KR102114658B1 - Copper oxide thin-film structure with an adjustable color and manufacturing method thereof - Google Patents

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정세영
김수재
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a copper oxide thin film structure with an adjustable color and a manufacturing method thereof. In particular, the present structure comprises: a substrate; a single crystal copper layer which is formed on the upper portion of the substrate and has a uniform directivity; and a copper oxide (I) layer which is formed on the upper portion of the single crystal copper layer and has a sudden boundary with the single crystal copper layer. In addition, the present method comprises: a single crystal copper thin film structure forming step that a single crystal copper thin film structure is manufactured after allowing the single crystal copper layer to be deposited on the upper portion of the substrate by using a single crystal copper ingot target and performing sputtering; and a sudden boundary forming step that the single crystal copper thin film structure undergoes thermal treatment to be oxidized into a copper oxide (I) layer and a copper oxide (II) layer while the sudden boundary is formed between the single crystal copper layer and the copper oxide (I) layer. Therefore, various colors can be uniformly embodied.

Description

색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 및 이의 제조방법 {Copper oxide thin-film structure with an adjustable color and manufacturing method thereof}Copper oxide thin-film structure with an adjustable color and manufacturing method thereof

본 발명은 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무결점 단결정 구리 잉곳 타겟을 이용하여 무결점 단결정 구리 박막층을 제조하고, 이를 열처리하여 산화구리 박막 구조체를 제조함으로써 다양한 색을 균질하게 구현할 수 있는 산화구리 박막 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a copper oxide thin film structure capable of color control and a method for manufacturing the same, and more specifically, to produce a defect-free single crystal copper thin film layer using a defect-free single crystal copper ingot target, and heat-treating it to produce a copper oxide thin film structure. The present invention relates to a copper oxide thin film structure capable of uniformly realizing color and a method for manufacturing the same.

최근 IT 기술이 급격히 발달함에 따라 스마트폰 등 전자기기의 개발이 활발히 이루어지고 있고, 특히 전자기기에 금속 소재의 사용이 증가함에 따라 다양한 표면처리 기술이 요구되고 있다. Recently, with the rapid development of IT technology, the development of electronic devices such as smartphones has been actively conducted, and in particular, as the use of metal materials in electronic devices has increased, various surface treatment technologies are required.

표면처리는 소재의 표면을 아름답게 보이게 하거나, 내식성, 내마모성, 표면의 경화 등 다양한 목적으로 이루어진다. 예를 들어, IT 제품과 같은 전자기기는 금속물이나 사출물로 이루어진 외장 케이스 내에 전자 부품들이 수용된 형태를 가지는데, 이러한 외장 케이스는 근본적으로 외부 환경으로부터 전자 부품들을 보호하는 기능 및 부수적으로 시각적인 미감을 부여하는 기능을 제공하기 위하여 표면처리된다. The surface treatment is made for various purposes such as making the surface of the material look beautiful, corrosion resistance, abrasion resistance, and hardening of the surface. For example, electronic devices such as IT products have a form in which electronic components are accommodated in an exterior case made of a metal or an injection material, and the exterior case essentially protects electronic parts from the external environment and incidentally visual aesthetics. In order to provide the function of imparting a surface treatment.

특히, 최근에는 기술의 평준화에 따라 소비자들에 의하여 전자기기 등의 구입 시 내부 부품들의 보호 기능보다는 미학적 기능이 우선시 되는 경향이 나타나고 있다.Particularly, in accordance with the leveling of technology, aesthetic functions have been given priority over protection functions of internal parts when consumers purchase electronic devices.

외피가 되는 금속소재는 도장이나 도금을 통하여 색상을 구현하고 있으며, 대표적으로 컬러강판이 존재한다. 종래의 컬러강판은 전기 아연도금 강판과 용융아연도금 강판에 도장 공정이나 필름을 접착하는 공정 등을 접목한 기술로, 건설용 자재, 가전용 자재와 자동차용 강판 등으로 사용되고 있으나 색상이 단조롭고 색상 자체적으로 심미적 욕구 충족을 하기에는 그 한계가 있다. The metallic material that becomes the outer sheath implements color through painting or plating, and representatively, colored steel sheets exist. Conventional color steel sheet is a technology that combines coating process or film bonding process to electro-galvanized steel sheet and hot-dip galvanized steel sheet. It is used for construction materials, household appliances, and automotive steel sheets, but the color is monotonous and the color itself As a result, there is a limit to satisfying aesthetic needs.

