WO2024096723A1 - 산화물 박막 - Google Patents

산화물 박막 Download PDF

Info

Publication number
WO2024096723A1
WO2024096723A1 PCT/KR2023/017695 KR2023017695W WO2024096723A1 WO 2024096723 A1 WO2024096723 A1 WO 2024096723A1 KR 2023017695 W KR2023017695 W KR 2023017695W WO 2024096723 A1 WO2024096723 A1 WO 2024096723A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thin film
layer
oxide
main
oxide thin
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/017695
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
한수덕
최원영
Original Assignee
반암 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 반암 주식회사 filed Critical 반암 주식회사
Priority claimed from KR1020230151910A external-priority patent/KR102682498B1/ko
Publication of WO2024096723A1 publication Critical patent/WO2024096723A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/1013—Thin film varistors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/075—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thin film techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/008—Thermistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors

Definitions

  • the present invention relates to oxide thin films, and more specifically, to oxide thin films having MIT properties.
  • MIT metal-insulator transition
  • vanadium dioxide (VO 2 ) is known to exhibit a phase transition phenomenon at an ultra-fast rate (within femto(10 -15 ) seconds) at a temperature close to room temperature (approximately 67°C.
  • Vanadium dioxide (VO 2 ) is known to exhibit heat and electricity. In that it responds sensitively and quickly to various energies such as light, it has great potential for application in sensing, switching, and especially surge protection applications.
  • single crystal bulk VO 2 In the case of single crystal bulk VO 2 , it is rapidly destroyed within a few cycles accompanied by structural deformation and distortion during phase transition, so it is recommended to use single crystal bulk VO 2 in the above-mentioned fields. There may be limits. Therefore, for reliability such as repeatability and stability, a high-quality VO 2 thin film must be produced.
  • the VO 2 thin film In order for the VO 2 thin film to have the characteristics of high sensitivity and high reliability, the VO 2 thin film must have a large electrical resistance difference (R1/R2) between the metal phase and the insulating phase, and the phase transition temperature during the heating process and the phase transition during the cooling process.
  • the hysteresis temperature difference ( ⁇ T), which is the difference between temperatures, must be small.
  • Embodiments of the present invention provide an oxide thin film exhibiting MIT properties with improved reliability, sensitivity, accuracy, and reproducibility.
  • the oxide thin film according to one embodiment includes a single crystal substrate; and a main oxide layer laminated on the single crystal substrate and doped with a different metal element; wherein, in energy dispersive X-ray analysis (EDX) using a transmission electron microscope (TEM), the different metal element and the main oxide layer are The metal elements of the metal oxide constituting may be uniformly distributed.
  • EDX energy dispersive X-ray analysis
  • TEM transmission electron microscope
  • the EDX curve distribution level of the dissimilar metal element may have a difference of less than 30% compared to the EDX curve distribution level of the metal element of the metal oxide constituting the main oxide layer.
  • the standard deviation of the EDX curve of the different metal element measured in the thickness direction of the main oxide layer may have a difference of less than 30% compared to the standard deviation of the EDX curve of the metal element of the metal oxide constituting the main oxide layer.
  • the main oxide layer may be formed by integrating a crystal sacrificial layer of the different metal element and a preliminary oxide thin film formed on the crystal sacrificial layer through a post-heat treatment process.
  • the crystal sacrificial layer may be grown on the single crystal substrate along the crystal direction of the single crystal substrate.
  • the preliminary oxide thin film may be an amorphous film on the crystal sacrificial layer.
  • the main oxide layer may be formed by crystallizing the non-crystallized preliminary oxide thin film in a predetermined direction along the crystal direction of the crystal sacrificial layer through the post-heat treatment process.
  • the single crystal substrate is a sapphire (Al 2 O 3 ) single crystal substrate, and the main oxide layer may be one in which at least a portion of the V ions in the VO 2 crystal lattice are substituted (doped) with Ti ions.
  • the oxide thin film according to one embodiment is a single crystal substrate; and a VO 2 layer laminated on the single crystal substrate and doped with Ti, wherein the VO 2 It can only appear in range.
  • the VO 2 layer may be defined as a highly crystalline epitaxial thin film with one main VO 2
  • the half width HWHM of the main VO 2 XRD peak of the VO 2 layer may be 1° or less.
  • This technology can provide oxide thin films exhibiting MIT properties with improved reliability, sensitivity, accuracy, and reproducibility.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an energy-sensitive electronic component according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section along line II' of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross section along line II-II' in FIG. 1.
  • Figure 4 is an enlarged view of A in Figure 2.
  • Figure 5 is a graph showing resistance according to temperature during the first cycle of each of Experimental Examples 1 and 2.
  • Figure 6 is a graph showing resistance according to temperature during multiple cycles in Experimental Example 1.
  • Figure 7 is a graph showing the changes in R1/R2 of Experimental Example 1, the hysteresis temperature difference ( ⁇ T) of Experimental Example 1, and the phase transition temperature ( TMI ) of Experimental Example 1 according to thermal cycle accumulation.
  • FIG. 8 is a diagram showing energy dispersive X-ray analysis (EDX) data using a transmission electron microscope (TEM) for a body according to an embodiment.
  • EDX energy dispersive X-ray analysis
  • FIG. 9 is an enlarged view showing only Ti among the EDX curves of FIG. 8.
  • FIG. 10 is an enlarged view showing only V among the EDX curves of FIG. 8.
  • FIG. 11 is a diagram showing XRD (X-ray diffraction) data for a body according to an embodiment.
  • coupling does not mean only the case of direct physical contact between each component in the contact relationship between each component, but also means that another component is interposed between each component, and the component is in that other component. It should be used as a concept that encompasses even the cases where each is in contact.
  • the first direction may be defined as the L direction or the longitudinal direction
  • the second direction may be defined as the W direction or the width direction
  • the third direction may be defined as the T direction or the thickness direction.
  • Energy-sensitive electronic components are used in electronic devices, and various types of energy-sensitive electronic components can be appropriately used among these electronic components for the purpose of preventing overheating or overvoltage.
  • Energy-sensitive electronic components may include, for example, a thermistor, which is a thermal energy-sensitive electronic component, and a varistor, which is an electrical energy-sensitive electronic component, and various electronic devices, various electronic components of electronic devices, and various electronic devices. It can be used to protect component modules, etc.
  • an energy-sensitive electronic component may mean that the electrical resistance of the electronic component changes according to changes in energy such as thermal energy, electrical energy, or light energy.
  • energy-sensitive electronic components change electrical resistance according to changes in thermal energy, that is, electrical resistance changes according to temperature changes.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an energy-sensitive electronic component according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section along line II' of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross section along line II-II' in FIG. 1.
  • Figure 4 is an enlarged view of A in Figure 2.
  • an electronic component 1000 includes a thin film substrate 100, a first external electrode 200, and a second external electrode 300.
  • the thin film substrate 100 includes a base substrate 110 and a functional thin film 120.
  • the “energy-sensitive electronic component 1000” will be referred to as the “electronic component 1000.”
  • the thin film substrate 100 can form the overall appearance of the electronic component 1000 according to this embodiment.
  • the thin film substrate 100 may be formed as an overall hexahedron.
  • the thin film substrate 100 will be referred to as the body 100 in that it forms the overall appearance of the electronic component 1000 according to this embodiment.
  • the body 100 has a first surface 101 and a second surface 102 facing each other in the first direction 1, and a second surface 102 facing each other in the second direction 2, based on FIGS. 1 to 3. It includes a third side 103, a fourth side 104, and a fifth side 105 and a sixth side 106 facing in the third direction 3.
  • Each of the first to fourth surfaces 101, 102, 103, and 104 of the body 100 is a wall surface of the body 100 connecting the fifth surface 105 and the sixth surface 106 of the body 100.
  • both cross-sections (one side and the other side) of the body 100 refer to the first side 101 and the second side 102 of the body 100
  • both sides (one side) of the body 100 and the other side) refer to the third side 103 and the fourth side 104 of the body 100
  • one side and the other side of the body 100 refer to the sixth side 106 and the fourth side of the body 100, respectively.
  • It can mean 5 sides (105).
  • the body 100 includes a base substrate 110 and a functional thin film 120 disposed on the base substrate 110, the first to fourth surfaces 101, 102, 103, and 104 of the body 100 Each may be composed of a base substrate 100 and a functional thin film 120.
  • the sixth side 106 of the body 100 may be composed substantially of only the base substrate 100, and the fifth side 105 of the body 100 may be composed substantially of only the functional thin film 120. It can be.
  • the electronic component 1000 according to this embodiment is mounted on a mounting board such as a printed circuit board, so that the sixth side 106 of the body 100 faces the upper surface of the mounting board, or the body 100 ) can be mounted so that the fifth side 105 faces the upper surface of the mounting board.
  • the body 100 illustratively, the electronic component 1000 according to this embodiment on which external electrodes 200 and 300, which will be described later, are formed, has a length of 7.4 mm and a width of 5.1 mm, or a length of 6.3 mm. and has a width of 3.2 mm, or a length of 5.0 mm and a width of 2.5 mm, or a length of 4.5 mm and a width of 3.2 mm, or a length of 4.5 mm and a width of 1.6 mm, or 3.2 mm.
  • the above-described exemplary values for the length and width of the electronic component 1000 are values that do not reflect process errors, so the values in the range that can be recognized as process errors should be considered to correspond to the above-described exemplary values.
  • the body 100 of the electronic component 1000 can be formed by forming a functional thin film 120 on a base substrate 110 in a wafer state and then dicing the base substrate 110 in a wafer state. Therefore, the length and width of the electronic component 1000 may be substantially the same as the length and width of the base substrate 110 and the length and width of the functional thin film 120.
  • the length of the electronic component 1000 refers to a cross section of the electronic component 1000 taken in the first direction (1) - third direction (3) from the center of the second direction (2) of the electronic component 1000 ( 1-3 cross-section), based on an optical microscope or SEM photo, connect two boundary lines facing in the first direction (1) among the outermost boundary lines of the electronic component 1000 shown in the photo, and connect the two boundary lines facing in the first direction (1) ) may mean the maximum value among the dimensions along the first direction (1) of each of a plurality of line segments parallel to ).
  • the length of the electronic component 1000 refers to connecting two boundary lines facing in the first direction (1) among the outermost boundary lines of the electronic component 1000 shown in the photo and parallel to the first direction (1).
  • It may mean the minimum value among dimensions along the first direction (1) of each of a plurality of line segments.
  • at least two first directions among a plurality of line segments connecting two boundary lines facing in the first direction (1) among the outermost boundary lines of the electronic component 1000 shown in the photo and parallel to the first direction (1) It may mean the arithmetic mean value of the dimensions according to (1).
  • the width of the electronic component 1000 refers to a cross section of the electronic component 1000 taken in the first direction (1) and the second direction (2) from the center of the third direction (3) of the electronic component 1000 ( 1-2 cross-section), connect two of the outermost borderlines of the electronic component 1000 shown in the cross-sectional photograph, facing in the second direction (2), and connect them in the second direction. It may mean the maximum value among the dimensions along the second direction (2) of each of the plurality of line segments parallel to (2). Alternatively, the second direction ( It may mean the minimum value among the dimensions according to 2).
  • At least two second lines among a plurality of line segments connecting two boundary lines facing in the second direction (2) and parallel to the second direction (2) It may mean the arithmetic mean value of the dimensions along direction (2).
  • the thickness of the electronic component 1000 refers to a cross section of the electronic component 1000 taken in the first direction (1) - third direction (3) from the center of the second direction (2) of the electronic component 1000 ( 1-3 cross-section), based on an optical microscope or SEM photo, connect two boundary lines facing in the third direction (3) among the outermost boundary lines of the electronic component 1000 shown in the cross-sectional photo and connect them in the third direction (3) It may mean the maximum value among the dimensions along the third direction (3) of each of the plurality of line segments parallel to 3).
  • the third direction It may mean the minimum value among the dimensions according to 3).
  • two boundary lines facing each other in the third direction (3) are connected and at least two third lines of a plurality of line segments parallel to the third direction (3) are connected. It may mean the arithmetic mean value of the dimensions along the direction (3).
  • the length, width, and thickness of the electronic component 1000 may be measured using a micrometer measurement method.
  • the zero point is set with a micrometer with Gage R&R (Repeatability and Reproducibility)
  • the electronic component 1000 according to this embodiment is inserted between the tips of the micrometer, and the measuring lever ( You can measure by turning the lever.
  • the length of the electronic component 1000 may mean a value measured once, or it may mean the arithmetic average of the values measured multiple times. . This can be equally applied to the width and thickness of the electronic component 1000.
  • the body 100 includes a base substrate 110 and a functional thin film 120. Specifically, the body 100 includes a base substrate 110 and a functional thin film 120 disposed on one surface of the base substrate 110 (the upper surface of the base substrate 110 in the direction of FIGS. 1 to 3). Includes.
  • the base substrate 110 may be a single crystal substrate.
  • the base substrate 110 may grow in one direction and have crystallinity.
  • the base substrate 110 may include an Al 2 O 3 single crystal substrate, a Si single crystal substrate, a SiC single crystal substrate, a Ge single crystal substrate, a TiO 2 single crystal substrate, a ZnO single crystal substrate, a ZnS single crystal substrate, a ZnSe single crystal substrate, a ZnTe single crystal substrate, It may be a CdS single crystal substrate, CdSe single crystal substrate, CdTe single crystal substrate, GaAs single crystal substrate, GaP single crystal substrate, GaSb single crystal substrate, InAs single crystal substrate, InP single crystal substrate, SrTiO 3 single crystal substrate, or MgO single crystal substrate.
  • the functional thin film 120 may be a Ti-doped VO 2 thin film.
