WO2013081347A1 - 유연성 소자용 부재 및 그 제조방법 - Google Patents

유연성 소자용 부재 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2013081347A1
WO2013081347A1 PCT/KR2012/010055 KR2012010055W WO2013081347A1 WO 2013081347 A1 WO2013081347 A1 WO 2013081347A1 KR 2012010055 W KR2012010055 W KR 2012010055W WO 2013081347 A1 WO2013081347 A1 WO 2013081347A1
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nano
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metal electrode
metal
pillars
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주영창
최인석
문명운
김병준
정민석
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서울대학교산학협력단
한국과학기술연구원
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a flexible element member and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flexible element member having a metal electrode and a method of manufacturing the same.
  • This structure increases the degree of deformation by using an extra strain structure that lowers the local instability of the metal electrode. While these structures allow more than 50% of deformation, the actual failure of the flexible device will appear in small but repeated deformation conditions that are lower than the breaking strain. Stability against fatigue failure of metal electrodes is a very important issue. In fact, the bent or folded cell phone should guarantee more than 1 million deformations. As such, the stability of metal electrodes in flexible devices must be addressed for actual production.
  • Fatigue failure is a mode of failure where the material occurs under cyclic loading conditions.
  • the fatigue failure behavior of a metal thin film can be classified into two types, crack formation and crack propagation.
  • Crack formation is associated with the displacement of dislocations under cyclic deformation. Dislocation movement creates protrusions, such as extrusion or intrusion, which causes localized stress concentrations, which in turn cause crack formation.
  • protrusions such as extrusion or intrusion
  • propagation of cracks follows, which greatly increases the resistance of the metal electrode. Therefore, there is a need for a technique capable of controlling crack formation and propagation.
  • the present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal electrode having a new concept of nanostructure in order to increase fatigue resistance.
  • problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • a member for a flexible device comprising a metal electrode, formed on the substrate and comprising at least one nanohole.
  • the substrate may include a substrate on which at least one nano pillar is formed, and the nano pillar may pass through the nano hole.
  • the nano pillars may extend upward from the upper surface of the substrate while being integral with the substrate.
  • the metal electrode may be a plate-shaped metal electrode formed on the front surface of the substrate.
  • the nano pillars may be spaced apart from sidewalls of the nano holes.
  • the substrate and the nano pillars may include polyimide, and the metal electrode may include copper.
  • the at least one nano pillar may include a plurality of nano pillars, and the at least one nano hole may include a plurality of nano holes.
  • each of the plurality of nano pillars may penetrate each of the plurality of nano holes.
  • the metal electrode may include a metal composed of a plurality of crystal grains, and at least one crystal grain of the plurality of crystal grains may include the at least one nanohole.
  • the metal electrode may include a metal composed of a plurality of crystal grains, and the at least one nanohole may be formed between the plurality of crystal grains.
  • the metal electrode includes a metal composed of a plurality of crystal grains, and an average size of the crystal grains may correspond to an average separation distance between the adjacent nanoholes.
  • the metal electrode may include a metal composed of a plurality of crystal grains, and the average size of the crystal grains may correspond to an average separation distance between the adjacent nano pillars.
  • the average thickness and average height of the nano pillars and the average separation distance between the adjacent nano pillars may be several tens of nanometers to several hundred nanometers.
  • the providing of the substrate may include providing the substrate on which at least one nano pillar is formed, wherein the substrate includes at least one nano hole.
  • the forming of the metal electrode may include forming a metal electrode on the substrate, the metal electrode including at least one nanohole through which the nano pillars penetrate.
  • the providing of the substrate on which the at least one nano pillar is formed includes: preparing a substrate having a flat top surface; And forming the at least one nano pillar by etching a portion of the upper portion of the substrate having the flat top surface.
  • a metal electrode on the substrate, the metal electrode including at least one or more nano holes through which the nano pillars penetrate, in a thermal evaporation process on the substrate.
  • the thermal evaporation process may be performed under conditions in which an overhang of the metal may be formed on the top of the nano pillars.
  • a metal electrode on the substrate including the at least one nanohole through which the nano-pillar, protrudes to the upper surface of the metal electrode among the nano-pillar. It may be further provided; removing a portion to be.
  • the providing of the substrate on which the at least one nano pillar is formed may include preparing a substrate having a flat top surface; And growing the at least one nano pillar on the substrate having the flat top surface.
  • the nano-hole structure of the metal electrode can prevent electrical or mechanical breakage during repeated bending deformation of the metal thin film.
  • the nano-hole structure of the metal electrode acts as an absorbing layer to reduce stress induction, thereby inhibiting crack formation by plastic deformation and blunting crack tips to delay crack propagation.
  • copper electrodes containing nanoholes can be bent in any direction and can withstand both tensile and compressive stresses. Nanohole structured copper electrodes dramatically improve electrical reliability and can form metal electrodes without fatigue failure. .
  • the nanohole metal electrode showed an electrical resistance change of less than 10% after 500,000 bending deformations.
  • common metal electrodes of the same thickness showed an increase in electrical resistance of more than 300%.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIGS. 1A to 1C are perspective views or FE-SEM photographs illustrating a polyimide substrate before forming a nano pillar in a method of manufacturing a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C are perspective views or FE-SEM photographs illustrating a polyimide substrate having nano pillars formed thereon in a method of manufacturing a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • 3A to 3C are perspective views or FE-SEM photographs illustrating a flexible device member in which a copper electrode including nano holes is formed on a polyimide substrate having nano pillars according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a cross section of a member for a flexible device according to an embodiment of the present invention, taken along the line I-I of FIG. 3A.
  • 4B is a cross-sectional view illustrating a cross section of a member for a flexible device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is a plan view illustrating a plane of a member for a flexible device according to embodiments of the present invention shown in FIG. 4A or 4B.
  • 4D is a cross-sectional view illustrating a cross section of a member for a flexible device according to still another embodiment of the present invention.
  • 5A is a photograph showing a copper electrode including nanoholes from which polyimide nano pillars are removed from a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • 5B is a FIB image illustrating a copper electrode including polyimide nano pillars and nano holes in a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • 5C is an FIB image showing a copper thin film typically formed on a polyimide substrate.
  • 6A is a conceptual diagram schematically illustrating a bending fatigue evaluation system for a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B is a bending fatigue evaluation result measured using the system of FIG. 6A for a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B is a bending fatigue evaluation result measured using the system of FIG. 6A for a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7a is a graph comparing the results of comparing the conventional copper electrode according to the number of bending strain and the copper electrode including nano holes according to an embodiment of the present invention.
  • 7B to 7E are photographs comparing the results of comparing conventional copper electrodes according to the number of bending deformations and copper electrodes including nano holes according to an embodiment of the present invention.
  • 8A to 8E are diagrams illustrating deformation results according to simulations of various copper thin films.
  • FIGS. 1A to 1C are perspective views or FE-SEM photographs illustrating a polyimide substrate before forming a nano pillar in a method of manufacturing a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate 10 is prepared first.
  • the substrate 10 is a flexible substrate that can be applied to a flexible device such as a paper mobile phone, a flexible display, a flexible battery, and may include, for example, a polyimide substrate.
  • the substrate 10 may be a substrate having a flat top surface.
  • a 125 mm thick polyimide (Dupont, Kapton) substrate was used.
  • FIGS. 2A to 2C are perspective views or FE-SEM photographs illustrating a polyimide substrate having nano pillars formed thereon in a method of manufacturing a flexible device member according to an embodiment of the present invention. All pictures were taken at a 40 degree tilt.
  • At least one nano pillar 10a is formed by etching a portion of the upper portion of the substrate 10 having a flat top surface (eg, a portion extending downward from the top surface).
  • CF 4 plasma etching was performed on a polyimide substrate 10 using a method similar to a plasma-assisted chemical vapor deposition (PACVD) method to form nanoscale pillars.
  • the gas pressure of the etching process was 3x10 -2 Torr
  • the applied voltage was -500V
  • the etching time was 60 minutes.
  • the nano pillars 10a formed by etching a part of the upper portion of the substrate 10 are integral with the substrate 10 and are formed in a direction extending upward from the exposed upper surface of the substrate 10.
