KR101541517B1 - 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명 기판, 상기 투명 기판의 상부에 형성되는 나노사이즈의 선폭을 가지는 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층, 및 상기 단결정 구리 전극층의 상부에 형성되는 금속 산화물층으로 이루어져 광학적 투과도가 우수하고 전기적 면저항이 낮으며 기계적 안정성이 우수한 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 유연성을 가지는 투명 기판; 상기 투명 기판의 상부에 형성되는 나노사이즈의 선폭을 가지는 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층; 및 상기 단결정 구리 전극층의 상부에 형성되는 금속 산화물층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극을 기술적 요지로 한다.
그리고 본 발명은, 유연성을 가지는 투명 기판의 상부에 단결정 구리를 고주파 스퍼터링 또는 직류 스퍼터링 방식으로 증착시켜 단결정 구리 박막을 형성하는 제1단계; 상기 투명 기판에 형성된 단결정 구리 박막의 상부에 자외선 리소그래피 방식으로 벌집 모양 패턴의 감광액 마스크를 형성하는 제2단계; 상기 감광액 마스크가 형성된 단결정 구리 박막을 식각 용액에 침지시켜 상기 감광액 마스크의 패턴과 대응되면서 상기 감광액 마스크의 선폭보다 작은 나노사이즈의 선폭을 갖도록 언더컷 형태로 과다 식각하여 상기 폴라이미드 기판의 상부에 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층을 형성하는 제3단계; 아세톤을 사용하여 상기 감광액 마스크를 상기 단결정 구리 전극층에서 제거한 후 에탄올과 증류수를 사용하여 상기 투명 기판과 상기 단결정 구리 전극층을 세척하는 제4단계; 및 상기 감광액 마스크가 제거된 단결정 구리 전극층의 상부에 금속 산화물을 고주파 스퍼터링 방식으로 증착시켜 금속 산화물층을 형성하는 제5단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법도 기술적 요지로 한다.
이러한 본 발명은, 유연성을 가지는 투명 기판; 상기 투명 기판의 상부에 형성되는 나노사이즈의 선폭을 가지는 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층; 및 상기 단결정 구리 전극층의 상부에 형성되는 금속 산화물층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극을 기술적 요지로 한다.
그리고 본 발명은, 유연성을 가지는 투명 기판의 상부에 단결정 구리를 고주파 스퍼터링 또는 직류 스퍼터링 방식으로 증착시켜 단결정 구리 박막을 형성하는 제1단계; 상기 투명 기판에 형성된 단결정 구리 박막의 상부에 자외선 리소그래피 방식으로 벌집 모양 패턴의 감광액 마스크를 형성하는 제2단계; 상기 감광액 마스크가 형성된 단결정 구리 박막을 식각 용액에 침지시켜 상기 감광액 마스크의 패턴과 대응되면서 상기 감광액 마스크의 선폭보다 작은 나노사이즈의 선폭을 갖도록 언더컷 형태로 과다 식각하여 상기 폴라이미드 기판의 상부에 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층을 형성하는 제3단계; 아세톤을 사용하여 상기 감광액 마스크를 상기 단결정 구리 전극층에서 제거한 후 에탄올과 증류수를 사용하여 상기 투명 기판과 상기 단결정 구리 전극층을 세척하는 제4단계; 및 상기 감광액 마스크가 제거된 단결정 구리 전극층의 상부에 금속 산화물을 고주파 스퍼터링 방식으로 증착시켜 금속 산화물층을 형성하는 제5단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법도 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명 기판, 상기 투명 기판의 상부에 형성되는 나노사이즈의 선폭을 가지는 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층, 및 상기 단결정 구리 전극층의 상부에 형성되는 금속 산화물층으로 이루어져 광학적 투과도가 우수하고 전기적 면저항이 낮으며 기계적 안정성이 우수한 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지, 디스플레이, 터치스크린 등의 장치에 사용되는 투명전극은 투명한 필름 또는 유리 기판 상부에 도전성 금속 박막을 증착시켜 빛에 대한 투명도와 전기에 대한 도전성을 동시에 구비한 전극이다.
