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제안 방법
- 스크린 인쇄된 S-D 전극 패턴의 형상은 광학 현미경을 이용하여 50배율로 관찰하였고, 전극의 전기 전도성은 저항 측정기(3541 resistance hi tester, Hioki) 를 이용하여 측정하였다. 또한 제작된 OTFT 디바이스의 전기적 특성은 air 분위기의 실온에서 반도체 특성 측정 장비 (4200-SCS, Keithle"를 통해 측정하였다.
- Ag 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄된 OTFTs 용 S-D 전극의 특성을 검토하기 위해 bottom contact 구조의 OTFT 디바이스를 제작하였다. 먼저 기판 및 gate 전극으로써 높은 전도성의 Si wafer(비저항 5-10 Q .
- Ag powder와 바인더는 전도성 및 스크린 인쇄적성을 고려하여 80 대 20의 중량비로 혼합하였고, AA4123을 바인더 수지로 사용한 경우에는 그 점도가 스크린 인쇄를 하기에 너무 높아 희석용제인 a-terpineol을 7:3으로 혼합하여 사용하였다. Ag 표면에 코팅된 3종류의 계면활성제는 Ag powder 100 wt%에 대해 0.1 wt% 함량으로 첨가되어 코팅하였다.
- 계면활성제 및 바인더 수지의 종류에 따른 Ag 페이스트의 분산특성을 검토하기 위해 표 2와 같이 6종류의 페이스트를 제조하였다. Ag powder와 바인더는 전도성 및 스크린 인쇄적성을 고려하여 80 대 20의 중량비로 혼합하였고, AA4123을 바인더 수지로 사용한 경우에는 그 점도가 스크린 인쇄를 하기에 너무 높아 희석용제인 a-terpineol을 7:3으로 혼합하여 사용하였다.
- Grind gauge 법에서 페이스트의 긁힌 위치는 그 위치 값에 해당하는 응집 입자가 존재한다는 의미로 해석되고 그 값이 클수록 분산 특성이 좋지 못함을 의미한다. 그리고 Ag 페이스트의 분산 특성 및 유동 특성을 검토하기 위해 rheometer (Rheoscope 1, Haake)를 이용하여 페이스트의 점도를 측정하였고, 측정 시 사용한 센서는 직경 35 m의 평행판이고 시료간격은 0.8 mm, 측정 온도는 25 ℃로 하였다. 스크린 인쇄된 S-D 전극 패턴의 형상은 광학 현미경을 이용하여 50배율로 관찰하였고, 전극의 전기 전도성은 저항 측정기(3541 resistance hi tester, Hioki) 를 이용하여 측정하였다.
- 그리고 분말 상태인 Ag powder에 유동성 및 피인쇄체에 대한 접착력을 부여해 줄 바인더 수지로써 열가소성 타입의 아크릴 수지 (AA3003, AA4123, SK-cytec(주))를 사용하였고, 그 구조 및 물성을 표 1에 나타내었다. 여기서 AA4123은 AA3003에 카르복실기(COOH)를 도입한 구조로써, Ag 표면과 상호작용이 우수한 카르복실기 (COOH)를 수지 구조에 도입시킴으로써, 바인더 수지의 구조에 따른 Ag powder의 분산 특성을 검토하였다.
- Ag 페이스트를 제조하였다. 또한 Ag 페이스트의 우수한 스크린 인쇄 적성 및 전도성을 위해 Ag 표면과 친화력이 높은 그룹을 가진 계면활성제 및 바인더 수지를 사용하여 페이스트의 분산 특성을 검토하였고, 스크린 인쇄된 Ag 전극을 S-D 전극으로 가진 채널 길이 (channel length) 100 ㎛의 OTFT 디바이스를 제작하여 그 특성을 검토하였다.
- 또한 유전체층 위에 본 실험에서 제조한 Ag 페이스트를 이용하여 상기의 조건으로 스크린 인쇄한 뒤, 120 ℃에서 30 min간 열건조함으로써 S-D 전극을 형성하였다. 마지막으로 S-D 전극 위에 IO4* Torr의 압력 하에서 진공 열증착에 의해 p 형 반도체인 pentacene 층을 형성함으로써 bottom contact 구조의 OTFT 디바이스를 제작하였다.