이에 한국 등록특허 제10-1508970호 (고강도 고내식성의 황동 피막을 가지는 가로등주)에서는 복합피막 형성체를 피복하여 고내식성 기초방청피막을 형성하고, 기초방청피막위에 표면을 보호하는 보호페인트 피막을 형성한 다음, 보호페인트 피막 위에 투명페인트에 황동분을 혼합하여 도포하고 가열함으로써, 황동 고유의 색상을 활용하고 내구성을 높이는 가로등주를 제공하는 기술을 제안하였다. Accordingly, in Korean Patent No. 10-1508970 (a street light column having a high strength and high corrosion resistance brass film), a composite film forming body is coated to form a high corrosion resistant basic anti-corrosion film, and a protective paint film is formed on the basic anti-corrosion film to protect the surface. Then, a technique was proposed to provide a street lamp pole that utilizes the unique color of brass and enhances durability by mixing and coating brass powder on a transparent paint over a protective paint film and heating it.

그러나 분말 황동을 투명페인트와 혼합하여 피복한 후 열처리를 통한 피막형성 방식은 피막대상물질의 종류 및 산화 반응에 따른 다양한 색상의 구현이 어려운 문제점이 있다.However, the method of forming a film through heat treatment after coating by mixing powder brass with a transparent paint has a problem in that it is difficult to realize various colors according to the type of material to be coated and the oxidation reaction.

또한, 외피가 되는 금속소재로 사용되는 적갈색을 띄는 구리는 산화하면서 청색을 보여주기는 하지만 그 밖의 다양한 색깔을 구현하지 못하는 문제점이 있다. 이에 따라 구리박막의 산화정도를 이용하여 색을 만들어내는 작업이 시도되었으나 다양하지 못하고 색 균일성이 좋지 못한 문제점이 있다.In addition, copper having a reddish brown color, which is used as a metal material for the outer shell, exhibits blue color while oxidizing, but there is a problem in that it cannot realize various other colors. Accordingly, an attempt has been made to produce a color by using the degree of oxidation of the copper thin film, but there is a problem in that it is not diverse and has poor color uniformity.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다. Therefore, a method for solving these problems is required.

대한민국 등록특허공보 제10-1508970호Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-1508970

본 발명의 기술적 과제는, 배경기술에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 무결점 단결정 구리 잉곳 타겟을 이용하여 무결점 단결정 구리 박막층을 제조하고, 이를 열처리하여 그레인(grain)이 거의 없는 균질(homogeneous)한 산화구리 박막 구조체를 제조함으로써 다양한 색을 균질하게 구현할 수 있는 산화구리 박막 구조체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to solve the problems mentioned in the background art, and more specifically, to produce a defect-free single crystal copper thin film layer using a defect-free single-crystal copper ingot target, and heat-treating it to achieve homogeneity with little grain. It is to provide a copper oxide thin film structure capable of homogeneously implementing various colors by manufacturing a (homogeneous) copper oxide thin film structure and a method for manufacturing the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체는 기판, 상기 기판 상부에 형성되며 일정한 방향성을 가지는 단결정 구리층 및 상기 단결정 구리층 상부에 형성되고 상기 단결정 구리층과 돌연경계를 가지는 산화구리(Ⅰ)층으로 구성될 수 있다.The copper oxide thin film structure capable of color control according to the present invention devised to solve the technical problem is formed on a substrate, on the substrate, and has a single directional copper layer and a single crystalline copper layer, and is formed on the single crystal copper layer. It may be composed of a copper (I) oxide layer having a sudden boundary.

여기서, 상기 산화구리(Ⅰ)층은 열처리 온도 또는 시간에 따라 두께가 조절되고, 상기 두께에 따라 색상이 결정될 수 있다.Here, the thickness of the copper (I) oxide layer is adjusted according to the heat treatment temperature or time, and the color may be determined according to the thickness.

그리고, 상기 산화구리(Ⅰ)층 상부에 형성되고, 상기 산화구리(Ⅰ)층의 산화를 방지하는 산화구리(Ⅱ)층을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, a copper oxide (II) layer formed on the copper oxide (I) layer and preventing oxidation of the copper oxide (I) layer may be further included.

한편, 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법은 단결정 구리 잉곳 타겟을 사용하고, 스퍼터링하여 기판 상부에 단결정 구리층을 증착시켜 단결정 구리박막 구조체를 제조하는 단결정 구리박막 구조체 형성단계 및 상기 단결정 구리박막 구조체를 열처리하여 산화구리(Ⅰ)층 및 산화구리(Ⅱ)층으로 산화시킴과 동시에 상기 단결정 구리층과 상기 산화구리(Ⅰ)층 사이에 돌연경계를 형성하는 돌연경계 형성단계를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, a method of manufacturing a color-adjustable copper oxide thin film structure uses a single crystal copper ingot target, sputters to deposit a single crystal copper layer on top of the substrate, forming a single crystal copper thin film structure to produce a single crystal copper thin film structure, and the single crystal copper thin film The structure is heat-treated to oxidize to a copper (I) oxide layer and a copper (II) oxide layer, and at the same time, comprises a step of forming a sudden boundary between the single crystal copper layer and the copper (I) oxide layer. Can be.