  • the functional thin film 120 is formed by forming a sacrificial layer of TiO 2 on the base substrate 110, forming a main oxide thin film layer of VO 2 on the sacrificial layer, and post-heat treating the sacrificial layer and the main oxide thin film layer. By doing so, it can be formed on the base substrate 110.
  • the sacrificial layer may be grown on the upper surface of the base substrate 110 in a certain direction along the crystal direction of the base substrate 110. That is, the sacrificial layer may be pre-crystallized prior to forming the main oxide thin film layer.
  • the thickness of the sacrificial layer may be, for example, 1 nm to 50 nm, but the scope of the present invention is not limited thereto and may be appropriately changed depending on the Ti ion concentration in the designed functional thin film 120.
  • the sacrificial layer is, for example, sputtering, pulsed laser deposition (PLD), e-beam evaporator, physical vapor deposition (PECVD), chemical vapor deposition (PECVD, MOCVD), and atomic film deposition (ALD).
  • PLD pulsed laser deposition
  • PECVD physical vapor deposition
  • PECVD chemical vapor deposition
  • MOCVD atomic film deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the main oxide thin film layer may be crystallized in a certain direction in the sacrificial layer according to the crystal direction of the sacrificial layer, or may be non-crystallized.
  • the main oxide thin film layer may be formed in an amorphous state in the sacrificial layer.
  • the thickness of the main oxide thin film layer may be, for example, 10 nm to 1000 nm, but the scope of the present invention is not limited thereto and may be appropriately changed depending on the Ti ion concentration in the designed functional thin film 120.
  • the main oxide thin film layer is, for example, sputtering, pulsed laser deposition (PLD), e-beam evaporator, physical vapor deposition (PECVD), chemical vapor deposition (PECVD, MOCVD), and atomic film deposition (ALD). ), and can be formed through thin film processes such as molecular beam epitaxy (MBE).
  • PLD pulsed laser deposition
  • PECVD physical vapor deposition
  • PECVD chemical vapor deposition
  • MOCVD atomic film deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • post-heat treatment may be a process for integrating the sacrificial layer and the main oxide thin film layer.
  • post-heat treatment may be an integration process in which the material forming the sacrificial layer is doped with the main oxide thin film layer to remove the boundary between the sacrificial layer and the main oxide thin film layer.
  • Post-heat treatment can be performed, for example, using equipment such as a box furnace, tube furnace, or rapid thermal treatment furnace (RTA).
  • Post-heat treatment may be performed, for example, in one or more atmospheres of air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and hydrogen (H 2 ).
  • Post-heat treatment may be performed, for example, in a temperature range of 400°C to 800°C. This is a method of depositing the main oxide layer at low temperature and post-heat treatment, which provides an advantage in the construction of a vacuum equipment chamber and is advantageous in terms of thin film reproducibility by reducing variables due to temperature during deposition.
  • the crystal structure and direction of the functional thin film 120 formed through a post-heat treatment process may be determined depending on, for example, the crystal structure and direction of the sacrificial layer.
  • the functional thin film 120 integrated by post-heat treatment of the sacrificial layer and the main oxide thin film layer may be crystallized in a certain direction according to the crystal direction of the sacrificial layer before post-heat treatment.
  • the crystal directions of the functional thin film 120 and the sacrificial layer may not necessarily be the same.
  • the functional thin film 120 may have a crystal lattice spacing substantially the same as that of the sacrificial layer, but may be grown and crystallized in a direction different from that of the sacrificial crystal layer.
  • the metal ion radius of the sacrificial layer and the metal ion radius of the main oxide thin film layer are similar (Ti 4+ ion radius is 0.60 ⁇ ; V 4+ ion radius is 0.58 ⁇ ), the metal ions in the sacrificial layer are VO during the post-heat treatment process. Self-diffusion may be possible without substantially modifying the crystal structure of 2 .
  • the crystal lattice difference between the sacrificial layer and the main oxide layer at the joint surface may be 1% or less, and the difference between the metal ion radius of the sacrificial layer and the metal ion radius of the main oxide layer may be 5% or less, which is during the post-heat treatment process. This is to allow metal ions to self-diffuse without modifying the crystal structure.
  • R1/R2 may be 10 4 or more.
  • R1/R2 of the functional thin film 120 may be, for example, 17000 or more.
  • the functional thin film 120 when the temperature increase process from 25 °C to 80 °C and the cooling process from 80 °C to 25 °C are considered as 1 cycle, a) change in hysteresis temperature difference ( ⁇ T) during 10 cycles (V ⁇ T ) is 1°C or less, b) the change in phase transition temperature (T MI ) during 10 cycles (V TMI ) is 1.5°C or less, and c) the change rate of R1/R2 (V R1/R2 ) during 10 cycles is At least one of 5% or less can be satisfied.
  • the hysteresis temperature difference ( ⁇ T) of the functional thin film 120 is the temperature coefficient of resistance (Temperature Coefficient of Resistance, The temperature at which the absolute value of TCR is the maximum is set to T H , and the temperature at which the absolute value of the temperature coefficient of resistance (TCR) of the functional thin film 120 defined by Equation 1 below during the cooling process is the maximum is set to T C. When doing so, it can mean the difference between T H and T C.
  • the hysteresis temperature difference ( ⁇ T) of the functional thin film 120 may be 1°C or less, for example, 0.726°C or less.
  • the functional thin film 120 can be considered to have substantially no thermal hysteresis during the cycle.
  • the functional thin film 120 may have substantially the same temperature in the heating process and the temperature in the cooling process for the same resistance within the temperature range of the heating and cooling process. Therefore, the electronic component 1000 according to this embodiment can detect energy changes relatively accurately, unlike typical electronic components whose temperature varies depending on whether it is a heating process or a cooling process even with the same resistance.
  • the change (V ⁇ T ) in the hysteresis temperature difference ( ⁇ T) during 10 cycles of the functional thin film 120 is, for example, the temperature increase and cooling process from the first cycle to the 10th cycle of the functional thin film 120.
  • the change (V ⁇ T ) in the hysteresis temperature difference ( ⁇ T) during 10 cycles of the functional thin film 120 is, for example, a temperature increase and cooling process from the first cycle to the 10th cycle in the functional thin film 120.
  • the functional thin film 120 can accurately detect energy changes repeatedly and stably within the temperature range of the above heating and cooling process. Accordingly, the electronic component 1000 according to this embodiment can have improved repeatability with respect to accuracy.
  • the phase transition temperature (T MI ) of the functional thin film 120 may be defined by Equation 2 below. That is, the phase transition temperature (T MI ) of the functional thin film 120 may mean half of the difference between T H and T C in one cycle.
  • the phase transition temperature (T MI ) of the functional thin film 120 may be 54°C or lower, for example, 52.4°C, 53.1°C, or 53.5°C, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the phase transition temperature (T MI ) of the functional thin film 120 may vary depending on the content of Ti ions doped in the functional thin film 120.
  • the electronic component 1000 When the phase transition temperature (T MI ) of the functional thin film 120 is 54°C or lower, the metal-insulator transition (MIT) phenomenon can be used in a relatively low temperature region. Therefore, the electronic component 1000 according to this embodiment can be used as a switching component in a relatively low temperature region.
  • T MI phase transition temperature
  • MIT metal-insulator transition
  • the change in phase transition temperature (T MI ) (V TMI ) during 10 cycles of the functional thin film 120 is, for example, performed by performing a heating and cooling process on the functional thin film 120 from the first cycle to the tenth cycle.
  • the change in phase transition temperature (T MI ) during 10 cycles of the functional thin film 120 (V TMI ) is,
  • the phase transition temperature (T MI1 ) of the functional thin film 120 in the first cycle is It may mean the difference between the phase transition temperatures (
  • the functional thin film 120 If the change (V TMI ) in the phase transition temperature (T MI ) during 10 cycles of the functional thin film 120 is 1.5°C or less, the functional thin film 120 is considered to have a substantially constant phase transition temperature (T MI ) even if the number of cycles increases. You can. As a result, the functional thin film 120 can implement a switching function repeatedly and stably within the temperature range of the above heating and cooling process. Therefore, the electronic component 1000 according to this embodiment can be repeatedly used as a switching component in a relatively low temperature region, regardless of the number of operations.
  • the rate of change (V R1/R2 ) of R1/R2 during 10 cycles of the functional thin film 120 is, for example, the temperature increase process and cooling process from the first cycle to the 10th cycle on the functional thin film 120.
  • the maximum and minimum values of the R1/R2 values ((R1/R2) 1 , (R1/R2) 2 ..., (R1/R2) 10 ) of the functional thin film 120 obtained in each of the first to tenth cycles.
  • V R1/R2 100 * ( ⁇ ) 1 , (R1/R2) 2 ..., (R1/R2) 10 )-Min((R1/R2) 1 , (R1/R2) 2 ... , (R1/R2) 10 ) ⁇ / Max((R1/R2) 1 , (R1/R2) 2 ..., (R1/R2) 10 )).
  • the rate of change (V R1/R2 ) of R1/R2 during 10 cycles of the functional thin film 120 is, for example, the temperature increase and cooling processes from the first cycle to the 10th cycle on the functional thin film 120.
  • the external electrodes 200 and 300 are disposed on the body 100 to be spaced apart from each other. That is, the external electrodes 200 and 300 are disposed on the base substrate 110 and/or the functional thin film 120 to be spaced apart from each other. Each of the external electrodes 200 and 300 is contact-connected to the functional thin film 120.
  • the external electrodes 200 and 300 may be formed by at least one of a vapor deposition method such as sputtering, a plating method, and a method of applying and then curing a conductive paste.
  • the external electrodes 200 and 300 are made of platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), silver (Ag), aluminum (Al), and copper.
  • the external electrodes 200 and 300 may be formed in a single-layer or multi-layer structure.
  • the external electrodes 200 and 300 include conductive resin layers 210 and 310 and metal layers 220 and 320 formed on the conductive resin layers 210 and 310.
  • the first external electrode 200 includes a first conductive resin layer 210 formed on the body 100, and a first metal layer 220 formed on the first conductive resin layer 210.
  • the second external electrode 300 includes a second conductive resin layer 310 and a second conductive resin layer 320 formed on the body 100.
  • the first conductive resin layer 210 is disposed on the first surface 101 of the body 100 and extends to at least a portion of each of the third to sixth surfaces 103, 104, 105, and 106 of the body 100. .
  • the first conductive resin layer 210 is in contact with one end of the functional thin film 120 on the first surface 101 of the body 100.
  • the second conductive resin layer 310 is disposed on the second surface 102 of the body 100 and extends to at least a portion of each of the third to sixth surfaces 103, 104, 105, and 106 of the body 100. .
  • the second conductive resin layer 310 is in contact with the other end of the functional thin film 120 on the second side 102 of the body 100.
  • the first and second conductive resin layers 210 and 310 are arranged to be spaced apart from each other on the third to sixth surfaces 103, 104, 105, and 106 of the body 100, respectively. Meanwhile, in FIGS. 1 to 3, each of the conductive resin layers 210 and 310 is shown as a normal type formed on five sides of the body 100, but this is only an example. That is, each of the conductive resin layers 210 and 310 is of type C (for example, the first conductive resin layer 210 is formed on the first surface 101 and the fifth surface 105 of the body 100), depending on the design.
  • L type for example, the first conductive resin layer 210 is disposed only on the first side 101 and the fifth side 105 of the body 100, or , disposed only on the first side 101 and the sixth side 106 of the body 100
  • a bottom electrode type for example, the first conductive resin layer 210 is disposed on the fifth side 105 of the body 100.
  • the conductive resin layers 210 and 310 include a base resin (R) and conductive particles (CP) dispersed in the base resin (R).
  • the conductive particles (CP) are in contact with each other within the base resin (R) and can connect each of the external electrodes 200 and 300 and the functional thin film 120 to each other.
  • the conductive resin layers 210 and 310 may be formed by applying a conductive paste for forming the conductive resin layer to the body 100 and then curing the conductive paste.
  • the base resin (R) may contain a thermosetting resin having electrical insulation properties.
  • the thermosetting resin may be, for example, an epoxy resin, but the present invention is not limited thereto.
  • Conductive particles are platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), silver (Ag), aluminum (Al), and copper (Cu). ), iron (Fe), indium (In), tin (Sn), lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), and cobalt (Co).
  • the conductive particles (CP) include platinum (Pt) particles, gold (Au) particles, chromium (Cr) particles, molybdenum (Mo) particles, nickel (Ni) particles, titanium (Ti) particles, and silver particles.
  • conductive particles may have a core-shell structure.
  • the core is platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), and iron.
  • It may include at least one of (Fe), indium (In), tin (Sn), lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), and cobalt (Co), and the shell is platinum (Pt), Gold (Au), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), iron (Fe), indium (In), It may include at least one other of tin (Sn), lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), and cobalt (Co).
  • Conductive particles (CP) may be sphere-shaped and/or flake-shaped.
  • Flake type means that the dimension along one of the first to third directions (1, 2, 3) is the dimension along the other direction of the first to third directions (1, 2, 3). It can mean more than 1.5 times larger than the dimension.
  • the direction of the larger of the two dimensions described above can be defined as the major axis, and the direction of the smaller dimension can be defined as the minor axis.
  • the metal layers 220 and 320 may be formed on the conductive resin layers 210 and 310. At least a portion of each of the metal layers 220 and 320 is disposed in a region of the conductive resin layers 210 and 320 formed on the mounting surface of the electronic component 1000 according to this embodiment.
  • the first metal layer 220 is located on the body 100 among the first conductive resin layers 210. ) is formed in an area disposed on the fifth side 105 of the body 100, and the second metal layer 320 is formed in an area disposed on the fifth side 105 of the body 100 among the second conductive resin layers 310. You can. At this time, the first metal layer 220 is formed on at least a portion of the first surface 101, third surface 103, fourth surface 104, and sixth surface 106 of the body 100. It can be.
  • the first metal layer 220 may be formed on the first side 101, the third side 103, the fourth side 104, and the sixth side of the body 100 even if the first conductive resin layer 210 is (106) Even if each is extended, it is formed on at least a portion of the first surface 101, third surface 103, fourth surface 104, and sixth surface 106 of the body 100. It may not work.
  • the second metal layer 320 is formed on at least a portion of the second surface 102, third surface 103, fourth surface 104, and sixth surface 106 of the body 100. It can be.
  • the second metal layer 320 may be formed on the second side 102, third side 103, fourth side 104, and sixth side of the body 100 even if the second conductive resin layer 310 is (106) Even if each is extended, it is formed on at least a portion of the second surface 102, third surface 103, fourth surface 104, and sixth surface 106 of the body 100. It may not work.
