플라즈마 보조 유기금속 화학기상 증착법에 의한 MCN(M=Ti, Hf) 코팅막의 저온성장과 그들의 특성연구

부진효,허철호,조용기,윤주선,한전건,Boo, Jin-Hyo,Heo, Cheol-Ho,Cho, Yong-Ki,Yoon, Joo-Sun,Han, Jeon-G. 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.6

Ti(C,N) 박막을 온도범위 $200-300^{\circ}C$에서 tetrakis diethylamido titanium유기금속 화합물을 전구체로 이용하여 pulsed DC 플라즈마 보조 유기금속 화학기상 증착법 (PEMOCVD)으로 합성하였다. 본 연구에서는 플라즈마 특성을 서로 비교하기 위하여 수소$(N_2)$와 헬륨/수소$(He/H_2)$ 혼합기체를 각각 운반기체로 사용하였으며 전구체 이외에 질소$(N_2)$와 암모니아$(NH_3)$ 기체를 반응기체로 사용하여 서로 다른 플라즈마 화학조건에서 얻어지는 박막내의 탄소함유량(C Content)의 변화를 비교하여 탄소가 가장 적게 함유된 저온 코팅막 합성공정을 찾으려고 하였다. 이를 위하여 증착시 서로 다른 pulsed bias 전압과 기체종류 하에서 여기된 플라즈마 상태의 라디칼종들과 이온화 경향을 in-situ optical emission spectroscopy(OES)법으로 플라즈마 진단분석을 실시하였다. 그 결과 $(He/H_2)$ 혼합기체를 $N_2$와 함께 사용할 경우 라디칼 종들의 이온화를 매우 효과적으로 향상시킴을 관찰하였다. 아울러 $NH_3$ 기체를 $H_2$ 또는 $He/H_2$ 혼합기체와 같이 사용할 경우는 CN 라디칼의 생성을 억제하여 결과적으로 Ti(C, N) 박막내의 탄소함량을 크게 낮춤을 알 수 있었고, CN 라디칼의 농도가 탄소 함유량과 많은 관련이 있음을 알았다. 이 결과는 바로 박막의 미세경도와도 연관이 되며, bias전압과 기체종류에 크게 의존하여 Ti(C, N) 박막의 미세경도가 1250 - 1760 Hk0.01 사이에서 나타났고, 최대치$(1760\;Hk_{0.01})$는 600 V bias 전압과 $H_2$와 $N_2$ 기체를 사용한 경우에 얻어졌다. HF(C, N) 박막 역시 tetrakis diethylamido hafnium 전구체와 $N_2/He-H_2$ 혼합기체를 이용하여 pulsed DC PEMOCVD 법으로 기판온도 $300^{\circ}C$ 이하, 공정압력 1 Torr, 그리고 bias전압과 기체 혼합비를 변화시키면서 증착하였다. 증착시 in-situ OES 분석결과 플라즈마 내의 질소종의 함유량 변화에 따라 증착속도가 크게 변화됨을 알 수 있었고, 많은 질소기체를 인입하면 질소종이 많아지지만 증착률은 급격히 감소하였고 박막내 탄소의 함량이 커지면서 막질이 비정질로 바뀌고 미세경도 또한 감소함을 알 수 있었다. 이는 in-situ 플라즈마 진단분석이 전체 PEMOCVD 공정에 있어서 대단히 중요하고, Ti(C,N)과 Hf(C,N) 코팅막의 탄소함량과 미세경도는 플라즈마내의 CH과 CN radical종의 세기에 크게 의존함을 의미한다. 그리고 Hf(C,N) 박막의 경우도 Ti(C,N) 박막의 경우와 유사하게 최대 미세경도값$(2460\;Hk_{0.025})$이 -600 V bias 전압과 10% 질소기체 혼합비를 사용한 경우에 얻어졌고, 이는 박막이 주로(111) 방향으로 성장됨에 기인한 것으로 사료된다. Ti(C,N) films are synthesized by pulsed DC plasma enhanced chemical vapor deposition (PEMOCVD) using metal-organic compounds of tetrakis diethylamide titanium at $200-300^{\circ}C$. To compare plasma parameter, in this study, $H_2$ and $He/H_2$ gases are used as carrier gas. The effect of $N_2\;and\;NH_3$ gases as reactive gas is also evaluated in reduction of C content of the films. Radical formation and ionization behaviors in plasma are analyzed in-situ by optical emission spectroscopy (OES) at various pulsed bias voltages and gas species. He and $H_2$ mixture is very effective in enhancing ionization of radicals, especially for the $N_2$. Ammonia $(NH_3)$ gas also highly reduces the formation of CN radical, thereby decreasing C content of Ti(C, N) films in a great deal. The microhardness of film is obtained to be $1,250\;Hk_{0.01}\;to\;1,760\;Hk_{0.01}$ depending on gas species and bias voltage. Higher hardness can be obtained under the conditions of $H_2\;and\;N_2$ gases as well as bias voltage of 600 V. Hf(C, N) films were also obtained by pulsed DC PEMOCYB from tetrakis diethyl-amide hafnium and $N_2/He-H_2$ mixture. The depositions were carried out at temperature of below $300^{\circ}C$, total chamber pressure of 1 Torr and varying the deposition parameters. Influences of the nitrogen contents in the plasma decreased the growth rate and attributed to amorphous components, to the high carbon content of the film. In XRD analysis the domain lattice plain was (111) direction and the maximum microhardness was observed to be $2,460\;Hk_{0.025}$ for a Hf(C,N) film grown under -600 V and 0.1 flow rate of nitrogen. The optical emission spectra measured during PEMOCVD processes of Hf(C, N) film growth were also discussed. $N_2,\;N_2^+$, H, He, CH, CN radicals and metal species(Hf) were detected and CH, CN radicals that make an important role of total PEMOCVD process increased carbon content.

