KR20140126842A - Method for forming transparent electrode and the transparent electrode, light-emitting diode and optical device including it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 투명전극 형성방법과 그 투명전극 및 이를 포함하는 발광다이오드와 광학소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지지 기판이나 광학소자 위에 접촉층, 금속층, 금속 산화물층을 순차적으로 적층하는 투명전극 형성방법과 그 투명전극 및 이를 포함하는 발광다이오드와 광학소자에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent electrode forming method, a transparent electrode, and a light emitting diode and an optical element including the transparent electrode. More particularly, the present invention relates to a transparent electrode forming a contact layer, a metal layer and a metal oxide layer on a support substrate or an optical element A transparent electrode, and a light emitting diode and an optical element including the same.
백색광원 GaN(질화갈륨) LED는 긴 수명, 소형화, 경량화 가능, 빛의 지향성이 강하고 저전압 구동이 가능하며 또한 예열 시간과 복잡한 구동회로가 필요하지 않고 충격 및 진동에 강하기 때문에, 다양한 형태의 고품격 조명 시스템의 구현이 가능하여 향후 10년 이내에 백열등, 형광등, 수은등과 기존의 백색 광원을 대체할 것으로 기대되어 많은 연구가 진행되고 있다.White light source GaN (Gallium Nitride) LED has long life, small size, light weight, strong directivity of light, low voltage drive, and it does not require preheating time and complicated drive circuit and is resistant to shock and vibration. System, it is expected to replace incandescent lamps, fluorescent lamps, mercury lamps and conventional white light sources within the next 10 years, and many studies are underway.
이 GaN LED가 기존의 수은등이나 형광등을 대체하여 백색광원으로서 쓰이기 위해서는 발광효율 향상 및 제조단가를 낮춤으로 인해 가격당 발광량을 증가시켜야 한다.In order to replace the conventional mercury lamp or fluorescent lamp as a white light source, the GaN LED needs to increase the amount of light emitted per unit price by improving the luminous efficiency and lowering the manufacturing cost.
이를 해결하기 위한 방법 중 하나가 우수한 성능의 투명전극 형성을 통해 빛의 손실없이 외부로 빛을 발산하는 것이다.One of the ways to solve this problem is to emit light to the outside without loss of light through formation of a transparent electrode having excellent performance.
이 밖에도 고성능 투명전극은 유기발광 다이오드 및 태양전지와 같은 여러 분야의 광학소자에서도 반드시 필요하다.In addition, high-performance transparent electrodes are indispensable for optical devices in various fields such as organic light emitting diodes and solar cells.
상기 투명전극으로는 일반적으로 투과도가 높고 전기 전도도가 우수한 ITO가 널리 사용되나 ITO는 스퍼터링(sputtering), 전자선증착법(e-beam)과 같은 고에너지 공정에 의하여 제조되므로, 하부에 위치하는 반도체 물질이나 유기층 물질에 손상을 줄 수 있다.As the transparent electrode, ITO having high transparency and excellent electric conductivity is widely used. However, since ITO is manufactured by a high energy process such as sputtering or electron beam deposition (e-beam), a semiconductor material It may damage the organic layer material.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 대한민국 공개특허 제2007-0069314호에서는 열증착이 가능한 알칼리 금속과 Ag를 접합시킨 Ca/Ag 전극, Ba/Ag 전극, Mg/Ag 전극구조를 사용하여 높은 광투과도 및 우수한 전기 전도도 특성의 투명 전극을 제조하는 방법을 개시하고 있다.In order to solve such a problem, Korean Patent Publication No. 2007-0069314 discloses a method of forming a thin film using a Ca / Ag electrode, a Ba / Ag electrode, and a Mg / Ag electrode structure in which an alkali metal and Ag capable of thermal deposition are bonded, Discloses a method of manufacturing a transparent electrode having electrical conductivity characteristics.
그런데 이와 같은 알칼리 금속의 경우 수분과 산소의 침투에 취약하여 소자의 수명특성 및 안정성이 떨어질 수 있다.However, in the case of such an alkali metal, since it is vulnerable to penetration of moisture and oxygen, lifetime characteristics and stability of the device may be deteriorated.
