대향 타겟 스퍼터링 방법으로 제작한 비정질 질화 탄소 박막에서의 광발광

김홍탁,이형락,이성엽 한국물리학회 2021 새물리 Vol.71 No.5

In this study, amorphous carbon nitride (a-C:N) thin films were deposited on glass substrates by using a facing target sputtering technique, and the effects of growth temperature were investigated. The deposition rate of the films gradually increased from 1.6 nm/min to 5 nm/min with increasing growth temperature. Emission peaks in the PL spectra of a-C:N films were found at 2.6 eV (green), 3.0 eV (blue), and 3.2 eV (UV). The blue and the UV emissions exhibited an inverse relationship with increasing growth temperature. The ratio of [N]/[C+N] increased from 11% to 15% with increasing to growth temperatures, and this implied an increase of C-N bonding in the films. As the growth temperature was increased, double-bonded nitrogen (Nd, =N-) and triple-bonded nitrogen (Nt, -N<) showed an inverse relationship, and the ratio of [Nt]/[Nd + Nt] increased from 80% to 93%. This tendency was similar to the relationship between the blue and the UV emissions according to growth temperature. Thus, the ratio of Nt and the intensity of UV emission are thought to be closely related, and these changes are thought to play a major role in determining the optoelectronic properties of the films. 본 연구에서는 대향 타겟 스퍼터링 (facing target sputtering) 방법을 사용하여 비정질 질화 탄소(a-C:N) 박막을 증착하고, 증착 온도 변화에 따른 물성을 조사하였다. 그리고 He-Cd 레이저 (파장 : 325 nm, 파워 : 4 mW) 를 여기 광원으로 이용하여 광발광 특성을 분석하였다. 온도의 증가에 따라박막의 증착율은 1.6 nm/min에서 5 nm/min으로 증가한다. 녹색 (2.6 eV), 청색 (3.0 eV), 자외선(3.2 eV) 영역에서 광발광이 관측되고, 성막 온도 증가에 따라서 청색 발광이 감소하고, 자외선 발광이증가하는 경향을 보인다. 온도의 증가에 따라 C-N 결합비를 나타내는 질소함량비 ([N]/[C+N])는 11% 에서 15%로 증가한다. 또한, 온도의 변화에 따라서 질소 삼중결합 Nt (-N<) 과 이중결합 Nd (-N=) 은 반비례 관계를 나타내며, Nt 의 결합비 ([Nt]/[Nt+Nd]) 는 80%에서 93%로 증가한다. 광발광의결과와 비교하였을 때, a-C:N 박막 내부에서의 Nt 의 비와 자외선 발광 세기는 밀접한 관계가 있다고 유추할 수 있으며, 이러한 변화가 박막의 광학적 특성과 광발광 특성에 주요한 영향을 미치는 것으로 사료된다.

Electrical and optical characteristics of Ar plasma generated by low-frequency (60 Hz) power source

김홍탁,박진호,Chang-Duk Kim,Myoung Sik Pyo 한국화학공학회 2014 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.31 No.10

The optical and electrical properties of Ar plasma, ignited using low-frequency (LF, 60 Hz) power source,were investigated. The plasma resistance, electron temperature, and density were found to be ~102Ω, ~3 eV and ~108cm−3, respectively. The plasma parameters are strongly dependent on Ar pressure and discharge current, and the resultsof optical emission analysis showed similar tendency to the probe measurements. The properties of Ar plasma are similarto DC-pulsed discharge, and the polarity of AC power can be possible of depositions and modifications on both con-ductive and insulating materials, unlike DC discharge. The a-C films, which are deposited using Ar-diluted CH4 plasma,showed a smooth surface, high transmittance (>80%), high sp3concentration (~40%) and wide optical band-gap (3.55eV). Consequently, the LF power source was found to be a very simple, convenient and inexpensive tool to generateplasmas for various applications.

Effects of nitrogen flow rate on titanium nitride films deposition by DC facing target sputtering method

김홍탁,박진호,Jun Young Park 한국화학공학회 2012 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.29 No.5

TiN films were deposited onto a glass substrate by DC facing target sputtering, and the effects of N2 flow rate on the film properties were investigated. Prepared TiN films had a rock salt (NaCl-type) structure with a very low resistivity (~30 μΩ·cm) and gold-like color. Increase in the N2 flow rate played an important role in controlling the properties of TiN films, such as Ti/N ratio and growth orientation. The growth orientation changed from a (111) phase to (200), with the ratio of N/Ti becoming near stoichiometric. The change in the growth orientation was caused by the increase in the N2 flow rate, which weakens the kinetic energy of the bombarding particles. The observed phenomenon is explained by an energy loss in the reactive plasma due to the difference in the inner degree of freedom of the molecular gas causing the reduction in the effective energy for radicals.