상기 돌연경계 형성단계는, 상기 단결정 구리박막 구조체 형성단계에서 형성된 단결정 구리층이 남아있도록 처리되어, 상기 단결정 구리층과 상기 산화구리(Ⅰ)층 사이에 돌연경계가 이루어지는 것을 특징으로 한다.The step of forming the boundary is characterized in that the single crystal copper layer formed in the step of forming the single crystal copper thin film structure remains, so that a boundary is formed between the single crystal copper layer and the copper (I) oxide layer.

여기서, 상기 스퍼터링은, 150℃ ~ 250℃에서 30W ~ 60W로 10분 ~ 150분 동안 실시하는 것이 바람직하다.Here, the sputtering is preferably performed for 10 minutes to 150 minutes at 150 ° C to 250 ° C at 30W to 60W.

그리고, 상기 열처리는, 공기분위기상의 전기로에서 100℃ ~ 450℃에서 1초 ~ 300분 동안 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment is preferably performed for 1 second to 300 minutes at 100 ° C to 450 ° C in an electric furnace on an air atmosphere.

상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다. The present invention by the above configuration can expect the following effects.

무결점 단결정 구리박막을 이용하여 제조된 산화구리 박막 구조체는 구리박막 만을 이용하여 다양한 색을 구현할 수 있다. 그리고, 전체적으로 균일한 색을 나타낼 수 있다. 따라서 제조 효율이 높으며 우수한 품질을 가지는 산화구리 박막 구조체를 제공할 수 있다. The copper oxide thin film structure manufactured using a defect-free single crystal copper thin film can realize various colors using only the copper thin film. And, it can exhibit a uniform color as a whole. Therefore, it is possible to provide a copper oxide thin film structure having high manufacturing efficiency and excellent quality.

이러한 본 발명에 의한 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체의 개략적인 구성이다.
도 3은 박막에서 반사되는 입사광 및 반사광을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법에 의하여 제조된 산화구리 박막 구조체의 XRD 패턴 및 컬러를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법에 의하여 제조된 산화구리 박막 구조체의 사진 및 TEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법에 의하여 제조된 산화구리 박막 구조체가 다양한 열처리 온도에 따라 구현된 색상을 나타내는 사진이다.
1 and 2 is a schematic configuration of a copper oxide thin film structure capable of color control according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing incident light and reflected light reflected from a thin film.
4 is a flowchart of a method of manufacturing a copper oxide thin film structure capable of color control according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an XRD pattern and color of a copper oxide thin film structure manufactured by a method of manufacturing a copper oxide thin film structure capable of color control according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph and a TEM photograph of a copper oxide thin film structure manufactured by a method of manufacturing a copper oxide thin film structure capable of color control according to an embodiment of the present invention.
7 is a photograph showing the color of the copper oxide thin film structure manufactured by the method of manufacturing a copper oxide thin film structure capable of color adjustment according to an embodiment of the present invention according to various heat treatment temperatures.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention.

아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 전방/후방 또는 상측/하측과 같이 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.In addition, in describing the present invention, terms indicating directions such as forward / backward or upper / lower are described so that those skilled in the art can clearly understand the present invention, and indicate relative directions. It will be said that it is not limited.

본 발명에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 및 이의 제조방법은 단결정 구리 잉곳 타겟을 이용하여 무결점 단결정 구리 박막층을 제조하고, 이를 열처리하여 산화구리 박막 구조체를 제조함으로써 다양한 색을 균질하게 구현할 수 있는 것이 특징이다.The color-adjustable copper oxide thin film structure and its manufacturing method according to the present invention are capable of homogeneously implementing various colors by manufacturing a defect-free single crystal copper thin film layer using a single crystal copper ingot target and heat-treating it to produce a copper oxide thin film structure. It is characteristic.

이하 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a copper oxide thin film structure capable of color control and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체에 대하여 설명한다. First, a copper oxide thin film structure capable of color adjustment according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100), 단결정 구리층(200) 및 산화구리(Ⅰ)층을 포함하여 구성될 수 있다.The color-adjustable copper oxide thin film structure according to the present invention may include a substrate 100, a single crystal copper layer 200, and a copper oxide (I) layer, as shown in FIGS. 1 and 2.

기판(100)은 투명하고 구조적으로나 화학적으로 안정성을 가지는 것으로, 사파이어 기판 또는 실리콘 기판 등으로 구성될 수 있다.The substrate 100 is transparent and has structural or chemical stability, and may be formed of a sapphire substrate or a silicon substrate.

