KR101076520B1 - 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법 - Google Patents
나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101076520B1 KR101076520B1 KR1020090051865A KR20090051865A KR101076520B1 KR 101076520 B1 KR101076520 B1 KR 101076520B1 KR 1020090051865 A KR1020090051865 A KR 1020090051865A KR 20090051865 A KR20090051865 A KR 20090051865A KR 101076520 B1 KR101076520 B1 KR 101076520B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- stamp
- optoelectronic device
- substrate
- sol
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 title abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- -1 WO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 7
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 7
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 2
- GMACPPQKLRQSSU-UHFFFAOYSA-N 2-(2-hydroxyethylamino)ethanol Chemical compound OCCNCCO.OCCNCCO GMACPPQKLRQSSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 51
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 description 2
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- BLCTWBJQROOONQ-UHFFFAOYSA-N ethenyl prop-2-enoate Chemical compound C=COC(=O)C=C BLCTWBJQROOONQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
- B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
- B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
나노 임프린트 리소그래피법을 이용하여 광 효율을 높일 수 있는 광전자 소자 제조 방법에 관하여 개시한다.
본 발명에 따른 광전자 소자 제조 방법은 (a) 투명 기판 상에, 상기 투명 기판과의 굴절률 차이가 0.4 이내인 전구체를 포함하는 졸 솔루션(sol solution)을 도포하는 단계; (b) 표면에 나노 패턴이 형성된 스탬프를 이용하여, 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography)법으로 상기 스탬프에 형성된 패턴을 상기 투명 기판 상의 졸 솔루션에 전사하면서, 상기 졸 솔루션을 겔 솔루션(gel)으로 변화시키는 단계; 및 (c) 상기 겔 솔루션을 어닐링(annealing)하여 다결정(poly-crystal) 광산란층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양 전지(Solar Cell)나 LED(Light Emitting Diode} 소자와 같은 광전자 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 갈륨나이트라이드(GaN)층이나 ITO(Indium Tin Oxide)층과 같은 광전자 소자 표면에 광산란층(light scattering layer)을 직접 형성함으로써 저가의 공정 비용 및 간단한 공정으로도 광전자 소자의 광추출 효율 등의 광 효율을 높일 수 있는 기술에 관한 것이다.
광전자 소자(Optoelectric device)란 전기 에너지를 광 에너지로 변화시키거나 광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자를 말한다. 전자의 경우 대표적인 예로 LED(Light Emitting Device) 소자를 들 수 있고, 후자의 경우 대표적인 예로 태양전지(Solar Cell)를 들 수 있다.
이러한 광전자 소자의 경우, 전기적 에너지에서 광 에너지로의, 혹은 광 에너지에서 전기적 에너지로의 변환 효율을 높이는 것이 중요하다. 즉, 전기적 에너지로부터 광 에너지로 변환시키는 LED 소자의 경우 전기적 에너지로부터 발생되는 광을 외부로 추출되는 효율이 높아야 하며, 광 에너지로부터 전기적 에너지로 변환시키는 태양 전지의 경우 전지 표면에서 광 에너지 자체의 투과 또는 흡수 효율이 높아야 한다.
이를 위하여, 광전자 소자의 표면에서 광추출 효율, 광투과 효율 등을 높이기 위하여 나노 패턴을 이용한 난반사를 이용하거나, 원하는 파장대의 빛을 필터링하여 증폭할 수 있는 광결정 구조를 이용할 수 있다.
LED 소자의 경우, 현재는 투명 전극의 특성 개선이나 간단한 식각을 이용한 난반사 효과, vertical LED, flip chip 등과 같이 LED 소자의 구조 변화 등에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히, 최근에는 갈륨나이트라이드(GaN)층이나 ITO(Indium Tin Oxide)층과 같은 LED 소자 표면에 나노 패턴 구조를 형성하여 추출된 빛의 반사를 방지하여, 광추출 효율을 높이는 방법이 많이 연구되고 있는데, 이러한 나노 패턴 구조는 주로 포토 리소그래피 공정(Photo Lithography Process) 또는 이빔 리소그래피 공정(e-beam Lithography Process)을 통하여 형성되고 있다.