암모니아 가스 분위기에서 리튬 코발트 산화물 (LiCoO2)의 열화 연구

김홍탁,양기원,박종구,이성엽 한국물리학회 2023 새물리 Vol.73 No.4

Lithium phosphorus oxynitride (LiPON) and lithium cobalt oxide (LCO) are representative solid-electrolyte and anode material in solid-state batteries. LiPON films were deposited on LCO-formed substrates through metal–organic vapor deposition. The deterioration of LCO films during LiPON deposition in ammonia (NH3) atmosphere was studied, and effects of the ultrathin aluminum oxide (Al2O3) layer on preventing damage to LCO were investigated. During the deposition, LCO underwent reduction reactions with active NH3-species. The LCO phase changed into a metallic cobalt phase while losing oxygen components. The increase in the cobalt layer thickness was almost linearly proportional to the rise in the temperature. The activation energy was ~25 kJ/mol, and the reduction of LCO occurred at a low temperature of 350 °C. These findings implied that the cobalt components in LCO acted as an effective catalyst for the activation of NH3 and accelerated the chemical reaction; furthermore, Al2O3 films effectively prevented the deterioration of LCO films. Therefore, this reduction-prevention layer is universally applicable in processes using NH3 precursors. 본 연구에서는 고체 전해질 물질인 질화 인산 리튬 (LiPON)을 유기 금속 기상 화학 증착법 (MOCVD) 방법으로 증착하였다. 증착 시 발생하는 양극재료 리튬 코발트 산화물 (LCO)의 열화 방지를 위한 산화 알루미늄 (Al2O3) 박막의 환원 방지 효과에 대하여 조사하였다. MOCVD를 이용한 LiPON 박막 증착 과정에서, LCO는 암모니아 활성종과 환원 반응하여 산소 성분을 잃고 금속 코발트로 변한다. 금속 코발트 층의 두께는 반응 온도의 상승과 거의 선형적으로 비례한다. 이 반응의 활성화 에너지는 25 kJ/mol이며, 비교적 낮은 온도인 350 °C에서도 LCO의 환원 반응이 발생한다. 이에 대한 원인은, LCO 내부의 코발트 성분이 암모니아의 활성화를 위한 효과적인 촉매로 작용하며, 활성화된 암모니아 종들이 LCO의 환원 반응을 촉진시킨 것으로 설명할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 매우 안정한 물질인 Al2O3 박막을 도입하였고, 매우 얇은 두께 (~50 nm)에서도 효과적으로 LCO의 열화를 방지할 수 있음을 확인하였다. 이 환원 방지층은 암모니아를 사용하는 증착 공정에서 기판의 성분을 보호하는 기술로써, 보편적으로 적용될 수 있을 것으로 보인다.

고등학교 정치 교과서의 민주공화국 서술 경향과 개선 방향

김홍탁,한석지 한국사회교과교육학회 2014 사회과교육연구 Vol.21 No.1

The concept of democratic republic has been dealt with as an important element of political education in social studies. Nonetheless, there is a growing concern that students might not properly understand the true meaning of democratic republic due to the public’s recent indifference to republicanism as well as their ignorance of it. This study analyzes the relevant contents in high school textbooks of political science ranging from the ones published during the 1st educational curriculum to those revised in 2009. In doing so, the study explores the tendency for describing the concept of democratic republic and how to make an improved description. The textbooks have always followed the traditional researches conducted by the constitutional scholars who adopted the concept in the context of a theory of the state. That is, the high school textbooks have considered the establishment of democratic republic as the declaration of the end of monarchy and the beginning of popular sovereignty. However, more emphasis should be placed on the normative concept of democratic republic reinterpreted beyond the formal concept. The academic circles have failed to come out with fruitful research on the concept and have made little effort to have heated discussions or debates in order to establish a new orthodoxy. Under these circumstances, it is not a simple task to include a content in textbooks which is different from the long-held stance of the academic society that democratic republic equals a state without a monarchy. Hopefully, the problem of school textbooks only adopting the formal concept for democratic republic will be solved in the long run through more research and discussions within the society. 사회과의 정치교육에서 내용 요소로서 민주공화국을 다루어 왔지만, 공화주의에 대한 무관심과 이해 부족 등으로 인하여 학생들이 민주공화국이 의미하는 바를 온전하게 이해하고 있지 못할 우려가 높다. 본 연구는 제1차 교육과정부터 2009 개정 교육과정까지 발행된 고등학교 정치 교과서에 서술된 민주공화국의 내용을 분석하여 서술 경향을 파악하고 개선 방향을 탐색하기 위한 것이다. 교과서에서는 줄곧 헌법학계의 전통적 연구에 따라 공화주의의 함의를 국가형태론으로 파악하여 민주공화국이 비군주국과 국민주권을 선언한 의미로 이해하고 있다. 이러한 형식적인 이해를 넘어 공화주의가 갖는 함의를 재해석해 보임으로써, 민주공화국이 갖는 규범적 의미에 초점을 두고 서술할 필요가 있다. 민주공화국에 대한 학계의 연구 성과가 부진하고, 그 의미에 대한 치열한 토론과 논쟁을 통한 통설화 노력이 상당히 미약한 상황에서 민주공화국의 의미를 비군주국으로 이해하는 학계의 기존 입장을 넘어 선 새로운 내용을 교과서에 담아내는 것은 간단한 일이 아니다. 장기적으로 볼 때 학계의 연구 활성화와 사회적 논의 확대를 통해 민주공화국의 의미를 형식적으로 이해하고 있는 교과서의 문제를 해결할 수 있기를 기대한다.

