KR101011284B1 - 투명 압전 소자 및 그 형성방법 - Google Patents

Abstract

투명 압전 소자 및 그 형성방법이 제공된다. 상기 투명 압전 소자는 기판, 상기 기판 상의 산화물 하부 전극, 상기 산화물 하부 전극 상의, 압전 효과를 가지는 알루미늄 질화막(AlN), 및 상기 알루미늄 질화막 상의 산화물 상부 전극을 포함한다.

압전 효과, 투과율, 알루미늄 질화막

Description

투명 압전 소자 및 그 형성방법{A TRANSPARENT PIEZOELECTRIC DEVICE AND METHOD OF FORMING THE SAME}

본 발명은 투명 압전 소자 및 그 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화물 전극을 이용한 투명 압전 소자 및 그 형성방법에 관한 것이다.

최근 통신소자, 센서 등의 압전체를 사용한 소자에서 투명화 적용이 부각되고 있으며, 이를 응용하기 위한 연구개발이 시도되고 있다. 투명 압전소자는 투명 센서, 투명 RFID 태그, 투명 보안 전자기기 등과 같은 정보 인식용 부품과 투명 디지털/아날로그 IC 등의 정보처리 부품, 스마트 창, 투명 정보표시기 등의 정보 표시용 부품에 응용 가능한 미래형 IT 소자이다.

하지만, 기존의 금속 전극을 압전소자에 사용할 경우, 압전체가 투명하더라도 금속전극으로 인하여 압전 소자 전체가 투명화될 수 없다. 따라서, 기존의 금속 전극을 대체할 수 있는 투명 전극이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 투과율이 향상된 투명 압전 소자 및 그 형성방법을 제공하는 것이다.

상기 투명 압전 소자는 기판, 상기 기판 상의 산화물 하부 전극, 상기 산화물 하부 전극 상의, 압전 효과를 가지는 알루미늄 질화막(AlN), 및 상기 알루미늄 질화막 상의 산화물 상부 전극을 포함한다.

상기 산화물 하부전극 및 상기 산화물 상부전극은 알루미늄 아연 산화물(AlZnO)을 포함할 수 있다.

상기 산화물 하부전극 및 상기 산화물 상부전극은 GZO(Gallium Zinc Oxide), BZO(Boron Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide) 중 어느 하나일 수 있다.

상기 기판은 글래스(glass) 기판 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 투명 압전 소자의 형성방법은 기판 상에 산화물 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 산화물 하부 전극 상에 압전 효과를 가지는 알루미늄 질화막(AlN)을 형성하는 단계, 그리고 상기 알루미늄 질화막 상에 산화물 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 산화물 하부 전극 및 상기 산화물 상부 전극은 알루미늄 아연 산화 막(AlZnO)으로 형성될 수 있다.

상기 산화물 하부 전극 및 상기 산화물 상부 전극은 GZO, BZO, IZO, ITO(Indium Tin Oxide) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 알루미늄 질화막(AlN)은 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성될 수 있다.

상기 기판은 글래스(glass) 기판이며, 상기 알루미늄 질화막은 10~200㎚의 두께로 형성되며, 상기 스퍼터링 방법에서 파워는 150W 이하이며, 상기 기판 온도는 0~300℃인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기판은 플라스틱 기판이며, 상기 알루미늄 질화막은 50~200㎚의 두께로 형성되며, 상기 스퍼터링 방법에서 파워는 100W 이하이며, 상기 기판 온도는 10~20℃인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 알루미늄 질화막, 산화물 투명 전극을 사용하여 투명 압전 소자의 제작이 가능하다. 이러한 구조물을 활용할 경우, 디스플레이 분야 등 다양한 투명전자 부품으로 응용이 가능하며, 기존 전자 기기의 공간적/시간적 제약을 해소할 수 있다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한 정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 각각의 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되게 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1, 3 및 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 투명 압전 소자를 설명한다.

도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 산화물 하부전극(20)이 배치된다. 상기 기판(10)은 글래스(glass) 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 플라스틱 기판은 PC(폴리 카보네이트), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PI(폴리이미드) 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 산화물 하부전극(20)은 알루미늄 아연 산화막(AlZnO)일 수 있다. 또는, 상기 산화물 하부전극(20)은 GZO, BZO, IZO, ITO 등 일 수 있다.

상기 산화물 하부전극(20) 상에 압전효과를 가지는 알루미늄 질화막(AlN,30)이 배치된다. 여기서, 압전효과(piezoelectric effect)란 어떤 종류의 결정판에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양, 음의 전하(분극)가 나타나는 현상을 말한다. 알루미늄 질화막(30)은 높은 투과율(transmittance)를 가진다.

상기 알루미늄 질화막(30) 상에 산화물 상부전극(40)이 배치된다. 상기 산화물 상부전극(40)은 알루미늄 아연 산화막(AlZnO)일 수 있다. 또는, 상기 산화물 상 부전극(40)은 GZO, BZO, IZO, ITO 등 일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 산화막(30), 산화물 하부전극(20), 산화물 상부전극(40)으로 구성된 투명 압전소자는 높은 투과성을 가진다. 이러한 투명 압전 소자는 투명성과 정보처리 특성이 요구되는 투명 전자 부품으로 응용 가능한 구조물이다. 예를 들면, 상기 투명 압전 소자는 투명 센서, 투명 RFID 태그, 투명 필터 등에 응용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 압전 소자의 투과율을 설명하기 위한 그래프이다. 도 2에서, 종축은 투과율(transmittance)을 나타내며, 횡축은 파장(wavelength)을 나타낸다. 글래스 기판 위에 알루미늄 질화막을 증착한 경우(a)는 투과율이 전 파장 영역에서 상대적으로 높음을 알 수 있다. 글래스 기판 위에 알루미늄 아연 산화막을 증착한 경우(b)는 투과율이 상대적으로 a의 경우보다 낮음을 알 수 있다. 글래스 기판 위에 알루미늄 아연 산화막(AlZnO), 알루미늄 질화막(AlN)을 차례로 증착한 경우(c)에는 a의 경우와 b의 경우의 중간 정도의 투과율을 가진다. 결론적으로, c의 경우에도 가시광선 영역에서 높은 투과율을 가짐을 알 수 있다.