그러나, 포토 리소그래피 공정이나 이빔 리소그래피 공정의 경우, 표면의 굴곡이 비교적 심한 LED 기판보다 평탄한 기판에 주로 적용되며, 대면적의 기판에 적용할 경우, 하나의 기판 상에 패턴을 형성하기 위해 각각의 리소그래피 공정을 여 러번 거쳐야 하며, 또한 공정 단계가 많아 공정이 비교적 복잡하고, 이에 따라 공정 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
따라서, 상기의 포토 리소그래피 공정이나 이빔 리소그래피 공정을 이용한 LED 소자의 표면에 나노 패턴을 형성하는 것은 그다지 효율적이 못하며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 저가의 공정 비용으로도 대면적의 기판, 굴곡이 있는 기판 등에 정확한 나노 패턴을 형성하여, LED 소자의 광추출 효율을 높일 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 LED 소자나 태양전지와 같은 광전자 소자 표면에 소자 표면과 굴절률이 비슷한 물질을 포함하는 졸 솔루션(sol solution)을 도포한 후, 나노 임프린트 리소그래피 방법(nano imprint lithography)을 이용하여 직접적으로 광산란층을 형성함으로써, 광전자 소자의 광추출 효율, 광투과 효율 등과 같은 광효율을 향상시킬 수 있는 광전자 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 나노 임프린트 리소그래피 방법을 통하여 직접 형성된 광산란층을 표면에 포함하여 광효율이 우수한 태양전지나 LED 소자를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 광전자 소자 제조 방법은 (a) 기판 상에 무기 산화물을 포함하는 졸 층을 형성하는 단계; (b) 소정의 패턴을 가지는 스탬프로 상기 졸 층을 나노 임프린팅 하여 상기 기판 상에 겔 패턴층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 겔 패턴층을 어닐링 하여 상기 기판 상에 광 산란층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광전자 소자 제조 방법은 태양전지나 LED 소자와 같은 광전자 소자의 갈륨나이트라이드(GaN)층이나 ITO(Indium Tin Oxide) 층과 같은 표면층 상에 이와 굴절률이 비슷한 물질이 포함된 졸 솔루션(sol solution)을 도포하고, 간단한 나노 임프린트 리소그래피 공정을 실시함으로써, 광전자 소자 표면층 상에 직접 나노 패턴을 갖는 광산란층을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 LED 소자 또는 태양전지는 저가의 공정으로도 대면적 기판에도 정확한 패턴을 형성할 수 있는 나노 임프린트 리소그래피 공정으로 형성된 광산란층을 통하여 광추출 효율, 광투과 효율 등의 광 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography) 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 광전자 소자 제조 방법은 투명 기판 상에 졸 솔루션(sol solution)을 도포하는 졸 솔루션 도포 단계(S110), 투명 기판 상에 도포된 졸 솔루션에 패턴을 전사하면서 졸 솔루션의 상태를 겔(gel) 상태로 변화시키는 나노 임프린트 리소그래피 단계(S120) 및 열처리를 통하여 겔 상태를 다 결정화하는 어닐링 단계(S130)를 포함한다.
졸 솔루션 도포
졸 솔루션 도포 단계(S110)에서는 투명 기판 상에, 투명 기판과의 굴절률 차이가 0.4 이내인 전구체를 포함하는 졸 솔루션(sol solution)을 도포한다.
투명 기판은 태양전지나 LED 소자와 같은 광전자 소자의 표면층(surface layer)에 해당할 수 있는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 갈륨나이트라이드(GaN) 재질로 이루어져 있을 수 있다.
후술하는 나노 임프린트 리소그래피 공정(S120)을 위해서는 졸 솔루션이 일정 수준 이상의 유동성을 가져야 한다. 따라서, 졸 솔루션은 0.3~100cps의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 점도가 0.3cps 미만일 경우, 전구체의 함량비가 너무 낮은 문제점이 있고, 점도가 100cps를 초과하면 유동성이 떨어져 나노 임프린트 리소그래피 공정이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다.
