KR101917040B1 - smart glass including vanadium dioxide film formed by low-temperature deposition and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

스마트 글래스 및 그의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스는 베이스 기판, 베이스 기판 상에 형성된 TiO2층 및 TiO2층 상에 형성되어 250℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리된 이산화 바나듐 박막을 포함한다.A smart glass and a manufacturing method thereof are disclosed. Smart glass according to an embodiment of the present invention is formed on the TiO 2 layer and a TiO 2 layer formed on the base substrate, the base substrate comprises depositing and annealing a vanadium dioxide thin film at a temperature not higher than 250 ℃.

Description

저온 증착에 의해 형성된 이산화 바나듐 박막을 포함하는 스마트 글래스 및 그의 제조 방법{smart glass including vanadium dioxide film formed by low-temperature deposition and method for manufacturing thereof}[0001] The present invention relates to a smart glass including a vanadium dioxide thin film formed by low temperature deposition and a method for manufacturing the same.

본 발명의 실시 예들은 저온 증착에 의해 형성된 이산화 바나듐 박막을 포함하는 스마트 글래스 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a smart glass including a vanadium dioxide thin film formed by low temperature deposition and a method of manufacturing the same.

최근 에너지 소비의 급격한 증가, 유가 상승, 그리고 지구 온난화에 따른 환경적 문제가 대두되면서, 건물의 단열 및 효과적 열관리가 가능한 스마트 윈도우(지능형 창호)가 큰 주목을 받고 있다. Recently, smart windows (intelligent windows) that can insulate buildings and effectively manage buildings are attracting attention due to the rapid increase of energy consumption, rising oil prices, and environmental problems caused by global warming.

뿐만 아니라, 윈도우에서 손실되는 에너지가 전체 건축물에서 손실되는 에너지의 45%임을 고려할 때, 열손실 최소화가 가능한 새로운 개념의 스마트 윈도우 기술 개발이 시급한 실정이다. In addition, considering that the energy lost in windows is 45% of the energy lost in the entire building, it is urgent to develop a new smart window technology that can minimize heat loss.

스마트 윈도우에 적용 가능한 기능성 글래스로, 이산화 바나듐(VO2, Vanadium Dioxide)이 주목 받고 있다. 이산화 바나듐은 MIT(metal-insulator transition) 특성 및 써모크로믹(thermochromic) 특성을 갖는 물질로, 상전이 온도 부근에서 광학적 특성 및 전기적 특성이 변화한다. As a functional glass applicable to smart windows, vanadium dioxide (VO 2 , vanadium dioxide) is attracting attention. Vanadium dioxide is a material having a metal-insulator transition (MIT) characteristic and a thermochromic characteristic, and optical characteristics and electrical characteristics change near the phase transition temperature.

기존의 이산화 바나듐 박막은 기판 상에 이산화 바나듐 박막을 증착시킨 후, 열처리하여 제조되는데, 최소 400℃ 이상의 열이 이산화 바나듐 박막에 장시간 가해진다. 특히, 대기와의 반응성을 감소시키기 위한 챔버 승온/강온 시간을 고려하면, 이산화 바나듐 박막은 수 시간 동안 열처리된다. 그러나, 고온 증착 방식을 이용할 경우, 이산화 바나듐 박막의 결정성을 향상시킬 수는 있으나, 베이스 기판의 물질에 제약이 있으며, 공정 비용이 고가이기 때문에 스마트 윈도우에 적용하기 위한 대면적 글래스 제조에 적합하지 않다.Conventional vanadium dioxide thin films are prepared by depositing a vanadium dioxide thin film on a substrate and then heat-treating the substrate. At least 400 ° C of heat is applied to the vanadium dioxide thin film for a long time. Particularly, considering the temperature rise / down time of the chamber for reducing the reactivity with the atmosphere, the vanadium dioxide thin film is heat-treated for several hours. However, when the high-temperature deposition method is used, the crystallinity of the vanadium dioxide thin film can be improved. However, since there is a restriction on the material of the base substrate and a high processing cost, it is suitable for manufacturing a large- not.

대한민국 특허공개공보 제2009-0090839호, "원자층 증착 방법을 이용한 바나듐 산화막 형성 방법"Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0090839, "Method for forming vanadium oxide film using atomic layer deposition method" 대한민국 특허공개공조 제2015-011214호, "간단한 산소 제어를 통한 상온에서 금속-절연체 상전이 물질에서의 열역학적으로 불안정한 절연체상의 안정화 기술"Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-011214, "Stabilization Technology of Thermodynamically Unstable Insulator Phase in Metal-Insulator Phase Transition Material at Room Temperature by Simple Oxygen Control"

Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers. Vol. 13, No.12, pp. 1003~1010, 2000, "스퍼터링으로 퇴적시킨 바나듐 산화막의 구조적, 광학적 특성에 미치는 산소 어닐링의 효과"Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers. Vol. 13, No.12, pp. 1003-1010, 2000, " Effect of oxygen annealing on the structural and optical properties of vanadium oxide deposited by sputtering "

본 발명의 실시예들의 목적은 이산화 바나듐 박막을 저온 증착 방식으로 형성함으로써, 양호한 결정성을 가지면서 베이스 기판의 제약 없이 저비용으로 제조 가능한 스마트 글래스 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of embodiments of the present invention is to provide a smart glass and a method of manufacturing the same that can form a vanadium dioxide thin film at a low cost without restriction of a base substrate while having a good crystallinity.