이러한 투명전극 중에서 주로 많이 사용되는 ITO 투명전극은 섞은 인듐 주석 산화물을 투명 기판의 상부에 박막 형태로 증착시킨 것인데, 이는 인듐으로 인하여 제조단가가 높고 화학적으로 불안정하여 내구성이 떨어지며 휨성도 부족한 단점들이 있다.
상기한 단점들을 해소하기 위하여 제조단가가 저렴하고 내구성이 우수하며 휨성도 보장되어 ITO 투명전극을 대체할 수 있도록 다양한 재료와 구조를 가지는 투명전극에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.
현재까지 개발된 투명전극은 인듐을 대신하여 은, 백금, 금, 구리 등을 단독 혹은 혼합한 금속을 투명 기판의 상부에 박막 형태로 투명 기판의 상부에 증착시킨 것이 대부분이다.
이러한 종래의 투명전극 중에서 다결정 구리를 이용하는 투명전극은 구리를 사용함에 따라 제조단가를 다소 낮출 수 있지만 구리의 다결정 구조로 인하여 구조적인 결함과 불균일한 그레인이 발생함에 따라 박막의 선폭을 나노사이즈로 형성할 수 없고 기계적 안정성도 낮아 구부림 변형시 면저항이 증가함에 따라 휨성도 부족하여 플렉시블 기기에 적용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 구조적인 결함과 불균일한 그레인을 해소하여 구리 박막의 선폭을 나노사이즈로 형성할 수 있고 구리 박막의 기계적 안정성도 향상시켜 구부림 변형에 따른 면저항의 증가를 막아 휨성을 보장할 수 있는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극은, 유연성을 가지는 투명 기판; 상기 투명 기판의 상부에 형성되는 나노사이즈의 선폭을 가지는 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층; 및 상기 단결정 구리 전극층의 상부에 형성되는 금속 산화물층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 투명 기판은, 폴리이미드 기판 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단결정 구리 전극층은, 30~150㎚ 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 산화물은, 산화아연(ZnO) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 화합물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법은, 유연성을 가지는 투명 기판의 상부에 단결정 구리를 고주파 스퍼터링 또는 직류 스퍼터링 방식으로 증착시켜 단결정 구리 박막을 형성하는 제1단계; 상기 투명 기판에 형성된 단결정 구리 박막의 상부에 자외선 리소그래피 방식으로 벌집 모양 패턴의 감광액 마스크를 형성하는 제2단계; 상기 감광액 마스크가 형성된 단결정 구리 박막을 식각 용액에 침지시켜 상기 감광액 마스크의 패턴과 대응되면서 상기 감광액 마스크의 선폭보다 작은 나노사이즈의 선폭을 갖도록 언더컷 형태로 과다 식각하여 상기 폴라이미드 기판의 상부에 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층을 형성하는 제3단계; 아세톤을 사용하여 상기 감광액 마스크를 상기 단결정 구리 전극층에서 제거한 후 에탄올과 증류수를 사용하여 상기 투명 기판과 상기 단결정 구리 전극층을 세척하는 제4단계; 및 상기 감광액 마스크가 제거된 단결정 구리 전극층의 상부에 금속 산화물을 고주파 스퍼터링 방식으로 증착시켜 금속 산화물층을 형성하는 제5단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1단계의 고주파 스퍼터링은, 120~180℃에서 30~60W로 5~10분간 실시하여 상기 단결정 구리 박막을 30~150㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 식각 용액은, 증류수, 과산화수소, 및 아세트산이 각각 10~100 : 1 : 1의 부피비로 혼합 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제5단계의 고주파 스퍼터링은, 120~180℃에서 20~40W로 10~300분간 실시하여 상기 금속 산화물층을 20~300㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 산화물은, 산화아연(ZnO) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 화합물인 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의한 본 발명은, 단결정 구리와 금속 산화물을 이용하는 나노 망사 다층 구조를 통해 투명 전극의 광학적 특성과 전기적 특성 및 기계적 안정성을 크게 향상시킴으로써 저렴한 제조 단가로 플렉시블 기기 등에 충분히 적용 가능한 우수한 품질을 가지는 투명 전극을 제조 및 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 구조를 도시한 계략도.