  • the direction extending upward from the exposed upper surface of the substrate 10 includes a direction perpendicular to the substrate 10.
  • the direction extending upward from the exposed top surface of the substrate 10 may include a direction away from the exposed top surface of the substrate 10 even if it is inclined without forming perpendicular to the top surface of the substrate 10.
  • the nano pillars 10a may be evenly formed over the entire exposed surface of the substrate 10.
  • the at least one nano pillar 10a may include a plurality of nano pillars 10a, and the average thickness and average height of the nano pillars 10a and the average separation distance between the adjacent nano pillars 10a are several tens of nanometers to several hundreds. Nanometers. In the experimental example of the present invention, the average thickness, average height, and average separation distance of the nano pillars 10a were 100, 800, and 100 nm, respectively.
  • the nano pillars 10a may be selectively grown on the top surface of the substrate 10. Specifically, on the upper surface of the substrate 10 to form a catalyst containing at least one of the elements of the group consisting of iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co) and palladium (Pd)
  • the glow gas may be supplied by supplying a reaction gas
  • the nano pillars 10a may be realized by growing a nano tube or a nano wire by providing a reaction gas ionized by the glow discharge on the catalyst.
  • 3A to 3C are perspective views or FE-SEM photographs illustrating a flexible device member in which a copper electrode including nano holes is formed on a polyimide substrate having nano pillars according to an embodiment of the present invention. All pictures were taken at a 40 degree tilt.
  • a metal electrode 20 including at least one nanohole H is formed on the substrate 10 on which the nano pillars 10a are implemented.
  • the metal electrode 20 may include a plate-shaped metal electrode formed on the front surface of the substrate 10.
  • the metal electrode 20 may be, for example, a copper electrode.
  • the nano pillars 10a formed on the substrate 10 are configured to penetrate at least one or more nano holes (H).
  • the at least one nanohole H includes a plurality of nano holes H and the at least one nano pillar 10 a includes a plurality of nano pillars 10 a
  • the plurality of nano pillars ( Each of 10a) may be configured to penetrate each of the plurality of nano holes (H).
  • the at least one nanohole (H) may be configured to penetrate at least one or more nano pillars (10a).
  • the nano pillars 10a may be disposed to be spaced apart from the sidewalls of the nano holes H.
  • the nano pillars 10a may be disposed to be spaced apart from each other without contact with all sidewalls of the nano holes H.
  • the nano pillars 10a may be disposed to be spaced apart without contacting at least some of the sidewalls of the nano holes H.
  • the metal electrode 20 including the nano holes H may be implemented by depositing a metal on the substrate 10 on which the nano pillars 10a are formed by a thermal evaporation process.
  • copper was deposited on the substrate 10 on which the polyimide nano pillars 10a were formed through thermal evaporation.
  • the pressure was maintained at 5 ⁇ 10 ⁇ 6 Torr, the deposition rate was 24 nm / min, and the thickness of the copper thin film was 200 nm.
  • Nano-hole (H) structure was formed in the metal electrode 20 made of a copper thin film because of the effect that the nano-pillar (10a) is covered during the metal deposition process.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a cross section of the flexible element member according to an embodiment of the present invention, taken along line II of FIG. 3A. It demonstrates in more detail.
  • a metal electrode 20 including at least one nanohole H is formed on a substrate 10 having at least one nano pillar 10 a.
  • a metal such as copper is deposited on the substrate 10 provided with the nano pillars 10a by thermal evaporation. Deposition of the metal constituting the metal electrode 20 is carried out on the upper surface of the substrate 10 in the void space between the source E of the metal to be deposited, for example, a gaseous metal or metal precursor adjacent nano pillars 10a. It must be reached before it can be implemented.
  • an overhang 21 of the metal may appear on the top of the nano pillar 10 a, and the source E of the metal to be deposited by the over hang 21 is nano pillar 10 a.
  • the holes may be prevented from reaching the periphery of the nano pillars 10a, and thus, nano holes H may be generated without the deposition of metal around the nano pillars 10a. Due to the covering phenomenon or overhang of the nano pillars 10a, the nano holes H are formed around the nano pillars 10a, and the sidewalls 20s and the nano pillars 10a of the nano holes H are predetermined. It may have a separation distance (d1).
  • 4B is a cross-sectional view illustrating a cross section of a member for a flexible device according to another embodiment of the present invention.
  • the nano pillars 10a penetrate through the nano holes H but do not protrude from the top surface of the metal electrode 20.
  • a structure can be formed by removing the nano pillars 10a protruding from the upper surface of the metal electrode 20 in the flexible element member shown in FIG. 4A, for example, mechanical polishing, chemical polishing ( It may be implemented by chemical polishing or chemical mechanical polishing. Since the member for a flexible device according to another embodiment of the present invention has no structure protruding from the upper surface of the metal electrode 20 including the nano holes H, an additional subsequent process on the metal electrode 20 (eg, Deposition of a thin film) may be advantageous.
  • FIG. 4C is a plan view illustrating a plane of a member for a flexible device according to embodiments of the present invention shown in FIG. 4A or 4B.
  • the metal electrode 20 may include a metal (eg, copper) composed of a plurality of crystal grains, and at least one nanohole (H) may be formed between the plurality of crystal grains (G).
  • a metal eg, copper
  • the metal electrode 20 may include a metal (eg, copper) composed of a plurality of crystal grains, and at least one nanohole (H) may be formed between the plurality of crystal grains (G).
  • This configuration can be implemented by adjusting the conditions of the deposition process so that the average size (d2) of the grains (G) constituting the deposited metal electrode 20 corresponds to the average separation distance (d2) between the adjacent nano holes (H). have.
  • this configuration adjusts the conditions of the deposition process so that the average size (d2) of the crystal grains (G) constituting the deposited metal electrode 20 corresponds to the average separation distance (d2) between the adjacent nano pillars (10a) It can also be implemented.
  • the metal electrode 20 may include a metal (for example, copper) composed of a plurality of crystal grains, wherein at least one crystal grain G of the plurality of crystal grains is at least It may include one or more nano holes (H).
  • 4D is a cross-sectional view illustrating a cross section of a member for a flexible device according to still another embodiment of the present invention.
  • a flexible device member according to another embodiment of the present invention may include a metal electrode 20 disposed on the substrate 10 and the substrate 10 and including at least one nanohole (H). It can be provided.
  • the nano pillars (10a of FIGS. 4A and 4B) passing through the nano holes H may not be finally configured on the substrate 10.
  • the structure disclosed in FIG. 4D may be implemented by additionally removing the nano pillars 10a from the flexible device member illustrated in FIG. 4A or 4B. If the nano pillars 10a and the substrate 10 are each made of different materials, the nano pillars 10a may be selectively removed using an etching process having a difference in etching rates. If the nano pillars 10a and the substrate 10 are made of the same material, the nano pillars 10a may be selectively removed by appropriately controlling the endpoint of the etching process for the nano pillars 10a. Can be.
  • the structure disclosed in FIG. 4D may first prepare a substrate 10 having a flat top surface, and at least one nanohole H without separately forming nano pillars (10a of FIGS. 4A and 4B) on the substrate 10. It may be implemented a metal electrode 20 comprising a.
  • a metal electrode 20 comprising a.
  • the eggplant may be formed by forming nanoscale beads on the upper surface of the metal thin film and etching the metal thin film using the beads as a mask.
  • the metal electrode 20 may include a metal (eg, copper) composed of a plurality of crystal grains, and may include at least one nanohole (H). ) May be formed between the plurality of grains (G).
  • a metal eg, copper
  • the average size d2 of the grains G constituting the deposited metal electrode 20 corresponds to the average separation distance d2 between the nano holes H adjacent to each other.
  • the member for a flexible element having the size of the crystal grain (G) it is possible to easily dissipate the potential to prevent electrical or mechanical breakage during repeated bending deformation of the metal thin film.
  • the metal electrode 20 may include a metal (for example, copper) composed of a plurality of crystal grains, wherein at least one crystal grain G of the plurality of crystal grains is at least It may include one or more nano holes (H).
