KR101807957B1 - 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 국부적으로 나노결정 닷이 분포된 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막; 을 포함하고, 상기 나노결정 닷 및 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물은, 각각, ZITO:Al, ZITO:Ga 또는 이 둘을 포함하는 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 플렉서블 또는 웨어러블 소자에 적용 가능한 유연성과 우수한 전기적 특성을 갖는, 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다.

Description

산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법{HIGHLY CONDUCTIVE FLEXIBLE TRANSPARENT ELECTRODES BASED OXIDE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
투명전극(Transparent Electrode)은 빛을 통과시키면서 높은 전도성을 가지는 고유한 특성으로 인해, LED나 태양전지 등과 같은 광소자뿐만 아니라 OLED, 플렉서블 디스플레이 및 터치 패널 소자 등과 같은 디스플레이 소자에 중요한 요소로 적용되고 있다. 이러한 광전소자에 적용되는 투명전극은, 비정질 산화물반도체를 이용하고 있으며, 대표적으로 산화인듐에 산화주석을 첨가한 ITO(Indium-Tin Oxide)계 산화물 반도체이다.
ITO는 높은 전도성과 가시광 영역에서의 고 투과율을 제공할 뿐만 아니라 화학적 안정성, 기판과의 부착성이 양호하다. ITO는 광학적 및 전기적 특성을 향상시키기 위해서 고온에서 성장하고 열처리하여 결정질 구조를 형성시키며, 이러한 결정질 구조의 규칙적인 배열을 통하여 높은 전하 이동도를 나타낼 수 있다. 결정질 ITO로 이루어진 투명전극은, 이러한 결정질 구조에 의해서 투명전극을 굽히거나 휘었을 경우에 스트레스에 의한 크랙(crack)이 발생하므로, 플렉서블 디스플레이 소자에 적합한 유연성을 확보하는 것이 어렵다.
차세대 디스플레이로 대두되고 있는 플렉서블 혹은 웨어러블 디스플레이에 투명전극 소재로 고 전도성, 고 분해능, 고 유연성의 차세대 투명전극을 요구하고 있으나 아직까지 최적의 고유연성 투명전극은 개발되지 않고 있다.
따라서 본 기술 개발에서는 기존의 개념을 뛰어넘는 새로운 개념의 투명전극 즉 크랙 발생의 원인인 결정구조를 벗어난 비정질 구조의 차세대 투명전극에 대한 제조 방법을 제시하고자 한다.
지금까지 비정질 구조의 산화물 반도체는 다양하게 연구되었으나, 이는 비정질 구조를 트랜지스터(Thin Film Transistor TFT)로만 사용되는 In-Ga-Zn-O 기반의 물질로써 투명전극에서 요구되는 고농도, 고이동도의 캐리어(carrier)를 갖는 전기적 특성을 구현하지 못하고 있어 고 전도성의 비정질 투명전극은 구현하는데 한계가 있다. 특히 비정질 구조의 산화물 기반 투명전극에서 기존 결정질 구조에 상응하는 전기적 특성을 확보하는 것은 매우 어렵지만 ITO, ZnO 등의 결정질 투명전극을 대체하기 위해서는 고유연 특성과 함께 반드시 확보해야 할 전기적 특성이다.
따라서 비정질 기반의 투명전극은 캐리어 농도와 이동도 특성에서 기존 결정질이 이동도와 경쟁할 수 있는 기술을 확보하는 것이 비정질 기반 고유연성 투명전극 제조에서 핵심 기술이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 결정질 구조에 상응하는 높은 전하 이동도를 제공하면서, 스트레스에 의한 크랙 발생을 낮출 수 있는 높은 유연성을 갖는, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양상은,
기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 국부적으로 나노결정 닷이 분포된 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막; 을 포함하고, 상기 나노결정 닷 및 Zn-In-Sn-O 기반 비정 산화물은, 각각, ZITO:Al, ZITO:Ga 또는 이 둘을 포함하는 것인 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극에 관한 것이다.