단결정 구리층(200)은 기판(100) 상부에 형성되며 일정한 방향성을 가지도록 형성될 수 있으며, 이는 무결점 단결정 구리 잉곳을 타겟으로 사용하여, 스퍼터링을 통해 기판(100) 상부에 형성되도록 할 수 있다.The single crystal copper layer 200 is formed on the substrate 100 and may be formed to have a certain directionality, which can be formed on the substrate 100 through sputtering by using a defect-free single crystal copper ingot as a target. .

그리고, 산화구리(Ⅰ)(300)층은 단결정 구리층(200) 상부에 형성되고, 단결정 구리층(200)과 돌연경계(210)를 가지도록 형성될 수 있다.In addition, the copper oxide (I) 300 layer may be formed on the single crystal copper layer 200 and may have a single crystal copper layer 200 and a sudden boundary 210.

산화구리(Ⅰ)(300)층은 단결정 구리층과 돌연경계를 가지는 그레인(grain)이 거의 없는 균질(homogeneous)한 것일 수 있다.The copper oxide (I) 300 layer may be homogeneous with little grains having a single crystal copper layer and a sudden boundary.

이때 산화구리(Ⅰ)층(300)은 종래의 다결정 산화구리(Ⅰ)와 비교하여 산소의 확산(diffusion)이 균일하게 진행될 수 있도록 일정한 방향으로 균일하게 형성되는 것이 바람직하며 단결정 구리이 방향이 [111]인 경우 산화구리(Ⅰ) 층이 [111] 방향으로 우선성장방향(prefer orientation)을 가진 입방구조를 가지고 형성된다.At this time, the copper oxide (I) layer 300 is preferably formed uniformly in a constant direction so that diffusion of oxygen (diffusion) can be uniformly compared with the conventional polycrystalline copper oxide (I), and the single crystal copper has a [111 ], The copper (I) oxide layer is formed with a cubic structure with a preferred orientation in the [111] direction.

이는 기판(100)의 상부에 형성된 단결정 구리 박막층(200)을 전기로에서 산화시킴으로써 형성 가능하다. This can be formed by oxidizing the single crystal copper thin film layer 200 formed on the substrate 100 in an electric furnace.

전술한 바와 같이, 산화구리(Ⅰ)층(300)은 단결정 구리층(200)과 산화구리(Ⅰ)층(300) 사이에 돌연경계(210)를 형성하고, 산화구리(Ⅰ)층(300)의 두께에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있다. 보다 구체적으로, 산화구리(Ⅰ)층(300)은 열처리에 의하여 다양한 두께로 조절될 수 있고, 두께에 따라 다양한 색을 나타내도록 할 수 있다. 이에 따라 산화구리 박막 구조체의 용도에 따라 다양한 색상을 균질하게 구현하도록 형성할 수 있다. As described above, the copper (I) oxide layer 300 forms a sudden boundary 210 between the single crystal copper layer 200 and the copper (I) oxide layer 300, and the copper (I) oxide layer 300 ) Depending on the thickness, various colors can be implemented. More specifically, the copper (I) oxide layer 300 may be adjusted to various thicknesses by heat treatment, and may exhibit various colors according to the thickness. Accordingly, various colors may be uniformly implemented according to the use of the copper oxide thin film structure.

도 3을 참조하여, 돌연경계(210)를 가지는 산화구리(Ⅰ)층(300)이 두께에 따라 다양하게 색상을 다양하고 균질하게 나타내는 것에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 제1 박막(F1) 및 제2 박막(F2)은 박막 또는 기판일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 제1 박막(F1)은 박막이고, 제2 박막(F2)은 박막 또는 기판인 것으로 설명한다.Referring to FIG. 3, the copper oxide (I) layer 300 having the sudden boundary 210 will be described in more detail with reference to FIG. Here, the first thin film (F1) and the second thin film (F2) may be a thin film or a substrate, in an embodiment of the present invention, the first thin film (F1) is a thin film, the second thin film (F2) is a thin film or a substrate Explain that.

도 3에 도시된 바와 같이, 입사된 빛이 제1 박막(F1)을 통하여 진행한 후 제2 박막(F2) 표면에서 반사하여 나오는 경우 제1 박막(F1)에서 진행한 경로에 따라서 제1 박막(F2)의 표면에서 반사된 빛(L11)과 제1 박막(F1)을 통과하여 제2 박막(F2) 표면에서 반사된 빛(L12)이 상쇄 또는 보강간섭을 하게 된다. 이 때 상쇄 또는 보강되는 빛의 파장이 제1 박막(F1)을 통과한 경로에 의존하게 되고 이를 통하여 박막 구조체는 다양한 색을 나타낼 수 있다. As illustrated in FIG. 3, when the incident light travels through the first thin film F1 and then reflects off the surface of the second thin film F2, the first thin film according to the path of the first thin film F1 The light L11 reflected from the surface of (F2) and the light L12 reflected from the surface of the second thin film (F2) through the first thin film (F1) cancel or interfere. At this time, the wavelength of the offset or reinforced light depends on the path through the first thin film F1, and through this, the thin film structure can exhibit various colors.