  • a metal for example, copper
  • H nano holes
  • FIG. 5A is a photograph showing a copper electrode including nano holes in which a polyimide nano pillar is removed from a flexible device member according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a flexible device member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5C is a FIB image showing a copper thin film typically formed on a polyimide substrate.
  • the metal electrode having the nano pillars 10a completely removed from the flexible device member illustrated in FIG. 4A or 4B is implemented, and accordingly, the nano holes are uniformly distributed throughout the metal electrodes. Can be.
  • the initial resistance of the copper thin film (see FIG. 5B) in the copper electrode including the polyimide nano pillars and the nanoholes was 5.78 ⁇ , and the bare bare polyimide was compared.
  • the initial resistance of the copper thin film (see FIG. 5C) typically formed on the substrate was 4.17 ⁇ .
  • the initial resistance of the copper thin film was about 38% higher than the initial resistance of the conventional copper thin film.
  • the member for the flexible device according to an embodiment of the present invention is lower and more stable. 5B and 5C, the grain size of the copper thin film having the nanohole structure was confirmed to be similar to the grain size of the general copper thin film.
  • FIG. 6A is a conceptual diagram schematically illustrating a bending fatigue evaluation system for a flexible device member according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6B is a system of FIG. 6A for a flexible device member according to an embodiment of the present invention. It is the bending fatigue evaluation result measured using.
  • Figure 6a is a schematic diagram of the bending fatigue tester used in one experimental example of the present invention
  • Figure 6b shows the maximum strain occurring in the polyimide substrate during the bending fatigue test, where the C zone maintained a strong periodicity Indicates.
  • the structure on the right in FIG. 6B illustrates the periodic nanohole structure of the C region, with the box R representing the representative volume element (RVE) of the C region.
  • the metal specimen 100 on the flexible substrate is cut to 70 mm long, 15 mm long and positioned with both ends fixed between two parallel plates.
  • the upper plate was fixed and the bending plate was subjected to the bending deformation test as shown by the arrow in FIG. 6A while repeatedly moving the lower plate.
  • the spacing between the two plates is 7.8 mm, which is a condition of 1.6% strain on the metal film.
  • the repeat travel distance was 10 mm and the period was 5 Hz.
  • the electrical resistance change during the bending deformation experiment was measured up to 500,000 times using a current and voltage meter (Agilent 34410A). Thereafter, the specimen 100 was observed through a scanning electron microscope (FE-SEM, Hitachi S-4800). Finite element method (FEM) was performed to know the effects on the stress state, crack formation, and propagation near the nanoholes. Representative volume element (RVE) using the periodic structure among the entire structures was applied. Since the entire specimen is uniform in bending deformation, the nanohole structure can be seen as a structure in which a random structure is periodically repeated. However, since the strain is different for each region as shown in FIG. 6B, the representative element (RVE) structure cannot be directly used.
  • FEM finite element method
  • the thickness of the polyimide is 125 ⁇ m, which is much thicker than the copper 200 nm thickness, so it is assumed that the stress of the copper is affected by the substrate.
  • boundary conditions can be represented by equations.
  • F is the given deformation gradient
  • u is the representative displacement
  • X is the representative position
  • I is the identity tensor.
  • the subscript A and B ratios represent any two points within the representative volume element (RVE).
  • the overall modeling used a three-dimensional full plastic deformation model. Table 1 shows the physical properties of the materials (copper and polyimide) used in the calculation. The Young's modulus of copper was 130 GPa and the yield strength of copper was 1 GPa at 200 nm thickness according to Spaepen's results. Work hardening was not considered because the plastic deformation was small.
  • FIG. 7A is a graph comparing the results of comparing a conventional copper electrode according to the number of bending strains and a copper electrode including nano holes according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 7B to 7E illustrate the number of bending strains. Photographs comparing the results of comparing a conventional copper electrode and a copper electrode including nano holes according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a graph illustrating a change in electrical resistance between a copper electrode A including nano holes and a general copper electrode B according to the number of bending strains
  • FIGS. 7B and 7C illustrate fracture patterns of a general copper electrode. Pictures are shown.
  • 7D and 7E are photographs showing the state after 500,000 bending of the copper electrode including the nanoholes, and the bending direction is a horizontal direction.
  • FIG. 7A illustrates a change in electrical resistance of a copper electrode A including a nano hole and a general electrode B according to the number of bending strains.
  • the electrical resistance of ordinary copper electrodes increased with repeated bending strains. It increased 100% at around 10,000 times and increased to 200% at around 20,000 times. At more than 200,000 times, the rate of change in electrical resistance was slowed down, but at 500,000 times, the increase was over 300%. After 500,000 times the final resistance was 17.35 ⁇ .
  • copper electrodes containing nanoholes showed very low electrical resistance changes.
  • the final resistance was 6.36 ⁇ .
  • the change in electrical resistance of the copper electrode including the nanoholes was less than 10%. This small change occurred in the early stages of 10,000 cycles ago. After 10,000 cycles, no change in resistance occurred, and the change in resistance was maintained up to 500,000 cycles. Perhaps more iterations are expected that the electrical resistance will not change.
  • the increase in resistance due to fatigue is related to the formation and propagation of cracks. This change in electrical resistance means that crack formation occurs, but no crack propagation occurs.
  • 7B and 7C are SEM images after 500,000 bends of a common copper electrode. It was observed that a crack of about 100 mm in length was formed perpendicular to the bending direction. Fatigue failure occurs due to crack formation and propagation. In thin films, dislocation movement during cyclic deformation creates protrusions consisting of extrusion and intrusion, causing stress concentration to cause crack formation. . Such protrusion formation was also observed (FIGS. 7B and 7C). This crack formation occurs more than 1000 times, causing a change in electrical resistance and the crack continues to propagate. Continued propagation of cracks results in a change in electrical resistance, which eventually results in a change in resistance of more than 300%.
  • 8A to 8E are diagrams illustrating deformation results according to simulations of various copper thin films.
  • FIG. 8A illustrates a general copper thin film
  • FIG. 8B illustrates a nanohole structured copper thin film
  • FIG. 8C illustrates a crack formed nanohole structured thin film
  • FIG. 8D illustrates a crack formed general thin film
  • FIG. 8E illustrates a crack formed nanohole thin film. Illustrate the equivalent plastic strain.
  • Table 2 is a table showing the calculated results (calculated average and maximum equivalent plastic strain of each FE model).
  • the metal electrode with nanohole structure drastically increased the resistance to fatigue failure during bending deformation.
  • the general electrode showed a change of more than 300%, while the metal electrode having a nanohole structure showed a change in electrical resistance of less than 10% even after 500,000 bendings.
  • This structure will help improve the long term reliability of the flexible device.
  • the cause of the fatigue fracture resistance improvement can be explained as follows.
  • the nanohole structure provides (a) plastic deformation in the localized region, (b) suppresses the formation of protrusions through dissipation of dislocations near the nanoholes, and (c) ensures deformation as cracks are formed.
  • the nano-hole electrode blunts the crack tip to eliminate stress concentration and prevent crack propagation. Therefore, the metal electrode including the nanohole structure did not exhibit the fatigue failure that appeared in the normal electrode.

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Abstract

본 발명은 일반 금속 전극의 반복 굽힘 변형시 유연성 전극의 전기적 기계적 특성 저하를 유발하는 피로 파괴를 피하기 위해 나노홀 구조를 가지는 구리 전극을 나노기둥 형태의 폴리머 기판을 이용하여 제작하였다. 나노홀 구조는 전위의 소멸 때문에 파괴 시작을 억제하고 크랙 끝은 뭉툭하게 함으로써 손상의 전파를 늦추게 된다. 따라서 나노홀 전극은 굽힘 피로 시험 시 매우 낮은 전기 저항 변화를 나타냈다.

