WO2013168968A1 - 금속 산화물/질화물/황화물 박막의 전사 방법 및 이에 사용되는 전사용 시트 - Google Patents

금속 산화물/질화물/황화물 박막의 전사 방법 및 이에 사용되는 전사용 시트 Download PDF

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thin film
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oxide
based thin
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이선숙
정대성
이영국
안기석
김성준
강성구
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한국화학연구원
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    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/1606—Graphene

Definitions

  • the present invention relates to a method for transferring a metal oxide / nitride / sulfide thin film to a desired substrate and a transfer sheet used therein.
  • LCDs liquid crystal displays
  • WLEDs organic electroluminescent displays
  • polymer films, glass, graphene Is used as a main substrate to grow a thin film layer having various functions such as an insulating layer, a channel layer, an electrode layer, a wiring layer, and a protective layer to manufacture a desired device.
  • the substrate is a polymer, glass, graphene, etc.
  • due to low heat resistance there is a problem that it is difficult to perform subsequent processes such as high temperature heat treatment or doping to obtain more improved device characteristics.
  • the present invention ( a ) forming a metal-based thin film comprising a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, metal sulfides and mixtures thereof on the first substrate; (b) forming a polymer support layer on the formed metal-based thin film; (c) removing the first substrate to obtain a transfer sheet in which a polymer support layer and a metal-based thin film are laminated; (d) adhering the transfer sheet to a second substrate such that a metal-based thin film surface is in contact with the transfer sheet; And (e) removing the polymer support layer of the transfer sheet.
  • the present invention includes a metal-based thin film comprising a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, metal sulfides and mixtures thereof, and a polymer support layer formed on the metal-based thin film, Provide a use sheet.
  • the present invention provides an electronic device comprising a metal-based thin film transferred by the above method.
  • the metal oxide / nitride / sulfide thin film can be easily formed to a desired thickness through transfer on a substrate having a difficult formation of the metal oxide / nitride / sulfide thin film.
  • Various electronic devices such as graphene devices can be easily manufactured.
  • Figure 1 shows an example of a process for producing a transfer sheet used in the method for transferring a metal oxide / nitride / sulfide thin film according to the present invention (10: metal oxide / nitride / sulfide thin film, 20: polymer support layer, 30: Base).
  • Figure 2 shows an example of a process for producing an electrode device by transferring a metal oxide / nitride / sulfide thin film according to the present invention (10: metal oxide / nitride / sulfide thin film, 20: polymer support layer, 50: lower electrode , 60: support body, 70: upper electrode).
  • the "metal oxide / nitride / sulfide thin film" as the object of transfer means specifically a thin film including a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, metal sulfides, and mixtures thereof.
  • the transfer sheet according to the present invention comprises ( a ) forming a metal-based thin film on a first substrate. Forming; (b) forming a polymer support layer on the metal-based thin film; And (c) removing the first substrate to obtain a transfer sheet in which a polymer support layer is laminated on a metal-based thin film.
  • the substrate (first substrate) on which the metal-based thin film is formed is not particularly limited as long as the substrate is easy to remove.
  • the substrate may be a metal substrate, a semiconductor substrate, a polymer substrate, or a combination thereof. Do.
  • the first substrate is a metal thin film selected from the group consisting of copper, nickel, cobalt, stainless steel and alloys thereof on a substrate such as sapphire, silicon, sputtering method, thermal evaporation method (thermal It may be formed to an appropriate thickness by a method such as evaporation, e-beam evaporation.
  • the metal-based thin film may be a thin film containing a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, metal sulfides, and combinations thereof.
  • the metal oxide may be aluminum oxide (A1 2 0 3 ), silicon oxide (Si0 2 ), zinc oxide (ZnO), hafnium oxide (Hf0 2 ), zirconium oxide (Zr0 2 ), titanium oxide (Ti0 2 ), Tin oxide (Sn0 2 ), or a combination thereof is possible.
  • the metal nitride may be gallium nitride (GaN), boron nitride (BN), aluminum nitride (A1N), titanium nitride (TiN), indium nitride (InN), or a combination thereof.
  • metal sulfides include molybdenum disulfide (MoS 2 ), cadmium sulfide (CdS), Zinc sulfide (ZnS), tungsten disulfide (WS 2 ), or a combination thereof is possible.
