TiO₂박막의 두께에 따른 실시간 스트레스 측정에 관한 연구

한성홍(Sung Hong Hahn),김석원(Sok Won Kim),H. Angus Macleod 한국광학회 1993 한국광학회지 Vol.4 No.3

실시간 (in-situ) 스트레스측정 간섭계를 사용하여 이온보조증착에 의해 TiO₂ 박막이 성장되는 동안에 박막내부의 스트레스를 측정하였다. 박막두께에 따른 스트레스의 변화는 이온빔에 의한 압축스트레스와 표면온도에 의해 결정되는 표면확산의 평형에 의해서 정성적으로 설명되어지며, 측정결과는 스트레스가 성장되는 박막에 전달되는 이온빔의 운동량에 따라 증가한다는 Windischmann의 모델과 일치하였다. An in-situ stress measurement interferometer is constructed and used to measure the intrinsic stress in TiO₂ thin films during their growth by ion-assisted deposition. It is found that the stress increases with the momentum transferred by the ion beam to the growing film and is fairly well agreed with Windischmann's model. The variation of the stress with thickness is qualitatively explained in terms of the balance between the compressive stress produced by the ion beam and the surface diffusion determined by the surface temperature.

동시 스퍼터링법에 이용하여 제작한 TiO₂와 Ag/TiO₂ 광학 박막의 특성

김상철,한성홍,김의정,이충우,주종현,김구철,Kim, Sang-Cheol,Hahn, Sung-Hong,Kim, Eui-Jung,Lee, Chung-Woo,Joo, Jong-Hyun,Kim, Goo-Cheol 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.2

고주파 마그네트론 동시 스퍼터링법을 이용하여 $TiO_2$ 박막에 Ag를 도핑한 $Ag/TiO_2$ 박막을 제작하고, 열처리 온도에 따른 박막의 물리적, 화학적 특성을 조사하였다. XRD 측정 결과로부터 금속을 도핑한 박막이 순수 $TiO_2$ 박막보다 결정크기가 더 작은 것을 확인하였으며, SEM 측정 결과로부터 $Ag/TiO_2$ 박막은 순수 $TiO_2$ 박막보다 골자의 크기가 작고 균일하다는 것을 알 수 있었다. 제작된 박막은 가시광선 영역에서 높은 투과율을 나타내었다. $600^{\circ}C$에서 열처리한 박막은 아나타제 결정상이 나타났으며, $900^{\circ}C$에서 열처리한 박막은 아나타제와 루타일상이 혼합되어 나타났다 특히, $900^{\circ}C$에서 열처리한 경우 아나타제에서 루타일로의 상전이에 따른 밴드갭 에너지의 변화에 의해 박막의 흡수단이 장파장 영역으로 이동하였다. 또한 박막 내의 흡수와 산란효과에 의해 투과율이 감소하였다. $Ag/TiO_2$ 박막의 광활성은 순수 $TiO_2$ 박막보다 우수함을 알 수 있었다. Ag-doped $TiO_2$ thin films were prepared by RF magnetron co-sputtering method, and their physical and chemical properties were examined as a function of calcination temperature. XRD results showed that the crystallite size of Ag-doped films was smaller than that of the $TiO_2$ thin films. SEM results showed that the particle size of $Ag/TiO_2$ film was smaller and more uniform than pure $TiO_2$ film. The films had high transparency in the visible range. The films calcined at $600^{\circ}C$ were the anatase phase, and the films calcined at $900^{\circ}C$ were a mixture of anatase and rutile phases. The absorption edge of films calcined at $900^{\circ}C$ was red-shifted. This is due to the augmented absorption resulting from the phase transformation from anatase to rutile phase. And the transmittance of films decreased by the light scattering and absorption in the films. Photocatalytic activity of $Ag/TiO_2$ thin films was higher than that of the pure $TiO_2$ thin films.

졸-겔법으로 제작된 저온 TiO₂ 박막의 촉매농도에 따른 광분해 특성 분석

홍현주,허민찬,한성홍,김의정,이충우,주종현,Hong, Hyun-Joo,Heo, Min-Chan,Hahn, Sung-Hong,Kim, Eui-Jung,Lee, Chung-Woo,Joo, Jong-Hyun 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.3

