[논문]유연소자 응용을 위한 은 나노입자의 레이저 소결

지석영; 박원태; 노용영; 장원석

doi:10.7735/ksmte.2015.24.1.135

[국내논문] 유연소자 응용을 위한 은 나노입자의 레이저 소결
Laser Sintering of Silver Nanoparticle for Flexible Electronics 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.24 no.1, 2015년, pp.135 - 139

지석영 (Department of Nanomechatronics, University of Science and Technology) , 박원태 (Department of Energy and Materials Engineering, Dongguk University) , 노용영 (Department of Energy and Materials Engineering, Dongguk University) , 장원석 (Department of Nanomechatronics, University of Science and Technology)

Abstract ▼ AI-Helper

We present a fine patterning method of conductive lines on polyimide (PI) and glass substrates using silver (Ag) nanoparticles based on laser scanning. Controlled laser irradiation can realize selective sintering of conductive ink without damaging the substrate. Thus, this technique easily creates fine patterns on heat-sensitive substrates such as flexible plastics. The selective laser sintering of Ag nanoparticles was managed by optimizing the conditions for the laser scan velocity (1.0-20 mm/s) and power (10-150 mW) in order to achieve a small gap size, high electrical conductivity, and fine roughness. The fabricated electrodes had a minimum channel length of $5{\mu}m$ and conductivity of $4.2{\times}10^5S/cm$ (bulk Ag has a conductivity of $6.3{\times}10^5S/cm$) on the PI substrate. This method was used to successfully fabricate an organic field effect transistor with a poly(3-hexylthiophene) channel.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기존 연구에서는 선택적 패터닝의 장점을 가지고 있으나 정교한 패턴이 되지 않아 전극 배열이나 복합한 집적회로(IC; integrated circuit)를 만드는데 어려움을 가지고 있었다. 본 연구에서는 연속파 레이저를 사용하여 정교한 패턴을 구현하기 위한 기술을 소개한다. 본 연구 기술을 사용하여 정교한 트랜지스터용 전극 배열을 형성하고, 추후 링 오실레이터(ring oscillator), 전파 식별 (RFID; radio frequency identification) 등 복잡한 IC 회로들을 구현하기 위한 유기트랜지스터를 제작하여 기존 금 증착 기술을 사용해 전극을 형성한 유기트랜지스터와 성능특성을 비교했다.

제안 방법

본 연구에서는 연속파 레이저를 사용하여 정교한 패턴을 구현하기 위한 기술을 소개한다. 본 연구 기술을 사용하여 정교한 트랜지스터용 전극 배열을 형성하고, 추후 링 오실레이터(ring oscillator), 전파 식별 (RFID; radio frequency identification) 등 복잡한 IC 회로들을 구현하기 위한 유기트랜지스터를 제작하여 기존 금 증착 기술을 사용해 전극을 형성한 유기트랜지스터와 성능특성을 비교했다.

대상 데이터

1과 같이 3단계만으로 패턴을 구현한다. 은 나노입자 잉크(silver nano-particle ink)를 패턴 구현하고자 하는 기판에 코팅하기 위하여 스핀 코팅(spin coating)의 방법을 사용하여 100 nm의 잉크 코팅을 한 후, 기판과의 부착력 (adhension)을 향상시키기 위해 낮은 온도(60°C)로 10분 동안 전열기(hot plate)에 소결한다. 레이저를 이용해 선택적 소결한 후 잉크의 용매(solvent)를 사용하여 소결되지 않은 부분만 제거하여 패턴 형성과 함께 표면의 청결도를 높혔다.

성능/효과

실험 결과는 각각 100개의 샘플을 가지고 정리하였다. 제작된 패턴의 전기 전도 도는 유리 기판과 PI 기판 각각 4.2 × 10⁵ S/cm, 2.3 × 10⁵ S/cm으로 측정되어 벌크(bulk) 은의 전도도 값인 6.3 × 10⁵ S/cm에 근접한 높은 전도성을 갖는 것을 확인하였다. 특성 값들은 유연소자 공정에 사용하기 적합하여 이 결과를 가지고 기존 금 증착 기술을 사용하여 전극을 형성한 결과와 비교하였다.
S; sub-threshold swing)를 정리한 것이다. 레이저 소결을 이용한 전극으로 형성한 소자는 이동도는 2배 높게 나왔으나 문턱전압과 문턱 전압 이하에서의 기울기가 각각 약 7.8%와 49.2% 성능 저하되었지만, 실험 결과 금 증착을 이용한 전극으로 형성한 소자와 비교하여 특성 값을 바탕으로 충분히 고성능 소자제작이 가능함을 확인하였다.