Description

유연성 소자용 부재 및 그 제조방법
본 발명은 유연성 소자용 부재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속 전극을 가지는 유연성 소자용 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유연 기판상에 유연성 소자를 집적하는 기술이 발전함에 따라 최근에는 종이 핸드폰, 유연성 디스플레이, 플렉시블 배터리 같은 제품들이 개발되고 있다. 그러나, 실제 산업화를 위해서는 아직 더 많은 기술 발전이 필요한 실정이다. 그 중 산업화를 위한 가장 큰 문제점은 유연성 소자가 동작 중 굽힘, 인장, 압축, 비틀림 등의 기계적 변형이 가해졌을 경우 신뢰성을 보장하는 것이다. 실제 전자 소자의 경우, 그래핀, 전도성 산화물과 같은 물질보다는 금속 전극이 높은 전기 전도도, 낮은 가격, 공정의 수월함 때문에 실제 산업에서 더 많이 사용되고 있다. 최근에는 금속 전극 및 배선의 기계적 변형 정도를 높이기 위해 웨이비(wavy) 모양, 아크 형태, 말발굽 형태의 배선구조가 제안되었다. 이러한 구조는 금속 전극의 국부적인 불안정성을 낮춰주는 여분의 변형 구조를 이용해 변형 정도를 높이게 된다. 이러한 구조들이 50% 이상의 변형을 가능하게 하지만, 실제 유연성 소자의 파괴는 파괴 변형률보다 낮은, 작지만 반복되는 변형 조건에서 나타나게 된다. 금속 전극의 피로 파괴에 대한 안정성은 매우 중요한 문제이다. 실제 굽히거나 접는 휴대폰의 경우 100만 회 이상의 변형을 보장하여야 한다. 이처럼 유연성 소자에서 금속 전극의 안정성은 실제 양산을 위해 꼭 해결되어야 한다.
피로 파괴는 재료가 반복 하중 조건하에서 일어나는 파괴 양상이다. 금속 박막의 피로 파괴 거동은 크랙 형성과 크랙 전파로 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 크랙 형성은 반복 변형 하에서 전위의 이동과 연관이 있다. 전위의 이동은 익스트루젼(extrusion) 혹은 인트루젼(intrusion) 같은 돌출부(protrusion)를 형성해서 국부적으로 응력이 집중되게 만들어서 결국 크랙 형성을 일으킨다. 크랙 형성 후에는 금속 전극의 저항을 크게 높이는 크랙의 전파(propagation)가 뒤따라 일어난다. 따라서 크랙의 형성과 전파를 제어할 수 있는 기술이 필요하다. 하지만, 금속 전극의 고주기 상황에서 전기적 기계적 신뢰성을 향상시키는 방법에 대해서는 연구가 미미한 상태이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 피로 저항성을 높이기 위해 새로운 개념의 나노구조의 금속 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 기판 및 상기 기판 상에 형성되며, 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 구비하는, 유연성 소자용 부재가 제공된다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 기판은 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 기판을 포함하고, 상기 나노 기둥은 상기 나노홀을 관통할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 나노 기둥은 상기 기판과 일체를 이루면서 상기 기판의 상면에서 상부로 신장할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 금속 전극은 상기 기판의 전면 상에 형성된 판상형의 금속 전극일 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 나노 기둥은 상기 나노홀의 측벽과 이격될 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 기판과 상기 나노 기둥은 폴리이미드를 포함하여 구성되고, 상기 금속 전극은 구리를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥은 복수의 나노 기둥을 포함하며, 상기 적어도 하나 이상의 나노홀은 복수의 나노홀을 포함할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 복수의 나노 기둥의 각각은 상기 복수의 나노홀의 각각을 관통할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며, 상기 복수의 결정립 중 적어도 하나의 결정립은 상기 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며, 상기 적어도 하나 이상의 나노홀은 상기 복수의 결정립 간에 형성될 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며, 상기 결정립의 평균 크기는 서로 인접한 상기 나노홀 간의 평균 이격거리에 대응될 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며, 상기 결정립의 평균 크기는 서로 인접한 상기 나노 기둥 간의 평균 이격거리에 대응될 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재에서, 상기 나노 기둥의 평균 두께와 평균 높이 및 서로 인접한 상기 나노 기둥 간의 평균 이격거리는 수십 나노미터 내지 수백 나노미터일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 기판을 제공하는 단계; 및 상기 기판 상에, 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계;를 구비하는, 유연성 소자용 부재의 제조방법이 제공된다.
상기 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 상기 기판을 제공하는 단계는, 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 상기 기판을 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 기판 상에, 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에, 상기 나노 기둥이 관통하는 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 기판을 제공하는 단계는, 상면이 평탄한 기판을 준비하는 단계; 및 상기 상면이 평탄한 기판의 상부의 일부를 식각함으로써 상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥을 형성하는 단계;를 구비할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 상기 기판 상에, 상기 나노 기둥이 관통하는 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 열증발(thermal evaporation) 공정에 의하여 금속을 증착하는 단계를 구비할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 상기 열증발 공정은 상기 나노 기둥의 상단에 상기 금속의 오버행(overhang)이 형성될 수 있는 조건에서 수행될 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 상기 기판 상에, 상기 나노 기둥이 관통하는 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계 이후에, 상기 나노 기둥 중에서 상기 금속 전극의 상면으로 돌출되는 부분을 제거하는 단계;를 더 구비할 수 있다.
상기 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 기판을 제공하는 단계는 상면이 평탄한 기판을 준비하는 단계; 및 상기 상면이 평탄한 기판의 상에 상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥을 성장시키는 단계;를 구비할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 전극의 상기 나노홀 구조는 금속 박막의 반복 굽힘 변형 중 전기적 혹은 기계적 파괴를 막아줄 수 있다. 금속 전극의 나노홀 구조는 응력 유발을 줄여주는 흡수층 역할을 하여 소성 변형에 의한 크랙 형성을 억제하고 크랙 팁을 뭉툭하게 함으로써 크랙 전파를 지연 시킬 수 있다. 게다가 나노홀을 포함하는 구리 전극은 어느 방향으로도 굽힐 수 있으며 인장과 압축 응력 모두를 견딜 수 있다.나노홀 구조 구리 전극은 전기적 신뢰성을 급격히 향상 시켰으며 피로 파괴가 없는 금속 전극을 형성할 수 있다. 나노홀 금속 전극은 50만 회 굽힘 변형 이후에 10% 이하의 전기 저항 변화를 보였다. 반면 같은 두께의 일반 금속 전극은 300% 이상의 전기 저항 증가를 나타내었다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 나노 기둥을 형성하기 이전의 폴리이미드(polyimide) 기판을 도해하는 사시도 또는 FE-SEM 사진들이다.
도 2a 내지 도 2c는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 나노 기둥이 형성된 폴리이미드 기판을 도해하는 사시도 또는 FE-SEM 사진들이다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 나노 기둥이 형성된 폴리이미드 기판 상에 나노홀을 포함하는 구리 전극이 형성된 유연성 소자용 부재를 도해하는 사시도 또는 FE-SEM 사진들이다.
도 4a는, 도 3a의 I-I 라인을 따라 절취한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 단면을 도해하는 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 단면을 도해하는 단면도이다.
도 4c는 도 4a 또는 도 4b에서 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 유연성 소자용 부재의 평면을 도해하는 평면도이다.
도 4d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 단면을 도해하는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서 폴리이미드 나노 기둥을 제거한 나노홀을 포함하는 구리 전극을 나타내는 사진이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서 폴리이미드 나노 기둥과 나노홀을 포함하는 구리 전극을 나타내는 FIB 이미지이다.
도 5c는 폴리이미드 기판 상에 통상적으로 형성된 구리 박막을 나타내는 FIB 이미지이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에 대하여 굽힙 피로 평가 시스템을 개요적으로 도해한 개념도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에 대하여 도 6a의 시스템을 이용하여 측정한 굽힘 피로 평가 결과이다.
도 7a는 굽힘 변형 회수에 따른 통상적인 구리 전극과 본 발명의 일 실시예에 따른 나노홀을 포함하는 구리 전극을 비교한 결과들을 비교한 그래프이다.
도 7b 내지 도 7e는 굽힘 변형 회수에 따른 통상적인 구리 전극과 본 발명의 일 실시예에 따른 나노홀을 포함하는 구리 전극을 비교한 결과들을 비교한 사진들이다.
