선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 디스플레이 기기용 필터는 저방출 코팅보다 가시광선 영역의 투과율이 높고 적외선 영역의 반사율이 높아야 하며, 전자파 장해 (electromagnetic interference; EMI) 차폐를 위해서면 저항이 낮아야 한다.[3,9] 본 연구에서는 저방출 코팅인 [TiO2 |Ti|A잉TiOd 다층구조를 이용해서 유해 전자기파를 차단하고 특히 800 nm 이상의 근적외선을 차단할 수 있는 전도성 투과 필터를 설계하였으며, RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하여 설계한 결과와 비교하고, 필터의 광학적, 구조적, 전기적 특성들을 연구하였다.
제안 방법
- [1, 5, 7] 그래서 금속박막의 산화를 막기 위해 산화방지막을 사용하게 되는데, 본 연구에서는 산화 방지막으로 Ti 박막을 증착하였다. Ti 산화방지막의 역할을 알아보기 위해 산화방지막이 없는 시편 A([공기TiO2|Ag|TiO2유리]) 와 산화방지막이 있는 시편 B([공기 |TiO2|Ti|Ag|TiO2유리])를 제작하여 광학적, 구조적 특성을 비교하였다. 그림 5는 시편 A, B의 설계 스펙트럼과 증착한 후 측정한 스펙트럼을 비교한 것이다.
- 그러나 증착된 Ag 박막 위에 반응성 스퍼터링 방법으로 TiO2 박막을 증착하면, Ag 박막이 열에 의한 응집이나 산소 플라즈마에 의해 산화되어 적외선 반사기능과 전기 전도성을 잃게 된다.[1, 5, 7] 그래서 금속박막의 산화를 막기 위해 산화방지막을 사용하게 되는데, 본 연구에서는 산화 방지막으로 Ti 박막을 증착하였다. Ti 산화방지막의 역할을 알아보기 위해 산화방지막이 없는 시편 A([공기TiO2|Ag|TiO2유리]) 와 산화방지막이 있는 시편 B([공기 |TiO2|Ti|Ag|TiO2유리])를 제작하여 광학적, 구조적 특성을 비교하였다.
- 이와 같이 산화방지막은 흡수가 커서 투과율을 감소시키는 원인이 되기 때문에 Ag의 산화를 막고 투과율의 감소를 최소로 하는 적정한 두께를 선택해야 하며, 일반적으로 1~2nm 두께의 산화방지막이 사용된다.[1, 5-6] 본 연구에서는 산화 방지막으로 1 nm의 Ti 박막을 사용하여 전도성 투과필터의 기본구조를 [공기TiO2(24 nm)|Ti(1 nm)|Ag(13 nm)|TiO2(24 nm)유리]의 형태로 설계하였다.
- 그러나 증착한 박막의 화학적, 구조적으로 미세한 변화에도 필터의 스펙트럼이 바뀌게 되며, 특히 거친 표면이나 금속박막의 변형은 저항의 증가를 유도하게 된다.[3] 이러한 특성을 알아보기 위해 본 연구에서는 네 종류의 필터를 증착하였으며 표 2에 각 필터의 구조를 나타내었다.
- 디스플레이 기기에 사용할 수 있는 전도성 투과필터를 설계하였으며 RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 가시광선의 투과영역을 넓히고 낮은 면저항을 갖는 필터를 증착하기 위해 [TiO2|Ti|Ag|T1O2] 기본구조를 세 번 반복하는 10층의 다층박막 구조를 어드미턴스 방법을 이용하여 설계하였다.
- 박막의 광학적 특성을 분석하기 위해 분광광도계 (Cary 500; Variant 투과율과 반사율을 측정하였고, Ag, Ti와 TiO2 박막의 광학상수와 두께는 가변각 분광타원 해석기 (variable angle spectroscopic ellipsometer; VASE)를 사용하여 측정하였다. 즉, 유리기판 위에 각 박막을 증착한 후 VASE를 이용하여 n, k, d를 측정하였고, 이로부터 증착률을 결정하였다.
