KR101245336B1 - 이트륨옥사이드 함유 유전잉크 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

이트륨옥사이드 함유 유전잉크 조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유전율이 높은 이트륨옥사이드(Y2O3)를 함유하는 잉크젯 프린트용 유전잉크 조성물과 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유전잉크 조성물은 폴리머 기질 내에 높은 유전상수와 낮은 누설전류값을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3)가 균일하게 분산되어 있어 잉크젯 프린트용 유전잉크의 유전율을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 유전잉크 조성물은 우수한 유전율을 갖는 인쇄소자용 유기 절연막 소재의 개발에 유용하게 적용될 수 있다.
이트륨옥사이드, 잉크젯 프린트, 유기 절연막, 유전잉크

Description

이트륨옥사이드 함유 유전잉크 조성물 및 그의 제조방법{COMPOSITION FOR A DIELECTRIC INK COMPRISING YTTRIUM OXIDE AND METHOD FOR THE PREPARATION THEREOF}
본 발명은 유전율이 높은 이트륨옥사이드(Y2O3)를 함유하는 잉크젯 프린트용 유전잉크 조성물과 그의 제조방법에 관한 것이다.
기존 반도체 공정에서 회로기판은 베크라이트 또는 합성수지로 형성된 절연 기판에 회로소자를 전기적으로 연결시키기 위한 회로패턴이 형성되는 있는 것으로, 그 제조방식은 크게 서브트렉티브(subtractive) 방식과 에디티브(additive) 방식으로 구분된다.
서브트렉티브 방식은 기판에 전체적으로 도전성 박막을 형성한 상태에서 필요로 하는 회로패턴 이외의 부분을 에칭 등에 의해 제거하는 방식이고, 에디티브 방식은 도금이나 프링팅 기술을 이용하여 기판에 직접 회로패턴을 형성하는 방식이다.
현재 회로기판의 대부분은 대표적인 서브트렉티브 방식인 에칭 방식에 의해 제조되고 있는데, 에칭 방식에 따르면, 절연기판에 동박을 입혀 형성된 적층판의 표면에 회로 패턴에 대응되는 부분에만 내산성 재료(레지스트)를 도포한 후, 에칭액을 이용하여 회로패턴 이외의 부분을 용해시켜 제거함으로써 회로패턴을 형성하게 된다. 그러나 상기와 같은 에칭 방식에 의해 회로기판을 제조하는 경우, 적층판 형성, 레지스트 도포, 레지스트 에칭 및 수세 등의 복잡한 공정을 거쳐야하기 때문에, 제조공정에 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 제조원가가 상승한다는 문제점이 있다. 또한, 제조공정 중 발생된 배출액은 환경오염의 원인이 되며, 이를 방지하기 위해서는 중화 또는 COD 처리가 필수적으로 수반되고, 이는 또 다른 원가 상승의 요인으로 작용한다.
이와 같은 에칭에 의한 회로기판 제조공정의 단점을 해결하기 위한 대안으로, 잉크젯 프린팅을 이용하여 기판 위에 도전성 잉크를 직접 인쇄함으로써 회로패턴을 구현하는 회로기판의 제조방법이 각광받고 있다.
잉크젯 프린팅 기법은 수십 피코리터(pl) 이하 작은 부피의 액적들을 전기 또는 자기로부터 나오는 힘에 의하여 초당 수백회 이상의 빈도로 인쇄할 대상에 분사하여 무늬를 만드는 공정으로, 원하는 장소에 원하는 두께만큼의 프린팅을 수할 수 있고, 제조공정의 단순화 및 제조원가의 절감을 달성할 수 있으며, 환경오염을 유발하지 않는다는 장점으로 인해 점차 그 이용 범위를 넓혀가고 있다.