도 8a 내지 도 8e는 다양한 구리 박막에 대한 모사에 따른 변형 결과를 도해하는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명은 출원인에 의하여 2011년 11월 28일자로 한국특허청에 출원한 출원번호 제10-2011-0125364호 및 2012년 10월 24일자로 한국특허청에 출원한 출원번호 제10-2012-0118694호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 특허출원들의 내용은 전체로서 본 명세서에 인용되어 통합된다.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 나노 기둥을 형성하기 이전의 폴리이미드(polyimide) 기판을 도해하는 사시도 또는 FE-SEM 사진들이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 기판(10)을 먼저 준비한다. 기판(10)은 종이 핸드폰, 유연성 디스플레이, 플렉시블 배터리 같은 유연성 소자에 적용될 수 있는 유연성 기판으로서, 예를 들어, 폴리이미드(polyimide) 기판을 포함할 수 있다. 기판(10)은 상면이 평탄한 기판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재를 구현하기 위한 실험예에서는, 125mm 두께의 폴리이미드(Dupont사, Kapton) 기판을 사용하였다.
도 2a 내지 도 2c는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 제조방법에서, 나노 기둥이 형성된 폴리이미드 기판을 도해하는 사시도 또는 FE-SEM 사진들이다. 모든 사진들은 40도 기울어진 조건에서 얻었다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 상면이 평탄한 기판(10)의 상부의 일부(예를 들어, 상면에서부터 아래로 신장하는 일부)를 식각함으로써 적어도 하나 이상의 나노 기둥(10a)을 형성한다. 예를 들어, 폴리이미드 재질의 기판(10)에 PACVD (plasma-assisted chemical vapor deposition) 방식과 유사한 방식을 채용하여 CF4 플라즈마 식각을 수행하여 나노크기의 기둥을 형성하였다. 본 발명의 실험예에서, 식각 공정의 가스 압력은 3x10-2Torr, 가해진 전압은 -500V, 그리고 식각 시간은 60분이었다.
기판(10)의 상부의 일부를 식각하여 구현한 나노 기둥(10a)은 기판(10)과 일체를 이루며, 기판(10)의 노출된 상면에서 상부로 신장하는 방향으로 형성된다. 여기에서, 기판(10)의 노출된 상면에서 상부로 신장하는 방향은, 기판(10)에 수직인 방향을 포함한다. 또한, 기판(10)의 노출된 상면에서 상부로 신장하는 방향은, 기판(10)의 상면과 수직을 형성하지 않고 기울어지더라도 기판(10)의 노출된 상면에서 멀어지는 방향을 포함할 수 있다. 나노 기둥(10a)은 기판(10)의 노출된 전체 표면에 걸쳐 골고루 형성될 수 있다. 적어도 하나 이상의 나노 기둥(10a)은 복수의 나노 기둥(10a)을 포함할 수 있으며, 나노 기둥(10a)의 평균 두께와 평균 높이 및 서로 인접한 나노 기둥(10a) 간의 평균 이격거리는 수십 나노미터 내지 수백 나노미터일 수 있다. 본 발명의 실험예에서, 나노 기둥(10a)의 평균두께, 평균 높이, 및 평균 이격거리는 각각 100, 800, 및 100 nm 였다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는, 기판(10)의 상면의 일부를 식각하여 나노 기둥(10a)을 형성하는 구성을 개시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판(10)의 상면 상에 나노 기둥(10a)을 선택적으로 성장시켜 구현할 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 기판(10)의 상면 상에 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 일군의 원소들 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하는 촉매를 형성한 후에, 반응가스를 공급하여 글로우 방전을 시키고, 글로우 방전에 의하여 이온화된 반응가스를 상기 촉매 상에 제공하여 나노 튜브 또는 나노 와이어를 성장시킴으로써 나노 기둥(10a)을 구현할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 나노 기둥이 형성된 폴리이미드 기판 상에 나노홀을 포함하는 구리 전극이 형성된 유연성 소자용 부재를 도해하는 사시도 또는 FE-SEM 사진들이다. 모든 사진들은 40도 기울어진 조건에서 얻었다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 나노 기둥(10a)이 구현된 기판(10) 상에 적어도 하나 이상의 나노홀(H)을 포함하는 금속 전극(20)을 형성한다. 금속 전극(20)은 기판(10)의 전면 상에 형성된 판상형의 금속 전극을 포함할 수 있다. 금속 전극(20)은, 예를 들어, 구리 전극일 수 있다. 기판(10) 상에 형성된 나노 기둥(10a)은 적어도 하나 이상의 나노홀(H)을 관통하도록 구성된다. 예를 들어, 적어도 하나 이상의 나노홀(H)이 복수의 나노홀(H)을 포함하고, 적어도 하나 이상의 나노 기둥(10a)이 복수의 나노 기둥(10a)을 포함하는 경우, 복수의 나노 기둥(10a)의 각각은 복수의 나노홀(H)의 각각을 관통하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 적어도 하나 이상의 나노홀(H)에 적어도 하나 이상의 나노 기둥(10a)이 관통할 수 있도록 구성될 수도 있다.
한편, 나노 기둥(10a)은 나노홀(H)의 측벽과 이격되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 나노 기둥(10a)은 나노홀(H)의 모든 측벽과 접촉하지 않고 이격되도록 배치될 수 있다. 또 다른 예로서, 나노 기둥(10a)은 나노홀(H)의 측벽 중에서 적어도 일부와 접촉하지 않고 이격되도록 배치될 수 있다.
나노홀(H)을 포함하는 금속 전극(20)은 나노 기둥(10a)이 형성된 기판(10) 상에 열증발(thermal evaporation) 공정에 의하여 금속을 증착함으로써 구현될 수 있다. 본 발명의 실험예에서는, 폴리이미드 재질의 나노 기둥(10a)이 형성된 기판(10) 상에 구리를 열증발을 통해 증착하였다. 증착 공정에서 압력은 5x10-6 Torr로 유지하였고, 증착 속도는 24 nm/min, 구리 박막의 두께는 200nm 였다. 금속을 증착 하는 과정 중에 나노 기둥(10a)이 가리는 효과 때문에 구리 박막으로 구성된 금속 전극(20)에는 나노홀(H) 구조가 형성되었다.
도 3a의 I-I 라인을 따라 절취한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 단면을 도해하는 단면도인 도 4a를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 구성을 더욱 상세하게 설명한다.
도 4a를 참조하면, 적어도 하나 이상의 나노 기둥(10a)이 구비된 기판(10) 상에 적어도 하나 이상의 나노홀(H)을 포함하는 금속 전극(20)을 형성한다. 상술한 것처럼, 구리와 같은 금속을 열증발에 의하여 나노 기둥(10a)이 구비된 기판(10) 상에 증착한다. 금속 전극(20)을 구성하는 금속의 증착은 증착될 금속의 소스(E), 예를 들어, 기상의 금속이나 금속전구체가 인접한 나노 기둥(10a) 사이의 빈 공간 내의 기판(10)의 상면에 도달하여야 구현될 수 있다.
나노 기둥(10a)의 높이(d3)가 높고 인접한 나노 기둥(10a) 간의 이격거리(d2)가 짧을수록, 금속이 증착되는 과정에서 나노 기둥(10a)이 증착될 금속의 소스(E)의 진행을 방해하는 현상이 나타날 수 있다. 증착될 금속의 소스(E)가 기판(10)의 상면에 기울어져 입사되는 경우 이러한 현상은 더욱 현저하게 나타난다. 이러한 나노 기둥(10a)의 가림 현상에 의하여 나노 기둥(10a)의 주변에는 금속이 증착되지 않고 나노홀(H)이 발생할 수 있다. 또한, 금속의 열증발 공정에서 나노 기둥(10a)의 상단에 상기 금속의 오버행(21, overhang)이 나타날 수 있으며, 이러한 오버행(21)에 의하여 증착될 금속의 소스(E)가 나노 기둥(10a) 주변에 도달하는 것을 방해하여, 나노 기둥(10a)의 주변에는 금속이 증착되지 않고 나노홀(H)이 발생할 수 있다. 이러한 나노 기둥(10a)의 가림 현상이나 오버행에 의하여, 나노 기둥(10a)의 주변에 나노홀(H)이 형성되며, 나노홀(H)의 측벽(20s)과 나노 기둥(10a)은 소정의 이격거리(d1)를 가질 수 있다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 단면을 도해하는 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서, 나노 기둥(10a)은 나노홀(H)을 관통하지만 금속 전극(20)의 상면을 돌출하지는 않는다. 이러한 구조는 도 4a에 도시된 유연성 소자용 부재에서 금속 전극(20)의 상면에서 돌출된 나노 기둥(10a)을 제거함으로써 형성될 수 있으며, 예를 들어, 기계적 연마(mechanical polishing), 화학적 연마(chemical polishing) 또는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing)에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재는 나노홀(H)을 포함하는 금속 전극(20)의 상면에 돌출되는 구조물이 없으므로, 금속 전극(20) 상에 추가적인 후속 공정(예를 들어, 박막의 증착)이 가능하다는 이점을 가질 수 있다.
