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        • KCI등재

          Optimization of the CMP Process with Colloidal Silica Performance for Bulk AlN Single Crystal Substrate

          강효상,이주형,박재화,이희애,박원일,강승민,이성철 대한금속·재료학회 2019 대한금속·재료학회지 Vol.57 No.9

          Chemical mechanical polishing (CMP) of bulk AlN was performed with colloidal silica slurry at pH 9 for different times. The result shows that colloidal silica slurry at pH 9, which has the relatively high surface charge of -50.7 mV is most stable, and it was selected as chemically optimum condition in this study. The ultra-smooth surface was shown in CMP 90 min with the roughness average (Ra) value of 0.172 nm. It was demonstrated that the damaged layers including subsurface defects and micro scratches in the whole machining process were successfully removed and atomically flat surface can be shown. With increasing process time, the zeta potential and mean particle size of the colloidal silica decreased and increased by -35.07 mV and 143.4 nm, respectively. While the silica particles agglomerated and densely packed slurry particles were formed by mechanical shearing. These increased the Ra value above 0.5 nm of AlN substrate and generated additional surface damages. In terms of the surface chemistry, the carbon compounds and organic impurities adsorbed on the substrate during mechanical polishing (MP) can be removed and aluminum oxidehydroxide; AlOOH and Al(OH)3 were observed during the CMP. It was determined that the chemically polished AlN substrate was continuously hydrated with generating the AlOOH and Al(OH)3 on the surface.

        • KCI등재

          PVT법으로 성장된 AlN 단결정의 표면 특성 평가 및 고온 어닐링 공정의 효과에 대한 연구

          강효상,강석현,박철우,박재화,김현미,이정훈,이희애,이주형,강승민,심광보,Kang, Hyo Sang,Kang, Suk Hyun,Park, Cheol Woo,Park, Jae Hwa,Kim, Hyun Mi,Lee, Jung Hun,Lee, Hee Ae,Lee, Joo Hyung,Kang, Seung Min,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2017 韓國結晶成長學會誌 Vol.27 No.3

          PVT법으로 성장된 AlN 단결정의 표면 특성 및 결정성을 신뢰성 있게 평가하기 위해 $KOH/H_2O_2$ 혼합액을 이용한 화학적 습식 에칭을 통하여 AlN 단결정의 결함을 분석하였고, 고온 어닐링 공정을 통해 단결정의 결정성 변화를 관찰하였다. $300^{\circ}C$ 이상의 고온에서 강 염기성의 etchant를 사용하는 기존 에칭 방법에서는 재료의 결정성에 따라 쉽게 over etching이 일어난다. Over etching이 일어날 경우 면적당 정확한 에치 핏의 개수를 알 수 없기 때문에 전위 밀도의 신뢰성이 매우 떨어진다. 따라서 이러한 단점을 보완하기 위해 KOH 수용액에 $H_2O_2$를 산화제로 사용하여 $100^{\circ}C$ 이하의 저온에서 에칭을 성공하였으며, 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)을 통해 에치 핏을 관찰하여 최적 에칭 조건 및 전위 밀도를 확인할 수 있었다. 또한, 성장된 AlN 단결정에 고온 어닐링 공정을 적용한 후, DC-XRD(double crystal X-ray diffraction)를 이용하여 결정성을 평가한 결과, 고온 어닐링 공정 후 FWHM(full with at half maximum) 값이 급격히 감소되는 것을 확인하였으며 이에 대한 메커니즘을 분석하였다. To evaluate surface characteristics and improve crystalline quality of AlN single crystal grown by physical vapor transport (PVT) method, wet chemical etching process using $KOH/H_2O_2$ mixture in a low temperature condition and thermal annealing process was proceeded respectively. Conventional etching process using strong base etchant at a high temperature (above $300^{\circ}C$) had formed over etching phenomenon according to crystalline quality of materials. When it occurred to over etching phenomenon, it had a low reliability of dislocation density because it cannot show correct number of etch pits per estimated area. Therefore, it was proceeded to etching process in a low temperature (below $100^{\circ}C$) using $H_2O_2$ as an oxidizer in KOH aqueous solution and to be determined optimum etching condition and dislocation density via scanning electron microscope (SEM). For improving crystalline quality of AlN single crystal, thermal annealing process was proceeded. When compared with specimens as-prepared and as-annealed, full width at half maximum (FWHM) of the specimen as-annealed was decreased exponentially, and we analyzed the mechanism of this process via double crystal X-ray diffraction (DC-XRD).