본 발명의 일 예로, 상기 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 대 상기 나노결정 닷은, 1:0.001 내지 0.1의 면적비로 포함되고, 상기 나노결정 닷은, 1 um 이내의 입경을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 기판은, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 유연 기판, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 또는 유리 기판을 포함할 수 있다
본 발명의 일 예로, 상기 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극은, 80 % 이상의 광투과도 및 10 - 2Ω·cm이하의 비저항을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양상은,
Zn 타켓 및 In 타켓 및 Sn 타겟을 이용하여 기판 상에 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계; 및 상기 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막을 열처리하여 상기 비정질 산화물 박막 내에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 Zn 타켓, In 타켓, Sn 타겟 또는 이 둘은, Ga, Al 또는 이 둘이 도핑된 타켓이며, 상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는, 300 ℃ 내지 650 ℃ 에서 30초 내지 5분 동안 열처리하는 것인, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화물 박막을 성장시키는 단계는, 250 ℃ 내지 650 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는, 50 ℃ 내지 100 ℃ 승온 속도로 가열하고, 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다.
본 발명은, 결정질 구조에 상응하는 우수한 전기적 특성과 고 분해성을 가지면서 이와 동시에 유연성이 우수한 투명전극을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 투명 전극은, 소자의 구부림, 또는 스트레스 등으로부터 광학적 및 전기적 특성을 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 투명전극은, 높은 광투과도 및 스트레스에 의한 크랙 발생을 낮출 수 있는 우수한 유연성을 가지므로, 플렉서블 또는 웨어러블 소자에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법에 이용되는 교류전압인가 진공 증착기 (RF magnetron sputtering system)의 구성을 간략하게 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 광투과도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 면저항을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 Hall 효과 측정에 의한 전기적 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 열처리 전 비정질 구조 TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지와 열처리 후 비정질 메트릭스에 나노닷이 포함된 TEM 이미지 및 회절 결과를 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극은, 전체적으로 비정질 구조를 가지면서 내부에 국부적으로 형성된 나노결정 닷에 의한 우수한 전기전도성과 비정질 구조에 의한 유연성을 동시에 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명전극은, 기판; 및 비정질 산화물 박막; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 기판은, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 유연 기판, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 또는 고내열성 유리기판 등의 유리 기판일 수 있으며, 바람직하게는 플렉서블 또는 웨어러블 소자에 적용 가능한 유연 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 적용은, 성장 온도 및/또는 열처리 온도 등에 따른 기판의 내열성을 고려하여 적용할 수 있으며, 예를 들어, 상온 및 100 ℃ 이하의 온도에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판, 100 ℃에서 300 ℃ 이하의 온도에서는 폴리이미드 기판, 300 ℃에서 600 ℃ 이상의 온도에서는 사파이어 기판 또는 고내열성 유리기판, 실리콘 기판 등일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 비정질 산화물 박막은, 상기 기판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 50 nm 내지 500 nm; 바람직하게는 100 nm 내지 250 nm; 더 바람직하게는 150 nm 내지 250 nm의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 비정질 산화물 박막은, 비정질 산화물 매트릭스 내에 나노결정 닷이 국부적으로 분포된 것일 수 있다. 