KR20100048799A - Evaluation method of elastic moduli of multi-layered thin films - Google Patents

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KR20100048799A
KR20100048799A KR1020080108114A KR20080108114A KR20100048799A KR 20100048799 A KR20100048799 A KR 20100048799A KR 1020080108114 A KR1020080108114 A KR 1020080108114A KR 20080108114 A KR20080108114 A KR 20080108114A KR 20100048799 A KR20100048799 A KR 20100048799A
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Abstract

PURPOSE: A coefficient of elasticity method of measurement of a multi-layered thin film which measures the modulus of elasticity is provided to measure the apparent modulus of elasticity of the multi-layered thin film using the wrinkle pitch of a single layered thin film layer and multilayer foil film layer. CONSTITUTION: Compressive stress is added to the multi-layered thin film sample in which a multi-layered thin film(1) is formed on a substrate. Wrinkle is formed on the multi-layered thin film surface of the multi-layered thin film sample. A wrinkle pitch(3) formed on the multi-layered thin film surface, and the through-thickness of the multi-layered thin film and coefficient of elasticity of substrate are measured. The apparent modulus of elasticity of the multi-layered thin film is obtained using a measured value.

Description

다층박막의 탄성계수 측정 방법 {EVALUATION METHOD OF ELASTIC MODULI OF MULTI-LAYERED THIN FILMS}Elastic modulus measurement method of multilayer thin film {EVALUATION METHOD OF ELASTIC MODULI OF MULTI-LAYERED THIN FILMS}

본 발명은 최근 많이 연구되어지고 상업화되어지고 있는 기술인 플렉서블 일렉트로닉스(flexible electronics)에 증착되는 다층박막의 탄성계수를 직접 구하는 방법을 제시한다. 상대적으로 단단한 박막이 연성 혹은 플렉서블한 재료 위에 있을 때, 외력이나 내력에 의해서 주름(wrinkle)이 생성되게 되는데, 이러한 주름의 간격을 해석함으로써 경질 박막과 연성 기판의 탄성계수를 추론해낼 수 있다. 특히, 다층박막에 대한 직접적인 탄성계수의 측정은 반도체 분야 및 N/MEMS 분야 그리고 바이오칩(bio-chip) 등의 분야에 응용되는 소자들의 신뢰도 및 안정성에 대한 정확한 해석에의 응용이 가능하다. The present invention provides a method for directly obtaining the elastic modulus of a multilayer thin film deposited on flexible electronics, a technology that has been studied and commercialized in recent years. When a relatively hard thin film is on a flexible or flexible material, wrinkles are generated by external or internal forces, and the elastic modulus of the hard thin film and the flexible substrate can be inferred by analyzing the wrinkle gap. In particular, the measurement of the elastic modulus of the multilayer thin film can be applied to the accurate analysis of the reliability and stability of the devices applied in the semiconductor field, N / MEMS field, and bio-chip (bio-chip).

기존의 기술로서 단층박막의 탄성계수에 대한 해석은 나노압입시험이나 버클링, 혹은 주름을 이용해서 시도된 바 있으나, 이러한 방법들은 나름의 한계를 가지고 있다. Conventional techniques have been attempted to analyze the elastic modulus of monolayer thin films using nanoindentation tests, buckling, or wrinkles, but these methods have their limitations.

이 중, 나노압입시험의 경우 박막이 1 마이크로미터보다 작은 경우엔 박막층 아래의 기판의 영향을 고려해야 하고, 또한 나노압입시험 중에 박막과 기판 사이의 계면 파괴 현상이 동반되기 때문에 그 신뢰도가 상당히 낮아지게 된다. 더욱이, 경질 박막이 연성 기판 위에 증착되어 있을 경우엔 박막의 기계적 물성에 대한 정확한 평가는 사실상 불가능하다. In the case of nanoindentation test, when the thin film is smaller than 1 micrometer, the influence of the substrate under the thin film layer should be taken into consideration, and the reliability of the thin film will be considerably lowered due to the interfacial fracture phenomenon between the film and the substrate during the nanoindentation test. do. Moreover, when a hard thin film is deposited on a flexible substrate, accurate evaluation of the mechanical properties of the thin film is virtually impossible.

최근에, 주름(링클, wrinkle)을 이용한 박막의 탄성계수 측정 방법이 제안되어지고 있지만, 이 방법 또한 특정 기판 위에 증착된 단일박막층에 대하여 국한되어 있어서 다층박막층의 탄성계수를 측정하는 데는 사용되지 못하였다. 즉, 두 층 이상의 복합 박막층에 대한 탄성계수를 직접 측정하는 예는 지금까지 시도되어진 바가 없다.Recently, a method of measuring elastic modulus of thin films using wrinkles has been proposed, but this method is also limited to a single thin film layer deposited on a specific substrate and thus cannot be used to measure the elastic modulus of a multilayer thin film layer. It was. That is, an example of directly measuring the elastic modulus of two or more composite thin film layers has not been attempted until now.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 플렉서블 일렉트로닉스(flexible electronics) 분야에서 사용되는 다층박막 복합층 (예컨대, Cu/Ti/Polymer)의 기계적 탄성계수를 측정하는 방법을 제시하는 데에 그 목적이 있다. 다층박막층 (이하, '다층박막'과 혼용됨)이 폴리머 같은 기판 표면 위에 증착되어 있을 때 일어나는 주름 현상을 이용하고, 단층박막층 (이하, '단층박막'과 혼용됨)과 다층박막층의 주름 간격에 대한 정확한 측정을 통하여 다층박막의 겉보기 탄성계수를 측정하며, 이 값을 이용하여 다층박막층에서의 각 층의 개별적인 탄성계수를 측정하고자 한다. 특히, 플렉서블 일렉트로닉스에서 사용되는 Cu/Ti 다층박막층에 대한 탄성계수를 측정예로 제시한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve these conventional problems, and the present invention provides a method for measuring the mechanical modulus of a multilayer thin film composite layer (eg, Cu / Ti / Polymer) used in the field of flexible electronics. The purpose is to present. By using the wrinkle phenomenon that occurs when a multilayer thin film (hereinafter referred to as 'multilayer thin film') is deposited on a substrate surface such as a polymer, the wrinkle thinning between the monolayer thin film layer (hereinafter referred to as 'multilayer thin film') and the multilayer thin film layer is used. The apparent elastic modulus of the multilayer thin film is measured by accurate measurement, and the individual elastic modulus of each layer in the multilayer thin film layer is determined using this value. In particular, the modulus of elasticity of the Cu / Ti multilayer thin film used in the flexible electronics is presented as a measurement example.