        • KCI등재

          PVT 법으로 성장 된 bulk AlN 단결정의 열 산화 공정에 관한 연구

          강효상,강승민 한국결정성장학회 2020 韓國結晶成長學會誌 Vol.30 No.5

          To analyze and describe the behavior and mechanisms occurring in the thermal oxidation process of AlN, bulkAlN single crystals were thermally treated with different temperatures. As a result, it was confirmed that full-scaleoxidation of bulk AlN and growth of Al-oxide occurred from the temperature of 800oC, which confirmed that the weight%of O elements tended to increase while the N elements decreased with increasing the temperature. In the case of thermaltreatment at 900oC, the grown Al-oxides were merged with neighboring Al-oxides and began to form -Al2O3 poly-crystals. During thermal treatment at the temperature of 1000oC, hexagonal pyramidal shaped poly-crystalline -Al2O3 was clearlyobserved. Through the X-ray diffraction pattern analysis, the changes of surface crystal structure according to thetemperature of bulk AlN were investigated in detail. AlN의 열 산화 공정에서 발생하는 거동 및 메커니즘을 확인하기 위해 bulk AlN 단결정에 대해 대기분위기에서온도에 따라 열처리를 수행하였다. 800oC의 온도에서 bulk AlN의 본격적인 산화 및 Al-oxide 들의 성장이 일어난 것을 확인하였고, 온도가 증가함에 따라 산소 성분의 wt%가 증가하는 반면 질소 성분의 wt%는 감소하는 경향을 보였다. 900oC에서 열처리하는 경우, 성장 된 Al-oxide은 이웃한 Al-oxide와 merging되어 -Al2O3 다결정을 형성하기 시작했다. 1000oC의 온도에서 열처리하는 동안, 육각 피라미드 형 -Al2O3 다결정이 명확히 형성되었음을 확인하였다. X-선 회절 패턴 분석을 통해 bulk AlN의 온도에 따른 표면 결정 구조의 변화를 자세히 조사하였다.

        • KCI등재

          Er<sup>3+</sup>, Yb<sup>3+</sup> 이온이 동시 도핑된 NaGd(MoO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>의 업컨버젼 분석

          강석현,강효상,이희애,심광보,Kang, Suk Hyun,Kang, Hyo Sang,Lee, Hee Ae,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2016 韓國結晶成長學會誌 Vol.26 No.4

          본 연구에서는 간단 고상합성법(solid state reaction method)을 이용하여 $Yb^{3+}$, $Er^{3+}$ 이온이 동시도핑된 $NaGd(MoO4)_2$ ($NaGd(MoO_4)_2:Yb^{3+}/Er^{3+}$)를 성공적으로 합성하였으며, 결정구조 및 광학적 특성을 면밀히 분석하였다. 980nm의 근적외선 레이저를 합성된 NaGd(MoO4)2 파우더에 조사하였을 때 $NaGd(MoO_4)_2:Yb^{3+}/Er^{3+}$ 분말은 540 및 550 nm 부근에서 강한 녹색 발광과 함께 650 및 670 nm 부근에서의 매우약한 적색 발광을 하였으며 이러한 업컨버젼 발광 현상은 $Er^{3+}$ 이온 내의 infra 4f transition에 의한 현상임을 확인할 수 있었다. 또한, $Yb^{3+}$ 및 $Er^{3+}$ 이온의 최적 도핑 농도는 각각 (10.0/10.0 mol%)로 확인되었으며, 그에 따른 upconversion 발광 메커니즘에 대하여 상세히 논의하였다. Up-conversion (UC) luminescence properties of polycrystalline $Er^{3+}/Yb^{3+}$ doped $NaGd(MoO_4)_2$ phosphors synthesized by a simple solid-state reaction method were investigated in detail. Used to 980 nm excitation (InfraRed area), $Er^{3+}/Yb^{3+}$ co-doped $NaGd(MoO_4)_2$ exhibited very weak red emissions near 650 and 670 nm, and very strong green UC emissions at 540 and 550 nm corresponding to the infra 4f transitions of $Er^{3+}(^4F_{9/2},\;^2H_{11/2},\;^4S_{3/2}){\rightarrow}Er^{3+}(^4I_{15/2})$. The optimum doping concentration of $Er^{3+}$, $Yb^{3+}$ for highest emission intensity was determined by XRD and PL analysis. The $Er^{3+}/Yb^{3+}$ (10.0/10.0 mol%) co-doped $NaGd(MoO_4)_2$ phosphor sample exhibited very strong shiny green emission. A possible UC mechanism for $Er^{3+}/Yb^{3+}$ co-doped $NaGd(MoO_4)_2$ depending on the pump power dependence was discussed.