이는, 비정질 산화물 박막이 전체적으로 비정질 산화물에 의한 비정질 구조로 이루어지므로, 고 유연성 등과 같은 비정질 특성을 나타내고, 상기 비정질 산화물은, 적절한 캐리어 농도 하에서 호핑 메커니즘이 아닌 밴드 전도 메커니즘으로 캐리어 운반이 일어나며 즉, 산화물에서 금속의 최외각 전자 중 s-오비탈의 전자가 전하 수송에 기여하기 때문에 비정질 박막임에도 불구하고 상대적으로 높은 전하 이동도를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 비정질 구조 내부에 형성된 국부적인 나노결정 닷의 존재는, 원자의 규칙적 배열을 통한 높은 전하 이동도에 기여함과 동시에 소자의 구부림에도 불구하고 광학적 및 전기적 특성을 유지시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 비정질 산화물 대 나노결정 닷은, 1:0.001 내지 0.1(면적비; 바람직하게는 1:0.01 내지 0.1(면적비);로 포함될 수 있으며, 상기 면적비 내에 포함되면 전체적으로 비정질 구조에 따른 유연성을 가지면서, 결정질 구조에 따른 우수한 전기적 및 광학적 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 비정질 산화물은, Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물일 수 있으며, 예를 들어, 3족 원소, 4족 원소, 및/또는 희토류 원소가 도핑된 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물을 포함하며, 바람직하게는 ZITO:Al, ZITO:Ga 또는 이 둘을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 나노결정 닷은, 비정질 산화물 박막의 열처리 공정을 통해 형성된 결정성 산화물이며, 상기 비정질 산화물 박막과 동일한 성분으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 나노결정 닷은, 1 um 이내 입경; 바람직하게는 1 nm 내지 500 nm, 더 바람직하게는 1 nm 내지 250 nm; 더욱더 바람직하게는 1 nm 내지 50 nm의 입경을 갖는 것일 수 있으며, 상기 입경 범위 내에 포함되면, 결정질 구조의 규칙적인 배열에 의한 높은 전하 이동도를 제공하면서, 비정질 산화물 박막의 스트레스에 의한 크랙 또는 구동에 따른 전기적 특성이 변화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극은, 높은 광투과성과 낮은 면저항을 나타낼 수 있으며, 예를 들어, 가시광영역에 대한 80 % 이상; 바람직하게는 90 % 이상의 광투과도; 및 1.0 x 10 -4Ω·cm 이하의 면저항을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극은, 전자소자의 투명전극이나 터치 패널, 디스플레이 등으로 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 차세대 디스플레이인 플렉서블 또는 웨어러블 디스플레이(flexible display), 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display), 발광 디스플레이(LED Display : Light Emitting Device Display), 유기발광 디스플레이(OLED,Organic Light Emitting Diode), 전자 종이, 태양전지 등에 사용될 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명은, 본 발명에 의한 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 제조방법은, 비정질 산화물 반도체를 급속열처리 공정에 의해 비정질 구조 내부에 국부적으로 나노결정 닷을 형성시켜 고 전도성 및 고효율의 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 1에서, 상기 제조방법은, 기판을 준비하는 단계(S1); 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계(S2); 및 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3); 를 포함할 수 있다. 상기 제조방법은, 진공증착기를 이용하고, 바람직하게는 교류전압인가 진공 증착기(RF magnetron sputtering system)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 2를 참조하여 설명하며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 교류전압인가 진공 증착기의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 2에 제시한 교류전압인가 진공 증착기는, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면, 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 구성을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 기판을 준비하는 단계(S1)는, 투명전극이 적용되는 분야에 따라 적절한 기판을 선택하여 진공 증착기 내에 배치하는 단계이며, 예를 들어, 기판(10)을 챔버(20) 내에 구비된 로테이터(21)에 회전 가능하도록 배치한다. 상기 기판은, 상기 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극에서 제시한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계(S2)는, 기판 상에 Zn 타켓, In 타켓 및 Sn 타겟을 이용하여 기판 상에 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계이다. 예를 들어, 고진공 펌프(22)와 저진공 펌프(23) 및 진공 벨브(24)에 의하여 진공을 발생시키고, Zn 기반 타겟(target)(25)을 장착한 제1 스퍼터건(26), 및 Sn 기반 타켓 및 In 기반 타겟(27)을 장착한 제2 스퍼터건(28)에 각각 RF파워를 가하고, 박막 성장 온도를 설정하고, 플라즈마 밀도를 조절하여 비정질 산화물 박막의 전체 두께 및 각 성분의 함량을 조절하여 비정질 산화물 박막을 성장(증착)시킬 수 있다.
예를 들어, Zn 타켓, In 타켓 및 Sn 타겟은, 본 발명의 기술분야에서 알려진 것을 적절하게 이용할 수 있으며, 예를 들어, Zn 기반 타겟, In 기반 타겟, Sn 기반 타겟; Zn, In, 및/또는 Sn 산화물 기반의 산화물 타겟; 또는 이 둘이 혼용된 것일 수 있고, 또는 Zn 타켓, In 타켓 및 Sn 타겟 중 하나 이상은, 3족 원소, 4족 원소, 및/또는 희토류 원소로 도핑된 타켓일 수 있으며, 바람직하게는 Ga, Al 또는 이 둘이 도핑된 타켓일 수 있다. 예를 들어, ZnO 등과 같은 Zn 산화물, In2O3, SnO, ITO(indium-tinoxide,In2O3/SnO2) 등의 In 및/또는 Sn 산화물, AZO(aluminum doped zinc oxide), GZO(Gallium doped zinc oxide), Ga2O3, Al2O3 타켓 등일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 또한, 상기 3족 원소, 4족 원소 및/또는 희토류 원소로 도핑된 타켓은, 0 < 도핑원소≤ 2의 조성비로 도핑될 수 있다.