중학교 사회 교과서의 한반도 국제질서 내용에 대한 비판적 고찰

김홍탁 한국사회과교육학회 2022 시민교육연구 Vol.54 No.1

This study is aimed to critically analyze contents about the International Order on the Korean Peninsula in middle school social studies textbooks based upon the 2015 revised curriculum. As a result of the analysis, first, four countries in Northeast Asia, Japan, China, North Korea, Russia, and the U.S., are suggested as neighboring countries experiencing conflict with Korea. Second, all textbooks deal with historical and territorial issues between Korea, Japan and China. Third, the contents of the international order on the Korean Peninsula in textbooks describe the issues of conflict between Korea and neighboring countries have the following problems. It does not contain the international political significance of territorial and historical issues, lists only superficially the phenomena or fragmentary facts surrounding the Korean Peninsula, and does not contain international order such as triple paradoxes, the U.S. and North Korea as major actors in international politics in Northeast Asia. 본 연구는 2015 개정 사회과 교육과정에서 핵심개념으로 제시하고 있는 국제정치에 관한 일반화된 지식인 복잡한 한반도의 국제질서를 다루는 중학교 사회 교과서의 내용을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 현재 중학교에서 사용되고 있는 사회2 교과서 총 8종을 대상으로, 성취기준 [9사(일사)11-03]을 구현하고 있는 교과서의 내용을 분석하였다. 분석 결과 첫째, 우리나라와 갈등을 겪고 있는 주변 국가로 동북아시아의 일본, 중국, 북한, 러시아 4개국과 미국 등 모두 5개 국가를 제시하고 있다. 둘째, 우리나라가 직면한 국가 간 갈등 문제로 모든 교과서에서는 일본과 중국과의 영토 문제와 과거사 문제를 다루고 있다. 공통적으로 독도 영유권과 동북 공정 문제를 가장 중점적으로 서술하고 있다. 셋째, 우리나라와 주변국과의 갈등 문제를 서술한 교과서에 나타난 한반도 국제질서의 내용은 다음과 같은 문제점을 갖는다. 영토 문제와 과거사 문제가 지닌 국제정치적 의미를 담아내지 못한 점, 국가 간 갈등 문제의 현상 또는 단편적 사실들을 피상적으로만 나열하고 있는 점, 한반도를 둘러싸고 나타나는 3중의 패러독스와 같은 국제질서가 서술되어 있지 않은 점, 동북아시아 국제정치의 주요 행위자인 미국과 북한이 교과서에 잘 보이지 않는 점 등이다.

Effects of Pressure and Electrode Resistance on AC-plasma Display Panels (AC-PDPs) for Various Panel Temperatures

김홍탁,손상호 한국물리학회 2012 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.61 No.8

In this study, effects of panel temperatures on AC-PDPs were investigated. Macroscopic properties such as the luminance, discharge delay lag time, and discharge current were decreased while the breakdown voltage was increased with an increase of the panel temperature. These implied that the change of materials properties according to the temperature strongly affected the macroscopic properties including characteristics of gas discharge on AC-PDPs. It was considered that the change of collision kinetics due to the increase of the pressure in AC-PDPs, the voltage drop due to the increase of the resistivity in metal electrodes, and the decrease of effective voltages, due to the decrease of the surface resistivity in a MgO protective layer, was important factors when the panel temperature increased. Properties of other factors such as ITO transparent electrode and the dielectric layer were seldom changed in the considered temperature regions (0 ~ 80 ℃), thus two factors were thought not to affect the macroscopic properties of AC-PDPs with the temperature.