또한, 대한민국 공개특허 제2009-0105316호에서는 금속산화물-금속 복합구조의 투명 전극구조를 개시하고 있는데, 이는 금속산화물/금속/금속산화물의 다층 박막을 열증착 방법으로 형성하여 높은 광투과도 및 우수한 전기 전도도 특성의 투명 전극을 제조하는 방법이다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0105316 discloses a transparent electrode structure of a metal oxide-metal composite structure, which forms a multilayer thin film of a metal oxide / metal / metal oxide by a thermal deposition method, Thereby forming a transparent electrode having conductivity characteristics.
이 경우 열증착 방법을 이용하기 때문에 반도체층이나 유기층의 열화를 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 금속산화물의 페르미 준위가 반도체층의 준위와 일치하지 않아 전하 주입 특성을 저하시켜 소자의 효율을 떨어뜨리는 문제점을 일으키게 된다.However, since the Fermi level of the metal oxide does not coincide with the level of the semiconductor layer, the charge injection characteristic is lowered, thereby decreasing the efficiency of the device. In this case, .
또한, 높은 투과도와 함께 낮은 면저항을 갖는 투명전극을 얻기 위해 다층의 금속산화물 금속 복합구조에서 금속층의 물질로 주로 Ag 계열을 사용하게 된다.Further, in order to obtain a transparent electrode having a low sheet resistance together with a high transmittance, an Ag system is mainly used as a metal layer material in a multi-layered metal oxide-metal composite structure.
즉, 고성능의 투명전극은 높은 투과도와 함께 낮은 면저항을 동시에 가지고 있어야 하지만 높은 투과도와 함께 낮은 면저항은 금속층의 두께에 대하여 반비례 관계를 갖는 문제가 있다.That is, a high-performance transparent electrode must have a high transmittance and a low sheet resistance at the same time, but there is a problem that a low sheet resistance with a high transmittance has an inverse relationship with a thickness of a metal layer.
이 금속층의 물질로 가장 낮은 면저항을 갖는 금속인 Ag이 사용되고 있지만, Ag 계열의 물질은 얇은 두께에서 아일랜드(island) 성장으로 인하여 도메인이 떨어지게 되고 결국 높은 면저항을 갖는다.As the material of this metal layer, Ag, which is the metal having the lowest sheet resistance, is used, but the Ag-based material has a domain which is lowered due to island growth at a thin thickness and eventually has a high sheet resistance.
좀 더 상세히 설명하면 상기 Ag를 이용하여 80% 이상의 높은 투과도를 갖는 투명전극을 얻기 위해서는 100Å(옹스트롬) 이하의 두께에서 사용하여야 하지만, 이러한 경우 Ag의 아일랜드 성장모드로 인하여 도메인 사이가 분리되어 면저항이 급격하게 증가하는 문제점이 있었다.More specifically, in order to obtain a transparent electrode having a high transmittance of 80% or more by using the Ag, it is necessary to use the Ag at a thickness of 100 angstroms or less. In this case, the island- There has been a problem of a sudden increase.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구개발된 것으로 접촉층 / 금속층 / 금속 산화물층의 다층 박막 구조를 이용해 낮은 전기저항, 높은 광투과율을 가지면서 발광층으로의 전하 주입이 용이한 투명전극 형성방법과 그 투명전극 및 이를 포함하는 발광다이오드와 광학소자를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been researched and developed to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a transparent electrode having a low electrical resistance and high light transmittance and easy charge injection into a light emitting layer by using a multilayer thin film structure of a contact layer / metal layer / A transparent electrode, and a light emitting diode and an optical element including the same.