  • atomic layer deposition ALD
  • CVD chemical vapor deposition
  • CBD chemical solution growth
  • inkjet spin coating
  • sol-gel method printing process
  • chemical vapor deposition method chemical solution growth
  • Sputtering method physical vapor deposition method
  • thermal vapor deposition method thermal vapor deposition method, etc.
  • ALD atomic layer deposition
  • a thin film of uniform and thin thickness can be deposited.
  • the thickness of the metal-based thin film can be adjusted as needed, for example, 0.5nm to 5 range is possible, more preferably iQnm to 30nm range.
  • the polymer support layer formed on the metal-based thin film may be selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), and thermal release tape (thermal release tape)
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • thermal release tape thermal release tape
  • the method for forming the polymer support layer when forming the PMMA support layer or the PDMS support layer, spin coating, dip coating, or the like may be used. For example, by coating the spin coating method at 500 rpm for 10 seconds and then coating at 2000 rpm for 20 seconds, a polymer film having a uniform thickness can be formed. In addition, when using the coating method it is preferable to coat in a thickness range of 500 to 3000 nm.
  • the polymer support layer formed as described above forms a transfer sheet together with the metal based thin film, and serves as a support of the metal based thin film.
  • the first substrate may be removed by an etching solution, an organic solvent, or the like.
  • an etching solution may be used when the first substrate is a metal material, specifically, an aqueous solution of iron chloride (m) (FeCl 3 ), an aqueous solution of hydrochloric acid, or a mixture thereof may be used, and in particular, the first substrate may be copper.
  • an aqueous solution of iron chloride ( ⁇ ) at a concentration of 0.5-1.5M may be used.
  • an immersion method may be applied. For example, if the etching rate is lowered by diluting the concentration with an aqueous solution of iron (III) chloride containing no acid, the etching rate may be reduced without affecting the metal thin film.
  • the first substrate is a polymer material
  • it can be removed using an appropriate organic solvent.
  • 1 illustrates an example of a process for manufacturing a transfer sheet according to the present invention.
  • a metal-based thin film 10 is deposited on a substrate 30 (the first substrate) (A1).
  • the base material 30 is removed (A3) and a transfer sheet can be obtained.
  • the metal-based thin film in the transfer sheet thus produced can be made very thin, for example, the metal-based thin film has a thickness of lOnm to 30nm. Can have.
  • a very flat (atomic-flat) surface in microstructure for example a surface roughness of 0.3 nm to 1.5 nm, more preferably a minimized surface roughness in the range of 0.5 nm to lnm. Can be.
  • the prepared transfer sheet may be used for transferring the metal-based thin film in the following steps, and may be usefully used for manufacturing other electronic devices.
  • Transfer of metal oxide / nitride / sulfide thin film Using the transfer sheet prepared in the previous step, (d) adhering the metal thin film of the transfer sheet to a desired substrate (second substrate); And (e) removing the polymer support layer of the transfer sheet, thereby transferring the metal-based thin film to a desired substrate.
  • the bonding process is not particularly limited, but adhesion by van der Waals forces is possible.
  • the metal-based thin film of the transfer sheet may be wetted with water, bonded to a substrate, and bonded by van der Waals forces while evaporating water through drying, or by applying a slight physical force.
  • step (e) as a method of removing the polymer support layer, an appropriate method may be used according to the type of the polymer support layer.
  • the PMMA support layer it may be removed by dissolving with an organic solvent such as acetone.
  • a heat-peelable tape is used as the support layer, it can be removed by applying heat.
  • the steps (a) to (e) may be repeated one or more times to transfer a plurality of the metal-based thin films on the second substrate.
  • the method of the present invention it is possible to add the metal oxide / nitride / sulfide thin film in the conventional, it was difficult and easy to add a simple procedure, the surface roughness of the thin film is very low, such as graphene Since it can be added on an electrode, electronic materials, such as a thin film transistor (TFT) and a flexible substrate, can be manufactured efficiently.
  • 2 illustrates an example of a process of manufacturing an electronic device using the transfer method of the present invention. Referring to this description, first, a substrate (electrode 50, a lower electrode) is formed on a support body 60.
  • the present invention provides an electronic device comprising a metal-based thin film (metal oxide / nitride / sulfide thin film) transferred by a transfer method using the transfer sheet.