도 2는 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법을 단계적으로 도시한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법에서 사용되는 감광액 마스크 구조를 도시한 계략도.
도 4는 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법에서 과다 식각을 통한 언더컷 현상을 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단결정 구리를 사용한 단결정 구리 전극층과 다결정 구리를 사용한 다결정 구리 전극층을 비교한 AFM 표면 이미지.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층과 원형 패턴의 단결정 구리 전극층을 비교한 AFM 표면 이미지 및 사진.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭으로 형성된 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층을 도시한 AFM 표면 이미지.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭과 개방면적 직경으로 제조된 투명 전극의 전기적 및 광학적 특성을 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭과 개방면적 직경으로 제조된 투명 전극의 성능 지수를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 화학적 안정성을 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 휨성을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법을 단계적으로 도시한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법에서 사용되는 감광액 마스크 구조를 도시한 계략도.
도 4는 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법에서 과다 식각을 통한 언더컷 현상을 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단결정 구리를 사용한 단결정 구리 전극층과 다결정 구리를 사용한 다결정 구리 전극층을 비교한 AFM 표면 이미지.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층과 원형 패턴의 단결정 구리 전극층을 비교한 AFM 표면 이미지 및 사진.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭으로 형성된 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층을 도시한 AFM 표면 이미지.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭과 개방면적 직경으로 제조된 투명 전극의 전기적 및 광학적 특성을 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭과 개방면적 직경으로 제조된 투명 전극의 성능 지수를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 화학적 안정성을 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 휨성을 나타낸 그래프.
본 발명은 종래의 다결정 구리로 인한 구조적 결함과 불균일한 그레인 및 부족한 기계적 안정성을 개선 보완하여 플렉시블 기기에 적용 가능한 품질을 가지는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 및 그 제조방법에 관한 것입니다.
이하 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극과, 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 차례대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 구조를 도시한 계략도이다.
본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 투명 기판(110), 단결정 구리 전극층(120), 및 금속 산화물층(130);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 투명 기판(110)은 50~200㎛의 두께로 투명하고 유연하며 절연 재질로 구성된 것으로서, 이는 투명전극의 투명성과 휨성을 보장하기 위한 구성이다.
여기서 투명 기판(110)은 투명하고 유연하고 구조적으로나 화학적으로 안전성을 가지는 폴리이미드(PI) 기판이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판 등으로 구성될 수 있다.
상기 단결정 구리 전극층(120)은 상기 투명 기판(110)의 상부에 단결정 구리를 고주파 스퍼터링 또는 직류 스퍼터링 방식으로 증착시켜 30~150㎚의 두께로 형성되는 것으로서, 이는 투명전극에서 전류가 흐르는 전극을 이루는 구성이다.
이때 단결정 구리 전극층(120)은 투명전극이 투명성과 휨성을 보장할 수 있도록 나노사이즈의 선폭을 가지는 벌집 모양 패턴으로 형성된다. 그리고 단결정 구리 전극층(120)을 구성하는 단결정 구리는 구리 덩어리를 용융시켜 초크랄스키 방법, 브리지만 방법 등으로 육성시킨 것이다.
상기 벌집 모양 패턴은 원형, 삼각형, 사각형 등의 패턴과 비교하여 전극 제작시 단위면적당 상대적으로 적은 양의 단결정 구리를 사용하여 높은 투과도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 강한 압력, 휘어짐, 밀림 등에도 견디는 우수한 기계적 성질을 가진다.
즉, 벌집 모양 패턴은 원형, 삼각형, 사각형 등의 패턴에 비교하여 제조단가를 절감할 수 있고 광학적 특성과 함께 기계적 특성도 향상시킬 수 있다.
상기 금속 산화물층(130)은 상기 단결정 구리 전극층(120)의 상부에 금속 산화물을 고주파 스퍼터링 방식으로 증착시켜 20~100㎚의 두께로 형성되는 것으로서, 이는 단결정 구리 전극층(120)이 공기 중의 산소에 의해 산화되는 것을 막고 단결정 구리 전극층(120)의 전기적 면저항을 감소시키는 구성이다.
