KR101924070B1 - Highly conductive flexible transparent electrodes based lanthanoid doping and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 국부적으로 나노결정 닷이 분포된 란탄족 물질을 도핑한 비정질 박막; 을 포함하는, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 플렉서블 또는 웨어러블 소자에 적용 가능한 유연성과 전기적 특성을 갖는, 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다.
The present invention relates to a highly conductive transparent electrode based on lanthanide doping and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a substrate; And an amorphous thin film formed on the substrate and doped with a lanthanide material locally distributed in the nanocrystal dot; And a method for manufacturing the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a lanthanum-based material doping- The present invention can provide a highly conductive, transparent electrode having flexibility and electrical properties applicable to flexible or wearable devices.

Description

란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법{HIGHLY CONDUCTIVE FLEXIBLE TRANSPARENT ELECTRODES BASED LANTHANOID DOPING AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high conductivity conductive transparent electrode based on lanthanide doping and a method of manufacturing the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a highly conductive transparent electrode based on lanthanide doping and a method of manufacturing the same.

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. Transparent electrodes are being applied as important elements in display devices such as OLEDs, flexible displays and touch panel devices as well as optical devices such as LEDs and solar cells due to inherent characteristics with high conductivity while passing light . An amorphous oxide semiconductor is used for the transparent electrode to be applied to such a photoelectric device, and is typically an indium-tin oxide (ITO) based oxide semiconductor doped with indium oxide and tin oxide.

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. 또한, 결정질 ITO은 유연한 기판에 적용하면 성능이 낮아지거나 크랙 등에 의한 성능을 유지하는 것이 어렵다. ITO not only provides high conductivity and high transmittance in the visible light region, but also has good chemical stability and adhesion with the substrate. ITO is grown at a high temperature and heat treated to form a crystalline structure in order to improve optical and electrical properties, and a high degree of charge mobility can be exhibited through the regular arrangement of the crystalline structure. In the transparent electrode made of crystalline ITO, when the transparent electrode is bent or warped by such a crystalline structure, a crack occurs due to stress, so that it is difficult to secure flexibility suitable for a flexible display device. In addition, when crystalline ITO is applied to a flexible substrate, it is difficult to maintain its performance due to low performance or cracks.

차세대 디스플레이로 대두되고 있는 플렉서블 혹은 웨어러블 디스플레이에 투명전극 소재로 고 전도성, 고 분해능, 고 유연성의 비정질 산화물 반도체를 요구하고 있으며, 이에 적합한 유연성을 갖는 비정질 산화물 반도체의 개발이 이루어지고 있으나, 비정질 구조라는 특성상 유연성은 확보하였지만, 낮은 결정성에 의한 이온 치환이 어려워 결정질 구조에 상응하는 고 전도성 및 고 분해성을 확보하는 것이 어렵다. A high conductivity, high resolution, and high flexibility amorphous oxide semiconductors are required for transparent or electrode materials in flexible or wearable displays, which are emerging as next generation displays. Amorphous oxide semiconductors with flexibility are being developed, but amorphous structures It is difficult to secure high conductivity and high decomposability corresponding to the crystalline structure due to difficulty in ion substitution due to low crystallinity.

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, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and it is an object of the present invention to provide a lanthanide doping-based highly conductive flexible material having high flexibility capable of reducing stress cracking while providing high charge mobility corresponding to a crystalline structure. A transparent electrode can be provided.

본 발명은, 본 발명에 의한 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a method for producing a highly conductive transparent transparent electrode based on lanthanide doping according to the present invention.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 하나의 양상은, According to one aspect of the present invention,

기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 국부적으로 나노결정 닷이 분포된 란탄족 물질을 도핑한 비정질 박막; 을 포함하는, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극에 관한 것이다.Board; And an amorphous thin film formed on the substrate and doped with a lanthanide material locally distributed in the nanocrystal dot; To a lanthanide doping-based, highly conductive, transparent electrode.