졸-겔법으로 촉매농도에 따라 저온 $TiO_2$ 졸을 제조한 후, 침지코팅법을 이용하여 $TiO_2$ 박막을 제작하였다. 제작된 저온 $TiO_2$ 박막의 광학적, 구조적, 광활성 특성을 조사하였다. 0.10 mol, 0.25 mol, 0.50 mol과 0.75 mol의 촉매농도로 제작된 저온 $TiO_2$ 박막은 가시광 영역에서 높은 투과율 특성을 나타내었다. XRD 스펙트럼 결과에 의하면 촉매농도가 증가함에 따라 아나타제 결정구조에서 루타일 결정구조로의 상전이가 촉진되고 결정크기는 촉매농도가 증가함에 따라 아나타제 결정크기가 감소하였다. SEM 결과로부터 $TiO_2$ 박막의 표면입자크기가 0.25 mol의 측매농도에서 가장 작았다. 아나타제 결정구조를 가지는 0.10 mol, 0.25 mol과 0.50 mol의 $TiO_2$ 박막 존재 하에서 메틸렌블루가 완전히 광분해 되는 것을 확인하였다. ILow-temperature $TiO_2$ sol was synthesized with various catalyst contents by using a sol-gel method. $TiO_2$ thin films were produced by a dip-coating method and their optical, structural and photocatalytic properties were examined. Transmittance of $TiO_2$ thin films with 0.10 mol, 0.25 mol, 0.50 mol and 0.75 mol catalyst content showed high transmittance in the visible range. XRD results showed the anatase-to-rutile phase transition was accelerated with increasing catalyst content and the crystallinity size of the $TiO_2$ thin films increased with increasing catalyst content. SEM results indicated that the particle size of the $TiO_2$ thin films was the smallest with catalyst content of 0.25 mol. Photocatalytic results showed that methylene blue was completely decomposed in the presence of anatase film prepared with 0.10 mol, 0.25 mol and 0.50 mol catalyst content.

동시 스퍼터링법을 이용하여 Cu 도핑한 TiO₂ 박막의 구조적, 광학적 및 광분해 특성

허민찬,홍현주,한성홍,김의정,이충우,주종현,Heo, Min-Chan,Hong, Hyun-Joo,Hahn, Sung-Hong,Kim, Eui-Jung,Lee, Chung-Woo,Joo, Jong-Hyun 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.1

동시 스퍼터링법으로 $TiO_2$ 박막과 구리를 도핑한 Cu/$TiO_2$ 박막을 제작하고, 금속의 도핑과 열처리 온도에 따른 구조적, 광학적, 광분해 특성을 조사하였다. XRD 측정 결과 구리 도핑의 경우에 입자의 결정 크기가 증가하였으며, SEM 결과 입자들의 크기가 균일하고 입자들의 뭉침이 더 작은 것을 확인 할 수 있었다. $900^{\circ}C$에서 열처리한 박막의 흡수단은 아나타제에서 루타일로의 상전이에 의해 밴드갭의 변화로 장파장 영역으로 이동하였고, 또한 입자 크기 증가에 따라 투과율이 급격히 감소하였다. Cu/$TiO_2$ 박막들은 순수$TiO_2$ 박막보다 광분해 특성이 더 우수하였다. Cu-doped $TiO_2$ thin films were prepared by RF magnetron co-sputtering, and their structural, optical and photodegradation. properties were examined as a function of calcination temperature. XRD results showed that the crystallite size of Cu/$TiO_2$ thin films was bigger than that of the pure $TiO_2$ thin films. SEM results revealed that the agglomerated particle size of the Cu/$TiO_2$ films was more uniform and smaller than that of pure $TiO_2$ films. The absorption edge of thin films calcined at $900^{\circ}C$ was red shifted, resulting from the phase transformation from anatase to rutile phase, and the transmittance of the thin film rapidly decreased due to an increase in particle size. The photodegradation properties of the Cu/$TiO_2$ thin films were superior to those of the pure $TiO_2$ thin films.

이온 보조 증착에 의해 제작된 MgF₂ - TiO₂ 혼합 박막의 광학적, 구조적 특성 분석

성창민(Chang Min Sung),반승일(Seung Il Ban),김형근(Hyeong Geun Kim),김석원(Sok Won Kim),한성홍(Sung Hong Hahn) 한국광학회 1997 한국광학회지 Vol.8 No.5

MgF₂와 TiO₂를 각각 다른 두 증발원으로부터 동시에 증착시켜 혼합 박막을 제작하였다. 박막의 특성을 개선시키기 위해 이온 보조 증착(IAD)을 하였다. 제작된 MgF₂-TiO₂ 혼합 박막의 원소 조성비, 광학적 특성과 결정 구조를 분석하였다. 상대적 증착률을 달리하여 제작된 MgF₂-TiO₂ 혼합 박막의 Mg:Ti의 조성비는 비선형적으로 변화하였으며 MgF₂의 조성비를 상대적으로 증가시킴에 따라 혼합 박막의 굴절률은 감소하였고 Drude 모델을 잘 만족함을 알 수 있었다. 그리고 MgF₂의 조성비가 증가할수록 비정질인 TiO₂ 구조 사이에 다결정질인 MgF₂의 양이 증가하여 결정성을 갖는 박막으로 성장함을 확인하였다. The composite MgF₂-TiO₂ films are fabricated by codepositon from two independent sources. To improve optical and mechanical properties of films, the films are prepared by ion-assisted deposition. Chemical compositions, optical properties and microstructures of the composite films were investigated. The chemical composition rates of Ti:Mg of MgF₂-TiO₂ composite films are nonlinearly varied according to the relative deposition rate. It is found that the refractive indices of the composite films decrease with increasing MgF₂ contents and can be fitted quite well with Drude's formula and that the microstructures of the composite films changes from an amorphous to crystalline with increasing MgF₂ mole fractions.

