KR102363287B1 - 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자 - Google Patents

도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR102363287B1
KR102363287B1 KR1020150123981A KR20150123981A KR102363287B1 KR 102363287 B1 KR102363287 B1 KR 102363287B1 KR 1020150123981 A KR1020150123981 A KR 1020150123981A KR 20150123981 A KR20150123981 A KR 20150123981A KR 102363287 B1 KR102363287 B1 KR 102363287B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
conductor
conductive layer
nanosheets
less
Prior art date
Application number
KR1020150123981A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170027420A (ko
Inventor
정도원
손윤철
이우진
이종민
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020150123981A priority Critical patent/KR102363287B1/ko
Priority to US15/235,363 priority patent/US9648738B2/en
Publication of KR20170027420A publication Critical patent/KR20170027420A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102363287B1 publication Critical patent/KR102363287B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/08Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24Reinforcing the conductive pattern
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0277Bendability or stretchability details
    • H05K1/028Bending or folding regions of flexible printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0393Flexible materials
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03Conductive materials
    • H05K2201/032Materials
    • H05K2201/0326Inorganic, non-metallic conductor, e.g. indium-tin oxide [ITO]
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03Conductive materials
    • H05K2201/0332Structure of the conductor
    • H05K2201/0335Layered conductors or foils
    • H05K2201/0338Layered conductor, e.g. layered metal substrate, layered finish layer, layered thin film adhesion layer
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/01Tools for processing; Objects used during processing
    • H05K2203/0104Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
    • H05K2203/0108Male die used for patterning, punching or transferring
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/02Details related to mechanical or acoustic processing, e.g. drilling, punching, cutting, using ultrasound
    • H05K2203/0257Brushing, e.g. cleaning the conductive pattern by brushing or wiping
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/11Treatments characterised by their effect, e.g. heating, cooling, roughening
    • H05K2203/1105Heating or thermal processing not related to soldering, firing, curing or laminating, e.g. for shaping the substrate or during finish plating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

표면에 부착된 수소 이온을 가지는 복수개의 금속 산화물 나노시트들을 포함하는 제1 전도층을 포함하는 도전체로서,
상기 금속 산화물은 하기 화학식 1로 나타내어지고:
[화학식 1]
MO2
여기서, M은 Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, Nb, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, 또는 Mn 이고,
상기 금속 산화물 나노시트의 러더포드 백스캐터링 분광분석(RBS)으로 측정 시 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만이고, 상기 복수개의 금속 산화물 나노시트들 중 적어도 일부가 서로 접촉하여 전기적 연결을 제공하는 도전체를 제공한다.

Description

도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자{ELECTRICAL CONDUCTORS, PRODUCTION METHODS THEREOF, ELECTRONIC DEVICES INCLUDING THE SAME}
도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자 에 관한 것이다.
LCD 또는 LED 등의 평판 디스플레이, 터치 스크린 패널, 태양 전지, 투명 트랜지스터 등의 전자 소자는 전도성 박막 또는 투명 전도성 박막을 포함한다. 전도성 박막 재료는, 가시광 영역에서 예컨대 80% 이상의 높은 광투과도와 예컨대 10-4 Ω*cm 이하의 낮은 비저항을 가지도록 요구될 수 있다. 현재 사용되고 있는 산화물 재료로는, 인듐 주석 산화물 (ITO), 주석 산화물 (SnO2), 아연 산화물(ZnO) 등이 있다. 투명 전극 소재로서 널리 사용되고 있는 ITO는 3.75eV의 넓은 밴드갭을 가지고 있는 축퇴형 반도체이며 스퍼터 공정으로 쉽게 대면적 제작이 가능하다. 그러나, 플렉서블 터치패널, UD급의 고해상도 디스플레이 응용의 관점에서, 기존 ITO는 전도도, 유연성 측면에서 한계가 있고, 인듐의 한정된 매장량으로 인해 가격 이슈가 존재하여 이를 대체하려 많은 시도가 이루어지고 있다.
최근, 차세대 전자기기로서 유연 (Flexible) 전자기기가 주목받고 있다. 이에 전술한 투명 전극 소재 이외에, 투명도와 함께 비교적 높은 전도도를 보유하면서, 유연성도 확보 가능한 소재의 개발이 필요하다. 여기서, 유연 전자기기는 굽힐 수 있거나 (bendable), 접을 수 있는 (foldable) 전자기기를 포함한다.
일 구현예는 향상된 전도도 및 향상된 광투과도를 가지면서 유연한 도전체에 대한 것이다.
다른 구현예는 이러한 도전체의 제조 방법에 대한 것이다.
다른 구현예는 상기 도전체를 포함하는 전자 소자에 대한 것이다.
일 구현예에서, 도전체는,
수소 이온이 표면에 부착된 복수개의 금속 산화물 나노시트들을 포함하는 제1 전도층을 포함하며,
상기 금속 산화물은 하기 화학식 1로 나타내어지고:
[화학식 1]
MO2
여기서, M은 Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, Nb, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, 또는 Mn 이고,
상기 금속 산화물 나노시트는 러더포드 백스캐터링 분광분석 (Rutherford backscattering spectrometry: RBS)으로 측정 시 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만이고,
상기 복수개의 금속 산화물 나노시트들 중 적어도 일부가 서로 접촉하여 전기적으로 연결된다.
상기 금속 산화물 나노시트는 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 60 at% 이하일 수 있다.
상기 도전체는 투명 전도막일 수 있다.
상기 금속 산화물 나노시트는, 평균 최장 직경이 0.5 um 이상 내지 100 um 이하이고 두께가 5 nm 이하일 수 있다.
상기 제1 전도층은, 상기 금속 산화물 나노시트들 사이에 개방된 공간을 포함하는 불연속층이고, 상기 제1 전도층 총면적에 대한 개방 공간의 면적 비율이 50 % 이내일 수 있다.
상기 금속 산화물 나노시트는, X선 회절 분석 시 T 구조의 피크들을 가질 수 있다.