본 발명의 일 예로, 상기 비정질 란탄족 물질 대 상기 나노결정 닷은, 1:0.0001 내지 0.1의 중량비로 포함되고, 상기 나노결정 닷은, 1 nm 내지 20 nm의 입경을 갖는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the amorphous lanthanide material and the nanocrystal dot are contained in a weight ratio of 1: 0.0001 to 0.1, and the nanocrystal dot may have a particle diameter of 1 nm to 20 nm.

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 및 고내열성 유리기판으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the substrate is a flexible substrate comprising at least one polymer selected from the group consisting of polyimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polycarbonate and polyvinyl alcohol, A substrate, a silicon substrate, and a high heat resistant glass substrate.

본 발명의 일 예로, 상기 란탄족 물질 기반의 고 전도성 유연 투명전극은, 80 % 이상의 광투과도 및 10 -4Ω/sq 이하의 면저항을 갖는 것일 수 있다.As an example of the present invention, the lanthanide-based highly conductive transparent electrode may have a light transmittance of 80% or more and a sheet resistance of 10 -4 Ω / sq or less.

본 발명의 다른 양상은, According to another aspect of the present invention,

파우더 형태의 란탄족이 혼합된 물질 타켓을 이용하여 기판 상에 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막을 성장시키는 단계; 및 상기 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막을 열처리하여 상기 비정질 박막 내에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는, 200 ℃ 내지 650 ℃에서 30초 내지 5분 동안 열처리하는 것인 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법에 관한 것이다. Growing an amorphous thin film doped with a lanthanide material on a substrate using a material target mixed with a lanthanide powder; And annealing the amorphous thin film doped with the lanthanide material to form a locally distributed nanocrystal dot in the amorphous thin film; Wherein the step of forming the nanocrystal dot comprises performing a heat treatment at 200 ° C to 650 ° C for 30 seconds to 5 minutes, and a method of manufacturing a highly conductive transparent electrode based on lanthanide doping.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 박막을 성장시키는 단계는, 상온 내지 550 ℃에서 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of growing the thin film may be performed at a temperature of from room temperature to 550 캜.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는, 50 ℃ 내지 100 ℃ 승온 속도로 가열하고, 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the nanocrystal dot may be performed in an inert gas atmosphere by heating at a heating rate of 50 ° C to 100 ° C.

본 발명은, 결정질 구조에 상응하는 우수한 전기적 특성과 고 분해성을 가지면서 이와 동시에 유연성이 우수한 투명전극을 제공할 수 있다. The present invention can provide a transparent electrode having excellent electrical characteristics and high decomposability corresponding to a crystalline structure and at the same time having excellent flexibility.

또한, 본 발명에 의한 투명 전극은, 소자의 구부림, 또는 스트레스 등으로부터 광학적 및 전기적 특성을 유지시킬 수 있으므로, 신뢰성이 향상될 수 있다.Further, the transparent electrode according to the present invention can maintain optical and electrical characteristics due to bending of the device, stress, or the like, and reliability can be improved.

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. In addition, the transparent electrode according to the present invention can be applied to a flexible or wearable device since it has excellent flexibility to lower cracks caused by high light transmittance and stress.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 란탄족 물질 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법에 이용되는 교류전압인가 진공 증착기 (RF magnetron sputtering system)의 구성을 간략하게 나타낸 것이다.
FIG. 1 illustrates a flow diagram of a method for manufacturing a highly conductive, transparent electrode based on a lanthanide material of the present invention, according to one embodiment of the present invention.
2 schematically illustrates the structure of an RF magnetron sputtering system used in a method of manufacturing a highly conductive transparent electrode based on lanthanide doping according to an embodiment of the present invention .