- 제조 공정을 그림 2에 나타내었다. 먼저 표면 코팅될 Ag powder와 같은 함량의 아세톤을 비커에 담고 계면활성제를 첨가하였다. 계면활성제가 용해된 용액에 Ag powder를 첨가한 뒤, 24 h동안 stir하여 계면활성제를 Ag 표먼에 코팅시켰다.
- 본 논문에서는 스크린 인쇄법을 이용하여 OTFTs 용 source-drain (S-D) 전극을 형성하였고, 이를 위해 전극용 페이스트로써 120 ℃ 라는 저온에서 단순 용제 증발에 의해 도전 패스를 형성하여 내열성이 약한 플라스틱 기판에도 적용 가능한 용제증발형 Ag 페이스트를 제조하였다. 또한 Ag 페이스트의 우수한 스크린 인쇄 적성 및 전도성을 위해 Ag 표면과 친화력이 높은 그룹을 가진 계면활성제 및 바인더 수지를 사용하여 페이스트의 분산 특성을 검토하였고, 스크린 인쇄된 Ag 전극을 S-D 전극으로 가진 채널 길이 (channel length) 100 ㎛의 OTFT 디바이스를 제작하여 그 특성을 검토하였다.
- 8 mm, 측정 온도는 25 ℃로 하였다. 스크린 인쇄된 S-D 전극 패턴의 형상은 광학 현미경을 이용하여 50배율로 관찰하였고, 전극의 전기 전도성은 저항 측정기(3541 resistance hi tester, Hioki) 를 이용하여 측정하였다. 또한 제작된 OTFT 디바이스의 전기적 특성은 air 분위기의 실온에서 반도체 특성 측정 장비 (4200-SCS, Keithle"를 통해 측정하였다.
- 스크린 인쇄를 통해 OTFTs용 전극을 형성하기 위해 (주)삼본스크린에서 제판된 스크린 인쇄판과 air 구동 방식의 반자동 스크린 인쇄기 (BS- 150ATC, 반도산업(주))를 이용하여 스크린 인쇄하였다. 일반적으로 스크린 인쇄에서 가장 많이 사용되고 있는 망사는 폴리에스테르이지만, 전자 디스플레이 및 디바이스에 적용되는 미세 패턴용 인쇄에는 페이스트의 토출성 및 치수 안정성이 우수한스테인레스(SUS) 망사가 주로 사용된다.
- 1에 나타내었다. 여기서 AA4123은 AA3003에 카르복실기(COOH)를 도입한 구조로써, Ag 표면과 상호작용이 우수한 카르복실기 (COOH)를 수지 구조에 도입시킴으로써, 바인더 수지의 구조에 따른 Ag powder의 분산 특성을 검토하였다. 또한 스크린 인쇄적성을 위해 희석 용제로써 b.
대상 데이터
- 6종류의 페이스트를 제조하였다. Ag powder와 바인더는 전도성 및 스크린 인쇄적성을 고려하여 80 대 20의 중량비로 혼합하였고, AA4123을 바인더 수지로 사용한 경우에는 그 점도가 스크린 인쇄를 하기에 너무 높아 희석용제인 a-terpineol을 7:3으로 혼합하여 사용하였다. Ag 표면에 코팅된 3종류의 계면활성제는 Ag powder 100 wt%에 대해 0.
- Ag 페이스트를 제조하기 위해 그림 1과 같이 평균 입경 L0 ㎛, 겉보기 밀도 3.67 g/cnf, 비표면적 1.84 m'/g인 구형의 Ag powder(KP-P3, (주) 코나텍)를 전도성 필러로 사용하였다. 또한 Ag powder 의 분산 특성을 향상시키기 위해 사용한 계면활성제로써 Ag 표면에 대해 흡착력이 우수한 작용기를 head부로 갖는 caprylic acid(CH3(CH2)6COOH, b.
