[학위논문]산화 방지 구리 나노 잉크를 이용한 종이기판 위 잉크젯 프린팅 다중펄스 광소결 공정 연구 Optimization of multi-pulse flash light sintering process using anti-oxidized copper nano-ink on paper substrate via inkjet printing technology원문보기
최근 반도체 디스플레이 산업이 발전하면서, 미래 산업으로써 유연소자와 관련한 시장이 활성화되고 있다. 특히, 플렉서블 반도체 및 디스플레이와 관련한 소자에 대한 많은 연구가 진행중이다. 이러한 플렉서블 전자소자는 궁극적으로 자유로이 굽히거나 휠 수 있는 rollable, foldable과 같은 전자소자로의 발전가능성을 내포하고 있으며, 웨어러블 전자소자 및 디바이스가 계속적으로 출현하고 있는 상황이다. 현재 개발중인 유연소자용 패턴은 주로 은과 같은 Noble한 금속 나노 잉크나 페이스트를 주로 사용한다. 하지만, 이러한 금속 잉크나 페이스트를 사용할 경우, 원재료의 비용이 비싸서 패턴 제작시 제조 단가가 상승하게 된다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하고자 저가의 재료인 구리를 이용하여 산화 방지 구리 나노 잉크를 이용하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 산화 방지 구리 나노 잉크는 ...
최근 반도체 디스플레이 산업이 발전하면서, 미래 산업으로써 유연소자와 관련한 시장이 활성화되고 있다. 특히, 플렉서블 반도체 및 디스플레이와 관련한 소자에 대한 많은 연구가 진행중이다. 이러한 플렉서블 전자소자는 궁극적으로 자유로이 굽히거나 휠 수 있는 rollable, foldable과 같은 전자소자로의 발전가능성을 내포하고 있으며, 웨어러블 전자소자 및 디바이스가 계속적으로 출현하고 있는 상황이다. 현재 개발중인 유연소자용 패턴은 주로 은과 같은 Noble한 금속 나노 잉크나 페이스트를 주로 사용한다. 하지만, 이러한 금속 잉크나 페이스트를 사용할 경우, 원재료의 비용이 비싸서 패턴 제작시 제조 단가가 상승하게 된다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하고자 저가의 재료인 구리를 이용하여 산화 방지 구리 나노 잉크를 이용하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 산화 방지 구리 나노 잉크는 XPS 정량분석시 산소의 At.%를 최대 3.8%를 유지한채 산화방지 효과를 얻고자 하였다. 이와 함께 분산에 최적화된 용매인 1-Octanol에 분산시켜 분산안정성이 확보된 잉크를 사용하였다. 잉크젯 프린팅 공정 후 소결 공정 진행시 현재는 주로 열소결 공정이 이용되지만, 이는 유연기판에 패턴을 형성하였을 때 전기적인 특성 및 내구성이 좋지 않은 단점이 있다. 이러한 점을 해결하고자, 본 연구에서는 상온 대기압 조건에서 빠르게 소결이 가능한 방법인 광소결 방법을 이용하여, 저가형 유연 소자 제작에 이용될 패턴의 소결시 전기적 특성 및 내구성을 향상시키고자 하였다. 본 연구에서 이용한 구리 나노 입자는 Polyol 방법으로 100 nm 급으로 합성하였다. 이후, 선행연구에서 개발된 건식 코팅 방법을 이용하여 Alkanethiol 계열 물질 중 하나인, 1-Octanethiol을 표면이 산화되지 않은 구리에 10 nm 급으로 코팅하였다. 이후, 저가형 소자에 응용될 수 있는 시중에서 판매되는 종이기판 위에 잉크젯 프린팅 방식으로 패턴을 형성하였다. 종이기판과 코팅 구리 잉크의 접촉각은 37.2°로 하여 최적화된 해상도에서 프린팅을 실시하였다. 