실시예에 따른 스마트 글래스는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 형성된 TiO2층 및 상기 TiO2층 상에 형성되어 250℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리된 이산화 바나듐 박막을 포함한다. Smart glass according to the embodiment includes a TiO 2 layer and the deposition and heat-treating the vanadium dioxide thin film at a temperature not higher than the TiO 2 is formed on the layer 250 ℃ formed on the base substrate, said base substrate.

일 실시예에 따르면, 상기 이산화 바나듐 박막은 DC/RF 반응성 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여, 250℃ 온도와 6mTorr의 아르곤(Ar) 분위기에서 바나듐 타겟에 120W 파워를 인가하여 80㎚로 증착되며, 250℃ 온도와 산소(O2) 분위기에서 열처리될 수 있다.According to one embodiment, the vanadium dioxide thin film is deposited to 80 nm by applying a 120 W power to a vanadium target in an argon (Ar) atmosphere at 250 ° C. and 6 mTorr using a DC / RF reactive magnetron sputtering apparatus, Lt; RTI ID = 0.0 > (O2) < / RTI > atmosphere.

일 실시예에 따르면, 상기 스마트 글래스는 상기 베이스 기판과 상기 TiO2층 사이에 형성된 SiO2층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the smart glass may further include a SiO 2 layer formed between the base substrate and the TiO 2 layer.

한편, 실시예에 따른 스마트 글래스의 제조 방법은 베이스 기판 상에 TiO2층을 형성하는 단계 및 250℃ 이하의 온도에서, 상기 TiO2층 상에 이산화 바나듐 박막을 증착하여 열처리하는 단계를 포함한다. Meanwhile, a method of manufacturing a smart glass according to an embodiment includes forming a TiO 2 layer on a base substrate and depositing a vanadium dioxide thin film on the TiO 2 layer at a temperature of 250 ° C or less and performing heat treatment.

일 실시예에 따르면, 상기 TiO2층을 형성하는 단계는 IAD(Ion-beam Assisted Deposition) 장비를 이용하여 상기 베이스 기판 상에 300㎚로 상기 TiO2층을 증착하고, 200℃의 온도에서 열처리할 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the TiO 2 layer, IAD (Ion Assisted Deposition-beam) deposition of the TiO 2 layer was 300㎚ using the equipment on the base substrate, to heat treatment at a temperature of 200 ℃ .

일 실시예에 따르면, 상기 TiO2층 상에 이산화 바나듐 박막을 증착 및 열처리하는 단계는 DC/RF 반응성 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여, 250℃ 온도와 6mTorr의 아르곤 분위기에서 바나듐 타겟에 120W 파워를 인가하여 80㎚로 상기 이산화 바나듐 박막을 증착하는 단계 및 250℃ 온도와 산소(O2) 분위기에서 상기 이산화 바나듐 박막을 열처리하는 단계를 포함한다. According to one embodiment, the deposition and heat treatment of the vanadium dioxide thin film on the TiO 2 layer may be performed by applying 120 W power to the vanadium target in an argon atmosphere at 250 ° C. and 6 mTorr using a DC / RF reactive magnetron sputtering equipment Depositing the vanadium dioxide thin film at 80 nm and annealing the vanadium dioxide thin film at a temperature of 250 캜 and an oxygen (O 2 ) atmosphere.

일 실시예에 따르면, 상기 스마트 글래스의 제조 방법은 상기 TiO2층을 형성하기 전에, 상기 베이스 기판 상에 SiO2층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the method of manufacturing the smart glass may further include forming a SiO 2 layer on the base substrate before forming the TiO 2 layer.

본 발명의 실시예들에 따르면, 이산화 바나듐 박막을 250℃ 이하의 저온 증착 방식으로 형성함으로써, 이산화 바나듐 박막의 MIT 특성을 위한 양호한 결정성을 유지하면서 베이스 기판의 제약 없이 저비용으로 스마트 글래스를 제조할 수 있다.According to embodiments of the present invention, by forming the vanadium dioxide thin film at a low temperature deposition method of 250 ° C or less, a smart glass can be manufactured at a low cost without restriction of the base substrate while maintaining good crystallinity for the MIT characteristics of the vanadium dioxide thin film .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 글래스를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 MIT 특성을 모식화한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 실시예들에 따른 스마트 글래스의 히스테리시스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 실시예들에 따른 스마트 글래스의 라만 스펙트럼 변화를 측정한 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 실시예들에 따른 스마트 글래스의 XRD 그래프이다.
1 is a view showing a smart glass according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a smart glass according to another embodiment of the present invention.
3A and 3B are schematic diagrams of MIT characteristics of a smart glass according to an embodiment of the present invention.
4A to 4D are views for explaining a method of manufacturing a smart glass according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are graphs showing the hysteresis characteristics of the smart glass according to the embodiments.
6A and 6B are graphs illustrating changes in Raman spectra of a smart glass according to embodiments.
7A and 7B are XRD graphs of smart glasses according to embodiments.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 ""직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.It is to be understood that when an element or layer is referred to as being " on " or " on " of another element or layer, All included. On the other hand, when a device is referred to as " directly on " or " directly above ", it does not intervene another device or layer in the middle.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation. For example, when inverting an element shown in the figure, an element described as " below or beneath " of another element may be placed "above" another element. Thus, the exemplary term " below " can include both downward and upward directions. The elements can also be oriented in different directions, in which case spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