상기 제1 전도층은 바인더를 더 포함할 수 있다.
상기 도전체는, 상기 제1 전도층 위에 열경화성 수지, 자외선 경화성 수지, 또는 이들의 조합을 포함하는 오버 코팅층을 더 포함할 수 있다.
다른 구현예는, 전술한 도전체를 제조하는 방법으로서,
수소 이온이 표면에 부착되고, 하기 화학식 1로 나타내어지는 금속 산화물을 포함하는 복수개의 나노시트들을 포함하는 제1 전도층을 형성하는 단계:
[화학식 1]
MO2
여기서, M은 Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, Nb, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, 또는 Mn 임; 및
상기 제1 전도층을 가열하는 단계를 포함하며,
상기 가열하는 단계는, 상기 금속 산화물 나노시트를 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시, 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만이 되도록 수행된다.
상기 제1 전도층을 형성하는 단계는, 나트륨 치환된 층상 금속 산화물에 대하여 암모늄 화합물, 아민 화합물, 및 이들의 조합으로부터 선택된 인터칼런트를 사용한 인터칼레이션을 수행하여 상기 복수개의 나노시트들을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 산화물을 포함하는 복수개의 나노시트들은 X선 회절 분석 시 T 구조의 피크들을 가질 수 있다.
상기 가열하는 단계는 80 도씨 이상의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 가열하는 단계는 100 도씨 초과 및 200 도씨 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 가열하는 단계는 상기 금속 산화물 나노시트를 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시, 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 60 at% 미만이 되도록 수행할 수 있다.
다른 구현예에서, 전자 소자는 제1항의 도전체를 포함할 수 있다.
상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 스크린 패널, 태양전지, e-윈도우, 전기 변색 미러(electrochromic mirror), 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이일 수 있다.
이차원의 T 결정 구조를 가지는 도전성 금속 산화물 나노시트를 이용하여 유연성을 가지면서 높은 전도도 및 향상된 투과도를 나타내는 도전체를 제공할 수 있다. 간단한 처리를 통해 금속 산화물 나노시트의 층상 구조를 유지하면서 나노시트 표면에 잔류물을 제거하여 나노시트들 사이의 접합성을 향상시키고 면저항을 낮출 수 있다.
도 1은 일구현예에서 나트륨 치환 루테늄 산화물의 층상 결정 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2은 일구현예에서 나트륨 치환 바나듐 산화물의 층상 결정 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 일구현예에서 표면에 수소 이온을 포함하는 루테늄 산화물 나노시트의 제조 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 나트륨 치환 루테늄 산화물의 X선 회절 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는, 실시예 1에서 제조한 나트륨 치환 루테늄 산화물의 주사 전자 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은, 실시예 1에서 제조한 루테늄 산화물 나노시트의 X선 회절 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은, 실시예 1에서 제조한 루테늄 산화물 나노시트의 원자 현미경 이미지이다.
도 8은, 실시예 1에서 제조한 루테늄 산화물 나노시트의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 9는 실시예 2의 제1 전도층의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 10은 실시예 3의 제1 전도층의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 11은 실시예 4의 제1 전도층의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 12는 비교예 1의 제1 전도층의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 13은 실시예 5의 러더퍼드 백스캐터링 분광 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 참조예 1에서 제조된 나트륨 치환 바나듐 산화물의 X 선 회절 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 15a 및 도 15b는 실시예 6에서 열처리 전 제1 전도층의 X선 회절 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
도 16a 및 도 16b는 실시예 6에서 열처리 후 제1 전도층의 X선 회절 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
도 17은 일구현예에 따른 전자 소자 (터치스크린 패널)의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타낸다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
본 명세서에서, 층, 막, 영역, 판 등의 제1 요소가 제2 요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
여기서, "수소 이온"이라 함은, 수소가 그의 전자를 잃었을 때 형성되는 것으로, 예를 들어, H+ 및 하이드로늄 이온 (H3O+)도 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 면저항은, 소정의 크기의 시편 (예컨대, 가로 10 cm 및 세로 10 cm 의 시편)에 대하여 4점 프로브 측정법에 의해 정해지는 값을 말한다.
본 명세서에서, 투과도는, 기판의 빛 흡수도를 제외한 값이다.
일구현예에서 도전체는 표면에 부착된 수소 이온을 가지는 복수개의 금속 산화물 나노시트들을 포함하는 제1 전도층을 포함한다. 예를 들어, 상기 도전체는 투명 도전막일 수 있다. 상기 제1 전도층에서, 상기 복수개의 금속 산화물 나노시트들 중 적어도 일부가 서로 접촉하여 전기적 연결을 제공한다.
상기 화학식 1과 관련하여, 시뮬레이션을 통해 MO2 타입 산화물의 전도도와 광 흡수계수, 그리고 면저항을 예측할 수 있으며, 이들 소재는 높은 전도성과 낮은 흡수계수를 나타낼 수 있어 투명전극 소재로 활용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 층상 산화물의 벌크 소재를 얇은 두께 (수십 nm 이하)의 나노시트로 제조하면 가시광 영역에서 높은 투과도를 확보할 수 있다.
이러한 시뮬레이션은 제일원리 계산에 기반한다. 제일원리 계산은 양자 역학을 기반으로 하여 구성된 시뮬레이션 방법이며, 물질의 최적화된 원자 구조와 그에 따른 전자구조를 계산할 수 있다. 물질의 전자 구조는 그 물질의 전도도와 광흡수계수를 계산하는데 있어 기본이 되는 양이다.
우선, 다양한 전이 금속이 포함되는 MO2-type 구조의 최적화된 원자 구조를 구해야 하는데, 예를 들어 도 1 및 도 2에 나타낸 구조를 고려할 수 있다.
이어서, 아래의 시뮬레이션 절차에 따라 화학식 1에 나열한 금속 산화물의 전도도 및 흡수계수를 계산하고 그 결과에 기초하여, 이들의 투과도 및 98% 기준 시 면저항 값을 계산할 수 있다:
제일원리 전자구조 계산 (First-principles electronic structure calculations)을 통한, ABO3 물질의 밴드구조(band-structure) 계산함.
