KR102118859B1 - 투명전극 및 그 제조방법 - Google Patents

투명전극 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102118859B1
KR102118859B1 KR1020190061938A KR20190061938A KR102118859B1 KR 102118859 B1 KR102118859 B1 KR 102118859B1 KR 1020190061938 A KR1020190061938 A KR 1020190061938A KR 20190061938 A KR20190061938 A KR 20190061938A KR 102118859 B1 KR102118859 B1 KR 102118859B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transparent electrode
conductive film
ion beam
transparent
transparent conductive
Prior art date
Application number
KR1020190061938A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190065209A (ko
Inventor
홍기일
정학기
김한기
신용희
조다영
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Priority to KR1020190061938A priority Critical patent/KR102118859B1/ko
Publication of KR20190065209A publication Critical patent/KR20190065209A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102118859B1 publication Critical patent/KR102118859B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5826—Treatment with charged particles
    • C23C14/5833—Ion beam bombardment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02118—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer carbon based polymeric organic or inorganic material, e.g. polyimides, poly cyclobutene or PVC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)

Abstract

본 발명은 투명전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판상에 투명전도막을 형성시킨 다음, 이온빔 조사를 이용하여 후처리함으로써, 투명전극의 성능을 향상시키는 투명전극의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 투명전극에 관한 것이다.

Description

투명전극 및 그 제조방법 {Transparent Electrode and Fabrication Method for the Same}
본 발명은 투명전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 투명 전자소자란, Si, GaAs 등과 같은 불투명 반도체 화합물로 이루어진 일반적인 전자소자와는 달리 투명산화물 반도체막을 기반으로 구성된 광학적 투명한 전자소자를 통칭하고 있다.
상기 투명 전자소자는 투명반도체, 투명전극, 투명유전체를 기판으로 제조된 전자소자로 정보 인식, 정보 처리, 정보 표시의 기능을 투명한 전자기기로 구현함으로써 기존 전자기기의 공간적, 시각적 제약을 해소할 수 있다. 이러한, 투명 전자소자는 투명센서, 투명 RFID 태그, 투명 보안전 자기기 등 정보 인식용 부품, 투명 디지털/아날로그 IC 등의 정보처리용 부품, 스마트 창, 투명 정보표시기의 정보표시용 부품 등 투명한 특성이 요구되는 다양한 투명 전자부품으로 응용가능한 미래형 IT 소자이다.
특히, 투명 전자소자의 투명전극은 디스플레이나 태양광 분야에 많이 사용되고 있으며, 특히 스마트폰이나 테블렛 PC가 빠른 속도로 확산됨에 따라 터치스크린의 터치패널 분야에서 대면적 스크린의 적용을 위한 저 저항과 고 투과율을 가지는 투명전극의 확보가 필수적이다. 상기 터치스크린의 터치패널 구현방법은 저항막 방법, 정전용량 방법, SAW 방법, IR 방법 등으로 구분되며, 이 중에서 현재 상기 정전용량 방법이 주로 사용되고 있다. 상기 정전용량 방법은 사람의 몸에서 발생하는 정전기를 감지해 구동하는 방법으로, 내구성이 강하고 반응시간이 짧으며 투과성이 좋아서 일부 산업용, 카지노 게임기로부터 최근 휴대폰으로 적용범위가 확대되고 있다. 반면, 펜을 이용하거나 장갑 낀 손으로는 작동되지 않고 비교적 고가인 단점을 지니고 있다.
상기 정전용량 방법에서 터치패널의 투명 전극으로 사용되는 투명전도막은 전도성과 투명성을 나타내기 위해 저 저항값과 고 가시광선 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 대체로, 전기적으로 전도체이면서 동시에 가시광선에서 투명한 성질을 갖는 ITO(indium Tin Oxide) 물질을 투명전극 물질로 널리 사용하고 있다. 상기 ITO 물질로 이루어진 투명전극은 주로 CVD(Chemical Vapor Deposition), 스프레이(spray pyrolysis), 진공증착, 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성한다.