졸 솔루션은 용매에 전구체가 포함되어 있는데, 졸 솔루션에 포함되는 전구체는 나노 임프린트 리소그래피 단계(S120) 및 어닐링 단계(S130)를 통하여 결정질의 광산란층을 형성하는 물질이다. 졸 솔루션에 포함되는 전구체는 0.1~10M의 농도로 용해되어 있을 수 있으며, 이 경우 도포된 졸 솔루션은 상기의 0.3~100cps 정도의 점도를 가져, 후술하는 나노 임프린트 리소그래피 공정(S120)에서 요구되는 적당한 점도를 갖게 된다.
졸 솔루션에 포함된 전구체는 투명 기판을 구성하는 물질과의 굴절률 차이가 0.4 이내인 것이 바람직하다. 0.4 이내의 굴절률 차이를 통하여 투명 기판과 전구체로부터 형성되는 광산란층 사이의 굴절률의 급격한 변화를 방지할 수 있으며, 기존의 ITO-공기 또는 GaN-공기 계면에서 발생하는 전반사를 줄일 수 있다. 따라서, LED 소자와 같은 광전자 소자의 표면에 상기 제시된 굴절률을 갖는 광산란층을 형성할 경우, 광전자 소자로부터 방출되는 빛의 강도를 높이고, 공기 계면에서 발생하는 전반사를 막을 수 있는 장점이 있다.
투명 기판이 ITO 또는 GaN 재질로 이루어져 있을 경우, 형성되는 광산란층의 굴절률 차이가 적으면서 또한, 다결정으로의 상변화가 가능한 물질로는 ITO, TiO2, WO3, ZnO 및 SiO2 전구체 등과 같은 산화물을 들 수 있으며, 이들 전구체가 단독으로 또는 2이상이 혼합된 졸 솔루션을 이용할 수 있다. 예를 들어, TiO2 기반의 광산란층의 경우, 전구체(precursor)로서 티타늄 알콕사이드(Titanium alkoxide)를 용매에 분산시킨 졸 솔루션을 이용할 수 있다. 또한, ITO 기반의 광산란층의 경우, 전구체로서 인듐-주석 알콕사이드(Indium-Tin alkoxide)를 용매에 분산시킨 졸 솔루션을 이용할 수 있다.
용매는 에탄올, DMF(Dimethylforamide), 톨루엔, 물 등이 이용될 수 있다. 다만, 너무 쉽게 증발할 경우 투명 기판에의 졸 솔루션 도포나 나노 임프린트 리소그래피 공정의 어려움이 있으므로, 끓는점이 적어도 60℃ 이상인 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 졸 솔루션에는 안정제로서 디에탄올라민(diethanolamine, DEA)이 더 포함되어 있을 수 있다.
나노 임프린트 리소그래피
나노 임프린트 리소그래피 단계(S120)에서는 표면에 나노 패턴이 형성된 스탬프를 이용하여, 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography)법으로 상기 스탬프에 형성된 패턴을 상기 투명 기판 상의 졸 솔루션에 전사하면서, 상기 졸 솔루션을 겔 솔루션(gel)으로 변화시킨다.
여기서, 스탬프는 고분자 재질로 이루어질 수 있으며, 표면에 반대 패턴이 형성된 마스터 스탬프로부터 복제된 스탬프일 수 있다. 본 기술에 적용 가능한 스템프는 단단한 재질의 스탬프보다는 가공 및 복제가 유리한 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(Poly methy methacrylate), PVC(poly vinyl chloride), PC(poly carbonate), PVA(poly vinyl acrylate), PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 연질의 재질로 이루어진 스탬프가 더 바람직하다. 나노 임프린트 리소그래피 공정에 이용되는 PDMS 등의 스탬프들은 연질의 고분자 재질로서 쉽게 패턴을 형성하고, 또한 쉽게 복제할 수 있다. 스탬프에 형성되는 패턴은 300nm~100㎛ 정도의 패턴 피치(Pattern pitch)를 갖는 주기적인 패턴으로 형성되어 있을 수 있다. 또한 스탬프에 형성되는 패턴은 필 팩터(fill factor)가 0.2~0.7 정도일 수 있다.