밴드 구조로부터 자유전자(free electron)에 의한 밴드 내 전이 (intra-band transition)을 계산하여 전도도 및 플라즈마 주파수 (plasma frequency) 계산함.
밴드 구조로부터 속박전자 (bound electron)에 의한 밴드간 전이 (inter-band transition)을 계산함.
자유전자와 속박전자의 영향이 고려된 유전함수 (dielectric function) 계산함.
유전함수에 제곱근을 취하여 복소수 굴절함수를 계산함.
굴절 함수로부터 가시광에 대한 굴절률과 가시광에 대한 흡수율을 계산함.
표 1은 MO2 type (M = metal) 소재에 대한 전도도와 흡수계수를 계산한 시뮬레이션 결과이다. 상온에서 파장 550nm의 빛에 대한 흡수계수 (α)와 비저항 (ρ)을 고려하여 α×ρ를 계산하였고, 또한 투과도 98%을 고려한 면저항 (Ω/sq)을 해당 소재에 대하여 계산하였다. 또한 합성 가능성 예측을 위해 heat of formation (Hf)도 계산하였다.
  Hf (eV/f.u.) σxy (S/cm)
(τ=10^-14)
α_xy
(1/cm)
αρ_xy
(Ω/□) 
Rs_xy @98%
(Ω/□) 
Re1O2 -3.21 1.00.E+05 4.8.E+04 0.5 23.8
V1O2 -6.49 3.07.E+04 4.1.E+04 1.3 66.8
Os1O2 -1.62 6.70.E+04 1.1.E+05 1.7 83.2
Ru1O2 -2.19 3.55.E+04 6.0.E+04 1.7 83.7
Ta1O2 -7.01 4.85.E+04 8.6.E+04 1.8 88.2
Ir1O2 -1.71 3.85.E+04 7.8.E+04 2.0 100.2
Nb1O2 -6.89 3.82.E+04 1.0.E+05 2.7 134.6
W1O2 -4.64 5.32.E+04 1.8.E+05 3.4 169.6
Ga1O2 -3.08 2.11.E+04 9.0.E+04 4.3 210.6
Mo1O2 -4.67 4.42.E+04 1.9.E+05 4.3 215.2
In1O2 -2.42 2.24.E+04 1.0.E+05 4.6 227.7
Cr1O2 -4.74 1.51.E+04 8.1.E+04 5.4 265.6
Rh1O2 -1.89 3.10.E+04 1.7.E+05 5.6 276.1
Mn1O2 -3.93 1.95.E+04 1.2.E+05 6.1 299.8
표 1의 결과에 기초하면, 하기 화학식 1에 기재된 금속 산화물은 높은 투과도에서도 비교적 낮은 면저항 (예컨대 300 옴/sq)을 가질 수 있다. 따라서, 일구현예에 따른 도전체 내에 포함된 상기 금속 산화물은 하기 화학식 1로 나타내어질 수 있다:
[화학식 1]
MO2
여기서, M은 Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, Nb, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, 또는 Mn 이다.
일구현예에서, 상기 금속 산화물은 루테늄 산화물 또는 바나듐 산화물일 수 있다. 표면에 부착된 수소 이온을 가지는 복수개의 금속 산화물 나노시트들 알킬암모늄 또는 알킬아민 등의 인터칼런트를 사용한 인터칼레이션에 의해 제조된 것일 수 있다. 이들 금속 산화물 (예를 들어, 루테늄 산화물 또는 바나듐 산화물)은 도 1 및 도 2에 각각 나타낸 것과 같이 2차원의 T 구조를 가지는 것일 수 있으며 높은 전도도와 낮은 흡수 계수를 가지므로 투명 전극 소재로서 활용 가능하다. 예를 들어, 도 1은 NaRuO2의 결정 구조를 모식적으로 나타낸 것으로, Na층들 사이에 존재하는 RuO2 는, T 결정 구조를 가진다. 마찬가지로, 도 2는, NaVO2 조성의 결정구조를 나타내며, Na층들 사이에 존재하는 VO2 층은 T-구조를 가진다. 이러한 MO2 벌크 재료는 2D 층상구조를 포함하며, 후술하는 바와 같이 단층 박리도 가능하여 매우 얇은 두께의 나노시트로 제조될 수 있다.
일구현예에서, MO2 타입 나노시트를 만들기 위한 방법은 크게 분말합성, 이온교환, 박리공정을 포함한다 (참조: 도 3). 고상합성을 통하여 중간상 (AMO2, A = 알칼리금속)을 합성한 후, 이온교환 및 박리 공정을 거쳐 알칼리금속을 제거할 경우 층상구조를 갖는 MO2-나노시트를 얻을 수 있다. 예를 들어, 이온 교환된 치환된 층상 금속 산화물을 암모늄 화합물, 아민 화합물, 및 이들의 조합으로부터 선택된 인터칼런트로 인터칼레이션 박리하여 MO2-나노시트를 얻을 수 있다.
이렇게 제조된 나노시트들은 얇은 두께를 가지므로 높은 투과도를 나타낼 수 있으며, 시뮬레이션 결과에 기초하면 높은 전도도를 가질 수 있다. 또한 그의 2차원 층상 구조로 인해 제조된 도전체는 유연성을 나타낼 수 있다.