상기 스프레이나 CVD 방법과 같은 화학적 방법으로 투명전극을 형성하는 경우에는, 진공증착법이나 스퍼터링 방법에 비해 간단한 공정을 갖게 되고, 굴곡이 있는 기판에 대한 증착이 우수하며, 증착온도가 350∼500℃로서 기판상에 직접 투명전도막을 증착시키기에 적합하다. 그리고, 상기 진공증착이나 스퍼터링과 같은 물리적 방법으로 투명전극을 형성하는 경우에는, 150∼300℃ 저온의 증착온도로 기판상에 직접 전극물질을 증착하는 것은 물론 기판상에 증착된 다른 박막 상에 투명전도막을 증착하는 것도 가능하다.
한편, 대면적 스크린 터치패널 디스플레이의 적용에 부응하기 위하여 투명전극의 전도도를 향상시키고, 광 투과도와 전기 전도성을 향상시키기 위해서 투명전극을 형성한 후에, 후공정으로 고온의 열처리 공정을 수행하게 된다. 그러나, 이러한 열처리 공정은 기판이 유리인 경우에는 열 불균형에 의한 기판의 파괴를 가져올 뿐만 아니라 기판이 PET(polyethylence terephthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같이 열에 약한 경우에는 고온 열처리에 의하여 기판 자체가 열적 손상이 발생하거나 기판 온도가 상승함에 따라 폴리머 재료와 ITO 물질과의 높은 열팽창계수의 차이에 의하여 응력이 발생하여 박막의 박리(peeling)가 발생하는 문제가 나타날 수 있다.
본 발명의 주된 목적은 고온의 열처리 공정 없이, 투명전극의 전기적, 광학적 특성을 용이하게 향상시킬 수 있는 인시튜(in-situ) 이온빔 처리를 이용한 투명전극의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조되는 투명전극을 제공하는데 있다.
본 발명은 또한, 상기 투명전극을 포함하는 태양 전지, 터치패널 및 유기발광다이오드를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 기판; 및 상기 기판상에 증착 공정으로 형성된 투명전도막을 포함하고, 상기 투명전도막은 증착 공정 후에 이온빔 처리공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 투명전극을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 투명전도막은 IZTO(InZnSnO), ITO(Sn doped In2O3), IZrO(Zr doped In2O3), IWO(W doped In2O3), IMO(Mo doped In2O3), INbO(Nb doped In2O3), IGO(Ge doped In2O3), ISO(Si doped In2O3), GZO(Ga doped ZnO), AZO(Al doped ZnO), AGZO(Al and Ga doped ZnO), NbTiO2(Nb doped TiO2), FTO(F doped SnO2), ATO(Al doped SnO2) 및 BZO(B doped ZnO)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 증착 공정은 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 이온빔 처리공정은 아르곤(Ar), 질소(N2), 산소(O2), 테트라플루오로메탄(CF4), 수소(H2) 및 헬륨(He)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상 물질의 이온빔일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 이온빔 처리공정은 파워 1W ~ 1,000W로 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 기판은 유리, 파이렉스, 석영, 폴리머, 실리콘, 사파이어를 포함한 산화물, 질화물 및 화합물 반도체로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 폴리머는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethersulfone), PI(Polyimide), PC(Polycarbonate) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 이온빔 처리공정은 증착 공정 후에 동일한 챔버 내에서 순차적으로 이루어지거나, 연속적으로 이어지는 챔버내에서 기판을 이동시키며 수행되는 인시튜(in-situ)로 수행할 수 있다.
본 발명은 다른 구현예는 (a) 기판상에 증착 공정으로 투명전도막을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 형성된 투명전도막 표면에 이온빔을 조사하는 단계를 포함하는 투명전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직한 다른 구현예에서, 상기 증착 공정은 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 투명전도막은 IZTO(InZnSnO), ITO(Sn doped In2O3), IZrO(Zr doped In2O3), IWO(W doped In2O3), IMO(Mo doped In2O3), INbO(Nb doped In2O3), IGO(Ge doped In2O3), ISO(Si doped In2O3), GZO(Ga doped ZnO), AZO(Al doped ZnO), AGZO(Al and Ga doped ZnO), NbTiO2(Nb doped TiO2), FTO(F doped SnO2), ATO(Al doped SnO2) 및 BZO(B doped ZnO)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 이온빔 처리공정은 아르곤(Ar), 질소(N2), 산소(O2), 테트라플루오로메탄(CF4), 수소(H2) 및 헬륨(He)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상 물질의 이온빔일 수 있다.
