KR101141139B1 - 투명 전도막 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 전도막에 대한 것으로서, 이 전도막은 제1 투명층, 상기 제1 투명층 위에 형성되어 있는 금속층, 그리고 상기 금속층 위에 형성되어 있는 제2 투명층을 포함하며, 상기 제1 투명층 또는 상기 제2 투명층은 질화막 또는 황화막으로 형성되어 있다. 따라서, 산화물/금속/산화물의 적층 구조를 가지는 투명 전극을 사용하면서 일부에 질화막을 형성함으로써, 투명도를 유지하면서 저저항의 금속 전극을 형성할 수 있다.
투명 소자, 투명 전도막, 투명 전극
Description
본 발명은 투명 전도막에 대한 것이다. 특히 본 발명은 저저항 투명 전도막 구조에 대한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-079-03, 과제명: 투명전자소자를 이용한 스마트 창].
투명 전도막은 디스플레이의 투명배선, 터치패널필름, 태양전지용 투명 전도막, 전자파 차페막 등 많은 응용분야가 있다.
투명 전도막의 경우는 ITO가 투명 전극 중에서 가장 낮은 저항을 가지고 있어 일반적으로 적용된다.
그러나 디스플레이가 대면적화 되어 배선의 길이가 길어지고 또한 고성능의 투명한 회로에 적용하기에 ITO의 전기 전도도가 모자란 측면이 있다. 그래서 배선의 전기저항을 감소시키기 위하여 금속을 보조배선으로 사용하기도 한다. 그러나 공정이 추가되고 또한 불투명한 금속배선으로 인하여 전체의 투과율 감소의 요인이 된다.
종래에는 전기저항을 감소하기 위한 구조로서 산화물/금속/산화물 (Oxide/Metal/Oxide :OMO) 구조가 제안되었다.
OMO 구조의 투명 전도막의 경우, 굴절율이 약 2이상의 큰 값을 가지고 그 주변물질이 비교적 작은 값을 가지는 상태에서 빛이 투과할 때 OMO의 산화물과 그 주변 물질의 경계면에서 큰 전기장이 형성된다. 그리고 가시광영역의 빛의 파장이 반파장이 되도록 두께를 조절하면 그 두께의 가운데 지점에서의 빛의 전기장의 세기는 최소값을 가진다. 금속의 반사율이 높은 이유는 금속내부의 높은 밀도의 전도전자와 빛의 전기장이 상호작용하여 빛이 투과하지 못하고 대부분 반사를 하기 때문이다. 그런데 앞서 기술한 빛의 전기장이 최소인 지점에 금속이 위치하고 있으면 투과되는 빛이 금속의 전자와 상호작용이 매우 작아지면서 전체의 OMO구조의 투과율이 증가하게 된다.
한편, 현재 대표적인 투명 전도막으로 ITO 이외에, 산화 아연에 3가 금속인 Al, Ga, In, 등을 첨가한 AZO, GZO, IZO 등의 물질도 사용되는데 ITO보다 저렴하거나 혹은 고가의 In원소를 사용하지 않는 투명 전도막에 대한 수요가 점점 증가하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 산화물/금속/산화물 적층 구조의 투명 전도막을 개선하여 저저항의 투명 전극을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 투명 전도막은 제1 투명층, 상기 제1 투명층 위에 형성되어 있는 금속층, 그리고 상기 금속층 위에 형성되어 있는 제2 투명층을 포함하되, 상기 제1 투명층 또는 상기 제2 투명층 중 한 층은 상기 질화막 또는 황화막으로 이루어져 있으며, 다른 한 층은 산화막으로 이루어져 있을 수 있고, 상기 질화막 또는 황화막은 GaN, AlN, InN 와 이들의 조합인 AlGaN, GaInN, AlInN, AlGaInN, Si3N4, 또는 ZnS일 수 있다.
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상기 제1 투명층 및 제2 투명층의 두께는 30nm 내지 70nm를 충족할 수 있다.
상기 제1 투명층 및 제2 투명층은 적어도 두개의 층으로 이루어지는 적층구조를 가지며, 상기 적층구조는 상기 산화막 또는 질화막/황화막으로 이루어질 수 있다.
상기 투명 전도막은 상기 제1 투명층 하부 또는 제2 투명층 상부에 형성되어있는 저굴절율층을 더 포함할 수 있다.