이러한 목적들은 달성하기 위하여,To achieve these purposes,

본 발명은, 기판 위에 다층박막이 형성된 다층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 다층박막 시료의 다층박막 표면에 주름을 형성하고;The present invention, by applying a compressive stress to a multi-layer thin film sample formed with a multi-layer thin film on the substrate to form wrinkles on the surface of the multi-layer thin film of the multi-layer thin film sample;

상기 다층박막 표면에 형성된 주름의 간격(λmulti), 상기 다층박막의 총 두께(ttotal) 및 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00001
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 1에 대입하여 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00002
)를 구하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법을 제공한다.Spacing of the wrinkles (λ multi ) formed on the surface of the multilayer thin film, the total thickness of the multilayer thin film (t total ), and the elastic modulus of the substrate (
Figure 112008076001398-PAT00001
) And substituting these values into the following Equation 1 gives the apparent modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00002
It provides a method of measuring the modulus of elasticity of a multi-layer thin film, characterized in that to obtain.

[식 1][Equation 1]

Figure 112008076001398-PAT00003
Figure 112008076001398-PAT00003

(여기서, α는 상수)Where α is a constant

또한, 본 발명은, 상기 기판 위에 상기 다층박막을 구성하는 각 박막을 단일층으로 형성한 다수의 단층박막 시료에 각각 압축응력을 가하여 각 단층박막 시료의 단층박막 표면에 주름을 형성하고;In addition, the present invention, by applying a compressive stress to a plurality of single-layer thin film samples each formed of a single layer of each thin film constituting the multi-layer thin film on the substrate to form wrinkles on the single layer thin film surface of each single layer thin film sample;

상기 단층박막 표면에 형성된 주름의 간격(λn), 상기 단층박막의 두께(tn) 및 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00004
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 2에 대입하여 상기 단층박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00005
)를 구하며; An interval of wrinkles (λ n ) formed on the surface of the single layer thin film, a thickness t n of the single layer thin film, and an elastic modulus of the substrate (
Figure 112008076001398-PAT00004
), And these values are substituted into Equation 2 below to give the modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00005
);

상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00006
)와, 상기 단층박막 각각의 탄성계수 중 특정 박막을 제외한 나머지 단층박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00007
)와, 상기 다층박막의 총 두께(ttotal)와, 상기 다층박막 내 각 박막의 두께(tn)를 하기 식 3 (두께에 대한 레버 룰(lever rule))에 대입하여 상기 다층박막 내에서의 상기 특정 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00008
)를 구하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법을 제공한다.Apparent modulus of the multilayer thin film (
Figure 112008076001398-PAT00006
) And the modulus of elasticity of the other monolayer thin films except for a specific thin film among the modulus of each monolayer thin film (
Figure 112008076001398-PAT00007
), The total thickness (t total ) of the multilayer thin film, and the thickness (t n ) of each thin film in the multilayer thin film are substituted in the following equation 3 (lever rule for thickness) in the multilayer thin film. Modulus of elasticity of the specific thin film of
Figure 112008076001398-PAT00008
It provides a method of measuring the modulus of elasticity of a multi-layer thin film, characterized in that to obtain.

[식 2][Equation 2]

Figure 112008076001398-PAT00009
Figure 112008076001398-PAT00009

(여기서, α는 상수)Where α is a constant

[식 3][Equation 3]

Figure 112008076001398-PAT00010
Figure 112008076001398-PAT00010

(여기서, k=(다층박막을 구성하는 박막의 수)-1 이고, En은 상기 특정 단층박막을 제외한 나머지 단층박막 중 어느 하나의 탄성계수,

Figure 112008076001398-PAT00011
은 다층박막 내 상기 특정 박막의 탄성계수)(Where k = (number of thin films constituting the multilayer thin film) -1, En is an elastic modulus of any one of the remaining single thin films except for the specific single thin film,
Figure 112008076001398-PAT00011
Modulus of elasticity of the specific thin film in the silver multilayer film)

한편, 본 발명은, 기판과, 이 기판 위에 일정 두께로 형성된 제1 박막과, 이 제1 박막 위에 두께를 달리 하여 형성된 제2 박막을 포함하는 다층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 다층박막 시료의 제2 박막 표면에 주름을 형성하고;On the other hand, the present invention is to apply a compressive stress to the multi-layer thin film sample comprising a substrate, a first thin film formed to a predetermined thickness on the substrate, and a second thin film formed to vary the thickness on the first thin film, Forming wrinkles on the second thin film surface;

상기 제2 박막 표면 중 제1 두께지점에 형성된 주름의 간격(λmulti(p))과, 상기 제1 두께지점에서의 상기 다층박막의 총 두께(ttotal(p))와, 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00012
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 4에 대입하여 상기 제1 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00013
)를 구하며;An interval λ multi (p) of wrinkles formed at a first thickness point of the second thin film surface, a total thickness t total (p) of the multilayer thin film at the first thickness point, and elasticity of the substrate Coefficient(
Figure 112008076001398-PAT00012
) And substituting these values into the following Equation 4 gives the apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film at the first thickness point (
Figure 112008076001398-PAT00013
);

상기 제2 박막 표면 중 상기 제1 두께지점을 제외한 다양한 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수를 하기 식 4를 이용하여 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법을 제공한다.It provides a method of measuring the elastic modulus of the multilayer thin film, characterized in that it is repeated to obtain the apparent elastic modulus of the multilayer thin film at various thickness points except the first thickness point of the second thin film surface using the following Equation 4. .

[식 4][Equation 4]

Figure 112008076001398-PAT00014
Figure 112008076001398-PAT00014

(여기서, α는 상수)Where α is a constant

또한, 본 발명은, 상기 기판 위에 제1 박막을 단일층으로 형성한 단층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 단층박막 시료의 제1 박막 표면에 주름을 형성하고;In addition, the present invention, by applying a compressive stress to a single-layer thin film sample formed of a single layer of the first thin film on the substrate to form wrinkles on the surface of the first thin film of the single layer thin film sample;

상기 제1 박막 표면에 형성된 주름의 간격(λ1), 상기 제1 박막의 두께(t1) 및 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00015
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 5에 대입하여 상기 제1 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00016
)를 구하며; An interval of wrinkles λ 1 formed on the surface of the first thin film, a thickness t 1 of the first thin film, and an elastic modulus of the substrate
Figure 112008076001398-PAT00015
), And these values are substituted into Equation 5 below to determine the elastic modulus of the first thin film (
Figure 112008076001398-PAT00016
);

임의의 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00017
)와, 상기 제1 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00018
)와, 상기 제1 박막의 두께(t1)와, 상기 임의의 두께지점에서의 상기 다층박막의 총 두께(ttotal(p)) 및 상기 제2 박막의 두께(t2(p))를 하기 식 6 (두께에 대한 레버 룰(lever rule))에 각각 대입하여, 상기 임의의 두께지점에서 상기 다층박막 내에서의 상기 제2 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00019
)를 구하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법을 제공한다.Apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film at any thickness point
Figure 112008076001398-PAT00017
) And the elastic modulus of the first thin film (
Figure 112008076001398-PAT00018
), The thickness t 1 of the first thin film, the total thickness t total (p) of the multilayer thin film at the arbitrary thickness point, and the thickness t 2 (p) of the second thin film. The elastic modulus of the second thin film in the multilayer thin film at the predetermined thickness point is substituted by the following equation 6 (lever rule for thickness), respectively.
Figure 112008076001398-PAT00019
It provides a method of measuring the modulus of elasticity of a multi-layer thin film, characterized in that to obtain.

