KR101163647B1

KR101163647B1 - 투명전도막 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101163647B1
Application number: KR20100049821A
Authority: KR
Inventors: 이지면; 김준영; 진용출
Original assignee: 순천대학교 산학협력단
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2012-07-09
Also published as: KR20110130261A

Abstract

본 발명은 투명전도막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 투명전도막(TCO)은, 베이스 기판 상에 형성되는 일정 두께의 산화물층의 내부에 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들이 배열된 구조를 가지되, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은, 불균일한 사이즈 배열구조, 균일한 사이즈 배열구조, 불균일한 밀도 배열구조, 균일한 밀도 배열구조, 불규칙적으로 산재된 배열구조, 단일층 배열구조, 및 다층 배열구조 중에서 선택된 적어도 하나의 배열구조를 가진다. 본 발명에 따르면, 빛의 투과도를 유지하면서 전기 전도도를 향상시킬 수 있는 투명전도막의 제조가 가능하다.

Description

투명전도막 및 그 제조방법{TCO layer and method for fabricating the same}

본 발명은 투명전도막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기전도성과 빛의 투과성이 우수하면서도 생산비용을 절감할 수 있는 투명전도막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

투명전도막은 빛의 투과성이 높으면서 전기가 통하는 성질을 가지는 얇은 박막을 의미하며, 액정표시소자(liquid crystal display)나 일렉트로크로믹디스플레이(ECD), 유기전계발광소자(electroluminescence), 태양전지, 플라즈마 디스플레이패널(plasma display panel), 플렉서블(flexible) 디스플레이, 전자페이퍼, 터치패널 등의 전원인 가용 공통전극이나 화소전극으로 널리 사용되고 있다.

특히 가시광영역(400nm ~ 700nm)에서 80%정도의 광투과도를 가져서 사람의 눈에 투명하게 보이는 동시에 전기전도도가 좋은 물리적 특성을 나타내고, optical bandgap이 3.5eV 정도이기 때문에 자외선영역은 모두 투과시키고 적외선영역의 높은 반사율, 적절한 에칭 특성을 갖는 산화물 물질을 주로 투명산화물전도막(Transparent Conductive Oxide, TCO)으로 사용한다.

종래의 투명전도막은 단일막 구조의 투명전도막, 또는 얇은 금속막과 투명전도막의 이중막 구조를 가지고 있었다.

그러나 종래의 투명전도막 구조는, 단일막 구조를 가지는 경우에는 전기적 특성인 전기 전도성이 떨어지는 문제점이 있고, 이중막 구조를 가지는 경우에는 광학적 특성인 빛의 투과성이 떨어지는 문제점이 발생되었다. 따라서, 생산 비용이 절감되면서도 전기적 특성 및 광학적 특성이 우수한 투명전도막의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 투명전도막 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기전도성이 우수한 투명전도막 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 빛의 투과성이 우수한 투명전도막 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 생산비용을 절감할 수 있는 투명전도막 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 투명전도막(TCO)의 구조는, 베이스 기판 상에 형성되는 일정 두께의 산화물층의 내부에 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들이 배열된 구조를 가지되, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은, 불균일한 사이즈 배열구조, 균일한 사이즈 배열구조, 불균일한 밀도 배열구조, 균일한 밀도 배열구조, 불규칙적으로 산재된 배열구조, 단일층 배열구조, 및 다층 배열구조 중에서 선택된 적어도 하나의 배열구조를 가진다.

상기 산화물층은 ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가지거나, ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나에 Al, Ga, Sn, Mg, 및 Cd 중에서 선택된 적어도 하나의 불순물을 포함하는 재질을 가질 수 있다.

상기 산화물층은 인듐(indium)을 포함하거나 인듐을 포함하지 않는 인듐-프리 산화물층일 수 있다.

상기 금속 나노입자 또는 상기 금속 산화물 나노입자는, Ni, Ag, Au, Pt, 및 Al 중에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은 상기 베이스 기판과 상기 산화물층의 경계면에 단일층 배열구조를 가질 수 있다.