  • the first metal layer 220 is located on the body ( It is formed in an area disposed on the sixth surface 106 of the body 100, and the second metal layer 320 is formed in an area of the second conductive resin layer 310 disposed on the sixth surface 106 of the body 100. It can be.
  • the first metal layer 220 may be formed on at least a portion of the first surface 101 and the third to fifth surfaces 103, 104, and 105 of the body 100.
  • the first metal layer 220 may be formed by extending the first conductive resin layer 210 to each of the first surface 101 and the third to fifth surfaces 103, 104, and 105 of the body 100.
  • the second metal layer 320 may be formed on at least a portion of the second to fifth surfaces 102, 103, 104, and 105 of the body 100.
  • the second metal layer 320 may be formed in the body ( It may not be formed on at least some of the second to fifth surfaces 102, 103, 104, and 105 of 100).
  • the metal layers 220 and 320 each include platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), silver (Ag), aluminum (Al), and copper. It may include at least one of (Cu), iron (Fe), indium (In), tin (Sn), lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), and cobalt (Co).
  • Each of the metal layers 220 and 320 may be formed as a single layer or as a multiple layer.
  • the metal layers 220 and 320 may be formed using at least one of a deposition method such as sputtering and a plating method.
  • each of the metal layers 220 and 320 includes first plating layers 221 and 321 formed on the conductive resin layers 210 and 310, and second plating layers formed on the first plating layers 221 and 321 ( 222, 322).
  • the first plating layers 221 and 321 may be nickel plating layers
  • the second plating layers 222 and 322 may be tin plating layers.
  • Experimental Example 1 was prepared by the following method. First, a TiO 2 thin film (thickness 3 nm to 5 nm) was formed as a sacrificial layer on a sapphire (Al 2 O 3 ) single crystal substrate through a sputtering process. Next, a VO 2 thin film (thickness 200 nm to 300 nm) was formed as a main oxide thin film layer on the sacrificial layer through a sputtering process. To form a VO 2 thin film, the process temperature was set to room temperature, the process pressure was set to 10 to 30 mtorr, and Ar gas was supplied and deposited.
  • the sacrificial layer and the main oxide thin film layer were post-heat treated at 400 to 800°C to produce a functional thin film in which at least a portion of the V ions in the VO 2 crystal lattice were substituted (doped) with Ti ions.
  • the thin film (functional thin film) finally manufactured according to Experimental Example 1 is referred to as the first thin film.
  • Experimental Example 2 was manufactured in the same manner as Experimental Example 1, except that the sacrificial layer of Experimental Example 1 was not deposited compared to Experimental Example 1. That is, in Experimental Example 2, a main oxide thin film layer (VO 2 ) was deposited directly on the sapphire (Al 2 O 3 ) single crystal substrate used in Experimental Example 1 under the same conditions as the main oxide thin film layer formation conditions in Experimental Example 1, and then The main oxide thin film layer was post-heat treated under the same conditions as the post-heat treatment conditions in Experimental Example 1.
  • the thin film finally manufactured according to Experimental Example 2 (post-heat treated main oxide thin film layer) is referred to as the second thin film.
  • a thermal cycle consisting of a temperature increase process from 25°C to 80°C and a cooling process from 80°C to 25°C is performed multiple times, and the temperature of the first and second thin films is adjusted accordingly. Resistance was measured.
  • the temperature increase and cooling of the first and second thin films were implemented by installing a heater capable of generating heat at the bottom of the sapphire substrate on which each of the first and second thin films were formed and adjusting the power applied to the heater. Specifically, the temperature of the first and second thin films was raised by supplying power to the heater at room temperature (25°C), and when the first and second thin films reached 80°C, the power to the heater was cut off to cool the first and second thin films. I ordered it.
  • the surface temperatures of the first and second thin films were measured by attaching a contact temperature measuring probe (k-type thermocouple; 0.005 inches thermocouple wire) from Omega to the first and second thin films, and using a nanovoltmeter (model name) from Keithley. Measured with Keithley 2182A).
  • k-type thermocouple 0.005 inches thermocouple wire
  • a nanovoltmeter model name
  • FIG 5 Resistance according to temperature during the first cycle of each of the first and second thin films is shown in Figure 5.
  • the first thin film is indicated by “o” and the second thin film is indicated by “ ⁇ ”.
  • Resistance according to temperature during multiple cycles of the first thin film is shown in Figure 6.
  • Figure 7 is a graph where the In Figure 7, " ⁇ ” represents R1/R2, "X” represents the hysteresis temperature difference ( ⁇ T, unit °C), and “ ⁇ ” represents the phase transition temperature (TMI, unit °C).
  • the absolute value of the resistance R1 at 25°C, the resistance R2 at 80°C, and the temperature coefficient of resistance (TCR) during the temperature increase process of each of the first and second thin films is the maximum.
  • the temperature T H , the temperature T C at which the absolute value of the temperature coefficient of resistance (TCR) is maximum during the cooling process, R1/R2, hysteresis temperature difference ( ⁇ T), and phase transition temperature (T MI ) were described.
  • R1/R2 of each of the first and second thin films is 19981 and 21778, which is 10 4 or more.
  • the ratio of the resistance at 25°C to the resistance at 80°C of a general temperature-sensitive resistive layer is tens to hundreds
  • the change in resistance of the first and second thin films in the same temperature range is the general temperature-sensitive resistance.
  • the second thin film has a hysteresis temperature difference ( ⁇ T). ) is 11.41°C, and the hysteresis temperature difference ( ⁇ T) exceeds 1°C.
  • the first thin film has a hysteresis temperature difference ( ⁇ T) of 0.043°C and a hysteresis temperature difference ( ⁇ T) of 1°C or less. This means that the difference between the temperature during the heating process and the temperature during the cooling process for the same resistance is relatively large for the second thin film and relatively small for the first thin film. Therefore, electronic components using the first thin film can sense temperature more accurately than electronic components using the second thin film.
  • the maximum value of the temperature coefficient of resistance (TCR) of the first thin film is greater than the maximum value of the temperature coefficient of resistance (TCR) of the second thin film, which means that the first thin film and the second thin film Compared to thin films, the change in resistance according to temperature changes is large. Therefore, the sensitivity to temperature change near the phase transition temperature (T MI ) of the first thin film may be higher than the sensitivity to temperature change near the phase transition temperature (T MI ) of the second thin film.
  • the phase transition temperature (T MI ) of the first thin film is relatively lower than the phase transition temperature (T MI ) of the second thin film.
  • T MI phase transition temperature
  • the first thin film transitions from an insulator to a conductor at a relatively low temperature compared to the second thin film (Metal-Insulator Transition). Therefore, electronic components using the first thin film can be used as switching components at relatively low temperatures compared to electronic components using the second thin film.
  • T MI phase transition temperature
  • the rate of change (V R1/R2 ) of R1/R2 during 10 cycles is, for example, based on the section from the 1st cycle to the 10th cycle, the rate of change of the 1st cycle, which is the first cycle of the section,
  • the change in hysteresis temperature difference ( ⁇ T) during 10 cycles of the first thin film is 0.304°C for the first section, 0.249°C for the second section, and 0.249°C for the third section. It is 0.330°C, in the 4th section it is 0.197°C, and in the 5th section it is 0.236°C. That is, the first thin film has a change in hysteresis temperature difference ( ⁇ T) (V ⁇ T ) of 1°C or less for 10 cycles in all of the first to fifth sections, so that the hysteresis temperature difference ( ⁇ T) is substantially constant regardless of the section. ) can be seen as having.
  • the first thin film can accurately detect energy changes repeatedly and stably within the temperature range of the above heating and cooling process.
  • the change in phase transition temperature (T MI ) (V TMI ) during 10 cycles of the first thin film is 0.14°C in the first section, 0.249°C in the second section, and 0.249°C in the third section. It is 0.43°C, in the 4th section it is 0.56°C, and in the 5th section it is 0.60°C. That is, the first thin film has a change in phase transition temperature (T MI ) (V TMI ) of 1.5°C or less for 10 cycles in all of the first to fifth sections, so that the phase transition temperature (T MI ) is substantially constant regardless of the section.
  • the first thin film can repeatedly and stably exert a switching function at substantially the same temperature within the temperature range of the above heating and cooling process.
  • the rate of change of /R2 (V R1/R2 ) is 0.66% for the first section, 0.29% for the second section, 0.46% for the third section, 0.84% for the fourth section, and 0.84% for the fifth section. In the case of the section, it is 1.28%. That is, the first thin film has a rate of change (V R1/R2 ) of R1/R2 of 5% or less during 10 cycles in all of the first to fifth sections, so that R1/R2 has a substantially constant value regardless of the section.
  • the first thin film 120 can sensitively detect energy changes repeatedly and stably within the temperature range of the above heating and cooling process.
  • the rate of change (V R1/R2 ) of R1/R2 during 10 cycles of the first thin film during 10 cycles of the first thin film.
  • the change in hysteresis temperature difference ( ⁇ T) (V ⁇ T ) and the change in phase transition temperature (T MI ) during 10 cycles of the first thin film (V TMI ) have been described, but this is only an example and the scope of the present invention is as described above. It is not limited to one content. That is, referring to FIG.
  • the first thin film is within the 1st to 50th cycles, it can be applied even in any 10 cycles other than each of the above-described 1st to 5th sections (for example, from the 3rd cycle to the 12th cycle).
  • 10 cycles consisting of up to 10 cycles) the rate of change of R1/R2 over the aforementioned 10 cycles (V R1/R2 ), the change in hysteresis temperature difference ( ⁇ T) over 10 cycles (V ⁇ T ), and the phase transition temperature over 10 cycles (T MI ) It can be seen that there is a change (V TMI ).
  • V TMI phase transition temperature over 10 cycles
  • the first thin film even in cycles after the 50th cycle, changes in the rate of change (V R1/R2 ) of R1/R2 during the above-mentioned 10 cycles and the change in hysteresis temperature difference ( ⁇ T) during 10 cycles ( V ⁇ T ), and it can be seen that there is a change in phase transition temperature (T MI ) (V TMI ) over 10 cycles.
  • EDX energy dispersive X-ray analysis
  • TEM transmission electron microscope
  • (a) is data visualizing the mapping results for V
  • (b) is data visualizing the mapping results for Ti
  • (c) is data visualizing the mapping results for each component (Al, V, Ti) as brightness ( This is an EDX curve graph with intensity) on the horizontal axis and the depth of the specimen on the vertical axis.
  • depth is a scale for the thickness of the body, where a depth value of 0 may be close to the surface of the body and a depth value of 140 may be close to the bottom of the body.
  • a depth range of 0 to 90 nm in the drawing may correspond to the functional thin film described above, and a depth range of 90 to 140 nm in the drawing may correspond to the base substrate described above.
  • the base substrate is a sapphire (Al 2 O 3 ) single crystal substrate
  • the functional thin film is one in which at least a portion of the V ions in the VO 2 crystal lattice are substituted (doped) with Ti ions.
  • Ti is evenly dispersed in the functional thin film after heat treatment.
  • the functional thin film exists as a TiO 2 thin film (thickness 3 nm to 5 nm) and a VO 2 thin film (thickness 200 nm to 300 nm), and after heat treatment, Ti decreases from 0 to 90 nm as shown in the figure. Even distribution in the depth range ultimately means that Ti is evenly distributed in the functional thin film. This also shows that Ti has diffused and reached the surface through the entire functional thin film in the thickness direction, and represents the uniformity of doping according to one embodiment.
  • the EDX curve of Ti remains generally constant in the 0 to 90 nm depth range, and this value shows a more obvious difference when compared to the value in the EDX curve of Al in the figure.
  • V and Ti have similar distribution levels (standard deviations). This shows the uniformity of doping more clearly. In other words, it shows that Ti is distributed as uniformly as V in the VO 2 thin film. This shows that the boundary between the sacrificial layer and the main oxide layer disappears after the post-heat treatment process according to one embodiment. This will be described later with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 shows an enlarged view of only the mapping result for Ti among the EDX curves of FIG. 8.
  • the average (approximately 2647) and standard deviation (approximately 567) were calculated in the range of 0 to 90 nm.
  • FIG. 10 shows an enlarged view of only the mapping result for V among the EDX curves of FIG. 8.
  • the average (approximately 36487) and standard deviation (approximately 778) were calculated in the range of 0 to 90 nm.
  • the intensity itself does not have meaning, but the standard deviation for Ti and the standard deviation for V can be compared. In other words, it can be noted that it presents comparative data on whether Ti is uniformly distributed as much as V within the functional thin film.
  • Ti which corresponds to a different metal element
  • V of VO 2 constituting the main oxide layer may have similar distribution levels. That is, Ti can be uniformly distributed as much as V within the functional thin film.
  • the distribution level of Ti which corresponds to a different metal element, may have a difference of less than 30% compared to the distribution level of V of VO 2 constituting the main oxide layer. More specifically, the difference between the two standard deviations (211) divided by EDX of V (778) is 0.271, so the difference can be within 27.1%.
  • the decimal places were handled appropriately by rounding up or truncating, but for more accurate calculations, even the decimal places can be considered.
  • Figure 11 shows X-ray diffraction (XRD) data for a body according to one embodiment.
  • XRD shows the crystallinity of the entire thin film.
  • VO 2 grown on TiO 2 shows only one main VO 2 peak after heat treatment (see the portion indicated by the arrow in the figure).
  • a single peak A refers to an epitaxial thin film, and multiple peaks a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, and h1 refer
  • peak A may have a half width FWHM of 1.0° or less. Preferably it may be 0.79° or less. This supports high crystallinity in the functional thin film according to one embodiment.
  • main VO 2 peak in the present invention may refer only to peaks above a certain intensity. For example, peaks that do not exceed 10% of the maximum peak intensity in the drawing are not considered. That is, when the intensity of peak A is 632.68, peaks with an intensity of 63.27 or less may not be considered.
  • the main oxide layer is crystallized with high orientation by being influenced by the crystal structure of the sacrificial layer through a post-heat treatment process, and the metal ions in the sacrificial layer dope the entire main oxide layer through self-diffusion. It shows that the crystal structure of the main oxide layer remains in its original state even after doping. In other words, the crystal structure of the main oxide can be maintained despite doping with a different metal element.
  • the boundary between the sacrificial layer and the main oxide layer disappears after the post-heat treatment process, and the crystal structure of the main oxide layer is maintained before and after doping, and the sacrificial layer metal ions are distributed throughout the functional thin film. It can be seen that a highly crystalline thin film in this doped form can be formed.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