  • an electronic device may be completed by transferring a metal-based thin film on an electrode formed on a support and forming an additional pattern or the like, or laminating additional substrates or films.
  • the electronic device may be an electrode selected from the group consisting of graphene, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), poly (3,4-ethylenedioxythiophene XPEDOT), and combinations thereof. It may include a channel layer.
  • the support, the substrate, and the film constituting the electronic device may include a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide, and combinations thereof. have.
  • the present invention provides a graphene electronic device using graphene as an electrode, and when using a flexible film such as PET as a support of the electrode, it is possible to manufacture a flexible graphene electronic device Do.
  • a flexible film such as PET as a support of the electrode
  • Do flexible graphene electronic device
  • the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the invention is not limited to the following examples.
  • Example Manufacture of Sheet for Transfer Sapphire substrate A thin copper film was deposited on the film at a thickness of 500 nm by sputtering (deposition conditions-power: 2 W, time: 3 hours, deposition rate: 4 nm / min).
  • an aluminum oxide (A1 2 0 3 ) thin film was deposited on the copper thin film by an atomic layer deposition (ALD) to a thickness of 30 nm (deposition conditions—Al source: TMA, 0 (oxygen) source: Water, deposition substrate temperature: 200 ° C, 1 cycle: Ar-TMA— Ar— H 2 0).
  • ALD atomic layer deposition
  • PMMA (Mw: 350,000) was coated on the deposited aluminum oxide thin film to a thickness of 2,000 nm by spin coating.
  • a supporting layer obtained PMMA etch solution (1M FeCl 3 solution) to soak the copper naemeurosseo completely dissolved, remove the PMMA support layer and the transfer sheet is laminated on the aluminum oxide thin film.
  • Example 3 is an electron microscope image obtained on the surface of the aluminum oxide thin film of the transfer sheet obtained in Example 1, the RMS roughness (root-mean—square roughenss) was measured to 1.176 nm.
  • Example 2 Fabrication of Electronic Device to which Aluminum Oxide Thin Film was Transferred (1) Transfer of Lower Electrode
  • Graphene thin films were formed on copper foil using chemical vapor deposition (CVD).
  • the PMMA support layer on the formed graphene thin film by spin coating Formed.
  • the solution was immersed in 1M FeCl 3 aqueous solution as an etching solution to dissolve copper, and the etching solution remaining on the graphene thin film was washed with distilled water.
  • the sheet including the graphene thin film thus prepared was adhered onto a PET film, and then the PMMA support layer was dissolved by removing acetone. As a result, a large-area graphene-transferred substrate was obtained as a lower electrode on the PET film.
  • the transfer sheet prepared in Example 1 was wetted with water and then bonded onto graphene of the substrate obtained above. It was allowed to dry naturally in a tilted state, and the graphene and the aluminum oxide thin film were adhered by van der Waals forces as the water evaporated. After drying, heat was applied for 20 minutes with silver at 100 ° C to completely remove water and increase adhesion. After that, the transfer of the aluminum oxide thin film was completed by removing the PMMA support layer using acetone.

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Abstract

기재 상에 금속 산화물/질화물/황화물 박막을 형성하고 고분자 지지층을 형성한 뒤 기재를 제거하여 수득하는 전사용 시트는, 원하는 다른 기재 상에 접착한 뒤 고분자 지지층을 제거함으로써 금속 산화물/질화물/황화물 박막을 전사 하는데 유용하게 사용될 수 있으며, 이와 같이 전사된 금속 산화물/질화물/황화물 박막은 원하는 두께로 형성될 수 있어서, 그래핀 전극 등을 사용하는 다양한 전자 소자의 제조를 보다 용이하게 할 수 있다.

Description

금속산화물 /질화물 /황화물박막의 전사방법 및 이에 사용되는 전사용시트 기술분야
본 발명은 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막을 원하는 기재에 전사하는 방법 및 이에 사용되는 전사용 시트에 관한 것이다. 배경기술
최근의 액정 디스플레이 (LCD)와 유기전자발광 디스플레이 WLED)를 비롯한 유연성 (flexibilty) 및 투명성 (transparency)을 갖춘 다양한 전자소자의 제조에는， 고분자 필름 (polymer film), 유리 (glass), 그래핀 (graphene) 등을 주요 기질로 사용하여 절연층， 채널층， 전극층， 배선층， 보호층 등 다양한 기능의 박막층을 성장시켜 원하는 소자를 제조하고 있다.