[식 5][Equation 5]

Figure 112008076001398-PAT00020
Figure 112008076001398-PAT00020

(여기서, α는 상수)Where α is a constant

[식 6][Equation 6]

Figure 112008076001398-PAT00021
Figure 112008076001398-PAT00021

이 경우, 상기 제2 박막은 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 증가하도록 경사코팅하는 것이 바람직하다. In this case, the second thin film is preferably inclined coating so that the thickness increases from one side to the other side.

본 발명에 따른 다층박막의 탄성계수 측정 방법은 폴리머 위에 다층박막을 입힌 후 발생하는 주름 현상을 이용하여 다층박막의 겉보기 탄성계수와 각 층의 개별적인 탄성계수를 구하는 것으로, 기존의 다른 방법으로는 구할 수 없는 두께가 아주 얇은 박막이나 다층박막의 탄성계수를 구할 수 있다. 본 측정 방법을 이용하면, 반도체 분야 및 N/MEMS 분야 그리고 바이오칩 등의 분야에 응용되는 소자들의 신뢰도 및 안정성에 대한 정확한 해석이 가능하며, 특히 플렉서블 일렉트로닉스(flexible electronics) 분야에서 사용되는 다층박막 복합층 (예컨대, Cu/Ti/Polymer)의 기계적 탄성계수를 측정할 수 있다. The method of measuring the elastic modulus of a multilayer thin film according to the present invention is to obtain the apparent elastic modulus of the multilayer thin film and the individual elastic modulus of each layer by using the wrinkle phenomenon generated after applying the multilayer thin film on the polymer, and can be obtained by other conventional methods. The modulus of elasticity of thin or multi-layered thin films can be obtained. Using this measurement method, it is possible to accurately analyze the reliability and stability of devices applied in the semiconductor field, N / MEMS field, and biochip, etc., and in particular, the multilayer thin film composite layer used in the field of flexible electronics. The mechanical modulus of elasticity (for example, Cu / Ti / Polymer) can be measured.

상기 본 발명의 목적은 다음과 같은 과정을 통하여 다층박막의 겉보기 탄성 계수와 다층박막 내 각 층의 개별적 탄성계수를 측정함으로써 달성된다. The object of the present invention is achieved by measuring the apparent elastic modulus of the multilayer thin film and the individual elastic modulus of each layer in the multilayer thin film through the following process.

우선, 본 발명은 다층박막의 겉보기 탄성계수를 측정하는 방법을 제공한다. First, the present invention provides a method for measuring the apparent elastic modulus of a multilayer thin film.

구체적으로, 먼저 기판 위에 다층박막이 형성된 다층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 다층박막 시료의 다층박막 표면에 주름을 형성한다. Specifically, first, compressive stress is applied to the multilayer thin film sample on which the multilayer thin film is formed on the substrate to form wrinkles on the surface of the multilayer thin film of the multilayer thin film sample.

여기서, 상기 압축응력을 가하는 방법으로, 미리 인장된 상기 기판 위에 박막을 코팅한 후 인장력을 해제함으로써 상기 박막이 압축응력을 받게 하는 방법을 사용하거나, 혹은 인장력이 가해지지 않은 상기 기판 위에 박막을 코팅한 후 외부에서 압축응력을 가하는 방법을 사용할 수 있다. 이와 같이 하여 압축응력을 가하면, 상기 기판과 상기 다층박막 사이의 평면 변형 탄성계수의 차이에 의해 상기 다층박막 표면에 주름이 발생한다. 가해진 인장력 내지 압축응력이 증가하면 주름 간격은 변하지 않고 주름의 진폭만 커지게 된다.Here, as a method of applying the compressive stress, by coating the thin film on the pre-tensioned substrate and then releasing the tensile force, the thin film is subjected to the compressive stress, or the thin film is coated on the substrate to which the tensile force is not applied. Afterwards, external compressive stress can be used. When compressive stress is applied in this way, wrinkles occur on the surface of the multilayer thin film due to a difference in planar strain elastic modulus between the substrate and the multilayer thin film. As the applied tensile or compressive stress increases, the wrinkle width does not change, only the amplitude of the wrinkle increases.

상기 기판으로는 PDMS (Polydimethylsiloxane)와 같은 폴리머를 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 점탄성을 띠는 모든 폴리머의 사용이 가능하다. 또한, 상기 다층박막은 구리 박막과 티타늄 박막으로 구성되어, Cu/Ti/기판의 적층 구조를 가질 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The substrate may be a polymer such as polydimethylsiloxane (PDMS). However, the present invention is not limited thereto, and all polymers having viscoelastic properties may be used. In addition, the multilayer thin film may be composed of a copper thin film and a titanium thin film, and may have a stacked structure of Cu / Ti / substrate. However, the present invention is not limited thereto.

이어서, 상기 다층박막 표면에 형성된 주름의 간격(λmulti), 상기 다층박막의 총 두께(ttotal) 및 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00022
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 1에 대입하여 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00023
)를 구한다. Subsequently, the interval of wrinkles (λ multi ) formed on the surface of the multilayer thin film, the total thickness (t total ) of the multilayer thin film, and the elastic modulus of the substrate (
Figure 112008076001398-PAT00022
) And substituting these values into the following Equation 1 gives the apparent modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00023
)

[식 1][Equation 1]

Figure 112008076001398-PAT00024
Figure 112008076001398-PAT00024

여기서, α는 상수로서, 4.356의 값을 가질 수 있다.Α is a constant and may have a value of 4.356.

다음으로, 본 발명은 상기 다층박막 내 각 층의 개별적 탄성계수를 측정하는 방법을 제공한다.Next, the present invention provides a method for measuring the individual elastic modulus of each layer in the multilayer thin film.

구체적으로, 상기 기판 위에 상기 다층박막을 구성하는 각 박막을 단일층으로 형성한 다수의 단층박막 시료에 각각 압축응력을 가하여 각 단층박막 시료의 단층박막 표면에 주름을 형성한다. 이때, 주름을 형성하는 방법은 전술한 바와 같다.Specifically, compressive stress is applied to each of a plurality of single layer thin film samples in which each thin film constituting the multilayer thin film is formed as a single layer on the substrate, thereby forming wrinkles on the single layer thin film surface of each single thin film sample. At this time, the method of forming the wrinkles is as described above.

이어서, 상기 단층박막 표면에 형성된 주름의 간격(λn), 상기 단층박막의 두께(tn) 및 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00025
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 2에 대입하여 상기 단층박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00026
)를 구한다.Subsequently, the interval of wrinkles (λ n ) formed on the surface of the single layer thin film, the thickness t n of the single layer thin film, and the elastic modulus of the substrate (
Figure 112008076001398-PAT00025
), And these values are substituted into Equation 2 below to give the modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00026
)

[식 2][Equation 2]

Figure 112008076001398-PAT00027
Figure 112008076001398-PAT00027

여기서, α는 상수로서, 4.356의 값을 가질 수 있다.Α is a constant and may have a value of 4.356.