본 기술은 산화물 박막에 관한 것이다. 본 기술의 산화물 박막은 단결정 기판; 및 상기 단결정 기판 상에 적층되고, 이종 금속 원소로 도핑된 주산화물층;을 포함하되, 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(EDX)에서 상기 이종 금속 원소와 상기 주산화물층을 구성하는 금속 산화물의 금속 원소는 균일하게 분포되어 있을 수 있다. 본 기술은 신뢰성, 민감성, 정확성 및 재현성이 향상된 MIT 특성을 보이는 산화물 박막을 제공할 수 있다.

Description

산화물 박막
본 발명은 산화물 박막에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 MIT 특성을 갖는 산화물 박막에 관한 것이다.
IoT(Internet of Things) 시대의 도래로 거의 모든 사물이 전자 기기가 되고 있다. 이에 따라, 트랜지스터, 다이오드, 메모리, 센서, 커패시터 등의 다양한 전자 부품들은 보다 고성능화 소형화되고 있으며, 전자 기기에 보다 많은 수의 전자 부품들이 통합되고 있다.
한편, 보다 고성능화된 전자 부품을 보다 많은 수로 포함하는 전자 기기는 과열, 과전류, 그리고 과전압 같은 비정상적인 내부 및 외부 자극에 더 취약할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 서지 보호 모듈(Surge protection mudule)을 전자 기기 내에 통합하는 것을 고려할 수 있다.
이러한 관점에서 외부 에너지 자극에 의해 유도되는 절연체에서 금속으로 변하는 금속-절연체 전이현상(Metal-Insulator Transition; MIT)를 특징으로 하는 반도체 재료에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중, 이산화 바나듐(VO2)은 초고속(femto(10-15) 초 이내)으로 실온에 가까운 온도(약 67℃에서 상전이 현상이 나타나는 것으로 알려져 있다. 이산화 바나듐(VO2)은, 열, 전기, 빛 등 다양한 에너지에 대하여 민감하고 신속하게 반응한다는 점에서, 감지, 스위칭, 특히 서지 보호 응용 분야에 적용할 큰 잠재력을 가지고 있다.
단결정(Single crystal) 벌크(Bulk) VO2의 경우 상 전이 동안 구조적 변형 및 왜곡을 동반하여 수 주기 안에 빠르게 파괴가 이루어지므로, 단결정(Single crystal) 벌크(Bulk) VO2 를 전술한 분야에 이용하는 것은 한계가 있을 수 있다. 따라서, 반복 재현 가능성과 안정성 등의 신뢰성을 위해서는 고품질의 VO2 박막을 만들어야 한다.
VO2 박막이 고민감성 고신뢰성의 특성을 가지기 위해서는, VO2 박막은, 금속 상과 절연 상 사이의 전기 저항 차이(R1/R2)가 커야 하고, 승온 과정에서의 상전이 온도와 냉각 과정에서의 상전이 온도 간의 차이인 히스테리시스 온도 차(ΔT)가 작아야한다.
본 발명의 실시예는 신뢰성, 민감성, 정확성 및 재현성이 향상된 MIT 특성을 보이는 산화물 박막을 제공한다.
일 실시예에 따른 산화물 박막은 단결정 기판; 및 상기 단결정 기판 상에 적층되고, 이종 금속 원소로 도핑된 주산화물층;을 포함하되, 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(EDX)에서 상기 이종 금속 원소와 상기 주산화물층을 구성하는 금속 산화물의 금속 원소는 균일하게 분포되어 있을 수 있다.
상기 이종 금속 원소의 EDX 커브 분포레벨이 상기 주산화물층을 구성하는 금속 산화물의 금속 원소의 EDX 커브 분포레벨 대비 30% 이내의 차이를 가질 수 있다.
상기 주산화물층의 두께 방향에 대해 측정한 상기 이종 금속 원소의 EDX 커브 표준편차가 상기 주산화물층을 구성하는 금속 산화물의 금속 원소의 EDX 커브 표준편차 대비 30% 이내의 차이를 가질 수 있다.
상기 주산화물층은, 상기 이종 금속 원소의 결정 희생층과 상기 결정 희생층 상에 형성된 예비 산화물 박막이 후열처리 공정을 통해 일체화된 것일 수 있다.
상기 결정 희생층은 상기 단결정 기판 상에서 상기 단결정 기판의 결정 방향을 따라 성장된 것일 수 있다.
상기 예비 산화물 박막은 상기 결정 희생층 상에서 비결정화된 막일 수 있다.
상기 주산화물층은 상기 후열처리 공정을 통해 상기 비결정화된 예비 산화물 박막이 상기 결정 희생층의 결정 방향을 따라 소정의 방향으로 결정화된 것일 수 있다.
상기 단결정 기판은 사파이어(Al2O3) 단결정 기판이고, 상기 주산화물층은 VO2의 결정 격자 중 V 이온의 적어도 일부가 Ti 이온으로 치환(도핑)된 것일 수 있다.
또한 일 실시예에 따른 산화물 박막은 단결정 기판; 및 상기 단결정 기판 상에 적층되고, Ti로 도핑된 VO2층;을 포함하되, 상기 VO2층의 VO2 XRD 피크가 2θ= 20~60°의 범위에서는 나타나지 않고, 2θ= 60~70°의 범위에서만 나타날 수 있다.
상기 VO2층은 일정 인텐시티 이상을 만족하는 주된 VO2 XRD 피크가 2θ= 20~70°의 범위에서 다수 개 나타나는 폴리크리스탈 박막이 아닌, 한 개 나타나는 고결정성의 에피텍셜 박막으로 정의될 수 있다.
상기 폴리크리스탈 박막은 상기 주된 VO2 XRD 피크가 2θ= 27.84±0.5°의 범위, 2θ= 33.4±0.5°의 범위, 2θ= 37.08±0.5°의 범위, 2θ= 42.26±0.5°의 범위, 2θ= 49.52±0.5°의 범위, 2θ= 55.54±0.5°의 범위, 2θ= 57.64±0.5°의 범위 및 2θ= 64.94±0.5°의 범위 중 2 이상에서 나타나는 반면, 상기 에피텍셜 박막은 상기 주된 VO2 XRD 피크가 θ = 64.92±0.5°의 범위에서만 나타날 수 있다.
상기 VO2층의 상기 주된 VO2 XRD 피크의 반가폭 HWHM은 1° 이하일 수 있다.
본 기술은 신뢰성, 민감성, 정확성 및 재현성이 향상된 MIT 특성을 보이는 산화물 박막을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 감응형 전자 부품을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 II-II'선을 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 A를 확대 도시한 도면이다.
도 5는 실험예 1 및 2 각각의 첫번째 싸이클 동안 온도에 따른 저항을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실험예 1의 복수 회 싸이클 동안 온도에 따른 저항을 나타내는 그래프이다.
도 7은 열적 사이클 누적에 따라 실험예 1의 R1/R2, 실험예 1의 히스테리시스 온도 차(△T) 및 실험예 1의 상전이 온도(TMI) 각각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 바디에 대한 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(EDX) 데이터를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 EDX 커브 중 Ti만을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 10은 도 8의 EDX 커브 중 V만을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 바디에 대한 XRD(X-ray diffraction) 데이터를 도시하는 도면이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서, 제1 방향은 L 방향 또는 길이 방향, 제2 방향은 W 방향 또는 폭 방향, 제3 방향은 T 방향 또는 두께 방향으로 정의될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 박막 기판 및 에너지 감응형 전자 부품을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
전자 기기에는 다양한 종류의 전자 부품들이 이용되는데, 이러한 전자 부품 사이에는 과열 또는 과전압 방지 등을 목적으로 다양한 종류의 에너지 감응형 전자 부품이 적절하게 이용될 수 있다. 에너지 감응형 전자 부품은, 예로서, 열에너지 감응형 전자 부품인 서미스터(Thermistor), 전기에너지 감응형 전자 부품인 바리스터(varistor) 등 일 수 있고, 각종 전자 기기, 전자 기기의 각종 전자 부품 및 각종 전자 부품 모듈 등을 보호하기 위해 이용될 수 있다.
본 명세서에서, 에너지 감응형 전자 부품이라고 함은, 열에너지, 전기에너지, 빛에너지 등의 에너지 변화에 따라, 전자 부품의 전기 저항이 변하는 것을 의미하는 것일 수 있다. 다만, 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 에너지 감응형 전자 부품이, 열에너지의 변화에 따라 전기 저항이 변하는, 즉, 온도 변화에 따라 전기 저항이 변하는 것임을 전제로 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 감응형 전자 부품을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 I-I'선을 따른 단면을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1의 II-II'선을 따른 단면을 나타내는 도면이다. 도 4는 도 2의 A를 확대 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 부품(1000)은 박막 기판(100), 제1 외부 전극(200) 및 제2 외부 전극(300)을 포함한다. 박막 기판(100)은, 베이스 기판(110) 및 기능 박막(120)를 포함한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, "에너지 감응형 전자 부품(1000)"을 "전자 부품(1000)"이라고 한다.
박막 기판(100)은 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)의 전체적인 외관을 이룰 수 있다. 박막 기판(100)은 전체적으로 육면체의 형상으로 형성될 수 있다. 이하에서는, 박막 기판(100)이 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)의 전체적인 외관을 이룬다는 점에서, 바디(100)로 칭하기로 한다.
바디(100)는, 도 1 내지 도 3을 기준으로, 제1 방향(1)으로 서로 마주보는 제1 면(101)과 제2 면(102), 제2 방향(2)으로 서로 마주보는 제3 면(103)과 제4 면(104), 제3 방향(3)으로 마주보는 제5 면(105) 및 제6 면(106)을 포함한다. 바디(100)의 제1 내지 제4 면(101, 102, 103, 104) 각각은, 바디(100)의 제5 면(105)과 제6 면(106)을 연결하는 바디(100)의 벽면에 해당한다. 이하에서, 바디(100)의 양 단면(일단면과 타단면)은 바디(100)의 제1 면(101) 및 제2 면(102)을 의미하고, 바디(100)의 양 측면(일측면과 타측면)은 바디(100)의 제3 면(103) 및 제4 면(104)을 의미하고, 바디(100)의 일면과 타면은 각각 바디(100)의 제6 면(106)과 제5 면(105)을 의미할 수 있다. 한편, 바디(100)는 베이스 기판(110) 및 베이스 기판(110)에 배치된 기능 박막(120)을 포함하므로, 바디(100)의 제1 내지 제4 면(101, 102, 103, 104) 각각은, 베이스 기판(100)과 기능 박막(120)으로 구성될 수 있다. 또한, 바디(100)의 제6 면(106)은, 실질적으로 베이스 기판(100) 만으로 구성될 수 있고, 바디(100)의 제5 면(105)은, 실질적으로 기능 박막(120) 만으로 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 전자 부품은(1000)은, 인쇄회로기판 등의 실장 기판에 실장됨에 있어, 바디(100)의 제6 면(106)이 실장 기판의 상면을 향하도록 실장되거나, 바디(100)의 제5 면(105)이 실장 기판의 상면을 향하도록 실장될 수 있다.
바디(100)는, 예시적으로, 후술할 외부 전극(200, 300)이 형성된 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)이, 7.4mm의 길이 및 5.1mm의 폭을 가지거나, 6.3mm의 길이 및 3.2mm의 폭을 가지거나, 5.0mm의 길이 및 2.5mm의 폭을 가지거나, 4.5mm의 길이 및 3.2mm의 폭을 가지거나, 4.5mm의 길이 및 1.6mm의 폭을 가지거나, 3.2mm의 길이 및 2.5mm의 폭을 가지거나, 3.2mm의 길이 및 1.6mm의 폭을 가지거나, 2.5mm의 길이 및 2.0mm의 폭을 가지거나, 2.0mm의 길이 및 1.2mm의 폭을 가지거나, 1.6mm의 길이 및 0.8mm의 폭을 가지거나, 1.0mm의 길이 및 0.5mm의 폭을 가지거나, 0.8mm의 길이 및 0.4mm의 폭을 가지거나, 0.6mm의 길이 및 0.3mm의 폭을 가지거나, 0.4mm의 길이 및 0.2mm의 폭을 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 전자 부품(1000)의 길이 및 폭에 대한 전술한 예시적인 수치는, 공정 오차를 반영하지 않은 수치이므로, 공정 오차라고 인정될 수 있는 범위의 수치는 전술한 예시적인 수치에 해당한다고 보아야 한다. 더불어, 전자 부품(1000)의 바디(100)는, 웨이퍼 상태인 베이스 기판(110)에 기능 박막(120)을 형성한 후 웨이퍼 상태의 베이스 기판(110)를 다이싱(dicing)하여 형성될 수 있으므로, 전자 부품(1000)의 길이 및 폭은, 베이스 기판(110)의 길이 및 폭, 및 기능 박막(120)의 길이 및 폭과 실질적으로 동일할 수 있다.
여기서, 전자 부품(1000)의 길이라 함은, 전자 부품(1000)의 제2 방향(2) 중앙부에서 제1 방향(1)-제3 방향(3)으로 취한 전자 부품(1000)의 단면(1-3 단면)에 대한 광학 현미경 또는 SEM 사진을 기준으로, 상기 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제1 방향(1)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제1 방향(1)과 평행한 복수의 선분 각각의 제1 방향(1)을 따른 수치(dimension) 중 최대값을 의미하는 것일 수 있다. 또는, 전자 부품(1000)의 길이라 함은, 상기 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제1 방향(1)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제1 방향(1)과 평행한 복수의 선분 각각의 제1 방향(1)을 따른 수치(dimension) 중 최소값을 의미하는 것일 수 있다. 또는, 상기 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제1 방향(1)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제1 방향(1)과 평행한 복수의 선분 중 적어도 2개의 제1 방향(1)을 따른 수치(dimension)에 대한 산술 평균값을 의미하는 것일 수 있다.
여기서, 전자 부품(1000)의 폭이라 함은, 전자 부품(1000)의 제3 방향(3) 중앙부에서 제1 방향(1)-제2 방향(2)으로 취한 전자 부품(1000)의 단면(1-2 단면)에 대한 광학 현미경 사진 또는 SEM 사진을 기준으로, 상기 단면 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제2 방향(2)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제2 방향(2)과 평행한 복수의 선분 각각의 제2 방향(2)을 따른 수치(dimension) 중 최대값을 의미하는 것일 수 있다. 또는, 상기 단면 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제2 방향(2)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제2 방향(2)과 평행한 복수의 선분 각각의 제2 방향(2)을 따른 수치(dimension) 중 최소값을 의미하는 것일 수 있다. 또는, 상기 단면 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제2 방향(2)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제2 방향(2)과 평행한 복수의 선분 중 적어도 2개의 제2 방향(2)을 따른 수치(dimension)에 대한 산술 평균값을 의미하는 것일 수 있다.
