4S3/2) → Er3+(4I15/2) 전이에 기인한다. 최대의 UC 형광을 발생시키는 Er3+와 Yb3+의 도핑농도에 대해 조사하였고, UC 형광의 메카니즘을 규명할 수 있도록 각각의 주요한 파장 영역에서의 pump power dependence를 분석하였다.

침전법을 이용한 indium hydroxide 분말의 합성 및 결정입성장 거동

최은경 한양대학교 대학원 2018 국내석사

투명 산화물 전도막(TCO–transparent conductive oxides)은 일반적으로 전기전도도와 가시광선 영역에서의 투과성이 비교적 높아서 광학적, 전기적 재료로 관심을 받아왔다. Indium tin oxide(ITO)는 대표적인 TCO 소재로써 밴드갭이 3.5eV 이상으로 높은 전기 전도성을 가지며 가시광역 영역 파장에서 높은 광 투과도(>85%)의 물성을 갖고 있다. 따라서 ITO는 OLED(organic light emitting diode), LCD(liquid crystal display), 등과 같은 평판형 디스플레이의 화소전극 및 공통전극으로 사용될 뿐만 아니라 mobile, LCD, 유기EL 등의 평판디스플레이 디바이스에는 반듯이 투명전극이 내재되어 있다. 어느 정보를 빛으로서 디바이스를 투과시켜 인간의 눈에 도달시키기 위해서는 빛을 투과하고 동시에 신호를 전달하는 기능을 갖는 박막이 필수불가결한 것이다. 즉, 빛을 응용한 디바이스에는 투명전극이 반드시 필요한 것이다. 투명 전극재에 요구되는 특성은 다음과 같다. 가시광의 투과율이 높고 신호의 고속전달이 가능하도록 저항치가 낮은 전극, patterning 특성이 좋고 대면적의 막질이 균일하고 주변재료와 matching성이 양호한 것이다. ITO 박막의 제조방법은 일반적으로 매우 조밀한 막을 형성할 때에는 진공증착법, 스퍼터링법 등의 방법이 사용되며, 태양전지의 투명전극, 열선반사막 등 대면적의 기판에 성막 시에는 dip coating법을 주로 사용한다. 스퍼터링법은 가장 우수한 박막 특성을 얻을 수 있는 제조법으로 널리 알려져 있고 대부분 산업체에서 가장 보편적으로 사용되고 있다. 또한, 스퍼터링법을 이용한 박막제조에 있어 타겟 특성은 최종 생성물의 물성을 좌우하는 중요한 공정 변수 중의 하나로 알려져 있다. B. L. Gehman 등은 스퍼터링법으로 ITO 박막을 제조할 때 ITO 타겟의 밀도가 높을수록 막의 증착속도가 증가됨을 보고하였고, B. B.Lewis 등은 스퍼터링시 ITO 타겟 사용시간 단축의 주원인이 되는 nodule 생성을 억제하기 위해 고밀도 ITO 타겟의 중요성을 강조하였다. 따라서 ITO 투명전극 증착공정을 위해서는 고밀도 ITO 타겟을 사용해야 하며, 이러한 고밀도의 ITO 타겟을 제조하기 위해서 In2O3 입자크기와 응집성이 매우 중요시 되고 있다 본 연구에서는 고밀도 ITO타겟 제조를 위해 입자의 크기가 미세하면서도 응집성이 적은 In2O3 분말을 합성하는 것에 목적을 두고 있다. In2O3 분말의 특성에 영향을 미치는 전구체 indium hydroxide 분말의 크기와 형상을 제어하는 것에 목적을 두고 있다. 출발 물질로써 indium metal을 질산(HNO3)과 증류수의 혼합용액에 용해시켜 In(NO3)3 용액을 만들었다. 침전제로 수산화암모늄(NH4OH)을 사용하여 농도, pH, 온도가 indium hydroxide 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 합성된 indium hydroxide를 100℃∼400에서 열처리 유지시간을 변수로 주어 나타나는 영향을 분석하였다. 그 결과 In(NO3)3 농도가 증가할수록 얻어지는 indium hydroxide의 입자크기는 증가하였고 일정한 농도의 In(NO3)3 용액에서 침전 pH 변화에 따른 indium hydroxide의 입자크기와 형상의 변화는 관찰되지 않았다. 침전 시 온도가 상승할수록 입자크기는 증가하였다. 그리고 indium hydroxide가 indium oxide로 바뀔 시 비표면적 값은 증가하였고 crystallite size값은 감소하였다. oxide가 되고 난 후 유지시간이 길어지면 비표면적 값은 감소하였고 crystallite size값은 증가하였다.

