[논문]20 nm 두께의 ITO층이 코팅된 ITO/PET Sheet의 저항 및 균열형성 특성 연구

김진열; 홍순익

doi:10.4191/kcers.2009.46.1.086

20 nm 두께의 ITO층이 코팅된 ITO/PET Sheet의 저항 및 균열형성 특성 연구
A Study on the Resistance and Crack Propagation of ITO/PET Sheet with 20 nm Thick ITO Film 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.46 no.1 = no.320, 2009년, pp.86 - 93

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The crack formation and the resistance of ITO film on PET substrate with a thickness of 20 nm were investigated as a function of strain. The onset strain for the increase of resistance increased with increasing strain rate, suggesting the crack initiation is dependent on the strain rate. Electrical resistance increased at the strain of 1.6% at the strain rates below $10^{-4}/sec$ while it increased at ${\sim}2%$ at the strain rates above $10^{-3}/sec$. The critical strain at which the cracks were formed is close to the proportional limit. Upon loading, the initial cracks perpendicular to the tensile axis were observed and propagated the whole sample width with increasing strain. The spacing between horizontal cracks is thought to be determined by the fracture strength and the interfacial strength between ITO and PET. The crack density increased with increasing strain. However, the effect of the strain rate on the crack density was less pronounced in ITO/PET with 20 nm ITO thickness than ITO/PET with 125 nm ITO thickness, the strength of ITO film is thought to increase as the thickness on ITO film decreases. The absence of cracks on ITO film at a strain as close as 1.5% can be attributed to the compressive residual stress of ITO film which was developed during cooling after the coating process. The higher critical strain for the onset of the resistance increase and the crack initiation of ITO/PET with a thinner ITO film (20 nm) can be linked with the higher strength of the thinner ITO film.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

20nm의 두께를 갖는 ITO층 (면저항: 300 ohms/sq.)이 코팅된 ITO/PET 필름에 인장 하중을 가할 때 ITO코팅 층의 균열생성 및 성장 거동과 그에 따른 저항 변화를 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 논문에서는 광학적으로 투명하고 열적으로 안정화된 PET(PoIyethylen Terephthalate)필름에 투명전극인 ITO (Indium Tin Oxide)가 코팅된 ITO/PET필름(Sheldahl, USA) 에 인장 하중을 가하여 ITO코팅 층에 발생한 균열 거동을 연구하였다. 본 연구에 사용한 ITO/PET필름은 125이의 PET필름에 ITO층이 20nm두께로 (면저항:300ohms/sq.
본 연구에서는 20nm의 두께를 갖는 ITO충 (면저항: 300 ohms/sq.)°l 코팅 된 ITO/PET필름에 인장 하중을 가할 때 변형률 속도 및 변형률에 따른 ITO코팅 층의 균열형성 거동과 그에 따른 전기적 변화를 연구하였다.

가설 설정

2) 균열성장 거동은 균열밀도 증가속도에 따라 세 영역으로 구분된다. Region Ie 초기에 균열이 생성된 후 균열밀도가 비교적 빠르게 증가하는 구간으로, 균열이 일부 구역에서 형성되어 시편의 폭 넓이까지 발전하는 단계인 것으로 판단된다.

제안 방법

) 코팅되었다. ITO/PET 필름의 ITO코팅 세라믹 층의 균열 거동을 파악하기 위하여 10-2/sec, l0T/sec, lOe/sec, 1(尸/ sec의 속도로 인장시험을 한 후 저항변화 및 균열 형성 및 전파 과정을 관찰하였다. 인장시편은 폭 8 mm, 길이 80mm 크기로 절단 한 후 시험 중 저항 측정을 위해 시편의 양 끝 단에 20 mm씩 알루미늄 호일을 감아주었다.
인장시험은 United Testing Machine을 사용하였고 저항 측정은 SANWA Digital multimeter PC-500을 사용하였다. 시험 후 시편에 발생한 균열은 광학현미경 (Olympus PME3)을 사용하여 관찰하였고 일부 시편은 인장시험 중에 in situ 현미경을 사용하여 균열 전파 거동을 관찰하였다.

대상 데이터

인장 하중을 가하여 ITO코팅 층에 발생한 균열 거동을 연구하였다. 본 연구에 사용한 ITO/PET필름은 125이의 PET필름에 ITO층이 20nm두께로 (면저항:300ohms/sq.) 코팅되었다. ITO/PET 필름의 ITO코팅 세라믹 층의 균열 거동을 파악하기 위하여 10-2/sec, l0T/sec, lOe/sec, 1(尸/ sec의 속도로 인장시험을 한 후 저항변화 및 균열 형성 및 전파 과정을 관찰하였다.
ITO/PET 필름의 ITO코팅 세라믹 층의 균열 거동을 파악하기 위하여 10-2/sec, l0T/sec, lOe/sec, 1(尸/ sec의 속도로 인장시험을 한 후 저항변화 및 균열 형성 및 전파 과정을 관찰하였다. 인장시편은 폭 8 mm, 길이 80mm 크기로 절단 한 후 시험 중 저항 측정을 위해 시편의 양 끝 단에 20 mm씩 알루미늄 호일을 감아주었다. Fig.