도 3은 XRD 방법으로 알루미늄 질화막의 결정성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3에서, 글래스 기판 위에 알루미늄 질화막을 증착한 경우(d)와 알루미늄 아연 산화막 위에 알루미늄 질화막을 증착한 경우(e)의 결정성을 비교할 수 있다. 피크의 크기가 e의 경우 더 크므로, 알루미늄 아연 산화막 위에 알루미늄 질화막을 증착하는 경우 결정성이 향상됨을 알 수 있다.

도 4a 내지 4c는 본 발명의 실시예에 따른 투명 압전 소자의 형성방법을 설 명하기 위한 도면들이다.

도 4a를 참조하면, 기판(10) 상에 산화물 하부전극(20)이 형성된다. 상기 기판(10)은 글래스 기판 또는 플라스틱 기판으로 형성될 수 있다. 플라스틱 기판은 PC(폴리 카보네이트), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PI(폴리이미드) 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 산화물 하부전극(20)은 알루미늄 아연 산화막(AlZnO)으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 산화물 하부전극(20)은 GZO, BZO, IZO, ITO 등으로 형성될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 상기 산화물 하부전극(20) 상에 압전효과를 가지는 알루미늄 질화막(AlN,30)이 형성된다. 알루미늄 질화막(30)은 높은 투과율(transmittance)를 가지면, 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 기판(10)이 글래스 기판인 경우에는 알루미늄 질화막(30)은 10~200㎚의 두께로 형성될 수 있으며, 스퍼터링 공정에서 파워는 150W 이하이고, 기판(10) 온도는 0~300℃일 수 있다. 이 경우 알루미늄 질화막(30)은 비저항이 0.01~0.0001Ω㎝이며, 광투과율은 80% 이상일 수 있다.

상기 기판(10)이 플라스틱 기판인 경우에는 알루미늄 질화막은 50~200㎚의 두께로 형성될 수 있으며, 스퍼터링 공정에서 파워는 100W 이하이고, 기판(10) 온도는 상온, 예를 들면 10~20℃일 수 있다. 이 경우, 알루미늄 질화막(30)은 100W 이하의 전력(power)으로 증착하여야 플라즈마 온도에 의한 기판 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 플라스틱 기판 위에 산화물 하부 전극(20) 및 알루미늄 질화막(30)의 증착시 기판(10)의 손상을 최소화하기 위해 저온 공정을 사용한다.

상기 스퍼터링 방법이 RF 스퍼터링인 경우에는 아르곤과 질소의 비율을 각각 1:1로 조절하고, 파워는 100~300W, 온도는 0~300℃로 설정할 수 있다. 이 경우, 알루미늄 질화막(30)은 광투과율이 85% 이상일 수 있다.

알루미늄 질화막(30)은 고온과 고전력의 높은 에너지로 인하여 결정학적으로 (002) 방향으로 정렬된 양질의 박막을 얻을 수 있다.

도 4c를 참조하면, 상기 알루미늄 질화막(30) 상에 산화물 상부전극(40)이 형성된다. 상기 산화물 상부전극(40)은 알루미늄 아연 산화막(AlZnO)으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 산화물 상부전극(40)은 GZO, BZO, IZO, ITO 등으로 형성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 압전 소자를 설명하기 위한 도면이다.

도 2은 파장에 따른 투명 압전 소자의 투과도를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3는 XRD 측정 방법에 의하여 투명 압전 소자의 향상된 결정성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4a 내지 4c는 본 발명의 실시예에 따른 투명 압전 소자의 형성방법을 설명하기 위한 도면들이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 기판 20: 산화물 하부전극

30: 알루미늄 질화막 40: 산화물 상부전극

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 플라스틱으로 형성되는 기판을 준비하는 단계;

   상기 기판 상에 알루미늄 아연 산화물(AlZnO)을 포함하는 산화물 하부 전극을 형성하는 단계;

   아르곤과 질소의 비율이 1 : 1로 유지되고, 파워는 100W이며, 상기 기판의 온도는 10 내지 20 ℃인 조건에서 RF 스퍼터링 방법에 의해, 상기 산화물 하부 전극 상에 압전 효과를 가지는 알루미늄 질화막(AlN)을 50 내지 200 nm의 두께로 형성하는 단계; 및

   상기 알루미늄 질화막 상에 알루미늄 아연 산화물(AlZnO)을 포함하는 산화물 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   투명 압전 소자의 형성방법.
6. 삭제
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 산화물 하부전극 및 상기 산화물 상부전극은 GZO(Gallium Zinc Oxide), BZO(Boron Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide) 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

   투명 압전 소자의 형성방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 5에 있어서,

    상기 기판은 PC(폴리 카보네이트), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PI(폴리이미드) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,

    투명 압전 소자의 형성방법.

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