PVT법으로 성장시킨 bulk AlN 단결정의 가공 및 특성평가

이정훈 한양대학교 대학원 2018 국내석사

최근 관심이 높아지고 있는 GaN, SiC 단결정과 함께 자외선 LED 및 전력 반도체용 기판 소재로서 응용성이 매우 높은 AlN 단결정 소자에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 특히 AlN 단결정 기판을 UV-LED (ultra violet light emitting diode)에 응용 시 고효율, 고출력화가 기대되며 불순물, 결함 등이 적게 발생하여 기존에 기판소재로 사용되는 사파이어가 가진 여러 단점들을 극복할 수 있는 소재로 각광받고 있다. 그러나 고품질의 AlN 박막을 성장시킬 때 필요한 AlN 단결정 기판의 성장이 어려울 뿐만 아니라 결정성 향상 등의 문제를 가지고 있어 이를 활용한 광전소자 및 전력소자 등의 개발이 지연되어 왔다. 본 연구에서는 PVT (physical vapor transport) 법을 사용하여 bulk AlN 단결정을 성장하였고 결정성의 평가 및 향상, 표면 가공을 진행하였다. 성장된 bulk AlN 단결정은 Laue X-선 회절 패턴으로 성장 방향을 확인하였고, 화학적 습식 에칭법 (wet chemical etching)을 사용하여 에칭 후 주사전자현미경 (SEM)으로 표면 특성을 알아보았다. AlN 단결정의 결정성 향상을 위해 고온 annealing 공정을 실시하였고 DC-XRD (double crystal X-ray diffraction)를 이용하여 FWHM을 측정하였다. 또한, Diamond slurry와 SiO2 slurry를 사용한 polishing 공정을 진행하였고 광학현미경 (optical microscopy)과 원자간력 현미경 (atomic force microscope)을 이용해 가공 결과 및 메커니즘을 분석하였다.