이어서, 위에서 구한 다층박막의 겉보기 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00028
)와, 상기 단층박막 각각의 탄성계수 중 특정 박막을 제외한 나머지 단층박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00029
)와, 상기 다층박막의 총 두께(ttotal)와, 상기 다층박막 내 각 박막의 두께(tn)를 하기 식 3 (두께에 대한 레버 룰(lever rule))에 대입하여 상기 다층박막 내에서의 상기 특정 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00030
)를 구한다. Next, the apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film
Figure 112008076001398-PAT00028
) And the modulus of elasticity of the other monolayer thin films except for a specific thin film among the modulus of each monolayer thin film (
Figure 112008076001398-PAT00029
), The total thickness (t total ) of the multilayer thin film, and the thickness (t n ) of each thin film in the multilayer thin film are substituted in the following equation 3 (lever rule for thickness) in the multilayer thin film. Modulus of elasticity of the specific thin film of
Figure 112008076001398-PAT00030
)

[식 3][Equation 3]

Figure 112008076001398-PAT00031
Figure 112008076001398-PAT00031

여기서, k=(다층박막을 구성하는 박막의 수)-1 이고, En은 상기 특정 단층박막을 제외한 나머지 단층박막 중 어느 하나의 탄성계수,

Figure 112008076001398-PAT00032
는 다층박막 내 상기 특정 박막의 탄성계수이다. Where k = (number of thin films constituting the multilayer thin film) −1, and En is an elastic modulus of any one of the remaining single thin films except for the specific single thin film,
Figure 112008076001398-PAT00032
Is the modulus of elasticity of the specific thin film in the multilayer thin film.

한편, 본 발명은 상기 다층박막 중 하나의 박막 (예컨대, 최상위층 박막)의 코팅 위치에 따른 두께를 달리 형성하여, 하나의 다층박막 시편으로 다양한 두께에서의 다층박막의 겉보기 탄성계수와 다층박막 내 각 층의 개별적 탄성계수를 측정할 수 있다. On the other hand, the present invention is formed by varying the thickness according to the coating position of one thin film (for example, the top layer thin film) of the multilayer thin film, the apparent elastic modulus and the angle of each of the multilayer thin film in various thickness with one multilayer thin film specimen The individual modulus of elasticity of the layers can be measured.

이와 관련하여, 본 발명은 코팅 위치에 따른 두께가 다른 다층박막의 탄성계수를 측정하는 방법을 제공한다.In this regard, the present invention provides a method for measuring the elastic modulus of the multilayer thin film having a different thickness according to the coating position.

구체적으로, 먼저 기판과, 이 기판 위에 일정 두께로 형성된 제1 박막과, 이 제1 박막 위에 두께를 달리 하여 형성된 제2 박막을 포함하는 다층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 다층박막 시료의 제2 박막 표면에 주름을 형성한다.Specifically, first, a compressive stress is applied to a multilayer thin film sample including a substrate, a first thin film formed to a predetermined thickness on the substrate, and a second thin film formed on the first thin film to have a different thickness. Wrinkles are formed on the surface of the thin film.

이어서, 상기 제2 박막 표면 중 제1 두께지점에 형성된 주름의 간격(λmulti(p))과, 상기 제1 두께지점에서의 상기 다층박막의 총 두께(ttotal(p))와, 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00033
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 4에 대입하여 상기 제1 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00034
)를 구한다.Subsequently, the interval of wrinkles λ multi (p) formed at a first thickness point of the second thin film surface, the total thickness t total (p) of the multilayer thin film at the first thickness point, and the substrate Modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00033
) And substituting these values into the following Equation 4 gives the apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film at the first thickness point (
Figure 112008076001398-PAT00034
)

[식 4][Equation 4]

Figure 112008076001398-PAT00035
Figure 112008076001398-PAT00035

여기서, α는 상수로서, 4.356의 값을 가질 수 있다.Α is a constant and may have a value of 4.356.

이어서, 상기 제2 박막 표면 중 상기 제1 두께지점을 제외한 다양한 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수를 상기 식 4를 이용하여 구하는 것을 반복한다.Subsequently, the apparent elastic modulus of the multilayer thin film at various thickness points except for the first thickness point of the second thin film surface is repeated using Equation 4.

이 경우, 상기 제2 박막은 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 증가하도록 경사코팅된 것일 수 있다.In this case, the second thin film may be inclined coated to increase in thickness from one side to the other side.

다음으로, 본 발명은 코팅 위치에 따른 두께가 다른 다층박막 내 각 층의 개별적 탄성계수를 측정하는 방법을 제공한다.Next, the present invention provides a method for measuring the individual modulus of elasticity of each layer in the multilayer thin film according to the coating position.

구체적으로, 상기 기판 위에 제1 박막을 단일층으로 형성한 단층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 단층박막 시료의 제1 박막 표면에 주름을 형성한다.Specifically, compressive stress is applied to the monolayer thin film sample in which the first thin film is formed as a single layer on the substrate to form wrinkles on the surface of the first thin film of the monolayer thin film sample.

이어서, 상기 제1 박막 표면에 형성된 주름의 간격(λ1), 상기 제1 박막의 두께(t1) 및 상기 기판의 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00036
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 5에 대입하여 상기 제1 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00037
)를 구한다.Subsequently, an interval λ 1 of wrinkles formed on the surface of the first thin film, a thickness t 1 of the first thin film, and an elastic modulus of the substrate (
Figure 112008076001398-PAT00036
), And these values are substituted into Equation 5 below to determine the elastic modulus of the first thin film (
Figure 112008076001398-PAT00037
)

[식 5][Equation 5]

Figure 112008076001398-PAT00038
Figure 112008076001398-PAT00038

여기서, α는 상수로서, 4.356의 값을 가질 수 있다.Α is a constant and may have a value of 4.356.

이어서, 임의의 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(

Figure 112008076001398-PAT00039
)와, 상기 제1 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00040
)와, 상기 제1 박막의 두께(t1)와, 상기 임의의 두께지점에서의 상기 다층박막의 총 두께(ttotal(p)) 및 상기 제2 박막의 두께(t2(p))를 하기 식 6 (두께에 대한 레버 룰(lever rule))에 각각 대입하여, 상기 임의의 두께지점에서 상기 다층박막 내에서의 상기 제2 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00041
)를 구한다.Then, the apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film at any thickness point (
Figure 112008076001398-PAT00039
) And the elastic modulus of the first thin film (
Figure 112008076001398-PAT00040
), The thickness t 1 of the first thin film, the total thickness t total (p) of the multilayer thin film at the arbitrary thickness point, and the thickness t 2 (p) of the second thin film. The elastic modulus of the second thin film in the multilayer thin film at the predetermined thickness point is substituted by the following equation 6 (lever rule for thickness), respectively.
Figure 112008076001398-PAT00041
)

[식 6][Equation 6]

Figure 112008076001398-PAT00042
Figure 112008076001398-PAT00042

이 경우, 상기 제2 박막은 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 증가하도록 경사코팅된 것일 수 있다.In this case, the second thin film may be inclined coated to increase in thickness from one side to the other side.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시하는 것은 아니며, 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상의 범위 내에서 정해질 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but these examples are only presented to more clearly understand the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be determined within the scope of the technical spirit of the claims.