또한, 본 발명이 제공하고자 하는 다른 목적은 다층 투명전극 구조에서 금속층의 두께를 100Å 이하로 유지하면서 낮은 면저항을 갖는 투명전극 형성방법과 그 투명전극 및 이를 포함하는 발광다이오드와 광학소자를 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a transparent electrode having a low sheet resistance while maintaining the thickness of a metal layer at 100 Å or less in a multilayer transparent electrode structure, a transparent electrode, and a light emitting diode and an optical element including the same. There is a purpose.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 지지 기판이나 광학소자 위에 접촉층, 금속층, 금속 산화물층을 순차적으로 적층하되, 상기 금속층을 이루는 Ag 박막에 소량의 도판트를 첨가하여 Ag 박막의 성장 모드를 아일랜드(island) 성장 모드에서 레이어-바이-레이어(Layer-by-Layer(LbL)) 성장 모드로 변화시킨다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of manufacturing a thin-film solar cell, comprising: laminating a contact layer, a metal layer, and a metal oxide layer on a support substrate or an optical element in sequence, wherein a small amount of dopant is added to the Ag thin film constituting the metal layer, And changes from island growth mode to layer-by-layer (LbL) growth mode.
본 발명에 따르면 소량의 첨가물을 통하여 Ag 박막의 성장 모드를 아일랜드(island) 성장 모드에서 레이어-바이-레이어(Layer-by-Layer(LbL)) 성장 모드로 바꿔줌으로 인하여, 높은 투과도를 갖고 낮은 두께의 금속층에서도 도메인 사이가 연결되어 낮은 면저항을 갖는 금속층 생성 방법을 제시하고, 이를 통해 높은 광추출 효율을 갖으며 전류 주입을 원활히 할 수 있다.According to the present invention, since the growth mode of the Ag thin film is changed from the island growth mode to the layer-by-layer (LbL) growth mode through a small amount of additive, The present invention also provides a method of forming a metal layer having a low sheet resistance by connecting the domains to each other in a thick metal layer, thereby achieving high light extraction efficiency and current injection smoothly.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에서 제시하는 투명전극이 구비된 무기반도체 발광다이오드, 유기 발광다이오드 및 태양전지의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 투명전극의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 투명전극에서 금속층 물질로 Ag를 사용한 경우 Ag 박막의 두께에 따른 면저항과 및 투과도를 나타내는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따라 Ag 박막을 증착한 경우의 표면형상 및 면저항을 나타낸 것으로 도판트의 함유 유무에 따른 비교 결과를 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 Ag 박막을 증착한 경우의 X-ray 회절 결과를 나타낸 것으로 도판트의 함유 유무에 따른 비교 결과를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 첨가된 도판트에 따른 Ag 박막의 굴절률과 흡수계수를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 450nm에서 최고의 투과도를 갖는 Ag 금속층 및 MoO3금속산화물층의 두께를 나타내는 것으로 도판트의 함유 유무에 따른 비교 결과를 보여준다.FIGS. 1A to 1C are views showing structures of an inorganic semiconductor light emitting diode, an organic light emitting diode, and a solar cell having a transparent electrode according to the present invention.
2A and 2B are views illustrating a structure of a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are graphs showing sheet resistance and transmittance according to the thickness of an Ag thin film when Ag is used as a metal layer material in a transparent electrode formed according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4C show the surface morphology and sheet resistance of the Ag thin film deposited according to the embodiment of the present invention, and show the results of comparison according to the presence or absence of the dopant.
FIG. 5 shows X-ray diffraction results when an Ag thin film is deposited according to an embodiment of the present invention, and shows a result of comparison according to presence or absence of a dopant.
FIG. 6 is a graph showing refractive indexes and absorption coefficients of an Ag thin film according to dopants added according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 shows the thicknesses of the Ag metal layer and the MoO 3 metal oxide layer having the highest transmittance at 450 nm according to the present invention, and shows a comparison result according to the presence or absence of the dopant.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 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.Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.
아래의 도면에서 막(층) 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장된 것이다.
In the following figures, the size or thickness of the film (s) or regions is exaggerated for clarity of description.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에서 제시하는 투명전극이 구비된 무기반도체 발광다이오드, 유기 발광다이오드 및 태양전지의 구조를 나타내는 도면이다.FIGS. 1A to 1C are views showing structures of an inorganic semiconductor light emitting diode, an organic light emitting diode, and a solar cell having a transparent electrode according to the present invention.