플렉서블 배터리 응용을 위한 리튬인산철(LiFePO₄) 합성과 환원된 그래핀 산화물과의 복합화

석동일 한양대학교 2017 국내석사

최근 전자기기의 지속적인 발전에 따라 고성능 전지시장의 수요가 급증하고 있는 추세이다. 이중에서도 고용량의 차세대 이차전지를 개발함과 동시에 빠른 충방전 속도와 구조적인 안정성까지 필요로 하고 있다. 이러한 이유 때문에 안정한 특성을 갖는 양극활물질 개발이 집중적으로 이루어져 왔고, 특히 대표적으로 안정한 양극활물질인 올리빈계 LiFePO4(리튬인산철)에 대한 연구가 진행되어 왔다. 하지만 LiFePO4의 구조적인 특성으로부터 나오는 고질적인 문제인 이온전도도와 전기전도도가 좋지 않다는 단점이 있으며 현재까지는 이 문제를 LiFePO4 입자 위에 카본 코팅을 도입함으로써 해결하였다. 그러나 플렉서블한 형태의 전자기기들이 생겨나게 되었고, 이 때문에 기존의 형태가 고정되어 있는 전지보다 유연성을 갖는 전지의 필요성이 대두되어, 전극물질을 유연 하면서도 전기전도도가 좋은 물질과 결합시키는 연구가 진행되기 시작하였다. LiFePO4 입자 위에 카본코팅을 하는 방법은 주로 탄소함유물질을 첨가하여 고온고상법으로 열처리를 통한 제조방식을 사용했었는데, 열처리 과정에서 LiFePO4의 입자크기가 커지는 단점이 있다. 또한 전기전도도를 증가시키기 위하여 이종원소를 도핑하는 방법이나 전기전도도가 뛰어난 물질과의 복합화를 진행하는 방법으로 전기전도도를 증가시키는 방법이 있는데, 고온고상법으로는 이러한 방법에 한계가 있다. 본 연구에서는 전기전도도가 뛰어난 물질인 Reduced graphene oxide(rGO)를 LiFePO4와 복합화하였으며, 복합화를 진행하기 위하여 공침법을 사용하여 나노입자 로 구성된 응집된 판상형태의 (NH4)FePO4H2O 전구체를 제조하였고, 이를 GO sheet 위에 복합화 시킨 후, 마이크로파 지원 수열반응을 통한 Li이온의 치환으로 GO와 복합화된 LiFePO4 분말을 제조하였다. 기존의 고온고상법을 통한 LiFePO4의 합성은 700oC 이상의 고온을 사용해야 하는 단점이 있으며, 발열체를 이용하여 온도를 상승시키기 때문에 에너지의 낭비가 심각하다는 단점이 있으며, 합성된 LiFePO4의 입자크기가 수백 nm 이상으로 크기 때문에 rGO와 복합화가 어렵다는 단점이 있다. 또한 일반적인 수열합성의 경우 10시간 이상인 장시간의 합성시간이 필요한 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 마이크로파를 사용하여 상대적으로 저온인 190oC에서 30분의 단시간으로 합성을 진행하였으며, 수십 nm 크기의 LiFePO4 입자를 합성하였다. 각각의 실험변수에 따른 최적화 조건을 찾아내었으며 X-ray 회절분석을 통하여 합성된 분말의 결정구조 분석을 진행 후, 단일상으로 얻어진 시료에 대해서 전기화학적 분석을 수행하였다. 또한 율속특성 분석을 통하여 복합화된 LiFePO4와 순수한 LiFePO4의 용량과 율속특성을 비교함으로써 유연전자기기 소자에 적용 가능성을 조사하였다.

화학적 습식 에칭을 통한 AlN 와 GaN 단결정의 결함 및 표면 특성 분석

홍윤표 한양대학교 2015 국내석사

화학적 습식 에칭을 통해 AlN와 GaN 단결정의 결함 및 표면 특성을 분석하였다. 화학적 습식 에칭은 단결정의 결함을 선택적으로 에칭하기 때문에 결정의 품질을 평가하는 좋은 방법으로 주목 받고 있다. AlN와 GaN의 단결정은 NaOH/KOH 용융액을 이용하여 에칭을 하였으며, 에칭 후 표면 특성을 알아보기 위해 주사전자현미경 (SEM)과 원자힘 현미경 (AFM)을 이용하였다. 에치 핏의 깊이를 측정하여 에칭 속도를 계산했다. 그 결과 AlN와 GaN 단결정 표면에는 두 개의 다른 형태에 에치 핏이 형성 되었다. (0001)면의 metal-face (Al, Ga)는 육각추를 뒤집어 놓은 형태를 갖는 반면 N-face (000)면은 육각형 형태의 소구 모양 (hillock structure)을 하고 있었다. 에칭 속도는 N-face가 metal-face (Al, Ga)보다 각각 약 109배 (Al)와 5배 (Ga)정도 빨랐다. 에칭이 진행되는 동안 에치 핏은 일정한 크기로 증가하다 서로 이웃한 에치 핏들과 합쳐지는 것으로 보여졌다. 또한 AlN와 GaN의 에칭 공정을 화학적 메커니즘을 통해 알아보았는데, 수산화 이온(OH-)과 질소의 dangling bond에 영향을 받아 metal-face (Al, Ga)와 N-face가 선택적으로 에칭 되는 것으로 추론된다. The defects and surface polarity in AlN and GaN crystals were investigated by using wet chemical etching. The effectiveness and reliability of estimating the single crystals by defect selective etching in NaOH/KOH eutectic alloy have been successfully demonstrated. High-quality AlN and GaN single crystals were etched in molten NaOH/KOH eutectic alloy. The etching characteristics and surface morphologies were carried out by scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM) and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The etch rates of AlN and GaN surface were calculated by etching depth as a function of etching time. As a result, two-types of etch pits with different sizes were revealed on AlN and GaN surface, respectively. On etching rate calibration, it was found that N-face had approximately 109(Al) and 15(Ga) times higher etch rate than the metal-face of AlN and GaN, respectively. The size of etch pits increased with an increase of the etching time and they tend to merge together with a neighbouring etch pits. Also, the chemical mechanism of each etching process was discussed. It was found that hydroxide ion (OH-)and the dangling bond of nitrogen play an important role in the selective etching of the metal-face and N-face.