여기서 금속 산화물층(130)을 구성하는 금속 산화물은 산화아연(ZnO) 또는 알루미늄(Al)이 1~2 몰%(mol%)로 도핑된 산화아연(ZnO)의 화합물로 구성될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법을 단계적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법에서 사용되는 감광액 마스크 구조를 도시한 계략도이며, 도 4는 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법에서 과다 식각을 통한 언더컷 현상을 도시한 예시도이다.
본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법(S100)은, 도 2에 도시된 바와 같이 단결정 구리 박막을 형성하는 제1단계(S110), 감광액 마스크를 형성하는 제2단계(S120), 단결정 구리 전극층을 형성하는 제3단계(S130), 감광액 마스크를 제거하는 제4단계(S140), 및 금속 산화물층을 형성하는 제5단계(S150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1단계(S110)는 투명 기판의 상부에 단결정 구리를 물리 기상 증착 방식으로 증착시켜 단결정 구리 박막을 형성하는 공정이다.
여기서 물리 기상 증착 방식으로는 단결정 구리의 단결정 특성을 반영할 수 있으면서 대면적으로 증착할 수 있는 고주파 스퍼터링 또는 직류 스퍼터링을 이용할 수 있다.
단, 고주파 스퍼터링을 이용하는 경우에는 120~180℃에서 30~60W로 5~10분간 실시하는데, 상기 온도 범위보다 높거나 낮으면 투명 기판이 변형되거나 단결정 구리가 증착 공정 중에 산화되거나 결정성 및 전기적 특성이 저하될 수 있고, 상기 파워 범위보다 높거나 낮으면 단결정 구리가 균일하게 증착되지 않아 전기적 및 기계적 특성이 저하될 수 있으며, 상기 시간 범위보다 길거나 짧으면 단결정 구리 박막이 너무 두껍게 형성되거나 너무 얇게 형성됨에 따라 상기 온도와 파워 및 시간 범위 내에서 고주파 스퍼터링을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 제2단계(S120)는 투명 기판에 형성된 단결정 구리 박막의 상부에 자외선 리소그래피(Ultraviolet Lithography) 방식을 이용하여 벌집 모양 패턴을 가지는 감광액 마스크를 형성하는 공정이다.
그리고 감광액 마스크는 벌집 모양 패턴의 선폭이 3~5㎛가 되고 벌집 모양 패턴의 개방면적 직경이 5~30㎛로 되도록 형성한다. 이때 감광액 마스크를 도 3에 도시된 바와 같이 벌집 모양 패턴으로 형성하는 이유는 상기한 바와 같이 제조 단가를 절감하고 광학적 및 기계적 특성을 향상시키기 위함이다.
상기 제3단계(S130)는 감광액 마스크가 형성된 단결정 구리 박막을 습식 식각하여 벌집 모양 패턴을 가지는 단결정 구리 전극층을 형성하는 공정이다.
즉, 감광액 마스크의 패턴과 대응되도록 식각 용액을 이용하는 습식 식각을 통하여 단결정 구리 박막을 벌집 모양 패턴을 가지는 단결정 구리 전극층으로 가공하는 것이다.
여기서 식각 용액은 증류수, 과산화수소, 및 아세트산을 각각 10~100 : 1 : 1의 부피비로 혼합 구성한 것을 사용한다.
단, 단결정 구리 박막이 식각 용액에 침지되는 시간을 조절하면서 도 4에 도시된 과다 식각을 통한 언더컷 현상을 이용하여 단결정 구리 전극층의 선폭이 감광액 마스크의 선폭보다 작게 식각하는 것이 바람직하다.
이러한 과다 식각을 통한 언더컷 형태에 의해 투명 기판 상부에 형성되는 단결정 구리 전극층을 감광액 마스크의 벌집 모양 패턴이 가지는 마이크로사이즈 선폭보다 작은 나노사이즈의 선폭과 벌집 모양 패턴의 개방면적 직경보다 넓은 개방면적 직경을 가지는 나노 구조물 형태로 제조할 수 있다.
그리고 상기와 같이 고가의 전자빔 리소그래피(electron beam lithography)나 나노 임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 기술을 사용하지 않고 일반적으로 사용되는 자외선 리소그래피와 습식 식각만을 접목함으로써 상기한 나노 구조물을 저렴하고 손쉽게 제조 가능하게 된다.