도 1a의 무기반도체 발광다이오드(10)는 기판(11) 위에 n형 무기반도체(12), 무기 발광층(13), p형 무기반도체(14) 및 투명전극(15)이 차례로 적층되어 형성된다.The inorganic semiconductor
도 1b의 유기 발광다이오드(20)는 기판(21) 위에 양극(22), 유기반도체층(23) 및 투명전극(24)이 차례로 적층되어 형성되고, 상기 유기반도체층(23)은 일반적으로 정공 주입층(23a), 정공 수송층(23b), 유기 발광층(23c), 정공 방지층(23d), 전자 수송층(23e)이 차례로 적층되어 형성된다.The organic
도 1c의 태양전지(30)는 기판(31) 위에 광 산란층(32), 투명전극(33), 광 활성층(34) 및 전극(35)이 차례로 적층되어 형성된다.
The
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 투명전극의 구조를 나타내는 도면이다.2A and 2B are views illustrating a structure of a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
도 2a에서 지지층(40) 위에 접촉층(52), 금속층(54), 금속 산화물층(56)을 순차적으로 적층하여 투명전극(50)을 형성한다.2A, a
상기 투명전극 형성방법을 상세히 설명하면, 먼저, 상기 지지층(40) 위에 접촉층(52)을 열증착 공정을 이용하여 형성하거나, 전자빔 증착 공정 또는 스퍼터 공정을 이용하여 형성한다.First, a
여기서 상기 지지층(40)은 도 1a에 나타낸 p형 무기반도체(42), 도 1b에 나타낸 유기반도체층(23), 도 1c에 나타낸 광 산란층(32)이 될 수 있다.Here, the supporting
상기 접촉층(52)은 Ni, Ti, Pt, Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하여 구성된다.The
또한, 상기 접촉층(52)의 두께는 1Å 미만인 경우 접촉층을 형성하기 힘들고, 10Å 이상인 경우 투과도가 급격히 낮아지게 되어 접촉층(52)의 두께를 1 ~ 10Å이 되도록 하는 것이 바람직하다.If the thickness of the
다음 상기 접촉층(52) 위에 금속층(54)을 열증착 공정을 이용하여 형성하거나, 전자빔 증착 공정 또는 스퍼터 공정을 이용하여 형성한다.Next, a
이때 상기 금속층(54)은 Ag와 함께 도판트 물질인 Mg, Ti, Cu, In 또는 이들의 합금으로 이루어진다.At this time, the
또한, 상기 금속층(54)의 두께는 10Å 미만인 경우 굴절률 매칭에 의한 높은 투과도를 갖기 어렵고, 100Å 초과인 경우 투과도가 급격히 감소하게 되어 금속층(54)의 두께를 10 ~ 100Å이 되도록 하는 것이 바람직하다.When the thickness of the
또한, 상기 Ag에 첨가되는 도판트의 양은 0.1 wt.% 미만인 경우 도판트의 의한 연속적인 Ag 박막층을 형성하기 힘들고, 10 wt.% 초과인 경우 Ag 계열 합금의 굴절률 및 흡수계수의 큰 차이로 인해 굴절률 매칭에 의한 높은 투과도를 갖기 어려워, Ag에 첨가되는 도판트의 양은 0.1 ~ 10 wt.%이 되도록 하는 것이 바람직하다.If the amount of the dopant added to the Ag is less than 0.1 wt.%, It is difficult to form a continuous Ag thin film layer by the dopant. When the amount of the dopant is more than 10 wt.%, The refractive index and the absorption coefficient of the Ag- It is difficult to have a high transmittance due to the refractive index matching, and the amount of the dopant added to Ag is preferably 0.1 to 10 wt.%.
또한, 상기 금속층(54)의 면저항은 100Å 이하의 두께에서 10Ω/sq 이하가 된다.The sheet resistance of the
다음 상기 금속층(54) 위에 금속 산화물층(56)을 열증착 공정을 이용하여 형성하거나, 전자빔 증착 공정 또는 스퍼터 공정을 이용하여 형성한다.Next, a
이때 상기 금속 산화물층(56)은 MoOx, WOx, VOx, NiOx 및 RuOx로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다.The
또한, 상기 금속 산화물의 산소 함량(x)은 1 ~ 10이 되도록 한다.