마스터 스탬프는 Si나 금속과 같은 단단한 재질의 스탬프가 일반적이나, 비교적 단단한 재질의 고분자 몰드도 이용할 수 있다. 또한, 마스터 스탬프의 표면에 는 그라파이트(Graphite) 코팅이나 SAM(Self Assembled Monolayer)와 같은 이형층을 형성하여 복제 스탬프와 마스터 스탬프의 분리를 용이하게 할 수 있으며, 광산란층 형성에 이용되는 스탬프(310)에도 마찬가지로 적용될 수 있으며, 임프린트 리소그래피 과정에서 고굴절 물질로 이루어진 광산란층을 용이하게 분리할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 나노 임프린트 리소그래피 단계를 세부적으로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 나노 임프린트 리소그래피 단계(S120)는 스탬프와 투명 기판 정렬 단계(S121), 패턴 전사 단계(S122) 및 스탬프와 투명 기판 분리 단계(S123)의 순서로 진행될 수 있다.
우선, 스탬프와 투명 기판 정렬 단계(S121)에서는 졸 솔루션이 도포된 투명 기판 상에 나노 패턴이 형성된 스탬프를 정렬한다.
패턴 전사 단계(S122)에서는 가열 및 가압 공정을 통하여, 상기 스탬프와 상기 투명 기판을 접촉시켜 상기 스탬프에 형성된 나노 패턴을 상기 투명 기판 상의 졸 솔루션으로 전사하고, 상기 솔루션에 포함된 용매를 제거하여 겔 솔루션으로 변화시킨다. 본 과정은 고분자 재질의 스탬프의 변형이 일어나지 않으면서 졸 솔루션 내부에 포함된 용매를 제거할 수 있는 온도인 60~200℃ 정도의 온도에서 1~20atm 정도의 압력으로 스탬프와 투명 기판을 압착시키는 가압 공정으로 이루어질 수 있다. 가압 및 가열 온도는 졸 솔루션에 포함된 용매의 종류에 따라서 조절할 수 있다.
스탬프와 투명 기판 분리 단계(S123)에서는 스탬프 및 투명 기판을 분리한 다.
어닐링
어닐링 단계(S130)에서는 겔 상태의 패턴이 다결정 패턴으로 변화하는 온도인 100~1000℃ 정도의 온도에서 어닐링(annealing)을 통하여 잔류 용매, 유기물 등을 제거하고, 겔 상태를 다결정(poly-crystal)으로 상변환시켜, 다결정 광산란층을 형성한다. 어닐링 조건은 광산란층의 형성 메카니즘이나 결합 특성에 따라 산소, 질소, 진공, 공기중 등의 조건에 따라서 달라질 수 있다. 아울러 이들 가스의 유량도 적절히 조절될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 광산란층의 형성 과정의 예를 나타내는 개략도이다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, TiO2 기반의 광산란층(422)은 기판(410) 상에 티타늄 알콕사이드와 같은 TiO2 전구체를 포함하는 졸 솔루션(420)을 도포하고(도 3a), 복제된 PDMS 스탬프(430)를 준비한 후 가열 가압을 통하여 졸 솔루션(420)에 패턴을 전사함과 동시에 겔 상태의 패턴(421)으로 변환하고(도 3b), PDMS 스탬프(430)를 기판(410)으로부터 분리한 후(도 3c), 어닐링을 통하여 다결정질의 TiO2 광산란 패턴(422)을 형성(도 3d)함으로써 이루어질 수 있다.
상기와 같은 과정으로 형성되는 광산란층은 태양전지나 LED 소자 등과 같은 광전자 소자의 표면층에 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 광산란층이 형성된 LED 소자의 예를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, LED 소자는 사파이어 기판(510) 상에 n-GaN층(521), 다양자우물층(Multi Quantum Well, 522)이 수직 성장되고, 그 위에 ITO와 같은 투명 전도성 산화물층(Transparent Conductive Oxide, 530)이 표면층으로 형성될 수 있다. n-GaN층(521)과 p-GaN층(523)은 금속 전극(524a,524b)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 투명 전도성 산화물층(530) 상에 다양자우물층(522)로부터 발광되는 광이 외부로 추출되는 효율, 즉 광추출 효율을 향상시키기 위하여 광산란층(540)을 형성할 수 있는데, 상술한 방법으로 광산란층을 형성할 경우, 나노 임프린트 리소그래피 방법을 통하여 직접적이면서도 정밀하게 광산란층을 형성할 수 있어 표면 거칠기를 향상시킬 수 있으며, 규칙적인 나노 구조에 의한 효과가 더해져 난반사 등을 유도하여 높은 광 추출 효율을 얻을 수 있다.