상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은 층별로 사이즈를 달리하는 나노입자들이 배열된 다층 배열구조를 가질 수 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 다른 구체화에 따라, 본 발명에 따른 투명전도막(TCO)의 제조방법은, 베이스 기판과, 세라믹(TCO물질)타켓인 제1타켓 및 금속타켓인 제2타켓이 장착된 코-스퍼터링(co-sputter) 장비를 준비하는 제1단계와; 상기 베이스 기판의 온도제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비에 유입되는 가스의 유량 및 종류 제어, 공정시간제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 타켓에 인가하는 파워(power)의 세기제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어 중에서 선택된 적어도 하나의 제어방법을 통해, 상기 제2타켓으로부터 분리되는 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들의 사이즈 및 밀도를 제어하고, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어 중에서 선택된 적어도 하나의 제어방법을 통하여, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들의 증착과 상기 세라믹(TCO물질)의 증착을 동시 또는 교대로 수행함에 의해, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들이 내부에 배열된 일정 두께의 산화물층을 상기 베이스 기판 상에 형성하는 제2단계를 구비한다.

상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은, 상기 산화물층의 내부에, 불균일한 사이즈 배열구조, 균일한 사이즈 배열구조, 불균일한 밀도 배열구조, 균일한 밀도 배열구조, 불규칙적으로 산재된 배열구조, 단일층 배열구조, 및 다층 배열구조 중에서 선택된 적어도 하나의 배열구조를 가질 수 있다.

상기 제1타켓은 상기 산화물층의 증착을 위한 타켓이고, 상기 제2타켓은 상기 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 증착을 위한 타켓일 수 있다.

상기 금속나노입자는 상기 코-스퍼터링 (Co - sputter) 장비의 챔버내에 공정가스로 산소가스가 유입되지 않고 아르곤 가스가 유입되는 경우에 생성되며, 상기 금속산화물 나노입자는 상기 공정가스로 산소가스가 유입되는 경우에 생성될 수 있다.

상기 제2단계 이후에 저항과 투과율의 개선을 위한 열처리를 수행하는 단계를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 의할 경우, 금속 또는 금속산화물 나노입자들이 전하를 포획하는 역할을 수행하므로 투명전도막의 전기 전도도가 향상되며, 나노입자들의 입도는 빛의 파장보다 적기 때문에 투명전도막의 투과도를 해하지 않는다. 즉 전기 전도도는 향상되고 빛의 투과도를 저해하지 않는 투명전도막의 제조가 가능하다. 또한 코-스퍼터링 장비를 이용하여 대면적 증착이 가능하므로 실용적이고 경제적인 이점을 가지게 된다.

도 1은 일반적인 코-스퍼터링 장비의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전도막을 제조하는 방법을 설명하기 위한 동작도이다.
도 3 내지 도 7은 다양한 제어방법을 통해 나노입자들이 다르게 배열된 투명전도막의 구조 및 제조방법을 나타낸 도면들이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 일반적인 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 코-스퍼터링 장비는, 타켓을 1개 사용하는 스퍼터와 달리 챔버(135) 내에 2개의 건(110a,110b)이 있어 타켓을 2개 사용하는 스퍼터이다.

기본적으로 스퍼터링 장비는 진공 챔버(135)와 챔버(135)에 진공을 유지하기 위한 펌프(로타리 펌프, 터보 펌프 등), RF 또는 DC 파워 건(110a,110b), 할로겐 램프(140), 가스 라인(130) 등으로 구성된다.

좀 더 자세히 설명하면, 상기 코-스퍼터링 장비(100)는 스퍼터링 건(110a,110b)을 구비하고 각각의 건(110a,110b)의 타켓베이스(target mounting base) 상에 타켓이 장착되고 타켓과 기판 사이에 온-오프가 가능한 셔터(shutter)(120a,120b) 등이 구비된다.

본 실시예에서, 타켓(도2의 150a)은 산화물인 세라믹(TCO물질) 타켓이고, 타켓(도 2의 150b)은 금속타켓이다.

상기 2개의 건 중 하나의 건(110a)은 고주파(RF) 전원에 연결되고 다른 하나의 건(110b)은 DC 전원에 연결된다. 이외에도 상기 코- 스퍼터링 장비(100)는 스퍼터링을 받게 되는 베이스 기판(310)을 장착하기 위한 기판마운팅 베이스가 제공된 기판홀더, 타켓(150a,150b)으로부터 방출된 스퍼터링 입자들이 진공챔버(135)에 붙는 것을 방지하는 금속 실드 등이 더 구비될 수 있다.

이외에 코-스퍼터링 장비의 구성들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려져 있으므로 더 이상의 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전도막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에서 도시된 바와 같은 일반적인 코-스퍼터링 장비를 이용하여 베이스 기판(310)에 투명전도막을 형성하게 된다.