산소 분압에 따라 전자빔 증착법으로 제작된 TiO₂ 박막의 구조적.광학적 특성

최원석,김장섭,정종민,한성홍,김의정,이충우,주종현,Choi, Won-Seok,Kim, Jang-Seob,Jung, Jong-Min,Hahn, Sung-Hong,Kim, Eui-Jung,Lee, Chung-Woo,Joo, Jong-Hyun 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.2

전자빔 증착법을 이용하여 산소 분압에 따라 $TiO_2$ 박막을 제작하고, 열처리 온도에 따른 박막의 구조적 특성과 광학적 특성을 분석 하였다. $TiO_2$ 박막들의 물리적 특성은 주입된 산소량에 의존하였다. 주입된 산소량이 증가 할수록 상전이 온도가 높아지고, 가시광선 영역에서 $TiO_2$ 박막의 투과율이 증가하였다. 그리고 주입된 산소량이 작은 경우, $700^{\circ}C$에서 $1100^{\circ}C$로 열처리 후 $TiO_2$ 박막의 흡수단 이 좀더 장파장으로 이동하였다. We prepared $TiO_2$ thin films by electron-beam evaporation at various oxygen pressures, and investigated their optical and structural properties as a function of the annealing temperature. The physical properties of the $TiO_2$ thin films depend upon the injection oxygen content. With the increased injection of oxygen, the phase transformation temperature and the transmittance of $TiO_2$ thin films in the range of visible wavelength were increased. For low injection of oxygen, the absorption edges of $TiO_2$ thin films were more red-shifted when annealed at temperatures from $700^{\circ}C$ to $1100^{\circ}C$.

이온 보조 증착한 Ta₂O5 광학 박막의 광학적 및 기계적 특성 분석

류태욱(Tae Uk Ryu),김동진(Dong Jin Kim),김석원(Sok Won Kim),한성홍(Sung-Hong Hahn) 한국광학회 2000 한국광학회지 Vol.11 No.3

전자총을 사용하여 이온 보조한 Ta₂O_5 박막과 이온 보조하지 않은 Ta₂O_5 박막을 진공 증착하고, 증착 조건에 따른 광학적 특성과 기계적 특성을 측정하였다. 양극전압 120 V, 이온빔 전류밀도 50~500 ㎂/㎠로 산소 이온 보조 증착한 박막의 경우 굴절률은 상온에서 제작한 보통 Ta₂O_5 박막의 1.94보다 높은 2.15이었으며, 변형력은 7.0×10^8 dyne/㎠보다 낮은 5.0×10^8 dyne/㎠이었다. 이는 기판온도 230℃에서 증착한 박막과 광학적ㆍ기계적 특성이 유사함을 알 수 있었다. 아르곤 이온 보조한 박막의 경우 인장 변형력은 감소하였으나 가시광 영역의 단파장쪽에서 흡수가 발생하였다. 그리고 X-선 회절분석 결과 모든 박막이 비정질로 나타났다. We deposited the ion assisted Ta₂O_5 films and conventional thermal evaporated Ta₂O_5 films by using electron beam gun, and measured the optical properties and mechanical properties of the fabricated films according to the evaporation conditions. In the case of the Ta₂O_5 films by oxygen ion assisted deposition with the anode voltage of 120 V, and current density of 50~500 ㎂/㎠, the refractive index exhibited 2.15 which was higher than the conventionally deposited film index 1.94 and the tensile stress exhibited 5.0×10^8 dyne/㎠ which was lower than 7.0×10^8 dyne/㎠. This properties coincided with the optical and mechanical properties of the films deposited at the elevated substrate temperature of 230℃. In the case of the argon ion assisted films the tensile stress was decreased but the absorption existed at the short wavelength in the visible spectral region. And all the fabricated films were found to be amorphous by the X-ray diffraction analysis.

