초록 ▼

$\cdot$ 실리콘 양자점 박막 제조 및 특성분석
- PECVD법을 이용한 $\Si_{1-x}C_x$ 박막증착 및 조성 제어
- PECVD법에 의해 제조된 $\Si_{1-x}C_x$ 박막의 열처리에 의한 결정화 거동 분석
- Rf co-sputtering 장치 설계 및 제작
- Co-sputtering법을 이용한 $\Si_{1-x}C_x$ 박막 증착 및 조성제어
- Co-sputtering법을 이용한 $\Si_{1-x

$\cdot$ 실리콘 양자점 박막 제조 및 특성분석
- PECVD법을 이용한 $\Si_{1-x}C_x$ 박막증착 및 조성 제어
- PECVD법에 의해 제조된 $\Si_{1-x}C_x$ 박막의 열처리에 의한 결정화 거동 분석
- Rf co-sputtering 장치 설계 및 제작
- Co-sputtering법을 이용한 $\Si_{1-x}C_x$ 박막 증착 및 조성제어
- Co-sputtering법을 이용한 $\Si_{1-x}C_x$ 열처리에 따른 결정화 거동 분석
- Co-sputtering법을 이용한 실리콘 양자점 초격자 박막 제조 및 특성분석
$\cdot$ 실리콘 나노입자 제조 및 특성분석
- 플라즈마 기상반응 장치 구축
- 실리콘 나노입자 제조 기초공정 확립
- 실리콘 나노입자 입자 특성 평가
- 실리콘 나노입자의 한일 코팅 기술 개발

Abstract ▼

$\cdot$ Deposition of silicon quantum dots and superlattice thin-films
- Deposition and composition control of $Si_{1-x}C_x$ thin-films by PECVD
- Analysis of crystallographic properties of $Si_{1-x}C_x$ thin-films by thermal annealing
- Design and set-up of

$\cdot$ Deposition of silicon quantum dots and superlattice thin-films
- Deposition and composition control of $Si_{1-x}C_x$ thin-films by PECVD
- Analysis of crystallographic properties of $Si_{1-x}C_x$ thin-films by thermal annealing
- Design and set-up of rf co-sputtering system
- Deposition and composition control of $Si_{1-x}C_x$ thin-films by co-sputtering
- Analysis of crystallographic properties of $Si_{1-x}C_x$ thin-films by co-sputtering and thermal annealing
- Deposition and analysis of crystallographlc properties of SiC superlattice thin-films by co-sputtering method
$\cdot$ Fabrication of silicon nano particles
- Design and set-up of plasma reactor for silicon nano particle fabrication
- Establishment of basic processes for silicon nano particle
- Analysis and evaluation of size and distribution silicon nano particles
- Development of uniform coating process of nano particles