도 4c는 도 4a 또는 도 4b에서 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 유연성 소자용 부재의 평면을 도해하는 평면도이다.
도 4c를 참조하면, 금속 전극(20)은 복수의 결정립으로 구성된 금속(예를 들어, 구리)을 포함할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 나노홀(H)은 복수의 결정립(G)들 간에 형성될 수 있다. 이러한 구성은 증착된 금속 전극(20)을 구성하는 결정립(G)의 평균 크기(d2)가 서로 인접한 나노홀(H) 간의 평균 이격거리(d2)에 대응되도록 증착 공정의 조건을 조절하여 구현할 수 있다. 또한, 이러한 구성은 증착된 금속 전극(20)을 구성하는 결정립(G)의 평균 크기(d2)가 서로 인접한 나노 기둥(10a) 간의 평균 이격거리(d2)에 대응되도록 증착 공정의 조건을 조절하여 구현할 수도 있다. 이러한 결정립(G)의 크기를 가지는 유연성 소자용 부재에 따르면, 전위의 소멸을 용이하게 하여 금속 박막의 반복 굽힘 변형 중 전기적 혹은 기계적 파괴를 막아줄 수 있다. 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따르면, 금속 전극(20)은 복수의 결정립으로 구성된 금속(예를 들어, 구리)을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 결정립 중 적어도 하나의 결정립(G)은 적어도 하나 이상의 나노홀(H)을 포함할 수 있다.
도 4d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재의 단면을 도해하는 단면도이다.
도 4d를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재는 기판(10)과 기판(10) 상에 배치되며 적어도 하나 이상의 나노홀(H)을 포함하는 금속 전극(20)을 구비할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서는, 기판(10) 상에 나노홀(H)을 관통하는 나노 기둥(도 4a 및 도 4b의 10a)이 최종적으로 구성되지 않을 수 있다.
도 4d에 개시된 구조체는 도 4a 또는 도 4b에 도시된 유연성 소자용 부재에서 나노 기둥(10a)을 제거하는 단계를 추가적으로 수행하여 구현할 수 있다. 나노 기둥(10a)과 기판(10)이 다른 물질로 각각 구성된다면, 식각률의 차이를 가지는 식각 공정을 이용하여 나노 기둥(10a)을 선택적으로 제거할 수 있다. 만약, 나노 기둥(10a)과 기판(10)이 동일한 물질로 구성된다면, 나노 기둥(10a)에 대한 식각 공정의 엔드포인트(end point)를 적절하게 제어하여 나노 기둥(10a)을 선택적으로 제거할 수 있다.
또는, 도 4d에 개시된 구조체는 상면이 평탄한 기판(10)을 먼저 준비하고, 기판(10) 상에 나노 기둥(도 4a 및 도 4b의 10a)을 별도로 형성하지 않고 적어도 하나 이상의 나노홀(H)을 포함하는 금속 전극(20)을 구현할 수도 있다. 나노홀(H)을 포함하는 금속 전극(20)을 형성하는 방법은, 먼저 기판(10) 상에 나노홀(H)이 없는 금속 박막을 먼저 형성하는 단계 이후에, 금속 박막과 식각 선택비를 가지는 나노 크기의 비드(bead)들을 금속 박막의 상면에 형성하고, 비드들을 마스크로 하여 금속 박막을 식각하는 단계를 수행하여 구현할 수 있다.
도 4d를 참조하여 상술한 유연성 소자용 부재에서도, 도 4c와 같이, 금속 전극(20)은 복수의 결정립으로 구성된 금속(예를 들어, 구리)을 포함할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 나노홀(H)은 복수의 결정립(G)들 간에 형성될 수 있다. 이러한 구성은 증착된 금속 전극(20)을 구성하는 결정립(G)의 평균 크기(d2)가 서로 인접한 나노홀(H) 간의 평균 이격거리(d2)에 대응되도록 구현할 수 있다. 이러한 결정립(G)의 크기를 가지는 유연성 소자용 부재에 따르면, 전위의 소멸을 용이하게 하여 금속 박막의 반복 굽힘 변형 중 전기적 혹은 기계적 파괴를 막아줄 수 있다. 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따르면, 금속 전극(20)은 복수의 결정립으로 구성된 금속(예를 들어, 구리)을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 결정립 중 적어도 하나의 결정립(G)은 적어도 하나 이상의 나노홀(H)을 포함할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서 폴리이미드 나노 기둥을 제거한 나노홀을 포함하는 구리 전극을 나타내는 사진이며, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서 폴리이미드 나노 기둥과 나노홀을 포함하는 구리 전극을 나타내는 FIB 이미지이며, 도 5c는 폴리이미드 기판 상에 통상적으로 형성된 구리 박막을 나타내는 FIB 이미지이다.
도 5a를 참조하면, 도 4a 또는 도 4b에 도시된 유연성 소자용 부재에서 나노 기둥(10a)을 완전히 제거한 금속 전극을 구현하였으며, 이에 따르면 금속 전극 내에 나노홀이 전체에 걸쳐 골고루 분포되어 있음을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서 폴리이미드 나노 기둥과 나노홀을 포함하는 구리 전극에서 구리 박막(도 5b 참조)의 초기저항은 5.78Ω이었으며, 비교를 위하여 폴리이미드의 베어(bare) 기판 상에 통상적으로 형성된 구리 박막(도 5c 참조)의 초기저항은 4.17Ω 이었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에서 구리 박막의 초기저항이 통상적인 구리 박막의 초기저항보다 약 38% 더 높게 나타났지만, 후술하는 것처럼, 반복적인 변형을 거치면서 나타나는 최종적인 전기저항은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재가 더 낮으며 더욱 안정적이다. 도 5b 및 도 5c의 FIB 이미지에 따르면, 나노홀 구조를 가지는 구리 박막의 결정립 크기는 일반적인 구리 박막의 결정립 크기와 비슷함을 확인할 수 있었다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에 대하여 굽힘 피로 평가 시스템을 개괄적으로 도해한 개념도이며, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 소자용 부재에 대하여 도 6a의 시스템을 이용하여 측정한 굽힘 피로 평가 결과이다.
구체적으로, 도 6a는 본 발명의 일 실험예에 사용된 굽힘 피로 실험기의 개략도이며, 도 6b는 굽힘 피로 시험시 폴리이미드 기판에 발생하는 최대 변형률을 도시하였으며, C 구역은 강한 주기성을 유지한 곳을 나타낸다. 도 6b에서 우측의 구조체는 C 구역의 주기적인 나노홀 구조를 도해하며, 상자(R)는 C 지역의 대표체적요소(representative volume element,RVE)를 나타낸다.
유연성 기판 상의 금속 시편(100)은 70 mm 길이, 15 mm 길이로 자른 후 평행한 두 판 사이에 양쪽 끝을 고정한 채 위치한다. 위쪽 판은 고정시키고 아래쪽 판을 반복 이동시키면서 도 6a의 화살표에 나타낸 듯이 굽힘 변형 시험을 실시하였다. 두 판 사이의 간격은 7.8 mm 로 이는 금속 박막에 1.6% 변형률이 가해지는 조건이다. 반복 이동 거리는 10 mm 였고 주기는 5Hz 였다.