상기 금속 산화물 나노시트 제조 방법을, 루테늄 산화물 및 티타늄 산화물을 기준으로 설명하나 이에 제한되지 않는다. 루테늄 산화물의 나노시트는 알칼리금속 티타늄 산화물 또는 알칼리금속 루테늄 산화물 MTiO2, MRuO2 (M=Na, K, Rb, Cs))로부터 제조될 수 있고, 이들은 (알칼리금속 루테늄 산화물을 예로 들어 설명할 경우 M-RuO2-M-RuO2-M 의) 층상 구조(layered structure)를 가지고 있다. 상기 알칼리금속 티타늄 산화물 또는 상기 알칼리금속 루테늄 산화물은, 알칼리금속 화합물 (예컨대, 알칼리금속 카보네이트 등)과, (선택에 따라) 금속 (루테늄 산화물의 경우, 루테늄, 티타늄 산화물의 경우, 티타늄), 및 산화 티타늄 또는 산화루테늄을 혼합하고, 얻어진 혼합물을 적절한 온도, 예컨대, 500도씨 내지 1000 도씨의 온도에서 소성 또는 용융하여 얻을 수 있다. 얻어진 알칼리금속 티타늄 산화물 또는 알칼리금속 루테늄 산화물을 산성 용액에서 처리하면, 상기 알칼리 금속의 적어도 일부가 프로톤으로 교환되어 프로톤형 알칼리금속 티타늄산 수화물 또는 프로톤형 알칼리금속 루테늄산 수화물을 제공한다. 얻어진 프로톤형 알칼리금속 티타늄산 수화물 또는 얻어진 프로톤형 알칼리금속 루테늄산 수화물을 알킬암모늄 또는 알킬아민과 반응시켜 알킬암모늄 또는 알킬아민 치환된 화합물을 얻고 이를 용매와 혼합하면 나노시트들로의 박리가 일어나 티타늄 산화물 나노시트 또는 루테늄 산화물 나노시트를 얻을 수 있다. 상기 용매는 고유전율 용매일 수 있다. 상기 용매는, 물, 알코올, 아세트니트릴, 디메틸설폭시드, 디메틸포름아미드, 및 프로필렌카보네이트로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
예를 들어, NaRuO2 를 박리 과정을 설명하면, NaRuO2 와 산 화합물 (예컨대, HCl)를 반응시켜서 Na+를 H+로 치환시켜서 프로톤화된 층상 루테늄 산화물 (HxRuO2)을 얻는다. 이어서, 얻어진 HxRuO2 를 (예를 들어, 테트라알킬암모늄 히드록시드 등의) 알킬암모늄염 화합물 인터칼런트(intercalant)와 반응시켜서 상기 H+를 알킬암모늄염 (예컨대, 테트라부틸암모늄염 TBA+) 으로 치환한다. 상기 알킬 암모늄염 화합물은, C1 내지 C16의 알킬암모늄염 화합물일 수 있다. 상기 인터칼런트 분자 (e.g. TBA+)는 크기가 커서 RuO2 의 층들 사이로 들어가 RuO2 층들간의 간격을 넓게 하여 층간 분리로 이어질 수 있게 하여 이들을 용매 중에 넣고 교반하면 박리가 일어나 RuO2 나노시트들을 얻는다.
일구현예에서, 상기 금속 산화물 나노시트는 러더포드 백스캐터링 분광분석 (RBS)으로 측정 시 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만, 예를 들어, 98 at% 이하, 90 at% 이하, 85 at % 이하, 60 at % 이하일 수 있다.
인터칼레이션에 의해 제조된 금속 산화물 나노시트는, 표면에 그 제조 과정에서 사용된 산 및/또는 유기물을 포함하는데, 이러한 물질은 도전체 형성을 위해서 (예를 들어, 나노시트들의 응집 방지 등을 위해) 필요하다. 그러나, 도전체로서의 사용의 관점에서, 이러한 물질은 나노시트들 간의 접촉 저항을 증가시킬 수 있고 이들간의 접착에 부정적 영향을 줄 수 있다. 도전체 제조 후, 나노시트 표면에 존재하는 이들 물질을 제거하는 것은 도전체의 성능 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대되지만, 제거 과정에서 부작용 (나노시트들의 변형 또는 분리 등)도 있을 수 있다.
후술하는 바와 같이, 일구현예에 따른 도전체에서, 상기 금속 산화물 나노시트는, 제1 전도층 형성 후, 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 열처리를 거쳐 러더포드 백스캐터링 분광분석 (RBS)으로 측정 시 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만이 될 수 있고, 이 경우, 제조된 도전체는 현저히 감소된 비저항을 나타낼 수 있다. 특정 이론에 의해 구속되려 함은 아니지만, 이러한 결과는, 이러한 열처리에 의해 나노시트들의 표면에 존재하던 유기물 (특히, 수소 이온 성분)이 제거되면서 나노시트들 간의 접합성 (또는 기판과 나노시트들 사이의 접합성)이 향상될 수 있으면서도 열처리 전과 후 나노시트들의 결정 구조는 유지되는 것을 시사할 수 있다.
상기 금속 산화물 나노시트는, 평균 최장 직경이 0.5 um 이상, 예컨대, 1 um 이상, 2 um 이상, 3 um 이상, 4 um 이상, 5 um 이상, 6 um 이상, 또는 심지어 9 um 이상 또는 10 um 혹은 그 이상일 수 있다. 상기 금속 산화물 나노시트는, 평균 최장 직경이 100 um 이하, 예컨대, 30 um 이하, 20 um 이하, 10 um 이하, 9 um 이하, 8 um 이하, 또는 7 um 이하일 수 있다. 상기 금속 산화물 나노시트는, 평균 두께가 5 nm 이하, 예를 들어, 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2.5 nm 이하 또는 2 nm 이하일 수 있다. 상기 금속 산화물 나노시트는, 평균 두께가 1 nm 이상, 예컨대, 1 nm 초과일 수 있다. 나노시트의 크기가 0.5 ~ 100 um 일 경우, 나노시트 간 접촉저항이 최소화될 수 있어 투명전극의 면저항이 저감되는 효과가 있다. 평균 두께가 3 nm 이하일 경우 투과도가 높아지고 투명전극의 투과율도 향상될 수 있다.
전술한 바와 같은 인터칼레이션에 의해 박리된 금속 산화물 나노시트들은, 향상된 전도도 및 향상된 광투과도를 나타낼 수 있으며 제조된 도전체의 유연성에도 기여할 수 있으므로, 유연성을 필요로 하는 도전체, 예컨대, 유연성 투명 전도막 등에서 활용될 수 있다.