그러나 기질이 고분자， 유리， 그래핀 등일 경우에는 낮은 내열성 때문에， 보다 향상된 소자 특성을 얻기 위한 고온 열처리나 도핑 등의 후속 공정을 수행하기가 어려운 문제가 있다.
따라서， 고분자， 유리， 그래핀 등과 같이 내열성이 낮은 기질에서 보다 향상된 소자 특성을 구현하기 위하여 새로운 방식의 소자 제조 방식이 요구된다. 발명의 요약
따라서， 본 발명의 목적은 다양한 기재에 대해 원하는 두께를 갖는 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막을 전사하는 방법， 및 이에 사용되는 전사용 시트를 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라， 본 발명은 (a) 제 1 기재 상에 금속 산화물, 금속 질화물， 금속 황화물 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 금속계 박막을 형성하는 단계; (b) 형성된 금속계 박막 위에 고분자 지지층을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 기재를 제거하여 고분자 지지층과 금속계 박막이 적층된 전사용 시트를 수득하는 단계; (d) 상기 전사용 시트를 금속계 박막 면이 접하도록 제 2 기재에 접착시키는 단계; 및 (e) 상기 전사용 시트의 고분자 지지층을 제거하는 단계를 포함하는， 금속계 박막의 전사 방법을 제공한다.
상기 다른 목적에 따라， 본 발명은 금속 산화물， 금속 질화물， 금속 황화물 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 금속계 박막， 및 상기 금속계 박막 위에 형성된 고분자 지지층을 포함하는, 금속계 박막의 전사용 시트를 제공한다.
또한， 본 발명은 상기 방법에 의해 전사된 금속계 박막을 포함하는, 전자 소자를 제공한다.
본 발명의 방법에 따르면， 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막 형성이 어려운 기판 상에， 전사를 통해 용이하게 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막을 원하는 두께로 형성할 수 있으므로， 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막을 포함하는 그래핀 소자와 같은 다양한 전자 소자를 용이하게 제조할 수 있다.
도면의 간단한설명 도 1은 본 발명에 따른 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막의 전사 방법 에 사용되는 전사용 시트를 제조하는 공정 의 일례를 나타낸 것이다 (10: 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막， 20: 고분자 지지층， 30: 기 재).
도 2는 본 발명에 따라 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막을 전사하여 전극 소자를 제조하는 공정의 일 례를 나타낸 것 이다 (10: 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막， 20： 고분자 지지층， 50: 하부 전극， 60： 지지 체， 70: 상부 전극).
도 3은 본 발명에 따라 제조된 전사용 시트의 표면에 대해 전자현미 경으로 얻은 이미지 이다. 발명의 상세한 설명 이하， 본 발명에 따라 원하는 기 재 상에 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막을 전사시 키는 방법을 보다 구체적으로 설명 한다. 본 발명에서 전사의 대상으로 하는 "금속 산화물 /질화물 /황화물 박막"은 구체적으로는 금속 산화물， 금속 질화물， 금속 황화물 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 박막을 의 미하는 것으로서， 이하 명 세서에서는 이를 "금속계 박막' '이 라 간략히 칭 한다. 전사용 시트의 제조 본 발명에 따르는 전사용 시트는， (a) 제 1 기 재 상에 금속계 박막을 형성하는 단계; (b) 상기 금속계 박막 위에 고분자 지지층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제 1 기재를 제거하여 금속계 박막 상에 고분자 지지층이 적층된 전사용 시트를 수득하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 상기 단계 (a)에 있어서， 금속계 박막이 형성되는 기재 (제 1 기재)는 제거가 용이한 기재라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 금속 기재， 반도체 기재, 고분자 기재， 또는 이들이 조합된 기재가 가능하다.
예를 들어, 제 1 기재는， 사파이어 (sapphire), 실리콘 등의 기질 상에， 구리， 니켈， 코발트, 스텐레스스틸 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 박막이, 스퍼터링법, 열증착법 (thermal evaporation), 전자범증착법 (e— beam evaporation) 등의 방법에 의해 적절한 두께로 형성된 것일 수 있다.