도 5는 종래기술에 따른 광산란층이 형성되지 않은 LED 소자와 본 발명에 따른 TiO2 광산란층이 형성된 LED 소자의 발광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 졸 솔루션을 이용하여 나노 임프린트 리소그래피 공정으로 형성한 TiO2 광산란층(실시예1) 및 나노 파티클 솔루션을 이용하여 나노 임프린트 리소그래피 공정으로 형성한 TiO2 광산란층(실시예2)이 적용된 LED 소자들의 발광 강도가 종래의 광산란층이 형성되지 않은 LED 소자보다 발광 강도가 매우 높은 것을 알 수 있다. 발광 강도가 높다는 것은 그만큼 광추출 효 율이 높은 것을 의미하므로, 본 발명에 따른 광전자 소자의 제조 방법에 의해 제조된 광전자 소자는 종래에 비하여 높은 광 효율을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 나노 임프린트 리소그래피 단계를 세부적으로 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 광산란층 형성 과정의 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광산란층이 형성된 LED 소자의 예를 나타낸 것이다.
도 5는 종래기술에 따른 광산란층이 형성되지 않은 LED 소자와 본 발명에 따른 TiO2 광산란층이 형성된 LED 소자의 발광 강도를 나타내는 그래프이다.
Claims (12)
- 삭제
- (a) 기판 상에 무기 산화물을 포함하는 졸 층을 형성하는 단계;(b) 소정의 패턴을 가지는 스탬프로 상기 졸 층을 나노 임프린팅 하여 상기 기판 상에 겔 패턴층을 형성하는 단계; 및(c) 상기 겔 패턴층을 어닐링 하여 상기 기판 상에 광 산란층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법에 있어서,상기 기판과 상기 광 산란층의 굴절률 차이는 0.4 이내인 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 (b) 단계는,상기 스탬프와 상기 졸 층을 대응시키는 단계;상기 스탬프를 상기 졸 층에 압착시켜 상기 스탬프의 패턴을 상기 졸 층에 전사시키는 단계;상기 졸 층을 가열하는 단계; 및상기 스탬프를 상기 졸 층으로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 (b) 단계에서 나노 임프린팅 온도는 60 내지 200℃이고 나노 임프린팅 압력은 1 내지 20 atm인 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 졸 층에 상기 무기 산화물이 0.1 내지 10 M의 농도로 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 졸 층은 0.3 내지 100 cps의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 졸 층에 포함되는 무기 산화물은 ITO, TiO2, WO3, ZnO, SiO2 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 졸 층은 안정제로서 디에탄올라민(diethanolamine)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 스탬프의 재질은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자 제조 방법.
- 삭제
- 기판 상에 무기 산화물을 포함하는 졸 층을 형성하고, 소정의 패턴을 가지는 스탬프로 상기 졸 층을 나노 임프린팅 하여 상기 기판 상에 겔 패턴층을 형성하며, 상기 겔 패턴층을 어닐링 함으로써 상기 기판 상에 형성되는 광 산란층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자에 있어서,상기 기판과 상기 광 산란층의 굴절률 차이는 0.4 이내인 것을 특징으로 하는 광전자 소자.