실시예Example

Cu/Ti 박막층을 연성 폴리머 기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 증착하였고, 간단한 인장 장비를 이용하여, 미리 인장된(pre-stretching) 기판 위에 박막을 경사 코팅함으로서 다층박막의 두께에 따른 탄성계수의 변화 양상에 대한 평가가 가능하다.The Cu / Ti thin film layer was deposited on a flexible polymer substrate using a DC magnetron sputtering method, and by using a simple tensioning device, the thin film was gradient coated on a pre-stretched substrate to obtain an elastic modulus according to the thickness of the multilayer thin film. Evaluation of changes is possible.

기판 재료로는 탄성계수가 0.5 내지 10 MPa 정도의 값을 가지는 연성이 상당히 우수하며 일반 화학 및 유체 관련 분야, 그리고 생체 관련 분야에서 널리 쓰이는 폴리머인 PDMS (Polydimethylsiloxane)를 사용하였다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 점탄성을 띠는 모든 폴리머의 사용이 가능하다. PDMS 재료는 elastomer와 cross-linker의 비율을 10:1로 혼합하였고, 평평한 평면을 가진 비이커에 부은 후, 섭씨 80도의 온도에서 2시간 동안 건조함으로써 만들었다. 이후, 가로, 세로, 높이를 각각 85 mm x 30 mm x 2 mm로 잘라서 기판으로 사용하였다. As the substrate material, PDMS (Polydimethylsiloxane), which is a polymer having excellent elasticity of about 0.5 to 10 MPa and having a very high ductility, is widely used in general chemistry and fluids, and biotechnology. However, the present invention is not limited thereto, and all polymers having viscoelastic properties may be used. PDMS materials were made by mixing a ratio of elastomer and cross-linker in a 10: 1, pouring into a flat plane beaker and drying at 80 ° C for 2 hours. Thereafter, the width, length, and height were respectively cut into 85 mm x 30 mm x 2 mm and used as the substrate.

폴리머 위에 박막을 증착하기 전에 소형 인장 시험기를 이용하여 폴리머를 길이 방향으로 미리 인장하였다. 인장 변형이 가해진 PDMS의 표면에 DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 Ti, Cu, Ti/Cu 층을 각각 증착하였으며, 박막 증착 후 인장 변형을 제거함으로써 Cu, Ti 단일박막층과 Cu/Ti 다층박막층에 압축응력을 가 하였다. Ti층은 증착 중 기판인 폴리머를 회전시킴으로써 폴리머 위에 증착될 때 그 두께가 시편의 모든 위치에서 균일하도록 증착하였다. Cu층은 두께에 따른 탄성계수의 변화를 살펴보기 위하여 증착 시 기판을 회전시키지 않고 Cu 타겟(target)을 일정 각도 기울임으로써 Cu층의 두께를 변화시키는 경사코팅을 수행하였다. 박막증착 공정은 진공 챔버(chamber)내의 압력이 10-6 Pa (< 10-8 torr) 정도에서 진행되었다. Cu/Ti 다층박막은 균일한 두께를 갖는 Ti 박막층 위에 Cu 박막층을 증착하였으며, Cu 층은 경사코팅 되어 타겟에 가까운 쪽의 Cu의 두께가 310 nm정도로 두껍게, 타겟에서 먼 쪽에서는 거의 증착이 안될 정도로(20nm 이하) 매우 얇게 코팅되었다. Ti, Cu 단일층과 마찬가지로 Ti/Cu 다층박막에서도 Ti과 Cu 박막층을 증착한 후에 미리 인장된 폴리머의 인장 변형을 제거함으로서 다층박막에 압축응력을 주었다. Before depositing the thin film on the polymer, the polymer was pre-tensioned in the longitudinal direction using a small tensile tester. Ti, Cu, and Ti / Cu layers were deposited on the surface of PDMS subjected to tensile strain by using DC magnetron sputtering method, and compressive stress was applied to Cu, Ti single thin film layer and Cu / Ti multilayer thin film layer by removing tensile strain after thin film deposition. Was added. The Ti layer was deposited such that when deposited on the polymer by rotating the polymer, the substrate during deposition, its thickness was uniform at all positions of the specimen. The Cu layer was inclined coating to change the thickness of the Cu layer by tilting the Cu target at an angle without rotating the substrate during deposition in order to see the change in elastic modulus according to the thickness. The thin film deposition process was performed at a pressure of 10 −6 Pa (<10 −8 torr) in a vacuum chamber. The Cu / Ti multilayer thin film was deposited with a thin Cu layer on a Ti thin film layer having a uniform thickness, and the Cu layer was inclinedly coated so that the thickness of Cu near the target was about 310 nm thick and hardly deposited from the far side of the target. (20 nm or less) Very thin coating. Like Ti and Cu monolayers, the Ti / Cu multilayer thin film was subjected to compressive stress by removing the tensile strain of the pretensioned polymer after depositing the Ti and Cu thin film layers.

압축변형에 의해 박막층과 폴리머가 비선형 변형을 하여 도 1의 (a)의 광학이미지와, 도 1의 (b)의 FFT(Fast Fourier Transformation) 데이터에 보여진 것과 같은 특수한 주름 간격을 가지는 주름을 만들어 낼 수 있었으며, 이렇게 만들어진 박막의 주름 간격은 박막과 폴리머 기판의 탄성계수 및 박막층의 두께에 따라서 결정되어진다. 이에 관한 이론적인 설명은 도 2와 식 7 및 식 8을 통하여 간단히 설명하였다. Compression deformation causes the thin film layer and polymer to undergo nonlinear deformation to produce wrinkles with special wrinkle spacing, as shown in the optical image of FIG. 1A and the Fast Fourier Transformation (FFT) data of FIG. The wrinkle spacing of the thin film thus formed is determined by the elastic modulus of the thin film and the polymer substrate and the thickness of the thin film layer. The theoretical description on this is briefly described with reference to FIGS. 2 and 7 and 8.