또한， 금속계 박막은, 금속 산화물， 금속 질화물， 금속 황화물 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 박막이 가능하다.
구체적으로, 금속 산화물로는 산화알루미늄 (A1203), 산화실리콘 (Si02), 산화아연 (ZnO), 산화하프늄 (Hf02), 산화지르코늄 (Zr02), 산화티타늄 (Ti02), 산화주석 (Sn02), 또는 이들의 흔합물이 가능하다.
또한， 금속 질화물로는 질화갈륨 (GaN), 질화붕소 (BN), 질화알루미늄 (A1N), 질화티타늄 (TiN), 질화인듐 (InN), 또는 이들의 흔합물이 가능하다.
또한， 금속 황화물로는 이황화몰리브덴 (MoS2), 황화카드뮴 (CdS), 황화아연 (ZnS), 이황화텅스텐 (WS2), 또는 이들의 흔합물이 가능하다.
또한， 상기 금속 박막 상에 금속계 박막을 형성하는 방법으로는 원자층증착법 (ALD), 화학기상증착법 (CVD), 화학적용액성장법 (CBD), 잉크젯， 스핀코팅, 졸겔법， 인쇄공정 (화학적 증착법)， 스퍼터링법 (물리적 증착법), 열 증착법 등이 가능하며, 예를 들어 원자층증착법 (ALD)을 이용할 경우 균일하고 얇은 두께의 박막을 증착할 수 있다. 이때 증착되는 금속계 박막의 두께는 필요에 따라 조절할 수 있으며， 예를 들어 0.5nm 내지 5 범위가 가능하며， 보다 바람직하게는 iQnm내지 30nm범위인 것이 좋다. 상기 단계 (b)에 있어서， 상기 금속계 박막 위에 형성되는 고분자 지지층은 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리디메틸실록산 (PDMS), 및 열박리성테이프 (thermal release tape)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며， 예를 들어 PMMA 지지층을 형성할 경우 잔여 불순물이 적고 금속계 박막올 변형시키지 않아 유리하며， 이와 같이 PMMA의 경우 아세톤과 같은 유기 용매에 의해 쉽게 제거될 수 있도록 분자량 (Mw)이 100,000 내지 500,000, 보다 바람직하게는 120,000 내지 350,000인 것이 좋다.
고분자 지지층의 형성 방법으로는， PMMA지지층 또는 PDMS 지지층을 형성할 경우 스핀 코팅법 (spin coating), 딥 코팅법 (dip coating) 등이 가능하다. 예를 들어， 스핀 코팅법을 이용하여 500rpm으로 10초간 코팅 후 2000rpm으로 20초간 코팅하는 것에 의해, 수 의 균일한 두께의 고분자막을 형성할 수 있다. 또한， 코팅법을 이용할 경우 500 내지 3000 nm의 두께 범위로 코팅하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 고분자 지지층은 추후 금속계 박막과 함께 전사용 시트를 형성하며, 금속계 박막의 지지체 역할을 수행한다. 상기 단계 (c)에 있어서， 제 1 기재의 제거는 에칭 용액, 유기 용매 등에 의해 이루어질 수 있다.
예를 들어， 제 1 기재가 금속 소재일 경우에 에칭 용액을 사용할 수 있으며 ， 구체적으로 염화철 (m)(FeCl3) 수용액， 염산 수용액， 또는 이들의 흔합 용액이 가능하고， 특히 제 1 기재가 구리일 경우 0.5~1.5M 농도의 염화철 (ΙΠ) 수용액을 사용할 수 있다. 에칭 용액을 사용하는 경우 침지법을 적용할 수 있으몌 예를 들어 산이 섞여 있지 않은 염화철 (III) 수용액으로 농도를 최대한 묽혀서 에칭 속도를 낮추면 금속계 박막에 영향을 주지 않고 에칭을 할 수 있다.
