근자외선 발광 다이오드의 성능 향상을 위한 질·산화 규소 측면 보호막용 박막 증착에 관한 연구

김성훈(Seong-hun Kim),이태주(Tae-ju Lee),성태연(Tae-yeon Seong) 대한전자공학회 2020 대한전자공학회 학술대회 Vol.2020 No.11

Silicon nitride thin films are mainly used for protecting light emitting diodes (LED) from device degradation by vapor and oxygen. However, silicon nitride shows low transmittance at near ultraviolet wavelength and easily crack due to high residual stress. In this study, silicon nitride and silicon oxynitride (SiOxNy) thin films were deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) under different flow ratio between NH₃ and N₂O. As the flow rate of NH₃ increases, fracture toughness of SiOxNy thin film also increases. Also, at the sample of the highest NH₃ flow rate, it shows both higher fracture toughness and lower residual stress than Silicon nitride layer.

W/InGaN Ohmic 접촉의 전기적 구조적 특성

김한기,성태연,Kim, Han-Gi,Seong, Tae-Yeon 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.10

Low resistance ohmic contacts to the Si-doped $\textrm{In}_{0.17}\textrm{Ga}_{0.83}\textrm{N}$(~$\times10^{19}\textrm{cm}^{-3}$) were obtained using the W metallization schemes. Specific contact resistance decreased with increasing annealing temperature. The lowest resistance is obtained after a nitrogen ambient annealing at $950^{\circ}C$ for 90 s, which results in a specific contact resistance of $2.75\times10^{-8}\Omega\textrm{cm}^{-3}$. Interfacial reactions and surface are analyzed using x-ray diffraction and scanning electron microscopy (SEM). The X-ray diffraction results show that the reactions between the W film and the $\textrm{In}_{0.17}\textrm{Ga}_{0.83}\textrm{N}$ produce a $\beta$-$W_2N$ phase at the interface. The SEM result shows that the morphology of the contacts is stable up to a temperature as high as $850^{\circ}C$. Possible mechanisms are proposed to describe the annealing temperature dependence of the specific contact resistance. Si 도핑된 n-$\textrm{In}_{0.17}\textrm{Ga}_{0.83}\textrm{N}$($1.63\times10^{19}\textrm{cm}^{-3}$)에 W을 이용하여 낮은 접촉저항을 갖는 Ohmic 접촉을 형성시켰다. 열처리 온도를 증가시킴에 따라 비접촉 저항이 낮아졌으며, 가장 낮은 비접촉 저항은 $950^{\circ}C$의 질소분위기 하에서 90초간 열처리 해줌으로써 $2.75\times10^{-8}\Omega\textrm{cm}^{-3}$의 낮은 비접촉 저항값을 얻었다. 열처리 온도증가에 따른 $\textrm{In}_{0.17}\textrm{Ga}_{0.83}\textrm{N}$와 W의 계면반응과 W의 표면은 XRD와 SeM을 이용하여 분석하였다. XRD 분석을 통하여 W과 $\textrm{In}_{0.17}\textrm{Ga}_{0.83}\textrm{N}$이 반응하여 계면에 $\beta$-$W_2N$ 상을 형성시킴을 확인할 수 있었다. SEM 분석결과 W 표면은 $850^{\circ}C$의 높은 열처리온도에서도 안정한 상태를 유지하였다. W과 InGaN의 Ohmic 접촉에 있어 비접촉 저항은 열처리 온도를 증가시킴에 따라 낮아지게 되는 온도 의존성을 갖는데 이에 대한 가능한 기구를 제시하였다.

UHV-ICB 방법으로 Si(111) 기판위에 성장된 $Y_2O_3$ 박막의 구조적 특성에 관한 연구

이동훈,성태연,조만호,황정남,Lee, Dong-Hun,Seong, Tae-Yeon,Jo, Man-Ho,Hwang, Jeong-Nam 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.5

