CaS 및 CaS:Eu2+ 결정의 광학적 특성

방태환,최성휴 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.9

An X-ray diffraction (XRD) analysis revealed that CaS and CaS:Eu2+ crystals had a cubic structure. The lattice constants of these samples were a = 5.6961 Å for the CaS crystals, and a = 5.6944 Å for the CaS:Eu2+ crystals. The direct and the indirect energy gaps were 5.510 and 5.501 eV for the CaS crystal and 3.401 and 3.041 eV for the CaS:Eu2+ crystal, respectively, at 293 K. The photoluminescence spectra were measured in the wavelength range of 250 nm ~ 950 nm at 293 K. A broad emission peak was observed near 508.2 nm for CaS. A high-intensity emission peak due to the Eu2+ ion was observed near 648.1 nm for CaS:Eu2+. This PL peak was attributed to radiative transitions between the split electron energy levels of the Eu2+ ions which occupy the O{h} symmetry sites of the CaS:Eu2+ crystal's host lattice. CaS 및 CaS:Eu (0.1 mol%) 결정을 성장하여 성장된 결정의 구조와 격자상수를 구하였다. 성장된 CaS 및 CaS:Eu결정의 결정구조는 입방체 구조이고 격자상수는 a{0} = 5.6961 Å, a{0} = 5.6944 Å 이었다. 이들 결정의 광흡수 스펙트럼은 측정시료의 온도를 293 K로 유지하고, 200 ~ 850 nm 파장영역에서 측정하였으며 기초 흡수단 영역에서 측정된 광흡수 스펙트럼으로부터 광학적 에너지 간격을 계산하였다. CaS 및 CaS:Eu 결정의 광발광 특성은 293 K 에서 250 nm ~ 950 nm 범위의 광 발광 스펙트럼을 측정하여 구하였다. 광 발광 스펙트럼으로부터 CaS 결정은 508.2 nm 영역에서 폭이 넓고 예리하지 않은 광 발광 피크가 관측되었으며, CaS:Eu 결정에서는 495.2 nm와 648.1 nm 영역에서 광발광 피크가 관측되었다. 648.1 nm 영역에서 관측된 광 발광 피크는 첨가한 Eu 불순물에 기인한 광 발광 피크로서 결정장 이론에 의하면, CaS 모체결정의 Ca에 대치하여 들어간 europium 불순물이 모체격자의 O{h} 대칭점에 Eu2+ 이온으로 위치하고 Eu2+ 이온의 분리된 에너지 준위간의 복사전이에 의한 피크로 해석된다.

증착 조건 변화에 따른 SnO2 박막의 구조와 전기적 특성에 관한 연구

방태환,강종욱,정진 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.7

SnO$_2$박막을 RF 스퍼터를 이용하여 실리콘 기판 위에 증착 하였다. X-선 회절 분석에서는 공급된 파워 증가에 따라 산소분위기에 소결된 박막의 결정성은 증가 되었다. 전자 현미경 사진에서는 산소 분위기에서 형성된 박막의 평균 입자 사이즈 간격이 순수한 SnO$_2$ 박막의 평균 사이즈 간격보다 작았다. 홀효과 측정에서 순수한 SnO$_2$ 박막에서는 파워증가에 따라서 수송 전하 밀도는 감소하였지만 산소분위기에서 소결된 SnO$_2$ 박막에서는 파워증가에 따라서 수송 전하 밀도는 증가하였다. 수송전하밀도가 산소공공형성이나 Si기판과 박막 사이에 있는 SiO$_2$층과 상관 관계가 있음을 보였다. SnO$_2$ thin films were grown on Si substrates by using the radio-frequency magnetron sputtering method. X-ray diffraction showed that the crystallinity of of the SnO$_2$ thin films pre-annealed by exposure to oxygen increased as the power was increased. The images obtained using scanning electron microscopy indicated that the average grain size of the thin films formed in the oxygen atmosphere was smaller than that of the pure SnO$_2$ thin films. Hall measurements on the pure SnO$_2$ thin films showed that the carrier density increased as the power was increased. However, for the pre-annealed SnO$_2$ thin films, the carrier density decreased with increasing power. The carrier density of thin films can depend on whether or not they are formed in an oxygen due to the formation of oxygen vacancies or a SiO$_2$ layer between the Si substrates and the SnO$_2$ thin films.

