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고밀도 CHF<sub>3</sub> 플라즈마에서 바이어스 전압과 이온의 입사각이 Photoresist의 식각에 미치는 영향
강세구,민재호,이진관,문상흡,Kang, Se-Koo,Min, Jae-Ho,Lee, Jin-Kwan,Moon, Sang Heup 한국화학공학회 2006 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol. No.
고밀도 $CHF_3$ 플라즈마를 이용한 식각에서 photoresist(PR)의 식각속도 및 $SiO_2$의 PR에 대한 식각 선택도가 이온의 입사 각도에 따라 변화하는 특성을 관찰하였다. 플라즈마 내에 파라데이 상자를 설치하여 이온의 입사 각도를 조절하였으며, 바이어스 전압을 변화시켜 이온의 입사 에너지를 조절하였다. 대부분의 바이어스 전압에서 $SiO_2$의 식각속도는 이온입사각도가 증가함에 따라 단조 감소함에 비해 PR의 식각속도는 중간각도 영역까지 일정하다가 그 이후에 감소하기 시작하였다. 이온입사각도가 $0^{\circ}$인 조건에서의 식각속도를 기준으로 정규화된 식각속도(NER)는 $SiO_2$의 경우 cosine함수와 거의 일치하였으나 PR의 경우 중간각도영역에서 over-cosine 형태를 보였다. PR에 대한 $SiO_2$의 식각선택도는 이온입사각도에 따라 점차로 감소하였는데, 이는 PR이 $SiO_2$에 비해 중간각도에서 물리적 스퍼터링에 의해 식각 수율이 크게 증가하였기 때문이다. 또한, 바이어스 전압의 증가에 따라 PR에 대한 식각선택도는 대부분의 이온입사각도에서 감소하였다. The etch rates of photoresist (PR) and the etch selectivity of $SiO_2$ to PR in a high density $CHF_3$ plasma were investigated at different ion-incident angles and bias voltages. A Faraday cage was employed for the accurate control of ion-incident angles. The ion energy was controlled by changing bias voltages. The etch rate of $SiO_2$ continuously decreased with ion-incident angles but the etch rate of PR remained constant up to the middle angle region and decreased afterwards. The etch rates of $SiO_2$ normalized to those at $0^{\circ}$ incident angle changed with the ion-incident angle following a cosine(${\theta}$) curve. On the other hand, the normalized etch rates of the PR changed showing a drastic over-cosine shape in the middle angle region. The etch selectivity of $SiO_2$ to PR decreased with an increase in the ion-incident angle because the etch yields of PR were enhanced by physical sputtering in the middle angle region compared to the case of $SiO_2$ etching. The etch selectivity of $SiO_2$ to PR decreased with an increase in the bias voltage at nearly all ion-incident angles.