도 2에서 나타난 것처럼 박막층의 두께가 t f , 탄성계수가

Figure 112008076001398-PAT00043
, 포아송비가
Figure 112008076001398-PAT00044
이고, 연성 폴리머 기판의 경우, 탄성계수가
Figure 112008076001398-PAT00045
, 포아송비가
Figure 112008076001398-PAT00046
일 때, 기판의 두께는 박막층의 두께에 비해서 상당히 크기 때문에 무한히 깊은 두께로 가정할 수 있다. 따라서, 이러한 시스템에서 생성되는 주름의 간격, λ는 다음과 같이 표현된다.As shown in Figure 2, the thickness of the thin film layer is t f , the elastic modulus
Figure 112008076001398-PAT00043
, Poisson's
Figure 112008076001398-PAT00044
In the case of flexible polymer substrates, the modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00045
, Poisson's
Figure 112008076001398-PAT00046
In this case, since the thickness of the substrate is considerably larger than the thickness of the thin film layer, the thickness can be assumed to be infinitely deep. Therefore, the wrinkle interval, λ, produced in such a system is expressed as follows.

[식 7] [Equation 7]

Figure 112008076001398-PAT00047
Figure 112008076001398-PAT00047

[식 8] [Equation 8]

Figure 112008076001398-PAT00048
Figure 112008076001398-PAT00048

여기에서,

Figure 112008076001398-PAT00049
를 나타내며,
Figure 112008076001398-PAT00050
Figure 112008076001398-PAT00051
는 각각 평면 변형 탄성계수(plane strain modulus)와 탄성계수(elastic modulus)를 나타낸다. 박막의 재료적 성질이 두께 방향으로 변화하지 않는 단일층의 경우 식 8에 의해서 박막의 탄성계수를 구할 수 있다. 단, 폴리머 기판의 탄성계수와 박막의 두께 그리고 주름의 폭(간격)을 알 때 가능하며, 이러한 3개의 변수는 쉽게 알 수 있다. 즉, 폴리머 기판의 탄성계수는 기존 문헌의 탄성계수 값을 사용하였고, 박막의 두께와 주름의 간격은 각각의 step profilometer와 AFM으로 측정하였다. From here,
Figure 112008076001398-PAT00049
Indicates
Figure 112008076001398-PAT00050
Wow
Figure 112008076001398-PAT00051
Are the plane strain modulus and the elastic modulus, respectively. In the case of a single layer in which the material properties of the thin film do not change in the thickness direction, the elastic modulus of the thin film can be obtained by Equation 8. However, it is possible to know the elastic modulus of the polymer substrate, the thickness of the thin film, and the width (gap) of the wrinkles, and these three variables are easily known. That is, the elastic modulus of the polymer substrate was used as the elastic modulus value of the existing literature, and the thickness of the thin film and the spacing of the wrinkles were measured by each step profilometer and AFM.

박막이 두 층 이상일 때, 즉 다층박막일 때 각 층에서의 탄성계수에 대한 평가는 위의 방법을 응용하여 다음과 같이 할 수 있다. When the thin film is two or more layers, that is, a multilayer thin film, the evaluation of the elastic modulus in each layer can be performed as follows by applying the above method.

먼저, 식 8을 이용하여 폴리머(PDMS) 기판 위에 증착되어 있는 Ti, Cu 단일층의 탄성계수 값을 하기 식 9 및 식 10에서 구할 수 있다. 또한 복합층인 Cu/Ti/PDMS에 대한 겉보기 탄성계수는 하기 식 11을 이용하여 구할 수 있다. First, the elastic modulus values of the Ti and Cu monolayers deposited on the polymer (PDMS) substrate can be obtained using Equations 8 and 9 below. In addition, the apparent modulus of elasticity of the composite layer Cu / Ti / PDMS can be obtained using Equation 11 below.

[식 9][Equation 9]

Figure 112008076001398-PAT00052
Figure 112008076001398-PAT00052

[식 10][Equation 10]

Figure 112008076001398-PAT00053
Figure 112008076001398-PAT00053

[식 11][Equation 11]

Figure 112008076001398-PAT00054
Figure 112008076001398-PAT00054

다음으로, 측정된 다층박막의 겉보기 탄성계수를 이용하여 다층박막에서 각 층의 탄성계수를 분리하여 개별적으로 구하고, 단층박막의 탄성계수와 비교함으로써 다층박막에서 아래의 박막층에 의한 윗 층의 기계적 물성치의 변화에 대한 해석이 가능하다. 즉, Cu가 Ti 위에 증착되어 있을 때의 탄성계수가 Cu가 폴리머 위에 증착되어 있을때와 어떤 차이가 있는지에 대한 평가가 가능하다. 또한, Cu가 Ti 위에 증착될 때, 두께가 증가함에 따라서 탄성계수가 어떻게 변화하는지에 대한 평가도 가능하다. 실제로 박막이 새로운 박막층 위에 증착될 때, 격자상수(lattice parameter) 등이 달라지기 때문에 박막의 미세구조가 계면에서 급격하게 변화하게 되고, 이는 박막의 기계적 물성치인 탄성계수에 지대한 영향을 미치게 되는 것이다. Next, the elastic modulus of each layer is separately obtained from the multilayer thin film using the measured elastic modulus of the multilayer thin film, and the mechanical properties of the upper layer by the lower thin film layer in the multilayer thin film are compared with those of the single thin film. Interpretation of the change is possible. In other words, it is possible to evaluate how the elastic modulus when Cu is deposited on Ti differs from when Cu is deposited on the polymer. It is also possible to evaluate how the modulus of elasticity changes as the thickness increases when Cu is deposited on Ti. In fact, when a thin film is deposited on a new thin film layer, the lattice constant (lattice parameter) and so on, the microstructure of the thin film is rapidly changed at the interface, which has a significant effect on the elastic modulus, the mechanical properties of the thin film.

다층박막 내 각 층의 개별적 탄성계수에 대한 평가는 식 12 및 식 13을 통하여 설명한다. 식 12는 Cu/Ti 다층박막의 겉보기 탄성계수를 나타내며 다층박막 내 Cu와 Ti의 두께가 레버 룰(lever rule)에 의해 적용되었다. 식 12로부터 Cu 층만의 탄성계수를 평가할 수 있는데, 식 13이 그것이다. The evaluation of the individual modulus of elasticity of each layer in the multilayer thin film is described by equations (12) and (13). Equation 12 shows the apparent modulus of elasticity of the Cu / Ti multilayer thin film, and the thicknesses of Cu and Ti in the multilayer thin film were applied by a lever rule. From Equation 12, the modulus of elasticity of only the Cu layer can be evaluated, which is Equation 13.

[식 12][Equation 12]

Figure 112008076001398-PAT00055
Figure 112008076001398-PAT00055

[식 13][Formula 13]

Figure 112008076001398-PAT00056
Figure 112008076001398-PAT00056

즉, 식 13의 탄성계수는 Cu/Ti 다층박막 중 Ti 위에 증착된 Cu의 탄성계수를 의미하는 것으로, 식 10의 폴리머 위에 올려진 Cu의 탄성계수와는 차이가 있다. That is, the elastic modulus of Equation 13 means the elastic modulus of Cu deposited on Ti in the Cu / Ti multilayer thin film, which is different from the elastic modulus of Cu on the polymer of Equation 10.