금속 산화물 나노시트들을 포함하는 제1 전도층은, 상기 금속 산화물 나노시트들 사이에 개방된 공간을 포함하는 불연속층이고, 상기 제2 전도층 총면적에 대한 개방 공간의 면적 비율이 50 % 이하, 예컨대 40% 이하, 30 % 이하, 20 % 이하, 또는 10% 이하일 수 있다.
전술한 구조의 도전체는, 높은 광투과도에서, 현저히 향상된 전도도를 나타낼 수 있다. 상기 도전체는, 두께 100 nm 이하에서 550 nm 의 파장의 광에 대한 투과도가 85 % 이상, 예컨대 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 또는 심지어 95% 이상일 수 있고, 이 때, 현저히 감소된 수준의 면저항을 나타낼 수 있다.
기판에 제1 전도층의 형성은 공지된 층 형성 방법에 따라 수행될 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
상기 기판는, 투명 기판일 수 있다. 상기 기판의 재료는 특별히 제한되지 않으며, 유리 기판, 반도체 기판, 고분자 기판, 또는 이들의 조합일 수 있고 절연막 및/또는 도전막이 적층되어 있는 기판일 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 기판은, 옥사이드 글래스, 유리 등의 무기 재료, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부티렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 아크릴계 수지, 셀룰로오스 또는 그 유도체, 폴리이미드등의 폴리머, 또는 유무기 하이브리드 재료, 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 기판의 두께도 특별히 제한되지 않으며, 최종 제품의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 기판의 두께는, 0.5 um 이상, 예컨대 1 um 이상, 또는 10 um 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 기판의 두께는, 1mm 이하, 예컨대 500 um 이하, 또는 200 um 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 기판과 상기 도전층의 사이에는 필요에 따라 (예컨대, 굴절률의 조절을 위한) 추가의 층 (예컨대, 언더코트)이 제공될 수 있다.
제1 전도층은, (나노시트를 포함하는) 적절한 코팅 조성물을 기판 또는 제2 전도층 상에 적용하고 용매를 제거함에 의해 형성할 수 있다. 상기 코팅 조성물은, 적절한 용매 (예컨대, 물, 물과 혼화성 또는 비혼화성인 유기용매 등) 및 분산제 (예컨대, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(HPMC), C2 내지 C20의 유기산)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 산화물 나노시트들을 포함하는 조성물은, 하기 성분을 포함할 수 있다:
재료 함량
전도성 소재 RuO2 수용액 (농도: 0.001 ~ 10.0 g/L) 30 ~ 70%
용매 10 ~ 50 %
이소프로판올 1~ 20 %
분산제 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 수용액 (0.05 ~ 5 wt%) 5~30%
상기 조성물을 기판에 도포하고, 선택에 따라 건조 및/또는 열처리를 수행하여 제1 도전층을 준비한다. 상기 조성물의 도포는 다양한 방법으로 수행될 수 있으며, 일 예로 바 코팅(bar coating), 블래이드 코팅(blade coating), 슬롯 다이 코팅(slot die coating), 스프레이 코팅 (spray coating), 스핀 코팅 (spin coating), 그라비아 코팅 (Gravure coating), 잉크젯 프린팅 (ink jet printing) 또는 이들의 조합에 의해 적용될 수 있다. 나노시트들은, 전기적 연결을 제공할 수 있도록 서로 접촉될 수 있다. 준비된 나노 시트들이 물리적으로 연결되어 가능한 얇은 막을 형성하는 경우 더 향상된 투과도를 나타낼 수 있다.
상기 제1 전도층은, 나노 시트들을 결합하기 위한 유기 결합제를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 전도층 형성을 위한 조성물의 점도를 적절하게 조절하거나 기판 위에 상기 나노 와이어들의 결착력을 높이는 역할을 할 수 있다. 상기 바인더의 비제한적인 예들은, 메틸셀룰로오즈(methyl cellulose), 에틸셀룰로오즈(ethyl cellulose), 히드록시프로필 메틸셀룰로오즈(hydroxypropyl methyl cellulose, HPMC), 히드록시프로필셀룰로오즈(hydroxylpropyl cellulose, HPC), 잔탄검(xanthan gum), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 카르복시메틸셀룰로오즈(carboxy methyl cellulose), 히드록시에틸셀룰로오즈(hydroxyl ethyl cellulose), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 바인더의 함량은 적절히 선택할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 비제한적인 예에서, 상기 바인더의 함량은 상기 나노크기 도전체들 100 중량부에 대하여 1 내지 100 중량부일 수 있다.
상기 도전체는, 상기 제1 전도층 위에 열경화성 수지, 자외선 경화성 수지, 또는 이들의 조합을 포함하는 오버 코팅층(OCL)을 더 포함할 수 있다. OCL을 위한 열경화성 수지 및 자외선 경화성 수지의 구체적인 예는 공지되어 있다. 전술한 재료로부터 상기 도전성 박막 위에 OCL을 형성하는 방식도 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 일구현예에서, 오버코팅층(OCL)을 위한 열경화성 수지 및 자외선 경화성 수지는 우레탄 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴레이트기를 가지는 퍼플루오로폴리머, (메타)아크릴레이트기를 가지는 폴리(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 오버코팅층은 무기 산화물 미립자 (예컨대, 실리카 미립자)를 더 포함할 수 있다.
다른 구현예는, 전술한 도전체를 제조하는 방법은, 표면에 부착된 수소 이온을 가지고 하기 화학식 1로 나타내어지는 금속 산화물을 포함하는 복수개의 나노시트들을 포함하는 제1 전도층을 형성하는 단계;
[화학식 1]
MO2
여기서, M은 Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, Nb, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, 또는 Mn 임; 및
상기 제1 전도층을 가열하여 상기 금속 산화물 나노시트의 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만이 되도록 하는 단계를 포함한다. 일구현예에서, 상기 가열은 상기 금속 산화물 나노시트의 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 60 at% 미만이 되도록 한다.