이에 본 발명자들은 잉크젯 프린팅 기법을 반도체 분야에 효과적으로 접목시키고자 예의 연구 노력한 결과, 유전잉크 조성물의 폴리머 기질 내에 높은 유전상 수와 낮은 누설전류값을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3)를 균일하게 분산시키면 유전잉크의 유전율이 향상되어 상기 유전잉크 조성물이 인쇄소자용 유기 절연막 소재의 개발에 유용하게 적용될 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 유전율이 높은 잉크젯 프린팅용 유전잉크 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 그의 폴리머 기질 내에 이트륨옥사이드(Y2O3)가 균일하게 분산되어 있는 유전잉크 조성물 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이트륨옥사이드(Y2O3) 함유 잉크젯 프린트용 유전잉크 조성물은 폴리머 기질 내에 높은 유전상수와 낮은 누설전류값을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3)가 균일하게 분산되어 있어 잉크젯 프린트용 유전잉크의 유전율을 향상시킬 수 있으므로, 우수한 유전율을 갖는 인쇄소자용 유기 절연막 소재의 개발에 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명은 그의 폴리머 기질 내에 이트륨옥사이드(Y2O3)가 균일하게 분산되어 있는 유전잉크 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 유전잉크 조성물은 유전율을 향상시키기 위하여 폴리머 기질 에 이트륨옥사이드(Y2O3)를 분산시켜 높은 유전상수와 낮은 누설전류값을 갖는 것을 특징으로 한다.
이트륨옥사이드(Y2O3)는 이트륨의 산화물로서 세라믹 물질의 소결 조력제, 형광체의 원료, 형광막 또는 형광체의 보호막 등으로 다방면에서 이용되고 있는 물질이다. 이트륨옥사이드가 목적하는 효과를 발휘하기 위해서는 미세하고 균일한 입자 크기 및 형상(morphology)를 갖는 것이 중요하다.
본 발명에서는 미세하고 균일한 입자 크기 및 형상을 갖는 이트륨옥사이드를 제조하기 위하여 이의 수열합성 과정에서 계면활성제의 종류와 반응용액의 pH를 달리하여 균일한 입자 크기와 다양한 형상을 갖는 이트륨옥사이드를 합성한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 증류수와 계면활성제를 1:1의 비율로 혼합한 용매에 이트륨염을 첨가한 후 상기 반응용액의 pH를 수산화나트륨을 이용하여 각각 pH 7, pH 10 및 pH 14로 맞추어준다. 상기 각각의 반응용액을 175 내지 185℃에서 1 내지 12시간 동안 수열합성 과정을 거친 후 세척하여 얻어진 분말을 700 내지 800℃에서 2시간 동안 소성한다. 이렇게 수득된 이트륨옥사이드 분말의 형상을 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰한 경과, 수열합성 시 반응용액의 pH를 7로 유지한 경우에는 쌀알(flake) 형상을 갖는 이트륨옥사이드가, pH를 10으로 유지한 경우에는 박판(sheet) 형상을 갖는 이트륨옥사이드가, pH를 14로 유지한 경우에는 막대(rod) 형상을 갖는 이트륨옥사이드가 수득됨을 확인한다. 상기와 같이 수득된 이트륨옥사이드 분말은 50 내지 500 ㎚의 균일한 입 자 크기를 갖는다. 본 발명에 따른 이트륨옥사이드(Y2O3)는 쌀알, 박판, 막대 등과 같은 다양한 형상 중의 한 형상을 균질하게 가질 수 있는데, 이는 수열합성 과정에서 pH의 변화를 통해 간단하게 제어할 수 있다. 상기 형상은 이트륨옥사이드(Y2O3)가 프린팅 과정에서 균일하게 적층되는데 효과적이며, 이렇게 균일하게 적층된 이트륨옥사이드(Y2O3)는 누설전류의 발생을 막아주어 높은 유전율을 유지하게 해준다.
상기 제조과정에서 이트륨옥사이드의 형상 제어를 위해 사용될 수 있는 계면활성제로는 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide), SDS(sodium dodecyl sulfate) 등을 예로 들 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다.
이와 같이 제조된 이트륨옥사이드는 조성물의 총 중량을 기준으로 10 내지 50 wt%의 양으로 사용될 수 있는데, 이트륨옥사이드의 사용량이 50 wt%를 초과하는 경우에는 유전잉크 내 이의 함량이 과도해져 프린팅 시에 노즐이 막히는 현상이 발생할 수 있고, 그 사용량이 10 wt% 미만인 경우에는 높은 유전율을 갖는 옥사이드의 함량이 적어 유전상수가 저하되거나 누설전류가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 이트륨옥사이드는 상기 폴리머 기질 내에 고르게 분산되기 위하여 커플링제(coupling agent)로 표면이 개질되거나 가교(crosslink)될 수도 있다. 이에 적합한 커플링제로는 폴리멜라민-co-포름알데하이드(polymelamine-co-formaldehyde), 3-APTS(aminopropyltriethoxy-silane), INAAT(isopropyltris N- aminoethyl-aminoethyl titanate), PMAA(polymethaccrylic acid) 등을 예로 들 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 이트륨옥사이드 함유 유전잉크 조성물은, 전체 조성물의 중량을 기준으로 10 내지 50 wt%의 이트륨옥사이드, 7 내지 20 wt%의 폴리머, 35 내지 70 wt%의 유기용매 및 3 내지 10 wt%의 커플링제(가교용)를 포함할 수 있다.