산화아연 입자의 광촉매 효과와 물 용매에서의 안정성

남상훈,부진효,Nam, Sang-Hun,Boo, Jin-Hyo 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.3

최근 산화아연 나노입자의 물리-화학적 특성을 이용하여 다양한 분야에 응용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 산화아연 나노입자의 산화-환원 반응을 이용하여 광촉매의 응용 연구를 진행하였다. 이러한 산화아연 광촉매는 산화티타늄 광촉매에 비하여 물 용매에서의 $Zn(OH)_2$를 형성하여 광촉매 활성을 감소시키는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 분무 열분해 방법을 이용하여 산화아연 나노입자를 합성하고 이렇게 합성된 산화아연 나노입자의 물에 대한 안정성 연구를 진행하였다. 그 결과 1일 동안 물 용매 처리를 한 산화아연 나노입자의 표면에 molecular $H_2O$의 증가로 인하여 광촉매 효율이 증가하는 결과를 나타내었으며 본 연구에서 합성된 산화아연 나노입자가 물 용매에서 안정하다는 결과를 도출하였다. Recently, ZnO nanoparticles have been studied in various application fields due to their physico-chemical properties. In this study, we have researched on the ZnO photocatalytic activity by redox reaction. ZnO nanoparticles have low photocatalytic activity in comparison with $TiO_2$ nanoparticles because it has the disadvantage that the formation of $Zn(OH)_2$ in water solvent. Therefore, we were synthesized ZnO nanoparticles by spray-pyrolysis method, and then studied on stability in water solvent. At the results, the water treated-ZnO nanoparticles showed higher photocatalytic activity than non-treated ZnO nanoparticles because molecular $H_2O$ was increased onto the ZnO surface under the water treatment. Also, we confirmed that the ZnO nanoparticles synthesized by spray-pyrolysis method is very stable in the water solvent.