- 박막의 전기적 특성은 4 점 탐침법으로 면저항을 측정하였다.
- 박막의 표면형상과 표면 거칠기는 광학현미경과 원자력간 현미경 (atomic force microscope; AFM)을 사용하여 측정하였다
- 즉, 유리기판 위에 각 박막을 증착한 후 VASE를 이용하여 n, k, d를 측정하였고, 이로부터 증착률을 결정하였다. 이후 두께 조절은 증착시간을 변화시켜가며 조정하였다.
- 필터의 전기적인 특성은 4점 탐침법으로 면저항을 측정하여 분석하였다. 필터의 전기전도는 금속층인 Ag 박막에 의해 이루어지므로 Ag 박막의 산화 및 변형을 막는 것이 중요하다.
대상 데이터
- 0X 10-6 Torr로 만들었다. Ag와 Ti 금속박막을 증착하기위한 스퍼터링 가스로 Ar 가스를 사용하였고, 산소 가스는 TiO2 박막을 증착하기위해 반응성 가스로 첨가하였다. 박막 증착 시의 진공도는 Ag와 Ti 금속 박막은 3.
- Ag와 TiO2 박막은 직경 10 cm인 Ag와 Ti 금속 타깃을 부착한 RF 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 증착하였다. 기판으로는 BK7 유리와 Si 웨이퍼(p-type, <100>)를 사용했다.
- 기판으로는 BK7 유리와 Si 웨이퍼(p-type, )를 사용했다.
- Ag와 Ti 금속박막을 증착하기위한 스퍼터링 가스로 Ar 가스를 사용하였고, 산소 가스는 TiO2 박막을 증착하기위해 반응성 가스로 첨가하였다. 박막 증착 시의 진공도는 Ag와 Ti 금속 박막은 3.6X10-3 TorQ]고 TiO2 박막은 5.9X 10-3 Torr 이었다. 또한 전력밀도는 Ag와 Ti 박막은 1.
- 또한 전력밀도는 Ag와 Ti 박막은 1.23 W/cm2, TiO? 박막은 3.1 W/cm2로 하였고, 증착률은 Ag, Ti, TiO2 박막이 각각 110nm/min, 3 nm/min, 3.4 nm/min이었다.
- Ti 박막이 1 nm 증가할 때마다 투과율이 4~5%씩 감소한다. 박막의 두께 : TiO2=24nm, Ag=13nm, Ti=0 nm(—), 1 nm(----), 2 nm(------), 3nm(…).
- 또한 너무 얇아졌을 경우에도 투과율이 감소하게 된다. 박막의 두께 : TiO2=24nm, Ag=8nm(…), 13 nm(—), 20 nm(----), 30 nm (------).
이론/모형
- 가시광선의 투과영역을 넓히고 낮은 면저항을 갖는 필터를 증착하기 위해 [TiO2|Ti|Ag|T1O2] 기본구조를 세 번 반복하는 10층의 다층박막 구조를 어드미턴스 방법을 이용하여 설계하였다.
성능/효과
- 반면 Ag 박막의 두께가 매우 얇아지면 투과대역은 넓어지지만 가시광선 영역의 투과율은 오히려 낮아지게 된다. 그래서 가시광선 영역에서 투과율을 높이기 위한 Ag 박막의 적정 두께는 13±1nm이고, 이때 380~650 nm의 파장영역에서 평균투과율은 83% 이상이고, 650 nm 이상에서는 반사율이 차츰 증가하여 투과율이 감소하였다. 이와 같이 설계된 기본구조는 [공기 |TiO2(24nm)|Ag(13nm)|TiO2(24nm)|유리]가 되며, 투과율과 반사율은 그림 2에 실선으로 나타내었다.
- 이후 두께 조절은 증착시간을 변화시켜가며 조정하였다. 두께조절의 정확성을 알아보기 위해 1nm의 Ti 박막을 동일한 조건으로 여러번 증착한 결과 0.85~1.15 nm 사이로 ±15%의 오차를 보였다. Ag 박막은 13nm를 증착하는데 ±8%의 오차를 보였으며, TiO2 박막은 24nm를 증착할 때 ±5%의 오차를 보였다.
