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LED용 precursor 재이용을 위한 회수 및 정제 공정 개발
양재열,오병성,윤재식,Yang, Jae Yeol,O, Byung Sung,Yoon, Jae Sik 한국자원리싸이클링학회 2014 資源 리싸이클링 Vol.23 No.1
본 연구에서는 metal organic chemical vapor deposition(유기금속화학증기증착, MOCVD) 장치로 부터 LED용 GaN epi 성장 시원료로 사용되는 트리메틸갈륨에 대해서 사용 후 잔량을 회수하고 정제하여 재이용할 수 있는 공정 및 시스템을 개발하고자 한다. 본 공정에서 회수된 트리메틸갈륨에 대해서 화학적, 구조적 특성 평가를 통해서 재이용 가능여부를 검토하였다. 먼저 ICP-MS, ICPAES를 이용하여 순도를 분석한 결과 7N(99.99999%)의 고순도 트리메틸갈륨임을 확인했으며, NMR 분석을 통해서 트리메틸갈륨의 구조적 변화를 확인한 결과, 구조 변화 없이 순수 $(CH_3)_3Ga$(트리메틸갈륨) 구조임을 확인하였다. 또한 회수 트리메틸갈륨에 대한 신뢰성 검토를 위해서 MOCVD 공정을 이용하여 u-GaN를 증착시키고, 결정 특성 평가 및 광학 전기적 특성 평가를 실시하였으며 그 결과, 재이용이 가능함을 알 수 있었다. The purpose of this research is to develop a process and a system to collect, purify and reuse the residual quantity of trimethylgallium, used as a raw material, upon GaN epitaxial growth for LED from a metal organic chemical vapor deposition(MOCVD) equipment. This research reviews whether TMGa collected from the process can be used through a chemical and structural characteristics evaluation. As a result of analyzing the purity using ICP-MS and ICP-AES, 7N high purity (99.99999%) of TMGa was obtained. According to checking the structural change of TMGa through NMR analysis, TMGa having pure $(CH_3)_3Ga$ structure was obtained without structural change. For reliability review of the collected TMGa, u-GaN was deposited using the MOCVD process and an structural, optical and electrical characteristics evaluation was conducted. As a result, it was found out that the reuse was possible.
박재규,오병성,유영문,윤만영,김대중,최용대,Park, J.G.,O, Byung-Sung,Yu, Y.M.,Yoon, M.Y.,Kim, D.J.,Choi, Y.D. 한국진공학회 2007 Applied Science and Convergence Technology Vol.16 No.3
Hot wall epitaxy 방법으로 우물층의 두께를 바꾸어가며 ZnSe/CdSe/ZnSe 단일 양자우물을 성장하였다. 양자우물층의 두께는 TEM을 이용하여 측정하였다. 광발광의 세기와 반치폭의 변화로부터 양자우물층의 임계두께는 약 $9{\AA}$임을 알 수 있었다. 우물층의 두께가 임계두께 보다 작을 때 광발광과 PLE 스펙트럼의 비교로부터 stoke's shift를 확인하였고, 이는 엑시톤 결합 에너지에 의한 것임을 알 수 있었다. 우물층의 두께에 대한 광발광 피크의 에너지 이동은 이론치와 잘 일치하였다. ZnSe/CdSe/ZnSe single quantum wells with different well thickness were grown by hot wall epitaxy. The quantum well thicknesses were measured by TEM. The critical thickness of single quantum well layer was found to be about $9{\AA}$ from the intensities and the full-width at half maximum of photoluminescence(PL) spectra. When the thickness of quantum wells was less than the critical thickness, the Stoke's shift was confirmed from the comparison between PL and photoluminescence excitation spectra, and it may be due to the exciton binding energy. The PL peak energy dependence on the quantum well thickness was coincident with the theoretical values.
MOCVD 방법에 의한 Si 기판위 GaN 나노선의 성장
우시관,신대근,오병성,이형규,Woo, Shi-Gwan,Shin, Dae-Keun,O, Byung-Sung,Lee, Hyung-Gyoo 한국전기전자재료학회 2010 전기전자재료학회논문지 Vol.23 No.11
We have grown GaN nanowires by the low pressure MOCVD method on Ni deposited oxidized Si surface and have established optimum conditions by observing surface microstructure and its photoluminescence. Optimum growth temperature of $880^{\circ}C$, growth time of 30 min, TMG source flow rate of 10 sccm have resulted in dense nanowires on the surface, however further increase of growth time or TMG flow rate has not increased the length of nanowire but has formed nanocrystals. On the contrary, the increase of ammonia flow has increased the length of nanowires and the coverage of nanowire over the surface. The shape of nanowire is needle-like with a Ni droplet at its tip; the length is tens of micron with more than 40 nm in diameter. Low temperature photoluminescence obtained from the sample at optimum growth condition has revealed several peaks related to exciton decay near band-edge, but does not show any characteristic originated from one dimensional quantum confinement. Strong and broad luminescence at 2.2 eV is observed from dense nanowire samples and this suggests that the broad band is related to e-h recombination at the surface state in a nanowire. The current result is implemented to the nanowire device fabrication by nanowire bridging between micro-patterned neighboring Ni catalysis islands.