도 3은 경사코팅에 의한 증착된 박막의 두께 변화를 나타낸다. Ti 층은 시편 전체에 거의 일정한 두께로 증착되어 있으므로 전체적으로 일정한 값을 가지며, Cu 층만이 두께가 경사(gradient)적으로 증착되어 있다.Figure 3 shows the thickness change of the deposited thin film by the gradient coating. Since the Ti layer is deposited at a substantially constant thickness throughout the specimen, the Ti layer has a constant value as a whole, and only the Cu layer is deposited at a gradient thickness.

도 4는 경사코팅에 의하여 만들어진 박막의 두께에 따른 박막에 생긴 주름의 간격 변화를 나타낸다. 경사코팅되어 있는 Cu 층에서 주름의 간격이 Cu의 두께 증가에 따라서 증가하고 있다. 도 4를 통하여 Cu의 두께가 증가함에 따라서 주름의 간격도 증가함을 알 수 있다. Figure 4 shows the change in the gap of the wrinkles generated in the thin film according to the thickness of the thin film made by the slope coating. In the gradient-coated Cu layer, the spacing of wrinkles increases with increasing thickness of Cu. It can be seen from FIG. 4 that as the thickness of Cu increases, the spacing of wrinkles also increases.

도 5는 이러한 두께와 주름의 간격을 이용하여 얻어진 탄성계수의 변화를 나타낸다. 단일 Cu층이나 Cu/Ti 다층박막, Cu/Ti 다층박막 중 Cu 층 모두 Cu의 두께가 감소함에 따라 Cu층의 탄성계수가 증가함을 알 수 있다. 또한, Cu/Ti 다층박막 중 Cu 층의 탄성계수가 폴리머 위에 증착된 Cu 단일층의 탄성계수보다 큼을 알 수 있다. 즉, 같은 두께의 Cu 층이라도 탄성계수는 그 계면의 영향을 받음을 알 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 두 층의 복합층 뿐 만 아니라, 두 층 이상의 다층박막에서의 탄성계수도 구할 수 있다. Figure 5 shows the change in the elastic modulus obtained by using the thickness and the gap of the wrinkles. It can be seen that the modulus of elasticity of the Cu layer increases as the thickness of Cu decreases in the single Cu layer, the Cu / Ti multilayer thin film, and the Cu / Ti multilayer thin film. In addition, it can be seen that the modulus of elasticity of the Cu layer in the Cu / Ti multilayer thin film is larger than that of the Cu monolayer deposited on the polymer. That is, it can be seen that the elastic modulus is affected by the interface even with the Cu layer having the same thickness. Using this method, not only two composite layers but also elastic modulus in two or more multilayer thin films can be obtained.

이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다. In the above, the present invention has been described with reference to the illustrated examples, which are merely examples, and the present invention may be embodied in various modifications and other embodiments that are obvious to those skilled in the art. Understand that you can.

도 1은 Ti/PDMS, Cu/PDMS, Cu/Ti/PDMS 층의 주름 형상(a) 및 주름 간격에 대한 Fast Fourier transformation(FFT) 값들(b). 1 shows Fast Fourier transformation (FFT) values (b) for corrugation shape (a) and corrugation spacing of Ti / PDMS, Cu / PDMS, Cu / Ti / PDMS layer.

도 2는 점탄성 폴리머 위에 증착된 탄성박막의 주름 형상에 대한 개략도.Figure 2 is a schematic diagram of the wrinkle shape of the elastic thin film deposited on the viscoelastic polymer.

도 3은 경사코팅 시 코팅된 시편의 위치에 따른 Cu, Ti, Cu/Ti 박막층의 두께 변화 그래프.Figure 3 is a graph of the thickness change of the Cu, Ti, Cu / Ti thin film layer according to the position of the coated specimen during the gradient coating.

도 4는 Cu 박막층의 두께에 따른 Cu, Ti, Cu/Ti층에 발생하는 주름 간격 변화에 대한 그래프.Figure 4 is a graph of the wrinkle interval change occurring in the Cu, Ti, Cu / Ti layer according to the thickness of the Cu thin film layer.

도 5는 Cu 박막층의 두께에 따른 탄성 계수의 변화.5 is a change in the elastic modulus according to the thickness of the Cu thin film layer.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1: 탄성박막1: elastic thin film

2: 점탄성 폴리머2: viscoelastic polymer

3: 주름 간격3: wrinkle thickness

4: 외력4: external force

Claims (8)