우선 챔버(135) 내 진공을 유지한 상태에서 챔버(135) 내에 가스라인(130)을 이용하여 산소, 아르곤 등의 가스를 유입시키고, 기판(310)과 타켓(150a,150b) 양쪽에 전압을 걸어 주게 되면 유입된 가스가 양이온(220)과 전자(230)로 나누어지는 플라즈마 상태를 가지게 된다. 여기서 2개의 타켓중 제1타켓(150a)은 산화물인 세라믹(TCO 물질)타켓이고, 제2타켓(150b)은 금속타켓이다. 그리고 사용자의 선택에 의해 타켓을 적절히 바꿀 수 있다.

코-스퍼터링 장비(100)의 DC 건(110b)에 금속타켓(150b)이 장착되고, RF 건(110a)에 ITO, ZnO 등의 세라믹 타켓(TCO 물질)(150a)이 장착된 상태에서 플라즈마 내의 가스 양이온이 타켓(150a,150b)에 이온 폭격(충돌)을 하면 타켓(150a,150b)의 원자(210)가 떨어져 나오게 되고 이 원자들(210)이 상기 베이스기판(310)에 모여 나노 입자 배열 및 산화물층(layer)을 형성하게 된다.

여기서 상기 산화물 층의 형성을 위한 세라믹 타켓(TCO물질)은 ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가지거나, ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나에 Al, Ga, Sn, Mg, 및 Cd 중에서 선택된 적어도 하나의 불순물을 포함하는 재질을 가질 수 있다.

그리고 상기 금속타켓은 Ni, Ag, Au, Pt, 및 Al 중에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 금속타켓은 단일금속 또는 금속합금일 수 있다.

도 3 내지 도 7은 도 1 및 도 2의 코-스퍼터링 장비 및 공정제어를 통해 형성되는 다양한 투명전도막의 구조를 나타낸 도면들이다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참고로 하고, 도 3 내지 도 7을 통해 상기 코-스퍼터링 장비(100)의 공정조건 제어 또는 장비제어를 통해 금속 나노입자 또는 금속 산화물 나노입자의 배열이 다양한 구조를 가지면서 산화물층에 배열되는 투명전도막의 제조방법 및 그 구조를 설명한다.

우선 코-스퍼터링 장비를 이용하여 투명전도막(350)을 제조하기 위하여, 베이스 기판(310)과, 세라믹(TCO물질)타켓인 제1타켓(150a) 및 금속타켓인 제2타켓(150b)이 장착된 코-스퍼터링(co-sputter) 장비를 준비한다. 즉 코-스퍼터링 장비에 제1타켓(150a) 및 제2타켓(150b)을 장착하고 베이스 기판(310)을 장비의 챔버(135)에 인입시켜 장착한다.

다음으로, 상기 베이스 기판(310)의 온도제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비에 유입되는 가스의 유량 및 종류 제어, 공정시간제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 타켓에 인가하는 파워(power)의 세기제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어 중에서 선택된 적어도 하나의 제어방법을 통해, 상기 제2타켓(150b)으로부터 분리되는 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들의 사이즈 및 밀도를 제어한다.

이와 동시에, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어 중에서 선택된 적어도 하나의 제어방법을 통하여, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들의 증착과 상기 세라믹(TCO물질)의 증착을 동시 또는 교대로 수행함에 의해, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들(330)이 내부에 배열된 일정 두께의 산화물층(320)을 상기 베이스 기판(310) 상에 형성함에 의해 투명전도막(350)이 완성되게 된다.

이후 저항과 투과율을 더욱 개선하기 위하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려진 열처리 공정이 수행될 수 있다.

상기 제2타켓(150b)으로부터 분리되는 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들의 사이즈 및 밀도의 제어는 이러한 제어방법들을 통해 수행되게 된다.

상기 제어방법들로는 이미 설명한 바와 같이, 상기 베이스 기판(310)의 온도제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비에 유입되는 가스의 유량 및 종류의 제어, 공정시간의 제어, 및 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 타켓에 인가하는 파워(power)의 세기의 제어 등이 있다.

또한 플라즈마 온/오프 제어(modulation 온오프제어) 및 셔터(Shutter)(120a,120b)의 온/오프 제어방법이 있다.

우선 이러한 제어방법에 따른 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도의 변화를 설명한다.