상기 제4단계(140)는 감광액 마스크를 단결정 구리 전극층에서 제거한 후 투명 기판과 단결정 구리 전극층을 세척하는 공정이다.
즉, 아세톤을 사용하여 감광액 마스크를 단결정 구리 전극층으로부터 제거한 후 상기 아세톤이 잔존하는 투명 기판과 단결정 구리 전극층을 에탄올을 사용하여 1차로 세척한 다음 다시 증류수를 사용하여 2차로 세척하는 것이다.
상기 제5단계(150)는 감광액 마스크가 제거된 단결정 구리 전극층의 상부에 금속 산화물을 고주파 스퍼터링 방식으로 증착시켜 금속 산화물층을 형성하는 공정이다.
이때 금속 산화물은 산화아연(ZnO) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 화합물을 사용할 수 있다.
그리고 고주파 스퍼터링은 120~180℃에서 20~40W로 10~300분간 실시하는데, 상기 온도 범위보다 높거나 낮으면 투명 기판이 변형되거나 금속 산화물의 결정성, 전기적 및 광학적 특성이 저하될 수 있고, 상기 파워 범위보다 높거나 낮으면 금속 산화물이 균일하게 증착되지 않아 전기적 및 광학적 특성이 저하될 수 있으며, 상기 시간 범위보다 길거나 짧으면 금속 산화물층이 너무 두껍게 형성되거나 너무 얇게 형성됨에 따라 상기 온도와 파워 및 시간 범위 내에서 고주파 스퍼터링을 실시하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명에 따른 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법을 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
1. 단결정 구리 박막 형성 단계
단결정 구리 타깃을 사용하여 150℃에서 50W로 8분간 고주파 스퍼터링하여 플렉시블한 폴리이미드 기판의 상부에 단결정 구리 박막을 80㎚ 정도의 두께로 형성하였다.
2. 감광액 마스크 형성 단계
자외선 리소그래피 방법으로 폴리이미드 기판에 형성된 단결정 구리 박막의 상부에 벌집 모양 패턴을 가지는 감광액 마스크를 선폭 3㎛ 벌집 모양의 직경이 5~30㎛가 되도록 형성하였다.
3. 단결정 구리 전극층 형성 단계
증류수와 과산화수소 및 아세트산을 각각 10:1:1의 부피비로 혼합 조성한 식각 용액에 감광액 마스크가 형성된 단결정 구리 박막을 10~300초간 침지시켜 언더컷 형태로 과다 식각하여 감광액 마스크의 패턴과 대응되되 감광액 마스크의 선폭보다는 얇은 3㎛~200㎚의 선폭을 가지는 단결정 구리 전극층을 폴리이미드 기판의 상부에 형성하였다.
4. 감광액 마스크 제거 단계
아세톤을 사용하여 단결정 구리 전극층의 상부에 형성된 감광액 마스크를 제거하였다. 그리고 폴리이미드 기판과 단결정 구리 전극층을 에탄올로 1차 세척한 후 다시 증류수로 2차 세척하여 폴리이미드 기판과 단결정 구리 전극층에 묻은 아세톤을 비롯한 이물질을 제거하였다.
5. 금속 산화물층 형성 단계
알루미늄이 2몰%로 도핑된 산화아연 화합물을 150℃에서 30W로 20분간 고주파 스퍼터링하여 단결정 구리 전극층의 상부에 알루미늄이 도핑된 산화아연 산화물층을 50㎚ 정도의 두께로 형성하였다.
이에 따라 폴리이미드 기판의 상부에 80nm의 두께와 3㎛~200㎚의 선폭을 가진 단결정 구리 전극층과, 50㎚의 두께를 가진 알루미늄이 도핑된 산화아연 산화물층이 차례대로 형성된 투명전극을 제조하였다.
이하 상기 바람직한 실시예에 따라 제조된 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극에 대한 성능 분석 결과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단결정 구리를 사용한 단결정 구리 전극층을 다결정 구리를 사용한 다결정 구리 전극층과 비교한 AFM 표면 이미지이다.