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. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, 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. Also, terminologies used herein are terms used to properly represent preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, intent of the operator, or custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

본 발명은, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극은, 란탄족 물질이 도핑되며, 전체적으로 비정질 구조를 가지면서 내부에 국부적으로 형성된 나노결정 닷에 의한 우수한 전기전도성과 비정질 구조에 의한 유연성을 동시에 나타낼 수 있다. The present invention relates to a highly conductive transparent electrode based on lanthanide doping, wherein a lanthanide doping-based, highly conductive, transparent electrode, according to an embodiment of the present invention, is doped with a lanthanide material, Structure, and it can exhibit excellent electrical conductivity due to nanocrystal dot formed locally inside and flexibility due to amorphous structure at the same time.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명전극은, 기판; 및 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막; 을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transparent electrode includes a substrate; And lanthanide doping based amorphous thin films; . ≪ / RTI >

본 발명의 일 예로, 상기 기판은, 플렉서블 또는 웨어러블 소자에 적용 가능한 유연 기판일 수 있으며, 예를 들어, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 유연 기판; 및 사파이어 기판, 실리콘 기판 및 고내열성 유리기판의 유리 기판; 으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In one example of the present invention, the substrate may be a flexible substrate applicable to a flexible or wearable device, and may be a flexible substrate such as polyimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polycarbonate and polyvinyl A flexible substrate comprising at least one polymer selected from the group consisting of alcohols; And a glass substrate of a sapphire substrate, a silicon substrate, and a high heat-resistant glass substrate; , And the like.

예를 들어, 상기 기판은, 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 등을 적용할 수 있다. For example, the substrate can be applied considering the heat resistance of the substrate according to the growth temperature and / or the heat treatment temperature. For example, at a temperature of room temperature and 100 ° C or less, a polyethylene terephthalate substrate, A polyimide substrate at a temperature of 300 ° C or higher, a sapphire substrate or a high heat resistant glass substrate or a silicon substrate at a temperature of 600 ° C or higher can be applied.

본 발명의 일 예로, 상기 란탄족 물질 기반의 비정질 박막은, 상기 기판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 2 ㎛ 이하; 200 nm 내지 1 ㎛; 또는 250 nm 내지 400 nm 두께로 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the lanthanide-based amorphous thin film may be formed on one or both surfaces of the substrate, and the amorphous thin film may have a thickness of 2 탆 or less; 200 nm to 1 占 퐉; Or 250 nm to 400 nm thick.

본 발명의 일 예로, 상기 란탄족 물질 기반의 비정질 박막은, 비정질 란탄족 물질 내에 나노결정 닷이 국부적으로 분포된 것일 수 있다. 이는, 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막이 전체적으로 비정질 란탄족 물질이 분포된 비정질 구조로 이루어지므로, 고 유연성 등과 같은 비정질 특성을 나타내고, 비정질 란탄족 물질은, 적절한 캐리어 농도 하에서 호핑 메커니즘이 아닌 밴드 전도 메커니즘으로 캐리어 운반이 일어나며 즉, 비정질 란탄족 물질에서 금속의 최외각 전자 중 s-오비탈의 전자가 전하 수송에 기여하기 때문에 비정질 박막임에도 불구하고 상대적으로 높은 전하 이동도를 나타낼 수 있고, 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. In one embodiment of the present invention, the amorphous thin film based on the lanthanide material may have a nanocrystal dot locally distributed in an amorphous lanthanide material. This is because the amorphous thin film doped with the lanthanide material exhibits amorphous characteristics such as high flexibility because the amorphous thin film having amorphous lanthanide material is distributed as a whole, and the amorphous lanthanide material exhibits a band conduction The carrier transport takes place. That is, electrons of the s-orbitals out of the outermost electrons of the metal in the amorphous lanthanide material contribute to charge transport, so that they can exhibit a relatively high charge mobility despite being an amorphous thin film, The presence of local nanocrystal dots formed in the interior contributes to the high charge mobility through the regular arrangement of atoms while maintaining the optical and electrical properties despite bending of the device.