본 발명은 바람직한 다른 구현예에서, 상기 이온빔 처리공정은 파워 1W ~ 1,000W로 수행할 수 있다.
본 발명은 바람직한 다른 구현예에서, 상기 기판은 유리, 파이렉스, 석영, 폴리머, 실리콘, 사파이어를 포함한 산화물, 질화물 및 화합물 반도체로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명은 바람직한 다른 구현예에서, 상기 폴리머는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethersulfone), PI(Polyimide), PC(Polycarbonate) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명은 바람직한 다른 구현예에서, 상기 이온빔 처리공정은 증착 공정 후에 동일한 챔버 내에서 순차적으로 이루어지거나, 연속적으로 이어지는 챔버내에서 기판을 이동시키며 수행되는 인시튜(in-situ)로 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또 다른 구현예는 상기 투명전극을 포함하는 태양전지, 터치패널 및 유기발광다이오드를 제공한다.
본 발명에 따른 투명전극은 열처리 공정 없이 인시튜 이온빔 처리공정을 포함한 증착 공정으로 전기전도성과 광학특성이 향상된 투명전도막을 형성함으로써, 종래 열로 인한 고분자 기판에 발생하는 문제점을 방지할 수 있고, 한 챔버 내에서 증착 공정과 이온빔 처리공정을 수행할 수 있어 시간과 공간적인 제약을 해결할 수 있어 종래 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에서보다 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 투명전극의 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 투명전극을 형성하는 과정을 보여주는 롤투롤 공정 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 투명전도막의 결정구조를 X-Ray Synchrotron을 이용하여 측정한 결과 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 투명전극의 광투과율을 측정한 결과 그래프이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 일 관점에서, 기판; 및 상기 기판상에 증착 공정으로 형성된 투명전도막을 포함하고, 상기 투명전도막은 증착 공정 후에 이온빔 처리공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 투명전극에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, (a) 기판상에 증착 공정으로 투명전도막을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 형성된 투명전도막 표면에 이온빔을 조사하는 단계를 포함하는 투명전극의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 전기전도성과 광학특성이 향상된 투명전극을 제공하기 위해, 기판(10)상에 상온에서 200℃ 이하의 증착 공정으로 투명전도막(20)을 형성하고, 상기 형성된 투명전도막(20)에 인시튜(in-situ)로 이온빔(ion beam)을 조사하여 투명전극(1)을 제조하는 것을 특징으로 한다(도 1).
여기서, 상기 증착 공정은 투명전도막을 형성시킬 수 있는 증착 공정이면 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
상기 투명전도막(20)은 IZTO(InZnSnO), ITO(Sn doped In2O3), IZrO(Zr doped In2O3), IWO(W doped In2O3), IMO(Mo doped In2O3), INbO(Nb doped In2O3), IGO(Ge doped In2O3), ISO(Si doped In2O3), GZO(Ga doped ZnO), AZO(Al doped ZnO), AGZO(Al and Ga doped ZnO), NbTiO2(Nb doped TiO2), FTO(F doped SnO2), ATO(Al doped SnO2) 및 BZO(B doped ZnO)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다 .
상기 투명 전도막(20)은 0 ~ 100℃에서 10nm ~ 1㎛의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 두께 범위보다 얇게 되면, 이온빔에 의해 기판에 에너지가 가해지게 되어 기판에 손상을 줄 수 있고, 상기 두께 범위보다 두꺼운 경우에는 적정 투과율을 달성하는 것이 어려워질 수 있다.
본 발명의 투명전극은 기판상에 전술된 증착 공정으로 투명전도막(20)을 형성함으로써, 고품질의 얇은 박막을 갖는 투명전도막을 형성할 수 있고, 이를 통해, 투과도와 전도도 특성이 향상된 투명전극을 제공할 수 있다.
