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노시윤,한상문,신재혁,이진성,최일규,오혜민,류미이,김진수 한국진공학회 2022 Applied Science and Convergence Technology Vol.31 No.2
We report improved photoelectrochemical water splitting (PEC-WS) using GaN nanowires (NWs) with reverse-mesa structures (RMNWs) formed on Si(111) as a photoanode material. The GaN-RMNW photoanode exhibited a current density of 2.62 mA/cm2 and an applied photonto- current efficiency of 1.65% at 0.6 V versus a reversible hydrogen electrode. These values are considerably higher than those (1.16 mA/cm2 and 1.24%) of the photoanode based on GaN NWs with uniform hexagonal-pillar structures. The improved PEC-WS using the GaN-RMNW photoanode is attributed to the increase in the number of carriers participating in the PEC-WS reaction. The increase in the effective carriers is primarily due to the high crystallinity of the GaN RMNWs and the increase in the absorption rate of the incident light by the reverse-mesa structures. In addition, the energy-band structure between the GaN RMNWs and Si(111) promotes the separation of photogenerated carriers. Consequently, it reduces carrier recombination inside the photoanode, thereby enabling a high-performance PEC-WS.
InGaN/GaN 나노와이어의 Ⅲ-족 조성 변화에 따른 광전기화학적 물분해 특성 연구
노시윤,한상문,신재혁,유연태,김진수 한국진공학회 2021 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2021 No.2
본 논문은 Ⅲ족 조성을 변화시켜 형성한 In<sub>x</sub>Ga<sub>1-x</sub>N/GaN 나노와이어를 광전기화학적 물분해의 광양극으로 응용한 결과를 논의한다. In<sub>x</sub>Ga<sub>1-x</sub>N/GaN 나노와이어는 분자선 증착기를 이용하여 Si(111)기판 위에, In 조성을 5~40%로 변화시켜 성장하였다. 광전기화삭적 물분해의 특성평가는 -1 V의 전압과 100mW/cm<sup>2</sup>의 광세기에서 진행하였으며, In<sub>0.2</sub>Ga<sub>0.8</sub>N/GaN 나노와이어 조건에서 전류밀도가 -12.7 mA/cm<sup>2</sup>로 가장 높게 측정되었다. 이는 기존 보고된 결과 대비 크게 향상된 것으로, In<sub>0.2</sub>Ga<sub>0.8</sub>N/GaN 나노와이어의 결정성 개선과 광흡수 증가, In<sub>0.2</sub>Ga<sub>0.8</sub>N/GaN 계면에서 Schottky barrier 형성과 표면 에너지 준위의 영향 감소로 수소 발생 반응에 기여하는 전자의 수 증가로 설명할 수 있다.
GaN 나노와이어와 그래핀을 이용한 신축성 광센서 제작 및 특성 평가
한상문,노시윤,신재혁,김종웅,이승기,김진수 한국진공학회 2021 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2021 No.2
본 논문은 폴리우레탄 기판 위에 GaN 나노와이어와 그래핀을 갖는 신축성 광센서의 제작 및 특성 평가 결과를 보고한다. 신축성 광센서는 기판에 응력을 인가한 조건에서, GaN 나노와이어가 무작위로 도포된 그래핀 위에 다시 그래핀을 전사하는 방식으로 제작하였다. 기판에 50%의 응력을 인가한 조건에서 제작한 신축성 광센서의 최대 광전류와 광응답도는 각각 0.9mA와 11.4 A/W로, 기존 보고된 반도체 기반 광센서와 비교할 때 매우 우수한 특성을 갖는다. 신축성 광센서의 특성을 저항과 커패시터를 갖는 RC등가회로로 근사화 하여 해석하였다. 신축성 광센서를 손가락 마디에 직접 부착하여 실제 응용 가능성을 평가하였다.
Structural and Optical Properties of InN Nanowires Formed on Si(111)
신재혁,노시윤,이진성,오재원,류미이,김진수 한국진공학회 2022 Applied Science and Convergence Technology Vol.31 No.6
We report the structural and optical properties of InN nanowires (NWs) formed on p-type Si(111) substrates using a plasma-assisted molecularbeam epitaxy. The InN NWs were formed on a Si(111) substrate using a new growth method, the indium (In) pre-deposition (InPD) method, in which In droplets are initially formed by supplying only In flux to the substrate, where they work as nucleation sites for the formation of subsequent InN NWs. Field-emission scanning-electron microscopy images show that the InN NWs have symmetric shapes along the vertical direction. In addition, most of the InN NWs were unidirectionally grown in the direction perpendicular to the substrate. Strong and narrow peaks corresponding to InN(0002) can be clearly observed in the double crystal X-ray diffraction rocking curves of the NW samples. In the transmission electron microscopy images of the InN NWs, stacking faults, typically observed in Si-based III-nitride semiconductors, are rarely observed. A strong free-exciton peak was observed from the InN NWs at the wavelength of 1297 nm with a narrow linewidth at room temperature. Structural and optical characterizations of the NW samples indicate that highly crystalline InN NWs were formed on Si(111) using the new InPD growth method.
GaN 나노와이어 및 그래핀 기반 상온동작 가스센서의 전기적 특성 평가
신재혁,한상문,노시윤,유연태,김진수 한국진공학회 2021 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2021 No.2
본 논문은 GaN 나노와이어와 그래핀을 이용해 제작한 상온에서 동작하는 가스센서의 특성평가 결과를 보고한다. 가스센서는 Si(111) 기판에 성장된 GaN 나노와이어 위에 그래핀을 전사하고 구리 전극을 증착시켜 제작하였다. GaN 나노와이어와 그래핀은 각각 광흡수층과 운반자 전도층으로 사용되었다. 가스센서는 가스 유량과 광세기를 변화시켜 평가하였다. 상온에서 1mW/cm<sup>2</sup> 의 광세기와 100ppm의 이산화질소 조건에서 신호응답은 8%로 측정되었고, 광세기 증가에 따라 신호응답은 증가하여 100m/W/cm<sup>2</sup>에서 23%로 측정되었다. 이는 기존 결과에 비해 매우 우수한 특성으로, 에너지 밴드와 운반자 거동을 이용하여 이론적으로 해석하고자 한다.