Also, the oxygen content (x) of the metal oxide is 1 to 10.
<실시예><Examples>
상술한 투명전극 형성방법의 구체적인 실시예에서는 상기 지지층(40)으로서 질화갈륨계 반도체층을 이용한다.In the specific embodiment of the transparent electrode forming method described above, a gallium nitride-based semiconductor layer is used as the
질화갈륨계 반도체 기판을 제작하기 위해서는 유기금속화학기상 증착(MOCVD)을 이용하여 사파이어 기판 위에 증착된 질화갈륨 반도체를 염산수용액(염산: 탈이온수 = 1:1)에 10분 동안 담근 후 탈이온수로 세척하고, 질소로 건조하는 표면처리과정을 거친다.In order to fabricate a gallium nitride semiconductor substrate, a gallium nitride semiconductor deposited on a sapphire substrate was dipped in an aqueous hydrochloric acid solution (hydrochloric acid: deionized water = 1: 1) for 10 minutes using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) Washed, and dried with nitrogen.
그 후 질화갈륨계 반도체층 위에 전자빔 증착 방식을 이용하여 Ag, Ag(Mg), Ag(Ti)를 100Å 두께 증착하여 금속층(54)을 형성한다.Ag, Ag (Mg), and Ag (Ti) are then deposited on the gallium nitride semiconductor layer to a thickness of 100 Å by electron beam evaporation to form the
이때, 10-6Torr 이하의 진공도에서 금속층(54)을 증착하며 1Å/s의 속도로 증착한다.At this time, the
상기 Ag(Mg) 및 Ag(Ti) 합금은 한 도가니 안에 3 wt.%의 Mg 및 Ti를 Ag에 첨가한 후 전자빔을 조사하여 형성한다.The Ag (Mg) and Ag (Ti) alloys are formed by adding 3 wt.% Mg and Ti to Ag in a crucible and then irradiating with electron beam.
그 후 열증착 방법을 이용하여 MoO3를 35nm 증착하여 금속 산화물층(56)을 형성한다.Thereafter, a
이때, 10-6Torr 이하의 진공도에서 금속 산화물층(56)을 증착하며 0.8Å/s의 속도로 증착한다.
At this time, the
도 2b에서는 도 2a의 접촉층(52)과 금속층(54) 사이에 또 다른 금속 산화물층(58)을 열증착 공정을 이용하여 형성하거나, 전자빔 증착 공정 또는 스퍼터 공정을 이용하여 형성한다.
In FIG. 2B, another
도 2a 및 도 2b에서와 같이 금속층(54) 위에 금속 산화물층(56)이 적층되는 투명전극(50)의 구조를 이용하여 제로 반사조건(zero reflection condition)에 해당하는 임피던스 값을 가지게 되어 투과도를 향상시킬 수 있다.
2A and 2B, the
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 투명전극에서 금속층 물질로 Ag를 사용한 경우 Ag 박막의 두께에 따른 면저항과 및 투과도를 나타내는 그래프이다.3A and 3B are graphs showing sheet resistance and transmittance according to the thickness of an Ag thin film when Ag is used as a metal layer material in a transparent electrode formed according to an embodiment of the present invention.
도 3a에서 도판트가 함유되지 않은 Ag 박막의 경우 LbL 성장이 아닌 아일랜드 성장 방식으로 박막 성장이 진행되기에 매우 얇은 두께에서는 면저항이 10Ω/sq 이상으로 높지만, Ag 박막의 두께가 증가할수록 면저항이 낮아지게 된다.In the case of the Ag thin film not containing the dopant in FIG. 3A, since the thin film growth proceeds by the island growth method rather than the LbL growth, the sheet resistance is higher than 10? / Sq at the very thin thickness, .
하지만, 도 3b에서 Ag 박막의 두께가 증가함에 따라 광투과도는 450nm 파장에서 약 78%에서 20% 이하까지 급격하게 감소하는 단점을 가진다.