상기 기판(10)은 유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 폴리머 중 어느 하나로 사용할 수 있고, 특히, 상기 폴리머는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethersulfone), PI(Polyimide), PC(Polycarbonate) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 기판은 기계적 물성 및 광학특성 측면에서 두께가 1~ 200㎛일 수 있다.
전술된 바와 같이, 기판(10)상에 투명전도막(20)이 형성되면, 상기 형성된 투명전도막(20)에 인시튜로 이온빔을 조사하여 이온빔 처리공정을 수행한다. 이때, 상기 이온빔 조사는 증착 공정과 동일한 챔버 내에서 순차적으로 이루어지거나, 연속적으로 이어지는 챔버내에서 기판을 이동시키며 이루어질 수 있고, 그 일 예로 이온빔 장치가 장착된 롤투롤(Roll-to-Roll) 증착 시스템에서 성막 과정 이후 이온빔을 조사하여 본 발명의 투명전극을 제조할 수 있다(도 2).
종래에서는 투명전도막의 박막 개선을 위하여 전자빔 조사 공정을 수행하는 방법에 대해 개시하고 있지만, 상기 전자빔 조사 공정은 장시간 전자빔 조사가 필수적으로, 이로 인한 온도 상승으로 저온 공정이 불가능하다는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 소자의 데미지나 패턴 공정을 하기 위해 감광액 사용시 그을림이나 타버리는 현상을 발생시킬 수 있고, PET 또는 PI와 같은 플렉시블 기판에 사용할 수 없게 된다.
그러나, 본 발명은 투명전도막의 증착 공정 후에 인시튜로 이온빔 조사가 이루어지기 때문에, 후처리 공정으로 사용되어지는 전자빔 조사 공정이나 열처리 공정으로 투명전도막을 형성하는 경우보다, 장시간 동안 전자빔 조사나 열처리가 이루어지지 않게 되므로, 단시간 내에 투명전도막을 형성할 수 있고, 챔버내에서 증착과 이온빔 조사가 모두 이루어질 수 있어 공간적인 문제점도 해결할 수 있다.
상기 이온빔 처리공정에서 이온빔 생성방법은 이온건에 DC/RF 파워를 인가하여 이온빔을 생성시켜 공정에 사용될 수 있다.
또한, 상기 이온빔 처리공정은 별도의 가스 주입 없이 이온빔만을 조사하거나, 또는 아르곤(Ar), 질소(N2), 산소(O2), 테트라플루오로메탄(CF4), 수소(H2) 및 헬륨(He)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상 물질의 분위기하에서 이온빔을 조사하도록 할 수 있고, 효율 측면에서 바람직하게는 아르곤 또는 질소일 수 있다.
상기 이온빔 처리공정의 파워는 이온 건의 크기에 따라 이온빔 파워가 상이하나, 투명전도막 표면의 손상 없이 결정성장을 촉진시키기 위해 적절하게 조절할 수 있고, 통상의 이온빔 처리장치에서의 이온빔 파워는 대략 1W 내지 1,000W로 사용할 수 있다. 만일, 이온 건 파워가 1W 미만일 경우에는 투명전도막의 결정성장이 미비하고, 1,000W를 초과하는 경우에는 투명전도막 표면에 손상을 줄뿐만 아니라, 기판에까지 손상을 줄 수 있다. 또한, 본 발명에서 일 실시예로 사용된 265mm(가로) × 90mm(세로) 크기의 이온 건에서는 파워가 20 내지 200W인 것이 투명전도막 표면의 손상 없이 결정성장을 촉진시킨다는 측면에서 바람직하다.