예를 들어, 상기 비정질 란탄족 물질 대 나노결정 닷의 혼합비는, 1:0.0001 내지 0.1의 중량비; 1:0.001 내지 0.1 중량비; 또는 1:0.01 내지 0.1의 중량비; 로 포함될 수 있으며, 상기 혼합비 내에 포함되면 전체적으로 비정질 구조에 따른 유연성을 가지면서, 결정질 구조에 따른 우수한 전기적 및 광학적 특성을 나타낼 수 있다. For example, the mixing ratio of the amorphous lanthanide material to the nanocrystal dot is 1: 0.0001 to 0.1; 1: 0.001 to 0.1 weight ratio; Or 1: 0.01 to 0.1; And if it is included in the mixing ratio, it can exhibit excellent electrical and optical characteristics depending on the crystalline structure while having flexibility according to the amorphous structure as a whole.

본 발명의 일 예로, 상기 비정질 란탄족 물질은, la, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 1중 이상을 포함하는 금속 또는 이들의 산화물일 수 있다. 또한, 란탄족 금속 또는 산화물은, 분말, 나노 와이어, 나노 입자, 나노 로드 등의 형태를 가질 수 있다. The amorphous lanthanide material includes at least one selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Yb. Metal or oxides thereof. In addition, lanthanide metals or oxides can have the form of powders, nanowires, nanoparticles, nanorods, and the like.

본 발명의 일 예로, 상기 나노결정 닷은, 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막의 열처리 공정을 통해 형성된 결정성 물질이며, 란탄족 금속 또는 란탄족 산화물이다. 상기 란탄족 물질 기반의 비정질 박막과 동일한 성분으로 구성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the nanocrystal dot is a crystalline material formed by a heat treatment process of an amorphous thin film doped with a lanthanide material, and is a lanthanide metal or a lanthanide oxide. And may be composed of the same components as the amorphous thin film based on the lanthanide material.

예를 들어, 상기 나노결정 닷은, 1 um 이내; 1 nm 내지 500 nm; 1 nm 내지 250 nm; 1 nm 내지 50 nm; 또는 1 nm 내지 20 nm의 입경을 갖는 것일 수 있으며, 상기 입경 범위 내에 포함되면, 결정질 구조의 규칙적인 배열에 의한 높은 전하 이동도를 제공하면서, 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막의 스트레스에 의한 크랙 또는 구동에 따른 전기적 특성이 변화되는 것을 방지할 수 있다. For example, the nanocrystal dot may have a thickness of less than 1 um; 1 nm to 500 nm; 1 nm to 250 nm; 1 nm to 50 nm; Or a particle diameter of 1 nm to 20 nm. When the amorphous thin film is contained within the above-mentioned particle diameter range, cracks due to the stress of the amorphous thin film doped with the lanthanide material, while providing a high charge mobility due to the regular arrangement of the crystalline structure Or the electrical characteristics due to driving can be prevented from being changed.

본 발명의 일 예로, 상기 란탄족 물질이 도핑된 고 전도성 유연 투명전극은, 높은 광투과성과 낮은 면저항을 나타낼 수 있으며, 예를 들어, 가시광영역에 대한 80 % 이상의 광투과도; 및 10 -4Ω·cm 이하의 전기저항을 나타낼 수 있다.In one embodiment of the present invention, the highly conductive transparent electrode doped with the lanthanide material may exhibit a high light transmittance and a low sheet resistance, for example, a light transmittance of 80% or more with respect to a visible light region; And an electric resistance of not more than 10 -4 ? Cm.

본 발명의 일 예로, 상기 도핑 물질로 란탄족 기반의 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. As an example of the present invention, the lanthanide-based highly conductive, transparent transparent electrode as the doping material may be usefully used as a transparent electrode of an electronic device, a touch panel, a display, or the like. For example, a flexible display or a flexible display, a liquid crystal display (LCD), a light emitting display (LED), an organic light emitting diode (OLED) Electronic paper, solar cell, and the like, but is not limited thereto.

