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ALD YSZ 연료극 중간층 박막 적용을 통한 고체 산화물 연료전지의 성능 향상
안지환,김형준,유진근,오성국,An, Jihwan,Kim, Hyong June,Yu, Jin Geun,Oh, Seongkook 한국마이크로전자및패키징학회 2016 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.23 No.3
본 논문은 원자층 증착법을 이용해 증착된 YSZ 박막을 산화 세륨계 전해질 기반 고체 산화물 연료전지의 연료극 중간층으로 적용한 결과를 보여준다. $500^{\circ}C$ 이상의 고온에서는 산화 세륨계 전해질의 전기전도도가 상승하여 이를 전해질로 사용한 고체 산화물 연료전지의 개회로 전압이 하강하고 성능이 저하된다. 원자층 증착법을 이용해 연료극 측 전해질 표면에 증착된 YSZ 박막은 얇은 두께(60 nm)에도 불구하고 산화 세륨계 전해질 표면을 완벽하게 도포함으로써, 전해질을 관통하는 전자의 흐름을 막아 개회로 전압을 최대 20%까지 상승시켰다. 이를 통해 $500^{\circ}C$에서의 최대 전력 밀도는 52%가 상승하였다. This paper demonstrates the successful application of yttria-stabilized zirconia thin films deposited by atomic layer deposition to the anode-side interlayer for cerium oxide electrolyte based solid oxide fuel cell. At the operating temperature over $500^{\circ}C$, the electrical conductivity of cerium oxide electrolyte is known to dramatically increase and, therefore, the open circuit voltage of the cell decreases leading to the decrease of the performance. Ultra-thin (60 nm) atomic layer deposited yttria-stabilized zirconia thin film in this study conformally coated the anode-side surface of the cerium oxide electrolyte and efficiently blocked the electrical conduction through the electrolyte. Accordingly, the open circuit voltage increased by up to 20%, and the maximum power density increased by 52% at $500^{\circ}C$
High-k Thin Films by Atomic Layer Deposition for Energy and Information Storage
안지환(Jihwan An) Korean Society for Precision Engineering 2018 한국정밀공학회지 Vol.35 No.12
High-k dielectric thin films are widely applied in energy conversion/storage and information storage devices such as Dynamic Random access Memory (DRAM), Multilayer Ceramic Capacitor (MLCC), thermoelectric devices, etc. Among them, perovskite thin films, for instance, strontium titanate (STO) and barium titanate (BTO) are known to have extremely superior dielectric properties. Atomic layer deposition (ALD), can deposit thin films through atomic layering producing uniform and conformal high-k thin films with precise thickness control. While relatively low crystallinity of film quality due to low deposition temperatures of ALD can develop practical issues, they can be overcome by employing additional processes such as thermal annealing, plasma treatment, and seed layering. ALD, STO and BTO thin films treated with these additional processes demonstrate more improved crystallinity and electrical properties. In this paper, the processes to enhance properties of ALD high-k thin films, BTO and STO films are reviewed. Perspectives into high quality ALD high-k thin films as well as current efforts to further improve the film quality are discussed.
Study on the Nanoscale Behavior of ALD Pt Nanoparticles at Elevated Temperature
안지환(Jihwan An) Korean Society for Precision Engineering 2016 한국정밀공학회지 Vol.33 No.8
This paper covers the investigation of the microscale behavior of Pt nanostrucures fabricated by atomic layer deposition (ALD) at elevated temperature. Nanoparticles are fabricated at up to 70 ALD cycles, while congruent porous nanostructures are observed at > 90 ALD cycles. The areal density of the ALD Pt nanostructure on top of the SiO2 substrate was as high as 98% even after annealing at 450℃ for 1hr. The sheet resistance of the ALD Pt nanostructure dramatically increased when the areal density of the nanostructure decreased below 85 - 89% due to coarsening at elevated temperature.
ALD로 저온에서 증착된 TiO<sub>2</sub> 박막의 막질에 대한 연구
박원희,신정우,양병찬,박만진,장동영,안지환,Park, Won Hee,Shin, Jeong Woo,Yang, Byung Chan,Park, Man-Jin,Jang, Dong Young,An, Jihwan 한국마이크로전자및패키징학회 2016 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.23 No.2
본 논문은 저온(<$150^{\circ}C$)에서 원자층 증착법(ALD)으로 증착된 $TiO_2$ 박막의 물리적, 화학적 막질에 대한 연구 결과를 보여준다. $TiO_2$의 ALD는 TTIP(Titanium(IV)isopropoxide)와 물을 이용하여 진행되었다. $150^{\circ}C$ 미만에서 증착시, ALD $TiO_2$의 성장률은 약 $0.3{\AA}/cycle$로 증착 온도 및 위치에 상관없이 거의 일정한 성장률을 보였다. 또한 SEM분석에서는 $200^{\circ}C$ 이상에서의 증착과 대조적으로, $150^{\circ}C$ 미만에서 증착된 박막은 부드러운 표면을 보였다. 투과전자현미경(TEM) 분석을 통해 이러한 특징이 저온에서 균질한 비정질의 막이 증착되었기 때문이라는 점을 알 수 있었다. 또한 저온 증착임에도 불구하고 종횡비가 1:75인 고종횡비 구조에도 80% 이상의 형상 적응성을 보였다. 그러나 저온 증착의 영향으로 X-선 광전자 분광기(XPS) 분석을 통해 4~7 at% 정도 함량의 탄소 불순물이 검출됨을 확인하였다. This paper covers the study on the properties of $TiO_2$ film deposited by atomic layer deposition (ALD) using TTIP and water at various temperatures including the low temperature range of <$150^{\circ}C$. At low deposition temperature, ALD $TiO_2$ films showed uniform growth rate per cycle ($0.3{\AA}/cycle$), good uniformity, smooth surface, and homogenous amorphicity. They also showed good conformality of >80% on the trench structure with the high aspect ratio of up to 75. However, relatively high concentration of impurities (C~4-7 at%) in the film was observed due to low deposition temperature.