목차 Contents

• 제 1 장 서론 ...14
• 제 2 장 실리콘 양자점 박막 제조 및 특성분석 ...18
• 제 1 절 실험 및 분석방법 ...18
• 제 2 절 PECVD를 이용한 SiC 양자점 박막 제조 ...22
• 1. As-deposited $Si_{1-x}C_x$ 박막 특성 분석 ...22
• 2. 열처리에 따른 $Si_{1-x}C_x$ 박막 특성변화 ...25
• 제 3 절 RF Co-sputtering법을 이용한 SiC 양자점 박막 제조 ...32
• 1. As-deposited $Si_{1-x}C_x$ 박막 특성 분석 ...32
• 2. 열처리 후 $Si_{1-x}C_x$ 박막 특성변화 ...35
• 3. 양자점 초격자 박막 제조 ...37
• 제 3 장 실리콘 나노입자 제조 ...41
• 제 1 절 실리콘 나노입자 분산법 : 상용 실리콘 나노입자 이용 ...41
• 제 2 절 플라즈마 공정조건에 따른 실리콘 나노입자 특성 ...48
• 제 3 절 주형합성법을 이용한 반도체 나노구조집합체 제조 ...72
• 제 4 장 결론 ...78
• 참고문헌 ...79
• [그림 1- 1] 현존하는 태양전지 종류 및 광 변환효율 발전추이 ...14
• [그림 1- 2] Conventional p-n 접합 태양전지에서의 효율 손실 ...16
• [그림 1- 3] 본 연구에서 개발하고자 하는 초고효율 실리콘 양자점 (Quantum Dots : QD) 다중접합 태양전지 구조(좌) 및 에너지 밴드 다이어그램(우) ...16
• [그림 1- 4] 다중접합 실리콘 태양전지의 개념 및 접합수에 따른 이론 효율 변화 ...17
• [그림 1- 5] Matrix에 따른 단결정 실리콘과의 전위장벽 변화 ...17
• [그림 1- 6] 미국 NREL : 미국 Innovalight 사와 공동연구로 나노 입자 형성기술 확보, 나노 입자를 이용한 실리콘 양자점에서 Multiple Exciton Generation 현상 규명 ...17
• [그림 2- 1] 양자점 제조를 위해 사용된 다 반응실 클러스터 장치사진 및 PECVD 개념도 ...19
• [그림 2- 2] 양자점 박막 및 초격자 제조에 사용된 co-sputtering 장치 사진 및 반응실내부구조 ...20
• [그림 2- 3] SiC 박막 후 열처리용 Furnace 사진 및 내부사진 ...20
• [그림 2- 4] 열처리 furnace 구조 ...21
• [그림 2- 5] 열처리 furnace 온도보정 결과 ...21
• [그림 2- 6] $Si_{1-x}C_x$ 박막의 두께에 따른 AES 조성분석 결과 ...23
• [그림 2- 7] $CH_4/SiH_4$ 가스비에 따른 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비 변화 ...24
• [그림 2- 8] $CH_4/SiH_4$ 가스비에 따른 $Si_{1-x}C_x$ 박막에서 조성 x 변화 ...24
• [그림 2- 9] Quartz와 실리콘 기판에 증착된 a-$Si_{1-x}C_x$:H 박막의 열처리 전후 두께 변화 ...25
• [그림 2-10] 열처리 후 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비 x에 따른 Raman 특성 비교 ...26
• [그림 2-11] 열처리 후 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비 x에 따른 결정체적분율 변화 ...26
• [그림 2-12] 열처리 후 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비 x에 따른 XRD 특성 변화 ...27
• [그림 2-13] $Si_{1-x}C_x$ (x~0.17) 시료의 $100^{\circ}C$ 열처리 후 HRTEM 사진 및 회절패턴 ...27
• [그림 2-14] $Si_{1-x}C_x$ 박막의 열처리 전후 광학적 특성변화 비교 ...29
• [그림 2-15] $Si_{1-x}C_x$ (x~0.17) 박막의 열처리 전후 전도도(dark & photo conductivity)와 광 감응도(photo sensitivity) 변화 ...30
• [그림 2-16] 열처리 전 $Si_{1-x}C_x$:H 박막과 열처리 후 실리콘 양자점 박막에서의 캐리어 거동 ...31
• [그림 2-17] 열처리 전 $Si_{1-x}C_x$:H 박막과 열처리 후 실리콘 양자점 박막내부의 수소(H) 함량비교 ...31
• [그림 2-18] Si 및 C rf power에 따른 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 두께에 따른 AES 조성변화 ...33
• [그림 2-19] Si 및 C rf power에 따른 $Si_{1-x}C_x$ 박막내부의 Si 및 C 농도변화 ...34
• [그림 2-20] Si 및 C rf power에 따른 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 C조성 x 변화 ...34
• [그림 2-21] $Si_{1-x}C_x$ 박막내 C 조성 x에 따른 열처리 후 Raman 스팩트럼 비교 ...35
• [그림 2-22] $Si_{1-x}C_x$ 박막내 C 조성 x에 따른 열처리 전후 시료의 전기적 특성비교 ...36
• [그림 2-23] SiC/$Si_{1-x}C_x$ (x~0.19) 양자점 초격자 (superlattice) 박막 구조 및 co-sputtering시 시간에 따른 Si 및 C rf power 변화 ...37
• [그림 2-24] SiC/$Si_{1-x}C_x$ (x~0.19) 양자점 초격자 (superlattice) 박막의 단면 TEM 사진 ...39