본 발명은, 본 발명에 의한 란탄족 도핑 물질 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 제조방법은, 비정질 산화물 반도체를 급속열처리 공정에 의해 비정질 구조 내부에 국부적인 나노결정 닷을 형성시켜 고 전도성 및 고효율의 란탄족 도핑 물질 기반의 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다.The present invention relates to a method for preparing a highly conductive transparent transparent electrode based on a lanthanide doping material according to the present invention. According to an embodiment of the present invention, the amorphous oxide semiconductor is formed by a rapid thermal annealing process to form a local nanocrystal dot inside the amorphous structure, thereby forming a highly conductive and highly efficient lanthanide doping material- Electrode can be provided.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 란탄족 도핑 물질 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 1에서, 상기 제조방법은, 기판을 준비하는 단계(S1); 란탄족 도핑 물질 기반의 비정질 박막을 성장시키는 단계(S2); 및 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3); 을 포함할 수 있다. 상기 제조방법은, 진공증착기를 이용하고, 바람직하게는 교류전압인가 진공 증착기(RF magnetron sputtering system)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method is described with reference to FIG. 1, wherein FIG. 1 is a cross-sectional view of a lanthanide-doped material-based highly conductive transparent electrode according to an embodiment of the present invention. And a flow chart of the manufacturing method. 1, the manufacturing method includes: preparing a substrate (S1); Growing an amorphous thin film based on a Lanthanide doping material (S2); And forming a nanocrystal dot (S3); . ≪ / RTI > The manufacturing method may be a vacuum evaporator, preferably an RF magnetron sputtering system.

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.According to one embodiment of the present invention, the manufacturing method will be described with reference to Fig. 2, and Fig. 2 exemplarily shows a configuration of an AC voltage-applied vacuum evaporator, according to an embodiment of the present invention. The AC voltage-applied vacuum evaporator shown in FIG. 2 may further include a configuration applied in the technical field of the present invention, provided that it does not deviate from the object of the present invention.

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 란탄족 물질 기반의 고 전도성 유연 투명전극에서 제시한 바와 같다. The step of preparing the substrate S1 is a step of selecting a suitable substrate according to the field to which the transparent electrode is applied and placing the substrate in a vacuum evaporator. For example, when the substrate 10 is placed in the chamber 20, And is rotatably disposed on the rotator 21 provided in the rotor. The substrate is the same as that of the lanthanide-based highly conductive transparent electrode.

본 발명의 일 예로, 란탄족 도핑 물질 기반의 비정질 박막을 성장시키는 단계(S2)는, 기판 상에 파우더 형태의 란탄족 도핑 물질 타켓을 이용하여 기판 상에 란탄족 물질 기반의 비정질 박막을 성장시키는 단계이다. 상기 타켓은, 단일 또는 상이한 란탄족 원소 또는 물질을 포함하는 복수개; 또는 2종 이상의 란탄족 도핑 원소 또는 물질이 혼합된 것일 수 있다. 예를 들어, 고진공 펌프(22)와 저진공 펌프(23) 및 진공 벨브(24)에 의하여 진공을 발생시키고, 제1 란탄족 물질 타겟(target)(25)을 장착한 제1 스퍼터건(26)과 제2 란탄족 물질 타겟(27)을 장착한 제2 스퍼터건(28)에 각각 RF파워를 가하고, 박막 성장 온도를 설정하고, 플라즈마 밀도를 조절하여 란탄족 도핑 물질 기반의 비정질 박막의 전체 두께 및 각 성분의 함량을 조절하여 란탄족 도핑 물질 기반의 비정질 박막을 성장(증착)시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step (S2) of growing an amorphous thin film based on a lanthanide doping material includes growing a lanthanide-based amorphous thin film on a substrate using a powdery lanthanide dopant target on the substrate . Wherein the target comprises a plurality of single or different lanthanide elements or materials; Or a mixture of two or more lanthanide doping elements or materials. For example, a vacuum is generated by the high vacuum pump 22, the low vacuum pump 23 and the vacuum valve 24, and the first sputter gun 26 (FIG. 26) equipped with the first lanthanide target 25 ) And the second sputter gun 28 equipped with the second lanthanide material target 27 were subjected to RF power, the thin film growth temperature was set, and the plasma density was controlled to adjust the entirety of the amorphous thin film based on the lanthanide doping material The thickness and the content of each component can be controlled to grow (deposit) the amorphous thin film based on the Lanthanide doping material.

예를 들어, 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막을 성장시키는 단계(S2)는, 상온 내지 550 ℃; 상온 내지 400 ℃; 상온 내지 300 ℃; 상온 내지 200 ℃; 상온 내지 150 ℃; 상온 내지 100 ℃; 또는 상온에서 10분 내지 20분 동안 란탄족 물질 기반의 비정질 박막을 성장시킬 수 있다. 상기 온도 박막 성장 온도의 범위 내에 포함되면, 유연성을 갖는 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막을 형성할 수 있고, 나노결정 닷의 형성 이후에 우수한 광투과도 및 전기전도도를 나타낼 수 있다. For example, the step S2 of growing an amorphous thin film based on lanthanide doping may be performed at a temperature of from room temperature to 550 DEG C; Room temperature to 400 ° C; Room temperature to 300 ° C; Room temperature to 200 캜; Room temperature to 150 캜; Room temperature to 100 캜; Or an amorphous thin film based on a lanthanide material can be grown at room temperature for 10 to 20 minutes. When the temperature is within the temperature range of the thin film growth temperature, a flexible lanthanide doping-based amorphous thin film can be formed, and excellent light transmittance and electrical conductivity can be exhibited after formation of the nanocrystal dot.

예를 들어, 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막을 성장시키는 단계(S2)에서 진공도 2*10- 6Torr이하로 유지하고, 로테이터(21)는 3 RPM 내지 5 RPM로 회전하면서, 작업 압력은 4 mTorr 이하이며, 스퍼터건(26)에서 RF파워는 50 W 내지 100 W일 수 있다.For example, the lanthanide in the step (S2) for growing the amorphous thin film of a material doped based on a degree of vacuum 2 × 10 - maintained below 6 Torr, and, while the rotator 21 is rotated at 3 RPM to about 5 RPM working pressure 4 mTorr, and the RF power at the sputter gun 26 may be between 50 W and 100 W.

예를 들어, 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막을 성장시키는 단계(S2)에서 란탄족 물질 기반의 비정질 박막은, 2 ㎛ 이하; 200 nm 내지 1 ㎛; 또는 250 nm 내지 400 nm 두께로 형성될 수 있다. For example, in the step (S2) of growing a lanthanide doping-based amorphous thin film, the lanthanide-based amorphous thin film has a thickness of 2 탆 or less; 200 nm to 1 占 퐉; Or 250 nm to 400 nm thick.

본 발명의 일 예로, 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3)는, 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막을 열처리하여 상기 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막 내에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷을 형성하는 단계이다. 예를 들어, 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막을 성장시키는 단계(S2)가 완료된 이후에 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막이 형성된 기판을 급속열처리(Rapid Thermal Annealing)하여 상기 비정질 산화물 내부에 나노결정 닷을 국부적으로 형성할 수 있다. 이러한 열처리에 의해서 나노결정 닷은 란탄족 산화물로 형성될 수 있다. 상기 급속열처리 이후 란탄족 물질 도핑 기반의 비정질 박막은, 전체적으로 비정질 구조를 나타내므로, 고 유연성을 띄면서 동시에 나노결정 닷의 국부적인 형성으로 인해 전자의 이동도가 향상될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step (S3) of forming the nanocrystal dot may include annealing the amorphous thin film based on lanthanide doping to form a locally distributed nanocrystal dot in the amorphous thin film based on the lanthanide doping . For example, after the step (S2) of growing the amorphous thin film based on the lanthanide doping is completed, the substrate on which the amorphous thin film based on the lanthanide doping is formed is subjected to rapid thermal annealing to form nanocrystals Dots can be formed locally. By this heat treatment, the nanocrystal dot can be formed as a lanthanide oxide. Since the amorphous thin film based on the lanthanide doping after the rapid thermal annealing has an amorphous structure as a whole, the mobility of electrons can be improved due to the localized formation of nanocrystal dot simultaneously with high flexibility.

예를 들어, 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3)는, 200 ℃ 내지 650 ℃; 또는 300 ℃ 내지 400 ℃의 열처리 온도에서 30초 내지 5분; 30 초 내지 2분; 또는 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 광투과성을 갖는 유연 투명기판을 제공할 수 있다. 또한, 나노결정 닷을 형성하는 단계(S3)는, 50 ℃ 내지 100 ℃ 승온 속도(분당)로 가열하고, 아르곤, 질소, 등의 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. For example, the step S3 of forming the nanocrystal dot may be performed at a temperature between 200 [deg.] C and 650 [deg.] C; Or from 30 seconds to 5 minutes at a heat treatment temperature of from 300 DEG C to 400 DEG C; 30 seconds to 2 minutes; Or high-speed heat treatment for 1 minute to 2 minutes. When the temperature and the time range are included, it is possible to provide a transparent transparent substrate having excellent electrical conductivity and light transmittance by locally forming nanocrystals in an amorphous oxide. In addition, the step (S3) of forming the nanocrystal dot may be performed in an inert gas atmosphere such as argon, nitrogen, etc. by heating at a temperature raising rate (per minute) of 50 to 100 캜.

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.It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

실시예 1Example 1

교류전압인가 진공 증착기 내에 파우더 란탄족 타켓 (Sm 또는 Gd 물질)을 장착하고, 표 1에서 제시한 공정 조건에서 15분 동안 폴리이미드 기판 상에 250 nm 두께의 비정질 란탄족 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.An amorphous lanthanide thin film with a thickness of 250 nm was grown on a polyimide substrate for 15 minutes under the process conditions shown in Table 1, with a powder lanthanum target (Sm or Gd material) mounted in an AC voltage vacuum evaporator. (B) 100 ° C, (c) 200 ° C, and (d) 300 ° C on the basis of the characteristics of (a) room temperature, (b) A sapphire substrate was used at (e) 400 ° C, (f) 500 ° C, (g) 600 ° C and (h) 700 ° C.

제조된 박막의 XRD 패턴을 측정하여, 상온의 성장 온도에서 제조된 비정질 란탄족 박막의 비정질 구조를 확인하였다.  The amorphous structure of the amorphous lanthanide thin films grown at room temperature was measured by XRD pattern measurement.

파라미터parameter 란탄족 물질Lanthanide material 초기 진공도
(Base pressure)
Initial vacuum degree
(Base pressure)
2x10- 6Torr2x10 - 6 Torr
작업 압력
(Working pressure)
Working pressure
(Working pressure)
3m Torr3m Torr
공정 온도
(Process temperature)
Process temperature
(Process temperature)
상온Room temperature
공정 시간
(Deposition time)
Process time
(Deposition time)
15min15 min
RF powerRF power 100W
(란탄족 물질)
100W
(Lanthanide material)
50W
(란탄족 물질)
50W
(Lanthanide material)
Gas ratioGas ratio Ar : 20Ar: 20

본 발명은, 란탄족 물질 기반의 비정질 박막의 고속 열처리를 통하여 비정질 구조 내에 국부적 나노결정 닷을 형성시켜, 결정 구조에 따른 우수한 전기적 및 광학적 특성과 비정질 란탄족 박막에 유연성을 나타낼 수 있는 란탄족 물질 기반의 고 전도성 유연 투명전극을 제공할 수 있다. The present invention relates to a method for forming a local nanocrystal dot in an amorphous structure through rapid thermal annealing of an amorphous thin film based on a lanthanide material to obtain a lanthanide material capable of exhibiting excellent electrical and optical characteristics depending on the crystal structure and flexibility in an amorphous lanthanide thin film Based highly conductive transparent electrode can be provided.