베이스 기판(310)의 온도 제어의 경우, 베이스 기판(310)의 온도에 따라 증착속도나 증착률이 달라질 수 있기 때문에 베이스 기판(310)의 온도를 상온에서 고온으로 변화되도록 제어하게 되면, 증착되는 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도제어가 가능하다.

그리고, 가스의 종류 및 유량제어의 경우, 가스마다 원자량이 다르기 때문에 타켓에 이온 폭격(충돌)을 가했을 때 타켓으로부터 떨어져 나오는 원자의 수가 다름으로 인하여 가스의 종류에 따라 동일 시간에 증착되는 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자들의 수가 달라지게 되고, 이에 따라 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도제어가 가능하게 된다.

가스의 유량이 많으면 그 만큼 가스 양이온의 수가 많아짐으로 타켓에 이온 폭격되는 양이 많아 동일시간 증착되는 입자들은 증가하게 되고, 증착 시간이 증가 하면 역시 입자들이 많이 증착되기 때문에 증착 되는 입자들의 수에 의해 입자의 크기와 밀도를 제어 할 수 있다.

요약하면, 원자량이 무거운 가스를 사용하면 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도가 증가하게 되고, 유입되는 가스의 유량이 많아지면 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도가 증가하게 된다. 또한 원자량이 가벼운 가스를 사용하거나 가스의 유량을 적게하면 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도는 감소하게 될 것이다.

여기서 사용하는 가스의 종류가 산소 가스가 아니고 아르곤 가스 등(산소를 제외한 가스)만을 사용할 경우 상기 제2타켓(150b)에서는 금속(Ag, Ni, Au, Pt, Al 등)만의 금속나노입자가 형성되고, 산소 가스가 유입되게 되면 금속산화물계열(AgO, NiO, NiO₂ 등)의 금속산화물 나노입자가 생성되게 된다.

상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 타켓에 인가되는 파워(power)의 세기가 증가 하면 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도가 증가하게 되고, 그 반대의 경우에는 당연히 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도가 감소하게 된다.

또한, 공정 시간이 증가 할 수 록 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도가 증가하게 되고, 플라즈마 온/오프(modulation 온/오프 제어) 및 셔터의 온/오프의 횟수나 지속 시간이 증가할수록 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도가증가하게 된다.

예를 들어, DC 건(110b)(금속 타켓(150b))의 플라즈마 온(on) 되는 횟수가 증가 할수록 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 밀도가 높아지고 지속시간이 길어 질수록 나노입자의 크기가 커지게 된다. 그리고 플라즈마 온(on)되는 횟수나, 지속지간이 계속 증가 하게 되면 나노입자 들이 모여서 상기 베이스 기판(310)에 입자층을 형성할 수도 있다.

이러한 제어방법들은 상기 투명전도막(350)의 형성을 위해 하나의 제어방법 만이 사용되는 것이 아니라 특별한 경우를 제외하고는 복수의 제어방법들이 동시에 수행되기 때문에, 복수의 제어방법들의 적절한 제어를 통해 사용용도에 맞도록 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자(330)의 사이즈 및 밀도를 제어하게 된다.

여기서 금속나노 입자 또는 금속산화물 나노입자들의 사이즈 및 밀도는 각각의 제어방법들이 사이즈 및 밀도가 증가하는 방향으로 제어된다고 하여도 계속적으로 증가하는 것은 아니며 일정수준이상에서는 더 이상 증가하지 않는 경우도 있다.

상술한 바와 같이, 공정조건이나 장비의 제어를 통해 공정조건을 변화시킴에 따라 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 사이즈 및 밀도제어가 가능하고, 이러한 공정조건들의 변화는 동시에 일어나기 때문에 복수의 제어방법들 중에서 적절한 선택 및 적절한 제어를 통해 사용용도에 맞는 금속 나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 형성이 가능하게 된다.

상기 플라즈마 온/오프(modulation 온/오프 제어) 횟수나 지속시간의 제어 및 셔터(shutter)의 온/오프의 횟수나 지속 시간의 제어는, 생성된 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자(330)의 밀도나 사이즈를 제어할 수도 있지만, 상기 산화물층(320)의 내부에 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자(330)가 어떻게 배열되도록 할 것인지의 여부 즉 배열구조를 제어할 수 있게 해준다.