다결정 니켈 표면에서의 CO 와 $O_2$의 공동흡착

이순보,부진효,김우섭,안운선,Soon Bo Lee,Jin Hyo Boo,Woo Sub Kim,Woon Sun Ahn 대한화학회 1993 대한화학회지 Vol.37 No.12

상온에서 다결정 니켈 표면에서의 CO와 산소의 공동흡착을 XPS를 이용하여 연구하였다. 산소가 미리 흡착된 다결정 니켈 표면에서의 CO 흡착은 다음의 세 단계로 일어나고 있음을 발견하였다. 즉 초기의 낮은 CO 노출량에서는 니켈 표면에 미리 흡착된 산소와 CO가 일부 반응하여 $CO_2$가 형성되어 $CO_2$로 탈착하며, CO 노출량이 점차적으로 증가함에 따라 CO가 산소와 공동흡착을 일으키며, CO 노출량이 높아지면 미리 흡착된 산소의 양이 적을수록 더 많은 CO가 흡착됨을 관측하였다. 이것은 니켈 표면에 미리 존재하는 산소의 덮임율이 증가함에 따라 CO의 점차율이 감소하고 동시에 CO의 상대적인 흡착자리가 감소하기 때문으로 해석하였다. 한편 CO가 미리 흡착된 다결정 니켈 표면에 산소를 흡착시키면 산소 노출량이 낮을 때는 미리 흡착된 CO가 산소의 흡착을 저해하며, 산소 노출량이 증가하면 CO가 해리흡착되고, 이와 동시에 산소가 니켈 표면에서 해리흡착되어 NiO층을 빠른 속도로 형성함을 관측하였다. CO의 해리흡착은 흡착된 CO와 기체상의 $O_2$의 충돌에 의한 에너지 전이 때문인 것으로 해석된다. The coadsorption of carbon monoxide and oxygen on polycrystalline nickel surface has been studied using XPS at the room temperaure. The adsorption of CO on the nickel surface precovered partially with oxygen is found to take place by the following steps: The CO molecules react with the preadsorbed oxygen atoms to liberate $CO_2$ gas at the initial stage of low CO exposures, and they are coadsorbed gradually with the increasing CO exposures. The extent of coadsorption at the higher CO exposures is found to decrease with the increasing degree of oxygen preadsorption. This finding is explained in terms of the reduced adsorption site for CO as a consequence of oxygen preadsorption. The CO molecules preadsorbed on the nickel surface inhibited the adsorption of $O_2$ molecules. The increase of oxygen exposure led to the dissociation of preadsorbed CO, and the NiO layers were formed concurrently. The dissociation was rendered to arise from an oxygen-to-CO energy transfer.

XPS Studies of Oxygen Adsorption on Polycrystalline Nickel Surface (II)

이순보,부진효,함경희,안운선,이광순,Lee Soon-Bo,Boo Jin-Hyo,Ham Kyoung-Hee,Ahn Woon-Sun,Lee Kwang-Soon Korean Chemical Society 1988 Bulletin of the Korean Chemical Society Vol.9 No.1

The isotherms of oxygen chemisorption on polycrystaline nickel surface are obtained at various temperatures between 298K and 523K from intensity measurernent of O 1s xps peaks, and the activation energy of the chemisorption is estimated as a function of the coverage. The activation energy extrapolated to zero coverage is found to be -5.9 kJ/mol. The negative activation energy can be taken as a strong implication of the propriety of a currently accepted chemisorption model, in which molecularly adsorbed precursor state is assumed to exist. The residence time of this precursor state is estimated by assuming a molecularly physisorbed state for the precursor state and assuming a pairwise interaction energy of Lennard-Jones 12-6 potential between an admolecule and each substrate nickel atom. The sticking coefficients are also calculated from the isotherms. The calculated results agree well with those obtained by others with different methods.

투명 전도성 산화물 전극으로의 응용을 위한 산화아연(ZnO) 코팅막의 습식 식각 특성연구

유동근,김명화,정성훈,부진효,Yoo, Dong-Geun,Kim, Myoung-Hwa,Jeong, Seong-Hun,Boo, Jin-Hyo 한국진공학회 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.1