이론/모형

1과 같이 그립에 시편을 장착한 다음 시편에 저항 측정 probe를 접촉시켜 인장 시험 중에 실시간으로 저항 변화 값을 얻을 수 있게 하였다. 인장시험은 United Testing Machine을 사용하였고 저항 측정은 SANWA Digital multimeter PC-500을 사용하였다. 시험 후 시편에 발생한 균열은 광학현미경 (Olympus PME3)을 사용하여 관찰하였고 일부 시편은 인장시험 중에 in situ 현미경을 사용하여 균열 전파 거동을 관찰하였다.

성능/효과

Fig. 3(b)는 낮은 변형률에서 저항변화율을 나타내며 lOe/sec 이하의 변형률 속도에서는 약 1.6%의 변형률에서 저항이 증가하기 시작하며, 10-3/sec 이상의 변형률 속도에서는 약 2% 이상에서 저항이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 이것으로 300 ohm/sq.
1) lOe/sec 이하의 변형률 속도에서는 약 1.6%의 변형률에서 저항이 증가하기 시작하며, 10-3/sec 이상의 변형률 속도에서는 약 2% 이상에서 저항이 증가하는 것을 관찰 할 수 있었다. 이것으로 300ohm/sq.
5% 변형률 이전에 ITO코팅 층에 미세한 초기 균열이 발생하지만 이것이 ITO코팅 층의 저항 변화에는 크게 영향을 미치지 않고 ITO/PET필름의 전기적 특성에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 예상할 수 있다. 1.5% 변형률에서 발생한 균열은 2.0% 변형률에서는 이미 시편 전체 폭까지 발전하였고 균열간의 간격도 상당히 좁아진 상태로 Fig. 4에서 보여진대로 균열 밀도도 급격이 증가하였다. 2% 이상의 변형률부터 5% 변형률까지 균열간의 간격이 점점 좁아지며 인장축에 수직이고 서로 평행한 균열의 수가 증가하였고 7% 변형률까지 인장한 시편에서는 인장 축에 수평한 균열이 발생한 것을 볼 수 있다.
1% 변형률에서는 ITO코팅 층에 균열이 거의 없는 시편의 처음 상태와 같은 모습이다. 1.5% 변형률에서는 초기 균열이 발생하여 인장 축에 수직인 방향으로 서서히 성장하는 단계로 인장 시험 중 응력이 집중되는 부분 즉, ITO코팅 층의 코팅 시 발생한 내부 결함이나 균일하지 않은 코팅 부분에서 균열이 시작되는 것을 볼 수 있었다. 여기서 특이한 점은 1.
4에서 보여진대로 균열 밀도도 급격이 증가하였다. 2% 이상의 변형률부터 5% 변형률까지 균열간의 간격이 점점 좁아지며 인장축에 수직이고 서로 평행한 균열의 수가 증가하였고 7% 변형률까지 인장한 시편에서는 인장 축에 수평한 균열이 발생한 것을 볼 수 있다. 이것은 5%와 7% 변형률 사이에서 수평 균열이 발생하기 시작한다는 것을 보여준다.
3) 균열밀도는 모든 변형률 속도에서 변형률이 증가함에 따라 증가하였으나, 코팅 층이 두꺼운 경우에 비해 변형률 속도에 따른 균열밀도의 증가율은 현저하게 감소하였다. 얇은 코팅 층의 경우 강도가 증가하여 변형률 속도에 따른 폴리머의 미세강도 차이가 영향을 미치지 못하기 때문인 것으로 생각된다.
4) 본 연구에서 흥미로운 점은 ITO코팅 층이 ITO/PET 필름의 변형률 1% 이상에서도 균열이 생성되지 않는다는 점이다. 취성 재료인 ITO층이 1% 이상의 변형률에서도 균열이 형성되지 않는 이유는 세라믹이 코팅되는 온도에서 코팅 후 냉각될 때 ITO와 PET의 열팽창계수의 차이에 의하여 얇은 ITO코팅 층에 압축응력 및 그에 의한 압축 변형률이 생기기 때문이다.
5) ITO코팅 층이 20nm로 얇은 본 연구의 경우에 125 nm의 코팅 층이 형성된 경우보다 균열이 형성되는 변형률이 1.5~2.0%로 증가하는 이유는 ITO코팅 층의 두께에 따른 파괴강도의 차이에 기인하는 것으로 생각된다. 즉 코팅 층이 20nm로 얇다면 코팅 층의 강도가 125 nm 의 경우보다 강도가 2.