상기 저굴절율층은 MgO, Al2O3, CeF3, Na3AlF6, CaF2, MgF2, BaF2, SiO2, 그리고 굴절율이 낮은 투명 유기물 전도체 또는 절연체, 상기 굴절율이 낮은 투명 유기물 전도체와 탄소나노튜브(CNT)가 혼합되어 있는 유기물일 수 있다.
본 발명에 의하면, 산화물/금속/산화물의 적층 구조를 가지는 투명 전극을 사용하면서 일부에 질화막을 형성함으로써, 투명도를 유지하면서 저저항의 금속 전극을 형성할 수 있다.
이와 같은 투명 전도막은 다양한 분야에 응용할 수 있으며, 터치 필름에 응용할 때는 전도막의 투과도와 전도도 뿐만 아니라 마모에 강하도록 내구성이 강화된 금속 전극을 형성할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명에 따른 투명 전도막을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이고, 도 2는 제2 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이고, 도 3은 제3 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이며, 도 4 및 도 5는 각각 제4 및 제5 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 전도막은 기판(100) 위에 복수의 적층 구조를 포함한다.
상세히 설명하면, 기판(100)은 실리콘 웨이퍼, 유리 또는 플라스틱일 수 있으며, 이러한 기판(100) 위에 산화막(120), 금속층(130) 및 질화막(140)이 차례로 적층되어 있다.
이때, 산화막(120)과 질화막(140)은 모두 투명층이며, 그의 순서는 서로 반대일 수 있다.
금속층(130)은 높은 전기전도도를 가져서 얇은 두께에서도 충분히 낮은 저항값을 가져야 하고 동시에 광 흡수율이 낮아야 한다. 여기에 적합한 금속은 Ag, Cu, Au, Al 등이 있는데 그 중에서 Ag가 가장 적합하다. Ag에 Cu와 Pd 등 다양한 합금을 사용할 수도 있다. 금속층(130)이 Ag일 경우, 1nm~15nm의 두께 범위이고 10nm~12nm 가 가장 적합하다.
산화막(120)은 가시광선 영역에서 높은 투과도를 가지고 굴절율이 적어도 1.9 이상의 값을 가지는 것이 적당하다.
질화막(140)은 가시광선영역에서 투명하며 높은 굴절율을 가지는 질화물, 혹은 황화물의 사용할 수 있다.
즉, 높은 굴절율을 가지는 산화막(120)으로, 산화물 전도체로는 ITO (굴절율:2.0), AZO(2.0), GZO(2.0), IZO, IZTO 등이 있고, 산화물 반도체로는 ZnO(1.93), SnO2(2.0), ZnSnOx, InGaZnOx 등이 있으며, 산화물 절연체로는 ZrO2 (2.05), HfO2 (2.0), Ta2O5 (2.1), TiO2 (2.3) 등이 있다.
또한, 높은 굴절율을 가지는 질화막(140)으로, 질화물 반도체로는 GaN(2.5), AlN(2.05), InN 와 이들의 조합인 AlGaN, GaInN, AlInN, AlGaInN 등이 있으며, 질화물 절연체는 Si3N4 (2.02) 가 있고, 황화물은 ZnS(2.4)가 있다.
이때, 금속층(130) 상부 및 하부의 투명막인 산화막(120)과 질화막(140)의 두께는 30nm 내지 70nm를 충족한다.
이와 같은, 금속층(130)의 상하부에 산화막(120) 및 질화막(140)이 형성되어 있는 투명 전도막 구조는 도 2와 같이 기판(200) 하부에 2중의 산화막 또는 질화막(210, 220)이 적층되어 있고, 그 위에 금속층(230) 및 2중의 산화막 또는 질화막(240, 250)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다.
즉, 도 1 또는 도 2와 같이 A/금속/B 혹은 A/A'/금속/B/B'의 구조에서 A, A', B, B' 에서 적어도 하나의 부분이 질화물로 구성된 투명 전도막을 만들 수 있으며, A+A'와 B+B'의 두께는 30nm 내지 70nm를 충족한다.
한편, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 투명 전도막 구조는 저굴절율층(360, 460)을 더 포함할 수 있다.
저굴절율층(360, 460)은 가시광선 영역에서 투명하고 굴절율이 낮은 것이 적합하다.