본 발명의 유전잉크 조성물에 적합한 폴리머로는 기판 상에 필름을 코팅하기에 적당한 분자량과 점도를 갖는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있으며, 바람직하게는 분자량이 8000 내지 20000인 것이 사용될 수 있다. 이러한 폴리머의 예시로는 내화학성과 내구성을 갖춘 올리고머 및 고분자로서 가교된 폴리비닐 페놀(polyvinyl phenol), 폴리이미드(polyimide), 에폭시(epoxy) 수지, 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 유전잉크 조성물 내 폴리머의 사용량은 전체 조성물의 7 내지 20 wt%가 바람직한데, 폴리머의 사용량이 20 wt%를 초과하는 경우에는 잉크의 점도가 과도하게 증가하여 유동성이 저하되고, 그로 인해 프린팅이 원활하게 이루어지지 않을 수 있는 반면, 그의 사용량이 7 wt% 미만인 경우에는 잉크의 점도가 너무 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 유전잉크 조성물은 폴리머 기질 내 이트륨옥사이드의 고른 분산을 위하여 전술한 바와 같이 커플링제로 표면 개질된 이트륨옥사이드를 함유하거나, 개별적으로 커플링제를 함유할 수도 있다. 이에 적합한 커플링제로는 폴리멜라민-co-포름알데하이드, 3-APTS, INNAT, PMAA 등을 예로 들 수 있는데, 폴리멜라민-co-포름알데하이드는 폴리머의 가교(crosslink) 형성에, 3-APTS, INNAT, PMAA 등은 폴리머의 표면 개질에 사용될 수 있다. 본 발명의 유전잉크 조성물 내 커플링제의 사용량은 전체 조성물의 3 내지 10 wt%가 바람직한데, 커플링제의 사용량이 10 wt%를 초과하는 경우에는 미반응 커플링제가 잔존하여 이의 제거를 위한 추가적인 공정이 요구되고, 그의 사용량이 3 wt% 미만인 경우에는 목적하는 이트륨옥사이드의 고른 분산이 달성되지 않는다는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 유전잉크 조성물은 상기한 폴리머, 이트륨옥사이드 및 커플링제의 혼합을 위한 매질로서 유기용매를 포함한다. 본 발명에 적합한 유기용매로는 PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate), 부탄올(1-butanol) 등을 예로 들 수 있으며, 유기용매는 본 발명의 유전잉크 조성물에 35 내지 70 wt%의 양으로 사용될 수 있다. 유기용매의 사용량이 70 wt%를 초과하는 경우에는 동량의 잉크에 존재하는 이트륨옥사이드의 양이 적어 프린팅 공정을 수차례 반복해야 하는 번거로움이 있고, 그의 사용량이 35 wt% 미만인 경우에는 나머지 성분들의 혼합을 위한 매질의 양이 충분치 않아 고른 분산이 이루어지지 않는다는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 유전잉크 조성물은
1) 유기용매에 폴리머를 용해시켜 폴리머 기질을 제조하는 단계;
2) 서로 다른 형상을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말을 제조하는 단계;
3) 상기 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말을 커플링제로 처리하여 표면 개질시키는 단계;
4) 표면 개질된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말을 상기 폴리머 기질 내에 분산시키는 단계에 의해 제조될 수 있다.
단계 1)에서 폴리머는 가교된 폴리비닐 페놀(polyvinyl phenol), 폴리이미드(polyimide), 에폭시(epoxy) 수지, 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
단계 1)에서 유기용매로는 PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate), 부탄올(1-butanol) 등이 사용될 수 있다.