또한, 제 1 기재가 고분자 소재일 경우에 적절한 유기 용매를 사용하여 제거시킬 수 있다. 도 1은 본 발명에 따라 전사용 시트를 제조하는 공정의 일례를 나타낸 것으로서， 이를 참조하여 설명하면， 먼저 기재 (30, 제 1 기재) 상에 금속계 박막 (10)을 증착하고 (A1), 상기 금속계 박막 (10) 상에 고분자 지지층 (20)을 형성한 뒤 (A2), 기재 (30)를 제거함으로써 (A3)， 전사용 시트를 얻을 수 있다. 이로써 제조된 전사용 시트 중의 금속계 박막은 두께를 매우 얇게 제조하는 것이 가능하며, 예를 들어 금속계 박막은 lOnm 내지 30nm의 두께를 가질 수 있다. 또한， 동시에 미세 구조상으로 매우 편평한 (atomic-flat) 표면을 가질 수 있으며， 예를 들어 0.3nm 내지 1.5nm의 표면 거칠기 (roughness), 보다 바람직하게는 0.5nm 내지 lnm 범위의 최소화된 표면 거칠기를 가질 수 있다.
제조된 전사용 시트는 이하의 단계에서 금속계 박막의 전사에 사용될 수 있으며， 기타 전자 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다. 금속산화물 /질화물 /황화물박막의 전사 앞서의 단계에서 제조된 전사용 시트를 이용하여, (d) 전사용 시트의 금속계 박막을 원하는 기재 (제 2 기재)에 접착시키는 단계; 및 (e) 전사용 시트의 고분자 지지층을 제거하는 단계를 통해, 금속계 박막을 원하는 기재에 전사시킬 수 있다. 상기 단계 (d)에 있어서， 접착 공정은 특별히 한정되지는 않으나, 반데르발스 힘에 의한 접착이 가능하다. 예를 들어, 전사용 시트의 금속계 박막에 물을 적시고 기재에 접합시킨 뒤 건조를 통해 물을 증발시키면서 반데르발스 힘에 의해 접착되도톡 하거나， 또는 약간의 물리적 힘을 가함으로써 접합시킬 수 있다.
또한 상기 단계 (e)에 있어서, 고분자 지지층을 제거하는 방법으로는 고분자 지지층의 종류에 따라 적절한 방법을 사용할 수 있으며， 예를 들어, PMMA 지지층의 경우 아세톤과 같은 유기 용매로 녹여 제거할 수 있고， 지지층으로서 열박리성 테이프를 사용하였을 경우에는 열을 가함으로써 제거할 수 있다. 상기 단계 (e) 이후에 추가로 단계 (a) 내지 (e)를 1회 이상 반복하여， 상기 제 2 기 재 상에 상기 금속계 박막을 복수개 전사할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 방법에 의 하면， 종래에는 금속 산화물 /질화물 /황화물 박막을 부가하기가 어 려웠던 부분에도 용이하고 간단한 절차로 부가할 수 있으며， 박막의 표면 거 칠기가 매우 낮아서 그래핀 등의 전극 상에 부가하는 것 이 가능하므로, 박막트랜지스터 (TFT)나 가요성 (flexible) 기판과 같은 전자 소재를 효율적으로 제조할 수 있다. 도 2는 본 발명의 전사 방법을 이용하여 전자 소자를 제조하는 공정 의 일례흩 나타낸 것으로서 , 이를 참조하여 설명하면， 먼저 지지 체 (60) 상에 전극 (50, 하부전극)이 형성된 기 재 (제 2 기 재)를 준비하고 (B1), 상기 기 재 (제 2 기 재)의 전극 (50) 상에 고분자 지지층 (20)과 금속계 박막 (10)이 적층된 전사용 시트를 접 착한 뒤 (B2), 고분자 지지층 (20)올 제거함으로써 금속계 박막 (10)의 전사를 완료할 수 있다 (B3).
또한 필요한 경우， 상기 전사된 금속계 박막 (10) 상에 추가적 인 전극 (70, 상부 전극)을 전사하여 다양한 전자 소자를 제조할 수 있다 (B4). 전자 소자 따라서, 본 발명은 상기 전사용 시트를 사용하는 전사 방법에 의해 전사된 금속계 박막 (금속 산화물 /질화물 /황화물 박막)을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
예를 들어， 지지체 위에 형성된 전극 상에 금속계 박막을 전사하고 그 위에 추가적인 패턴 등을 형성하거나 추가적인 기판， 필름 둥올 적층함으로써 전자 소자를 완성할 수 있다.