한편, 이온빔 처리공정은 1×10-7 Torr 내지 760 Torr 압력하에서 상온 내지 고온(약 1,000℃)에서도 수행할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 기판상에 증착된 투명전도막을 이온빔 처리함으로써, 이온빔이 투명전도막에 에너지를 공급하여 투명전도막 입자들 간의 반응성 및 유동도를 증가시킬 수 있으며, 박막 표면과 박막 내부에서 원자들 간의 확산을 일으켜 홀 모빌리티(hole mobility)를 증가시킴과 동시에 치밀한 박막을 형성시키고, 투명전도막의 결정성이 향상되어 투명전도막의 전기 전도도, 박막 평활도, 광투과도 등을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 투명전극을 포함하는 태양전지, 터치패널 및 유기발광다이오드에 관한 것이다. 상기 태양전지, 터치패널 및 유기발광다이오드는 본 발명이 속한 분야에서 널리 알려진 제조방법으로 제조될 수 있어 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 후처리로서 고온의 열처리 공정을 수행하지 않고 저온의 이온빔 처리공정을 수행함으로써, 기판이 열에 약한 폴리머 재질인 경우에도 전기 전도성과 광학특성이 우수한 투명전극을 제조할 수 있어, 플렉시블 전자기기, 태양전지, 터치패널, 유기발광다이오드 등에 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 상세히 설명하면, 다음과 같은 바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1>
1-1: 폴리이미드 분말 제조
반응기로써 교반기, 질소주입장치, 적하깔때기, 온도조절기 및 냉각기를 부착한 1L 반응기에 질소를 통과시키면서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 832g을 채운후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 비스트리플루오로메틸벤지딘(TFDB) 64.046g(0.2mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA) 31.09g(0.07mol)과 비페닐 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BPDA) 8.83g(0.03mol)을 투입 후 일정 시간 동안 교반하여 용해 및 반응시켰다. 이때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 테레프탈로일 클로라이드(TPC) 20.302g(0.1mol)을 첨가하여 고형분의 농도는 13중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.
상기 폴리아믹산 용액에 피리딘 25.6g, 아세틱 안하이드라이드 33.1g 을 투입하여 30분 교반 후 다시 70℃에서 1시간 교반하여 상온으로 식히고, 이를 메탄올20L로 침전시키고, 침전된 고형분을 여과하여 분쇄한 후 100℃에서 진공으로 6시간 건조하여 111g의 고형분 분말의 폴리이미드를 얻었다.
1-2: 폴리이미드 필름 제조
표면에 OH기가 결합된 비결정질 실리카 입자 0.03g (0.03wt%)를 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc)에 분산농도 0.1%로 투입하고 용매가 투명해 질 때까지 초음파처리를 하고, 이후에 제조예 1-1의 고형분 분말의 폴리이미드 100g를 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 670g에 녹여서 13wt%의 용액을 얻고, 이렇게 수득된 용액을 스테인레스판에 도포한 후 340㎛로 캐스팅하고 130℃의 열풍으로 30분 건조한 후 필름을 스테인레스판에서 박리하여 프레임에 핀으로 고정하였다. 필름이 고정된 프레임을 진공오븐에 넣고 100℃부터 300℃까지 2시간 동안 천천히 가열한 후 서서히 냉각해 프레임으로부터 분리하여 폴리이미드 필름을 수득하였다.
이후 최종 열처리공정으로서 다시 300℃에서 30분 동안 열처리하였다. 이때 제조된 폴리이미드 필름은 두께가 78㎛이고, 평균 광투과도가 89.5%이며, 황색도가 2.4이고, TMA-Method에 따라 50 내지 250℃에서 측정한 평균 선팽창계수(CTE)가 20ppm/℃ 이였다.
< 실시예 1>
롤투롤 스퍼터링 장치((주) 에스엔텍사 제조)를 사용하였다. 상기 롤투롤 스퍼터링 장치에 제조예 1에서 수득된 폴리이미드 필름(기판)을 넣고, 450W DC 전력을 인가하여 스퍼터건을 작동시킨 다음, ITO(10wt% Sn doped In2O3) 타겟에 플라즈마를 유도하여 투명전도막(90nm)이 형성시켰다. 상기 형성된 투명전도막에 50W DC 파워로 이온건을 작동시켜 이온 처리하였다. 이때 상기 롤투롤 공정은 상온에서 압력을 3mTorr로 유지하고, 아르곤 가스 및 산소 가스를 30sccm 및 1sccm로 각각 공급하면서 롤링 스피드(rolling speed) 1cm/sec로 수행하였다.