상기 TCO물질 및 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자(330)를 상기 베이스 기판(310)에 증착하기 위해서는 앞서 설명한 바와 같이, 제1타켓(150a) 및 제2타켓(150b)에 이온 폭격(충돌)을 할 가스 양이온을 형성 하여야 하기 때문에 플라즈마를 온(on) 시켜야 한다. 플라즈마가 오프(off) 되는 경우에는 TCO물질, 금속 나노입자 또는 금속산화물 나노입자가 형성되지도 않고 베이스 기판(310)에 증착 되지 않게 된다.

예를 들어, 코-스퍼터링 장비(100)의 RF 건(110a)에 플라즈마를 온(On)하고 DC건(110b)에 플라즈마를 오프(off)하여 TCO 물질을 증착하고, RF 건(110a)에 플라즈마를 오프(off) 하고 DC 건(110b)에 플라즈마를 온(On)하여 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자를 증착하게 된다. 물론 동시에 플라즈마를 모두 온 하여 TCO 물질과 나노입자의 증착을 동시에 수행하는 것도 가능하다.

여기서, 플라즈마 온(on) 후에 증착을 위해서는 셔터(120a,120b)도 온(On) 되어야 한다. 여기서 플라즈마 온/오프는 플라즈마를 켰다/껐다를 의미하고, 셔터의 온/오프는 셔터를 열었다(open)/닫았다(close)를 의미한다.

플라즈마가 온(on) 되더라도 타켓(150a,150b)과 베이스기판(310) 사이에 셔터(120a,120b)를 온(on(open)) 하지 않으면, 플라즈마에 의해 타켓(150a,150b)에서 떨어져 나온 물질이 베이스기판(310)에 증착되지 않는다. 따라서 두 개의 건(110a,110b) 모두에 플라즈마를 온(on)하거나 어느 한쪽만 온(On) 한 상태에서 양쪽의 셔터(120a,120b)를 모두 온(on,open)하거나 번갈아 교대로 온/오프를 수행하여 나노입자의 증착을 수행하게 되면, 나노입자의 사이즈 및 밀도를 조절하면서 증착이 가능하고, 나노입자의 배열구조를 여러 가지로 다양하게 구성가능하다.

예를 들어, 두 개의 건(110a,110b) 모두에 플라즈마를 온(on) 한 상태에서 양쪽의 셔터(120a,120b)를 모두 온(on,open)하게 되면, TCO 물질과 나노입자가 동시에 증착되게 되어 불규칙 배열구조를 가지면서 나노입자가 증착되게 되고, 두 개의 건(110a,110b) 모두에 플라즈마를 온(on) 한 상태에서 양쪽의 셔터(120a,120b)를 번갈아 교대로 온/오프를 수행하여 증착을 수행하게 되면, 나노입자층과 TCO물질의 산화물층이 교대로 형성되도록 할 수도 있다. 즉 DC 건(110b), RF 건(110a) 2개 모두 플라즈마를 온 한 상태(셔터(120a,120b)는 모두 오프상태)에서 플라즈마는 온 상태를 유지하면서 RF 건(110a) 상부의 셔터(120a)를 온(on) 하거나(이때 DC 건(120b)의 상부 셔터(120b)는 오프상태), RF 건(110a) 상부의 셔터(120a)를 오프하고 DC 건(120b)의 상부 셔터(120b)를 온 하는 방법으로 증착을 수행하게 되면 온/오프 시간 및 지속시간의 여부에 따라 나노 입자의 크기와 밀도 등을 제어하면서 나노입자층과 TCO물질의 산화물층이 교대로 형성되도록 할 수도 있다.

이 경우는 플라즈마의 온/오프를 통해 제어할 수도 있다.