굽힘 변형 실험 중의 전기 저항 변화는 전류 및 전압 측정기(Agilent 34410A)를 이용해 500,000 회까지 측정하였다. 그 후 시편(100)은 주사 전자 현미경 (FE-SEM, Hitachi S-4800)을 통해 관찰하였다. 나노홀 근처의 응력 상태와 크랙 형성, 전파에 미치는 영향을 알기 위해 유한요소법(FEM)을 실시하였다. 전산 모사 기술 중 전체 구조 중 주기성을 가지는 구조를 이용한 대표체적요소(representative volume element, RVE)를 응용하였다. 전체 시편이 굽힘 변형이 균일하기 때문에 나노홀 구조는 랜덤한 구조가 주기적으로 반복된 구조로 볼 수 있다. 하지만, 변형률은 도 6b에서와 같이 각각의 영역에 따라 다르게 나타나므로 대표체적요소(RVE) 구조를 직접 사용할 수 없다. 만약 전체를 모두 모델링을 만든다면 너무 많은 나노홀이 박막에 존재하므로 사실상 불가능하다. 대신 발명자는 이중 구조의 모델링을 실시하였다(도 6b 참조). 이 개념은 국부적인 곳에서는 주기성이 매우 강하기 때문에 가능하다. 도 6b에 C로 표시한 부분과 같이 이 지역에는 수백 혹은 수천 개의 단위 구조들이 있기 때문에 주기성이 충분히 강하다고 가정할 수 있다.
폴리이미드의 두께는 125μm 로서, 이는 구리 200 nm 두께보다 훨씬 두껍기 때문에 구리의 응력은 기판에 영향을 받는 것으로 가정하였다. 모델링 상에서 경계 조건은 수식으로 나타낼 수 있다.
uB - uA = (F-I)(XB-XA)
여기에서, F는 주어진 변형 그래디언트(the given deformation gradient)이며, u 는 대표 변위(represents displacement), X는 대표 위치(represents position), 그리고 I 는 아이덴터티 텐서(identity tensor)를 나타낸다. 아래첨자 A 와 B 비는 대표체적요소(RVE) 내 임의의 두 지점을 나타낸다. 전체 모델링은 3차원 완전 소성 변형 모델을 사용하였다. 계산에 이용한 재료(구리와 폴리이미드)의 물성치를 표 1에 나타내었다. 구리의 영계수는 130 GPa을 사용하였고 구리의 항복 강도는 200 nm 두께에서 Spaepen의 결과에 따라 1 GPa 을 사용하였다. 가공 경화는 소성 변형이 작기 때문에 고려하지 않았다.
표 1
Elastie modulus(GPa) Poisson'sratio, v Yield stress(MPa)
Cu 130.0 0.36 1000
PI 2.34 0.34 -
도 7 a는 굽힘 변형 회수에 따른 통상적인 구리 전극과 본 발명의 일 실시예에 따른 나노홀을 포함하는 구리 전극 을 비교한 결과들을 비교한 그래프이며, 도 7b 내지 도 7e는 굽힘 변형 회수에 따른 통상적인 구리 전극과 본 발명의 일 실시예에 따른 나노홀을 포함하는 구리 전극을 비교한 결과들을 비교한 사진들이다.
구체적으로, 도 7a는 굽힘 변형 회수에 따른 나노홀을 포함하는 구리 전극(A)과 일반 구리 전극(B)의 전기 저 항 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7b와 도 7c는 일반 구리 전극의 파괴 양상을 나타낸 사진들이다. 도 7d 및 도 7e는 나노홀을 포함하는 구리 전극의 500,000회 굽힘 이후 모습을 나타낸 사진들인데, 굽힘 방향은 수평 방향이다.
도 7a는 굽힘 변형 회수에 따른 나노홀을 포함하는 구리 전극(A)과 일반 전극(B)의 전기 저항 변화를 보여준다. 일반 구리 전극의 전기 저항은 굽힘 변형이 반복됨에 따라 증가하였다. 10,000회 정도에서 100% 증가하였고, 20,000회 정도에서 200% 까지 증가하였다. 200,000회 이상에서는 전기 저항 변화 속도는 늦어졌지만, 500,000회에서는 300% 이상의 증가를 나타냈다. 500,000회 이후 최종 저항은 17.35Ω였다.
이와 다르게 나노홀을 포함하는 구리 전극은 매우 낮은 전기 저항 변화를 보였다. 최종 저항은 6.36Ω 였다. 나노홀을 포함하는 구리 전극의 전기 저항 변화폭은 10% 이하였다. 이러한 작은 변화 폭은 10,000 회 이전의 초기 단계에서 일어났다. 10,000회 이후에는 전기 저항 변화가 일어나지 않아서 500,000 회까지 전기저항 변화가 유지되었다. 아마도 더 많은 반복이 가해져도 전기 저항은 변화하지 않을 것이라 예상된다. 피로에 따른 저항의 증가는 크랙의 형성과 전파와 관계가 있다. 위와 같은 전기 저항 변화는 크랙 형성은 일어나지만, 크랙 전파는 일어나지 않는다는 것을 의미한다.
따라서 피로 파괴가 일어나지 않은 금속 전극의 미세구조와 전산 모사를 통해 나노홀 구조에서 크랙 형성에 대해 알아보았다. 도 7b와 도 7c는 일반 구리 전극의 50 0,000회 굽힘 이후의 SEM 사진이다. 길이 약 100 mm 의 크랙이 굽힘 방향에 수직하게 형성된 것이 관찰되었다. 피로 파괴는 크랙 형성과 전파에 따라 일어나는데 박막에서는 반복 변형 중 전위의 이동이 익스트루젼(extrusion)과 인트루젼(intrusion)으로 이루어진 돌출부(protrusion)를 형성하여 응력 집중 현상 이 일어나서 크랙이 형성되게 된다. 이러한 돌출부 형성도 관찰되었다(도 7b 및 도7c). 이러한 크랙 형성은 1000회 이전에 일어나서 전기 저항의 변화를 일으키며 크랙은 계속해서 전파하게 된다. 계속 전파된 크랙은 전기 저항의 변화를 가져와 결국 300% 이상의 저항 변화를 유발한다.
이와는 대조적으로, 나노홀을 포함하는 구리 전극의 크랙 형성과 전파는 일반 구리 전극과 매우 다르다. 나노홀을 포함하는 구리 전극은 돌출부 형성이 도 7d와 도 7e와 같이 전혀 관찰되지 않았다. 나노홀을 포함하는 구리 전극의 모습은 굽힘 변형 전이나 후에 거의 비슷한 모습을 나타냈다. 이러한 이점은 다음과 같은 두 가지 측면에서 해석할 수 있다. 첫번째, 돌출부가 형성되지 않은 점은 전위의 이동에 따른 피로 크랙의 형성이 나노 구조 구리 박막에서는 완벽히 억제되었다는 점이다. 둘째, 긴 크랙이 보이지 않은 점은 크랙 끝이 뭉뚝해지는 나노홀 효과 때문에 크랙의 전파가 일어나지 않았다는 점이다. 앞에서 언급한 것처럼, 크랙의 형성은 전위의 이동과 축적에 의한 돌출부의 형성과 깊은 관계가 있다. 전산 모사에서도 나타났듯이, 구리 박막에는 인장 응력이 가해지게 된다. 따라서 구리 박막에는 소성변형이 일어나게 된다.
도 8a 내지 도 8e는 다양한 구리 박막에 대한 모사 에 따른 변형 결과를 도해하는 도면들이다.
구체적으로, 도 8a는 일반 구리 박막, 도 8b는 나노홀 구조 구리 박막, 도 8c는 크랙이 형성된 나노홀 구조 박막, 도 8d는 크랙이 형성된 일반 박막 및 도 8e는 크랙이 형성된 나노홀 박막에 대하여 전산 모사에 따른 변형 결과(equivalent plastic strain)를 도해한다.
인장 변형 동안 전위는 슬립면을 따라 이동하여 표면에서 소멸되고 돌출부의 형성을 유발한다. 동일한 변형률 분포는 표면에 같은 확률로 돌출부의 형성을 유발한다. 반면에 나노홀 구조에서는 소성 변형은 나노홀 근처의 표면에서 집중적으로 일어나게 된다. 소성 변형이 집중되기 때문에 크랙 형성은 한곳에서 일어나야 한다. 하지만 실제 결과에서는 돌출부가 관찰되지 않았다 대신 돌출부가 없는 짧은 크랙들이 도8e와 같이 관찰되었다. 이러한 현상은 나노홀이 전위의 소멸 장소로 작용한 것으로 설명할 수 있다. 일반적인 결정립 크기는 나노홀 간의 거리와 비슷하다. 따라서 결정립 한 개는 여러 개의 나노홀을 가지게 된다. 구리 박막의 표면적 은 나노홀 때문에 커지게 되고 결과적으로 전위는 슬립면을 따라 축적되는 것이 아니라 3차원 구조의 나노홀 구조의 표면에서 소멸된다.