실리콘과 탄소 동시 스퍼터링에 의한 실리콘 양자점 초격자 박막 제조 및 특성 분석
김현종,문지현,조준식,박상현,윤경훈,송진수,오병성,이정철,Kim, Hyun-Jong,Moon, Ji-Hyun,Cho, Jun-Sik,Park, Sang-Hyun,Yoon, Kyung-Hoon,Song, Jin-Soo,O, Byung-Sung,Lee, Jeong-Chul 한국재료학회 2010 한국재료학회지 Vol.20 No.6
Silicon quantum dots (Si QDs) in a superlattice for high efficiency tandem solar cells were fabricated by magnetron rf sputtering and their characteristics were investigated. SiC/$Si_{1-x}C_x$ superlattices were deposited by co-sputtering of Si and C targets and annealed at $1000^{\circ}C$ for 20 minutes in a nitrogen atmosphere. The Si QDs in Si-rich layers were verified by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction. The size of the QDs was observed to be 3-6 nm through high resolution TEM. Some crystal Si and -SiC peaks were clearly observed in the grazing incident X-ray diffractogram. Raman spectroscopy in the annealed sample showed a sharp peak at $516\;cm^{-1}$ which is an indication of Si QDs. Based on the Raman shift the size of the QD was estimated to be 4-6 nm. The volume fraction of Si crystals was calculated to be about 33%. The change of the FT-IR absorption spectrum from a Gaussian shape to a Lorentzian shape also confirmed the phase transition from an amorphous phase before annealing to a crystalline phase after annealing. The optical absorption coefficient also decreased, but the optical band gap increased from 1.5 eV to 2.1 eV after annealing. Therefore, it is expected that the optical energy gap of the QDs can be controlled with growth and annealing conditions.
실리콘 박막 태양전지용 ZnO:Al 투명전도막의 미세구조 변화에 따른 표면 식각 특성
김한웅(Kim, Han-Ung),조준식(Cho, Jun-Sik),박상현(Park, Sang-Hyun),윤경훈(Yoon, Kyung Hoon),송진수(Song, Jinsoo),오병성(O, Byung-Sung),이정철(Lee, Jeong Chul) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
Superstrate형 실리콘 박막 태양전지에서 전면전극으로 사용되는 투명전도막의 표면형상은 태양전지내로 입사하는 태양광의 표면산란에 영향을 미치며 표면산란 증가를 통한 광 포획 및 단락전류밀도 향상을 통하여 태양전지 효율을 증대시키는 중요한 역할을 한다. 기존에 실리콘박막 태양전지용으로 많이 사용되는 상용 Asahi-U형 투명전도막은 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 산란특성이 낮아 실리콘 박막 태양전지의 고효율화에 한계점이 있었다. 최근에 Asahi-U형 투명전도막을 대신하여 ZnO계 투명전도막을 전면전극으로 사용하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며 Al을 토핑원소로 사용하는 ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성과 수소플라즈마 안정성 및 저 비용 등의 우수한 장점을 갖고 있다. 스퍼터링 방식으로 제조된 ZnO:Al 투명전도막의 표면형상은 일반적으로 증착 후 습식식각을 통하여 조절되며 식각 전 박막의 미세구조에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 또한 습식 식각 이후의 표면거칠기에 따라 다양한 광학적, 전기적 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 in-line RF-magnetron sputter 장비를 이용하여 다양한 공정조건하에서 ZnO:Al 투명전도막을 제조하고 증착된 박막의 미세구조 특성에 따른 습식식각 이후의 표면형상 변화 및 전기적 광학적 특성 변화를 조사하였다.