비정질 As₂S₃ 박막에서의 흡수형 광쌍안정 현상

안웅득(Woong Dug Ahn),김석원(Sok Won Kim),한성홍(Sung Hong Hahn) 한국광학회 1996 한국광학회지 Vol.7 No.2

고립전자쌍을 갖는 비정질 As₂S₃ 단층박막에서 처음으로 흡수형 광쌍안정현상을 관측하였다. 광원으로는 렌즈로 집속된 Ar+ laser beam(λ=514.5 ㎚)을 사용하였다. 본 실험에서는 공진기가 없는 단층의 박막 시료에서 시료의 흡수계수의 온도의존성에 의해 광쌍안정현상이 발생함을 알 수 있었고 이 효과는 물질내에서 흡수단의 가역적인 편이에 의해 설명되었다. 실험에서 광쌍안정조건은 매질의 초기흡수계수와 시료의 두께의 곱에 의해 결정되고 시료의 두께가 0.8 ㎛일 때 이 값은 약 0.12 임을 알 수 있었다. 또한 입사 레이저광세기가 150~180 ㎽일 대 스위칭이 뚜렷했고 스위칭시간은 약 10-⁴초였다. We observed the absorptive optical bistability in the single layer amorphous AS₂S₃ thin film which has an isolated electron pairs at roomtemperature, for the frist time, Ar+ laser beam (λ=514.5 ㎚) was used as a light source and was focused by thin lens. The experiment was performed in cavityless system and the occurrence of optical bistability in this material could be explained by the temperature-dependent absorption coefficient of the sample. Also, this effect was explained by the reversible shift of the absorption edge in this material. The condition of optical bistability is determined by detuning value (α_0L) and this value was 0.12 when thikness of that sample was about 0.8㎛. The switching was observed clealy when light intensity is 150~180 ㎽ and the swiching time was about 10-⁴s.

최적화 기법을 이용한 두 파장 분할광학 박막 필터의 설계 및 제작

한성홍 울산대학교 1985 연구논문집 Vol.16 No.2

광파장분할 다중화용 광학간섭박막계를 설계 제작하였다. 입사각 45°, 15층의 (?L?)? 형은 0.85㎛와 1.30㎛에서 반사율이 각각 99.16%, 0.38%의 계산치를 나타내었으며, 이 data를 이용한 결과 각 파장에 대해 반사율이 각각 94.01%, 2.60%의 실험치를 얻었다. 그리고 ?(LH)?형은 0.85㎛과 1.50㎛에서 계산치 99.09%, 1.27%, 실험치 97.5%. 3.30%의 반사율을 나타내었다. 한편 각 파장영역을 넓히기 위해 17층으로 5개의 matching layer를 고려했을 때 반사율이 99% 이상이 0.76∼0.92㎛영역에서, 1%이하가 1.18∼1.40㎛ 영역인 박막계와 99%이상이 0.80∼0.91㎛ 영역에서, 1%이하가 1.34∼1.58㎛ 영역인 박막계를 설계하였다. The dichronic interference filters which can be used as two channel wavelength division multiplexer are designed and the reflectances are determined both numerically and experimentally. The calculated reflectance and its experimental reflectance of (?L?)? type filter at 45˚incidence, are 99.16%, 94.01% respectively at 0.85㎛ and 0.38%, 2.60% respectively at 1.30㎛. And the calculated reflectance and its experimental reflectance of ?(LH)? type one are 99.09%, 97.5% respectively at 0.85㎛ and 1.27%, 3.30% respectively at 1.5㎛. In order to treat wider wavelength region, two 17 layer dichroic filters, which have 5 matching layers, are designed at 45°incidence. The calculated reflectance of one is more than 99% in the region 0.76∼0.92㎛and less than 1% in 1.18∼1.40㎛, and the calculated reflectance of another is more than 99% in 0.80~0.91㎛ and less than 1% in 1.34~1.58㎛.

전반사형 박막계를 이용한 레이저 광파 편극의 변조

한성홍 울산대학교 1990 연구논문집 Vol.21 No.1

위상변위차를 보정하고 편극상태를 유지시키는 박막계를 설계하였다. 막스웰 방정식으로 부터 유더된 박막이론을 이용하여, 전반사에 대한 admittance를 유도하고 편국상태와 관계되는 반사계수들의 비에 대해 논의했다. 이 결과로부터 He-Ne레이저 파장에 대해, 고반사를 주면서 위상변위차를 보전하는 전반사형 박막계로, 유리(n?=1.80)-MgF₂ 공기박막계(유전체 한층 박막계)와 유리(n??=1.52)-ZnS-MgF₂ 공기계를 설계했다. We designed the optical thin film systems correcting the differential phase shift and pressrving the state of polarization. We used the thin film matrix representation derived from Maxwell equations. And we derived the complex admittances, which is the generalized refractive indices. for total internal reflection. The ratio of the paralld and perpendicular components of the electric field. which is related to the state of polarization, is discussed From these results, total reflection in thin film system is useful in correcting differential phase shift and giving high reflectance. Glass(n?=1.80)-MgF₂-system (case of one dielectric film) and glass (n?=1.52)-ZnS-MgF₂-air system (case of two dielectric films) are designed in order to preserve polarization at the wavelength of the He-Ne laser beam.