상기 금속 산화물 나노시트의 제조에 대하여는 위에서 설명한 바와 같다.
상기 제1 전도층의 가열은, 80도씨 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 위에서 언급한 인터칼레이션법에 의해 제조된 금속 산화물 나노시트들은 단층 박리가 일어나지 않을 경우가 있고 이 경우, 2개 내지 5개의 층들로 이루어진 번들로 존재할 수 있다. 이들 금속 산화물 나노시트들은 표면에 또는 층간에 잔류 성분 (예컨대, 수소이온)을 포함할 수 있는데, 상기 열처리에 의해 H원자 분율이 현저히 감소하고 산소의 분율이 증가할 수 있다. 또한, 나노시트들 간의 접합성이 향상되고 전도도가 향상될 수 있다.
예를 들어, 제1 전도층의 가열은, 90도씨 이상, 100도씨 이상, 120도씨 이상, 130도씨 이상, 또는 140도씨 이상일 수 있다. 상기 제1 전도층의 가열은, 기판에 실질적인 손상이 없는 온도 이하에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전도층의 가열은 200도씨 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 일구현예에서, 상기 제1 전도층의 가열은 150도씨 내지 200도씨의 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 온도 범위 내에서 금속 산화물 나노시트에 대한 구조 변경없이 제1 도전층의 전도도를 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 제1 전도층의 가열 시간은 특별히 제한되지 않으며 가열 온도, 기판의 종류 등의 조건에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 전도층의 가열은 10 분 이상, 예를 들어, 30분 이상, 또는 40분 이상 또는 1시간 또는 그 이상 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 제1 전도층의 가열은 12 시간 이하, 예컨대, 11시간 이하, 10 시간 이하, 9 시간 이하, 8시간 이하 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
다른 구현예에서, 전자 소자는 상기 도전체를 포함한다.
상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 스크린 패널, 태양전지, e-윈도우, 전기 변색 미러(electrochromic mirror), 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이일 수 있다.
일실시예에서, 상기 전기 소자는 터치스크린 패널(TSP)일 수 있다. 터치 스크린 패널의 상세한 구조는, 공지되어 있다. 터치스크린 패널의 간략화된 구조를 도 17에 모식적으로 나타낸다. 도 17을 참조하면, 상기 터치 스크린 패널은, 표시 장치용 패널 (예컨대, LCD 패널) 상에 제1 투명 전도막, 제1 투명 접착층 (예컨대, 광학용 접착제(Optical Clear Adhesive: OCA) 필름, 제2 투명 전도막, 제2 투명 접착층, 및 표시 장치용 윈도우(window)를 포함하는 구조를 가질 수 있다. 제1 투명 전도막 및/또는 제2 투명 전도막은 전술한 도전체일 수 있다.
여기서는 도전체를 터치스크린 패널 (예컨대, TSP의 투명 전극)에 적용한 예를 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 투명 전극이 사용되는 모든 전자 소자의 전극으로 사용될 수 있으며, 예컨대 액정 표시 장치의 화소 전극 및/또는 공통 전극, 유기 발광 장치의 애노드 및/또는 캐소드, 플라즈마 표시 장치의 표시 전극에도 사용될 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 기술적 내용을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 명세서의 권리 범위가 제한되어서는 아니된다.
[실시예]
실시예 1: 루테늄 산화물 나노시트의 합성
루테늄 산화물 나노시트의 제조 방법을 도 3에 개략적으로 나타낸다.
Na2CO3와 Ru와 RuO2를 2:1:3 (몰 비)로 혼합하고, 상기 혼합물을 펠렛으로 성형한다. 얻어진 펠렛 4 그램을 알루미나 도가니에 넣고, 이를 튜브 퍼니스 (tube furnace)에서 900도에서 12시간 동안 불활성 분위기 (예를 들어, 아르곤 또는 질소 분위기에서 열처리하고, 이어서 동일 온도에서 6일 동안 다시 열처리 한다. 이어서, 퍼니스를 상온으로 냉각하고 처리된 펠렛을 꺼내어 분쇄하여 미세 분말을 얻는다.
제조된 NaRuO2 의 X선 회절 스펙트럼을 도 4에 나타낸다. 6일 처리된 NaRuO2 의 주사 전자 현미경 사진을 도 5에 나타낸다. 도 4 및 도 5로부터 NaRuO2 가 층상 구조를 가짐을 확인한다.
얻어진 분말을 1 M HCl 용액에 넣은 후 3일 동안 교반한 후 여과하여 분말만 얻는다. 얻어진 분말의 조성은 H0.2RuO2 이다.
얻어진 H0. 2RuO2 분말 1 g을 테트라부틸암모늄히드록시드 (TBAOH) 수용액 250 mL에 넣어서 10일 이상 교반한다. 상기 수용액에서, TBAOH의 농도는, TBA+/H+= 5 이다. 모든 과정이 끝난 후 최종 용액을 2000 rpm, 30 분 조건에서 원심 분리하여 박리된 RuO2 나노 시트들을 얻는다.
얻어진 나노시트들에 대하여, X선 회절 분석, 원자 현미경 분석, 및 투과 전자 현미경 분석을 수행한다. 그 결과를 각각 도 6, 도 7, 및 도 8에 나타낸다.
도 6에 따르면, 나노시트에서 층간 거리는 0.8064 nm 임을 확인한다. 도 7로부터 나노 시트는 두께 약 2 내지 3 nm 이고, 시트 크기는 약 1 um 임을 확인한다. 도 8 로부터 제조된 나노 시트들이 2D의 층상 구조를 가짐을 확인한다.