Design growth structures of ZnO nano/micro-crystals by thermal evaporation of Zn metal without using catalyst

방신영 한양대학교 대학원 2013 국내박사

오늘날의 세라믹은 고전 세라믹과 파인 세라믹으로 구분할 수 있다. 파인 세라믹이란. 자연상의 재료로부터 제품을 만든 고전 세라믹과는 다르게, 자연 재료로부터 원하는 재료를 분리하여 사용하는 세라믹을 말한다. 파인 세라믹을 구분하면 원소성분, 응용분야, 특성, 구조 등으로 나눌 수 있다. 이 중에서 구조적 특성은 매우 중요하다. 동일 성분의 재료에서 구조/형상이 변함에 따라 기계적, 화학적, 물리적, 전기적, 광학적 특성이 변하며 이에 따라 여러 다른 응용분야도 적용할 수 있다. 따라서 재료의 구조/형상을 제어하는 기술은 많은 연구진들의 중요한 연구 주제이다. ZnO는 3.37 eV의 넓은 밴드갭과 60 meV의 큰 결합에너지를 갖는 매우 중요한 다 기능성 반도체 재료이다. 알려진 바로는, ZnO는 nanowires, nanotubes, nanobelts, nanocages 등의 다양한 구조체로 만들 수 있어, 여러 분야에 응용가능성이 매우 높다. 일반적으로 유기금속 기상 증착법, 액상법, 수열합성법 등이 서로 다른 형상 및 디맨젼을 갖는 ZnO를 합성하는데 사용된다. 그러나 이 방법들은 소스 재료가 비싸고, 화학물질을 사용하여 위험하며, 공정이 복잡하다는 단점을 갖고 있다. 열 기화법은 넓게 사용되는 기술로서 기상에서 ZnO의 다양한 디맨젼 및 형상을 제작할 수 있다. 이 방법은 앞서 말한 방법들의 단점을 전부 보완한다. 그러나 이 방법은 촉매를 사용하지 않을 때 구조체 (형상, 디맨젼, 크기, 균일함) 를 제어하는데 매우 어려움이 있다. 그리고 사용된 촉매는 ZnO의 응용성을 위한 고유특성을 저하 시킨다. 따라서 ZnO의 제품 응용을 위해서는 촉매를 사용하지 않고 구조체를 디자인 할 수 있는 기술이 요구된다 In general ceramics are classified into the classic and fine ceramics. The classic ceramics are derived from common, naturally occurring raw materials such as glass, cement and pottery. Whereas the fine ceramics are some element compounds, selected from naturally occurring raw materials to be used for suitable applications. The characteristic of fine ceramics can be characterized, based on are component elements, applications, properties and structures. In ceramic materials, the morphology (e.g. structure, shape, size and dimension) significantly play a role on the properties such as physical, chemical, mechanical, electronic and optical properties. Change in morphology leads to change in properties as well. Therefore, in one ceramic material, it is an important to control its morphology in term of structure, shape, size and dimension in order to obtain the properties, which are suitable for each type of applications. This is an important topic which has been extensively researched by many research groups. Zinc oxide (ZnO) is one of the most important multifunctional semiconductors owing to its wide direct energy band gap of 3.37 eV and large exciton binding energy of ~60 meV. It has a variety of structures such as nanowire, nanotube, nanobelt, and nanocage. The one-dimensional (1-D) ZnO nanowires can be used for light-emitting diode, laser diode and photo-emitter devices due to their optical properties. Whereas the three-dimensional (3-D) ZnOs, having large surface area, are suitably used for pigment, electronic, catalytic and sensor applications. In general, zinc oxide nanomaterials with various shapes and dimensions have been prepared using the conventional techniques such as metal-organic chemical vapor deposition, vapor transport and condensation and hydrothermal methods. However, those processes have complex and multiple steps, leading to high cost production. In addition, they deal with dangerous chemicals. Thus, a catalyst-free thermal evaporation, which is simple and non-toxic chemical technique, is another selective way for fabrication of zinc oxide with various shapes and dimensions. This thesis presents characterization and design of nano/micro structures of ZnO using thermal evaporation without using catalyst. The 1 and 3-D ZnOs are able to be fabricated by this technique, so called a solid–vapor process. The second chapter deals with the fabrication and design of 1-D ZnOs. The quality of 1-D ZnOs in terms of verticality, density, diameter, and crystallinity was controlled by varying growth parameters such as a type of substrate and a substrate position. The third chapter deals with the fabrication and design of 3-D hexagonal hollow ZnOs with various shapes by evaporation of Zn clusters, used as template, under low pressure. The shape of 3-D hexagonal hollow ZnOs was controlled by varying a distance from downstream. A study of defect dependent optical property of 3-D ZnOs was addressed as well. Finally, we expect that a catalyst-free thermal evaporation would be promising and selective dimensional and structural design technique for a variety of materials.