비정질 실리콘 태양전지에서 투명전도막/p층 계면 특성분석
이지은(Lee, Ji-Eun),이정철(Lee, Jeong-Chul),오병성(O, Byung-Sung),송진수(Song, Jin-Soo),윤경훈(Yoon, Kyung-Hoon) 한국신재생에너지학회 2007 신재생에너지 Vol.3 No.4
유리를 기판으로 하는 superstrate pin 비정질 실리콘 태양전진에서 전면 투명전도막(TCO)과 p-층의 계면은 태양전지 변환효율에 큰 영향을 미친다. 면투명전도막(TCO)으로 현재 일반적으로 사용되는 ZnO:Al는 SnO₂:F보다 전기, 광학적으로 우수하고, 안개율 (Haze)높으며, 수소 플라즈마에서 안정성이 높은 특징을 갖고 있다. 그래서 박막 태양전지의 특성향상에 매우 유리하나, 태양전지로 제조했을 때, SnO₂보다 충진율(Fill Factor:F.F)과 V_{oc}가 감소한다는 단점을 가지고 있다. 본 실험실에서는 SnO₂:Fdml F.F.가 72%이 나온 반면 ZnO:Al의 F.F은 68%에 그쳤다. 이들 원인을 분석하기 위해 TCO/p-layer의 전기적 특성을 알아 본 결과, SnO₂:F보다 ZnO:Al의 직렬저항이 높게 측정되었다. 이러한 결과를 바탕으로 p-layer에 R=(H₂/SiH₄)=25로 변화, p {mu}c-Si:H/p a-SiC:H로 p-layer 이중 증착, p-layer의 boron doping 농도를 증가시키는 실험을 하였다. 직렬저항이 가장 낮았던 p {mu}c-Si:H/p a-SiC:H 인 p-layer 이중 증착에서 V_{oc}는 0.95V F.F는 70%이상이 나왔다. 이들 각 p층의 E_a(Activiation Energy)를 구해본 결과, {mu}c-Si:H의 Ea 가 가장 낮은 것을 관찰 할 수 있었다.
실리콘 양자점 초격자 박막의 두께에 따른 구조적, 광학적 특성 분석
김현종(Kim, Hyun-Jong),문지현(Moon, Ji-Hyun),박상현(Park, Sang-Hyun),조준식(Cho, Jun-Sik),윤경훈(Yoon, Kyung-Hoon),송진수(Song, Jin-Soo),오병성(O, Byung-Sung),이정철(Lee, Jeong-Chul) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11
텐덤 구조의 양자점 태양전지에서 양자점의 크기에 따라 에너지 밴드갭이 달라 넓은 대역의 태양광을 이용할 수 있다. 이러한 양자점의 크기는 증착 두께의 제어로 조절이 가능하다. Si과 C target을 이용한 RF Co-sputtering 법으로 각각 증착시간을 다르게 하여, SiC/Si_{1-x}C_x(x~0.20)인 실리콘 양자점 초격자 박막을 제조하고, 1000?C에서 20분간 질소 분위기에서 열처리를 하였다. Grazing incident X-ray diffraction(GIXRD)를 통해서 Si(111)과 beta-SiC (111)이 생성되었음을 확인하였고, High resolution transmission electron microscopy(HRTEM) 사진으로 양자점의 크기와 분포 밀도를 확인할 수 있었다. Photoluminescence(PL)에서 1.4, 1.5, 1.7, 1.9eV의 Peak이 확인되었다.
후열처리에 따른 ZnO:Al 투명전도막 특성 변화 및 HCl 식각 특성 분석
김한웅(Kim, Han-Ung),김영진(Kim, Young-Jin),조준식(Cho, Jun-Sik),박상현(Park, Sang-Hyun),윤경훈(Yoon, Kyung-Hoon),송진수(Song, Jin-Soo),오병성(O, Byung-Sung),이정철(Lee, Jeong-Chul) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
RF 스퍼터링법을 이용하여 유리기판위에 ZnO:Al 박막을 증착하고 다양한 조건 하에서 후 열처리를 실시하여 이에 따른 박막의 구조적, 전기적 및 광학적 특성과 HCl 습식 식각 후의 표면형상 변화를 조사하였다. ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성, 수소 플라즈마 안정성 및 저 비용 등으로 실리콘 박막 태양전지 전면 전극용으로 많은 관심을 받고 있다. 기존의 비정질 실리콘 박막 태양전지용으로 많이 사용되고 있는 상용 Asahi-U형 (SnO₂:F) 투명전도막의 경우는 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 낮은 산란특성으로 인하여 실리콘 박막 태양전지의 고효율화를 위한 적용에 한계를 나타내고 있다. 이를 개선하기 위하여 스퍼터링법으로 우수한 전기적 특성을 갖는 ZnO:Al 박막을 제조한 후 습식 식각을 통한 표면형상 변화를 통하여 입사광의 산란특성을 향상시키는 방법이 개발되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 2.5 wt%의 Al₂O₃가 함유된 ZnO 타겟을 이용하여 ZnO:Al 박막을 RF 스퍼터링으로 증착한 후 N₂ 분위기와 진공 분위기 하에서 다양한 시간과 온도에 따라 후열처리를 하여 열처리 전 박막과의 물질 특성을 상호 비교하고 1%로 희석된 HCl로 습식 식각하여 열처리 전 박막의 구조적 특성이 습식 식각 후의 박막 표면형상 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 이로부터 후열처리를 통한 ZnO:Al 투명전도막의 특성을 최적화하고 Asahi-U형 투명전도막과의 특성 비교를 통하여 실리콘 박막 태양전지용 전면전극으로의 적용 가능성을 조사하였다.