도 5에 따르면, 단결정 구리를 사용한 본 발명의 단결정 구리 전극층(a)은 과다 식각을 통해 벌집 모양 패턴이 균일하게 형성되었지만, 다결정 구리를 사용한 비교예의 다결정 구리 전극층(b)은 다수 존재하는 구조적 결함과 불균일한 그레인에 의해 벌집 모양 패턴이 불안정하고 무질서하게 식각되어 균일하게 형성되지 못하였다.
즉, 단결정 구리를 사용하여 전극층을 형성함으로써 벌집 모양 패턴으로 균일하게 과다 식각되는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층과 원형 패턴의 단결정 구리 전극층을 비교한 AFM 표면 이미지(a) 및 사진(b)이다.
도 6의 (a)에 따르면, 본 발명에 따른 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층(좌측)은 벌집 모양이 겹치는 부분이 일정한 선폭으로 형성되는 반면에, 비교예인 원형 패턴의 단결정 구리 전극층(우측)은 원형 겹치는 부분이 다른 부분보다 넓은 선폭으로 형성되었다.
이에 따라 도 6의 (b)와 같이 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층(좌측)은 원형 패턴의 단결정 구리 전극층(우측)에 비하여 상대적으로 높은 광학적 투과도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭으로 형성된 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층을 도시한 AFM 표면 이미지이다.
도 7에 따르면, (a)~(d)와 같이 식각 시간을 조절하여 단결정 구리 전극층을 다양한 선폭으로 형성하였는데, 선폭이 200nm이하가 되었을 때부터 단결정 구리 전극층의 벌집 모양 패턴이 깨지면서 전도 경로가 파괴되어 저항이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭과 개방면적 직경으로 제조된 투명 전극의 전기적 및 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8에 따르면, 3㎛, 1㎛, 500nm, 350nm의 선폭과, 5㎛, 10㎛, 15㎛, 20㎛, 25㎛, 30㎛의 개방면적 직경을 가지는 다양한 조합의 투명 전극의 면저항과 투과도를 측정하였는데, 동일한 개방면적 직경 하에서 선폭이 클수록 면저항이 작아지고 동일한 선폭 하에서 개방면적 직경이 클수록 투과도가 향상되는 것을 알 수 있었다.
즉, 전기적 특성은 선폭에 반비례하고 광학적 특성은 개방면적 직경에 비례하는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다양한 선폭과 개방면적 직경으로 제조된 투명 전극의 성능 지수를 나타낸 그래프이다.
투과도와 면저항을 고려하여 최고의 효율을 가지는 시료를 선택하기 위하여 성능 지수(Figure of merit)를 계산하였다.
도 9에 따르면, 선폭이 1㎛이고 개방면적 직경이 30㎛일 때(H30(1㎛)), 최고 46.473×10-3 ohm-1의 성능 지수를 가지고 해당 시료의 투과도와 면저항은 각각 92.962%와 10.372 ohm/sq이었다.
최고의 성능 지수를 가지는 H30(1㎛) 시료에 산화아연(ZnO)와 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)를 증착하였을 때 투과도는 각각 90.908%와 90.656%로 감소하였지만, 면저항은 각각 7.747 ohm/sq와 6.197 ohm/sq로 향상되었고, 성능 지수 또한 각각 49.893×10-3 ohm- 1와 60.502×10-3 ohm-1로 향상되었다.
즉, 금속 산화물층에 의해 투과도는 소폭 감소하였지만, 개방면적이 전도성 산화물로 채워지면서 새로운 전도 경로가 생성되면서 전기적 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 증착시 성능 지수가 30%정도 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 화학적 안정성을 나타낸 그래프이다.
금속 산화물층을 형성하기 전과 후로 구분하여 단결정 구리를 사용한 단결정 구리 전극층과 다결정 구리를 사용한 다결정 구리 전극층을 상온에서 200℃도까지 공기 중에서 열처리하면서 면저항 특성 변화를 측정하였다.