한편, 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. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 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.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 스마트 글래스(100)는 베이스 기판(110), TiO2층(120), 및 이산화 바나듐 박막(130)을 포함한다. 1 is a view showing a smart glass according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a smart glass 100 includes a base substrate 110, a TiO 2 layer 120, and a vanadium dioxide thin film 130.

베이스 기판(110)은 유리 기판 또는 실리콘 기판이 될 수 있다. The base substrate 110 may be a glass substrate or a silicon substrate.

TiO2층(120)은 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 여기서, TiO2층(120)은 온도 안정성을 가지며, 이산화 바나듐 박막(130) 형성시 씨드층(seed layer)로 기능한다. A TiO 2 layer 120 is formed on the base substrate 110. Here, the TiO 2 layer 120 has temperature stability and functions as a seed layer in forming the vanadium dioxide thin film 130.

이산화 바나듐 박막(130)은 TiO2층(120) 상에 형성되며, 250℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리되었다. 이 같이 이산화 바나듐 박막(130)은 씨드층으로 기능하는 TiO2층(120) 상에 형성됨에 따라, 저온 증착에 의해 형성되더라도 양호한 결정성을 갖게 된다.The vanadium dioxide thin film 130 is formed on the TiO 2 layer 120 and is deposited and heat-treated at a temperature of 250 ° C or lower. Since the vanadium dioxide thin film 130 is formed on the TiO 2 layer 120 functioning as a seed layer, the vanadium dioxide thin film 130 has a good crystallinity even if formed by low-temperature deposition.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 글래스를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 스마트 글래스(200)는 베이스 기판(210), SiO2층(220), TiO2층(230), 및 이산화 바나듐 박막(240)을 포함한다. 2 is a view showing a smart glass according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the smart glass 200 includes a base substrate 210, a SiO 2 layer 220, a TiO 2 layer 230, and a vanadium dioxide thin film 240.

베이스 기판(210)은 유리 기판 또는 실리콘 기판이 될 수 있다. The base substrate 210 may be a glass substrate or a silicon substrate.

SiO2층(220)은 베이스 기판(110) 상에 형성되어, 베이스 기판(110) 내의 이온이 TiO2층(230)을 거쳐 이산화 바나듐 박막(240)으로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로 기능할 수 있다.The SiO 2 layer 220 is formed on the base substrate 110 and functions as a diffusion barrier layer preventing ions in the base substrate 110 from diffusing into the vanadium dioxide thin film 240 through the TiO 2 layer 230 .

TiO2층(230)은 베이스 기판(210) 상에 형성된다. 여기서, TiO2층(230)은 이산화 바나듐 박막(130) 형성시 씨드층(seed layer)로 기능한다. A TiO 2 layer 230 is formed on the base substrate 210. Here, the TiO 2 layer 230 functions as a seed layer when the vanadium dioxide thin film 130 is formed.

이산화 바나듐 박막(240)은 TiO2층(230) 상에 형성되며, 250℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리되었다. 구체적으로, 이산화 바나듐 박막(240)은 DC/RF 반응성 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여, 250℃ 온도와 6mTorr의 아르곤(Ar) 분위기에서 바나듐 타겟에 120W 파워를 인가하여 80㎚로 증착되며, 250℃ 이하의 산소(O2) 분위기에서 열처리된다. The vanadium dioxide thin film 240 is formed on the TiO 2 layer 230 and is deposited and heat-treated at a temperature of 250 ° C or lower. Specifically, the vanadium dioxide thin film 240 is deposited to a thickness of 80 nm by applying a 120 W power to a vanadium target at a temperature of 250 ° C. and an argon (Ar) atmosphere of 6 mTorr using a DC / RF reactive magnetron sputtering apparatus. Of oxygen (O 2 ) atmosphere.

현재 VO2, V2O3, V3O5, V4O7, V6O11, V5O9, V6O13, V4O9, V3O7, V2O5 등과 같은 다양한 바나듐 산화물이 존재하지만, MIT(metal-insulator transition) 특성 및 써모크로믹 특성은 이산화 바나듐(VO2)에서만 나타난다. 즉, 이산화 바나듐(VO2)은 상전이 온도 이하에서는 광학적으로는 IR 영역을 투과시키고 전기적으로는 부도체 상태가 되며, 상전이 온도 이상에서는 광학적으로는 IR 영역을 차단시키고 전기적으로는 도체 상태가 된다. 이 같은 상전이 현상은 이산화 바나듐의 V-O-V 결합이 공유 결합에서 금속 결합으로 변화하기 때문으로 알려져 있다. At present, it is preferable to use a compound such as VO 2 , V 2 O 3 , V 3 O 5 , V 4 O 7 , V 6 O 11 , V 5 O 9 , V 6 O 13 , V 4 O 9 , V 3 O 7 , V 2 O 5 Various vanadium oxides are present, but the metal-insulator transition (MIT) and thermochromic properties are only present in vanadium dioxide (VO 2 ). That is, the vanadium dioxide (VO 2 ) optically transmits the IR region and becomes electrically nonconductive at a phase transition temperature or lower, and when the temperature is above the phase transition temperature, the IR region is optically cut off and becomes electrically conductive. This phase transition phenomenon is known to be caused by the change of the VOV bond of vanadium dioxide from a covalent bond to a metal bond.