- 하지만, Ag powder의 표면이 극성을 띄는 것과는 달리 일반적인 바인더 수지는 강한 극성을 가지고 있지 않기 때문에 Ag powder 표면의 극성 그룹과는 좋은 결합을 하지 못하게 된다. 따라서 그들 간의 결합력을 향상시키기 위해 Ag 표면과 친화력이 우수한 친수성기(head 부)와 바인더 수지와 상용성이 우수한 소수성기 (tail 부)를 모두 갖는 계면활성제가 사용되게 되는더〕, 본 실험에서는 Ag 표면에 흡착력이 우수한 티올기 (SH), 아미노기 (NH), 카르복실기 (COOH)를 head부(anchor 부)로 갖는 물질을 계면활성제로 각각 사용하였다. 그림 3의 결과를 보면, AA3003을 바인더 수지로 하여 계면활성제의 head부가 카르복실기(COOH)이고 tail부가 8개의 탄소 사슬로 이뤄진 caprylic acid 를 Ag 표면에 코팅하여 제조한 페이스트 CA-30의 경우, grind gauge의 10 网1 위치 에서 긁힘이 나타나고, 아미노기 (NH)를 head부로 갖는 triethanol amine을 Ag에 코팅하여 제조한 TA-30 은 20 ㎛의 위치에서, 그리고 티올기(SH)를 head 부로 갖는 dodecane thiol을 Ag에 코팅하여 제조한 DT-30은 grind gauge에서 긁힘이 전혀 나타나지 않는 우수한 분산 특성을 보이고 있다.
- 84 m'/g인 구형의 Ag powder(KP-P3, (주) 코나텍)를 전도성 필러로 사용하였다. 또한 Ag powder 의 분산 특성을 향상시키기 위해 사용한 계면활성제로써 Ag 표면에 대해 흡착력이 우수한 작용기를 head부로 갖는 caprylic acid(CH3(CH2)6COOH, b.p 239.3 ℃), triethanol amine(N(CH2CH2OH)3, b.p 360 ℃) 그리고 dodecane thiol(CH3(CH2)nSH, b.p 266-283 ℃)을 사용하였다.
- 먼저 기판 및 gate 전극으로써 높은 전도성의 Si wafer(비저항 5-10 Q . cm)를 사용하였고, 그 위에 300 nm 두께의 SiO2 층(단위 면적당 캐패시턴스 Co = 10 nF/cnf)을 gate 유전체층으로 형성하였다. 또한 유전체층 위에 본 실험에서 제조한 Ag 페이스트를 이용하여 상기의 조건으로 스크린 인쇄한 뒤, 120 ℃에서 30 min간 열건조함으로써 S-D 전극을 형성하였다.
- 또한 망사가 고메쉬(high mesh)일수록 미세패턴 및 박막인쇄에 유리하고, 에멀젼 두께가 얇을수록 박막 인쇄에 유리하다. 본 실험에서는 320x320 mm 프레임에 캘린더(calender) 가공을 한 500 mesh의 스테인레스 망사를, 1.00 tnm/kgf의 장력 (tension)과 34° 의 각도(mesh angle)로 사매기하여 5 側의 에멀젼두께를 형성한 스크린 인쇄판을 제판하여 사용하였다. 또한 스크린 인쇄에 사용한 스퀴지는 경도 80°의 평형 타입인 우레탄 고무로, 인쇄 시 그 각도는 80°, 판과 피인쇄체 사이의 거리인 이격거리는 2.
이론/모형
- 바인더 속에 분산되어 있는 Ag powder의 분산 특성을 검토하는 방법에는 grind gauge법, 점도 측정법, 광택 측정법, 침강 속도법 등 여러가지 방법이 있지만[28], 본 실험에서는 고농도, 고점도인 Ag paste의 분산 특성을 KS M ISO 1524(분쇄 입자의 미세도 측정)에 준하여 25 ㎛ grind gauge (BYK Gardner)를 이용하여 grind gauge법에 의해 측정하였고, 그 결과를 광학 현미경 (BX60, Olympus)을 통해 관찰하였다. Grind gauge 법에서 페이스트의 긁힌 위치는 그 위치 값에 해당하는 응집 입자가 존재한다는 의미로 해석되고 그 값이 클수록 분산 특성이 좋지 못함을 의미한다.
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