후속연구

1 V/dec으로 금 증착 기술을 이용한 전극에 비해 약간은 차이가 나고 있지만 대체 전극으로 사용 가능함을 확인하였다. 본 결과를 바탕으로 레이저 소결법을 이용한 유연소자 적용으로 배열 구조를 가진 센서 및 로직 소자 제작기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
0 mm/s)와 저 출력(20 mW)의 공정을 가능하게 하였다. 이 연구 결과는 유기트랜지스터의 전극을 만드는 방법에서 시작하여 RFID, 유기태양전지(organic solar cell)와 같은 로직 소자 패턴에서 유용하게 사용될 것이라 생각한다. 게다가 은 나노입자의 레이저 소결을 통해 만든 전극을 사용해 만든 P3HT 유기트랜지스터 같은 경우 µ: 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유연소자에 기반이 되는 유기 반도체의 장점은?	유연소자에 기반이 되는 유기 반도체는 저온에서 다양한 유연 기판 위에 화학적 센서[3,4], 로직소자[5], 디스플레이[6]같은 다양한 소자기술 개발이 가능하다. 또한 저렴한 용액 공정, 대면적화 그리고 제작 공정이 간단하다는 장점을 가지고 있어 향후 다양한 유연 소자에 적용 가능한 기술로 주목 받고 있다[1,2]. 이러한 유기반도체를 이용한 유연소자의 전극은 증착 (evaporation)[4,12], 잉크젯 프린팅(inkjet printing)[7]그리고 rollto-roll(R2R)[8]과 같은 기술들을 사용해 오고 있다.
	유연소자에 기반이 되는 유기 반도체를 통해 어떤 소자기술 개발이 가능한가?	최근 유연소자 기술의 등장과 함께 기존의 반도체 산업에 주축인 실리콘 기반 제조기술의 단점을 보완하기 위한 대체 기술 개발이 활발히 보고되고 있다[1,2]. 유연소자에 기반이 되는 유기 반도체는 저온에서 다양한 유연 기판 위에 화학적 센서[3,4], 로직소자[5], 디스플레이[6]같은 다양한 소자기술 개발이 가능하다. 또한 저렴한 용액 공정, 대면적화 그리고 제작 공정이 간단하다는 장점을 가지고 있어 향후 다양한 유연 소자에 적용 가능한 기술로 주목 받고 있다[1,2].
	유기반도체를 이용한 유연소자의 전극은 어떤 기술을 사용하고 있는가?	또한 저렴한 용액 공정, 대면적화 그리고 제작 공정이 간단하다는 장점을 가지고 있어 향후 다양한 유연 소자에 적용 가능한 기술로 주목 받고 있다[1,2]. 이러한 유기반도체를 이용한 유연소자의 전극은 증착 (evaporation)[4,12], 잉크젯 프린팅(inkjet printing)[7]그리고 rollto-roll(R2R)[8]과 같은 기술들을 사용해 오고 있다. 이 중 증착 기술은 마스크를 이용하고 R2R방식은 롤을 만들어 대량 생산을 쉽게 하는 장점을 가지고 있으나, 공정 또는 패턴이 변경되었을 때는 장비, 마스크 또는 롤을 새로 제작해야 하는 단점이 있다.

참고문헌 (12)

Nam, S. H., Kim, J. Y., Lee, H. N., Kim, H. J., Ha, C. S., Kim, Y. K., 2012, Doping Effect of Organosulfonic Acid in Poly(3-Hexylthiophene) Films for Organic Field-effect Transistors, ACS Appl. Mater. Interfaces., 4:3 1281-1288.

상세보기
Jun, J., 2013, The Trend of Organic Semiconductor Device and Development of Circuit, KIDS, 14:2 32-36.
Takao, S., Tsuyoshi, S., Shingo, I., Yusaku, K., Hiroshi, K., Takayasu, S., 2004, A Large-area, Flexible Pressure Sensor Matrix with Organic Field-effect Transistors for Artificial Skin Applications, PNAS, 101:27 9966-9970.

상세보기
Liviu, M. D., Kyriaki, M., Maria, M., Gerardo, P., Luisa, T., 2014, Low-Voltage Solid Electrolyte-gated OFETs for Gas Sensing Applications, Microelectron J., 45:12 1679-1683.

상세보기
Qing, C., John, A. R., 2008, Random Networks and Aligned Arrays of Single-walled Carbon Nanotubes for Electronic Device Applications, Nano Res., 1:4 259-272.

상세보기
Stephen, R. F., 2004, The Path to Ubiquitous and Low-cost Organic Electronic Appliances on Plastic, Nature, 428:6986 911-918.

상세보기
Castro, H. F., Sowade, E., Rocha, J. G., Alpuim, P., Lanceros-mendez, S., Baumann, R. R., 2008, All-inkjet-printed Bottom-gate Thin-film Transistors Using UV Curable Dielectric for Well-defined Sourcedrain Electrodes, J. Electron. Master., 43:7 2631-2636.
Han, M. G., Sperry, J., Gupta, A., Huebner, C. F., Ingram, S. T., Foulger, S. H., 2007, Polyaniline Coated Poly(Butyl Methacrylate) Core-Shell Particles: Roll-to-Roll Printing of Templated Electrically Conductive Structures, J. Mater. Chem., 17:14 1347-1352.

상세보기
Seung, H. K., Heng, P., Coastas, P. G., Jean M. J. F., Christine K. L., Dimos, P., 2008, Lithography-free High-resolution Organic Transistor Arrays on Polymer Substrate by Low Energy Selective Laser Ablation of Inkjet-printed Nanoparticle Film, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process., 92:3 579-587.

상세보기
Seung, H. K., Heng, P., Coastas, P. G., Christine. K. L., Jean. M. J. F., Dimos. P., Baumann, R. R., 2007, Air Stable High Resolution Organic Transistors by Selective Laser Sintering of Ink-jet Printed Metal Nanoparticles, Appl. Phys. Lett., 90:14 141103.

상세보기
Michael, Z., Oleg, E., Amir, S., Zvi, K., 2014, Laser Sintering of Copper Nanoparticles, J. Phys. D: Appl. Phys., 47:2 025501.

상세보기
Sung, J. Y., Lee, E. K., 2008, Simulation of Molecular Flows Inside a Guide Block in the OLED Deposition Process, KSMTE, 17:2 45-50.

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