도 10에 따르면, 금속 산화물층이 없는 다결정 구리 전극층은 125℃ 이후 면저항이 급격히 증가하기 시작하여 150℃ 이후부터는 측정 불가능할 정도로 면저항이 증가하는 반면에, 금속 산화물층이 없는 단결정 구리 전극층은 상기 다결정 구리 전극층에 비하여 면저항의 증가 폭이 작으나 구리 자체의 산화 현상을 완전히 억제하지 못하여 175℃ 이후부터는 측정 불가능할 정도로 면저항이 증가하였다.
이에 반하여 금속 산화물층이 형성된 단결정 구리 전극층은 투명 기판이 변형되지 않는 200℃까지에서도 낮은 면저항을 유지하였다. 특히, 알루미늄이 도핑된 산화아연의 화합물로 이루어진 금속 산화물층이 형성된 단결정 구리 전극층은 산소 빈자리 외에도 알루미늄이 자유 전자를 제공해 주기 때문에 산화아연 화합물로 이루어진 금속 산화물층이 형성된 단결정 구리 전극층에 비하여 상대적으로 낮은 면저항을 유지하였다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 휨성을 나타낸 그래프이다.
투명 전극은 플렉시블 기기에 적용할 수 있도록 기계적인 스트레스에도 고유한 물리적 특성이 유지되어야 하는데, 이를 위해 금속 산화물층을 형성하기 전과 후로 구분하여 단결정 구리를 사용한 투명 전극과 다결정 구리를 사용한 투명 전극을 구부려서 구부림 횟수(0~1000회)에 따른 면저항을 측정하였다.
도 11에 따르면 다결정 구리를 사용한 투명 전극은 기계적 안정성이 취약하여 구부림 1000회 이후부터 면저항이 초기 면저항에 비하여 약 107배만큼 증가하였으나, 단결정 구리를 사용한 투명 전극은 구부림 1000회 이후 면저항이 초기 면저항에 비해 약 1.04~1.08배로 금속 산화물층의 유무에 관계없이 초기 저항을 거의 그대로 유지하는 우수한 기계적 안정성을 보였다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
100: 투명 전극
110: 투명 기판
120: 단결정 구리 전극층
130: 금속 산화물층
S100: 투명 전극의 제조방법
S110: 단결정 구리 박막을 형성하는 단계
S120: 감광액 마스크를 형성하는 단계
S130: 단결정 구리 전극층을 형성하는 단계
S140: 감광액 마스크를 제거하는 단계
S150: 금속 산화물층을 형성하는 단계
110: 투명 기판
120: 단결정 구리 전극층
130: 금속 산화물층
S100: 투명 전극의 제조방법
S110: 단결정 구리 박막을 형성하는 단계
S120: 감광액 마스크를 형성하는 단계
S130: 단결정 구리 전극층을 형성하는 단계
S140: 감광액 마스크를 제거하는 단계
S150: 금속 산화물층을 형성하는 단계
Claims (9)
- 유연성을 가지는 투명 기판:
상기 투명 기판의 상부에 형성되되 고주파 스퍼터링 방식 또는 직류 스퍼터링 방식으로 증착된 후 언더컷 형태의 과다 습식 식각을 통해 나노사이즈의 선폭을 가지는 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층; 및
상기 단결정 구리 전극층의 상부에 형성되는 금속 산화물층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극. - 제1항에 있어서,
상기 투명 기판은,
폴리이미드 기판 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극. - 제1항에 있어서,
상기 단결정 구리 전극층은,
30~150㎚ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극. - 제1항에 있어서,
상기 금속 산화물은,
산화아연(ZnO) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 화합물인 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극. - 유연성을 가지는 투명 기판의 상부에 단결정 구리를 고주파 스퍼터링 방식 또는 직류 스퍼터링 방식으로 증착시켜 단결정 구리 박막을 형성하는 제1단계;
상기 투명 기판에 형성된 단결정 구리 박막의 상부에 자외선 리소그래피 방식으로 벌집 모양 패턴의 감광액 마스크를 형성하는 제2단계;
상기 감광액 마스크가 형성된 단결정 구리 박막을 식각 용액에 침지시켜 상기 감광액 마스크의 패턴과 대응되면서 상기 감광액 마스크의 선폭보다 작은 나노사이즈의 선폭을 갖도록 언더컷 형태로 과다 식각하여 상기 투명 기판의 상부에 벌집 모양 패턴의 단결정 구리 전극층을 형성하는 제3단계;
아세톤을 사용하여 상기 감광액 마스크를 상기 단결정 구리 전극층에서 제거한 후 에탄올과 증류수를 사용하여 상기 투명 기판과 상기 단결정 구리 전극층을 세척하는 제4단계; 및
상기 감광액 마스크가 제거된 단결정 구리 전극층의 상부에 금속 산화물을 고주파 스퍼터링 방식으로 증착시켜 금속 산화물층을 형성하는 제5단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1단계의 고주파 스퍼터링은,
120~180℃에서 30~60W로 5~10분간 실시하여 상기 단결정 구리 박막을 30~150㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 식각 용액은,
증류수, 과산화수소, 및 아세트산이 각각 10~100 : 1 : 1의 부피비로 혼합 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제5단계의 고주파 스퍼터링은,
120~180℃에서 20~40W로 10~300분간 실시하여 상기 금속 산화물층을 20~300㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 금속 산화물은,
산화아연(ZnO) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 화합물인 것을 특징으로 하는 단결정 구리를 이용한 나노 망사 다층 구조의 투명전극 제조방법.