Effects of growth temperature on titanium carbide (TiC) film formation using low-frequency (60 Hz) plasma-enhanced chemical vapor deposition

김홍탁,이성엽,이형락,박진호 한국화학공학회 2018 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.35 No.1

TiC films were formed by low-frequency (60Hz) plasma-enhanced chemical vapor deposition (LFPECVD) using TiCl4, CH4, and H2 gas mixtures. The effects of the growth temperature and feasibility for the on-glass deposition of TiC films were investigated. The growth kinematics of TiC films was controlled mainly by surface-reactions below 450 oC, and dominated by a mass-transfer process above 450 oC. The films exhibited a face-centered cubic structure, and the preferred orientation of film growth was mainly the (200) plane. The [C]/[Ti] ratio was over-stoichiometric below 400 oC, and became almost stoichiometric above 450 oC. The optical properties of the films were characterized by high reflectance in near infrared (NIR) region and a steep edge in the visible region, and the reflectance in the NIR region increased gradually with increasing temperature. As a result, LF-PECVD is a useful technique to acquire Cl-free TiC films at relatively low temperatures.

터빈유량계 이용한 유량 측정시스템의 최적 설계

김홍탁,김부일 한국전자통신학회 2018 한국전자통신학회 논문지 Vol.13 No.1

The turbine flowmeter is selected for high precision and reproducibility at the time of flow rate measurement but causes various uncertainty factors of measurement in the difference between the standard environmental condition at calibration and the environmental condition at the site . Also, a reliable interpolation method is required for use in sections other than calibrated measurement values. Therefore, in this paper, in order to improve the reliability of the flow rate measurement, we designed and manufactured a system that accurately measures the output signal of the turbine flowmeter, interpolates the value of the calibrated result value, and corrects the temperature change in real time We confirmed the reliability of the measurement at the site to carry out the performance verification. 터빈유량계(Turbine flowmeter)는 유량 측정시 높은 정확도와 반복성을 위해 선택되지만 교정시의 표준 환경 조건과 현장에서의 환경 조건 차이로 다양한 측정 불확도 요인을 발생시킨다. 또한 교정된 측정값 외의 구간에서의 사용을 위해 신뢰성 높은 보간기법(Interpolation method)이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 유량측정(Flow measurement) 신뢰성 향상을 위해 터빈유량계의 출력 신호의 정확한 측정과 교정된 결과값의 보간, 온도변화를 실시간 보정(correction)하는 시스템을 설계 및 제작하고 성능 검증을 수행하여 현장에서의 측정 신뢰도를 확보하였다.

초저가 다이오드 레이저 (408 nm)를 이용한 Cu₂ZnSnS₄ 박막 결정화 연구

김홍탁(Hong Tak Kim),이형락(Hyeong-Rag Lee),박종구(Jong-Goo Bhak),이성엽(Sung-Youp Lee) 한국물리학회 2022 새물리 Vol.72 No.5

본 연구는 용액 공정과 레이저 소성 공정을 이용하여 Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) 박막을 제작하고 레이저 소성 시간에 따른 박박의 형태 및 결정성을 포함하는 구조적 변화와 광학적 특성 변화를 조사하였다. 분산액은 염화계 금속 (CuCl₂, ZnCl₂, SnCl₂)과 티오요소 (thiourea)를 전구체로 사용하였고, 용매는 2-메톡시에탄올 (2-mthoxyethanol), 안정제로는 에탄올아민 (ethanolamine)을 사용하였다. CZTS 박막은 분무 증착법으로 유리기판 위에 형성한 뒤, 진공 조건에서 다이오드 레이저 (408 nm, 500 mW)를 이용하여 스캔 방식 (spot 당 처리시간: 50, 100, 500 ms)으로 소성하였다. 최종 제작된 박막은 케스테라이트 구조의 높은 결정성을 가진 CZTS 상을 나타내며, 밴드갭은 0.99 – 1.11 eV이었다. 그러나, 처리시간이 500 ms인 박막에서는 이차 결정상이 발견되며, 이는 레이저 처리 시간의 최적화가 필요함을 의미한다. 결론적으로, 레이저 소성 공정을 적용한 용액 공정은 진공 공정을 사용하지 않고도 높은 품질의 박막을 제작할 수 있는 기술임을 확인하였고, 제작된 CZTS 박막의 경우 고효율 태양전지 제작에 적용될 수 있을 것으로 판단된다. In this study, Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) thin films were fabricated using a solution process and a laser annealing process. The physical properties, including morphology and crystallinity, and optical properties of the films were investigated according to laser treatment time. The precursors (CuCl₂, ZnCl₂, SnCl₂, and thiourea), solvent (2-methoxyethanol), and stabilizer (ethanolamine) were used to prepare the CZTS solution. The CZTS films were fabricated on glass substrates using the spray deposition method and annealed using a diode laser (408 nm, 500 mW) under vacuum conditions. The laser-annealed CZTS films had a kesterite structure with good crystallinity, and the optical bandgaps of the CZTS thin films were 0.99 – 1.11 eV. However, secondary crystalline phases were found in the thin film with a processing time of 500 ms. These results meant that optimization of the laser processing time was necessary. In conclusion, the laser annealing process had the potential to fabricate high-quality thin films without using a vacuum process, and laser-annealed CZTS thin films could be applied to high-efficiency solar cells.