Y$_2$O$_3$films were grown on SiO$_2$-covered Si(111), and hydrogen-terminated Si(111), and hydrogen-terminated Si(111) substrates at 50$0^{\circ}C$ by ultrahigh vacuum ionized cluster beam deposition (UHV-ICB). The microstructures and growth behavior of these films have been investigated by transmission electron diffraction (TED) and high-resolution transmission electron microscopy(HREM). The TED results show that the $Y_2$O$_3$grown on the SiO$_2$-Si has the epitaxial relationship of (11-1)Y$_2$O$_3$∥(111)Si and [-110]Y$_2$O$_3$∥[-110]Si. The film on the H-Si substrate contains YS\ulcorner and amorphous YSi\ulcornerO\ulcorner layers at the interface, having the orientation relationship each other. For the YSi\ulcorner and the Si substrate, the relationship is (0001)YSi\ulcorner∥(111)Si and [1-210]YSi\ulcorner∥∥[-110]Si. For the $Y_2$O$_3$and the YSi\ulcorner ; the relationship is as follows: (11-1)Y$_2$O$_3$∥(0001)YSi\ulcorner and [-110]Y$_2$O$_3$∥[1-210]YSi\ulcorner(111)Y$_2$O$_3$∥(0001)YSi\ulcorner and [-110]Y$_2$O$_3$∥[1-210]YSi\ulcorner. Explanation is given to describe the formation mechanisms of the interfacial phases of SiO\ulcorner, YSi\ulcornerO\ulcorner and YSi\ulcorner. It is shown that the crystallinity of the $Y_2$O$_3$film on the SiO$_2$-Si(111) is better than that of $Y_2$O$_3$on H-Si(111).

2단계 성장법을 통한 근사단결정의 다이아몬드 박막 합성

김도근,성태연,백영준,Kim, Do-Geun,Seong, Tae-Yeon,Baek, Yeong-Jun 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.11

근사단결정 다이아몬드막 성장시 입자의 정렬을 개선하기 위한 집합조직성장의 2단계 성장방법을 제안하였다. 메탄조성 4%, 기판온도 $850^{\circ}C$ 조건에서 (100) Si 기판에 - 200V 바이어스를 인가하여 20분동안 전처리 하였다. 처리한 기판을 2%[CH$_4$], 기판온도 $810^{\circ}C$에서 2~35시간동안 <100> 집합조직을 지니도록 1단계로 성장시켰다. 이 시편의 성장표면을 평탄화하기 위하여 (100) 면이 성장하도록 2% [CH$_4$], 기판온도 $850^{\circ}C$ 조건에서 2단계 성장시켰다. 1단계 성장시간에 따른 다이아몬드막의 배열정도를 {111} X-ray pole figure의 반가폭 변화를 통해 관찰하였다. 1단계 성장 후 입자정렬은 막의 두께가 증가할수록 개선되었다. 그러나 <100> 집합조직의 표면조직은 피라미드 형태의 굴곡을 피할 수 없었다. 2단계 성장시 (100) 면의 성장으로 인해 막의 표면은 평탄화되었으며, 이때 입자의 정렬은 1단계 성장시간에 크게 의존하였다. Two-step growth method is suggested to enhance the alignment of highly oriented diamond films. (100) Si wafers are pretreated with negative biasing of - 200 V at $850^{\circ}C$ for 20 min with 4 % methane in hydrogen plasma. The pretreated wafers are grown under the lst-step growth conditions(2 % CH$_4$ in H$_2$, $810^{\circ}C$) from 2 hr to 35 hr, in order to obtain <100> textured films. The 2nd-step growth(2 % CH$_4$ in H$_2$, $850^{\circ}C$) is carried out to make diamond films having (100) growth planes, which are parallel to the substrate. The alignment of the films after the 1st-step growth, has been analyzed by {111} X-ray pole figure, which is improved abruptly with increasing film thickness. However, the pyramidal surface morphology is inevitable. These morphology is flattened after the 2nd-step growth by developing the (100) facets parallel to the substrate. The alignment of the highly oriented textured films after the two-step growth depends on the thickness of the 1st-step growth film.