< 실시예 2>
실시예 1과 동일한 방법으로 투명전극을 제조하되, 투명전도막의 이온처리에 사용된 파워를 100W의 DC 파워로 수행하였다.
< 실시예 3>
실시예 1과 동일한 방법으로 투명전극을 제조하되, 투명전도막의 이온처리에 사용된 파워를 150W의 DC 파워로 수행하였다.
< 비교예 1>
실시예 1의 동일한 방법으로 투명전도막을 기판상에 형성하되, 이온처리 공정을 수행하지 않았다.
실시예 1 내지 3과 비교예 1에서 제조된 투명전극의 광투과율, 면저항, 비저항, 이동도 및 캐리어 농도를 하기 방법으로 측정하여 그 결과를 도표에 나타내었다.
(1) 결정구조 분석: 포항가속기 연구소의 6+2 Kappa-type 회절기와 MAR345 image plate으로 구성된 X-Ray Synchrotron를 이용하여 샘플에 입사되는 빛의 각도(2theta)를 20 ~ 80˚로 조절하면서 분석하였다(도 3).
(2) 광투과율 측정: UV-Vis Spectroscope(Jasco V-570)를 이용하여 air 상태를 baseline으로 잡고, 시료를 로딩하여 200~1200nm wavelength의 빛을 수직 방향으로 조사하여 샘플의 투과율을 측정하였다(도 4).
(3) 두께 측정: HTSKorea사 NANOMAP-LS의 Surface profilometer를 이용하여 두께를 측정하였다.
(4) 면저항(sheet resistance), 비저항(resistivity) 이동도(mobility) 및 캐리어 농도(carrier concentration) 측정: Accent Optical Technology사 HL5500PC 의 홀 측정기(Hall measurement system)를 사용하여 측정하였다.
구분 투명전도막(ITO) 두께
(nm)		 면저항
(ohm/sq.)		 비저항
(ohm·cm)		 이동도
(cm2/V·S)		 캐리어 농도
(cm3)
비교예 1 90 114.2 1.028 × 10-3 30.8 -1.975 × 1020
실시예 1 90 106.6 9.594 ×10-4 35.2 -1.851 ×1020
실시예 2 90 58.13 5.232 ×10-4 37.9 -3.153 ×1020
실시예 3 90 73.36 6.602 ×10-4 35.1 -2.697 ×1020
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 이온처리를 하지 않은 비교예 1의 투명전극에 비해 이온처리를 수행한 실시예 1 내지 3의 투명전극의 경우, 전기 이동도 값이 증가된 반면, 면저항과 비저항이 감소된 것으로 나타나, 전기적 전도 특성이 현저히 향상됨을 확인할 수 있었다.한편, 도 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 투명전도막에 비해 이온 처리된 실시예 2의 투명전도막의 결정성이 향상된 것을 알 수 있었고, 도 2에 나타난 바와 같이, 이온처리를 하지 않은 비교예 1의 투명전극에 비해 이온처리를 수행한 실시예 1 내지 3의 투명전극의 광투과율이 향상됨을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따르면, 열처리 공정 없이 인시튜 이온빔 처리공정을 포함한 증착 공정으로 전기전도성과 광학특성이 향상된 투명전극을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
1 : 투명전극 10: 기판
20: 투명전도막

Claims (9)

  1. 기판; 및 상기 기판상에 증착 공정으로 형성된 투명전도막을 포함하고,
    50 내지 110 ohm/sq.의 면저항; 및
    5 x 10-4 내지 10 x 10-4 ohm·cm의 비저항;을 가지며,
    상기 투명전도막은 증착 공정 후에 이온빔 처리공정에 의해 형성되고,
    상기 이온빔 처리공정은 50 내지 150W의 이온빔 파워로 수행되며,
    상기 기판은 폴리이미드 필름이며,
    상기 폴리이미드 필름은 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계, 상기 폴리아믹산 용액을 이용하여 고형분 분말의 폴리이미드를 제조하는 단계, 폴리이미드 용액을 제조하는 단계, 및 상기 폴리이미드 용액을 캐스팅하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것이며,
    상기 폴리아믹산은 비스트리플루오로메틸벤지딘(TFDB), 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA), 비페닐 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BPDA) 및 테레프탈로일 클로라이드(TPC)에 의하여 제조된 것인,