참조예 1: 알칼리금속 바나듐 옥사이드의 합성
Na2CO3와 V2O3를 1:1 (몰 비)로 혼합하고, 상기 혼합물을 펠렛으로 성형한다. 얻어진 펠렛 4 그램을 백금 도가니에 넣고, 이를 튜브 퍼니스 (tube furnace)에서 800도에서 12시간 동안 수소/질소 (1:9) 분위기에서 열처리한다. 이어서, 퍼니스를 상온으로 냉각하고 처리된 펠렛을 꺼내어 분쇄하여 미세 분말을 얻는다.
제조된 NaVO2 의 X선 회절 스펙트럼을 도 14에 나타낸다. 도 14 로부터 NaVO2 가 층상 구조를 가짐을 확인한다.
얻어진 미세 분말을 실시예 1에서와 유사한 방법에 의해 나노시트를 제조할 수 있다.
실시예 2: 루테늄 산화물 나노시트 포함 도전체 제조
[1] 실시예 1에서 얻어진 RuO2 나노시트들을 포함하는 하기 조성의 코팅액을 제조한다:
얻어진 RuO2 나노시트들의 수분산액 3 그램
HPMC 수용액 (0.3%) 0.5 그램
이소프로판올 3 그램
물 1 그램
얻어진 RuO2 나노시트 코팅액을 폴리카보네이트 기판 위에 바코팅하고 대기 중에서 85 도씨에서 건조한다. 이러한 과정을 2~6 회 반복하여 제1 전도층을 얻는다. 바코팅 방식으로 얻어진 제1 전도층은 두께가 ~3 nm 임을 확인한다.
[2] 상기 제1 전도층 포함 폴리카보네이트를 100도씨의 온도에서 Air 분위기 하에 1시간 가열하여 도전체를 제조한다. 얻어진 제2 전도층의 면저항을 4 point probe measurement로 측정한다 (시편 크기: 가로 10 cm x 세로 10 cm, 측정 장비: Mitsubishi Chemical Analytech 사 제조, 모델명: MCP-T610)
투과도는 기판의 빛 흡수도를 제외하고 소재의 흡수도만 고려하여 Haze Meter (시편 크기: 가로 10 cm x 세로 10 cm, 측정 장비: Nippon Denshoku 사 제조, 모델명: NDH-7000SP)를 사용하여 측정한다. 그 결과를 하기 표 2에 정리한다.
실시예 3: 루테늄 산화물 나노시트 포함 도전체 제조
열처리 온도를 150도씨로 하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 도전체를 제조한다. 제조된 도전체의 주사 전자 현미경 사진을 도 10에 나타낸다. 실시예 2와 동일한 방법으로 제조된 도전체의 면저항과 투과도를 측정하고 그 결과를 표 2에 정리한다.
실시예 4: 루테늄 산화물 나노시트 포함 도전체 제조
열처리 온도를 200도씨로 하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 도전체를 제조한다. 제조된 도전체의 주사 전자 현미경 사진을 도 11에 나타낸다. 실시예 2와 동일한 방법으로 제조된 도전체의 면저항과 투과도를 측정하고 그 결과를 표 2에 정리한다.
비교예 1:
열처리를 하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전체를 제조한다. 제조된 도전체의 주사 전자 현미경 사진을 도 12에 나타낸다. 실시예 2와 동일한 방법으로 제조된 도전체의 면저항과 투과도를 측정하고 그 결과를 표 3에 정리한다.
구분 Rs (Ω/□) T (%)
실시예 1 4 x 105 96
실시예 2 2 x 105 96
실시예 3 0.35 x 105 96
비교예 1 8 x 105 96
표 3의 결과로부터 열처리를 통해 면저항이 크게 저감되면서 광투과율은 유지함을 확인한다. 도 9 내지 도 12의 결과로부터, 나노 시트들간의 접합성이 향상됨을 확인한다.
실시예 5: RBS 분석
실시예 2에서와 동일한 코팅액을 사용하여 폴리카보네이트 기판 상에 도전체를 형성한다. 제조된 도전체를, 표 2에 나타낸 열처리 조건으로 열처리 하고, RBS 측정 장비 (KOBELCO 사 제조, 모델명: HRBS-V500)를 사용하여 RBS 분석을 수행하고 그 결과를 도 13 및 표 2에 나타낸다. 각각의 도전체에 대하여 실시예 2와 동일한 방식으로 면저항을 측정하고 그 결과를 표 4에 정리한다.
열처리 온도 Ru at% O at% H at% total atoms
(x 1015)
면저항
kohm/sq
H:Ru:O
실온 24.1 49.4 26.5 ~117 406 1.10:1:2.05
80도 25.1 50.2 24.7 ~113 259 0.98:1:2
100도 25.6 52.6 21.8 ~110 260 0.85:1:2.05
150도 27.0 58.1 14.9 ~92 37 0.55:1:2.15
200도 27.9 64.8 7.3 ~80 28 0.26:1:2.32
도 13 및 표 4의 결과로부터, 열처리 온도가 증가함에 따라 H 원자 함량이 감소하고 산소원자 함량이 증가함을 확인한다. 또, 열처리에 의해 면저항이 크게 감소함을 확인한다.
실시예 6: 열처리 전과 후 나노시트의 구조 변화 평가
실시예 2와 동일한 방식으로 도전체를 제조하고, 이를 200 도씨 에서 60 분간 Air 분위기 하에서 열처리하기 전과 후 X선 회절 분석을 수행하고 그 결과를 도 15 (열처리 전) 및 도 16 (열처리 후) 에 나타낸다.
도 15로부터, 열처리 전 나노시트의 경우 [001] 방향에서 관찰하였을 때 3개의 면들이 존재하고 이들 간의 면간 거리가 동일함 (즉, 2.488 옹스트롱)임을 확인한다 (육방형 구조, (100)면).