CuAl_2S_4 단결정의 성장 및 광흡수 특성

방태환,최성휴 조선대학교 기초과학연구소 1998 自然科學硏究 Vol.21 No.1

CuAl_2S_4 single crystal was grown by the chemical transport reaction method using iodine (6mg/cc) as transport agent. The mixture of copper, aluminium, and sulfur elements with high purity (6N, 99.9999%) was used as the starting material. The colorless transparent single crystal with the shape of plate was grown. The single crystal was crystallized in the cubic structure with the lattice constants, a=9.956A˚. The fundamental absorption edge of the single crystal appeared at the near of 345mm. It was found from the relation between the optical absorption coefficient and the incident photon energy that the single crystal has the direct band structure and the optical energy gap is 4.05eV at 10K.

Mn-doped ZnS 결정의 광학적 특성

방태환,최성휴 한국물리학회 2013 새물리 Vol.63 No.9

ZnS:Mn crystals have a hexagonal structure based on the X-ray diffraction analysis. The lattice constants were a = 3.822 °A and c = 6.256 °A for the ZnS:Mn crystal. The optical absorption spectrum near the fundamental absorption edge showed that this crystal has a direct energy band gap. The direct and the indirect energy band gaps are given by Egd = 3.488 eV and Egi = 3.133 eV at 300 K, respectively. The photoluminescence spectrum of the ZnS:Mn crystal was measured in the wavelength range of 300 nm 850 nm at 300 K, and a high intensity emission peak due to the Mn2+ ion was observed near 583.6 nm. This PL peak was attributed to a radiative transition between the split electron energy levels of the Mn2+ ion occupying the Td symmetry site of the ZnS:Mn crystal host lattice.. ZnS:Mn 결정을 성장하여 성장된 결정의 구조와 격자상수 및 광학적에너지 간격 그리고 광발광 특성을 조사하였다. 성장된 결정은 hexagonal 구조이며 ZnS:Mn 격자상수를 구하면 a = 3.822 °A 이었다. 이 결정의 광흡수 spectrum은 측정시료의 온도를 300K로 유지하고, 300 $\sim$ 900 nm 파장영역에서 측정하였다. 기초 흡수단영역인 355 nm에서 급격한 광흡수가 나타났으며 측정된 광흡수스펙트럼으로부터 계산한 ZnS:Mn 결정의 직접전이 에너지 간격은 Egd = 3.488 eV , 간접전이 에너지 간격 Egi = 3.133 eV이었다. 광발광 특성 스펙트럼으로부터 443.1 nm 영역에서 ZnS 결정에 의한광발광 피크, 그리고 583.6 nm 영역에서 Mn을 첨가한 ZnS:Mn 결정에 의한광발광 피크가 나타났다. 583.6 nm 광발광 peak는 ZnS:Mn 결정에서zinc와 치환된 Mn이 Td symmetry site에 Mn2+ 이온으로 위치하고분리된 Mn2+ 이온의 에너지 준위사이의 radiative transition에기인한 peak다.

Mn-doped ZnGa_2(O_4)및 CdGa_2O_4결정의 광학적 에너지 간격

최성휴,방태환,김남오 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.9

An X-ray diffraction (XRD) analysis revealed that the ZnGa_2(O_4):Mn and the CdGa_2O_4:Mn crystals had a cubic structure. The lattice constant of these compounds were a = 8.328Å for the ZnGa_2(O_4):Mn rystal and a = 8.606Å for the CdGa_2(O_4):Mn crystal. The optical absortion spectra obtained near the fundamental absorption edge showed that these compounds had a direct energy band gap. The direct optical energy gaps of the ZnGa_2(O_4):Mn and the CdGa_2(O_4):Mn crystals were given as E_(gd)= 4.119 eV and E_(gd)= 3.678 eV, respectively, at 298 K. ZnGa_2(O_4):Mn 및 CdGa_2O_4:Mn (1.00mol%) 결정을 성장하여성장된 결정의 구조와 격자상수 및 광학적 에너지 간격을 구하였다. 성장된 결정은 cubic의 결정구조를 갖고 있으며 ZnGa_2(O_4):Mn및CdGa_2O_4:Mn (1.00mol%) 결정의 격자상수를 구하면 a = 8.328Å, a = 8.606Å이었다. 이들 결정의 광흡수 spectrum은측정시료의 온도를 298 K로 유지하고, 200~850 nm 파장영역에서측정하였으며 기초 흡수단 영역에서 측정된 광흡수 스펙트럼으로부터광학적 에너지 간격을 계산하였다. ZnGa_2(O_4):Mn 및CdGa_2O_4:Mn 결정의 직접전이 광학적 에너지 간격은 E_(gd) =4.119 eV, E_(gd) = 3.678 eV으로 각각 나타났다.