더욱이 짧은 크랙의 형성은 약간의 여유를 주기 때문에 변형성을 더 좋게 만들 수 있다. 전산모사 결과에 따르면 크랙은 전체 변형률을 낮추었고 이는 먼저 생긴 크랙이 이후 크랙 형성을 저지시킨다고 할 수 있다(도 8b 및 도8c, 표 2 참조). 표 2는 전산 모사에 따른 변형 결과(Calculated average and maximum equivalent plastic strain of each FE model)를 나타내는 표이다.
표 2
Avg. equivalent plastic strain Max. equivalent plastic strain
일반 구리 박막 (Figure 8a) 0.052 0.11
나노홀 구조 구리 박막(Figure 8b) 0.041 0.46
크랙이 형성된 나노홀 구조 박막(Figure 8c) 0.021 0.46
크랙이 형성된 일반 박막(Figure 8d) 0.028 0.77
크랙이 형성된 나노홀 박막(Figure 8e) 0.032 0.36
크랙 전파에 관해 살펴보면, 나노홀 근처에서는 몇 개의 짧은 크랙(<1 μm)이 관찰되었다. 도 7e에 나타낸 것과 같은 짧은 크랙에 의해 전기 저항이 10% 정도 증가한 것이다. 그러나 이러한 짧은 크랙이 일반 전극의 파괴 양상인 도 7a와 같은 긴 크랙으로 전파되지 않았다. 이는 크랙의 전파와 관련된 것으로 크랙 팁을 뭉툭하게 만드는 효과와 관련이 있다. 전산 모사의 도 8d에서 나타냈듯이, 일반 구리 박막의 어느 부위에서 크랙이 발생한 경우 크랙 끝 부분은 전파 단계에서 매우 날카롭다. 전파단계에서 장애물이 없기 때문에 크랙은 계속해서 전파하게 된다. 하지만 나노홀은 크랙 끝을 뭉툭하게 함으로써 크랙 전파를 막는 장애물이 될 수 있다(도 8e). 전산 모사 결과에 의하면(도 8d 및 도 8e), 뭉툭한 끝은 가진 크랙이 전파가 덜될 것이라는 것을 예측할 수 있다.
결론적으로 나노홀 구조를 가지는 금속 전극은 굽힘 변형 중에 피로 파괴에 대한 저항성을 급격하게 증가시켰다. 일반 전극은 300% 이상의 변화를 나타낸 반면 나노홀 구조를 가지는 금속 전극은 500,000회 굽힘 이후에도 10% 이하의 전기 저항 변화를 나타냈다. 이러한 구조는 유연성 소자의 장기 신뢰성 향상에 도움이 될 것이다. 피로 파괴 저항성 향상의 원인은 다음과 같이 설명할 수 있다.
첫째, 나노홀 구조는 (a) 국부 영역에 소성 변형을 가하여 (b) 나노홀 근처에서 전위의 소멸을 통해 돌출부의 형성을 억제하고 (c) 크랙 형성에 따라 변형성을 보장하게 된다. 둘째, 나노홀 전극은 크랙 끝 부분을 뭉툭하게 만듦으로써 응력 집중을 해소하여 크랙 전파가 일어나지 않게 한다. 따라서 나노홀 구조를 포함하는 금 속 전극은 일반 전극에서 나타나던 피로 파괴가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 고신뢰성 유연성 소자 제작을 위한 금속 전극 개발을 위해 사용될 것으로 예상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
(부호설명)
10 : 기판
10a : 나노 기둥
20 : 금속 전극
H : 나노홀

Claims (20)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 형성되며, 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극;
    을 구비하는, 유연성 소자용 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 기판을 포함하고,
    상기 나노 기둥은 상기 나노홀을 관통하는, 유연성 소자용 부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 나노 기둥은 상기 기판과 일체를 이루면서 상기 기판의 상면에서 상부로 신장하는, 유연성 소자용 부재.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 상기 기판의 전면 상에 형성된 판상형의 금속 전극을 포함하는, 유연성 소자용 부재.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 나노 기둥은 상기 나노홀의 측벽과 이격된, 유연성 소자용 부재.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 나노 기둥은 폴리이미드를 포함하여 구성되고, 상기 금속 전극은 구리를 포함하여 구성되는, 유연성 소자용 부재.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥은 복수의 나노 기둥을 포함하며, 상기 적어도 하나 이상의 나노홀은 복수의 나노홀을 포함하는, 유연성 소자용 부재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 나노 기둥의 각각은 상기 복수의 나노홀의 각각을 관통하는, 유연성 소자용 부재.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며,
    상기 복수의 결정립 중 적어도 하나의 결정립은 상기 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 유연성 소자용 부재.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며,
    상기 적어도 하나 이상의 나노홀은 상기 복수의 결정립 간에 형성된, 유연성 소자용 부재.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며,
    상기 결정립의 평균 크기는 서로 인접한 상기 나노홀 간의 평균 이격거리에 대응되는, 유연성 소자용 부재.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 복수의 결정립으로 구성된 금속을 포함하며,
    상기 결정립의 평균 크기는 서로 인접한 상기 나노 기둥 간의 평균 이격거리에 대응되는, 유연성 소자용 부재.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 나노 기둥의 평균 두께와 평균 높이 및 서로 인접한 상기 나노 기둥 간의 평균 이격거리는 수십 나노미터 내지 수백 나노미터인, 유연성 소자용 부재.
  14. 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에, 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계;
    를 구비하는, 유연성 소자용 부재의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 기판을 제공하는 단계는, 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 상기 기판을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 상에, 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에, 상기 나노 기둥이 관통하는 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하는,
    유연성 소자용 부재의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 기판을 제공하는 단계는,
    상면이 평탄한 기판을 준비하는 단계; 및
    상기 상면이 평탄한 기판의 상부의 일부를 식각함으로써 상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥을 형성하는 단계;
    를 구비하는, 유연성 소자용 부재의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판 상에, 상기 나노 기둥이 관통하는 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 열증발(thermal evaporation) 공정에 의하여 금속을 증착하는 단계를 포함하는, 유연성 소자용 부재의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 열증발 공정은 상기 나노 기둥의 상단에 상기 금속의 오버행(overhang)이 형성될 수 있는 조건에서 수행되는, 유연성 소자용 부재의 제조방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판 상에, 상기 나노 기둥이 관통하는 적어도 하나 이상의 나노홀을 포함하는, 금속 전극을 형성하는 단계 이후에,
    상기 나노 기둥 중에서 상기 금속 전극의 상면으로 돌출되는 부분을 제거하는 단계;를 더 구비하는, 유연성 소자용 부재의 제조방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥이 형성된 기판을 제공하는 단계는,
    상면이 평탄한 기판을 준비하는 단계; 및
    상기 상면이 평탄한 기판의 상에 상기 적어도 하나 이상의 나노 기둥을 성장시키는 단계;
    를 구비하는, 유연성 소자용 부재의 제조방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100132369A (ko) * 2009-06-09 2010-12-17 삼성전기주식회사 슈퍼캐패시터 및 그 제조방법
KR20110094261A (ko) * 2011-08-02 2011-08-23 강원대학교산학협력단 금속 나노 링 패턴을 이용한 나노 구조물의 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008163397A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Fujitsu Ltd 柱状ナノ粒子、その製造方法及び磁気記録媒体
KR20100132369A (ko) * 2009-06-09 2010-12-17 삼성전기주식회사 슈퍼캐패시터 및 그 제조방법
KR20110094261A (ko) * 2011-08-02 2011-08-23 강원대학교산학협력단 금속 나노 링 패턴을 이용한 나노 구조물의 제조 방법

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