이 때 상기 전자 소자는 그래핀 (graphene), 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 폴리 (3，4-에틸렌디옥시티오펜 XPEDOT) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전극 또는 채널층을 포함할 수 있다. 또한， 상기 전자 소자를 구성하는 지지체， 기판， 및 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET)， 폴리디메틸실톡산 (PDMS) , 폴리이미드 (polyimide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
특히， 본 발명은 전극으로서 그래핀 (graphene)올 사용하는 그래핀 전자 소자를 제공하며， 이 때 전극의 지지체로서 PET와 같은 가요성 필름을 사용할 경우 유연한 (flexible) 그래핀 전자 소자의 제조가 가능하다. 이하， 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐， 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예 전사용 시트의 제조 사파이어 (sapphire) 기재. 상에 구리 박막을 스퍼터링법에 의해 500nm의 두께로 증착하였다 (증착 조건 - 전원: 2W, 시간: 3시간， 증착 속도: 4nm/분). 이후， 상기 구리 박막 상에 산화알루미늄 (A1203) 박막을 원자층증착법 (ALD; atomic layer deposition)에 의해 30nm의 두께로 증착하였다 (증착 조건 - Al source: TMA, 0(산소) source: 물， 증착 기판 온도: 200 °C, 1 cycle: Ar-TMA— Ar— H20).
증착된 산화 알루미늄 박막 위에 PMMA(Mw:350,000)를 스핀코팅법에 의해 2,000nm의 두께로 코팅하였다.
수득한 PMMA 지지층이 형성된 기판을 에칭 용액 (1M FeCl3 수용액)에 담가 구리를 완전히 녹여냄으로써， PMMA 지지층과 산화알루미늄 박막이 적층된 전사용 시트를 분리해 내었다.
도 3은 실시예 1에서 얻은 전사용 시트의 산화알루미늄 박막 표면에 대해 얻은 전자현미경 이미지로서, RMS 거칠기값 (root-mean— square roughenss)이 1.176 nm으로 측정되었다. 실시예 2: 산화알루미늄 박막이 전사된 전자소자의 제조 (1) 하부 전극의 전사
구리 호일 위에 그래핀 박막을 화학기상증착법 (CVD)을 이용하여 형성하였다. 상기 형성된 그래핀 박막 상에 PMMA 지지층을 스핀코팅법에 의해 형성하였다. 이를 에칭 용액인 1M FeCl3 수용액에 담가 구리를 녹여낸 후， 그래핀 박막 상에 잔류하는 에칭 용액을 증류수로 씻어내었다.
이로써 제조된 그래핀 박막을 포함하는 시트를 PET 필름 상에 접착시킨 뒤， 아세톤으로 PMMA 지지층을 녹여 제거하였다. 그 결과， PET 필름 상에 하부 전극으로서 PET 필름과 거의 유사한 대면적 (large-area)의 그래핀이 전사된 기판을 얻었다.
(2) 산화알루미늄 박막의 전사
실시예 1에서 제조한 전사용 시트를 물에 적신 뒤， 앞서 얻은 기판의 그래핀 위에 접합시켰다. 이를 기울인 상태로 자연 건조시켜， 물이 증발되면서 그래핀과 산화알루미늄 박막이 반데르발스 힘에 의해 접착되도록 하였다. 건조가 끝나면 100°C의 은도로 20분간 열을 가하여 물기를 완전히 제거하면서 접착력을 높였다. 이후， 아세톤을 이용하여 PMMA 지지층을 제거함으로써 산화알루미늄 박막의 전사를 완료하였다.
(3) 상부 전극의 전사
전사된 산화알루미늄 박막 상에 상부 전극으로서 다수의 소면적 (smal卜 area) 그래핀을 전사함으로써， 그래핀 전자 소자를 완성하였다. 이상， 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

Claims

卜허청구범위
1. (a) 제 1 기재 상에 금속 산화물， 금속 질화물， 금속 황화물 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 금속계 박막을 형성하는 단계;
(b) 상기 금속계 박막 위에 고분자 지지층을 형성하는 단계;
(c) 상기 제 1 기재를 제거하여 고분자 지지층과 금속계 박막이 적층된 전사용 시트를 수득하는 단계;
(d) 상기 전사용 시트를 금속계 박막 면이 접하도톡 제 2 기재에 접착시키는 단계; 및
(e) 상기 전사용 시트의 고분자 지지층을 제거하는 단계를 포함하는， 금속계 박막의 전사 방법.