기존에 기판이나 기저가 되는 박막 위에 새로운 박막을 다양한 증착기법을 이용하여 생성시켜서 색을 구현하는 방법이 존재하였으나 본 발명에서 제시하는 열처리를 이용한 방법은 다양한 색을 구현하는데 한계가 있고 색의 질이 좋지 않아 거의 시도되지 못하고 있었다. Previously, there existed a method of realizing color by generating a new thin film on a substrate or a base film using various deposition techniques. However, the method using heat treatment presented in the present invention has limitations in realizing various colors and the color quality is limited. It wasn't good, so little was tried.

이는 제1 박막(F1)과 제2 박막(F2의 경계면 조절에서 기인한다. 제2 박막(F2)에서 반사되는 빛이 난반사를 하지 않고 정확한 경로차를 가져야 깨끗한 색을 얻을 수 있으며 다양한 분해능을 가진 색을 구현할 수 있으나 기존의 열처리를 통한 방법에서는 계면에서 깨끗한 경계를 이루지 못함으로 인해 발생하는 난반사로 인하여 이를 구현하지 못하였다. 그러나 본 발명에서는 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 제1 박막과 제2 박막 사이 즉, 단결정 구리층과 산화구리(Ⅰ)층 사이에 돌연경계를 이루어 산화구리(Ⅰ)층(300)에서 반사되는 빛이 난반사 없이 정확한 경로차를 가질 수 있어 다양하고 깨끗한 색을 구현할 수 있다. This is due to the control of the interface between the first thin film (F1) and the second thin film (F2.) The light reflected from the second thin film (F2) does not diffuse and has an accurate path difference to obtain a clean color and has various resolutions. Color can be implemented, but the existing heat treatment method does not implement this due to diffuse reflection caused by the failure to form a clean boundary at the interface, but in the present invention, as shown in FIGS. 2 and 6, the first thin film and By forming a boundary between the second thin film, that is, between the single crystal copper layer and the copper (I) layer, light reflected from the copper (I) oxide layer 300 can have an accurate path difference without diffuse reflection, thereby providing various and clean colors. Can be implemented.

따라서, 본 발명에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체는 구리박막 하나만을 이용하여 다양한 색을 구현할 수 있고 전체적으로 균일한 색을 나타내는 효과를 가질 수 있다.Therefore, the color-adjustable copper oxide thin film structure according to the present invention can realize various colors using only one copper thin film, and may have an effect of displaying a uniform color as a whole.

한편, 본 발명에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체는 산화구리(Ⅰ)층(300) 상부에 형성되고, 상기 산화구리(Ⅰ)층(300)의 산화를 방지하는 산화구리(Ⅱ)층(400)을 더 포함하여 구성될 수 있다.Meanwhile, the copper oxide thin film structure capable of color control according to the present invention is formed on the copper oxide (I) layer 300, and the copper oxide (II) layer prevents oxidation of the copper oxide (I) layer 300. It may be configured to further include 400.

상기 산화구리(Ⅱ)층(400)은 산화구리(Ⅰ)층(300)의 상부에 산화구리(Ⅰ)층(300)의 과산화를 방지하고 외부적 손상을 막아 산화구리 박막 구조체의 기계적 안정성을 향상시키기 위한 것이다.The copper (II) oxide layer 400 prevents peroxidation of the copper (I) oxide layer 300 on top of the copper (I) oxide layer 300 and prevents external damage, thereby improving the mechanical stability of the copper oxide thin film structure. To improve.

이는 기판(100)의 상부에 무결점 단결정 구리 잉곳을 고주파 스퍼터링 또는 직류 스퍼터링 방식으로 증착시킨 무결점 단결정 구리 박막을 스퍼터링 장비 내에서 증착 온도에서 일정시간 유지시켜 단결정 구리 박막층(200) 표면만을 산화시킴으로써 형성 가능하다.This can be formed by oxidizing only the surface of the single crystal copper thin film layer 200 by maintaining a defect-free single crystal copper thin film deposited on the upper portion of the substrate 100 by a high-frequency sputtering or direct current sputtering method at a deposition temperature in a sputtering equipment for a certain period of time. Do.