Bar-Coating 방법으로 제조한 직접메탄올 연료전지 MEA의 성능
강세구,박영철,김상경,임성엽,정두환,장재혁,백동현,Kang, Se-Goo,Park, Young-Chul,Kim, Sang-Kyung,Lim, Seong-Yop,Jung, Doo-Hwan,Jang, Jae-Hyuk,Peck, Dong-Hyun 한국전기화학회 2008 한국전기화학회지 Vol.11 No.1
직접메탄올 연료전지 (DMFC)의 핵심 구성 요소 중에서 하나는 고분자 전해질막과 촉매층 (연료극과 공기극)으로 구성된 전해질/전극 접합체 (MEA)이다. 그중에서 촉매층은 브러싱법, 전시법, 스프레이 코팅법, 스크린 프린팅법과 같은 다양한 방법을 사용하여 carbon paper나 carbon cloth등과 같은 전극 지지체 위에 코팅한다. 그러나 이러한 촉매 코팅방법들은 전극 지지체 위에 촉매를 균일한 두께로 코팅하기 어렵고, 촉매의 손실이 많으며, 또한 코팅 시간이 많이 필요하다는 단점들이 있다. 본 연구에서는 DMFC용 MEA의 전극층을 바코팅 방법 (bar-coating method)을 사용하여 한 번에 원하는 양의 촉매가 코팅되도록 제조하였다. 이렇게 제조한 전극 촉매층 표면과 단면의 형태를 SEM을 사용하여 관찰하였다. 제조한 MEA의 성능과 저항은 단위전지와 임피던스 분석기를 사용하여 측정하였다. The key component of a direct methanol fuel cell (DMFC) is the membrane electrode assembly (MEA), which comprises a polymer electrolyte membrane and catalyst layers (anode and cathode electrode). Generally the catalyst layer is coated on the porous electrode supporter (e.g. carbon paper or cloth) using various coating methods such as brushing, decal transfer, spray coating and screen printing methods. However, these methods were disadvantageous in terms of the uniformity of catalyst layer thickness, catalyst loss, and coating time. In this work, we used bar-coating method which can prepare the catalyst layer with uniform thickness for MEA of DMFC. The surface and cross-section morphologies of the catalyst layers were observed by SEM. The performances and resistance of the MEAs were investigated through a single cell evaluation and impedance analyzer.
방사선 그라프트 PFA-폴리스티렌 멤브레인으로 제조한 직접 메탄올 연료전지용 MEA의 성능과 특성
강세구,백동현,김상경,임성엽,정두환,박영철,신준화,강필현,노영창,설용건,Kang, Se-Goo,Peck, Dong-Hyun,Kim, Sang-Kyung,Lim, Seong-Yop,Jung, Doo-Hwan,Park, Young-Chul,Shin, Jun-Hwa,Kang, Phil-Hyun,Nho, Young-Chang,Shul, Yong-Gun 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.2
DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)용의 새로운 고분자 전해질 멤브레인을 개발하기 위하여 스티렌 단량체를 poly(tetrafluoroethylene perfluoropropyl vinyl ether) (PFA) 필름에 그라프트 중합 반응시킨 후에 술폰화 반응을 진행하였다. $\Upsilon$-ray를 이용하여 방사선 그라프트 중합 반응시킨 방사선 그라프트 필름의 술폰화 반응은 chlorosulfonic acid/dichloroethane (5 v/v%) 혼합 용액에서 진행하였다. PFA 그라프트 폴리스티렌 멤브레인 (PFA-g-PSSA)의 화학적, 물리적, 전기화학적 및 형태의 특성은 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR), 이온전도도 측정기 및 주사전자현미경 (SEM)으로 분석하고 함수율과 메탄올 투과도도 측정하였다. PFA-g-PSSA 멤브레인으로 제작한 MEA의 단위전지 성능을 평가하였고, 전지의 셀 저항은 임피던스 분석 장치를 이용하여 측정하였다. PFA-g-PSSA 멤브레인으로 제조한 MEA는 Nafion 112로 제조한 MEA보다 우수한 DMFC 성능을 나타내었다. In order to develop a novel polymer electrolyte membrane for direct methanol fuel cell (DMFC), styrene monomer was graft-polymerized into poly(tetrafluoroethylene perfluoropropyl vinyl ether) (PFA) film followed by a sulfonation reaction. The graft polymerization was prepared by the $\Upsilon$-ray radiation-grafting method. Subsequently, sulfonation of the radiation-grafted film was carried out in a chlorosulfonic acid/1,2-dichloroethane (2 v/v%) solution. The chemical, physical, electrochemical and morphological properties of the radiation-grafted membranes (PFA-g-PSSA) were characterized by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The water uptake, ionic conductivity, and methanol permeability of the PFA-g-PSSA membrane were also measured. The cell performances of MEA prepared with the PFA-g-PSSA membranes were evaluated and the cell resistances were measured by an impedance analyzer. The MEA using PFA-g-PSSA membranes showed superior performance for DMFCs in comparison with the commercial Nafion 112 membrane.