ARC(Anti-Reflective Coating) 액상 내에 Defect Source 개선에 대한 연구

이재범 한양대학교 공학대학원 2013 국내석사

본 연구에서는 나는 근본 원인을 몇가지 추측하여 우리의 검사 과정에서 발견할 수 있는 몇 가지 실험을 하고 그 결과를 공유하고 싶다. 일반적인 반도체 Defect을 공유하고 그 Defect의 종류에는 몇 가지 Source가 있을 수 있기 때문이다. Defect은 무엇인가? Wafer 위에 PR이나 BARC를 도포 시 항상 균일하고 일관성이 있어야 되지만 Defect이 어딘가에 숨어서 액상 내에 머물어 불량을 유발할 수 있는 가능성이 있을 수 있다. 이러한 Defect은 결국 다양한 요소로 패턴을 방해한다. 따라서, 수율은 다른 양호한 Batch보다 낮을 것이다. 정확한 Error(들) 또는 Defect(들)은 아직 알 수 없습니다. 하지만 연구를 통해서 나는 그것을 찾을 수도 있다고 판단한다. 실험 계획으로는 불순물의 농도가 Defect의 증가에 영향을 미치는 방법을 알고 싶어서 각 Sample에 약간의 오염 물질을 추가했다. 첫 번째 문제는 사용되는 원료의 금속 함량이다. 금속 함량이 증가하면, 우리는 나중에 감소 할 수 없다. 이는 Defect 수준을 높일 수 있다. 따라서 금속 함량의 Control은 매우 중요하다. 따라서, 나는 BARC에서 네 개의 Sample들을 준비하고 Sample에 금속 성분을 추가했다. 농도는 1ppb 3ppb 및 5ppb이다. 또 다른 문제는 사용되는 원료의 수분 함량이다. 수분 함량이 증가하면, 우리는 나중에 감소 할 수 없다. 이 또한 Defect 수준을 높일 수 있으므로 금속과 수분의 수준을 Control하는 것은 BARC의 제조 공정에서 매우 중요하다. 따라서, BARC에서 네 개의 Sample을 준비하고 그 Sample에 DI Water를 추가했다. 농도는 0.07 %, 0.20 % 및 1.00 %이다. 세 번째 유형은 BARC 제조 공정 중 순환(Circulation) 수에 관련이 있을 수도 있다. 순환 공정 시 순환하는 횟수가 부족할 경우, 결과적으로 불순물이 필터링되지 않을 것이다. 따라서, 적절한 Filter Membrane을 찾기 위해서 Defect 측정 시 0.45um, 0.30um 및 0.20um의 Filter를 사용하여 Coating Defect Test를 진행하고 마지막은 Vessel에 있는 BARC를 이용하여 순환 횟수 별 Coating Defect을 측정할 것이다. 이 Test를 통해 나는 BARC 제조 시 적절한 순환 횟수가 파악될 것이다.

