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산소발생용 Cobalt–phosphate (Co–pi) 촉매를 이용한 Gallium Nitride (GaN) 광전극의 광전기화학적 특성
성채원,배효정,Vishal Vilas Burungale,하준석 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.2
In the photoelectrochemical (PEC) water splitting, GaN is one of the most promising photoanode materials due to high stability in electrolytes and adjustable energy band position. However, the application of GaN is limited because of low efficiency. To improve solar to hydrogen conversion efficiency, we introduce a Cobalt Phosphate (Copi) catalyst by photo-electrodeposition. The Co-pi deposition GaN were characterized by SEM, EDS, and XPS, respectively, which illustrated that Co-pi was successfully decorated on the surface of GaN. PEC measurement showed that photocurrent density of GaN was 0.5 mA/cm2 and that of Co-pi deposited GaN was 0.75 mA/cm2. Impedance and Mott-Schottky measurements were performed, and as a result of the measurement, polarization resistance (Rp) and increased donor concentration (ND) values decreased from 50.35 Ω to 34.16 Ω were confirmed. As a result of analyzing the surface components before and after the water decomposition, it was confirmed that the Co-pi catalyst is stable because Co-pi remains even after the water decomposition. Through this, it was confirmed that Co-pi is effective as a catalyst for improving GaN efficiency, and when applied as a catalyst to other photoelectrodes, it is considered that the efficiency of the PEC system can be improved. 광전기화학적 물분해에서 광전극으로 이용되는 GaN은 전해질에 대해 높은 안정성을 가지고 있으며 물의 산화 환원준위를 포함하고 있어 외부전압 없이 물분해가 가능하다. 그러나 GaN 광전극의 경우, 재료 자체의 효율이 낮아상용화하기에는 부족한 실정이다. 본연구에서는 광효율을 향상시키기 위해 Cobalt phosphate(Co-pi) 촉매를 광전기증착(Photoelectro-deposition)방법을 통하여 GaN 광전극에 도입하였다. Co-pi 촉매 증착 후 SEM, EDS, XPS분석을 진행하여 Co-pi의증착 여부및증착 정도를 확인하고, Potentiostat를이용해 PEC 특성을 분석하였다. SEM 이미지를 통해 Copi가GaN 표면 위에 20~25 nm 사이즈의 클러스터 형태로 고르게 증착되어 있는 것을 확인하였다. EDS 및 XPS 분석을통해 GaN 표면의입자가 Co-pi임을확인하였다. 이후측정된 PEC 특성에서 Co-pi를증착시킨후 0.5 mA/cm2에서 0.75 mA/cm2로향상된 광전류밀도 값을 얻을수있었다. 향상된 원인을 밝히기 위하여, 임피던스및 Mott-Schottky 측정을진행하였고, 측정 결과, 50.35 Ω에서 34.16 Ω으로 감소한 분극저항(Rp)과증가된 donor 농도(ND) 값을 확인하였다. 물분해전후, 표면 성분을 분석한 결과 물분해 후에도 Co-pi가남아있음으로써 Co-pi 촉매가 안정적이라는 것을 확인하였다. 이를 통해, Co-pi가 GaN의 효율 향상을 위한 촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, 다른 광전극에 촉매로써 적용시켰을 경우, PEC 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
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Ni-Pd-CNT Nanoalloys에서 성장한 α-Ga2O3의 특성분석
차안나,이기업,김형구,성채원,배효정,노호균,Vishal Vilas Burungale,하준석 한국마이크로전자및패키징학회 2021 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.28 No.4
This paper demonstrates the utility of the Ni-Pd and carbon-nanotube (Ni-Pd-CNT)-based nanoalloy to improve the α-Ga2O3 crystal quality using the halide-vapor-phase epitaxy (HVPE) method. As result, the overall thickness of the α-Ga2O3 epitaxial layer increased from a Ni electroless plating time of 40 s to 11 μm after growth. In addition, the surface morphologies of the α-Ga2O3 epilayers remained flat and crack-free. The full-width half-maximum results of the X-ray diffraction analysis revealed that the (1014) diffraction patterns decreased with increasing nominal thickness. 본 연구에서는 HVPE 방법을 사용하여 Ni-Pd and Carbon-Nanotube nanoalloys (Ni-Pd-CNT) 위에 α-Ga2O3 을 성장시켜 Ni-Pd-CNT에 따른 효과를 확인하였다. 그 결과, 무전해 Ni 도금 시간 40초에서 성장한 α-Ga2O3 에피층의두께는 11 μm로 확인되었다. 또한, α-Ga2O3 에피층의 표면 형태는 균열 발생 없이 기판에 대한 우수한 접착력을 보여주었다. 결과적으로, 성장과정에서 발생한 수평 성장에 의해 α-Ga2O3 대의 비대칭면인 (1014) FWMH 값을 크게 감소할 수있었다.
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