도 16으로부터, 열처리 후 나노시트의 경우, 열처리 전과 사실상 동일한 구조를 가짐을 확인한다. (면간거리 = 2.5 옹스트롱)
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 수소 이온이 표면에 부착된 복수개의 금속 산화물 나노시트들을 포함하는 제1 전도층을 포함하는 도전체로서,
    상기 금속 산화물은 하기 화학식 1로 나타내어지고:
    [화학식 1]
    MO2
    여기서, M은 Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, Nb, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, 또는 Mn 이고,
    상기 금속 산화물 나노시트는 러더포드 백스캐터링 분광분석 (Rutherford backscattering spectrometry: RBS)으로 측정 시, 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만이고,
    상기 복수 개의 금속 산화물 나노시트들 중 적어도 일부가 서로 접촉하여 전기적 연결되는 도전체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노시트는 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시, 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 60 at% 이하인 도전체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전체는 투명 전도막인 도전체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노시트는, 평균 최장 직경이 0.5 um 이상 내지 100 um 이하이고 두께가 3 nm 이하인 도전체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전도층은, 상기 금속 산화물 나노시트들 사이에 개방된 공간(open space)을 포함하는 불연속층이고, 상기 제1 전도층 총면적에 대한 개방 공간의 면적 비율이 50 % 이내인 도전체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노시트는, X선 회절 분석 시 T 구조의 피크를 가지는 도전체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전도층은 바인더를 더 포함하는 도전체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전도층 위에 열경화성 수지, 자외선 경화성 수지, 또는 이들의 조합을 포함하는 오버코팅층을 더 포함하는 도전체.
  9. 제1항의 도전체를 제조하는 방법으로서,
    수소 이온이 표면에 부착되고, 하기 화학식 1로 나타내어지는 금속 산화물을 포함하는 복수개의 나노시트들을 포함하는 제1 전도층을 형성하는 단계:
    [화학식 1]
    MO2
    여기서, M은 Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, Nb, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, 또는 Mn 임;
    상기 제1 전도층을 가열하는 단계를 포함하며,
    상기 가열하는 단계는상기 금속 산화물 나노시트를 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시, 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 100 at% 미만이 되도록 수행되는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전도층을 형성하는 단계는,
    나트륨 치환된 층상 금속 산화물에 대하여 암모늄 화합물, 아민 화합물, 및 이들의 조합으로부터 선택된 인터칼런트를 사용한 인터칼레이션을 수행하여 상기 복수개의 나노시트들 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 금속 산화물을 포함하는 복수개의 나노시트들은 X선 회절 분석 시 T 구조의 피크를 가지는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 80 도씨 이상의 온도에서 수행되는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 100도씨 초과 및 200도씨 이하의 온도에서 수행되는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 상기 금속 산화물 나노시트를 러더포드 백스캐터링 분광분석으로 측정 시, 금속 원자(M) 100 at% 에 대한 수소 원자의 함량이 60 at% 미만이 되도록 수행되는 방법.
  15. 제1항의 도전체를 포함하는 전자 소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 스크린 패널, 태양전지, e-윈도우, 전기 변색 미러(electrochromic mirror), 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이인 전자 소자.
KR1020150123981A 2015-09-02 2015-09-02 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자 KR102363287B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150123981A KR102363287B1 (ko) 2015-09-02 2015-09-02 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자
US15/235,363 US9648738B2 (en) 2015-09-02 2016-08-12 Electrical conductors, production methods thereof, and electronic devices including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150123981A KR102363287B1 (ko) 2015-09-02 2015-09-02 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170027420A KR20170027420A (ko) 2017-03-10
KR102363287B1 true KR102363287B1 (ko) 2022-02-14

Family

ID=58096389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150123981A KR102363287B1 (ko) 2015-09-02 2015-09-02 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9648738B2 (ko)
KR (1) KR102363287B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230014430A (ko) * 2021-07-21 2023-01-30 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 초박막 두께를 갖는 전도성 투명전극 및 그 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009224183A (ja) 2008-03-17 2009-10-01 Fujifilm Corp 金属酸化物微粒子、及び透明導電膜、並びに分散液、及びデバイス

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100314236B1 (ko) 1999-09-16 2001-11-15 김선욱 슈퍼캐패시터용 금속산화물 전극 및 이의 제조방법
US6339528B1 (en) 1999-09-16 2002-01-15 Ness Capacitor Co., Ltd. Metal oxide electrode for supercapacitor and manufacturing method thereof
KR100830946B1 (ko) 2006-11-15 2008-05-20 한국과학기술연구원 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR101178095B1 (ko) * 2010-05-14 2012-08-30 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 금속산화물을 적용한 전극물질
FR2974450B1 (fr) 2011-04-19 2013-12-20 Commissariat Energie Atomique Intégration d'une couche 2d d'oxyde métallique sur un substrat plastique conducteur
KR101809296B1 (ko) * 2013-10-02 2017-12-14 주식회사 엘지화학 투명전극 및 이를 포함하는 전자 소자
KR102309879B1 (ko) * 2013-12-12 2021-10-07 삼성전자주식회사 투명 전도막

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009224183A (ja) 2008-03-17 2009-10-01 Fujifilm Corp 金属酸化物微粒子、及び透明導電膜、並びに分散液、及びデバイス

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170027420A (ko) 2017-03-10
US20170064822A1 (en) 2017-03-02
US9648738B2 (en) 2017-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10575370B2 (en) Electrical conductors, electrically conductive structures, and electronic devices including the same
TWI613683B (zh) 透明導電性膜塗布組成物、透明導電性膜及透明導電性膜之製造方法
JP6866104B2 (ja) 導電体およびその製造方法、ならびにこれを含む素子
KR20240060767A (ko) 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 전자 소자
US10993320B2 (en) Population of metal oxide nanosheets, preparation method thereof, and electrical conductor and electronic device including the same
US20170040089A1 (en) Methods of preparing conductors, conductors prepared therefrom, and electronic devices including the same
KR102363287B1 (ko) 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자
KR102309880B1 (ko) 전도성 박막
KR20150075173A (ko) 투명 전도성 산화물과 은 나노 와이어를 포함하는 투명 전극 및 그 제조방법
KR101381695B1 (ko) 다층 반사방지막의 제조방법
KR102677739B1 (ko) 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 소자
KR101290714B1 (ko) 투명전극 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant