KR20000004432A - 라디오 프리퀀시 바이어스를 인가한 기판상의 투명전도막 상온제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 RF 바이어스(Radio Frequency Bias)를 인가하여 상온에서 투명전도 박막을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 투명기판상의 투명전도막 제조시에 기판상에 RF 바이어스를 인가하므로써 박막의 물성(전기비저항, 밀착력, 결정성 등)을 향상시켜 정밀전자광학부품으로의 응용이 가능할 뿐만 아니라, 유연성 있는 소재에도 응용이 가능하게 됨에 따라 유리기판에 코팅된 투명전도막의 한정된 응용범위에서 벗어나 형상이 있는 제품에의 응용과 유연성 있는 태양전지에도 응용할 수 있으며, 그리고 물리증착방법을 이용하는 모든 제조방법에 적용이 가능하고, 이를 통해 투명기판상에 투명전도막 제조시 기존의 방법에 비해 물성이 향상된 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 RF 바이어스(Radio Frequency Bias)를 인가한 기판상의 투명전도 박막의 상온 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 RF 바이어스를 인가하여 상온(Room Temperature)에서 투명전도 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
오늘날 투명전도막은 성능, 가격 및 시장면에서 괄목할 만한 진전을 보여주고 있으며 전세계적으로 응용분야가 지속적으로 증가되고 재료적, 기술적 측면에서 장래성이 큰 분야이다. 투명전극재료로서 현재까지 개발된 재료로는 SnO2, ITO(Indium Tin Oxide), In2O3, ZnO, CdSnO4등이 있으며, 이 가운데 SnO2및 ITO, In2O3가 투명전도막의 특성이 가장 우수하고 상업적으로 많이 사용되고 있는 재료이다. 이러한 투명전도막은 광투과도가 80%이상, 비저항이 10-3Ω·㎝대 이상의 우수한 투명전도성을 지니며, 응용분야도 광범위하여 태양전지의 전극재료, 전자파 차폐 및 대전방지재료, 표면발열재료, 표시(Display)재료로 응용되고 있다.
투명전도막은 PVD(Physical Vapor Deposition : Thermal & Electron Beam Evaporation, Sputtering), CVD(Chemical Vapor Deposition), Spray-Pyrolysis, 도포법 등 다양한 방법에 의해 제조되고 있으나, 대부분의 방법이 300℃ 이상의 높은 제조 온도 및 후속 열처리 공정이 필요하므로 제조 단가가 높아질 뿐만 아니라, 유연성이 우수한 플라스틱 기판 및 필름상의 제조가 불가능하게 되는 단점을 안고 있다. 따라서 응용분야의 확대 및 제조단가의 절감을 위해서는 상온에서의 제조방법의 발명이 요구되고 있는 상황이다.
그러나, 상온에서 투명전도박막을 제조할 경우 투명전도막 고유의 특성저하로 인하여 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 고급표시재료로서의 응용이 불가능하게 되므로 이러한 문제점의 해결이 필수적이다.
종래에는 주로 스퍼터링(Sputtering)법과 같은 PVD을 이용하여 300℃에서 열처리를 수행하였으므로 공정의 복잡성과 이에 따른 제조단가의 상승이 문제가 되었으며, 더불어 300℃이상의 고온을 필요로 하므로 제조가 가능한 기판의 선택에 내열성이 우수해야만 한다는 한계가 존재한다. 이러한 문제는 제 1인용문헌［ K. Carl et al., Thin Solid Films 295, p151 (1997)]상에 나타나 있다.
특히, 일반적인 PVD법을 이용할 경우, 자체의 기판온도 외에도 이온입자가 가속되어 기판에 충돌시 발생하는 열에 의해 기판의 온도가 더욱 상승되는 효과가 발생되기 때문에, 플라스틱과 같은 내열성이 좋지 않은 기판의 경우 기판자체의 휘어짐이 발생하거나 녹는 현상이 야기되어 이러한 문제점의 해결은 중요한 과제로 남아 있다. 반면, 기판의 온도를 상승시키지 않고 막을 제조하거나 막 제조후에도 열처리를 하지 않는 경우 광투과도와 전기비저항이 현격하게 감소되는 현상이 발생되기 때문에, 정밀전자부품으로의 응용은 사실상 불가능하며 단순히 저급 응용분야인 대전방지 등으로만 응용이 가능하다. 이러한 문제점은 제 2인용문헌［택전풍(澤田豊), "기능재료" 3, p50(1990)]에 제시되어 있다.
종래의 플라스틱 필름기판에 코팅된 투명전도막은 기존의 고온에서 유리기판에 코팅된 것과 비교할 때 특성이 상당히 저하되며, 특히 전기비저항은 고온에서 유리기판에 코팅한 경우에 비해 10배이상 성능이 저하되고 있으며, 이러한 이유로 인하여 유리기판상에 코팅된 것과 동일한 정도의 물성을 갖는 플라스틱 기판상의 투명전도막의 필요성이 현실적으로 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판의 전처리를 행한 뒤 물리증착법을 이용하여 타켓과 기판 양쪽 모두에 바이어스를 인가하여, 고온에서 유리기판에 코팅하고 고온열처리를 행한 투명전도막에 버금가는 전기적, 광학적 특성을 갖는 투명전도막을 상온에서 유리 및 투명 플라스틱 기판상에 제조하는 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 기존의 RF 바이어스를 가하지 않은 방법(0V)과 본 발명의 방법에 의해 유리기판상에 RF 바이어스를 -80V까지 인가하여 제조한 SnO2투명전도막의 XRD(X선 회절)분석 그래프,
도 2는 RF 바이어스를 유리기판상에 인가하지 않고 제조한 SnO2투명전도막의 스크레치테스터(Scratch Tester)를 통한 밀착력 분석 그래프,
도 3은 본 발명의 방법에 의해 RF 바이어스를 유리기판상에 인가하여 제조한 SnO2투명전도막의 스크레치테스터를 통한 밀착력 분석 그래프이다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.
<실시예1>
다목적 증착장치에 부착된 가열형 증착기(Theramal Evaporator)를 사용하여 SnO2투명전도막을 기판상에 제조하는데 있어서, 기판으로는 일반유리(Soda Lime Glass), PET(Polyethylene Terephthalate)를 사용하고, 초음파를 이용하여 15분간 기판을 에탄올 세척 한 후 질소총을 사용하여 건조시킨다. 제조시 온도는 상온(100℃ 이내), 막두께는 200Å으로 제조된 투명전도막은 별도의 후속 열처리 공정이 요구되지 않는다. 기판에 인가한 RF 바이어스 값을 0V ∼ -80V로 변화시키며 제조하고, 이를 4-point probe로 비저항을 측정한 결과 RF 바이어스 값이 -80V일 때 비저항 값이 7×10-3Ω·㎝으로 나타났다. 이것은 바이어스를 가하지 않은 경우의 비저항값(3×10-2Ω·㎝)과 비교해 볼 때, 비저항이 10배이상 감소됨을 알 수 있다.
<실시예2>
다목적 증착장치에 부착된 가열형 증착법(Thermal Evaporation)을 사용하여 SnO2투명전도막을 기판상에 증착시키는데 있어서, 기판으로는 일반유리(Soda Lime Glass), PET(Polyethylene Terephthalate)를 사용한다. 투명전도막의 제조조건은 실시예 1과 동일하게 기판에 RF 바이어스 값을 0V ∼ -80V로 변화시키면서 제조하여, X선회절분석장치로 막의 결정성을 분석한 결과, 도 1에 도시된 바와 같이 -40V 까지는 비정질 형태를 나타내었으나, -60V에서는 SnO2의 고유피크인 (110), (101), (201) peak가 나타나기 시작하였다. 그리고, -80V의 RF 바이어스를 유리기판상에 인가하였을 경우에는 (110), (101), (211) 피크와 (310) 피크가 나타났고, 피크의 강도도 훨씬 증가되었음을 알 수 있으며, 이를 통해 막의 결정성이 현저하게 향상되었음을 확인할 수 있다.
<실시예3>
가열형 증착법(Thermal Evaporation)을 사용하여 SnO2투명전도막을 기판상에 증착시키는데 있어서, 기판으로는 일반유리(Soda Lime Glass), PET(Polyethylene Terephthalate)를 사용한다. 투명전도막의 제조조건을 실시예 1과 동일하게 기판에 RF 바이어스 값을 0V ∼ -80V로 변화시키며 제조하여, 스크레치 테스트를 이용하여 막의 밀착력(또는, 마찰력)을 분석한 결과, 바이어스를 인가하지 않고 제조한 경우(0V)는 도 2에 도시된 바와 같이 밀착력이 10.8N 이었으나, -80V의 바이어스를 인가하여 제조한 박막의 경우는 도 3에 도시된 바와 같이 밀착력이 16.8N으로 나타났으며, 이것은 바이어스를 인가하지 않고 제조한 경우와 비교하여 볼 때 50%이상 밀착력이 증가됨을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명되었지만, 상술한 실시예에 한정되어 있지는 않다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래의 기판의 온도를 올리는 동시에 증착하고자 하는 재료의 입자를 만들어 내는 타겟쪽에만 바이어스를 인가하는 기존의 제조방식을 탈피하여, 입자가 부착되는 기판상에도 기판의 종류에 관계없이 사용가능한 RF 바이어스를 인가하므로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있다. 이때 증착시 온도를 올리지 않음은 물론 후속 열처리 공정이 없이도 LCD용 투명전극과 같은 정밀 전자 부품으로의 응용이 가능한 높은 광투과도와 낮은 비저항을 갖는 막의 제조가 가능해 진다.
그리고, 본 발명에 따른 투명전도막 제조방법은 상온(100℃ 이하)에서 제조시에도 우수한 물성을 가질 수 있도록 PVD법에 의해 투명전도막 제조시 기판상에도 RF 바이어스를 인가하여 제조하는 방법을 제시하고 있으며, 기존의 가열형 증착법이나 전자빔 증착법 및 스퍼터링법 등의 PVD 증착기술에 모두 응용이 가능하며 기존방법에 의해 제조된 박막보다 훨씬 우수한 전기·광학적 성질 뿐만 아니라, 밀착력 또한 우수한 막을 제조할 수 있으므로 각종 응용분야의 소자특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존의 유리기판에 투명전도막을 증착시킬 경우에 본 발명의 방법을 이용할 경우 기판온도를 고온으로 하지 않고 상온에서 제조시에도 고온에서 제조한 박막과 동일한 수준의 비저항값과 결정성, 밀착력이 향상된 투명전도성을 갖는 투명전도막을 제조할 수 있는 효과가 있다.
Claims (12)
- 투명전도성 재료(ITO, In2O3, SnO2)를 유리 및 투명플라스틱의 기판상에 물리증착법에 의해 증착시 기판을 가열하지 않고 기판에 RF 바이어스를 인가하여 상온에서 투명전도막을 제조하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RF바이어스를 인가한 투명기판상의 투명전도막 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명전도막 제조공정은 RF 바이어스를 인가한 페트(PET) 기판상에 스퍼터링법을 이용하여 투명전도막(ITO, In2O3, SnO2)을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스를 인가한 페트 기판상의 투명전도막 상온제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명전도막 제조공정은 RF 바이어스를 인가한 폴리카보네이트 기판상에 스퍼터링법을 이용하여 투명전도막(ITO, In2O3, SnO2)을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스를 인가한 폴리카보네이트 기판상의 투명전도막 상온제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명전도막 제조공정은 RF 바이어스를 인가한 아크릴 기판상에 스퍼터링법을 이용하여 투명전도막(ITO, In2O3, SnO2)을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스를 인가한 아크릴 기판상의 투명전도막 상온제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명전도막 제조공정은 RF 바이어스를 인가한 유리기판상에 스퍼터링법을 이용하여 투명전도막(ITO, In2O3, SnO2)을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스를 인가한 유리기판상의 투명전도막 상온제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명전도막 제조공정은 RF 바이어스를 인가한 PET 기판상에 가열형 증착법을 이용하여 투명전도막(ITO, In2O3, SnO2)을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스를 인가한 페트 기판상의 투명전도막 상온제조방법.
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- 제 1 항에 있어서, 상기 투명전도막 제조공정은 RF 바이어스를 인가한 유리 기판상에 가열형 증착법을 이용하여 투명전도막(ITO, In2O3, SnO2)을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스를 인가한 유리 기판상의 투명전도막 상온제조방법.
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