$CdIn_2S_4$ 및 $CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ 단결정의 광학적 특성

최성휴,방태환,김형곤,Choe, Seong-Hyu,Bang, Tae-Hwan,Kim, Hyeong-Gon 대한전기학회 1999 전기학회논문지C Vol.48 No.5

$CdIn_2S_4 and CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ singlecrystals of thenormal spinel structure were grown by the C.T.R. method. The optical energy band structure of these compounds had a indirect band gap at the fundamental optical absorption band edge. The direct and the indirect energy gaps are found to be 2.325 and2.179eV for $Cdln_2S_4$ , and 2.303 and 2.169eV for $CdIn_2S_4 and CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ at 5K, respectivly. The fundamental absorption band edge of these single crystals shift to a shorter wavelength region with decreasing temperature, and the temperature dependence of the optical energy gaps in these compounds satisfy Varshni equation. The Varshni constants$\alpha and \beta$ of the direct energy gap are given by $13.39{\times}10_{-4}eV/K$ and 509 K for $Cdln_2S_4$ and $29.73{\times}10_{-4} eV/K$ and 1398K for $CdIn_2S_4 and CdIn_2S_4 : Co^{2+}$. The Varshni constants ${\alpha}and {\beta}$ of the indirect energy gap are given by 9.68${\times}10^{-4}$ eV/K 308K for $Cdln_2S_4$ and $13.33{\times}10_{-4}eV/K$ and 440K for $CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ respectivly. The impurity optical absorption peaks due to cobalt dopant are observed in $CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ single crystal. These impurity optical absorption peaks can be attributed to the electronic transitions between the split energy levels of $Co_{2+}$ ions located at $T_d$ symmetry site of $Cdln_2S_4$ host lattece.

Undoped 및 Co-Doped Znln2S4 단결정의 광학적 특성

최성휴,방태환 한국물리학회 2006 새물리 Vol.52 No.2

ZnIn$_2$S$_4$ and ZnIn$_2$S$_4$ : Co single crystals crystallized in rhombohedral forms with lattice constants a = 3.852 {|AA}, c = 37.215 {\AA} for ZnIn2S4 and a = 3.823 {\AA} and c = 36.975 {\AA} for ZnIn$_2$S$_4$ : Co. The direct and indirect band gaps were to be 2.895 and 2.741 eV for ZnIn$_2$S$_4$ and 2.392 and 2.268 eV for ZnIn$_2$S$_4$ : Co at 4 K. The temperature dependence of the optical energy gap was well represented by the Varshni equation. The values of $\alpha$ for the direct and the indirect energy gaps were found to be 4.504 $\times$ 10$^{-4}$ eV/K and 2.392 $\times$ 10$^{-4}$ eV/K, respectively, the ZnIn$_2$S$_4$, and the values of $\beta$ were found to be 35 K and 14 K. For ZnIn$_2$S$_4$ : Co, the values of $\alpha$ for the direct and tje indirect energy gaps were given by 2.741 $\times$ 10$^{-4}$ eV/K and 4.121 $\times$ 10$^{-4}$ eV/K respectively, and the values of $\beta$ by 23 K and 31 K. 수직 Bridgman 방법으로 성장시킨 ZnIn$_2$S$_4$ 및 ZnIn$_2$S$_4$ : Co 단결정은 공간군이 C$^5_{3v}$(R3m)에 속한 rhombohedral구조로 결정화 된다. 기초 흡수단 영역에서 측정한 이들 결정의 직접전이 및 간접전이 에너지 간격을 갖으며, 4 K에서 구한 ZnIn$_2$S$_4$의 직접 및 간접전이 에너지 간격은 2.895 eV와 2.741 eV 이고 ZnIn$_2$S$_4$ : Co의 직접 및 간접전이 에너지 간격은 2.392 eV 및 2.268 eV로 각각 주어졌다. 4 K에서 300 K까지 온도 영역에서 측정한 이들 단결정의 광학적 에너지 간격은 Varshni방정식을 잘 만족하였다.