- 그러나 반응성 스퍼터링 방법으로 T1O2 박막을 증착하는 과정에서 Ag 박막은 플라즈마의 열과 반응 가스인 산소에 의해 응집 또는 산화되어 적외선 반사 특성과 전기전도성이 소멸되었으며, 이를 막기 위해서는 산화 방지막의 사용이 필수적이었다. 또한 다층구조로 갈수록 산화 방지막의 두께를 더 두껍게 증착해야 하는 것을 확인하였다. 산화 방지막의 두께를 1nm와 1.
- 이는 Ag 박막이 부분적으로 응집되거나 유전체 층으로 확산이 되면서 이러한 낟알들을 형성하게 되는 것으로 여겨지며 이로 인해 그림 7(a)에서 450 nm 영역의 투과율이 낮아지게 되는 것으로 판단된다. 또한 시편 B에서 1nm의 산화 방지막을 사용한 경우 설계한 스펙트럼과 측정한 스펙트럼이 거의 일치하여 1nm의 산화방지막이 산소 플라즈마로부터 Ag 박막을 충분히 보호할 수 있는 것으로 나타났지만, 시편 C 에서는 산화 방지막을 1 ne다 더 두껍게 증착해야만 하는 것으로 나타났다. 이는 필터의 층수가 증가함으로 인해 기판쪽의 박막들은 플라즈마에 노출되는 시간이 길어지게 되어 산화 방지막이 전부 산화가 된 후, Ag 박막까지도 일부 산화, 응집이 되는 것으로 여겨진다.
- 일반적으로 Ag 박막의 전기 전도성은 박막의 구조적 결함에 의해 Ag 덩어리보다 떨어진다. 본 연구에서 RF 마그네트론 스퍼터 링 방법으로 증착한 Ag 박막은 13 nm 이상의 두께에서 연속된 박막으로 형성되고 전기적으로 전도성이 좋은 특성을 보였다. 그러나 증착된 Ag 박막 위에 반응성 스퍼터링 방법으로 TiO2 박막을 증착하면, Ag 박막이 열에 의한 응집이나 산소 플라즈마에 의해 산화되어 적외선 반사기능과 전기 전도성을 잃게 된다.
- 또한 다층구조로 갈수록 산화 방지막의 두께를 더 두껍게 증착해야 하는 것을 확인하였다. 산화 방지막의 두께를 1nm와 1.8ne 증착한 전도성 투과 필터의 평균투과율은 가시광선 영역에서 각각 61.1%, 53.4%를 보였고, 800nm 이상의 적외선 영역에서는 6.6%, 5.6% 미만이었으며 , 면저항은 0.9 Q/口, 1.16 Q/□로 낮은 면저항을 보였다. 이렇게 제작한 필터는 가시광선 영역에서 투과율이 높고, 근적외선 영역에서는 투과율이 낮으며, 전자파 장해(EMI)를 효과적으로 방지할 수 있을 정도로 면저항이 낮았다.
- 8 nm인 시편 D에 대한 결과이다. 시편 C에서는 380~650nm의 가시광선 영역에서 평균투과율이 61%이며, 800nm 이상의 근적외선 영역에서는 6.6% 이하를 보여 적외선의 차단특성이 높게 나타났다. 그러나 450 nm 근처의 투과율은 설계한 투과율과 약 11%정도 차이가 있다(그림 7(a)).
- 16 Q/□로 낮은 면저항을 보였다. 이렇게 제작한 필터는 가시광선 영역에서 투과율이 높고, 근적외선 영역에서는 투과율이 낮으며, 전자파 장해(EMI)를 효과적으로 방지할 수 있을 정도로 면저항이 낮았다.
후속연구
- 이는 반복 회수가 증가함으로써 Ag 박막의 총 두께가 증가하여 저항값이 감소하였기 때문이다. 이렇게 제작한 전도성 투과필터는 전자파장해 (EMI) 를 효과적으로 차단할 수 있을 것으로 기대된다.[9]
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.