상술한 MIT 특성 및 써모크로믹 특성이 향상된 대면적의 스마트 글래스(200)를 제조하기 위해서는 이산화 바나듐 박막(240)의 결정성이 양호해야 하며, 베이스 기판(210)의 물질에 제약이 없어야 한다. In order to manufacture the large-sized smart glass 200 having improved MIT characteristics and thermochromic characteristics as described above, the vanadium dioxide thin film 240 should have good crystallinity, and the base substrate 210 should be free of any restriction.

본 실시예에서 이산화 바나듐 박막(240)은 저온 증착에 의해 형성됨에도 불구하고, 확산 방지층으로 기능하는 SiO2층(220)과 씨드층으로 기능하는 TiO2층(230) 상에 형성됨에 따라 양호한 결정성을 갖게 된다. Although the vanadium dioxide thin film 240 is formed on the TiO 2 layer 230 serving as the seed layer and the SiO 2 layer 220 serving as the diffusion preventing layer in spite of being formed by the low temperature deposition in the present embodiment, I have sex.

또한, 이산화 바나듐 박막(240)이 250℃ 이하에서 저온에서 형성되기 때문에, 이 온도에서 견딜 수 있는 베이스 기판(210)의 물질이 확장된다. 따라서, 베이스 기판(210)의 선택 범위가 넓어져 비교적 저렴한 물질을 베이스 기판(210)으로 이용할 수 있고, 대면적의 스마트 글래스(200)를 저비용으로 제조할 수 있다. Further, since the vanadium dioxide thin film 240 is formed at a temperature lower than 250 캜, the substance of the base substrate 210 which can withstand this temperature expands. Accordingly, the selection range of the base substrate 210 is widened, a relatively inexpensive material can be used as the base substrate 210, and a large-sized smart glass 200 can be manufactured at low cost.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 MIT 특성을 모식화한 도면이다. 3A and 3B are schematic diagrams of MIT characteristics of a smart glass according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 여름과 같이 상전이 온도 이상의 환경에서 태양광이 조사될 경우, 스마트 글래스(200)는 태양광 중 가시광선 영역을 투과시키고, IR 영역의 광과 그 밖의 일부 광을 반사시킨다. 따라서, 스마트 글래스(200)는 여름과 같이 고온의 환경에서 적외선을 반사시켜 태양열이 실내로 유입되는 것을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 3A, when sunlight is irradiated in an environment above the phase transition temperature as in the summer, the smart glass 200 transmits visible light in the sunlight and reflects light in the IR area and some other light. Accordingly, the smart glass 200 can prevent the inflow of solar heat into the room by reflecting infrared rays in a high temperature environment such as summer.

도 3b를 참조하면, 겨울과 같이 상전이 온도 이하의 환경에서 태양광이 조사될 경우, 스마트 글래스(200)는 태양광 중 가시광선 영역 및 IR 영역의 광은 투과시키고, 일부 광은 반사시킨다. 따라서, 스마트 글래스(200)는 겨울과 같이 저온의 환경에서 적외선을 투과시켜 실내 온도를 높이면서, 실내의 방사열이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 3B, when sunlight is irradiated in an environment below the phase transition temperature as in the winter, the smart glass 200 transmits light in the visible light region and the IR region of sunlight and reflects some light. Accordingly, the smart glass 200 can transmit the infrared ray in a low temperature environment such as winter, thereby increasing the indoor temperature, and preventing radiant heat in the room from flowing out to the outside.

상술한 바와 같은 스마트 글래스(200)를 대면적으로 제조하여 스마트 윈도우에 적용함으로써, 실내의 냉난방 에너지를 절감시킬 수 있다. By manufacturing the smart glass 200 as described above in a large area and applying it to a smart window, it is possible to reduce the cooling and heating energy of the room.

도 3a 및 도 3b에서는 스마트 글래스(200)에 대한 MIT 특성을 도시하였으나, 도 1에 도시된 스마트 글래스(100) 역시 이와 동일 또는 유사한 MIT 특성을 나타낸다.3A and 3B show the MIT characteristics for the smart glass 200, the smart glass 100 shown in FIG. 1 also exhibits the same or similar MIT characteristics.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4a를 참조하면, 제조 방법은 베이스 기판(411) 상에 SiO2층(412)을 형성하는 과정을 포함한다. 여기서, 베이스 기판(411)은 유리 기판, 실리콘 기판 등이 될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 빛을 투과시킬 수 있는 투명 기판이라면 다른 기판 종류도 베이스 기판(411)으로 이용될 수 있다. 4A to 4D are views for explaining a method of manufacturing a smart glass according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4A, the manufacturing method includes forming an SiO 2 layer 412 on a base substrate 411. Here, the base substrate 411 may be a glass substrate, a silicon substrate, or the like. However, the present invention is not limited to this, and other substrate types can be used as the base substrate 411 as long as they are transparent substrates that can transmit light.

SiO2층(412)은 베이스 기판(410) 내의 이온이 이후 공정에서 형성된 TiO2층 및 이산화 바나듐 박막으로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로 기능할 수 있다. 도 4a에서는 베이스 기판(411) 상에 SiO2층(412)을 형성하는 과정을 도시 및 설명하였으나, 본 발명에서 이 과정은 선택적으로 적용할 수 있으며, 베이스 기판(411) 상에 TiO2층을 바로 형성할 수도 있다.The SiO 2 layer 412 may serve as a diffusion barrier to prevent diffusion of ions in the base substrate 410 into the TiO 2 layer and the vanadium dioxide film formed in a subsequent process. 4A, the process of forming the SiO 2 layer 412 on the base substrate 411 has been illustrated and described. In the present invention, however, this process can be selectively applied. A TiO 2 layer is formed on the base substrate 411 It can also be formed immediately.

도 4b에서와 같이, 제조 방법은 SiO2층(412) 상에 TiO2층(413)을 형성하는 단계를 포함한다. 구체적으로, SiO2층(412)이 형성된 베이스 기판(411)을 IAD(Ion beam Assisted Deposition) 챔버에 장착시킨 후, TiO2층(413)을 진공 증착하여 이온 건(ion gun)으로 TiO2층(413) 상에 이온을 조사하여 TiO2층(413)을 치밀한 막 형태로 형성한다. 그리고, 200 ℃에서 15분간 열처리를 하여 300㎚ 두께를 갖는 TiO2층(413)을 형성할 수 있다. 이 같이 제조된 TiO2층(413)은 이후 공정에서 형성될 이산화 바나듐 박막을 위한 씨드층으로 기능하여 이산화 바나듐 박막의 결정성을 향상시킨다. As in FIG. 4B, the manufacturing method includes forming a TiO 2 layer 413 on the SiO 2 layer 412. Specifically, after the base substrate 411 on which the SiO 2 layer 412 is formed is mounted in an ION (Ion beam Assisted Deposition) chamber, the TiO 2 layer 413 is vacuum deposited, and the TiO 2 layer Ions are irradiated onto the TiO 2 layer 413 to form a TiO 2 layer 413 in a dense film form. Then, the TiO 2 layer 413 having a thickness of 300 nm can be formed by performing heat treatment at 200 ° C for 15 minutes. The thus prepared TiO 2 layer 413 functions as a seed layer for a vanadium dioxide thin film to be formed in a subsequent process, thereby improving the crystallinity of the vanadium dioxide thin film.

이후, 도 4c에서와 같이, 제조 방법은 DC/RF 반응성 마그네트론 스퍼터(10)를 이용하여 250℃ 이하의 저온에서 TiO2층(413) 상에 이산화 바나듐 박막(420)을 증착하여 열처리하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 베이스 기판(411), SiO2층(412) 및 TiO2층(413)이 차례로 형성된 구조물(410)을 진공 챔버(11) 내의 홀더(12)에 장착시키고, 바나듐 타겟(14)을 스퍼터 건(13)에 장착시킨다. 여기서, 바나듐 타겟(14)으로부터 구조물(410)을 15㎝ 가량 떨어뜨린다. 그리고, 진공 펌프(Vacuum pump)(17)를 이용하여 진공 챔버(11) 내의 진공을 3×10-6torr까지 뽑아낸 후, 구조물(410)을 250℃ 온도로 유지시키면서 파워 공급기(DC or RF Power supply)(18)를 통해 120W의 파워를 공급한다. Then, as shown in FIG. 4C, the manufacturing method includes a step of depositing a vanadium dioxide thin film 420 on the TiO 2 layer 413 at a low temperature of 250 ° C. or less by using a DC / RF reactive magnetron sputter 10, . Specifically, the structure 410 in which the base substrate 411, the SiO 2 layer 412 and the TiO 2 layer 413 are sequentially formed is mounted on the holder 12 in the vacuum chamber 11, and the vanadium target 14 And is mounted on the sputter gun 13. Here, the structure 410 is dropped from the vanadium target 14 by about 15 cm. Vacuum in the vacuum chamber 11 is drawn to 3 x 10 -6 torr by using a vacuum pump 17 and then a DC or RF power is supplied to the structure 410 while maintaining the structure at a temperature of 250 ° C. Power supply (18).

이때, MFC(Mass Flow Controller)(15)를 이용하여 아르곤 가스 용기(16a)를 통해 공급되는 아르곤 가스를 10 sccm 분압으로 조절하고, 진공 챔버(11) 내의 압력을 6 mTorr로 유지시킨 후, 120W의 파워를 바나듐 타겟(14)에 공급하여 플라즈마를 생성한다. 이 같은 방법으로 2시간 동안 이산화 바나듐 박막(420)을 80㎚ 두께로 증착할 수 있다. At this time, the argon gas supplied through the argon gas container 16a was controlled to a partial pressure of 10 sccm by using an MFC (Mass Flow Controller) 15, the pressure in the vacuum chamber 11 was maintained at 6 mTorr, Is supplied to the vanadium target 14 to generate plasma. In this manner, the vanadium dioxide thin film 420 can be deposited to a thickness of 80 nm for 2 hours.

이후, 산소 가스 용기(16c)를 통해 공급되는 산소 가스를 1 sccm 분압으로 조절하고, 이산화 바나듐 박막(420)을 250℃ 온도에서 1시간 가량 열처리한다. 이 같이, 이산화 바나듐 박막(420)의 증착 및 열처리 공정을 250℃ 이하의 저온에서 수행함으로써, 베이스 기판(411)의 물질에 제약이 없으며, 공정 비용을 감소시킬 수 있어 대면적 스마트 글래스(400)의 제조가 가능하다. Then, the oxygen gas supplied through the oxygen gas container 16c is adjusted to a partial pressure of 1 sccm, and the vanadium dioxide thin film 420 is heat-treated at 250 ° C for about 1 hour. Thus, the deposition of the vanadium dioxide thin film 420 and the heat treatment process are performed at a low temperature of 250 ° C or lower, so that there is no restriction on the material of the base substrate 411 and the process cost can be reduced, . ≪ / RTI >

또한, 이산화 바나듐 박막(420)이 저온에서 형성되더라도, 확산 방지층으로 기능하는 SiO2층(412)과 씨드층으로 기능하는 TiO2층(413) 상에 형성됨에 따라 이산화 바나듐 박막(420)의 결정성을 향상시킬 수 있다.Even if the vanadium dioxide thin film 420 is formed at a low temperature, it is formed on the SiO 2 layer 412 serving as the diffusion preventing layer and the TiO 2 layer 413 serving as the seed layer, It is possible to improve the property.

이하, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 글래스의 광학적 특성을 측정한 실험 데이터들에 기반한 그래프이다. 여기서, 실시예 1과 실시예 2에 따른 스마트 글래스는 아래와 같다. 5 to 7 are graphs based on experimental data measuring optical characteristics of a smart glass according to embodiments of the present invention. Here, the smart glass according to the first and second embodiments is as follows.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 TiO2층 및 이산화 바나듐 박막이 차례로 형성된 구조의 스마트 글래스이다("Si-TiO2-VO2"). 여기서, TiO2층은 이산화 바나듐 박막의 씨드층으로 기능할 수 있다. ("Si-TiO 2 -VO 2 ") having a structure in which a TiO 2 layer and a vanadium dioxide thin film are sequentially formed on a silicon substrate, as shown in FIG. Here, the TiO 2 layer can function as a seed layer of a vanadium dioxide thin film.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 SiO2층, TiO2층 및 이산화 바나듐 박막이 차례로 형성된 구조를 갖는 스마트 글래스이다("Si-SiO2-TiO2-VO2"). 실시예 2에 따른 스마트 글래스의 제조 과정에서 SiO2층은 확산 방지층으로 기능하고, TiO2층은 이산화 바나듐 박막의 씨드층으로 기능할 수 있다. ("Si-SiO 2 -TiO 2 -VO 2 ") having a structure in which a SiO 2 layer, a TiO 2 layer and a vanadium dioxide thin film are formed in order on a silicon substrate, as shown in FIG. In the manufacturing process of the smart glass according to Example 2, the SiO 2 layer functions as a diffusion preventing layer and the TiO 2 layer can function as a seed layer of a vanadium dioxide thin film.

도 5a 및 도 5b는 실시예들에 따른 스마트 글래스의 히스테리시스 특성을 나타내는 그래프로, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 스마트 글래스의 주변 온도를 가열(heating) 및 냉각(cooling)시키면서 각 스마트 글래스의 저항 변화를 측정하였다. 5A and 5B are graphs showing the hysteresis characteristics of the smart glass according to the embodiments. In FIGS. 5A and 5B, the ambient temperature of the smart glass according to the first and second embodiments is heated and cooled, The resistance change was measured.

도 5a를 참조하면, 실시예 1에 따른 스마트 글래스는 가열과 냉각시 42.63℃(Tc)의 히스테리시스 특성이 관찰된다. 이는 실시예 1의 스마트 글래스에 포함된 이산화 바나듐 박막(VO2)이 42.63℃에서 결정 구조가 단사정계에서 사방정계로 변화하는 상전이 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5A, the hysteresis characteristic of the smart glass according to Example 1 is observed at 42.63 DEG C (Tc) upon heating and cooling. It can be seen that the vanadium dioxide thin film (VO 2 ) contained in the smart glass of Example 1 exhibits a phase transition characteristic in which the crystal structure changes from monoclinic to orthorhombic at 42.63 ° C.