${CH_4}-{H_2}-{N_2}$ 기체계에서 MW-PACVD를 이용한 결정상 합성

김도근,백영준,성태연,Kim, Do-Geun,Baek, Young-Joon,Seong, Tae-Yeon 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.9

다이아몬드 합성 조건에서 질소 첨가량은 0%에서 95%까지 변화하였을 때의 합성 거동을 조사하였다. 질소 첨가량이 증가함에 따라 합성된 상은 {100} 성장면으로 이루어진 다이아몬드 막에서 고유의 결정면이 사라지고 나조 크기의 결정들로 이루어진 다이아몬 막으로 변화하였다. 심지어 수소가 없어 메탄과 질소만의 경우에서도 다이아몬드 막 합성이 가능함을 보여주었다. 또한 다이아몬드 구조를 갖는 개별적 입자의 형태는 30%∼80% 질소 첨가범위에서 정팔면체의 결정모양을 가졌고, 이 범위에서 기판온도가 증가함에 따라 육방정 모양의 새로운 결정상을 관찰하였다. 다이아몬드 막의 경우 질소, 첨가량에 무관하게 질소 혼입향은 측정되지 않을 만큼 적었지만, 육방정 결정상은 Si, C 그리고 N으로 이루어진 SiCN화합물임을 확인하였다. Synthesis of the crystalline film was investigated under the diamond growth condition with altering the addition of the nitrogen from 0% to 95%. With increasing the nitrogen concentration, surface morphology of the film was changed from the diamond film with {100} growth plane to the non-faceted diamond film with nano-scale grains. It also showed that the deposition of the diamond film could be synthesized using only methane and nitrogen gases without hydrogen gas. Separated particles with diamond structure showed an octahedral shaped I the nitrogen ranges between 30% and 80%, and newly formed hexagonal crystals are observed when substrate temperature with diamond structure, however, also identify that the hexagonal crystal was SiCN composite composed of Si, C and N atoms.

나노메니퓰레이터를 이용한 나노선의 특성평가

윤상원,서종현,안재평,성태연,이건배,Yoon, Sang-Won,Seo, Jong-Hyun,Ahn, Jae-Pyoung,Seong, Tae-Yeon,Lee, Kon-Bae 한국분말야금학회 2009 한국분말재료학회지 (KPMI) Vol.16 No.2

The combination of focused ion beam (FIB) and 4 point probe nanomanipulator could make various nano manufacturing and electrical measurements possible. In this study, we manufactured individual ZnO nanowire devices and measured those electrical properties. In addition, tensile experiments of metallic Au and Pd nanowires was performed by the same directional alignment of two nanomanipulators and a nanowire. It was confirmed from I-V curves that Ohmic contact is formed between electrodes and nanomanipulators, which is able to directly measure the electrical properties of a nanowire itself. In the mechanical tensile test, Au and Pd nanowires showed a totally different fracture behavior except the realignment from <110> to <002>. The deformation until the fracture was governed by twin for Au and by slip for Pd nanowires, respectively. The crystallographic relationship and fracture mechanism was discussed by TEM observations. FIB와 나노메니퓰레이터를 이용한 다양한 nano manufacturing을 통해 단일 나노선 소자제작 및 평가가 가능하였으며 또한 나노물질 자체의 전기적, 기계적 특성 평가를 수행할 수 있었다. 나노메니퓰레이터를 나노선에 직접 접촉시켜 전기적 특성을 평가하는 기술은 STA 등과 함께 사용될 때 높은 신뢰도를 갖는 신호를 얻을 수 있었다. 특히, 이를 이용한 나노 소재 특성 평가기술은 소자제작 시간을 단축시킬 수 있고 패턴닝으로부터 화학적 오염을 줄일 수 있는 장점을 갖고 있었다. 또한 FIB와 나노메니퓰레이터를 적절히 이용하면 나노인장시험기로서 활용이 가능하였으며 나노선의 기계적 특성을 본격적으로 평가할 수 있었다. 본 연구의 나노인장시험으로부터 얻은 인장실험 및 TEM분석으로부터 Au 및 Pd 나노선의 인장 및 파괴거동을 직접적으로 관찰할 수 있었다. Au 나노선은 인장초기에 {111}<112> 쌍정이 생성되고 나노선의 직경이 감소하다가 더 이상 인장응력을 수용할 수 없게되면 <110> 축으로부터 <002> 방향으로 재배열하는 방식으로 네킹이 형성되며 최종적으로 결정축 재배열 이후에는 슬립에 의한 파괴가 진행된다. Pd 나노선의 경우에는 Au와는 전혀 다른 파괴거동을 보였다. 먼저 네킹없이 <002> 축으로의 재배열 현상이 관찰되며 이후 cross-slip에 의한 변형을 하였다. 두 나노선 모두 인장 응력이 가해지면 네킹 부분을 중심으로 한 부분에서만 변형이 일어나며 다른 부분에서는 아무런 변형을 찾아 볼 수 없었다.