이상으로 본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체의 구성에 대하여 설명하였으며, 이하에서는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.The configuration of the copper oxide thin film structure capable of color control according to an embodiment of the present invention has been described above, and the method of manufacturing the copper oxide thin film structure capable of color control will be described in detail below.

본 발명의 일 실시예에 따른 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법은 도 4에 도시된 바와 단결정 구리박막 구조체 형성단계(S10) 및 돌연경계 형성단계(S20)을 포함하여 구성될 수 있다.A method of manufacturing a color-adjustable copper oxide thin film structure according to an embodiment of the present invention may include a single crystal copper thin film structure forming step (S10) and a sudden boundary forming step (S20) as illustrated in FIG. 4.

구리박막 구조체 형성단계(S10)는 단결정 구리 잉곳 타겟을 사용하고, 스퍼터링하여 기판 상부에 단결정 구리층을 증착시켜 단결정 구리박막 구조체를 제조하는 단계이다.The copper thin film structure forming step (S10) is a step of manufacturing a single crystal copper thin film structure by using a single crystal copper ingot target and sputtering to deposit a single crystal copper layer on the substrate.

즉, 기판을 스퍼터링 장비(미도시)에 투입한 후 무결점 단결정 구리 잉곳을 기판(100)의 상부에 스퍼터링 방식으로 증착하여 무결점 단결정 구리 박막층(200)이 기판(100)의 상부에 형성된 무결점 단결정 구리 박막 구조체를 제조할 수 있다. That is, after the substrate is put into the sputtering equipment (not shown), a defect-free single crystal copper ingot is deposited on the top of the substrate 100 by sputtering to form a defect-free single crystal copper thin film layer 200 formed on the top of the substrate 100. A thin film structure can be produced.

이때 스퍼터링은 150℃ ~ 250℃에서 30W ~ 60W로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 온도범위보다 높거나 낮으면 이후 산화구리(Ⅰ)층을 형성할 때 산화구리(Ⅰ)와 기판 간의 접착력이 저하되고 결정립계와 전위 등의 형성에 따라 결정성이 저하되며, 상기 파워범위보다 높거나 낮으면 무결점 단결정 구리 박막층이 균일하게 증착되지 않아 전기적 및 기계적 특성이 저하되므로 상기한 조건에 준하여 스퍼터링을 행하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to perform sputtering at 150 ° C to 250 ° C at 30W to 60W. If it is higher or lower than the temperature range, the adhesion between copper (I) and the substrate decreases when the copper (I) oxide layer is subsequently formed, and crystallinity decreases according to formation of grain boundaries and dislocations, and is higher than the power range. If it is low or low, the defect-free single crystal copper thin film layer is not uniformly deposited and the electrical and mechanical properties are lowered, so it is preferable to perform sputtering according to the above conditions.

그리고, 스퍼터링 실시 시간에 따라 단결정 구리 박막층(200)의 두께가 결정되므로, 스퍼터링은 10분 ~ 180분 동안 실시하는 것이 바람직하다In addition, since the thickness of the single crystal copper thin film layer 200 is determined according to the sputtering time, sputtering is preferably performed for 10 minutes to 180 minutes.

이어서, 돌연경계 형성단계(S20)는 단결정 구리박막 구조체를 열처리하여 산화구리(Ⅰ)층(300) 및 산화구리(Ⅱ)층(400)으로 산화시킴과 동시에 단결정 구리층(200)과 산화구리(Ⅰ)층(300) 사이에 돌연경계(210)를 형성하는 단계이다. Subsequently, in the step of forming the boundary (S20), the single crystal copper thin film structure is heat-treated to oxidize the copper (I) layer 300 and the copper (II) oxide layer 400, and simultaneously the single crystal copper layer 200 and the copper oxide. (I) This is a step of forming a sudden boundary 210 between the layers 300.

여기서, 돌연경계 형성단계(S20)는, 단결정 구리박막 구조체 형성단계에서 형성된 단결정 구리층(200)이 남아있도록 처리되어, 단결정 구리층(200)과 상기 산화구리(Ⅰ)층(300) 사이에 돌연경계(210)가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. Here, the step of forming a boundary (S20) is processed so that the single crystal copper layer 200 formed in the single crystal copper thin film structure forming step remains, between the single crystal copper layer 200 and the copper oxide (I) layer 300 It is preferable that the sudden boundary 210 is made.

그리고, 열처리는, 공기분위기상의 전기로에서 100℃ ~ 450℃에서 1초 ~ 300분 동안 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment is preferably performed for 1 second to 300 minutes at 100 ° C to 450 ° C in an electric furnace on an air atmosphere.

