초록 ▼

$\blacklozenge$ 이온주입, PECVD 그리고 PLD 등 다른 방법으로 RE:SNS 시스템을 제작하였고 광-발광특성을 최적화
$\blacklozenge$ 3가지 방법 공히 평균 excess 실리콘 $36{\sim}40%$, $900{\sim}950^{\circ}C$의 저온열처리 그리고 1% 미만의 Er이 도핑된 시편에서 광-발광 신호 최대.
$\blacklozenge$ PECVD방법으로 제작된 희토류 도핑된 실리콘

$\blacklozenge$ 이온주입, PECVD 그리고 PLD 등 다른 방법으로 RE:SNS 시스템을 제작하였고 광-발광특성을 최적화
$\blacklozenge$ 3가지 방법 공히 평균 excess 실리콘 $36{\sim}40%$, $900{\sim}950^{\circ}C$의 저온열처리 그리고 1% 미만의 Er이 도핑된 시편에서 광-발광 신호 최대.
$\blacklozenge$ PECVD방법으로 제작된 희토류 도핑된 실리콘나노구조물은 희토류 원소의 선택에 따라 가시광에서 적외선까지 발광파장의 선택할 수 있으며 희토류 원소의 도입 방법으로 사용되는 이온주입과정의 조사손상이 희토류의 발광에 미치는 과정이해.
$\blacklozenge$ 실리콘발광소자의 제작공정을 확립하였다. 투명전극방식과 금속전극을 채택한 발광소자의 공정을 확립하였다. 이온주입 및 PLD방법으로 제작한 활성층을 사용하고 투명전극방식으로 제작한 실리콘 광소자는 전계여기에 의한 발광현상을 확인
$\blacklozenge$ 투명전극인 ITO의 계면접합이 불량하여 효율을 평가하기에는 광량이 충분치 못한 상태이나 PECVD로 증착한 Tb-doped oxy-nitride 박막과 PLD로 증착한 전광소자에서 육안으로 발광현상을 확인.

Abstract ▼

1. Fabrication of Rare-earth element doped silicon nano-structure:
- Fabrication of RE:SNS by ion implantation, PECVD and PLD.
- Optimum conditions for the fabrication of size-controllable silicon nano-structures with silicon-rich silicon oxide or silicon-rich silicon nitride: silicon contents

1. Fabrication of Rare-earth element doped silicon nano-structure:
- Fabrication of RE:SNS by ion implantation, PECVD and PLD.
- Optimum conditions for the fabrication of size-controllable silicon nano-structures with silicon-rich silicon oxide or silicon-rich silicon nitride: silicon contents, annealing temperature, duration time et al.
2. Low energy ion implantation and thermal annealing process:
- Implantation scheme (energy, fluence and geometry)
- Annealing conditions: temperature, environmental gas, duration time
3. Characterization of Photo-luminescence:
- Wavelength modulation by controlling nc-Si size distribution.
- Measurement of effective photo-excitation cross-section
- Investigation of the effect of defect generation and annihilation using ion irradiation of Er-doped silicon-rich silicon oxide (SRSO) thin films
4. EL device utilizing silicon nano-structure:
- MOS-type light emitting diode with transparent electrode.
- Establishment of 4" wafer process with the metal electrodes.
- Electro-optic characteristics of silicon compatible LED.
- Development of Tb-doped oxy-nitride thin films for visible luminescence

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...22
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...24
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...26
• 제 1 절 이온주입에 의한 실리콘나노구조물의 제작과 이용...26
• 1. 희토류 도핑된 실리콘나노구조물의 제작...28
• 가. 저에너지 이온주입 장치...28
• 나. 열처리...29
• 2. 실리콘나노구조물의 특성평가...33
• 가. 과포화 실리콘산화막의 조성분석...33
• 나. 나노실리콘의 형성과 크기 및 분포...35
• 다. 광-발광(Photo-Luminescence) 특성 평가...37
• 라. 광-발광(Photo-Luminescence) 여기단면적...41
• 3. 전계여기 실리콘 발광소자...44
• 가. 투명전극을 이용한 chip기반의 실리콘 발광소자 제작...44
• 나. Chip 기반의 투명전극 실리콘 발광소자의 전류 및 광특성...46
• 다. 금속전극형 발광소자의 설계 및 제작...50
• 라. 금속전극형 발광소자의 전기 및 발광특성...58
• (1) 전류구동특성...58
• (2) 발광다이오드의 내부양자효율 측정법...63
• 제 2 절 PLD 방법으로 증착한 SiOx 박막과 Er이 도핑된 SiOx(x<2) 박막의 전기적/광학적 특성분석...65
• 1. 개요...65
• 2. 실험방법...66
• 가. SiOx 박막 및 Er원자가 도핑된 SiOx(x<2) 박막의 증착...66
• 나. 실리콘산화막의 후열처리 (post-annealing process)...69
• 다. p-n junction 발광다이오드의 제작...70
• 3. 실험 결과 및 고찰...73
• 가. 화학적/구조적 특성분석...73
• (1) High Resolution-Transmission Electron Microscopy...73
• (2) X-ray Photoelectron Spectroscopy...73
• 나. 광학적 특성분석...76
• (1) Photoluminescence in the visible range...76
• (2) Photoluminescence in the infrared range...77
• 다. 전기적 특성분석...78
• (1) Electroluminescence in the visible range...79
• (2) Electroluminescence in the infrared range...82
• 4. 결론...83
• 제 3 절 Er-doped silicon-rich silicon oxide (SRSO) 박막에서 이온 주입과정의 defect generation과 annihilation이 희토류 원소의 여기와 발광에 미치는 영향...84
• 1. 연구의 배경...84
• 2. 실험방법...84
• 3. 실험결과...85
• 4. 고찰...87
• 제 4 절 Tb-doped oxynitride 박막에서의 가시광선 발광 획득과 이의 여기과정 규명...88
• 1. 연구의 배경...88
• 2. 실험방법...88
• 3. Tb-doped oxynitride 박막에서의 광특성...89
• 4. Tb-doped oxynitride 박막을 이용한 전광소자...90
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...92
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...94
• 참고문헌...95