However, in FIG. 3B, as the thickness of the Ag thin film increases, the light transmittance sharply decreases from about 78% to less than 20% at a wavelength of 450 nm.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따라 Ag 박막을 증착한 경우의 표면형상 및 면저항을 나타낸 것으로 도판트의 함유 유무에 따른 비교 결과를 보여준다.FIGS. 4A to 4C show the surface morphology and sheet resistance of the Ag thin film deposited according to the embodiment of the present invention, and show the results of comparison according to the presence or absence of the dopant.
도 4a에서 Ag 박막을 100Å 증착하였을 경우 아일랜드 성장으로 인해 Ag 박막의 형상이 도메인별로 떨어져 있는 것을 볼 수 있으며, 이러한 이유로 인하여 면저항이 0.274kΩ/sq인 것을 알 수 있다.In FIG. 4A, when the Ag thin film is deposited to 100Å, the shape of the Ag thin film is separated from the domain due to the island growth. As a result, it can be seen that the sheet resistance is 0.274kΩ / sq.
반면 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 Mg 및 Ti와 같은 도판트가 3 wt.% 함유된 경우 Ag 박막의 성장 모드가 LbL 성장으로 진행되어 표면이 평탄한 것을 볼 수 있다.On the other hand, as shown in FIGS. 4B and 4C, when the dopant such as Mg and Ti is contained at 3 wt.%, The growth mode of the Ag thin film progresses to LbL growth and the surface is flat.
또한, 면저항 역시 10Ω/sq 이하로 도메인들끼리 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.Also, it can be confirmed that domains are connected to each other with a sheet resistance of 10? / Sq or less.
상기 금속층(54)을 질화갈륨계 반도체층 위에 증착하여 질화갈륨계 반도체에서부터 진행된 일부 홀들이 존재하고 있는 것을 확인할 수 있다.
The
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 Ag 박막을 증착한 경우의 X-ray 회절 결과를 나타낸 것으로 도판트의 함유 유무에 따른 비교 결과를 보여준다.FIG. 5 shows X-ray diffraction results when an Ag thin film is deposited according to an embodiment of the present invention, and shows a result of comparison according to presence or absence of a dopant.
특히 질화갈륨계 반도체층 위에 Ag 박막 및 Mg, Ti가 3 wt.% 첨가된 Ag 박막을 100Å 증착하였을 때 X-ray 회절 결과를 나타낸다.In particular, X-ray diffraction results are shown when Ag thin film and Ag thin film doped with 3 wt.% Of Mg and Ti are deposited 100 Å on gallium-based semiconductor layer.
이중 2Θ(theta)의 위치는 약 37°부근의 회절 피크(diffraction peak)가 Ag (111) 피크인 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the diffraction peak near 37 ° of the 2θ (theta) position is the Ag (111) peak.
Ag (111) 면은 다결정(Poly-crystalline) Ag 박막 중에서 가장 표면에너지가 낮은 면이기에 주로 (111) 면으로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있다.The Ag (111) surface is the lowest surface energy of the poly-crystalline Ag thin film, and it can be confirmed that it is mainly composed of the (111) surface.
하지만, Mg 및 Ti 도판트가 첨가되는 경우 Ag (111) 회절 피크의 위치가 상당히 다른 점을 알 수 있다.However, it can be seen that the position of the Ag (111) diffraction peak is significantly different when Mg and Ti dopants are added.
Ag만 증착된 경우 Ag (111) 면의 형성에 있어 응력(stress)이 작았지만 도판트가 함유된 경우 Ag (111)의 피크 위치가 상당히 높은 2Θ 위치에 존재하는 것을 확인할 수 있고, 이는 상당량의 압축 응력(compressive stress)이 Ag 박막 내에 존재하고 있는 것을 의미한다.In the case of Ag deposition, the stress on the formation of the Ag (111) plane was small, but when the dopant was contained, the peak position of the Ag (111) was observed at a significantly high 2Θ position. Which means that compressive stress is present in the Ag thin film.