여기서, 전자 부품(1000)의 두께라 함은, 전자 부품(1000)의 제2 방향(2) 중앙부에서 제1 방향(1)-제3 방향(3)으로 취한 전자 부품(1000)의 단면(1-3 단면)에 대한 광학 현미경 또는 SEM 사진을 기준으로, 상기 단면 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제3 방향(3)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제3 방향(3)과 평행한 복수의 선분 각각의 제3 방향(3)을 따른 수치(dimension) 중 최대값을 의미하는 것일 수 있다. 또는, 상기 단면 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제3 방향(3)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제3 방향(3)과 평행한 복수의 선분 각각의 제3 방향(3)을 따른 수치(dimension) 중 최소값을 의미하는 것일 수 있다. 또는, 상기 단면 사진에 도시된 전자 부품(1000)의 최외측 경계선 중 제3 방향(3)으로 마주한 2개의 경계선을 연결하고 제3 방향(3)과 평행한 복수의 선분 중 적어도 2개의 제3 방향(3)을 따른 수치(dimension)에 대한 산술 평균값을 의미하는 것일 수 있다.
또는, 전자 부품(1000)의 길이, 폭 및 두께 각각은, 마이크로 미터 측정법으로 측정될 수도 있다. 마이크로 미터 측정법은, Gage R&R (Repeatability and Reproducibility)된 마이크로 미터로 영점을 설정하고, 마이크로 미터의 팁(tip) 사이에 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)을 삽입하고, 마이크로 미터의 측정 레버(lever)를 돌려서 측정할 수 있다. 한편, 마이크로 미터 측정법으로 전자 부품(1000)의 길이를 측정함에 있어, 전자 부품(1000)의 길이는 1회 측정된 값을 의미할 수도 있으며, 복수 회 측정된 값의 산술 평균을 의미할 수도 있다. 이는, 전자 부품(1000)의 폭 및 두께에도 동일하게 적용될 수 있다.
바디(100)는, 베이스 기판(110) 및 기능 박막(120)를 포함한다. 구체적으로, 바디(100)는, 베이스 기판(110)과, 베이스 기판(110)의 일면(도 1 내지 도 3의 방향을 기준으로 베이스 기판(110)의 상면)에 배치된 기능 박막(120)을 포함한다.
베이스 기판(110)은 단결정 기판일 수 있다. 베이스 기판(110)은 일 방향으로 성장하여 결정성을 갖는 것일 수 있다. 예로서, 베이스 기판(110)은, Al2O3 단결정 기판, Si 단결정 기판, SiC 단결정 기판, Ge 단결정 기판, TiO2 단결정 기판, ZnO 단결정 기판, ZnS 단결정 기판, ZnSe 단결정 기판, ZnTe 단결정 기판, CdS 단결정 기판, CdSe 단결정 기판, CdTe 단결정 기판, GaAs 단결정 기판, GaP 단결정 기판, GaSb 단결정 기판, InAs 단결정 기판, InP 단결정 기판, SrTiO3 단결정 기판, 또는 MgO 단결정 기판일 수 있다.
기능 박막(120)은, Ti가 도핑된 VO2의 박막일 수 있다.
제한되지 않는 예로서, 기능 박막(120)은, 베이스 기판(110)에 TiO2의 희생층을 형성하고, 희생층에 VO2의 주산화물 박막층을 형성하고, 희생층 및 주산화물 박막층을 후열 처리함으로써, 베이스 기판(110)에 형성될 수 있다.
여기서, 희생층은 베이스 기판(110)의 상면에 베이스 기판(110)의 결정 방향을 따라 일정 방향으로 성장될 수 있다. 즉, 희생층은 주산화물 박막층을 형성하기에 앞서 미리 결정화된 것일 수 있다. 희생층의 두께는, 예로서, 1㎚ 내지 50 ㎚일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고, 설계된 기능 박막(120)에서의 Ti 이온 농도에 따라 적절히 변경될 수 있다. 희생층은, 예로서, 스퍼터링(sputtering), 펄스레이저증착(PLD), 전자빔 증착(e-beam evaporator) 등 물리기상증착법(PECVD), 화학기상증착법 (PECVD, MOCVD), 원자막 증착(ALD), 분자빔에피택시(MBE) 등과 같은 박막 공정을 통해 형성될 수 있다.
여기서, 주산화물 박막층은 희생층에, 희생층의 결정 방향에 따라 일정 방향으로 결정화된 것이거나, 비결정화된 것일 수 있다. 주산화물 박막층 형성 후 후열 처리 공정이 후속될 경우, 주산화물 박막층은 희생층에 비결정 상태로 형성될 수 있다. 주산화물 박막층의 두께는, 예로서, 10㎚ 내지 1000 ㎚일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고, 설계된 기능 박막(120)에서의 Ti 이온 농도에 따라 적절히 변경될 수 있다. 주산화물 박막층은, 예로서, 스퍼터링(sputtering), 펄스레이저증착(PLD), 전자빔 증착(e-beam evaporator) 등 물리기상증착법(PECVD), 화학기상증착법 (PECVD, MOCVD), 원자막 증착(ALD), 분자빔에피택시(MBE) 등과 같은 박막 공정을 통해 형성될 수 있다.
여기서, 후열 처리는, 희생층과 주산화물 박막층을 일체화하기 위한 공정일 수 있다. 구체적으로, 후열 처리는, 희생층을 이루는 물질이 주산화물 박막층으로 도핑되어, 희생층과 주산화물 박막층 간의 경계를 제거하는 일체화 공정일 수 있다. 후열 처리는, 예로서, 박스로(Box furnace), 튜브로(Tube furnace), 또는 급속열처리로(RTA) 등의 장비를 이용하여 수행될 수 있다. 후열 처리는, 예로서, 공기(air), 산소(O2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 수소(H2) 중 하나 이상의 분위기에서 수행될 수 있다. 후열 처리는, 예로서, 400℃내지 800℃온도 범위에서 수행될 수 있다. 이는 저온에서 주산화물층을 증착하고 후열처리하는 방식으로서 진공 장비 챔버 구성에 이점을 주며, 증착 중 온도로 인한 변수를 줄여 박막 재현성 면에서 유리하다.
후열 처리 공정을 통해 형성된 기능 박막(120)은, 결정 구조와 방향이 예로서, 희생층의 결정 구조와 방향에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 희생층과 주산화물 박막층을 후열 처리함으로써 일체화된 기능 박막(120)은, 후열 처리 전의 희생층의 결정 방향에 따라 일정한 방향으로 결정화될 수 있다. 이때, 기능 박막(120)과 희생층의 결정 방향이 반드시 동일한 것은 아닐 수 있다. 예를 들어, 기능 박막(120)은, 희생층과 실질적으로 동일한 결정 격자 간격을 갖지만 결정 희생층과 다른 방향으로 성장하여 결정화될 수 있다. 또한, 희생층의 금속 이온 반경과 주산화물 박막층의 금속 이온 반경이 유사하므로(Ti4+ 이온 반경은 0.60 Å; V4+ 이온 반경은 0.58 Å), 희생층의 금속 이온은 후열 처리 공정 동안 VO2의 결정 구조를 실질적으로 변형시키지 않고 자가 확산 가능할 수 있다.
즉, 희생층과 주산화물층은 접합 면에서 결정격자 차이가 1% 이하일 수 있고, 희생층의 금속 이온 반경과 주산화물층의 금속 이온 반경의 차이가 5% 이하일 수 있으며, 이는 후열 처리 공정 동안 결정 구조 변형 없이 금속 이온들이 자가 확산할 수 있도록 하기 위함이다.
기능 박막(120)은, 25℃에서의 저항을 R1, 80℃에서의 저항을 R2라고 할 때, R1/R2 가 104 이상일 수 있다. 기능 박막(120)의 R1/R2는, 예로서, 17000 이상일 수 있다. 기능 박막(120)의 R1/R2를 104 이상으로 구현함으로써, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)은, 25℃내지 80℃범위 온도에서, 보다 민감하게 에너지 변화를 감지할 수 있다.
기능 박막(120)은, 25℃로부터 80℃까지의 승온 과정과 80℃부터 25℃까지의 냉각 과정을 1 싸이클(cycle)이라고 할 때, a) 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(△T)의 변화(V△T)가 1℃이하, b) 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)가 1.5℃이하, 및 c) 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)이 5% 이하 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
여기서, 기능 박막(120)의 히스테리시스 온도 차(△T)는, 어느 하나의 싸이클을 기준으로, 승온 과정에서 하기의 식 1로 정의되는 기능 박막(120)의 저항온도계수(Temperature Coefficient of Resistance, TCR)의 절대치가 최대일 때의 온도를 TH로 하고, 냉각 과정에서 하기의 식 1로 정의되는 기능 박막(120)의 저항온도계수(TCR)의 절대치가 최대일 때의 온도를 TC 로 할 때, TH 와 TC 간의 차를 의미할 수 있다. 기능 박막(120)의 히스테리시스 온도 차(△T)는, 1℃이하일 수 있으며, 예로서, 0.726℃이하일 수 있다. 기능 박막(120)의 히스테리시스 온도 차(△T)가 1℃이하인 경우, 기능 박막(120)은 해당 싸이클 동안 실질적으로 열 이력 현상(Thermal Hysteresis)이 없는 것으로 볼 수 있다. 결과, 기능 박막(120)은, 상기의 승온 및 냉각 과정의 온도 범위 내에서, 동일 저항에 대해, 승온 과정에서의 온도와 냉각 과정에서의 온도가 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)은, 동일 저항이라도 승온 과정인지 또는 냉각 과정인지에 따라 온도가 달라지는 통상의 전자 부품과 달리, 상대적으로 정확하게 에너지 변화를 감지할 수 있다.
[식 1]
Figure PCTKR2023017695-appb-img-000001
또한, 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(△T)의 변화(V△T)는, 예로서, 기능 박막(120)에 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 승온 과정 및 냉각 과정을 수행할 경우, 제1 싸이클 내지 제10 싸이클 각각에서 구한 기능 박막(120)의 히스테리시스 온도 차(△T1, △T2, … , △T10)의 최대값과 최소값 간의 차를 의미할 수 있다(V△T = │△T1, △T2, … , △T10)-Min(△T1, △T2, … , △T10)│). 또는, 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(△T)의 변화(V△T)는, 예로서, 기능 박막(120)에 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 승온 과정 및 냉각 과정을 수행할 경우, 제1 싸이클에서 기능 박막(120)의 히스테리시스 온도 차(△T1)와, 제10 싸이클에서 기능 박막(120)의 히스테리시트 온도 차(△T10) 간의 차를 의미할 수 있다(V△T = │△T1-△T10│). 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(△T)의 변화(V△T)가 1℃이하인 경우, 기능 박막(120)은 싸이클이 증가하더라도 실질적으로 일정한 히스테리시스 온도 차(△T)를 갖는 것으로 볼 수 있다. 결과, 기능 박막(120)은, 상기의 승온 및 냉각 과정의 온도 범위 내에서, 반복적 및 안정적으로 에너지 변화를 정확하게 감지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)은, 정확성에 대한 반복 재현성이 향상될 수 있다.
여기서, 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI)는, 하기의 식 2로 정의될 수 있다. 즉, 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI)는, 어느 하나의 싸이클에서 TH 와 TC 간의 차의 절반을 의미할 수 있다. 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI)는, 54℃이하일 수 있고, 예로서, 52.4℃이거나, 53.1℃이거나, 53.5℃일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI)는, 기능 박막(120)에 도핑된 Ti 이온의 함량에 의해 가변될 수 있다. 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI)가 54℃이하인 경우, 상대적으로 저온 영역에서 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition; MIT) 현상을 이용할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)은, 상대적으로 저온 영역에서 스위칭 부품으로 이용될 수 있다.
[식 2]
Figure PCTKR2023017695-appb-img-000002
또한, 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)는, 예로서, 기능 박막(120)에 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 승온 과정 및 냉각 과정을 수행할 경우, 제1 싸이클 내지 제10 싸이클 각각에서 구한 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI1, TMI2, …, TMI10)의 최대값과 최소값 간의 차를 의미할 수 있다(VTMI = │MI1, TMI2, … , TMI10)-Min(TMI1, TMI2, …, TMI10)│또는, 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)는, 예로서, 기능 박막(120)에 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 승온 과정 및 냉각 과정을 수행할 경우, 제1 싸이클에서 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI1)와, 제10 싸이클에서 기능 박막(120)의 상전이 온도(TMI10) 간의 차를 의미할 수 있다(VTMI = │MI1 - TMI10│). 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)가 1.5℃이하인 경우, 기능 박막(120)은 싸이클이 증가하더라도 실질적으로 일정한 상전이 온도(TMI)를 갖는 것으로 볼 수 있다. 결과, 기능 박막(120)은, 상기의 승온 및 냉각 과정의 온도 범위 내에서, 반복적 및 안정적으로 스위칭 기능을 구현할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)은, 상대적 저온 영역에서, 작동 횟수와 무관하게 반복적으로 스위칭 부품으로 이용될 수 있다.
여기서, 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)은, 예로서, 기능 박막(120)에 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 승온 과정 및 냉각 과정을 수행할 경우, 제1 싸이클 내지 제10 싸이클 각각에서 구한 기능 박막(120)의 R1/R2 값 ((R1/R2)1, (R1/R2)2 …, (R1/R2)10)의 최대값과 최소값 간의 차를 최대값으로 나눈 것의 백분율을 의미할 수 있다(VR1/R2 = 100 * (│)1, (R1/R2)2 …, (R1/R2)10)-Min((R1/R2)1, (R1/R2)2 …, (R1/R2)10)│/ Max((R1/R2)1, (R1/R2)2 …, (R1/R2)10)). 또는, 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)은, 예로서, 기능 박막(120)에 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 승온 과정 및 냉각 과정을 수행할 경우, 제1 싸이클에서 기능 박막(120)의 R1/R2 값((R1/R2)1)에 대한, 제1 싸이클에서 기능 박막(120)의 R1/R2 값((R1/R2)1)과 제10 싸이클에서 기능 박막(120)의 R1/R2 값 ((R1/R2)10) 간의 차의 백분율을 의미할 수 있다(VR1/R2 = 100 * (│1 - (R1/R2)10│) / (R1/R2)1). 기능 박막(120)의 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)이 5% 이하인 경우, 기능 박막(120)은 싸이클이 증가하더라도 실질적으로 일정한 값의 R1/R2를 갖는 것으로 볼 수 있다. 결과, 기능 박막(120)은, 상기의 승온 및 냉각 과정의 온도 범위 내에서, 반복적 및 안정적으로 에너지 변화를 민감하게 감지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)은, 민감성에 대한 반복 재현성이 향상될 수 있다.