도 5b를 참조하면, 실시예 2에 따른 스마트 글래스는 가열과 냉각시 44.19℃에서 히스테리시스 특성이 관찰된다. 이는 실시예 2의 스마트 글래스에 포함된 이산화 바나듐 박막(VO2)이 44.19℃(Tc)에서 결정 구조가 단사정계에서 사방정계로 변화하는 상전이 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5B, the hysteresis characteristic is observed at 44.19 DEG C in the heating and cooling of the smart glass according to the second embodiment. It can be seen that the vanadium dioxide thin film (VO 2 ) contained in the smart glass of Example 2 exhibits a phase transition characteristic in which the crystal structure changes from monoclinic to orthorhombic at 44.19 ° C (Tc).

도 5a와 도 5b를 살펴보면, 실시예 1 및 2에 따른 스마트 글래스는 상전이 온도가 상온 근처까지 감소되었으며, 히스테리시스 곡선의 폭이 좁은 것을 알 수 있다. 5A and 5B, in the smart glass according to Examples 1 and 2, the phase transition temperature was reduced to about room temperature, and the width of the hysteresis curve was narrow.

특히, 실시예 1에 따른 스마트 글래스는 실시예 2에 비해 상전이 온도가 낮고 히스테리시스 곡선의 폭도 좁게 나타난다. 이는 실리콘 기판 상에 형성된 TiO2층이 비정질 구조를 갖는 SiO2층 상에 형성된 TiO2층에 비해 더 좋은 결정성을 갖기 때문에, 이 결정성이 이산화 바나듐 박막에 영향을 끼치기 때문으로 해석될 수 있다. In particular, the smart glass according to the first embodiment has a lower phase transition temperature and narrower hysteresis curve than the second embodiment. This can be interpreted as the TiO 2 layer formed on the silicon substrate has better crystallinity than the TiO 2 layer formed on the SiO 2 layer having an amorphous structure, and this crystallinity affects the vanadium dioxide thin film .

도 6a 및 도 6b는 실시예들에 따른 스마트 글래스의 라만 스펙트럼 변화를 측정한 그래프이다. 6A and 6B are graphs illustrating changes in Raman spectra of a smart glass according to embodiments.

도 6a를 참조하면, 실시예 1에 따른 스마트 글래스의 라만 스펙트럼에서, 이산화 바나듐 박막(VO2)의 피크가 220㎝-1 부근과 620㎝-1 부근에서 관찰되었고, TiO2층의 피크가 200㎝-1 부근 전후와, 520㎝-1 부근에서 관찰되었다. Also in the Raman spectrum of smart glass according to Example 1 Referring to 6a, vanadium dioxide thin film (VO 2) peak was observed in the vicinity of 620 220㎝ -1 -1 vicinity of a peak of TiO 2 layer 200 Cm &lt; -1 &gt; and around 520 cm &lt;&quot; 1 &gt;.

또한, 도 6b를 참조하면, 실시예 2에 따른 스마트 글래스의 라만 스펙트럼에서 이산화 바나듐 박막(VO2)의 피크는 220㎝-1 부근과 620㎝-1 부근에서 관찰되었고, TiO2층의 피크가 180㎝-1 부근, 390㎝-1 부근, 520㎝-1 부근에서 관찰되었다. Also, Referring to Figure 6b, the second embodiment in the Raman spectrum of smart glass according to the peak of a vanadium dioxide thin film (VO 2) was observed in the vicinity of 620 220㎝ -1 -1 vicinity, the peak of TiO 2 layer 180㎝ -1 vicinity, 390㎝ -1 vicinity 520㎝ -1 was observed in the vicinity.

도 6a와 도 6b를 살펴보면, 실시예 1 및 2에 따른 스마트 글래스에서 이산화 바나듐 박막(VO2)은 220㎝-1 부근과 620㎝-1 부근에서 고유 피크를 나타내는 것으로, TiO2층을 씨드층으로 하여 형성됨에 따라 양호한 결정성을 갖는 것을 알 수 있다. Referring to Figure 6a and Figure 6b, Examples 1 and vanadium dioxide thin film on the glass according to the Smart 2 (VO 2) is to represent a unique peak in the vicinity of 620 220㎝ -1 -1 vicinity of the seed layer to TiO 2 layer It can be seen that it has good crystallinity.

실시예 1에 따른 스마트 글래스에서 TiO2층은 단결정 구조의 실리콘 기판 상에 형성됨에 따라 TiO2층의 고유 피크를 잘 나타내고 있다. In the smart glass according to Example 1, the TiO 2 layer is formed on the silicon substrate having a single crystal structure, and thus the intrinsic peak of the TiO 2 layer is well represented.

또한, 실시예 2에 따른 스마트 글래스에서 TiO2층 역시 TiO2층의 고유 피크를 나타내고 있다. 다만, TiO2층이 비정질의 SiO2층 상에 형성됨에 따라 390㎝-1 부근에서 피크가 발생된 것으로 이해될 수 있다.Further, in the smart glass according to Example 2, the TiO 2 layer also shows the intrinsic peak of the TiO 2 layer. However, it can be understood that a peak is generated in the vicinity of 390 cm -1 as the TiO 2 layer is formed on the amorphous SiO 2 layer.

도 7a 및 도 7b는 실시예들에 따른 스마트 글래스에 X선 회전 분석의 θ각을 20°~80°로 하여 측정한 XRD 그래프로, 이는 각 스마트 글래스에서 이산화 바나듐 박막(VO2)의 결정화 정도를 나타낸다. FIGS. 7A and 7B are XRD graphs obtained by measuring X-ray rotation analysis at a θ angle of 20 ° to 80 ° on a smart glass according to the embodiments. The XRD graph shows the degree of crystallization of the vanadium dioxide thin film (VO 2 ) .

도 7a에서와 같이, 실시예 1에 따른 스마트 글래스에서 이산화 바나듐 박막(VO2)의 피크 세기는 2θ=약 28° 및 2θ=약 56°일 때 관찰되었다.As in FIG. 7A, the peak intensity of the vanadium dioxide thin film (VO 2 ) in the smart glass according to Example 1 was observed when 2? = About 28 ° and 2? = About 56 °.

또한, 도 7b에서와 같이, 실시예 2에 따른 스마트 글래스에서 이산화 바나듐(VO2)의 피크 세기는 2θ=약 28°, 2θ=약 56°, 2θ=약 58°일 때 관찰되었다.7B, the peak intensity of vanadium dioxide (VO 2 ) in the smart glass according to Example 2 was observed when 2θ = about 28 °, 2θ = about 56 °, 2θ = about 58 °.

도 7a와 도 7b를 살펴보면, 실시예 1에 따른 스마트 글래스에서 TiO2층은 TiO2층에 해당하는 위치들에서 피크가 발생되는 것으로, 양호한 결정성을 갖는 것을 알 수 있다. Referring to FIGS. 7A and 7B, in the smart glass according to Example 1, the TiO 2 layer has a good crystallinity since peaks are generated at positions corresponding to the TiO 2 layer.

실시예 2에 따른 스마트 글래스에서 TiO2층은 도 7a에 도시된 TiO2층의 피크와 다른 위치들에서 피크가 발생되는데, 이는 비정질 구조를 갖는 SiO2층 상에 형성됨에 따라 결정화되지 않은 부분이 있는 것으로 이해될 수 있다. Example 2 of the smart glass, TiO 2 layer has a peak in a different position and the peak of the TiO 2 layer shown in Figure 7a there is generated according to which the part that is not crystallized in accordance with the formed on the SiO 2 layer having an amorphous structure, .

한편, 실시예 1 및 2에 따른 스마트 글래스에서 이산화 바나듐 박막(VO2)은 단사정계에 해당하는 약 28° 및 약 56° 부근에서 피크가 발생되는 것으로, 양호한 결정성을 갖는 것을 알 수 있다. 이를 참조할 때, SiO2층 상에 TiO2층을 형성하더라도, 이산화 바나듐 박막(VO2)의 결정성에는 큰 영향을 끼치지 않는 것을 알 수 있다. On the other hand, in the smart glass according to Examples 1 and 2, the vanadium dioxide thin film (VO 2 ) has a good crystallinity because peaks are generated at about 28 ° and about 56 ° corresponding to a monoclinic system. Referring to this, even when the TiO 2 layer is formed on the SiO 2 layer, the crystallinity of the vanadium dioxide thin film (VO 2 ) is not greatly affected.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

100, 200: 스마트 글래스
110, 210: 베이스 기판
220: SiO2
120, 230: TiO2
130, 240: 이산화 바나듐 박막
100, 200: Smart glass
110, 210: Base substrate
220: SiO 2 layer
120, 230: TiO 2 layer
130, 240: vanadium dioxide thin film

Claims (5)

베이스 기판;
상기 베이스 기판 상에 형성된 SiO2로 이루어진 확산 방지층;
상기 확산 방지층 상에 형성된 TiO2로 이루어진 씨드층; 및
상기 씨드층 상에 250℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리되어 형성된 이산화 바나듐 박막
을 포함하고,
상기 이산화 바나듐 박막은 44.19℃의 상전이 온도에서 결정 구조가 단사정계에서 사방정계로 변화하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스.
A base substrate;
A diffusion barrier layer made of SiO 2 formed on the base substrate;
A seed layer made of TiO 2 formed on the diffusion preventing layer; And
A vanadium dioxide thin film formed by depositing and heat-treating the seed layer at a temperature of 250 ° C or lower
/ RTI &gt;
Wherein the vanadium dioxide thin film has a crystal structure changed from monoclinic to orthorhombic at a phase transition temperature of 44.19 ° C.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이산화 바나듐 박막은,
DC/RF 반응성 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 250℃ 온도와 6mTorr의 아르곤(Ar) 분위기에서 바나듐 타겟에 120W 파워를 인가하여 80㎚로 증착되며, 250℃ 이하의 산소(O2) 분위기에서 열처리된, 스마트 글래스.
The method according to claim 1,
In the vanadium dioxide thin film,
DC / RF using reactive magnetron sputtering equipment is a 120W power for vanadium target in 250 ℃ temperature and argon (Ar) atmosphere at 6mTorr to be deposited at a 80㎚, the heat-treated in an oxygen (O 2) atmosphere at less than 250 ℃, Smart glass.
삭제delete 삭제delete
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