이는 도 4와 연관지었을 때, 증착시 다결정으로 존재하는 Ag 박막은 표면에너지가 낮은 (111) 면으로 원자들의 이동이 생기면서 아일랜드 형태의 도메인이 형성되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the Ag thin film, which is present as a polycrystalline film when depositing, forms an island-shaped domain due to the migration of atoms to the (111) surface with low surface energy.
하지만, 도판트가 함유된 경우, Ag 박막 내부의 압축 응력으로 인해 원자들이 쉽게 이동하지 못해 LbL 성장한다.
However, when the dopant is contained, the atoms can not migrate easily due to the compressive stress inside the Ag thin film and grow LbL.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 첨가된 도판트에 따른 Ag 박막의 굴절률과 흡수계수를 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing refractive indexes and absorption coefficients of an Ag thin film according to dopants added according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 wt.%의 도판트가 Ag 박막에 함유된 경우, 도 6의 좌측에 나타낸 굴절률은 500nm 이하의 파장에서는 Ag와 비슷한 값을 나타내는 반면 500nm 이상의 파장에서는 Ag 박막보다 0.3 낮은 굴절률 값을 갖는 것을 알 수 있다.When 3 wt.% Of the dopant is contained in the Ag thin film, the refractive index shown in the left side of FIG. 6 shows a value similar to that of Ag at a wavelength of 500 nm or less, while it has a refractive index of 0.3 lower than that of the Ag thin film at a wavelength of 500 nm or more .
반면에 도 6의 우측에 나타낸 흡수계수(k)는 모든 파장 범위에서 도판트의 함유 여부에 상관없이 비슷한 값을 보이는 것을 알 수 있다.
On the other hand, it can be seen that the absorption coefficient (k) shown on the right side of FIG. 6 shows a similar value regardless of the presence or absence of the dopant in all the wavelength ranges.
도 7은 본 발명에 따라 450nm에서 최고의 투과도를 갖는 Ag 금속층 및 MoO3금속산화물층의 두께를 나타내는 것으로 도판트의 함유 유무에 따른 비교 결과를 보여준다.FIG. 7 shows the thicknesses of the Ag metal layer and the MoO 3 metal oxide layer having the highest transmittance at 450 nm according to the present invention, and shows a comparison result according to the presence or absence of the dopant.
질화갈륨계 반도체층을 지지층(40)으로 사용하며, 도판트를 첨가하지 않을 때뿐만 아니라 Mg 및 Ti를 첨가하였을 경우에도 약 98%의 높은 투과도를 갖는 광학효과를 얻을 수 있고, LbL 성장으로 인해 낮은 면저항을 갖는 투명전극(50)을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
Based semiconductor layer is used as the
이상에서와 같이 본 발명에서는 Ag 박막에 소량의 첨가물(도판트)을 이용하여 Ag 박막의 성장 모드를 변화시킨다.As described above, in the present invention, a small amount of dopant (dopant) is used in the Ag thin film to change the growth mode of the Ag thin film.
이때 높은 에너지를 갖고 증착되는 Ag 원자들은 기판에 증착 또는 흡착이 일어난 후, 자체적으로 가지고 있는 에너지로 인하여 가장 안정한 사이트(site)로 이동이 진행된다.At this time, the Ag atoms that are deposited with a high energy are moved to the most stable site due to the energy of their own after deposition or adsorption on the substrate.
특히, 다결정으로 증착하게 된 Ag 박막은 가장 낮은 표면 에너지를 갖는 (111) 면으로 이동을 진행하게 되고 소스로부터 분리될 때 갖고 있는 자체에너지가 추진력(driving force)으로 작용하여 대량 수송(mass-transport) 현상이 일어난다.Particularly, the Ag thin film deposited by the polycrystallization proceeds to the (111) plane having the lowest surface energy and its own energy when it is separated from the source acts as a driving force, ) Phenomenon occurs.
이에 의해 증착 초기단계에서는 (111) 면에 의한 아일랜드 성장 모드로 진행된다.Thus, in the initial stage of the deposition, the (111) plane grows into the island growth mode.