외부 전극(200, 300)은 바디(100)에 서로 이격 배치된다. 즉, 외부 전극(200, 300)은, 베이스 기판(110) 및/또는 기능 박막(120)에 서로 이격된 형태로 배치된다. 외부전극(200, 300) 각각은 기능 박막(120)에 접촉 연결된다. 외부 전극(200, 300)은, 스퍼터링 등의 기상 증착법, 도금법, 및 도전성 페이스트를 도포한 후 경화하는 방법 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 외부 전극(200, 300)은, 백금(Pt), 금(Au), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 인듐(In), 주석(Sn), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 및 코발트(Co) 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 외부 전극(200, 300)은 단층 또는 복층의 구조로 형성될 수 있다.
외부전극(200, 300)은, 도전성 수지층(210, 310)과, 도전성 수지층(210, 310)에 형성된 금속층(220, 320)을 포함한다. 구체적으로, 제1 외부전극(200)은, 바디(100)에 형성된 제1 도전성 수지층(210), 및 제1 도전성 수지층(210)에 형성된 제1 금속층(220)을 포함한다. 제2 외부전극(300)은, 바디(100)에 형성된 제2 도전성 수지층(310), 및 제2 도전성 수지층(320)을 포함한다.
제1 도전성 수지층(210)은 바디(100)의 제1 면(101)에 배치되고, 바디(100)의 제3 내지 제6 면(103, 104, 105, 106) 각각의 적어도 일부로 연장된다. 제1 도전성 수지층(210)은 기능 박막(120)의 바디(100)의 제1 면(101) 측 일단부와 접촉된다. 제2 도전성 수지층(310)은 바디(100)의 제2 면(102)에 배치되고, 바디(100)의 제3 내지 제6 면(103, 104, 105, 106) 각각의 적어도 일부로 연장된다. 제2 도전성 수지층(310)은 기능 박막(120)의 바디(100)의 제2 면(102) 측 타단부와 접촉된다. 제1 및 제2 도전성 수지층(210, 310)은, 바디(100)의 제3 내지 제6 면(103, 104, 105, 106) 각각에서 서로 이격되게 배치된다. 한편, 도 1 내지 도 3에는, 도전성 수지층(210, 310) 각각을 바디(100)의 5개의 면 상에 형성된 노멀(Normal) 타입으로 도시하고 있으나, 이는 예시적인 사항에 불과하다. 즉, 도전성 수지층(210, 310) 각각은, 설계에 따라, C 타입(예로서, 제1 도전성 수지층(210)이 바디(100)의 제1 면(101), 제5 면(105) 및 제6 면(106)에만 배치된 형태), L 타입(예로서, 제1 도전성 수지층(210)이, 바디(100)의 제1 면(101) 및 제5 면(105)에만 배치되거나, 바디(100)의 제1 면(101) 및 제6 면(106)에만 배치), 및 하면 전극 타입(예로서, 제1 도전성 수지층(210)이 바디(100)의 제5 면(105)에만 배치) 중 하나로 변형될 수 있다.
도전성 수지층(210, 310)은, 베이스 수지(R) 및 베이스 수지(R) 내에 분산된 도전성 입자(CP)를 포함한다. 도전성 입자(CP)는 베이스 수지(R) 내에서 서로 접촉 연결되어, 외부 전극(200, 300) 각각과 기능 박막(120)을 서로 연결할 수 있다. 도전성 수지층(210, 310)은, 각각 바디(100)에 도전성 수지층 형성을 위한 도전성 페이스트를 도포한 후 도전성 페이스트를 경화함으로써 형성될 수 있다.
베이스 수지(R)는, 전기 절연성을 가지는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 열경화성 수지는 예컨대 에폭시 수지일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도전성 입자(CP)는, 백금(Pt), 금(Au), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 인듐(In), 주석(Sn), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 및 코발트(Co) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제한되지 않는 예로서, 도전성 입자(CP)는, 백금(Pt) 입자, 금(Au) 입자, 크롬(Cr) 입자, 몰리브덴(Mo) 입자, 니켈(Ni) 입자, 티타늄(Ti) 입자, 은(Ag) 입자, 알루미늄(Al) 입자, 구리(Cu) 입자, 철(Fe) 입자, 인듐(In) 입자, 주석(Sn) 입자, 납(Pb) 입자, 팔라듐(Pd) 입자, 아연(Zn) 입자, 코발트(Co) 입자, 및 상기 금속 중 적어도 2개로 이루어진 합금 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 도전성 입자(CP)는, 코어-쉘(core-shell) 구조일 수 있다. 여기서, 코어는 백금(Pt), 금(Au), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 인듐(In), 주석(Sn), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 및 코발트(Co) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 쉘은 백금(Pt), 금(Au), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 인듐(In), 주석(Sn), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 및 코발트(Co) 중 적어도 다른 하나를 포함할 수 있다.
도전성 입자(CP)는, 구(sphere)형, 및/또는 플레이크(flake)형일 수 있다. 플레이크 형이란, 제1 내지 제3 방향(1, 2, 3) 중 어느 하나의 방향을 따른 수치(dimension)가, 제1 내지 제3 방향(1, 2, 3) 중 다른 하나의 방향을 따른 수치(dimension)보다 1.5 배 이상 큰 것을 의미할 수 있다. 여기서, 전술한 두 개의 수치(dimension) 중 큰 것의 방향을 장축으로, 작은 것의 방향을 단축으로 정의할 수 있다.
금속층(220, 320)은 도전성 수지층(210, 310)에 형성될 수 있다. 금속층(220, 320) 각각의 적어도 일부는, 도전성 수지층(210, 320) 중 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)의 실장면에 형성된 영역에 배치된다.
예로서, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)의 실장면이 바디(100)의 제5 면(105) 측인 경우, 제1 금속층(220)은 제1 도전성 수지층(210) 중 바디(100)의 제5 면(105)에 배치된 영역에 형성되고, 제2 금속층(320)은 제2 도전성 수지층(310) 중 바디(100)의 제5 면(105)에 배치된 영역에 형성될 수 있다. 이 때, 제1 금속층(220)은, 바디(100)의 제1 면(101), 제3 면(103), 제4 면(104), 및 제6 면(106) 중 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 또는, 제1 금속층(220)은, 설사 제1 도전성 수지층(210)이 바디(100)의 제1 면(101), 제3 면(103), 제4 면(104), 및 제6 면(106) 각각으로 연장 형성된 형태라고 하더라도, 바디(100)의 제1 면(101), 제3 면(103), 제4 면(104), 및 제6 면(106) 중 적어도 일부 상에 형성되지 않을 수 있다. 이 때, 제2 금속층(320)은, 바디(100)의 제2 면(102), 제3 면(103), 제4 면(104), 및 제6 면(106) 중 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 또는, 제2 금속층(320)은, 설사 제2 도전성 수지층(310)이 바디(100)의 제2 면(102), 제3 면(103), 제4 면(104), 및 제6 면(106) 각각으로 연장 형성된 형태라고 하더라도, 바디(100)의 제2 면(102), 제3 면(103), 제4 면(104), 및 제6 면(106) 중 적어도 일부 상에 형성되지 않을 수 있다.
다른 예로서, 본 실시예에 따른 전자 부품(1000)의 실장면이 바디(100)의 제6 면(106) 측인 경우, 제1 금속층(220)은 제1 도전성 수지층(210) 중 바디(100)의 제6 면(106)에 배치된 영역에 형성되고, 제2 금속층(320)은 제2 도전성 수지층(310) 중 바디(100)의 제6 면(106)에 배치된 영역에 형성될 수 있다. 이 때, 제1 금속층(220)은 바디(100)의 제1 면(101) 및 제3 내지 제5 면(103, 104, 105) 중 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 또는, 제1 금속층(220)은, 설사 제1 도전성 수지층(210)이 바디(100)의 제1 면(101) 및 제3 내지 제5 면(103, 104, 105)면 각각으로 연장 형성된 형태라고 하더라도, 바디(100)의 제1 면(101) 및 제3 내지 제5 면(103, 104, 105)면 중 적어도 일부 상에 형성되지 않을 수 있다. 이 때, 제2 금속층(320)은, 바디(100)의 제2 내지 제5 면(102, 103, 104, 105) 중 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 또는, 제2 금속층(320)은, 설사 제2 도전성 수지층(310)이 바디(100)의 제2 내지 제5 면(102, 103, 104, 105) 각각으로 연장 형성된 형태라고 하더라도, 바디(100)의 제2 내지 제5 면(102, 103, 104, 105) 중 적어도 일부 상에 형성되지 않을 수 있다.
금속층(220, 320) 각각은, 백금(Pt), 금(Au), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 인듐(In), 주석(Sn), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 및 코발트(Co) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
금속층(220, 320) 각각은, 단층으로 형성되거나, 복층으로 형성될 수 있다. 금속층(220, 320)은, 스퍼터링과 같은 증착법 및 도금법 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 제한되지 않는 예로서, 금속층(220, 320) 각각은, 도전성 수지층(210, 310)에 형성된 제1 도금층(221, 321), 및 제1 도금층(221, 321)에 형성된 제2 도금층을(222, 322)을 포함할 수 있다. 제한되지 않는 예로서, 제1 도금층(221, 321)은 니켈 도금층일 수 있고, 제2 도금층(222, 322)은 주석 도금층일 수 있다. 한편, 바디(100)의 제1 내지 제6 면(101, 102, 103, 104, 105, 106) 상에서, 도전성 수지층(210, 310)이 형성된 영역과, 금속층(220, 320)이 형성된 영역이 서로 상이한 경우에는, 예로서, 도전성 수지층(210, 310)을 형성하는 공정과 금속층(220, 320)을 형성하는 공정 사이에 도전성 수지층(210, 310)의 외부면 중 일부 만을 노출시키는 레지스트를 형성하는 공정이 추가될 수 있다.
실험예
(실험예 1 및 2의 제조 방법)
실험예 1은, 하기의 방법으로 제조되었다. 우선, 사파이어(Al2O3) 단결정 기판에, 희생층으로서 TiO2 박막(두께 3㎚ 내지 5㎚)을 스퍼터링 공정으로 형성하였다. 다음으로, 희생층에, 주산화물 박막층으로서 VO2 박막(두께 200㎚ 내지 300㎚)을 스퍼터링 공정으로 형성하였다. VO2 박막을 형성하기 위해, 공정 온도는 상온으로 하고, 공정 압력은 10~30 mtorr로 하고, Ar 가스를 공급하며 증착하였다. 다음으로, 400~800℃에서 상기 희생층과 주산화물 박막층을 후열 처리함으로써, VO2의 결정 격자 중 V 이온의 적어도 일부가 Ti 이온으로 치환(도핑)된 기능 박막을 제작하였다. 이하에서는 실험예 1에 따라 최종적으로 제조된 박막(기능 박막)을 제1 박막이라고 한다.
실험예 2는 실험예 1과 비교하여, 실험예 1의 희생층을 증착하지 않은 것을 제외하고 실험예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 즉, 실험예 2는, 실험예 1에 이용된 사파이어(Al2O3) 단결정 기판에 직접 실험예 1의 주산화물 박막층 성막 조건과 동일한 조건으로 주산화물 박막층(VO2)을 성막하고, 이 후 실험예 1의 후열 처리 조건과 동일한 조건으로 주산화물 박막층을 후열 처리하였다. 이하에서는 실험예 2에 따라 최종 제조된 박막(후열 처리된 주산화물 박막층)을 제2 박막이라고 한다.
(열적 싸이클에 대한 제1 및 제2 박막 특성 평가)
제1 및 제2 박막 각각에 대해, 25℃로부터 80℃까지의 승온 과정과 80℃부터 25℃까지의 냉각 과정으로 이루어진 열적 싸이클을 복수 회 수행하면서, 제1 및 제2 박막 각각의 온도에 따른 저항을 측정하였다.
제1 및 제2 박막의 승온과 냉각은, 제1 및 제2 박막 각각이 형성된 사파이어 기판의 하부에 열을 발생시킬 수 있는 히터를 장착하고, 히터에 인가되는 전력을 조절함으로써 구현하였다. 구체적으로, 상온(25℃에서 히터에 전력을 공급함으로써 제1 및 제2 박막을 승온시켰으며, 제1 및 제2 박막이 80℃에 다다르면 히터에 전력을 차단함으로써 제1 및 제2 박막을 냉각시켰다.
제1 및 제2 박막의 표면 온도는, 제1 및 제2 박막에 오메가(Omega) 사의 접촉 온도 측정 프로브(k-type thermocouple; 0.005 inches thermocouple wire)를 부착하고, 키슬리 사의 나노볼트미터(모델명 Keithley 2182A)로 측정하였다.
제1 및 제2 박막의 전기 저항은, 키슬리 사의 제품(모델명 Keithley 2400)을 소스 미터(Source meter)로 사용해 제1 및 제2 박막에 일정한 전압을 인가하고, 해당 전압에서 제1 및 제2 박막 각각의 전류를 측정한 후 이를 전기 저항으로 환산함으로써 도출하였다(R=V/I). 이때, 제1 및 제2 박막 각각과, 전류를 측정하는 금속 프로브 간의 접촉 저항을 감소시키기 위해, 제1 및 제2 박막의 일부 영역에 금속 박막을 100nm 두께로 형성하고, 상기 금속 박막을 금속 프로브와 접촉시켜 전류를 측정하였다.
제1 및 제2 박막 각각의 첫번째 싸이클 동안 온도에 따른 저항을 도 5에 도시하였다. 도 5에서 제1 박막은 "o"로, 제2 박막은 "△"로 표시되어 있다. 제1 박막의 복수 회 싸이클 동안 온도에 따른 저항을 도 6에 도시하였다. 도 7은 X축을 열적 싸이클 횟수로 하고, Y축을 제1 박막의 R1/R2, 히스테리시스 온도 차(ΔT) 및 상전이 온도(TMI) 각각으로 한 그래프이다. 도 7에서, "□"는 R1/R2를, "X"는 히스테리시스 온도 차(ΔT, 단위 ℃)를, "●"는 상전이 온도(TMI, 단위 ℃)를 나타낸다.
표 1에는, 도 5를 기초로, 첫 번째 싸이클에서, 제1 및 제2 박막 각각의 25℃에서의 저항 R1, 80℃에서의 저항 R2, 승온 과정에서 저항온도계수(TCR)의 절대치가 최대인 온도 TH, 냉각 과정에서 저항온도계수(TCR)의 절대치가 최대인 온도 TC, R1/R2, 히스테리시스 온도 차(ΔT), 상전이 온도(TMI)를 기재하였다.
R1(Ω) R2(Ω) TH (℃) TC (℃) R1/R2 △T (℃) TMI (℃)
#1 5.257*105 2.631*102 52.427 52.370 19981 0.043 52.40
#2 1.013*106 4.653*102 70.445 59.035 21778 11.41 64.74