• [그림 2-25] SiC/$Si_{1-x}C_x$ (x~0.19) 양자점 초격자 (superlattice) 박막의 단면 및 표면 HRTEM 사진 ...40
• [그림 3- 1] 전도성 carbon tape위에 분산시킨 상용 실리콘 나노입자의 SEM 사진 ...41
• [그림 3- 2] Si wafer위에 분산시킨 상용 실리콘 나노입자의 SEM 사진 및 EDS 분석 결과 ...42
• [그림 3- 3] 상용 실리콘 나노입자의 SEM 사진: 질산 etching 3분 후의 입자 모습 ...43
• [그림 3- 4] 상용 실리콘 나노입자의 SEM 사진: 질산 etching 5분 후의 입자 모습 ...43
• [그림 3- 5] 상용 실리콘 나노입자의 TEM 사진: 질산 etching 7분 ...44
• [그림 3- 6] 상용 실리콘 나노입자의 TEM 사진: 질산 etching 9분 ...45
• [그림 3- 7] 실리콘 나노입자 표면을 이용한 hydrosilylation 반응 개념도 ...46
• [그림 3- 8] Hydrosilylation 처리된 실리콘 나노입자의 TEM 사진 ...47
• [그림 3- 9] 본 연구에서 사용된 플라즈마 반응 장치의 개념도 ...48
• [그림 3-10] 나노입자 제조장치 ...49
• [그림 3-11] 플라즈마 파워에 따른 실리콘 나노입자 용액의 모습: 1-dodecene에 분산시킴 ...49
• [그림 3-12] 실리콘 나노입자들의 SEM 사진: (좌) Power 50 W, (중) 80W, (우) 100 W ...50
• [그림 3-13] 플라즈마 파워에 따른 실리콘 나노입자의 XRD pattern들 ...51
• [그림 3-14] 플라즈마 파워에 따른 실리콘 나노입자들의 TEM 사진들 ...52
• [그림 3-15] 플라즈마 파워에 따른 실리콘 나노입자의 크기 분포: TEM 사진에서 측정 된 실리콘 입자의 크기를 분류함 ...53
• [그림 3-16] 플라즈마 파워에 따른 실리콘 나노입자의 고배율 TEM 사진들: (좌) 50 W, (중) 80 W, (우) 100 W ...53
• [그림 3-17] 플라즈마 파워에 따른 실리콘 나노입자들의 electron diffraction pattern들. (좌) 50 W, (중) 80 W, (우) 100 W ...54
• [그림 3-18] SiH4 분압에 따른 실리콘 나노 파티클이 포함된 용액 색상 ...55
• [그림 3-19] SiH4 분압에 따른 실리콘 나노 파티클의 SEM 사진 ...56
• [그림 3-20] SiH4 분압에 따른 실리콘 나노 파티클의 분산도 ...57
• [그림 3-21] SiH4 분압에 따른 particle size와 SiH4의 부분분압 ...58
• [그림 3-22] SiH4 분압에 따른 XRD 분석 결과 ...59
• [그림 3-23] SiH4 분압에 따른 실리콘 나노 파티클이 포함된 용액 색상 ...60
• [그림 3-24] SiH4 분압에 따른 실리콘 나노 파티클의 SEM 사진 ...61
• [그림 3-25] SiH4 분압에 따른 실리콘 나노 파티클의 TEM 사진 ...62
• [그림 3-26] SiH4 분압에 따른 실리콘 나노 파티클의 HR-TEM 사진 ...63
• [그림 3-27] SiH4 분압에 따른 입자 크기 분산도 ...65
• [그림 3-28] Total 분압에 따른 실리콘 나노 파티클이 포함된 용액 색상 ...66
• [그림 3-29] Total 분압에 따른 실리콘 나노 파티클의 SEM 사진 ...67
• [그림 3-30] Total 분압에 따른 particle size 분산도 ...68
• [그림 3-31] Total 분압에 따른 XRD 측정 결과 ...69
• [그림 3-32] 합성시간에 따른 실리콘 나노 파티클이 포함된 용액 색상 ...70
• [그림 3-33] 합성시간에 따른 실리콘 나노 파티클의 양 ...71
• [그림 3-34] AAO를 주형으로 이용한 반도체 나노구조 형성법 개념도: (a) AAO 주형(template), (b) ALD법을 이용한 반도체 박막 증착, (c) 기공 외부인 AAO 상부에 형성된 반도체 박막 제거, (d) AAO 주형의 선택적 제거 ...72
• [그림 3-35] ALD법으로 증착된 ZnS, ZnO, ZnO/ZnS 박막의 XRD diffraction pattern들과 ZnS 박막의 증착속도: (좌상) 기판의 온도에 따른 ZnS 박막의 단위공정단 막두께 성장속도, (우상) 결정질인 Si wafer에 성장한 ZnS 박막의 두께별 XRD pattern들, (좌하) 비정질인 $Al_2O_3$ 박막 표현에 성장한 ZnS 박막의 두께별 XRD pattern들, (우하) 비정질인 $Al_2O_3$ 박막 표면에 성장한 ZnS/ZnO 복합막의 XRD pattern들 ...74
• [그림 3-36] 상용 AAO membrane의 SEM 사진: (좌상) 윗면, (우상) 윗면 확대, (좌하) AAO membrane 단면, (우하) AAO membrane 단면 확대 ...75
• [그림 3-37] ALD 증착조건에 따른 ZnS 박막의 AAO 기공 내부 증착분포: AAO membrane 단면을 Zn과 S에 대해서 line-scane EDS를 통해서 파악함 ...76
• [그림 3-38] 주형합성 법으로 제조된 ZnS 나노튜브 array의 SEM 사진: (좌) array 윗면, (중) 절단면, (우) 절단면 확대 ...76
• [표 2-1] PECVD를 이용한 $Si_{1-x}C_x$ 박막 증착조건 변화 ...22
• [표 2-2] RF co-sputtering법으로 제조된 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 증착조건 ...32
• [표 2-3]$Si_{0.57}C_{0.43}/Si_{0.81}C_{0.19}$ 양자점 superlattice 박막 제조조건 ...37