예를 들어, 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계(S2)는, 250 ℃ 내지 650 ℃; 바람직하게는 300 ℃ 내지 600 ℃; 더 바람직하게는 350 ℃ 내지 450 ℃의 박막 성장 온도에서 10분 내지 20분 동안 비정질 산화물 박막을 고온 성장시킬 수 있다. 상기 박막 성장 온도의 범위 내에 포함되면, 유연성을 갖는 비정질 산화물 박막을 형성할 수 있고, 나노결정 닷의 형성 이후에 우수한 광투과도 및 전기전도도를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계(S2)에서 진공도 2*10-6Torr 이하로 유지하고, 로테이터(21)는 3 RPM 내지 5 RPM로 회전하면서, 작업 압력은 4 mTorr 이하, 바람직하게는 0.1 내지 3 mTorr; 더 바람직하게는 1 내지 3 mTorr이며, 스퍼터건(26)에서 RF파워는 50 W 내지 100 W일 수 있다.
예를 들어, 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계(S2)에서 비정질 산화물 박막은, 2 ㎛ 이하, 바람직하게는 200 nm 내지 1 ㎛; 더 바람직하게는 250 nm 내지 400 nm두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3)는, Zn, In 및 Sn 기반 비정질 산화물 박막을 열처리하여 상기 비정질 산화물 박막 내에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷을 형성하는 단계이다. 예를 들어, 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계(S2)가 완료된 이후에 비정질 산화물 박막이 형성된 기판을 급속열처리(Rapid Thermal Annealing)하여 상기 비정질 산화물 내부에 나노결정 닷을 국부적으로 형성한다. 급속열처리 이후 비정질 산화물 박막은, 전체적으로 비정질 구조를 나타내므로, 고 유연성을 띄면서 동시에 나노결정 닷의 국부적인 형성으로 인해 전자의 이동도가 향상될 수 있다.
예를 들어, 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3)는, 300 ℃ 내지 650 ℃; 바람직하게는 400 ℃ 내지 500 ℃의 열처리 온도에서 30초 내지 5분; 바람직하게는 30초 내지 2분; 더 바람직하게는 1분 내지 2분 동안 고속 열처리할 수 있다. 상기 온도 및 상기 시간 범위 내에 포함되면, 비정질 산화물 내에 나노결정 닷을 국부적으로 형성시겨 우수한 전기전도도 및 과투과성을 갖는 유연 투명기판을 제공할 수 있다. 또한, 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3)는, 50 ℃ 내지 100 ℃ 승온 속도로 가열하고, 아르곤, 질소, 등의 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다.
하기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
실시예 1
교류전압인가 진공 증착기 내에 AZO(ZnO:Al2O3_98:2wt%조성비) 타켓 및 ITO 타켓을 장착하고, 표 1에서 제시한 공정 조건에서 상온, (a)상온, (b)100 ℃, (c)200 ℃, (d)300 ℃, (e)400 ℃, (f)500 ℃,(g)600 ℃ 및 (h)700 ℃의 성장 온도에서 각각 15분 동안 250 nm 두께의 비정질 ZITO:Al 박막을 성장시켰다. 기판의 사용은, 성장 온도별로 구분이 되며 해당 온도의 내열성을 띄는 특성을 기준으로 (a)상온, (b)100 ℃, (c)200 ℃, 및 (d)300 ℃의 온도에서는 폴리이미드 기판을, (e)400 ℃, (f)500 ℃, (g)600 ℃ 및 (h)700 ℃의 온도에서는 사파이어 기판을 사용하였다. 제조된 박막의 XRD 패턴은 도 3에 나타내었다. 성장온도 상온 내지 600 ℃의 XRD 패턴에서 비정질 구조를 확인하였고, 성장온도 700 ℃에서 결정질 패턴을 확인하였다.