전술한 바와 같이, 산화구리(Ⅰ)층에서 반사되는 빛이 난반사를 하지 않고 정확한 경로차를 가져야 깨끗한 색을 얻을 수 있으며 다양한 분해능을 가진 색을 구현할 수 있다. 본 발명에서는 열처리를 통하여 단결정 구리층과 산화구리(Ⅰ)층 사이에 돌연경계를 형성하여 산화구리(Ⅰ)층(300)에서 반사되는 빛이 난반사 없이 정확한 경로차를 가질 수 있어 다양하고 깨끗한 색을 구현할 수 있다. As described above, the light reflected from the copper oxide (I) layer does not diffusely and has an accurate path difference to obtain a clean color and realizes a color having various resolutions. In the present invention, by forming a sudden boundary between the single crystal copper layer and the copper (I) layer through heat treatment, the light reflected from the copper (I) layer 300 can have an accurate path difference without diffuse reflection and various and clean colors. You can implement

즉, 도 6을 참조하면, 열처리 전에는 돌연경계가 형성되지 않는 것을 확인할 수 있으며, 본 발명에 따른 산화구리 박막 구조체는 열처리 후에 돌연경계가 형성되어 다양한 색을 구현할 수 있고 전체적으로 균일한 색을 나타내는 효과를 가질 수 있음을 확인할 수 있다.That is, referring to FIG. 6, it can be confirmed that a sudden boundary is not formed before the heat treatment, and the copper oxide thin film structure according to the present invention is formed with a sudden boundary after the heat treatment, so that various colors can be realized and the overall color is uniform It can be confirmed that can have.

또한, 산화구리(Ⅰ)층에서 진행한 경로에 따라서 산화구리(Ⅰ)층 표면에서 반사된 빛과 산화구리(Ⅰ)층을 통과하여 돌연경계에서 반사된 빛이 상쇄 또는 보강간섭을 하게 된다. 이 때 상쇄 또는 보강되는 빛의 파장이 산화구리(Ⅰ)층을 통과한 경로에 의존하게 되고 이를 통하여 박막 구조체는 다양한 색을 나타낼 수 있다. In addition, the light reflected from the surface of the copper oxide (I) layer and the light reflected through the copper oxide (I) layer through the path of the copper oxide (I) layer cancel or reinforce interference. At this time, the wavelength of the offset or reinforced light depends on the path through the copper (I) oxide layer, and through this, the thin film structure can exhibit various colors.

따라서, 산화구리(Ⅰ)층은 두께에 따라 다양한 색을 나타낼 수 있으며, 이러한 두께는 열처리 온도 및 시간에 의해 조절할 수 있다.Accordingly, the copper (I) oxide layer may exhibit various colors depending on the thickness, and the thickness may be controlled by the heat treatment temperature and time.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 350℃의 공기분위기상의 전기로에서 다양한 시간으로 열처리 하였을 때 산화구리 박막 구조체가 댜양한 색상을 나타내는 것을 확인할 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 330℃에서 1분간 열처리 하였을 경우와 350℃에서 20초 간 열처리 하였을 경우 돌연경계가 형성되고 상이한 색상을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 열처리를 통하여 다양한 칼라를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. That is, as shown in FIG. 5, it can be seen that the copper oxide thin film structure exhibits various colors when heat-treated in an electric furnace on an air atmosphere at 350 ° C. for various times, and at 330 ° C. 1 as shown in FIG. 6. It can be seen that when the heat treatment was performed for a minute and when the heat treatment was performed at 350 ° C for 20 seconds, a sudden boundary was formed and exhibited different colors. And it can be seen that various colors can be implemented through heat treatment as shown in FIG. 7.

따라서, 전술한 바와 같이 열처리는, 공기분위기상의 전기로에서 100℃ ~ 450℃에서 1초 ~ 300분 동안 실시하는 것이 바람직하다.Therefore, as described above, the heat treatment is preferably performed for 1 second to 300 minutes at 100 ° C to 450 ° C in an electric furnace on an air atmosphere.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 산화구리 박막 구조체 제조방법에 의하여 제조된 산화구리 박막 구조체는 열처리 시간 및 온도에 따라 색이 변화함을 알 수 있으며, 기판, 단결정 구리, 산화구리(Ⅰ,Ⅱ)가 공존함과 동시에 단결정 구리층과 산화구리(Ⅰ)층 사이에 돌연경계가 형성됨을 알 수 있다.The copper oxide thin film structure manufactured by the method of manufacturing a copper oxide thin film structure according to the above-described embodiment of the present invention can be seen that the color changes according to the heat treatment time and temperature, substrate, single crystal copper, copper oxide (I, It can be seen that Ⅱ) coexisted and a sudden boundary was formed between the single crystal copper layer and the copper (I) oxide layer.