단계 2)에서 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말은 계면활성제의 존재 하에서 이트륨염을 175 내지 185℃에서 1 내지 12시간 동안 수열합성한 후 냉각시키고, 반응물을 세척한 후 700 내지 800℃에서 2시간 동안 소성하여 제조될 수 있다.
상기 단계 2)에서 계면활성제는 이트륨옥사이드의 형상 제어를 위한 것으로, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide) 및 SDS(sodium dodecyl sulfate)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 수열합성 시 계면활성제와 이트륨염 혼합물의 pH를 조절하여 수득되는 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말의 형상을 제어할 수 있는데, 예컨대 pH를 7로 유지하면 쌀알(flake) 형상을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말이 수득되고, pH를 10으로 유지하면 박판(sheet) 형상을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말이 수득되며, pH를 14로 유지하면 막대(rod) 형상을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말이 수득된다.
단계 3)에서 커플링제는 폴리멜라민-co-포름알데하이드(polymelamine-co-formaldehyde), 3-APTS(aminopropyltriethoxy-silane), INAAT(isopropyltris N-aminoethyl-aminoethyl titanate) 및 PMAA(polymethaccrylic acid)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
단계 3)에서 표면 개질은 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말과 커플링제(개질용)를 9:1 내지 8:2의 비율로 혼합하여 초음파 처리를 수행하고, 70 내지 90℃에서 교반한 후 세척하고 건조시켜 수행될 수 있다.
단계 4)에서 표면 개질된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말과 폴리머 기질을 1:1 내지 7:1의 비율로 혼합한 후 교반함으로써 폴리머 기질 내에 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말을 균일하게 분산시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유전잉크 조성물은 폴리머 기질 내에 높은 유전상수와 낮은 누설전류값을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3)가 균일하게 분산되어 있어 잉크젯 프린트용 유전잉크의 유전율을 향상시킬 수 있으므로, 우수한 유전율을 갖는 인쇄소자용 유기 절연막 소재의 개발에 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 1
<1-1> 이트륨옥사이드(Y 2 O 3 )의 제조
증류수와 에틸렌글리콜(부피비 1:1)의 혼합물 50 ㎖에 염화이트륨 헥사하이드레이트(Yttrium(Ⅲ) chloride hexahydrate) 1.5163 g(0.1 mol)를 첨가하고, 이 혼합물에 NaOH 수용액(10 wt%)을 첨가하여 pH를 각각 7, 10 및 14로 맞추었다. 각각의 혼합물을 수열합성기를 이용하여 180℃에서 1시간 동안 반응시킨 후 실온으로 냉각시켰다. 반응물에 증류수와 에탄올(부피비 1:1)의 혼합물을 첨가하고 상온에서 4500 rpm으로 원심분리하여 세척한 후 수득된 분말을 800℃에서 2시간 동안 소성(calcination)하였다.
도 1은 수열합성 과정에서 pH를 달리하여 제조된 이트륨옥사이드(Y2O3)를 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD)로 분석한 그래프이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 2θ의 회절각 범위에서 XRD를 측정한 결과 pH 7, 10 및 14에서 수열합성된 모든 시료에서 이트륨옥사이드(Y2O3)를 나타내는 피크가 검출되는 것을 확인하였다.
도 2a 내지 2c는 각각 수열합성 과정에서 pH를 달리하여 제조된 이트륨옥사 이드(Y2O3)의 형상을 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰한 사진이다. 도 2a 내지 2c에 나타난 바와 같이, pH 7에서 수열합성된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말은 쌀알(flake) 형상을 갖고, pH 10에서 수열합성된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말은 박판(sheet) 형상을 가지며, pH 14에서 수열합성된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말은 막대(rod) 형상을 가짐을 확인하였다.
도 3은 수열합성 과정에서 계면활성제로 에틸렌글리콜을 사용하여 제조된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 형상을 SEM으로 관찰한 사진이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 에틸렌글리콜을 사용하여 제조된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 형상이 더욱 균일하고 원형 모양의 박판 형태로 나타나는 것을 확인하였다.
<1-2> 이트륨옥사이드(Y 2 O 3 )의 표면 개질
상기 실시예 <1-1>에서 제조된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 표면을 개질하기 위하여, 증류수 0.5 ㎖과 에탄올 9.5 ㎖의 혼합물에 커플링제로 3-APTS(aminopropyltriethoxy-silane)(Aldrich, 99%) 0.1 g 및 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말 4 g를 첨가하고 10분간 초음파 처리(sonication)를 실시하였다. 상기 혼합물을 70℃에서 1시간 동안 교반한 후 상온에서 4500 rpm으로 원심분리하여 분말을 회수하고 이를 진공 오븐에서 24시간 동안 건조시켰다.