코발트 산화물 박막을 이용한 박막형 슈퍼 캐패시터의 제작 및 특성평가

김한기,임재홍,전은정,성태연,조원일,윤영수,Kim, Han-Gi,Im, Jae-Hong,Jeon, Eun-Jeong,Seong, Tae-Yeon,Jo, Won-Il,Yun, Yeong-Su 한국재료학회 2001 한국재료학회지 Vol.11 No.5

코발트 산화물 박막을 전극으로 하여 Pt/Ti/Si 기판위에 Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$로 구성된 전고상의 박막형 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 각각의 Co$_3$O$_4$박막은 반응성 dc 마그네트론 스퍼터를 이용하여 $O_2$/[Ar+O$_2$] 비를 증가 시키며 성장시켰고, 비정질 LiPON 고체전해질 박막은 순수한 질소분위기 하에서 rf 스퍼터링으로 성장시켰다. 비록 벌크 타입의 슈퍼캐패시터에 비해 낮은 전기용량 (5-25mF/$\textrm{cm}^2$-$\mu\textrm{m}$)을 가졌지만, Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ 구조로 제작된 전고상 박막형 슈퍼캐패시터는 벌크 타입과 비슷한 거동을 나타내었다 0-2V의 전압구간, 50$\mu\textrm{A}/\textrm{cm}^2$의 전류밀도에서 약 400사이클 까지 안정한 방전용량을 유지함을 관찰할 수 있었다 이러한 전고상 박막형 슈퍼캐패시터의 전기화학적 특성은 $O_2$/[Ar+O$_2$] 비에 의존하는데, 이러한 의존성을 구조적, 전기적 특성 및 표면특성을 분석하여 설명하였다. An all solid-state thin film supercapacitor (TFSC) with Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ structure was fabricated on Pt/Ti/Si substrate using Co$_3$O$_4$ thin film electrode. Each Co$_3$O$_4$ film was grown by reactive dc reactive magnetron sputtering with increasing $O_2$/[Ar+O$_2$] ratio. Amorphous LiPON electrolyte film was deposited on Co$_3$O$_4$/Pt/Ti/Si in pure nitrogen ambient by using reactive rf magnetron sputtering. The electrochemical behavior of the Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ multi-layer structures exhibits a behavior of a bulk-type supercapacitor, even though much lower capacity (from 5 to 25 mF/$\textrm{cm}^2$-$\mu\textrm{m}$) than that of the bulk one. It was found that the TFSC showed a fairly constant discharge capacity with a constant current of 50 $\mu\textrm{A}/\textrm{cm}^2$ at the cut-off voltage 0-2V during 400 cycles. It is shown that the electrochemical behavior of the Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ TFSC is dependent upon the sputtering gas ratio. The capacity dependency of electrode films on different gas ratios was explained by different structural, electrical, and surfacical properties.

$RuO_2$박막의 미세 구조가 박막형 마이크로 슈퍼캐패시터의 특성에 미치는 영향

김한기,윤영수,임재홍,조원일,성태연,신영화,Kim, Han-Ki,Yoon, Young-Soo,Lim, Jae-Hong,Cho, Won-Il,Seong, Tae-Yeon,Shin, Young-Hwa 한국재료학회 2001 한국재료학회지 Vol.11 No.8