SiC 매트릭스를 이용한 실리콘 양자점 초격자 박막 제조
김현종(Kim, Hyun-Jong),문지현(Moon, Ji-Hyun),조준식(Cho, Jun-Sik),장보윤(Chang, Bo-Yun),고창현(Ko, Chang-Hyun),박상현(Park, Sang-Hyun),윤경훈(Yoon, Kyung-Hoon),송진수(Song, Jin-Soo),오병성(O, Byung-Sung),이정철(Lee, Jeong-Chul) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
다중접합 초 고효율 태양전지 제조를 위해 SiC 매트릭스를 이용한 실리콘 양자점 초격자 박막을 제조하고 특성을 분석하였다. SiC/Si_{1-x}C_x(x ~ 0.31)로 실리콘 양자점 초격자 박막을 Si과 C target을 이용한 co-sputtering법으로 초격자 박막을 제조하고, 1000?C에서 20분간 열처리를 하였다. high resolution transmission electron microscopy 사진으로 약1~7nm 크기인 양자점 생성과 분포 밀도를 확인할 수 있었으며, grazing incident X-ray diffraction (GIXRD)를 통해서 Si(111)과 beta-SiC(111)이 생성되었음을 알 수 있었다. Auger electron spectroscopy (AES)측정에서 stoichiometric SiC층과 Si-rich SiC층의 Si 원자농도 (56%, 69%)와 C 원자 농도 (44%, 31%)를 알 수 있었으며, Fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR)측정에서 SiC 픽의 위치가 767에서 800cm^{-1}으로 이동하는 것을 알 수 있었다.
RF Co-sputtering법에 의한 Si<sub>1-x</sub>C<sub>x</sub> 박막 증착 및 후 열처리에 따른 양자점 박막 특성 분석
문지현(Moon, Ji-Hyun),김현종(Kim, Hyun-Jong),조준식(Cho, Jun-Sik),장보윤(Chang, Bo-Yun),고창현(Ko, Chang-Hyun),박상현(Park, Sang-Hyun),윤경훈(Yun, Kyoung-Hoon),송진수(Song, Jin-Soo),오병성(O, Byung-Sung),이정철(Lee, Jeong-Chul) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
고효율 양자점 태양전지를 위하여 Si<sub>1-x</sub>C<sub>x</sub> 박막 내에 Si 양자점을 형성한 박막을 제작하고 그 특성을 분석하였다. Si<sub>1-x</sub>C<sub>x</sub> 박막은 Si과 C target을 co-sputtering하여 증착하였다. C target의 RF power를 변화시켜 Si<sub>1-x</sub>C<sub>x</sub> 박막의 조성비를 조절하였으며, 조성비는 auger electron spectroscopy로 정량적으로 측정하였다. 이 박막들을 질소 분위기에서 후 열처리하여 high resolution transmittance electron microscopy로 확인한 결과 박막 내에 2~10nm 크기의 양자점이 형성된 것을 관측할 수 있었다. 이 양자점은 transmittance electron diffraction과 grazing incident X-ray diffraction을 통해 Si 양자점과 SiC 양자점이 형성되었음을 알 수 있었다. Raman 측정 결과에서는 후 열처리한 Si<sub>1-x</sub>C<sub>x</sub> 박막의 조성비가 증가할 수록 crystal Si peak의 shift가 증가함을 알 수 있었고, 이를 통해 양자점의 크기도 함께 계산할 수 있었다. Fourier transform infrared spectroscopy을 통해 후 열처리한 Si1-xCx 박막의 양자점의 형성 원인을 추정하였다.