플라즈마 및 셔터의 온/오프 제어 방법을 이용하여 나노입자의 사이즈 및 밀도를 조절하고, 증착순서 등을 제어함에 의해, TCO물질과 나노 입자가 순차적으로 반복해서 형성되도록 하여 나노입자들(330)이 산화물층(320) 내부에 규칙적으로 배열되도록 하거나 불규칙적으로 배열되도록 할 수 있다. 또한 상기 나노입자들(330)의 밀도를 균일 또는 불균일하게 하여 규칙적 또는 불규칙적 배열구조를 가지도록 하거나, 사이즈를 균일 또는 불균일하게 하여 규칙적 또는 불규칙적 배열구조를 가지도록 할 수 있다. 그리고, 상기 산화물층(320)의 아래쪽에는 나노입자(330)가 적게 증착 형성되고 상부쪽은 많이 증착 형성되도록 할 수도 있다. 또한 상기 산화물층(320)의 특정부위(아래쪽이나 상부쪽, 또는 중간부분)에 나노입자들(330)이 증착되도록 할 수도 있다. 이는 도 3 내지 도 7을 통해 다시 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기판(310)의 온도제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비에 유입되는 가스의 유량 및 종류 제어, 공정시간제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 타켓에 인가하는 파워(power)의 세기제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어 중에서 선택된 적어도 하나의 제어방법을 통하여, 균일한 밀도 및 사이즈를 가지는 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자(330)를 생성하고, 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어를 통해, 베이스 기판(310)상에 TCO물질과 균일한 밀도 및 사이즈를 가지는 나노 입자(330)가 순차적으로 반복해서 배열 형성되도록 할 수 있다. 즉 균일한 사이즈 및 밀도를 가지는 나노입자(330)가 상기 산화물층(320) 내부에 규칙적으로 배열되는 구조의 투명전도막(350)의 제조가 가능하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상술한 제어방법의 적절한 선택을 통하여, 상기 산화물층(320)의 내부 중 제일 하부층에는 사이즈가 작은 나노입자(330)가 하나의 층을 이루며 배열되도록 하고, 중간층에는 사이즈가 큰 나노입자(330)가 하나의 층을 이루며 배열되도록 하고, 제일 상부층에는 중간정도의 사이즈를 가지는 나노입자(330)가 규칙적으로 하나의 층을 이루며 배열되도록 하여 다층구조를 가지도록 투명전도막(350)을 제조하는 것이 가능하다.

다른 실시예로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 층별로 나노입자들(330)의 사이즈와 밀도를 동일하게 하는 것도 가능하고, 나노입자들(330)의 사이즈나 밀도를 각층별로 서로 달리하거나, 일부층만 사이즈나 밀도를 달리하여 나노입자들(330)이 배열되도록 하는 것도 가능하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상술한 제어방법의 적절한 선택을 통하여, 상기 산화물층(320)의 형성을 위한 TCO물질의 증착과 상기 나노입자들(330)의 증착을 동시에 진행함에 의해, 상기 산화물층(320)의 내부에 상기 나노입자들(330)이 불규칙적으로 배열되도록 하여 투명전도막(350)을 제조하는 것도 가능하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상술한 제어방법의 적절한 선택을 통하여, 상기 베이스 기판(310)과 상기 산화물층(320)이 접하는 부분(경계부분)에 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자들(330)이 하나의 층을 이루며 배열되도록 하여 상기 투명전도막(350)을 제조하는 것이 가능하다. 이 경우에는 상기 베이스기판(310)과 산화물층(320) 사이의 접촉비저항을 개선할 수 있다.

도 3 내지 도 7에서 설명한 나노입자들(330)의 배열구조이외에도, 상술한 제어방법의 적절한 선택을 통하여, 불균일한 사이즈 배열구조, 균일한 사이즈 배열구조, 불균일한 밀도 배열구조, 균일한 밀도 배열구조, 불규칙적으로 산재된 배열구조, 단일층 배열구조, 및 다층 배열구조 중에서 선택된 적어도 하나의 배열구조를, 상기 나노입자들(330)이 상기 산화물층(320)의 내부에 가지도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속 또는 금속산화물 나노입자들이 전하를 포획하는 역할을 수행하므로 상기 투명전도막(350)의 전기 전도도가 향상되며, 나노입자들(330)의 입도는 빛의 파장보다 적기 때문에 투명전도막(350)의 투과도를 해하지 않는다. 즉 전기 전도도는 향상되고 빛의 투과도를 저해하지 않는 투명전도막(350)의 제조가 가능한 것이다.