        • KCI등재

          원적외선 방사 세라믹의 소결공정 최적화

          박재화,김현미,강효상,최재상,최봉근,남기웅,남한우,심광보,Park, Jae Hwa,Kim, Hyun Mi,Kang, Hyo Sang,Choi, Jae Sang,Choi, Bong Geun,Nam, Ki Woong,Nam, Han Woo,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2016 韓國結晶成長學會誌 Vol.26 No.1

          원적외선 방사세라믹은 인체의 피부 안쪽으로 깊숙이 적외선을 침투시켜 온열 및 치료환경을 주는 매력적인 재료로써, 열적 치료 장치, 온열 매트, 히터 등과 같은 분야에 많은 응용이 되고 있다. 본 연구에서는 소결 온도와 시간을 변화시킴으로써 높은 방사율을 가지는 원적외선 방사세라믹의 소결 조건을 최적화하고자 하였다. 원적외선 방사체의 상 분석은 XRD로, 그 파단면의 미세구조는 SEM을 이용하여 분석하였다. 원적외선 방사율의 측정은 FT-IR으로 행하여, 결과를 종합적으로 해석하여 소결체의 최적 공정 조건을 확립하였다. Far-infrared radiation ceramic is an attractive material that provides thermal therapy by permeating the infrared rays into the deep inside of the human skin. Therefore, it is currently used for thermal therapy devices, thermal mat, heating equipment and so on. This work aims to optimize the sintering process of the far-infrared radiation ceramic with the process parameters of temperature and time. A variety of characterization tools have been used to investigate the optimal sintering condition of far-infrared radiation. The phase of far-infrared radiation ceramic was characterized by using X-ray diffraction (XRD) and microstructure of fracture surface was studied by scanning electron microscopy (SEM). The FT-IR was also performed to measure the far-infrared emissivity.

        • KCI등재

          Ultra-fast densification of highly transparent Y2O3 ceramic with La2O3 as sintering aid by spark plasma sintering

          박철우,박재화,강효상,이희애,이주형,인준형,심광보 한양대학교 세라믹연구소 2018 Journal of Ceramic Processing Research Vol.19 No.5

          Highly transparent Y2O3 ceramics were produced using spark plasma sintering (SPS) at 1600 °C and 30 MPa for 5 min. Whenthe SPS process was applied with various amounts of La2O3 as dopant. The specimen doped with 3 mol% La2O3 showed thehighest density, and rapid particle growth and pore growth occurred, exhibiting that the relative density and average grainsize are 99.2% and 17.2 μm, respectively. The specimen showed excellent transmittance of 79.44% in the visible light region(600 nm), resulting that La2O3 would be a useful dopant for improving the transmittance and mechanical properties oftransparent Y2O3 ceramics produced with SPS.

        • KCI등재

          전력반도체용 GaN 기판 산업동향

          이희애,박재화,이주형,박철우,강효상,인준형,심광보,Lee, Hee Ae,Park, Jae Hwa,Lee, Joo Hyung,Park, Cheol Woo,Kang, Hyo Sang,In, Jun Hyeong,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2018 韓國結晶成長學會誌 Vol.28 No.4

          최근 전세계적으로 환경오염 및 에너지 고갈에 대한 대책 마련의 일환으로 에너지 재생 및 절약 소자인 고효율 친환경 전력반도체로서 GaN 전력소자에 대한 관심이 고조되어가고 있다. 이를 위해서, GaN 단결정 기판의 사용이 절실히 요구되는 바, Yole사 보고서(2013)와 국내 외 GaN 관련 산학연의 최신 발표(2017)를 바탕으로 최근 GaN 단결정 산업동향을 리뷰하였다. GaN 단결정 기판에 대한 연구개발은 저결함, 대구경을 목표로 지속적으로 진행되고 있으나, 아직 시장형성이 활성화되고 있지 못하다. The demand on use of GaN single crystal substrates for high efficient and environment - friended high power electronic semiconductor has be increased. The industrial business trend on GaN substrate along with its research activities has been reviewed through the recent scientific and technical in formations on the basic of Yole report (2013). The research on the GaN single crystal substrate has been performed continuously for the purpose of the high quality and larger diameter, but its market has not been activated yet.