Undoped 및 Mn-doped MgAl2O4 결정의 광학적 특성

최성휴,방태환 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.9

X-ray diffraction (XRD) analyses have revealed that MgAl_2O_4and MgAl_2O_4:Mn crystals have a cubic structure. The lattice constants of these compound are a = 8.077A for the MgAl_2O_4 crystal and a = 8.111A for the MgAl_2O_4:Mn crystal. The optical absortion spectra obtained near the fundamental absorption edge show that these compound have a direct energy band gap. The direct optical energy gaps of the MgAl_2O_4 and the MgAl_2O_4:Mn crystals are given by E_(gd) = 4.952eV and E_(gd) = 3.918eV at 293 K, respectively. MgAl_2O_4 및 MgAl_2O_4:Mn(1.00 mol%) 결정의 광학적 특성을규명하기 위하여 MgO와 Al_2O_3를 합성하여 결정을 성장하고, 성장된결정의 구조와 격자상수 및 광학적 에너지 간격을 구하였다. 성장된결정은 cubic의 결정구조를 갖고 있으며 MgAl$_2O_4 및MgAl_2O_4:Mn (1.00 mol%) 결정의 격자상수를 구하면 a = 8.077A, a = 8.111 A이었다. 이들 결정의 광흡수 spectrum은측정시료의 온도를 293 K로 유지하고, 200 - 850 nm 파장영역에서측정하였으며 기초 흡수단 영역에서 측정된 광흡수 스펙트럼으로부터광학적 에너지 간격을 계산하였다. MgAl_2O_4 및MgAl_2O_4:Mn(1.00 mol%) 결정의 직접전이 광학적 에너지 간격은E_(gd) = 4.952 eV, E_(gd) = 3.918 eV으로 각각 나타났다.

SnO2 박막의 전기적 성질과 결함과의 관계

강종욱,방태환,정진 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2017 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.7 No.8

RF 스퍼터 방법을 이용하여 산화주석 박막을 증착 하였다. 스퍼터 쳄버의 증착 온도는 300도로 고정하고 외부에서 산소를 쳄버내로 흘려주어 실리콘(100) 기판위에 산소층을 만들었다. 쳄버내 파워의 세기를 100, 150, 200W 로 변화시켜서 각각의 SnO2박막을 만들었다. 증착된 산화주석 박막의 구조를 알아보기 위하여 X-선 회절장치를 이용하여 산화주석 박막을 분석하였다. X선 회절 결과에서 SnO2박막은 공급된 파워의 세기가 증가되었을 때 박막의 주성장면인 (110)면, (211)면, (101)면등 모든 성장면의 세기가 일정한 변화를 보였다. 산화주석 박막의 표면 사진에서 공급된 파워의 세기가 증가됨에 따라 산화주석 박막의 형상은 원형 형상을 보였고, 공급된 파워 세기가 증가됨에 따라서 박막 표면의 입자 사이즈 크기도 증가되었다. 공급된 파워의 세기가 증가될 때 SnO2박막의 홀 표면 전하 밀도는 2.646×1014, 3.071×1014, 1.747×1015 cm-2 으로 증가되어서 공급된 파워의 세기가 박막내의 수송 전하 밀도에 영향을 주었다. 박막의 증착환경의 변화가 박막내의 표면 형상과 전기적 성질에 영향을 미치는 것으로 확인 되었다. SnO2 thin film was deposited using Radio Frequency sputtering method. The deposition temperature of the sputter chamber was fixed at 300 degrees, and oxygen was flowed into the chamber from the outside to form an oxygen layer on the silicon (100) substrate. In order to investigate the structure of the deposited tin oxide thin film, the SnO2 thin film was analyzed using an X-ray diffractometer. X-ray diffraction showed (110), (211) and (101) plane increased with increasing supplied power. As the power supplied was increased, the shape of the thin film showed a circular shape, and the particle size of the thin film was increased as the power intensity was increased. The hall carrier density increased to 2.646×1014, 3.071×1014, 1.747×1015 cm-2, respectively, as the intensity of supplied power was increased, so that the intensity of power supplied affected the transport charge density in the thin film. It is confirmed that the change of the deposition environment of the thin film affected the surface shape and electrical properties of the thin film.

ZnIn_2S_4 및 ZnIn_2S_4 : Co^2+ 단결정의 광학적 특성

박복남,방태환,최성휴 조선대학교 기초과학연구소 1998 自然科學硏究 Vol.21 No.1

ZnIn_2S_4 and ZnIn_2S_4:CO^2+ single crystals crystallized in the rhombohedral (hexagonal) space group C_3v^5(R3m), with lattice constants a=3.859A˚, c=36.991A˚for ZnIn_2S_4, and a=3.664A˚and c=36.884A˚ for ZnIn_2S_4:Co^2+. The optical absorption measured near the fundamental band edge showed that the optical energy band structure of these compounds had a direct and indirect band gap, the direct and indirect energy gaps are found to be 2.778 and 2.682 eV for ZnIn_2S_4, and 2.658 and 2.601 eV for ZnIn_2S_4:Co^2+ at 293K. The impurity optical absorption peaks due to cobalt are observed in ZnIn_2S_4:Co^2+ single crystal. These impurity optical absorption peaks can be attributed to the electronic transitions between the split energy levels of Co^2+ ions located at T_d symmetry site of ZnIn_2S_4 host lattice.