투명 전도성 산화물 전극(transparent conductive oxide electrodes)에 적용하기 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 유리 기판 위에 산화아연 박막을 증착하였다. 투명 전극으로써 응용되기 위한 최적의 조건으로 기판온도를 상온으로 유지하고 RF power 200 W, 타겟과 기판사이의 거리(Dts)가 30 mm일 때 증착된 산화아연 박막으로부터 가장 낮은 비 저항값($7.4{\times}10^{-3}{\Omega}cm$)을 얻어 낼 수 있었으며, 85% 이상의 높은 투과율을 만족하는 박막을 얻을 수 있었다. 실질적인 소자로써의 응용을 위해 photo lithography를 통한 pattern을 형성, 습식 식각을 통하여 그 특성을 알아보고자 하였다. 습식 식각에서 사용된 식각용액(etchant)으로는 다양한 산 용액(황산, 옥살산, 인산)을 사용하였으며, 산의 농도 변화에 따른 식각특성과 식각시간 및 식각 이미지(표면형상)의 변화를 알아보았다. 결과적으로 산화아연의 습식식각은 산의 종류와 무관하게 산 용액의 농도(즉, pH)에 크게 의존하며, pH가 증가함에 따라 식각율이 지수함수적으로 감소하고 아울러 다양한 식각 이미지가 나타남을 최초로 고찰할 수 있었다. In order to apply for transparent conductive oxide(TCO), we deposited ZnO thin films on the glass at room temperature by RF magnetron sputtering method. Deposition conditions for high transmittance and low resistivity were optimized in our previous studies. Under the deposition condition with the RF power of 200 W, target to substrate distance of 30 mm and working pressure of 5 mTorr, highly conductive($7.4{\times}10^{-3}{\Omega}cm$) and transparent(over 85%) ZnO films were prepared. Highly oriented ZnO film in the [002] direction were obtained with specifically designed ZnO targets. Systematic study on dependence of deposition parameters on electrical and optical properties of the as-grown ZnO films were mainly investigated in this work. And for application tests using these films as transparent conductive oxide anodes, wet chemical etching behaviors of ZnO films were also investigated using various chemicals. Wet-chemical etching behavior of ZnO films were investigated using various acid solutions. The concentrations of these different acid solutions were controlled to study the etching shapes and etching rate. ZnO films were anisotropically etched at various concentrations and wet etching led to crater-like surface structure. Also we firstly found that the etching rate and etching shapes of ZnO films strongly depended on the etchant concentrations (i.e. pH) and the etching rate is exponentially decreased with increasing pH values regardless of the acid etchants.

X-ray 광전자 분광법의 원리와 응용

이순보(Soon-Bo Lee),부진효(Jin-Hyo Boo) 한국표면공학회 1990 한국표면공학회지 Vol.23 No.3

분무 열 분해법을 이용한 Zn₂SiO₄ : Mn 나노 형광체의 광학적 특성에 관한 연구

남상훈,김명화,이상덕,부진효,Nam, Sang-Hun,Kim, Myoung-Hwa,Lee, Sang-Duck,Boo, Jin-Hyo 한국진공학회 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.1

PDP를 비롯한 형광체를 이용하는 디스플레이 분야에서 현재 마이크로미터($\mu}$-meter) 이상의 크기를 갖는 기존의 벌크(bulk) 형광체를 능가하는 성능과 새로운 물성을 나타내는 나노형광체(nanophosphor) 개발 및 응용에 대한 연구가 절대적으로 필요한 시점이다. 따라서 본 실험에서는 나노 사이즈의 평균 입자 크기를 갖는 구형의 $Zn_2SiO_4:Mn$ 형광체 입자를 초음파 분무열 분해(ultrasonic spray pyrolysis) 방법을 이용하여 합성하였다. 구형의 형광체 입자의 크기는 분무 장치의 droplet separator를 도입하여 조절하였다. 2 mol%의 망간을 도핑하여 합성한 $Zn_2SiO_4:Mn$ 입자는 시간이 지남에 따라 감소되고, 최근에 고상에서 합성하여 상용화된 물질에 비교할 수 있을 만한 빛 방출의 세기를 가졌다. 형광체 입자의 크기는 무기질 염의 농도가 0에서 5 M로 증가함에 따라 $1\;{\mu}m$에서 $0.2\;{\mu}m$로 감소하였다. 0.5 M 이상의 농도의 전구체 용액에서 얻어진 형광체 입자의 빛 방출은 상용화되어 있는 물질과의 비교를 통해 알아보았다. Spherical shape $Zn_2SiO_4:Mn$ phosphor particles with the mean particle size from submicron to micron sizes were prepared by ultrasonic spray pyrolysis method. A droplet separator was introduced to control the size distribution of the phosphor particles with spherical shape. The $Zn_2SiO_4:Mn$ phosphor particles with 2 mol% doping concentration of manganese have decay time and have photoluminescence intensities comparable with those of the latest commercial product prepared by the solid state reaction method. The size of the phosphor particles was decreased from 1 to 0.2 micrometers as the inorganic salt solution concentration was changed from 0 to 5 M. The phosphor particles prepared from the solutions above 0.5 M have photoluminescence intensities comparable with that of the latest commercial product.