2. 제 1 항에 있어서ᅤ
상기 단계 (e) 이후에 추가로 단계 (a) 내지 (e)를 1회 이상 반복하여， 상기 제 2 기재 상에 상기 금속계 박막을 복수개 전사하는 것을 특징으로 하는, 금속계 박막의 전사 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (a)에서
상기 금속 산화물이 산화알루미늄 (A1203), 산화실리콘 (Si02), 산화아연 (ZnO), 산화하프늄 (Hf02), 산화지르코늄 (Zr02), 산화티타늄 (Ti02), 산화주석 (Sn02) 및 이들의 흔합물로부터 선택되고;
상기 금속 질화물이 질화갈륨 (GaN), 질화붕소 (BN), 질화알루미늄 (AIN), 질화티타늄 (TiN), 질화인듐 (InN), 및 이들의 흔합물로부터 선택되고;
상기 금속 황화물이 이황화몰리브덴 (MoS2), 황화카드뮴 (CdS), 황화아연 (ZnS), 이황화텅스텐 (WS2), 및 이들의 흔합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는， 금속계 박막의 전사 방법.
4. 제 1 항에 있어서，
상기 단계 (a)에서 금속계 박막의 형성이 원자층증착법 (ALD), 화학기상증착법 (CVD), 화학적용액성장법 (CBD), 잉크젯, 스핀코팅， 졸겔법， 인쇄공정， 스퍼터링법, 또는 열 증착법에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는， 금속계 박막의 전사 방법.
5. 제 1 항에 있어서，
상기 단계 (b)에서 고분자 지지층이 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리디메틸실록산 (PDMS), 및 열박리성테이프 (thermal release tape)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는， 금속계 박막의 전사 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 제 1 기재의 제거가 에칭 용액 또는
Figure imgf000015_0001
이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속계 박막의 전사 방법.
7. 제 1 항에 있어서 ,
상기 단계 (d)에서 금속계 박막의 접 착이 , 상기 전사용 시트의 금속계 박막 면에 물을 적시고 제 2 기 재에 접합시 킨 뒤 건조를 통해 물을 증발시 키 면서 반데르발스 힘에 의해 접 착하는 것을 특징으로 하는， 금속계 박막의 전사 방법 .
8. 제 1 항에 있어서，
상기 단계 (b)에서 고분자 지지층이 폴리 메틸메타크릴레 이트 (PMMA)이고, 상기 단계 (e)에서 유기 용매에 의해 고분자 지지층을 제거하는 것을 특징으로 하는， 금속계 박막의 전사 방법 .
9. 금속 산화물, 금속 질화물， 금속 황화물 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 금속계 박막， 및 상기 금속계 박막 위에 형성된 고분자 지지층을 포함하는 금속계 박막의 전사용 시트. 제 9 항에 있어서，
상기 금속계 박막의 두께가 0.5nm 내지 5//m인 것을 특징으로
Figure imgf000016_0001
시 E
11. 제 9 항에 있어서，
상기 금속 산화물이 산화알루미늄 (A1203), 산화실리콘 (Si02), 산화아연 (ZnO), 산화하프늄 (Hf02), 산화지르코늄 (Zr02), 산화티타늄 (Ti02), 산화주석 (Sn02) 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택되고; 상기 금속 질화물이 질화갈륨 (GaN), 질화붕소 (BN), 질화알루미늄 (A1N), 질화티타늄 (TiN), 질화인듐 (InN)ᅳ 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 금속 황화물이 이황화몰리브덴 (MoS2), 황화카드뮴 (CdS), 황화아연 (ZnS), 이황화텅스텐 (WS2), 및 이들의 흔합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는， 전사용 시트.
12. 제 9 항에 있어서，
상기 고분자 지지층이 폴리 메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리디 메틸실록산 (PDMS), 및 열박리성 테 이프 (thermal release tape)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는， 전사용 시트.
13. 제 9 항에 있어서，
상기 전사용 시트가 제 1 항의 단계 (a) 내지 (c)를 포함하는 방법 에 의 해 제조된 것 임을 특징으로 하는， 전사용 시트.
14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 전사된 금속계 박막을 포함하는, 전자 소자.
15. 제 14 항에 있어서 ,
상기 전자 소자가 그래핀 (graphene) 소재의 전극 또는 채 널층을 포함하는 것을 특징으로 하는， 전자 소자.
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