        • KCI등재

          HVPE 법을 통한 GaN 성장 시 기판 종류 및 V/III 비에 따른 잔류 stress 특성 연구

          이주형,이승훈,이희애,강효상,오누리,이성철,이성국,박재화,Lee, Joo Hyung,Lee, Seung Hoon,Lee, Hee Ae,Kang, Hyo Sang,Oh, Nuri,Yi, Sung Chul,Lee, Seong Kuk,Park, Jae Hwa 한국결정성장학회 2020 韓國結晶成長學會誌 Vol.30 No.2

          본 연구에서는 HVPE 성장법으로 GaN 성장 시 GaN 내에 잔류하는 stress로 인한 crack 현상을 감소시키고자 기판 종류 및 V/III 비를 조절하여 잔류 stress 특성을 알아보고자 하였다. Sapphire, GaN template 위에 각각 V/III 비 5, 10, 15의 조건으로 GaN을 성장시켜 형성된 hexagonal pit의 분포 및 깊이를 분석하였다. 이를 통해 GaN on GaN template 성장에서 V/III 비가 높을수록 hexagonal pit의 분포 영역 및 깊이가 증가하는 것을 확인하였다. Raman 측정을 통해 hexagonal pit 영역 및 깊이가 컸던 GaN on GaN template 성장에서 V/III 비가 높을수록 stress가 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통해 hexagonal pit의 분포 및 깊이가 증가할수록 잔류 stress가 낮아짐을 확인할 수 있었으며, 향후 후막 GaN 성장 시 stress 감소 가능성에 대해 확인하였다. The characteristics of the residual stress on the types of the substrate was investigated with adjusting the V/III ratio during GaN growth via the HVPE method. GaN single crystal layers were grown on a sapphire substrate and a GaN template under the conditions of V/III ratio 5, 10, and 15, respectively. During GaN growth, multiple hexagonal pits in GaN single crystal were differently revealed in accordance with growth condition and substrate type, and their distribution and depth were measured via optical microscopy(OM) and white light interferometry(WLI). As a result, it was confirmed that the distribution area and depth of hexagonal pit tended to increase as the V/III ratio increased. Moreover, it was found that the residual stress in GaN single crystal decreased as the distribution area and depth of the pit increased through measuring micro Raman spectrophotometer. In the case of GaN growth according to substrate type, the GaN on GaN template showed lower residual stress than the GaN grown on sapphire substrate.

        • KCI등재

          화학적 기계적 연마 공정을 통한 bulk AlN 단결정의 표면 가공

          이정훈,박철우,박재화,강효상,강석현,이희애,이주형,인준형,강승민,심광보 한국결정성장학회 2018 韓國結晶成長學會誌 Vol.28 No.1

          To evaluate surface characteristics of AlN single crystal grown by physical vapor transport (PVT) method, chemical mechanical polishing (CMP) were performed with diamond slurry and SiO2 slurry after mechanical polishing (MP), then the surface morphology and analysis of polishing characteristics of the slurry types were analyzed. To estimate how pH of slurry effects polishing process, pH of SiO2 slurry was controlled, the results from estimating the effect of zeta potential and MRR (material removal rate) were compared in accordance with each pH via zeta potential analyzer. Eventually, surface roughness RMS (0.2 nm) could be derived with atomic force microscope (AFM). PVT법으로 성장된 AlN 단결정의 표면 평탄화 최적화 하기 위하여 기계적 연마 후 SiO2 slurry를 이용한 CMP 공정을 진행하였고 이에 따른 표면 형상, slurry 변화에 따른 가공 특성을 분석하였다. Slurry의 pH가 표면 연마 과정에 미치는 영향을 알아보기 위해 SiO2 slurry의 pH를 조절하였으며, 제타전위측정기를 통해 각각의 pH에 따른 zeta potential의영향과 MRR(material removal rate) 결과를 비교하였으며, 최종적으로 원자간력 현미경(atomic force microscope)을 이용한표면 거칠기 RMS(0.2 nm)를 얻을 수 있었다.

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