프린팅은 액적간 간격 20 μm, 32 V 조건에서 1회 프린팅하고, 패턴의 면적은 1 x 0.5 cm로 하여 인쇄하였다. 종이기판 위에 프린팅시 최적 광소결 조건은 에너지밀도 15.6 J/cm2 하에서 진행되었고, 최적 광소결 조건은 멀티펄스로 소결한 조건중 하나인 0.93 MW, 2 ms, 3 pulse (Duty cycle 80%)에서 설정되었다. 이 때 최저 비저항값은 2.8 x 10-7 Ω·m로 측정되었다. 본 연구 결과 광소결시 최적 조건이 되는 범위는 일정한 Peak power 및 일정한 멀티소결 Duty cycle이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
최근 반도체 디스플레이 산업이 발전하면서, 미래 산업으로써 유연소자와 관련한 시장이 활성화되고 있다. 특히, 플렉서블 반도체 및 디스플레이와 관련한 소자에 대한 많은 연구가 진행중이다. 이러한 플렉서블 전자소자는 궁극적으로 자유로이 굽히거나 휠 수 있는 rollable, foldable과 같은 전자소자로의 발전가능성을 내포하고 있으며, 웨어러블 전자소자 및 디바이스가 계속적으로 출현하고 있는 상황이다. 현재 개발중인 유연소자용 패턴은 주로 은과 같은 Noble한 금속 나노 잉크나 페이스트를 주로 사용한다. 하지만, 이러한 금속 잉크나 페이스트를 사용할 경우, 원재료의 비용이 비싸서 패턴 제작시 제조 단가가 상승하게 된다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하고자 저가의 재료인 구리를 이용하여 산화 방지 구리 나노 잉크를 이용하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 산화 방지 구리 나노 잉크는 XPS 정량분석시 산소의 At.%를 최대 3.8%를 유지한채 산화방지 효과를 얻고자 하였다. 이와 함께 분산에 최적화된 용매인 1-Octanol에 분산시켜 분산안정성이 확보된 잉크를 사용하였다. 잉크젯 프린팅 공정 후 소결 공정 진행시 현재는 주로 열소결 공정이 이용되지만, 이는 유연기판에 패턴을 형성하였을 때 전기적인 특성 및 내구성이 좋지 않은 단점이 있다. 이러한 점을 해결하고자, 본 연구에서는 상온 대기압 조건에서 빠르게 소결이 가능한 방법인 광소결 방법을 이용하여, 저가형 유연 소자 제작에 이용될 패턴의 소결시 전기적 특성 및 내구성을 향상시키고자 하였다. 본 연구에서 이용한 구리 나노 입자는 Polyol 방법으로 100 nm 급으로 합성하였다. 이후, 선행연구에서 개발된 건식 코팅 방법을 이용하여 Alkanethiol 계열 물질 중 하나인, 1-Octanethiol을 표면이 산화되지 않은 구리에 10 nm 급으로 코팅하였다. 이후, 저가형 소자에 응용될 수 있는 시중에서 판매되는 종이기판 위에 잉크젯 프린팅 방식으로 패턴을 형성하였다. 종이기판과 코팅 구리 잉크의 접촉각은 37.2°로 하여 최적화된 해상도에서 프린팅을 실시하였다. 프린팅은 액적간 간격 20 μm, 32 V 조건에서 1회 프린팅하고, 패턴의 면적은 1 x 0.5 cm로 하여 인쇄하였다. 종이기판 위에 프린팅시 최적 광소결 조건은 에너지밀도 15.6 J/cm2 하에서 진행되었고, 최적 광소결 조건은 멀티펄스로 소결한 조건중 하나인 0.93 MW, 2 ms, 3 pulse (Duty cycle 80%)에서 설정되었다. 이 때 최저 비저항값은 2.8 x 10-7 Ω·m로 측정되었다. 본 연구 결과 광소결시 최적 조건이 되는 범위는 일정한 Peak power 및 일정한 멀티소결 Duty cycle이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
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