표 1을 참조하면, 제1 및 제2 박막 각각의 R1/R2는 19981 및 21778으로 104 이상이다. 일반적인 온도 감응형 저항층의 80℃에서의 저항에 대한 25℃에서의 저항의 비가 수십 내지 수백인 점을 고려하면, 동일한 온도 범위에서 제1 및 제2 박막의 저항 변화는, 일반적인 온도 감응형 저항층의 저항 변화와 비교하여, 상대적으로 큼을 나타낸다. 따라서, 제1 및 제2 박막을 이용한 전자 부품은, 일반적인 온도 감응형 저항층을 이용한 전자 부품 대비 보다 민감하게 온도를 감지할 수 있다.표 1을 참조하면, 제2 박막은 히스테리시스 온도 차(ΔT)가 11.41℃로, 히스테리시스 온도 차(ΔT)가 1℃를 초과한다. 제1 박막은, 히스테리시스 온도 차(ΔT)가 0.043℃로, 히스테리시스 온도 차(ΔT)가 1℃이하이다. 이는, 동일 저항에 대한 승온 과정에서의 온도와 냉각 과정에서의 온도 간의 차가, 제2 박막이 상대적으로 많고, 제1 박막이 상대적으로 적음을 의미한다. 따라서, 제1 박막을 이용한 전자 부품은, 제2 박막을 이용한 전자 부품 대비 보다 정확하게 온도를 감지할 수 있다. 표 1 및 도 5를 참조하면, 제1 박막의 저항온도계수(TCR)의 최대값이 제2 박막의 저항온도계수(TCR)의 최대값보다 큼을 알 수 있는데, 이는 제1 박막이, 제2 박막과 비교하여, 온도 변화에 따른 저항 변화가 큼을 나타낸다. 따라서, 제1 박막의 상전이 온도(TMI) 근방에서 온도 변화에 대한 민감성은, 제2 박막의 상전이 온도(TMI) 근방에서 온도 변화에 대한 민감성보다 높을 수 있다.
표 1을 참조하면, 제1 박막의 상전이 온도(TMI)는, 제2 박막의 상전이 온도(TMI)보다 상대적으로 저온이다. 이는, 제1 박막이 제2 박막 대비 상대적으로 저온에서 부도체에서 도체로 전이됨을 의미한다(Metal-Insulator Transition). 따라서, 제1 박막을 이용한 전자 부품은, 제2 박막을 이용한 전자 부품 대비 상대적으로 저온에서 스위칭 부품으로 이용될 수 있다.
표 2에는, 도 6 및 도 7을 기초로, 제1 박막의 각 싸이클에서, R1/R2, 히스테리시스 온도 차(ΔT), 및 상전이 온도(TMI), 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(ΔT)의 변화(VΔT), 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI), 및 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)을 기재하였다.
한편, 표 2에서, 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(ΔT)의 변화(VΔT)는, 예로서, 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 구간을 기준으로 하면, 해당 구간의 최초 싸이클인 제1 싸이클의 히스테리시스 온도 차(ΔT)와, 해당 구간의 마지막 싸이클인 제10 싸이클의 히스테리시스 온도 차(ΔT)간의 차를 의미한다(VΔT = ｜ΔT1-ΔT10｜). 이는, 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)에도 동일하게 적용된다. 더불어, 표 2에서, 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)은, 예로서, 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지의 구간을 기준으로 하면, 해당 구간의 최초 싸이클인 제1 싸이클의 R1/R2 값((R1/R2)1)에 대하여, 해당 구간의 최초 싸이클인 제1 싸이클의 R1/R2 값((R1/R2)1)과 해당 구간의 마지막 싸이클인 제10 싸이클의 R1/R2 값 ((R1/R2)10) 간의 차의 백분율을 의미한다(VR1/R2 = 100 * (｜(R1/R2)1 - (R1/R2)10｜) / (R1/R2)1).
또한, 이하의 표 2에 대한 설명에서는, 제1 싸이클로부터 제10 싸이클까지를 제1 구간으로, 제11 싸이클로부터 제20 싸이클까지를 제2 구간으로, 제21 싸이클로부터 제30 싸이클까지를 제3 구간으로, 제31 싸이클로부터 제40 싸이클까지를 제4 구간으로, 및 제41 싸이클로부터 제50 싸이클까지를 제5 구간으로 나누어 설명하기로 한다.
R1/R2 △T (℃) TMI (℃) V△T (℃) VTMI (℃) VR1/R2 (%)
1st 19981 0.043 52.40 - - -
10th 19849 0.347 52.54 0.304 0.14 0.66
11th 19754 0.349 52.50 - - -
20th 19811 0.100 52.70 0.249 0.249　 0.29
21th 19798 0.162 52.32 - - -
30th 19706 0.492　 52.75 0.330 0.43 0.46
31th 19620 0.569　 52.15 - - -
40th 19785 0.372 52.71　 0.197 0.56 0.84
41th 19906 0.220 52.53 - - -
50th 19650 0.456 53.13 0.236 0.60 1.28
100th 19714 0.636 53.46 - - -
표 2를 참조하면, 제1 박막의 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(ΔT)의 변화(VΔT)는, 제1 구간의 경우 0.304℃이고, 제2 구간의 경우 0.249℃이고, 제3 구간의 경우 0.330℃이고, 제4 구간의 경우 0.197℃이며, 제5 구간의 경우 0.236℃이다. 즉, 제1 박막은, 제1 내지 제5 구간 모두에서 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(ΔT)의 변화(VΔT)가 1℃이하여서, 어떠한 구간인지와 무관하게 실질적으로 일정한 히스테리시스 온도 차(ΔT)를 갖는 것으로 볼 수 있다. 결과, 제1 박막은, 상기의 승온 및 냉각 과정의 온도 범위 내에서, 반복적 및 안정적으로 에너지 변화를 정확하게 감지할 수 있다. 표 2를 참조하면, 제1 박막의 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)는, 제1 구간의 경우 0.14℃이고, 제2 구간의 경우 0.249℃이고, 제3 구간의 경우 0.43℃이고, 제4 구간의 경우 0.56℃이며, 제5 구간의 경우 0.60℃이다. 즉, 제1 박막은, 제1 내지 제5 구간 모두에서 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)가 1.5℃이하여서, 어떠한 구간인지와 무관하게 실질적으로 일정한 상전이 온도(TMI)를 갖는 것으로 볼 수 있다. 결과, 제1 박막은, 상기의 승온 및 냉각 과정의 온도 범위 내에서, 반복적 및 안정적으로, 실질적으로 동일한 온도에서 스위칭 기능을 발휘할 수 있다.표 2를 참조하면, 제1 박막의 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)은, 제1 구간의 경우 0.66%이고, 제2 구간의 경우 0.29%이고, 제3 구간의 경우 0.46%이고, 제4 구간의 경우 0.84%이며, 제5 구간의 경우 1.28%이다. 즉, 제1 박막은, 제1 내지 제5 구간 모두에서 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2)이 5% 이하여서, 어떠한 구간인지와 무관하게 실질적으로 일정한 값의 R1/R2를 갖는 것으로 볼 수 있다. 결과, 제1 박막(120)은, 상기의 승온 및 냉각 과정의 온도 범위 내에서, 반복적 및 안정적으로 에너지 변화를 민감하게 감지할 수 있다. 한편, 이상에서는, 제1 내지 제5 구간, 즉, 제1 내지 제50 싸이클을 기준으로, 제1 박막의 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2), 제1 박막의 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(ΔT)의 변화(VΔT), 및 제1 박막의 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)를 설명하였으나, 이는 예시적인 사항에 불과하여 본 발명의 범위가 전술한 내용에 제한되는 것은 아니다. 즉, 도 7을 참조하면, 제1 박막,은 제1 내지 제50 싸이클 이내라면, 전술한 제1 내지 제5 구간 각각의 구간이 아닌 임의의 10 싸이클에서도(예로서, 제3 싸이클로부터 제12 싸이클까지로 구성된 10 싸이클), 전술한 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2), 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(ΔT)의 변화(VΔT), 및 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)를 가짐을 알 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면, 제1 박막은, 제50 싸이클 이후의 싸이클에서도, 전술한 10 싸이클 동안 R1/R2의 변화율(VR1/R2), 10 싸이클 동안 히스테리시스 온도 차(ΔT)의 변화(VΔT), 및 10 싸이클 동안 상전이 온도(TMI)의 변화(VTMI)를 가짐을 알 수 있다.
(기능 박막 내 도핑 균일성에 대한 실험 데이터 분석예)
도 8은 일 실시예에 따른 바디에 대한 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(EDX) 데이터를 도시한다. (a)는 V에 대한 매핑 결과를 시각화한 데이터이고, (b)는 Ti에 대한 매핑 결과를 시각화한 데이터이며, (c)는 각 성분(Al, V, Ti)에 대한 매핑 결과를 밝기(intensity)를 가로축으로 시편의 깊이를 세로축으로 하여 나타낸 EDX 커브 그래프이다. 도면에서 깊이(depth)는 바디의 두께에 대한 스케일로서 depth 0값은 바디의 표면에 가까울 수 있고 depth 140값은 바디의 저면에 가까울 수 있다. 예를 들어, 도면에서 0~90 nm 깊이 범위가 상술한 기능 박막에 해당할 수 있고, 도면에서 90~140 nm 깊이 범위가 상술한 베이스 기판에 해당할 수 있다. 상술한 바와 같이 베이스 기판은 사파이어(Al2O3) 단결정 기판이고, 기능 박막은 VO2의 결정 격자 중 V 이온의 적어도 일부가 Ti 이온으로 치환(도핑)된 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 열처리 후 기능 박막에 Ti가 고르게 분산됨을 확인할 수 있다. 기능 박막은 열처리 이전에는, TiO2 박막(두께 3㎚ 내지 5㎚) 및 VO2 박막(두께 200㎚ 내지 300㎚)으로 존재하던 것으로서, 열처리 이후에 도면에 도시된 바와 같이 Ti가 0~90 nm 깊이 범위에서 고르게 분포한다는 것은 결국 기능 박막에 Ti가 고르게 분산되었음을 의미한다. 이는 Ti가 두께 방향으로의 전체 기능 박막을 거쳐서 표면까지 확산하여 도달하였음을 보여주기도 하며, 일 실시예에 따른 도핑의 균일성을 대변한다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 0~90 nm 깊이 범위에서 Ti의 EDX 커브는 대체로 일정하게 유지되며, 이 값은 도면에서 Al의 EDX 커브에서의 값과 대비시 더욱 명백한 차이를 보인다.
이하 기능 박막 내 도핑 균일성에 대해 보다 상세히 살펴본다.
계속하여 도 8을 참조하면, V와 Ti는 비슷한 분포레벨(표준편차)을 가짐을 알 수 있다. 이는 도핑의 균일성을 더욱 명확하게 보여준다. 즉, VO2 박막 내에 Ti가 V만큼 균일하게 분포되어 있음을 보여준다. 이는 일 실시예에 따른 후열 처리 공정 이후에 희생층과 주산화물층의 경계가 없어짐을 보여준다. 도 9 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
도 9는 도 8의 EDX 커브 중 Ti에 대한 매핑 결과만을 확대하여 도시한다. 0~90nm 범위에서 평균(약 2647)과 표준편차(약 567)를 구하였다. 그리고, 도 10은 도 8의 EDX 커브 중 V에 대한 매핑 결과만을 확대하여 도시한다. 0~90nm 범위에서 평균(약 36487)과 표준편차(약 778)를 구하였다. 이때, y축을 임의(arb.)로 둠으로써 intensity 자체가 의미를 갖지는 않으나, Ti에 대한 표준편차와 V에 대한 표준편차를 비교할 수 있다는 점에 주목할 수 있다. 즉, 기능 박막 내에서 V만큼 Ti가 일정하게 분포하는지에 대한 비교 자료를 제시함에 주목할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 이종 금속 원소에 해당하는 Ti와 주산화물층을 구성하는 VO2의 V는 서로 비슷한 분포레벨을 가질 수 있다. 즉, 기능 박막 내에 V만큼 Ti가 일정하게 분포할 수 있다. 예를 들어, 이종 금속 원소에 해당하는 Ti의 분포레벨이 주산화물층을 구성하는 VO2의 V의 분포레벨 대비 30% 이내의 차이를 가질 수 있다. 보다 상세하게는 두 표준편차의 차이(211)를 EDX of V(778)로 나눈 값이 0.271이므로, 27.1% 이내의 차이를 가질 수 있다. 이때 연산의 편의를 위해 소수점 자리는 올림, 버림 등으로 적절히 처리하였으나 보다 정확한 연산을 위해서는 소수점 자리까지 고려할 수 있다.
상기에서는 TEM-EDX의 결과를 인텐시티의 분포레벨 관점에서 기술하였으나, 인텐시티를 평균 농도로 환산하는 경우에는 인텐시티 대신 평균 농도의 분포레벨 관점으로도 접근할 수도 있다.
(기능 박막 내 고결정성에 대한 실험 데이터 분석예)
도 11은 일 실시예에 따른 바디에 대한 XRD(X-ray diffraction) 데이터를 도시한다. XRD는 박막 전체의 결정성을 보여준다. 도면에 도시된 바와 같이, TiO2 위에 성장된 VO2는 열처리 후 주된 VO2 피크가 하나만 나타난다(도면에서 화살표로 표시된 부분 참조).
즉, 주된 VO2의 XRD 피크가 2θ= 20~60°의 범위에서는 나타나지 않고, 2θ= 60~70°의 범위에서만 나타난다. 이는 VO2가 높은 결정성을 가진 박막(Epitaxial thin film)임을 보여준다. 반면, VO2 단독으로 성장된 경우, 여러 주된 피크들이 나타나므로 다결정 박막(polycrystal thin film)임을 알 수 있다.
보다 상세하게, TiO2 위에 성장된 VO2는 XRD에 의해 측정되는 X선 회절 패턴에 있어서 2θ= 64.92±0.5°의 범위에서 나타나는 한 개의 피크(A)를 갖는 반면, TiO2 없이 단독으로 성장된 VO2는 2θ= 27.84±0.5°의 범위, 2θ= 33.4±0.5°의 범위, 2θ= 37.08±0.5°의 범위, 2θ= 42.26±0.5°의 범위, 2θ= 49.52±0.5°의 범위, 2θ= 55.54±0.5°의 범위, 2θ= 57.64±0.5°의 범위 및 2θ= 64.94±0.5°의 범위에서 각각 나타나는 총 8개의 피크(순서대로 각 피크를 a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1이라 함)를 갖는다. 단독 피크 A는 에피텍셜 박막(Epitaxial thin film)을 의미하고, 여러 피크 a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1는 폴리크리스탈 박막(polycrystal thin film)을 의미한다.
이때, 피크 A는 그 반가폭 FWHM이 1.0° 이하일 수 있다. 바람직하게는 0.79° 이하일 수 있다. 이는 일 실시예에 따른 기능 박막 내 고결정성을 뒷받침한다.
한편, XRD 데이터상에는 미세한 피크들도 나타날 수 있다는 점에서, 본 발명에서 용어 주된 VO2 피크는 일정 강도 이상의 피크만을 대상으로 할 수 있다. 일례로, 도면상 최대 피크 강도의 10%를 넘지 못하는 피크들은 고려 대상으로 하지 않는다. 즉, 피크 A의 강도가 632.68일 때, 63.27 이하의 강도를 갖는 피크들은 고려 대상으로 하지 않을 수 있다.
상기에서는 8개의 피크들이 나타나는 실시예를 중심으로 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 폴리크리스탈임을 보여주는 개수이면 8개보다 적거나 이보다 많은 실시예도 가능하며, 에피텍셜 박막인 경우에는 주된 피크가 한 개임에 비해 폴리크리스탈 박막인 경우에는 여러 개의 주된 피크가 나타날 수 있다는 것에 주목할 필요가 있다.
이러한 일 실시예에 따른 기능 박막은 후열처리 공정을 통하여 주산화물층이 희생층의 결정 구조에 영향을 받아 높은 방향성을 갖고서 결정화되며, 희생층의 금속 이온은 자가 확산을 통하여 주산화물층 전체에 도핑되면서도 도핑된 이후에도 주산화물층의 결정 구조가 원래와 같은 상태로 유지됨을 보여준다. 즉, 이종 금속 원소의 도핑에도 불구하고 주산화물의 결정 구조를 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 기능 박막은 후열 처리 공정 이후로 희생층과 주산화물층의 경계는 없어지게 되고, 주산화물층의 결정 구조는 도핑 전후로 유지되면서, 기능 박막 전체적으로 희생층 금속 이온이 도핑된 형태의 고결정 박막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경 또는 삭제 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
[부호의 설명]
CP: 도전성 입자
R: 베이스 수지
100: 바디
110: 베이스 기판
120: 기능 박막
200, 300: 외부 전극
210, 310: 도전성 수지층
220, 320: 금속층
1000: 에너지 감응형 전자 부품