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Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| WO2017022903A1 (ko) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 인천대학교 산학협력단 | 투명 전극 및 그 제조방법 |
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| WO2018155786A1 (ko) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | 동우화인켐 주식회사 | 필름형 안테나 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108206070B (zh) * | 2017-06-23 | 2019-10-29 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种透明导电薄膜及采用晶界印刷法制备该薄膜的方法 |
| CN115171957B (zh) * | 2022-07-08 | 2024-06-07 | 东北电力大学 | 一种仿蝴蝶和蜂窝外形结构的组合式负泊松比柔性电极 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100238438B1 (ko) * | 1996-11-20 | 2000-01-15 | 정선종 | Al과 alcu 박막의 건식식각시 부식방지를 위한 금속배선용 박막 의 형성방법 |
| KR19980037011U (ko) * | 1996-12-17 | 1998-09-15 | 박병재 | 내연기관의 흡기계통 |
| KR20070072215A (ko) * | 2005-12-31 | 2007-07-04 | 삼성에스디아이 주식회사 | 금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지 |
| US20080041813A1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-02-21 | Atmel Corporation | Methods and compositions for wet etching |
| KR101001875B1 (ko) * | 2006-09-30 | 2010-12-17 | 엘지이노텍 주식회사 | 등방성 에칭을 이용한 미세 패턴 형성방법 및 이를 이용하여 제조된 미세패턴이 형성된 반도체 기판 면상 부재 |
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| JP5302332B2 (ja) * | 2007-12-20 | 2013-10-02 | シーマ ナノ テック イスラエル リミティド | ナノ粒子で形成された透明電極を有する光起電力デバイス |
| JP5352878B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-11-27 | 公立大学法人高知工科大学 | 表示用基板及びその製造方法並びに表示装置 |
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| JP5913809B2 (ja) * | 2011-01-05 | 2016-04-27 | リンテック株式会社 | 透明電極基板、その製造方法、該透明電極基板を有する電子デバイス及び太陽電池 |
-
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017022903A1 (ko) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 인천대학교 산학협력단 | 투명 전극 및 그 제조방법 |
| KR101759708B1 (ko) | 2016-06-30 | 2017-07-20 | 부산대학교 산학협력단 | 단결정 산화구리 박막을 이용한 광촉매제 및 그 제조방법 |
| WO2018004280A1 (ko) * | 2016-06-30 | 2018-01-04 | 부산대학교 산학협력단 | 무결점 단결정 구리 박막을 이용한 산화구리 박막 구조체 및 그 제조방법 |
| WO2018155786A1 (ko) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | 동우화인켐 주식회사 | 필름형 안테나 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 |
| KR20200097173A (ko) | 2019-02-07 | 2020-08-18 | 경북대학교 산학협력단 | 더블 패터닝을 이용한 나노 메쉬 기반의 일체형 금속 전도체 제조방법 및 이에 의해 제조된 일체형 금속 전도체 |
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