이것으로 300ohm/sq. ITO/PET 필름의 저항 증가 시작 변형률은 변형률 속도에 의존하며 변형률 속도에 따라 1.5-2.0% 변형률 부근에서 균열이 발생한다는 것을 알 수 있다. 저항이 증가하기 시작하는 변형률은 ITO/PET필름의 비례한계에 근접하였다.
이것으로 300 ohm/sq. ITO/PET필름의 저항 증가 시작 변형률은 변형률 속도에 의존하며 변형률 속도에 따라 1.5-2.0% 변형률 부근에서 균열이 발생한다는 것을 알 수 있으며 실제로 1.5%까지 인장한 시편의 ITO 층 표면에서 균열을 관찰할 수 있었다. Fig.
이와 같이 취성 재료인 ITO코팅 층이 1% 이상의 변형률에서도 균열이 형성되지 않는 이유는 세라믹이 코팅되는 온도에서 코팅 후 냉각될 때 1TO와 PET의 열 팽창 계수의 차이에 의하여 얇은 ITO코팅 층에 압축응력 및 그에 의한 압축 변형률이 생기기 때문이다 ”) 즉 ITO 코팅 층에 압축 응력과 압축 변형률이 가해진 경우, 전체 ITO/PET필름의 변형률이 1%에 육박해도 실제 ITO 코팅층에 부과된 인장 변형률은 훨씬 작게 된다. 또 한 가지 흥미로운 결과는 본 연구에서 20nm두께의 ITO코팅 층의 경우 균열이 형성되는 변형률이 1.5~2.0%로 135nm의 ITO코팅 층이 코팅된 경우의 균열이 형성되는 변형률, 0.7시.3%보다 크다는 점이다.'2)이러한 결과는 ITO 코팅층의 두께가 두꺼울수록 頁。코팅 충에 압축응력이 더 크게 작용된다는 결과로 설명이 되지 않는다.
본 연구에서 흥미로운 점은 ITO코팅 충이 ITO/PET 필름의 변형률 1% 이상에서도 균열이 생성되지 않는다는 점이다. 이와 같이 취성 재료인 ITO코팅 층이 1% 이상의 변형률에서도 균열이 형성되지 않는 이유는 세라믹이 코팅되는 온도에서 코팅 후 냉각될 때 1TO와 PET의 열 팽창 계수의 차이에 의하여 얇은 ITO코팅 층에 압축응력 및 그에 의한 압축 변형률이 생기기 때문이다 ”) 즉 ITO 코팅 층에 압축 응력과 압축 변형률이 가해진 경우, 전체 ITO/PET필름의 변형률이 1%에 육박해도 실제 ITO 코팅층에 부과된 인장 변형률은 훨씬 작게 된다.
큰 차이는 나지 않지만 변형률 속도가 느려 질수록 균열 간의 간격이 좁아지면서 균열의 수가 많아지는 것을 볼 수 있다. 본 연구의 결과는 125 nm ITO코팅 층을 갖는 ITO/PET필름의 경우보다 균열형성거동의 변형률 속도 의존성보다 민감성이 훨씬 낮아, 변형률 속도가 균열 거동에 크게 영향을 미치지 못함을 나타낸다. 이러한 관찰 결과를 설명하기 위해서는 더욱 깊이 있는 연구가 필요하나, 20nm 코팅 층의 경우 강도가 높아 변형률 속도에 따른 폴리머의 미세강도 차이가 영향을 미치지 못하기 때문인 것으로 생각된다.
6% 변형률에서 증가하기 시작하는 것을 볼 수 있다. 이것으로 미루어 볼 때 1.5% 변형률 이전에 ITO코팅 층에 미세한 초기 균열이 발생하지만 이것이 ITO코팅 층의 저항 변화에는 크게 영향을 미치지 않고 ITO/PET필름의 전기적 특성에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 예상할 수 있다. 1.
0%로 증가하는 이유는 ITO코팅 층의 두께에 따른 파괴강도의 차이에 기인하는 것으로 생각된다. 즉 코팅 층이 20nm로 얇다면 코팅 층의 강도가 125 nm 의 경우보다 강도가 2.5배 높아 균열이 쉽게 형성되지 않으며, 따라서 균열이 형성되는 변형률이 증가하게 됨을 예측할 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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