도 4는 상기와 같이 커플링제로 표면 개질된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 형상을 SEM으로 관찰한 사진이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 이트륨옥사이드(Y2O3)의 입자 표면에 커플링제로 사용된 3-APTS가 균일하게 부착되어 있어 이트륨옥사이드(Y2O3)의 표면 개질이 효과적으로 수행되었음을 확인하였다.
<1-3> 유전잉크의 유전율 측정
전체 조성물의 중량을 기준으로 상기 실시예 <1-2>에서 표면 개질된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말 50 wt% 및 폴리머로서 PVP(polyvinyl phenol) 8 wt%를 유기용매인 1-부탄올 38 wt%에 첨가하였다. 상기 혼합물에 커플링제로 폴리멜라민-co-포름알데하이드 4 wt%(PVP:커플링제 = 2:1)를 첨가한 후 24시간 동안 교반하여 유전잉크 조성물을 제조하였다.
도 5는 상기와 같이 제조된 유전잉크 조성물을 이용하여 형성되는 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막(10)의 구조를 나타낸 단면도로서, 폴리머 기질(11) 내에 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말(12a,12b)이 균일하게 분산되어 있음을 알 수 있다.
제조된 유전잉크 조성물을 제2 전극으로 백금(Pt)이 코팅된 실리콘 웨이퍼 위에 스핀코팅을 이용하여 코팅하고 175℃에서 1시간 동안 열처리를 수행하여 폴리머-이트륨옥사이드 유전막을 형성하였다. 상기 폴리머-이트륨옥사이드 유전막 위에 열 증착 시스템(thermal evaporation system)을 이용하여 제1 전극으로 금(Au) 을 증착시켜 트랜지스터 박막을 제조한 후 이의 유전율을 측정하였다.
도 6은 상기와 같이 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막을 포함하는 트랜지스터(TR)의 구조를 나타낸 것으로, 제1 전극(63)과 제2 전극(61) 사이에 폴리머-이트륨옥사이드 유전막(62)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 7은 상기와 같이 제조된 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막을 포함하는 트랜지스터의 전압(V)에 따른 전기용량(C)을 측정한 그래프이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 전장크기(E)의 변화에도 불구하고 전류밀도(J)가 10-8 A/㎠ 이하로 일정하게 유지되었는데, 이는 본 발명에 따른 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막이 높은 유전율을 가짐을 나타내는 것이다.
도 8은 상기와 같이 제조된 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막을 포함하는 트랜지스터의 전압(V)에 따른 전기용량(C)을 측정한 그래프이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 측정된 전기용량(C)과 유전막의 두께(5.4 ㎛)로 제조된 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막은 유전상수 12.8을 가짐을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 pH를 달리하여 제조된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 X-선 세기의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 2a 내지 2c는 각각 본 발명에 따라 pH를 달리하여 제조된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 3은 본 발명에 따라 계면활성제로 에틸렌글리콜의 존재 하에 제조된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 4는 본 발명에 따라 ATPS(aminopropyltriethoxy-silane)로 표면 개질된 이트륨옥사이드(Y2O3)의 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 5는 본 발명에 따른 이트륨옥사이드(Y2O3) 함유 유전잉크 조성물을 이용하여 형성되는 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 유전잉크 조성물로 형성된 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막을 포함하는 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 7은 도 6과 같이 형성된 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막을 포함하는 트랜지스터의 전장크기(E)에 따른 전계방출 전류밀도(J)를 측정한 그래프이고,
도 8은 도 6과 같이 형성된 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막을 포함하는 트랜지스터의 전압(V)에 따른 전기 용량(C)을 측정한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명>
10: 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3) 유전막, 11: 폴리머 기질
12a, 12b: 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말(분말의 크기 차이)
60: 실리콘 웨이퍼, 61: 제 2전극
62: 폴리머-이트륨옥사이드(Y2O3)의 유전막, 63: 제 1전극

Claims (22)