다시 말하면, 희귀 금속인 인듐을 포함하지 않는 ZnO 및 인듐 포함이 적은 IZO, IZTO, IGZO 등의 TCO 물질의 투과도를 유지하면서 저항을 낮추어 전기 전도도를 향상시킬 수 있어 경제적인 이점을 갖는다. 또한 코-스퍼터링 장비를 이용하면 대면적 증착이 가능하므로 실용적이고 경제적인 이점을 가지게 된다.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

100 : 코-스퍼터링장비 310 : 베이스 기판
320 : 산화물층 330 : 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자
350 : 투명전도막

Claims

투명전도막(TCO)에 있어서:
베이스 기판 상에 형성되는 일정 두께의 산화물층의 내부에 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들이 배열된 구조를 가지되,
상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은, 불균일한 사이즈 배열구조, 균일한 사이즈 배열구조, 불균일한 밀도 배열구조, 균일한 밀도 배열구조, 불규칙적으로 산재된 배열구조, 단일층 배열구조, 및 다층 배열구조 중에서 선택된 적어도 하나의 배열구조를 가지며,
상기 산화물층은 ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가지거나, ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나에 Al, Ga, Sn, Mg, 및 Cd 중에서 선택된 적어도 하나의 불순물을 포함하는 재질을 가짐을 특징으로 하는 투명전도막.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 산화물층은 인듐(indium)을 포함하거나 인듐을 포함하지 않는 인듐-프리 산화물층임을 특징으로 하는 투명전도막.
청구항 3에 있어서,
상기 금속 나노입자 또는 상기 금속 산화물 나노입자는, Ni, Ag, Au, Pt, 및 Al 중에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어짐을 특징으로 하는 투명전도막.
청구항 1에 있어서,
상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은 상기 베이스 기판과 상기 산화물층의 경계면에 단일층 배열구조를 가짐을 특징으로 투명전도막.
청구항 5에 있어서,
상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은 층별로 사이즈를 달리하는 나노입자들이 배열된 다층 배열구조를 가짐을 특징으로 하는 투명전도막.
투명전도막의 제조방법에 있어서:
베이스 기판과, 세라믹(TCO물질)타켓인 제1타켓 및 금속타켓인 제2타켓이 장착된 코-스퍼터링(co-sputter) 장비를 준비하는 제1단계와;
상기 베이스 기판의 온도제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비에 유입되는 가스의 유량 및 종류 제어, 공정시간제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 타켓에 인가하는 파워(power)의 세기제어, 상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어 중에서 선택된 적어도 하나의 제어방법을 통해, 상기 제2타켓으로부터 분리되는 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들의 사이즈 및 밀도를 제어하고,
상기 코-스퍼터링(co-sputter) 장비의 플라즈마의 온-오프 제어(modulation 제어) 및 셔터(shutter)의 온-오프 제어 중에서 선택된 적어도 하나의 제어방법을 통하여, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들의 증착과 상기 세라믹(TCO물질)의 증착을 동시 또는 교대로 수행함에 의해, 상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들이 내부에 배열된 일정 두께의 산화물층을 상기 베이스 기판 상에 형성하는 제2단계를 구비하되,
상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은, 상기 산화물층의 내부에, 불균일한 사이즈 배열구조, 균일한 사이즈 배열구조, 불균일한 밀도 배열구조, 균일한 밀도 배열구조, 불규칙적으로 산재된 배열구조, 단일층 배열구조, 및 다층 배열구조 중에서 선택된 적어도 하나의 배열구조를 가짐을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.
삭제
청구항 7에 있어서,
상기 제1타켓은 상기 산화물층의 증착을 위한 타켓이고, 상기 제2타켓은 상기 금속나노입자 또는 금속산화물 나노입자의 증착을 위한 타켓임을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 산화물층은 ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가지거나, ITO, IGZO, IZO, IZTO, 및 ZnO 중에서 선택된 적어도 어느 하나에 Al, Ga, Sn, Mg, 및 Cd 중에서 선택된 적어도 하나의 불순물을 포함하는 재질을 가짐을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 산화물층은 인듐(indium)을 포함하거나 인듐을 포함하지 않는 인듐-프리 산화물층임을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 금속 나노입자 또는 상기 금속 산화물 나노입자는, Ni, Ag, Au, Pt, 및 Al 중에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어짐을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은 상기 베이스 기판과 상기 산화물층의 경계면에 단일층 배열구조를 가짐을 특징으로 투명전도막의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 금속나노입자들 또는 금속산화물 나노입자들은 층별로 사이즈를 달리하는 나노입자들이 배열된 다층 배열구조를 가짐을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 금속나노입자는 상기 코-스퍼터링 (Co - sputter) 장비의 챔버내에 공정가스로 산소가스가 유입되지 않는 경우에 생성되며, 상기 금속산화물 나노입자는 상기 공정가스로 산소가스가 유입되는 경우에 생성됨을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제2단계 이후에 저항과 투과율의 개선을 위한 열처리를 수행하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 투명전도막의 제조방법.