Ho3+/Tm3+/Yb3+ 이온들이 동시 첨가된 CaWO4의 white up-conversion 방출

이상엽 한양대학교 대학원 2013 국내석사

Solar cell 효율 증대와 LED device 및 3D display, 차세대 bio-labeling등 넓은 분야에 적용 가능한 up-conversion 형광체는 NIR (near infra red rays) 영역대의 낮은 에너지 파장을 받아 거쳐 가시 광 영역대의 높은 에너지 파장을 방출하는 것으로서, 일반적이지 않은 anti-stoke type emission이다. 최근 적외선 레이저 다이오드가 개발된 이후 up-conversion 형광체에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는, Yb3+이온의 농도는 고정하고, Ho3+과 Tm3+이온의 농도를 변화하여, Ho3+/Tm3+/Yb3+ 이온들을 동시 첨가한 CaWO4 분말을 microwave irradiation을 주사한 sol-gel 방법으로 합성하였다. 합성된 분말들은 XRD (x-ray diffraction) 을 이용하여 구조 분석을 실시하였다. 또한 photo luminescence spectrophotometer을 이용하여 980 ㎚의 적외선을 조사 시 나타나는 광 특성을 분석 하였고, CIE chromaticity diagram 및 사진을 통하여 두 활성제 이온의 농도가 변화함에 따라 색 좌표계에서 위치 변화 및 발광하는 색상의 차이를 확인하였다. 그리고 pump power dependence 값을 측정하여 분말의 RGB 방출이 몇 photon을 통해 나타나는지 확인하였고, 이를 통해 CaWO4:Ho3+/Tm3+/ Yb3+의 분말 내에서 발생하는 메커니즘에 대해 상세히 기술하였다.

(A) study of GaN single crystal growth and wafering method for high power LED

오동근 한양대학교 대학원 2013 국내박사

GaN single crystal were grown on the vertical and horizontal reactors by the hydride vapour phase epitaxy (HVPE). The structural and optical characteristics of the GaN single crystal were investigated depending on the reactor type. The threading dislocations were observed starting from the GaN/sapphire interface and propagating within the GaN layer. In case of horizontal HVPE grown GaN were these dislocations were penetrate to the surface. however, vertical HVPE grown GaN were these dislocations were merge together. Etch pit density of two kinds of the GaN films were calculated to be approximately l.4 x 107 and l.2 x 106 cm_2 for GaN layers grown on horizontal and vertical reactors, respectively. double crystal x-ray rocking curve of the (0002) diffraction of the GaN film is found to have a full width at half maximum (FWHM) of 262 and 187 acrsec respectively. The variation of PL spectra and intensity are observed band edge transition at 3.39 eV. It is recognized that GaN grown in the vertical reactor showed a higher PL intensity. In addition, defect related YL bands are seen. 3 mm thickness grown by hydride vapor phase epitaxy and cut using a wire saw to produce freestanding wafers. These wafers then were, mechanically polished with diamond slurry and followed with chemical mechanical polishing for final surface preparation. Surface morphology were examined before and after thermal annealing process performed at 700, 800, 900, and 1000 °C for one hour, in air. Wafers with optimum surface quality submitted to thermal annealing treatment at 900°C were, characterized by reduced scratched density and residual stress, and surface roughness of 0.096 nm. Surface quality improvement was confirmed by relatively large recovering of the room temperature near band edge luminescence intensity.