All solid-state thin film micro supercapacitor, which consists of $RuO_2$/LiPON/$RuO_2$ multi layer structure, was fabricated on Pt/Ti/Si substrate using a $RuO_2$ electrode. Bottom $RuO_2$ electrode was grown by dc reactive sputtering system with increasing $O_2/[Ar+O_2]$ ratio at room temperature, and a LiPON electrolyte film was subsequently deposited on the bottom $RuO_2$ electrode at pure nitrogen ambient by rf reactive sputtering system. Room temperature charge-discharge measurements based on a symmetric $RuO_2$/LiPON/$RuO_2$ structure clearly demonstrates the cyclibility dependence on the microstructure of the $RuO_2$ electrode. Using both glancing angle x-ray diffraction (GXRD) and transmission electron microscopy (TEM) analysis, it was found that the microstructure of the $RuO_2$ electrode was dependent on the oxygen flow ratio. In addition, x- ray photoelectron spectroscopy(XPS) examination shows that the Ru-O binding energy is affected by increasing oxygen flow ratio. Furthermore, TEM and AES depth profile analysis after cycling demonstrates that the interface layer formed by interfacial reaction between LiPON and $RuO_2$ act as a main factor in the degradation of the cyclibility of the thin film micro-supercapacitor. $RuO_2$ 박막을 전극으로 하여 Pt/Ti/Si 기판 위에 $RuO_2$ /LiPON/$RuO_2$의 다층 구조로 이루어진 전고상의 박막형 마이크로 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 전극용 $RuO_2$박막은 반응성 dc 마그네트론 스퍼터를 이용하여 $O_2$/[Ar+$O_2$]비를 증가시키며 성장시켰고, 비정질 LiPON 고체전해질 박막은 순수한 질소분위기 하에서 rf 스퍼터링으로 성장시켰다. 상온에서의 충-방전 측정을 통해 $RuO_2$ 박막의 미세구조에 따라 슈퍼캐패시터의 사이클 특성이 영향을 받는 것을 알 수 있었다. Glancing angle x-ray diffraction(GXRD)과 transmission electron microscopy (TEM) 분석을 통해 산소 유량의 증가가 $RuO_2$박막의 미세 구조의 영향을 주는 것을 알 수 있었고, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 통해 산소 유량 비의 증가가 Ru과 산소간의 결합에도 영향을 줌을 알 수 있었다. 또한 사이클 후 슈퍼캐패시터의 TEM 및 AES depth profiling 분석을 통해, 충-방전 시 $RuO_2$와 LiPON과의 계면반응에 의해 형성된 계면 층이 사이클 특성에 영향을 줌을 알 수 있었다.

n-GaN/vanadium-based Ohmic 접촉 형성

송준오,임동석,김상호,성태연,Song, June-O,Leem, Dong-Seok,Kim, Sang-Ho,Seong, Tae-Yeon 한국재료학회 2003 한국재료학회지 Vol.13 No.9

We investigate vanadium (V)-based Ohmic contacts on n-GaN ($N_{d}$=$2.0${\times}$10^{18}$ $cm^{-3}$ ) as a function of annealing temperature. It is shown that the V (60 nm) contacts become Ohmic with specific contact resistances of $10^{-3}$ $- 10^{-4}$ Ω$\textrm{cm}^2$ upon annealing at 650 and $850^{\circ}C$. The V(20 nm)/Ti(60 nm)/Au(20 nm)contacts produce very low specific contact resistances of $2.2 ${\times}$ 10^{-5}$ and$ 4.0${\times}$10^{-6}$ Ω$\textrm{cm}^2$ when annealed at 650 and $850{\circ}C$, respectively. A comparison shows that the use of the overlayers (Ti/Au) is very effective in improving Ohmic property. Based on the current-voltage measurement, Auger electron spectroscopy, glancing angle X-ray diffraction, and X-ray photoemission spectroscopy results, the possible mechanisms for the annealing temperature dependence of the Ohmic behavior of the V-based contacts are described and discussed.d.

ZnSe:Eu 양자점의 표면결함이 광학특성에 미치는 영향

정다운,박지영,서한욱,임경묵,성태연,김범성,Jeong, Da-Woon,Park, Ji Young,Seo, Han Wook,Lim, Kyoung-Mook,Seong, Tae-Yeon,Kim, Bum Sung 한국분말야금학회 2016 한국분말재료학회지 (KPMI) Vol.23 No.5

Quantum dots (QDs) are capable of controlling the typical emission and absorption wavelengths because of the bandgap widening effect of nanometer-sized particles. These phosphor particles have been used in optical devices, photovoltaic devices, advanced display devices, and several biomedical complexes. In this study, we synthesize ZnSe QDs with controlled surface defects by a heating-up method. The optical properties of the synthesized particles are analyzed using UV-visible and photoluminescence (PL) measurements. Calculations indicate nearly monodisperse particles with a size of about 5.1 nm at $260^{\circ}C$ (full width at half maximum = 27.7 nm). Furthermore, the study results confirm that successful doping is achieved by adding $Eu^{3+}$ preparing the growth phase of the ZnSe:Eu QDs when heating-up method. Further, we investigate the correlation between the surface defects and the luminescent properties of the QDs.