기판 위에 다층박막이 형성된 다층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 다층박막 시료의 다층박막 표면에 주름을 형성하고;Applying a compressive stress to the multilayer thin film sample having the multilayer thin film formed on the substrate to form wrinkles on the surface of the multilayer thin film of the multilayer thin film sample; 상기 다층박막 표면에 형성된 주름의 간격(λmulti), 상기 다층박막의 총 두께(ttotal) 및 상기 기판의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00057
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 1에 대입하여 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00058
)를 구하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법.
Spacing of the wrinkles (λ multi ) formed on the surface of the multilayer thin film, the total thickness of the multilayer thin film (t total ), and the elastic modulus of the substrate (
Figure 112008076001398-PAT00057
) And substituting these values into the following Equation 1 gives the apparent modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00058
Method for measuring the elastic modulus of the multilayer thin film, characterized in that to obtain.
[식 1][Equation 1]
Figure 112008076001398-PAT00059
Figure 112008076001398-PAT00059
(여기서, α는 상수)Where α is a constant
제1항에 있어서, 상기 기판 위에 상기 다층박막을 구성하는 각 박막을 단일층으로 형성한 다수의 단층박막 시료에 각각 압축응력을 가하여 각 단층박막 시료의 단층박막 표면에 주름을 형성하고;The method according to claim 1, wherein a compressive stress is applied to each of the plurality of single layer thin film samples in which each thin film constituting the multilayer thin film is formed as a single layer on the substrate to form wrinkles on the single layer thin film surface of each single thin film sample; 상기 단층박막 표면에 형성된 주름의 간격(λn), 상기 단층박막의 두께(tn) 및 상기 기판의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00060
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 2에 대입하여 상기 단층박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00061
)를 구하며;
An interval of wrinkles (λ n ) formed on the surface of the single layer thin film, a thickness t n of the single layer thin film, and an elastic modulus of the substrate (
Figure 112008076001398-PAT00060
), And these values are substituted into Equation 2 below to give the modulus of elasticity
Figure 112008076001398-PAT00061
);
상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00062
)와, 상기 단층박막 각각의 탄성계수 중 특정 박막을 제외한 나머지 단층박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00063
)와, 상기 다층박막의 총 두께(ttotal)와, 상기 다층박막 내 각 박막의 두께(tn)를 하기 식 3 (두께에 대한 레버 룰(lever rule))에 대입하여 상기 다층박막 내에서의 상기 특정 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00064
)를 구하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법.
Apparent modulus of the multilayer thin film (
Figure 112008076001398-PAT00062
) And the modulus of elasticity of the other monolayer thin films except for a specific thin film among the modulus of each monolayer thin film (
Figure 112008076001398-PAT00063
), The total thickness (t total ) of the multilayer thin film, and the thickness (t n ) of each thin film in the multilayer thin film are substituted in the following equation 3 (lever rule for thickness) in the multilayer thin film. Modulus of elasticity of the specific thin film of
Figure 112008076001398-PAT00064
Method for measuring the elastic modulus of the multilayer thin film, characterized in that to obtain.
[식 2][Equation 2]
Figure 112008076001398-PAT00065
Figure 112008076001398-PAT00065
(여기서, α는 상수)Where α is a constant [식 3][Equation 3]
Figure 112008076001398-PAT00066
Figure 112008076001398-PAT00066
(여기서, k=(다층박막을 구성하는 박막의 수)-1 이고, En은 상기 특정 단층박막을 제외한 나머지 단층박막 중 어느 하나의 탄성계수,
Figure 112008076001398-PAT00067
은 다층박막 내 상기 특정 박막의 탄성계수)
(Where k = (number of thin films constituting the multilayer thin film) -1, En is an elastic modulus of any one of the remaining single thin films except for the specific single thin film,
Figure 112008076001398-PAT00067
Modulus of elasticity of the specific thin film in the silver multilayer film)
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축응력을 가하는 방법은,The method of claim 1 or 2, wherein the compressive stress is applied. 미리 인장된 상기 기판 위에 박막을 코팅한 후 인장력을 해제함으로써 상기 박막이 압축응력을 받게 하는 방법, 또는Coating the thin film on the pre-stretched substrate and then releasing the tensile force so that the thin film is subjected to compressive stress, or 인장력이 가해지지 않은 상기 기판 위에 박막을 코팅한 후 외부에서 압축응력을 가하는 방법인 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법. Method for measuring the modulus of elasticity of a multilayer thin film, characterized in that the method of applying a compressive stress from the outside after coating the thin film on the substrate is not applied to the tensile force. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은 폴리머인 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법. The method of measuring elastic modulus of a multilayer thin film according to claim 1 or 2, wherein the substrate is a polymer. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다층박막은 구리 박막과 티타늄 박막으로 구성되며, Cu/Ti/기판의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법. The method of measuring elastic modulus of a multilayer thin film according to claim 1 or 2, wherein the multilayer thin film is composed of a copper thin film and a titanium thin film, and has a laminated structure of Cu / Ti / substrate. 기판과, 이 기판 위에 일정 두께로 형성된 제1 박막과, 이 제1 박막 위에 두께를 달리 하여 형성된 제2 박막을 포함하는 다층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 다층박막 시료의 제2 박막 표면에 주름을 형성하고;Applying a compressive stress to a multilayer thin film sample comprising a substrate, a first thin film formed to a predetermined thickness on the substrate, and a second thin film formed to vary a thickness on the first thin film, thereby pleating the surface of the second thin film of the multilayer thin film sample. To form; 상기 제2 박막 표면 중 제1 두께지점에 형성된 주름의 간격(λmulti(p))과, 상기 제1 두께지점에서의 상기 다층박막의 총 두께(ttotal(p))와, 상기 기판의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00068
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 4에 대입하여 상기 제1 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00069
)를 구하며;
An interval λ multi (p) of wrinkles formed at a first thickness point of the second thin film surface, a total thickness t total (p) of the multilayer thin film at the first thickness point, and elasticity of the substrate Coefficient(
Figure 112008076001398-PAT00068
) And substituting these values into the following Equation 4 gives the apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film at the first thickness point (
Figure 112008076001398-PAT00069
);
상기 제2 박막 표면 중 상기 제1 두께지점을 제외한 다양한 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수를 하기 식 4를 이용하여 구하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법. Method for measuring the elastic modulus of the multilayer thin film, characterized in that it is repeated to obtain the apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film at various thickness points except the first thickness point of the second thin film surface. [식 4][Equation 4]
Figure 112008076001398-PAT00070
Figure 112008076001398-PAT00070
(여기서, α는 상수)Where α is a constant
제6항에 있어서, 상기 기판 위에 제1 박막을 단일층으로 형성한 단층박막 시료에 압축응력을 가하여 상기 단층박막 시료의 제1 박막 표면에 주름을 형성하고;7. The method of claim 6, wherein compressive stress is applied to the monolayer thin film sample having the first thin film formed on the substrate as a single layer to form wrinkles on the surface of the first thin film of the monolayer thin film sample; 상기 제1 박막 표면에 형성된 주름의 간격(λ1), 상기 제1 박막의 두께(t1) 및 상기 기판의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00071
)를 측정하고, 이들 값을 하기 식 5에 대입하여 상기 제1 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00072
)를 구하며;
An interval of wrinkles λ 1 formed on the surface of the first thin film, a thickness t 1 of the first thin film, and an elastic modulus of the substrate
Figure 112008076001398-PAT00071
), And these values are substituted into Equation 5 below to determine the elastic modulus of the first thin film (
Figure 112008076001398-PAT00072
);
임의의 두께지점에서의 상기 다층박막의 겉보기 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00073
)와, 상기 제1 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00074
)와, 상기 제1 박막의 두께(t1)와, 상기 임의의 두께지점에서의 상기 다층박막의 총 두께(ttotal(p)) 및 상기 제2 박막의 두께(t2(p))를 하기 식 6 (두께에 대한 레버 룰(lever rule))에 각각 대입하여, 상기 임의의 두께지점에서 상기 다층박막 내에서의 상기 제2 박막의 탄성계수(
Figure 112008076001398-PAT00075
)를 구하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법.
Apparent modulus of elasticity of the multilayer thin film at any thickness point
Figure 112008076001398-PAT00073
) And the elastic modulus of the first thin film (
Figure 112008076001398-PAT00074
), The thickness t 1 of the first thin film, the total thickness t total (p) of the multilayer thin film at the arbitrary thickness point, and the thickness t 2 (p) of the second thin film. The elastic modulus of the second thin film in the multilayer thin film at the predetermined thickness point is substituted by the following equation 6 (lever rule for thickness), respectively.
Figure 112008076001398-PAT00075
Method for measuring the elastic modulus of the multilayer thin film, characterized in that to obtain.
[식 5][Equation 5]
Figure 112008076001398-PAT00076
Figure 112008076001398-PAT00076
(여기서, α는 상수)Where α is a constant [식 6][Equation 6]
Figure 112008076001398-PAT00077
Figure 112008076001398-PAT00077
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 박막은 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 증가하도록 경사코팅하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 탄성계수 측정 방법.  The method of measuring elastic modulus of a multilayer thin film according to claim 6 or 7, wherein the second thin film is inclined coated to increase in thickness from one side to the other side.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160119393A (en) * 2015-04-03 2016-10-13 연세대학교 산학협력단 Apparatus and method for assessment of flexible multi-layered thin film

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