Claims (5)

기판; 및
상기 기판 상에 형성되고, 국부적으로 나노결정 닷이 분포된 란탄족 물질을 도핑한 비정질 산화물 반도체 박막; 을 포함하고,
상기 란탄족 물질은, Sm, Gd 또는 이 둘을 포함하고,
비정질 란탄족 물질 대 상기 나노결정 닷은, 1:0.0001 내지 0.1의 중량비로 포함되고,
상기 나노결정 닷은, 1 nm 내지 20 nm의 입경을 갖고,
80 % 이상의 광투과도 및 10 -4 Ω·cm 이하의 전기저항을 갖는 것인, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극.
Board; And
An amorphous oxide semiconductor thin film formed on the substrate and doped with a lanthanide material locally distributed in a nano crystal dot; / RTI >
Wherein the lanthanide material comprises Sm, Gd or both,
The amorphous lanthanide material and the nanocrystal dot are contained in a weight ratio of 1: 0.0001 to 0.1,
The nanocrystal dot has a particle diameter of 1 nm to 20 nm,
Having a light transmittance of 80% or more and an electrical resistance of 10 -4 Ω · cm or less.
삭제delete 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 및 고내열성 유리기판으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극.
The method according to claim 1,
The substrate may be a flexible substrate comprising at least one polymer selected from the group consisting of polyimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polycarbonate and polyvinyl alcohol, a sapphire substrate, And a heat-resistant glass substrate. 2. The lyso-type material doping-based highly conductive transparent electrode according to claim 1,
삭제delete 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법에 있어서,
파우더 형태의 란탄족 도핑 물질 타켓을 이용하여 기판 상에 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막을 성장시키는 단계; 및
상기 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막을 열처리하여 상기 비정질 박막 내에서 국부적으로 분포된 나노결정 닷을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는, 200 ℃ 내지 650 ℃에서 30초 내지 5분 동안 열처리하고,
상기 란탄족 물질이 도핑된 비정질 박막을 성장시키는 단계는, 상온 내지 200 ℃ 온도에서 실시되고,
상기 나노결정 닷을 형성하는 단계는 50 ℃ 내지 100 ℃ 승온 속도로 가열하고, 비활성 기체 분위기에서 열처리하고,
상기 기판 상에 형성되고, 국부적으로 나노결정 닷이 분포된 란탄족 물질을 도핑한 비정질 산화물 반도체 박막; 을 포함하고,
상기 란탄족 물질은, Sm, Gd 또는 이 둘을 포함하고,
상기 투명전극은, 비정질 란탄족 물질 대 상기 나노결정 닷은, 1:0.0001 내지 0.1의 중량비로 포함되고, 상기 나노결정 닷은, 1 nm 내지 20 nm의 입경을 갖고, 80 % 이상의 광투과도 및 10 -4 Ω·cm 이하의 전기저항을 갖는 것인, 란탄족 물질 도핑 기반의 고 전도성 유연 투명전극의 제조방법.


A method of manufacturing a highly conductive, transparent electrode based on lanthanide doping,
Growing an amorphous thin film doped with a lanthanide material on a substrate using a powdery lanthanide doping material target; And
Annealing the amorphous thin film doped with the lanthanide material to form a locally distributed nanocrystal dot in the amorphous thin film;
Lt; / RTI >
The step of forming the nanocrystal dot may include heat treatment at 200 ° C to 650 ° C for 30 seconds to 5 minutes,
Wherein growing the amorphous thin film doped with the lanthanide material is performed at a temperature of from room temperature to 200 ° C,
The step of forming the nanocrystal dot may be performed by heating at a temperature raising rate of 50 ° C to 100 ° C, performing heat treatment in an inert gas atmosphere,
An amorphous oxide semiconductor thin film formed on the substrate and doped with a lanthanide material locally distributed in a nano crystal dot; / RTI >
Wherein the lanthanide material comprises Sm, Gd or both,
Wherein the transparent electrode comprises amorphous lanthanide material and the nanocrystal dot in a weight ratio of 1: 0.0001 to 0.1, the nanocrystal dot having a particle diameter of 1 nm to 20 nm, a light transmittance of 80% And having an electrical resistance of -4 · cm m or less.


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