  1. 이트륨옥사이드(Y2O3)를 함유하는 유기절연막 형성용 유전잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이트륨옥사이드(Y2O3)가 쌀알(flake), 박판(sheet) 및 막대(rod) 중의 어느 한 형상(morphology)을 갖는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이트륨옥사이드(Y2O3)가 50 내지 500 ㎚의 균일한 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이트륨옥사이드(Y2O3)가 커플링제(coupling agent)로 표면 개질되어 있거나 또는 가교(crosslink)되어 있는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커플링제가 폴리멜라민-co-포름알데하이드(polymelamine-co-formaldehyde), 3-APTS(aminopropyltriethoxy-silane), INAAT(isopropyltris N-aminoethyl-aminoethyl titanate) 및 PMAA(polymethaccrylic acid)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이트륨옥사이드(Y2O3)가 조성물의 총 중량을 기준으로 10 내지 30 wt%의 양으로 함유되는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 폴리머, 커플링제 및 유기용매를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 7 내지 20 wt%의 폴리머, 3 내지 10 wt%의 커플링제 및 35 내지 70 wt%의 유기용매를 함유하는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  9. 제7항에 있어서, 상기 폴리머가 가교된 폴리비닐 페놀(polyvinyl phenol), 폴리이미드(polyimide), 에폭시(epoxy) 수지, 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  10. 제7항에 있어서, 상기 커플링제가 폴리멜라민-co-포름알데하이드(polymelamine-co-formaldehyde), 3-APTS(aminopropyltriethoxy-silane), INAAT(isopropyltris N-aminoethyl-aminoethyl titanate) 및 PMAA(polymethaccrylic acid)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  11. 제7항에 있어서, 상기 유기용매가 PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate) 또는 부탄올(1-butanol)인 것을 특징으로 하는 유전잉크 조성물.
  12. 1) 유기용매에 폴리머를 용해시켜 폴리머 기질을 제조하는 단계;
    2) 서로 다른 형상을 갖는 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말을 제조하는 단계;
    3) 상기 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말을 커플링제로 처리하여 표면 개질시키는 단계;
    4) 표면 개질된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말을 상기 폴리머 기질 내에 분산시키는 단계를 포함하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 단계 1)에서 폴리머가 가교된 폴리비닐 페놀(polyvinyl phenol), 폴리이미드(polyimide), 에폭시(epoxy) 수지, 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    단계 1)에서 유기용매가 PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate) 또는 부탄올(1-butanol)인 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서, 단계 2)에서 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말이 계면활성제의 존재 하에서 이트륨염을 175 내지 185℃에서 1 내지 12시간 동안 수열합성한 후 냉각시키고, 반응물을 세척한 후 700 내지 800℃에서 2시간 동안 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 계면활성제가 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide) 및 SDS(sodium dodecyl sulfate)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 수열합성 시 계면활성제와 이트륨염 혼합물의 pH를 7로 유지하여 수행함으로써 쌀알(flake) 형상을 갖는 이트륨염옥사이드(Y2O3) 분말이 수득되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 수열합성 시 계면활성제와 이트륨염 혼합물의 pH를 10으로 유지하여 수행함으로써 박판(sheet) 형상을 갖는 이트륨염옥사이드(Y2O3) 분말이 수득되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 수열합성 시 계면활성제와 이트륨염 혼합물의 pH를 14로 유지하여 수행함으로써 막대(rod) 형상을 갖는 이트륨염옥사이드(Y2O3) 분말이 수득되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  20. 제12항에 있어서, 단계 3)에서 커플링제가 폴리멜라민-co-포름알데하이드(polymelamine-co-formaldehyde), 3-APTS(aminopropyltriethoxy-silane), INAAT(isopropyltris N-aminoethyl-aminoethyl titanate) 및 PMAA(polymethaccrylic acid)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  21. 제12항에 있어서, 단계 3)에서 표면 개질이 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말과 커플링제를 9:1 내지 8:2의 비율로 혼합하여 초음파 처리를 수행하고, 70 내지 90℃에서 교반한 후 세척하고 건조시켜 수행되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
  22. 제12항에 있어서, 단계 4)에서 분산이 표면 개질된 이트륨옥사이드(Y2O3) 분말과 폴리머 기질을 1:1 내지 7:1의 비율로 혼합한 후 교반하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 유전잉크 조성물의 제조방법.
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