- 제11항에 있어서,상기 졸 층에 포함되는 무기 산화물은 ITO, TiO2, WO3, ZnO, SiO2 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광전자 소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090051865A KR101076520B1 (ko) | 2009-06-11 | 2009-06-11 | 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090051865A KR101076520B1 (ko) | 2009-06-11 | 2009-06-11 | 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100133136A KR20100133136A (ko) | 2010-12-21 |
| KR101076520B1 true KR101076520B1 (ko) | 2011-10-24 |
Family
ID=43508562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090051865A KR101076520B1 (ko) | 2009-06-11 | 2009-06-11 | 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101076520B1 (ko) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101299359B1 (ko) * | 2011-04-20 | 2013-08-22 | 한양대학교 산학협력단 | 광추출 효율이 향상된 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법 |
| DE102012206858B4 (de) * | 2012-04-25 | 2021-05-20 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer optischen Fenstervorrichtung für eine MEMS-Vorrichtung |
| KR101373362B1 (ko) * | 2012-08-23 | 2014-03-14 | 고려대학교 산학협력단 | 나노 패턴 구조물의 제조 장치 |
| JP2019527938A (ja) * | 2016-08-05 | 2019-10-03 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 導電性材料のインプリントリソグラフィの方法、インプリントリソグラフィのためのスタンプ、及びインプリントリソグラフィのための装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070152225A1 (en) * | 2005-12-29 | 2007-07-05 | Carl Zeiss Meditec Inc. | Optical broadband emitters and methods of making the same |
| JP2007245684A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Sekisui Chem Co Ltd | レプリカモールドの製造方法 |
-
2009
- 2009-06-11 KR KR1020090051865A patent/KR101076520B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070152225A1 (en) * | 2005-12-29 | 2007-07-05 | Carl Zeiss Meditec Inc. | Optical broadband emitters and methods of making the same |
| JP2007245684A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Sekisui Chem Co Ltd | レプリカモールドの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20100133136A (ko) | 2010-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gao et al. | Large-area nanosphere self-assembly by a micro-propulsive injection method for high throughput periodic surface nanotexturing | |
| TWI419367B (zh) | 光電元件及其製造方法 | |
| Byeon et al. | Recent progress in direct patterning technologies based on nano-imprint lithography | |
| Song et al. | Multifunctional light escaping architecture inspired by compound eye surface structures: From understanding to experimental demonstration | |
| KR101076520B1 (ko) | 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 광전자 소자 제조 방법 | |
| CN102157642A (zh) | 一种基于纳米压印的高出光效率led的制备方法 | |
| WO2014101798A1 (zh) | 一种倒装光子晶体led芯片及其制造方法 | |
| KR101145867B1 (ko) | ＳＯＧ(Ｓｐｉｎ-ｏｎ ｇｌａｓｓ)를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법 | |
| TW201228807A (en) | Method of imprinting a texture on a rigid substrate using flexible stamp | |
| KR101233062B1 (ko) | 나노 급 패턴이 형성된 고효율 질화물계 발광다이오드용 기판의 제조방법 | |
| KR20100003690A (ko) | 고투과도를 갖는 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방법 | |
| Sun et al. | Wafer-scale high anti-reflective nano/micro hybrid interface structures via aluminum grain dependent self-organization | |
| Liang et al. | Bio-inspired flexible fluoropolymer film for all-mode light extraction enhancement | |
| WO2011134857A1 (en) | Method of fabricating semiconductor quantum dots using nanoimprint lithography | |
| KR101233768B1 (ko) | 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 발광다이오드 | |
| US20090045435A1 (en) | Stamp having nanoscale structure and applications therefore in light-emitting device | |
| CN103151436A (zh) | 一种孔状GaN基光子晶体LED的制备方法 | |
| CN103097113B (zh) | 制造纳米压印模具的方法、利用由此制造的纳米压印模具制造发光二极管的方法以及由此制造的发光二极管 | |
| KR101182383B1 (ko) | 투명 전도성 기판의 나노 패턴 형성방법 | |
| KR101117934B1 (ko) | 광산란층 형성 방법 | |
| CN108091552B (zh) | 一种在透光衬底上制备微纳米结构图案的方法 | |
| KR20100104103A (ko) | 태양전지의 반사방지막 형성 방법 | |
| CN108461586B (zh) | 一种基于NiO纳米点反射镜的垂直结构LED芯片及其制备方法 | |
| KR101299359B1 (ko) | 광추출 효율이 향상된 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법 | |
| TW201310081A (zh) | 微奈米複合結構及其製作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141020 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161018 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171018 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181015 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190930 Year of fee payment: 9 |