파라미터 ZITO:Al
초기 진공도
(Base pressure)		 2x10- 6Torr
작업 압력
(Working pressure)		 3.0 mTorr
공정 온도
(Process temperature)		 250℃
공정 시간
(Deposition time)		 15min
RF power 100W
(ITO)		 50W
(AZO)
Gas ratio Ar : 20
실시예 2
실시예 1에서 제조된 비정질 ZITO:Al 박막을 열처리 반응기에 장입한 다음, 300 ℃(승온 속도: 100 ℃/s) 및 N2 분위기에서 각각 1분 동안 고속 열처리(Rapid Thermal Annealing)하였다. 열처리된 비정질 ZITO:Al 박막의 광투과도(UV-spectrometer), 면저항 및 Hall 효과(Hall coefficent, Hall mobility 및 carrier concentration)를 측정하여 표 2 및 도 4 내지 도 6에 나타내었다. 또한, (e) 열처리된 성장 온도 400 ℃의 비정질 ZITO:Al 박막의 TEM(tunneling Electron Microscope)을 측정하여 도 7에 나타내었다.
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
성장 온도(℃) 상온 100 200 300 400 500 600
Rsh(Ω/sq) 28 26 25 23 23 24.5 23.5
광투과도
(T%, 450 nm)		 88 88 89 92 93 88 87
표 2 및 도 4 내지 도 6을 살펴보면, 고속 열처리된 비정질 ZITO:Al 박막의 면저항 값이 열처리 이전에 비하여 월등하게 낮아지는 것을 확인할 수 있고, 특히 (e) 열처리된 성장 온도 400 ℃의 비정질 ZITO:Al 박막의 경우에, 23 면저항(Ω/sq)뿐만 아니라, 1.255E-04 비저항(Ω·cm), 1.607E+20 캐리어농도(Carrier concentration, cm3)및 30.93 이동도(Mobility, cm2/Vs)의 우수한 전기적 특성을 제공할 수 있다. 또한, 열처리된 비정질 ZITO:Al 박막은, 450 nm 가시광선 영역에서 우수한 광투과도를 제공하는 것을 확인할 수 있고, 특히 (e) 열처리된 성장 온도 400 ℃의 비정질 ZITO:Al 박막의 경우에 우수한 93 %의 광투과도를 제공할 수 있다.
이는, 비정질 ZITO:Al 박막의 고속 열처리를 통하여 비정질 구조 내에 나노결정 닷이 형성되어 결정질 구조에 상응하는 광학적 및 전기적 특성을 제공하는 것이다. 즉, 도 7에서 (e) 열처리된 성장 온도 400 ℃의 비정질 ZITO:Al 박막의 TEM에서 전체적으로 비정질 구조 내에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷을 확인할 수 있고, 이는 회절 패턴에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷에 따른 랜덤한 하이라이트에 의해 뒷받침될 수 있다.
본 발명은, 비정질 산화물 박막의 고속 열처리를 통하여 비정질 구조 내에 국부적 나노결정 닷을 형성시켜, 결정 구조에 따른 우수한 전기적 및 광학적 특성과 비정질 산화물에 유연성을 나타낼 수 있는 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 형성되고, 국부적으로 나노결정 닷이 분포된 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막;
    을 포함하고,
    상기 나노결정 닷 및 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물은, 각각, ZITO:Al, ZITO:Ga 또는 이 둘을 포함하고,
    상기 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 대 상기 나노결정 닷은, 1:0.001 내지 0.1의 면적비로 포함되고,
    상기 나노결정 닷은, 1 nm 내지 250 nm 이내의 입경을 갖는 것인,
    산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 유연 기판, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 또는 유리 기판을 포함하는 것인, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극은, 가시광 영역에서 80 % 이상의 광투과도 및 10 -2Ω·cm이하의 비저항을 갖는 것인, 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극.
  5. Zn 타켓, In 타켓, 및 Sn타겟을 이용하여 기판 상에 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계; 및
    상기 Zn-In-Sn-O 기반 비정질 산화물 박막을 열처리하여 상기 비정질 산화물 박막 내에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 Zn 타켓, In 타켓, Sn 타겟 또는 이 둘은, Ga, Al 또는 이 둘이 도핑된 타켓이며,
    상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는, 300 ℃ 내지 650 ℃에서 1분 내지 2분 동안 열처리하고,
    상기 비정질 산화물 박막을 성장시키는 단계는, 250 ℃ 내지 650 ℃의 성장 온도에서 실시되고,
    상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는, 초당 50 ℃ 내지 100 ℃ 승온 속도로 가열하여 열처리하는 것인, 제1항의 산화물 기반 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법.
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