이에 의하여 다양한 색을 균일하게 구현할 수 있는 효과를 가질 수 있으며, 따라서 제조 효율이 높고 우수한 품질을 가지는 산화구리 박막 구조체를 제공하는 효과를 가질 수 있다.Accordingly, it is possible to have the effect of uniformly realizing various colors, and thus, it is possible to have an effect of providing a copper oxide thin film structure having high manufacturing efficiency and excellent quality.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been examined, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the embodiments described above has ordinary knowledge in the art. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments should be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description and may be changed within the scope of the appended claims and their equivalents.

100: 기판
200: 단결정 구리층
210: 돌연경계
300: 산화구리(Ⅰ)층
400: 산화구리(Ⅱ)층
100: substrate
200: single crystal copper layer
210: sudden boundary
300: copper (I) oxide layer
400: copper (II) oxide layer

Claims (7)

기판;
상기 기판 상부에 형성되며 일정한 방향성을 가지는 단결정 구리층; 및
상기 단결정 구리층 상부에 형성되고, 상기 단결정 구리층과 돌연경계를 가지는 산화구리(Ⅰ)층;
으로 구성되는 것을 특징으로 하는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체.
Board;
A single crystal copper layer formed on the substrate and having a certain directivity; And
A copper (I) oxide layer formed on the single crystal copper layer and having a boundary with the single crystal copper layer;
Copper oxide thin film structure capable of color control, characterized in that consisting of.
제 1항에 있어서,
상기 산화구리(Ⅰ)층 상부에 형성되고, 상기 산화구리(Ⅰ)층의 산화를 방지하는 산화구리(Ⅱ)층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체.
According to claim 1,
A copper oxide thin film structure capable of color control, wherein the copper oxide (I) layer is formed on the copper oxide layer and further comprises a copper (II) oxide layer that prevents oxidation of the copper oxide (I) layer.
제 1항에 있어서,
상기 산화구리(Ⅰ)층은 열처리 온도 또는 시간에 따라 두께가 조절되고, 상기 두께에 따라 색상이 결정되는 것을 특징으로 하는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체.
According to claim 1,
The copper oxide (I) layer is a thickness-controllable copper oxide thin film structure characterized in that the thickness is adjusted according to the heat treatment temperature or time, and the color is determined according to the thickness.
단결정 구리 잉곳 타겟을 사용하고, 스퍼터링하여 기판 상부에 단결정 구리층을 증착시켜 단결정 구리박막 구조체를 제조하는 단결정 구리박막 구조체 형성단계; 및
상기 단결정 구리박막 구조체를 열처리하여 산화구리(Ⅰ)층 및 산화구리(Ⅱ)층으로 산화시킴과 동시에 상기 단결정 구리층과 상기 산화구리(Ⅰ)층 사이에 돌연경계를 형성하는 돌연경계 형성단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법.
A single crystal copper thin film structure forming step of using a single crystal copper ingot target and sputtering to deposit a single crystal copper layer on the substrate to produce a single crystal copper thin film structure; And
Forming a sudden boundary between the single crystal copper layer and the copper oxide (I) layer while heat-treating the single crystal copper thin film structure to oxidize the copper oxide (I) layer and the copper oxide (II) layer;
A method of manufacturing a copper oxide thin film structure capable of color control, comprising:
제 4항에 있어서,
상기 돌연경계 형성단계는,
상기 단결정 구리박막 구조체 형성단계에서 형성된 단결정 구리층이 남아있도록 처리되어, 상기 단결정 구리층과 상기 산화구리(Ⅰ)층 사이에 돌연경계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법.
The method of claim 4,
The step of forming the border,
A method of manufacturing a color-controllable copper oxide thin film structure characterized in that the single crystal copper layer formed in the step of forming the single crystal copper thin film structure is left to remain, thereby forming a boundary between the single crystal copper layer and the copper (I) layer. .
제 4항에 있어서,
상기 스퍼터링은,
150℃ ~ 250℃에서 30W ~ 60W로 10분 ~ 180분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법.
The method of claim 4,
The sputtering,
A method of manufacturing a copper oxide thin film structure capable of color control, characterized in that it is performed at 150 ° C to 250 ° C at 30W to 60W for 10 minutes to 180 minutes.
제 4항에 있어서,
상기 열처리는,
공기분위기상의 전기로에서 100℃ ~ 450℃에서 1초 ~ 300분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 색 조절이 가능한 산화구리 박막 구조체 제조방법.
The method of claim 4,
The heat treatment,
A method for manufacturing a copper oxide thin film structure capable of color control, characterized in that it is carried out for 1 second to 300 minutes at 100 ° C to 450 ° C in an electric furnace on an air atmosphere.
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