하지만, Ag 보다 더 낮은 산소 화학 포텐셜(oxygen chemical potential)을 갖는 Mg 또는 Ti 원자가 같이 증착될 경우 증착 도중 Mg-O 또는 Ti-O 화학 결합(chemical bonding)이 형성되고, 다결정 Ag 박막 내부에서 금속 - 산소 결합에 의한 부피 팽창으로 인하여 Ag 박막 내부에는 압축 응력이 가해진다.However, when Mg or Ti atoms having a lower oxygen chemical potential than Ag are deposited together, Mg-O or Ti-O chemical bonding is formed during the deposition and the metal- Due to the volume expansion due to oxygen bonding, compressive stress is applied inside the Ag thin film.
이러한 이유로 Ag 원자의 확산 현상이 줄어들게 되고 LbL 모드로 Ag 계열의 박막이 성장된다.For this reason, diffusion of Ag atoms is reduced and Ag-type thin films are grown in LbL mode.
따라서 낮은 두께에서도 Ag 박막의 도메인들이 연결되어 낮은 면저항을 갖는 금속층을 형성할 수 있고 이를 이용하여 고성능의 투명전극 및 광학 소자를 제작할 수 있게 된다.
Therefore, the domains of the Ag thin film can be connected even at a low thickness to form a metal layer having a low sheet resistance, and high-performance transparent electrodes and optical elements can be manufactured using the metal layer.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.
40: 지지층 50: 투명전극
52: 접촉층 54: 금속층
56,58: 금속 산화물층40: support layer 50: transparent electrode
52: contact layer 54: metal layer
56, 58: metal oxide layer
Claims (14)
상기 금속층 위에 제1금속 산화물층을 형성하는 단계; 를 포함하는 투명전극 형성방법.Forming a metal layer made of Ag and a dopant material such as Mg, Ti, Cu, In, or an alloy thereof on a supporting layer such as a semiconductor layer; And
Forming a first metal oxide layer on the metal layer; And forming a transparent electrode.
상기 금속층을 형성하기 이전에 지지층 위에 접촉층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.The method according to claim 1,
Further comprising forming a contact layer on the support layer before forming the metal layer.
상기 금속층을 형성하기 이전에 접촉층 위에 제2금속 산화물층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법. 3. The method of claim 2,
Further comprising forming a second metal oxide layer on the contact layer prior to forming the metal layer.
상기 접촉층, 금속층 및 제1금속 산화물층을 열증착 공정, 전자빔 증착 공정 또는 스퍼터 공정을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.3. The method of claim 2,
Wherein the contact layer, the metal layer, and the first metal oxide layer are formed by a thermal evaporation process, an electron beam evaporation process, or a sputter process.
상기 접촉층은 Ni, Ti, Pt, Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.3. The method of claim 2,
Wherein the contact layer includes at least one selected from the group consisting of Ni, Ti, Pt, and Cr.
상기 접촉층의 두께는 1 ~ 10Å인 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.3. The method of claim 2,
Wherein the thickness of the contact layer is 1 to 10 angstroms.
상기 Ag에 첨가되는 도판트의 양은 0.1 ~ 10 wt.%인 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the amount of the dopant added to the Ag is 0.1 to 10 wt%.
상기 금속층의 면저항은 100Å 이하의 두께에서 10Ω/sq 이하인 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.8. The method of claim 7,
Wherein the metal layer has a sheet resistance of 10 Ω / sq or less at a thickness of 100 Å or less.
상기 금속층의 두께는 10 ~ 100Å인 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal layer has a thickness of 10 to 100 ANGSTROM.
상기 제1금속 산화물층은 MoOx, WOx, VOx, NiOx 및 RuOx로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the first metal oxide layer comprises at least one selected from the group consisting of MoOx, WOx, VOx, NiOx and RuOx.
상기 제1금속 산화물의 산소 함량(x)은 1 ~ 10인 것을 특징으로 하는 투명전극 형성방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first metal oxide has an oxygen content (x) of 1 to 10.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E601 | Decision to refuse application |