기공성 Cu-ZnO 복합 구형 산화물의 합성 및 CO 산화반응 특성

박중남 ( Jung Nam Park ),황성희 ( Seong Hee Hwang ),김명실 ( Ming Shi Jin ),손정국 ( Jeong Kuk Shon ),권순상 ( Sun Sang Kwon ),부진효 ( Jin Hyo Boo ),김지만 ( Ji Man Kim ) 한국공업화학회 2010 공업화학 Vol.21 No.3

분무 열 분해법을 이용한 Zn₂SiO₄ : Mn 나노 형광체의 광학적 특성에 관한 연구

남상훈(Sang-Hun Nam),김명화(Myoung-Hwa Kim),이상덕(Sang Duck Lee),부진효(Jin-Hyo Boo) 한국진공학회(ASCT) 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.1

PDP를 비롯한 형광체를 이용하는 디스플레이 분야에서 현재 마이크로미터(μ-meter) 이상의 크기를 갖는 기존의 벌크(bulk) 형광체를 능가하는 성능과 새로운 물성을 나타내는 나노형광체(nanophosphor) 개발 및 응용에 대한 연구가 절대적으로 필요한 시점이다. 따라서 본 실험에서는 나노 사이즈의 평균 입자 크기를 갖는 구형의 Zn₂SiO₄:Mn 형광체 입자를 초음파 분무열 분해(ultrasonic spray pyrolysis) 방법을 이용하여 합성하였다. 구형의 형광체 입자의 크기는 분무 장치의 droplet separator를 도입하여 조절하였다. 2 ㏖%의 망간을 도핑하여 합성한 Zn₂SiO₄:Mn 입자는 시간이 지남에 따라 감소되고, 최근에 고상에서 합성하여 상용화된 물질에 비교할 수 있을 만한 빛 방출의 세기를 가졌다. 형광체 입자의 크기는 무기질 염의 농도가 0에서 5 M로 증가함에 따라 1 ㎛에서 0.2 ㎛로 감소하였다. 0.5 M 이상의 농도의 전구체 용액에서 얻어진 형광체 입자의 빛 방출은 상용화되어 있는 물질과의 비교를 통해 알아보았다. Spherical shape Zn₂SiO₄:Mn phosphor particles with the mean particle size from submicron to micron sizes were prepared by ultrasonic spray pyrolysis method. A droplet separator was introduced to control the size distribution of the phosphor particles with spherical shape. The Zn₂SiO₄:Mn phosphor particles with 2 ㏖% doping concentration of manganese have decay time and have photoluminescence intensities comparable with those of the latest commercial product prepared by the solid state reaction method. The size of the phosphor particles was decreased from 1 to 0.2 micrometers as the inorganic salt solution concentration was changed from 0 to 5 M. The phosphor particles prepared from the solutions above 0.5 M have photoluminescence intensities comparable with that of the latest commercial product.

Plasma-Polymerized Toluene Films for Corrosion Inhibition in Microelectronic Devices

Yoon-Seok Choi(최윤석),Yong-Jae Yu(유용재),Jung-Gu Kim(김정구),Jin-Hyo Boo(부진효) 한국표면공학회 2002 한국표면공학회 학술발표회 초록집 Vol.2002 No.-