예를 들어, 저굴절율층(360, 460)은 MgO(1.7), Al2O3(1.63), CeF3(1.63), Na3AlF6(1.33), CaF2(1.35), MgF2(1.38), BaF2(1.4) SiO2 (1.46) 그리고 굴절율이 낮 은 투명 유기물 전도체 또는 절연체, 굴절율이 낮은 투명 유기물 전도체와 탄소나노튜브(CNT)가 섞여있는 유기물일 수 있다.
위의 낮은 굴절율을 가지는 물질군은 C라고 하면 도 1의 구조에서 기판(100) 위에 또는 최상층에 저굴절율층이 형성되어 C/A/금속/B, A/금속/B/C, 또는 C/A/금속/B/C'의 구조를 갖거나, 도 3과 같이 기판(300), 하부 투명층(310, 320), 금속층(330), 상부 투명층(340, 350) 및 최상층에 저굴절율층(360)이 형성된 A/A'/금속/B/B'/C 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 4와 같이 기판(400) 위에 저굴절율층(460)이 형성되며, 저굴절율층위에 하부 투명층(410, 420), 금속층(430) 및 상부 투명층(440, 450)이 적층되어 C/A/A'/금속/B/B'구조를 가질 수 있으며, 이와 달리 투명 전도막 구조의 상하부에 저굴절율층(360, 460)이 형성되어 C/A/A'/금속/B/B'/C'의 구조를 가질 수도 있다.
한편, 도 5와 같은 투명 전도막 구조는 기판(500) 위에 산화막/금속/질화막(510/520/530)의 제1 구조가 적층되어 있고, 제1 구조 위에 저굴절율층(540)이 형성되어 있다. 또한 저굴절율층(540) 위에 산화막/금속/질화막(550/560/570)의 제2 구조가 적층되어 있다.
이때, 산화막 또는 질화막(510, 530, 550, 570)은 서로 반대로 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5와 같이 저굴절율층(360, 460, 540)을 투명 유기물 전도체 또는 절연체와 탄소나노튜브(CNT)가 혼합되어 있는 유기물 전도체 등으로 형성하여 표면의 마모를 방지함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.
이러한 투명 전도막 구조는 LED소자, OLED소자, 태양전지 등의 경우 각각의 소자에 적합한 일함수를 가지는 물질을 선택하여 구성할 것이며, 또한 투명 트렌지스터와 같은 투명소자에서 투명 전도막이 두 층 이상 겹쳐지는 경우에도 낮은 굴절율 층을 적절히 이용하여 투과도 감소를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이다.
도 2는 제2 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이다.
도 3은 제3 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 제4 및 제5 실시예에 따른 투명 전도막을 나타내는 단면도이다.
Claims (7)
- 제1 투명층;상기 제1 투명층 위에 형성되어 있는 금속층; 및상기 금속층 위에 형성되어 있는 제2 투명층을 포함하되,상기 제1 투명층 또는 상기 제2 투명층 중 한 층은 질화막 또는 황화막이며, 다른 한 층은 산화막이고, 상기 질화막 또는 황화막은 GaN, AlN, InN 와 이들의 조합인 AlGaN, GaInN, AlInN, AlGaInN, Si3N4, 또는 ZnS인 투명 전도막.
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- 제1항에 있어서,상기 제1 투명층 및 제2 투명층의 두께는 30nm 내지 70nm를 충족하는투명 전도막.
- 제1항에 있어서,상기 제1 투명층 및 제2 투명층은 적어도 두개의 층으로 이루어지는 적층구조를 가지며, 상기 적층구조는 상기 산화막 또는 질화막/황화막으로 이루어지는 투명 전도막.
- 제1항 또는 제5항에 있어서,상기 투명 전도막은 상기 제1 투명층 하부 또는 제2 투명층 상부에 형성되어있는 저굴절율층을 더 포함하는 투명 전도막.
- 제6항에 있어서,상기 저굴절율층은 MgO, Al2O3, CeF3, Na3AlF6, CaF2, MgF2, BaF2, SiO2, 그리고 굴절율이 낮은 투명 유기물 전도체 또는 절연체, 상기 굴절율이 낮은 투명 유기물 전도체와 탄소나노튜브(CNT)가 혼합되어 있는 유기물인 투명 전도막.
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