    투명전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드 필름은 비결정질 실리카 입자를 포함하는, 투명전극.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    30 cm2/V·S 이상의 이동도를 갖는, 투명전극.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020190061938A 2019-05-27 2019-05-27 투명전극 및 그 제조방법 KR102118859B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190061938A KR102118859B1 (ko) 2019-05-27 2019-05-27 투명전극 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190061938A KR102118859B1 (ko) 2019-05-27 2019-05-27 투명전극 및 그 제조방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130100109A Division KR102109344B1 (ko) 2013-08-23 2013-08-23 투명전극 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190065209A KR20190065209A (ko) 2019-06-11
KR102118859B1 true KR102118859B1 (ko) 2020-06-29

Family

ID=66846852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190061938A KR102118859B1 (ko) 2019-05-27 2019-05-27 투명전극 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102118859B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012134085A (ja) * 2010-12-24 2012-07-12 Nitto Denko Corp 透明導電性フィルムおよびその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070050143A (ko) * 2005-11-10 2007-05-15 주식회사 인포비온 투명성 산화 전극 제조 방법
KR101211857B1 (ko) * 2006-12-15 2012-12-12 코오롱인더스트리 주식회사 무색투명한 폴리이미드 필름
KR101688173B1 (ko) * 2011-12-26 2016-12-21 코오롱인더스트리 주식회사 플라스틱 기판

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012134085A (ja) * 2010-12-24 2012-07-12 Nitto Denko Corp 透明導電性フィルムおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190065209A (ko) 2019-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lan et al. Durability under mechanical bending of the indium tin oxide films deposited on polymer substrate by thermionically enhanced sputtering
JP6261987B2 (ja) 透明導電フィルムおよびその製造方法
KR20130074167A (ko) 플라스틱 기판
KR101156945B1 (ko) 터치패널용 투명도전막 및 그 제조방법
JP6215062B2 (ja) 透明導電フィルムの製造方法
Lee et al. Effects of ZnO: Al films on CIGS PV modules degraded under accelerated damp heat
JP2022133292A (ja) 透明導電性フィルム、および透明導電性フィルムの製造方法
JP2014157815A (ja) 透明導電フィルムおよびその製造方法
CN105024017A (zh) 一种柔性基板、柔性显示器及其制备方法
JP2009114478A (ja) 透明導電膜の製造方法
Chauhan et al. Thickness-dependent structural, optical, and electrical characteristics of ZnO: Al thin films and application in OLEDs
CN104810114B (zh) 高透光率柔性聚酰亚胺基底ito导电薄膜及其制备方法与应用
KR102109344B1 (ko) 투명전극 및 그 제조방법
KR102118859B1 (ko) 투명전극 및 그 제조방법
KR20160141697A (ko) 플라스틱 소재의 플렉서블 디스플레이 기판
Zhinong et al. Properties of indium tin oxide films deposited on unheated polymer substrates by ion beam assisted deposition
JP2015124117A (ja) 金属酸化物薄膜の製造方法
KR20200041228A (ko) Pdms 코팅된 기판을 이용한 인듐-주석 산화물의 솔-젤 기반 증착방법
KR101700094B1 (ko) 플라스틱 소재의 플렉서블 디스플레이 기판
KR102508119B1 (ko) 인듐 전구체 및 주석 전구체를 사용한 유연기판 위 인듐-주석 산화물의 코팅방법
JP5468801B2 (ja) 透明電極付き基板およびその製造方法
CN103952678A (zh) 一种高迁移率的掺氟氧化锌基透明导电薄膜的制备方法
KR20140148312A (ko) 적층체 및 이를 포함하는 박막형 태양전지
CN107195389B (zh) 金属氮氧化物透明导电薄膜的制备方法
ÀÜÜ Design of antireflective coatings for AZO low infrared emissivity layer

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)