Claims (12)

  1. 단결정 기판; 및
    상기 단결정 기판 상에 적층되고, 이종 금속 원소로 도핑된 주산화물층;을 포함하되,
    투과형 전자 현미경(TEM)을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(EDX)에서 상기 이종 금속 원소와 상기 주산화물층을 구성하는 금속 산화물의 금속 원소는 균일하게 분포되어 있는, 산화물 박막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이종 금속 원소의 EDX 커브 분포레벨이 상기 주산화물층을 구성하는 금속 산화물의 금속 원소의 EDX 커브 분포레벨 대비 30% 이내의 차이를 갖는, 산화물 박막.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주산화물층의 두께 방향에 대해 측정한 상기 이종 금속 원소의 EDX 커브 표준편차가 상기 주산화물층을 구성하는 금속 산화물의 금속 원소의 EDX 커브 표준편차 대비 30% 이내의 차이를 갖는, 산화물 박막.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주산화물층은, 상기 이종 금속 원소의 결정 희생층과 상기 결정 희생층 상에 형성된 예비 산화물 박막이 후열처리 공정을 통해 일체화된 것인, 산화물 박막.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결정 희생층은 상기 단결정 기판 상에서 상기 단결정 기판의 결정 방향을 따라 성장된 것인, 산화물 박막.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 예비 산화물 박막은 상기 결정 희생층 상에서 비결정화된 막인, 산화물 박막.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주산화물층은 상기 후열처리 공정을 통해 상기 비결정화된 예비 산화물 박막이 상기 결정 희생층의 결정 방향을 따라 소정의 방향으로 결정화된 것인, 산화물 박막.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단결정 기판은 사파이어(Al2O3) 단결정 기판이고,
    상기 주산화물층은 VO2의 결정 격자 중 V 이온의 적어도 일부가 Ti 이온으로 치환(도핑)된 것인, 산화물 박막.
  9. 단결정 기판; 및
    상기 단결정 기판 상에 적층되고, Ti로 도핑된 VO2층;을 포함하되,
    상기 VO2층의 VO2 XRD 피크가 2θ= 20~60°의 범위에서는 나타나지 않고, 2θ= 60~70°의 범위에서만 나타나는, 산화물 박막.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 VO2층은
    일정 인텐시티 이상을 만족하는 주된 VO2 XRD 피크가 2θ= 20~70°의 범위에서 다수 개 나타나는 폴리크리스탈 박막이 아닌, 한 개 나타나는 고결정성의 에피텍셜 박막으로 정의되는, 산화물 박막.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폴리크리스탈 박막은
    상기 주된 VO2 XRD 피크가 2θ= 27.84±0.5°의 범위, 2θ= 33.4±0.5°의 범위, 2θ= 37.08±0.5°의 범위, 2θ= 42.26±0.5°의 범위, 2θ= 49.52±0.5°의 범위, 2θ= 55.54±0.5°의 범위, 2θ= 57.64±0.5°의 범위 및 2θ= 64.94±0.5°의 범위 중 2 이상에서 나타나는 반면,
    상기 에피텍셜 박막은
    상기 주된 VO2 XRD 피크가 θ = 64.92±0.5°의 범위에서만 나타나는, 산화물 박막.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 VO2층의 상기 주된 VO2 XRD 피크의 반가폭 HWHM은 1° 이하인, 산화물 박막.
PCT/KR2023/017695 2022-11-05 2023-11-06 산화물 박막 WO2024096723A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0146598 2022-11-05
KR20220146598 2022-11-05
KR10-2023-0151910 2023-11-06
KR1020230151910A KR102682498B1 (ko) 2022-11-05 2023-11-06 산화물 박막

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024096723A1 true WO2024096723A1 (ko) 2024-05-10

Family

ID=90931129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/017695 WO2024096723A1 (ko) 2022-11-05 2023-11-06 산화물 박막

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240104068A (ko)
WO (1) WO2024096723A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07105282B2 (ja) * 1988-05-13 1995-11-13 富士ゼロックス株式会社 抵抗体及び抵抗体の製造方法
WO2012133074A1 (ja) * 2011-03-28 2012-10-04 株式会社村田製作所 抵抗体および抵抗素子
JP2015068687A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 株式会社デンソー 温度センサ
KR20160014899A (ko) * 2014-07-30 2016-02-12 동의대학교 산학협력단 테르븀이 첨가된 바나디움계 산화아연 바리스터 및 그 제조방법
JP2016072548A (ja) * 2014-10-01 2016-05-09 株式会社アルバック 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07105282B2 (ja) * 1988-05-13 1995-11-13 富士ゼロックス株式会社 抵抗体及び抵抗体の製造方法
WO2012133074A1 (ja) * 2011-03-28 2012-10-04 株式会社村田製作所 抵抗体および抵抗素子
JP2015068687A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 株式会社デンソー 温度センサ
KR20160014899A (ko) * 2014-07-30 2016-02-12 동의대학교 산학협력단 테르븀이 첨가된 바나디움계 산화아연 바리스터 및 그 제조방법
JP2016072548A (ja) * 2014-10-01 2016-05-09 株式会社アルバック 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240104068A (ko) 2024-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2024049002A1 (ko) 박막 기판 및 이를 포함하는 에너지 감응형 전자 부품
US5625233A (en) Thin film multi-layer oxygen diffusion barrier consisting of refractory metal, refractory metal aluminide, and aluminum oxide
KR101419331B1 (ko) 감소된 교류 손실들을 갖는 다중필라멘트 초전도체 및 그 형성 방법
TW201820625A (zh) 構造物、其製造方法、半導體元件及電子電路
WO2010082733A2 (ko) 열전 나노와이어 및 그의 제조방법
Khrypunov et al. Amplitude-time characteristics of switching in thin films of cadmium telluride
WO2024096723A1 (ko) 산화물 박막
DE4300084A1 (de) Widerstandsthermometer mit einem Meßwiderstand
Li et al. Effect of AlN/Al 2 O 3 Thin-Film Protective Layer on the High-Temperature Performance of ITO Thin-Film Strain Gauge
KR102682498B1 (ko) 산화물 박막
Kampwirth et al. Application of high rate magnetron sputtering to the fabrication of A-15 compounds
KR102609291B1 (ko) 에너지 감응형 전자 부품 및 기능 박막이 형성된 집합 기판
Hessmer et al. Correlation between breakdown voltage and structural properties of polycrystalline and heteroepitaxial CVD diamond films
EP4109062A1 (en) Heat flow switching element
KR102663966B1 (ko) 히팅 시스템 및 이를 포함하는 전자 장치
Bertman et al. Dependence of transport parameters on thickness in polycrystalline CdS thin films
Fan et al. Optical transmission and carrier transport of epitaxial (001)-and (111)-oriented Ba0. 96La0. 04SnO3 thin films
WO2016020715A1 (en) Current limiter arrangement and method for manufacturing a current limiter arrangement
JP3024347B2 (ja) 限流素子
US6479882B2 (en) Current-limiting device
CN110231120A (zh) 一种测量真空度的装置与方法
JP2645552B2 (ja) シリコン・ゲルマニウム・金混晶薄膜導電体
EP4316805A1 (en) Multilayer body, electronic device and method of producing multilayer body
Patra et al. The Effect of Grain Size Distribution on the Defect Generation Mechanism of 0201 Passives
Pomoni et al. Electrical transport properties of NbSi2 thin films

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23886417

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1