[논문]열처리 온도에 따른 TiO2/Ag/TiO2 박막의 근적외선 반사 특성 변화

김소영; 문현주; 김대일

doi:10.12656/jksht.2015.28.3.134

열처리 온도에 따른 TiO2/Ag/TiO2 박막의 근적외선 반사 특성 변화
Effect of Annealing Temperature on the Low Emissivity of TiO2/Ag/TiO2 Films 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.28 no.3, 2015년, pp.134 - 138

김소영 (울산대학교 첨단소재공학부) , 문현주 (울산대학교 첨단소재공학부) , 김대일 (울산대학교 첨단소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Ag intermediated $TiO_2$ films were deposited by RF and DC magnetron sputtering and then vacuum annealed at 100, 200 and $300^{\circ}C$ for 30 minutes to investigate the effect of annealing temperature on the structural and optical properties of the films. For all depositions, the thickness of the $TiO_2$ and Ag films were kept constant at 24 and 15 nm by controlling the deposition time. As-deposited $TiO_2/Ag/TiO_2$ trilayer films have a weak crystalline and an optical reflectance in a near infrared wavelength region of 77.8%, while the films annealed at $300^{\circ}C$ show the polycrystalline structure and an increased mean optical reflectance of 80.4%. From the experimental results, it can be concluded that increasing the annealing temperature enhanced the structural and optical properties of the $TiO_2/Ag/TiO_2$ films.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나, 유전체 단일박막은 가시광영역에서 빛 간섭현상이 발생하며, 귀금속 박막은 습기와 표면산화로 인한 전기적, 광학적 특성저하가 단점이기 때문에 유전체와 귀금속 박막이 적층형태로 제작된 저방사 박막에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다[3, 4]. 따라서 본 연구에서는 선행 연구된 15 nm 두께의 층간 Ag박막을 갖는 TiO₂/Ag/TiO₂ 박막[5]의 근적외선 반사특성을 최적화하기 위하여, 유리기판에 RF와 DC Magnetron Sputter를 이용하여 적층박막을 증착하고 진공열처리를 실시하였다. 특정온도에서 일정시간 동안 열처리를 실시한 이후에는 TiO₂/Ag/TiO₂저방사(low-E) 박막의 구조적, 광학적 특성변화를 X선회절분석기(X-ray diffractometer, XRD), 원자간력현미경(Atomic Force Microscope, AFM), UV-VIS-NIR Spectrophotometer(자외선-가시광-근적외선 분광광도계) 등을 이용하여 분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 RF와 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 TiO₂/Ag/TiO₂ 박막을 증착한 후, 근적외선 영역에서의 반사율 증가를 위해 진공분위기에서 열처리를 실시하였다. 열처리 온도는 100, 200, 300℃이었으며, 열처리 후 박막의 구조적, 광학적 특성 변 화를 고찰하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 TiO₂(순도 99.95%, 3 Inch) 타겟과 층간박막 증착용 Ag(순도 99.99%, 3 Inch) 타겟이 장착된 RF 및 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 유리기판(Corning 1747)에 TiO₂/Ag/TiO₂ 적층박막을 연속공정으로 증착하였다.

데이터처리

따라서 본 연구에서는 선행 연구된 15 nm 두께의 층간 Ag박막을 갖는 TiO₂/Ag/TiO₂ 박막[5]의 근적외선 반사특성을 최적화하기 위하여, 유리기판에 RF와 DC Magnetron Sputter를 이용하여 적층박막을 증착하고 진공열처리를 실시하였다. 특정온도에서 일정시간 동안 열처리를 실시한 이후에는 TiO₂/Ag/TiO₂저방사(low-E) 박막의 구조적, 광학적 특성변화를 X선회절분석기(X-ray diffractometer, XRD), 원자간력현미경(Atomic Force Microscope, AFM), UV-VIS-NIR Spectrophotometer(자외선-가시광-근적외선 분광광도계) 등을 이용하여 분석하였다.

성능/효과

300℃에서 열처리된 박막에서 TiO₂ (101)방향으로 배향된 Anatase상을 확인할 수 있었으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 근적외선 평균반사율이 80.4%까지 증가하였으며, 가시광 평균투과율 또한 80.7%로 증가하여 TiO₂/Ag/TiO₂박막의 진공열처리가 Low-E 박막의 근적외선 반사율 제고에 효과적임을 알 수 있었다.
열처리 온도에 따라 전하농도가 증가하였고 플라즈마 파장이 감소함을 알 수 있었다. 열처리 이전의 박막에서 검출된 플라즈마 파장은 962 nm이었으나, 300℃ 열처리 후에는 941 nm로 감소하여 근적외선 영역에서 반사율이 향상됨을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	적외선 흡수법 중 효과적인 방법은 무엇인가?	일반적으로 적외선 방사율은 흡수율과 관계되고, 특정파장에서 흡수율, 반사율, 투과율의 합이 1이 된다는 점을 활용하면 방사율을 낮추려는 것은 흡수율, 반사율, 투과율의 최적화가 요구된다. 이러한 저방사 유리의 적외선 차단에는 흡수법과 반사법이 보고되었으며[1], 적외선 흡수법의 경우에는 열과 자외선에 의하여 차단특성이 쉽게 저하되기 때문에 ZnO, TiO2 등의 유전체 박막 또는 Au, Ag 등의 귀금속 박막으로 반사율(Reflectance)을 높임으로써 적외선 투과율이 저감되는 Low-E 유리가 효과적인 것으로 보고되었다[2].
	열처리 온도에 비례하여 박막의 전하밀도가 증가한 이유는?	이는 Fig. 2의 XRD 분석결과와 같이 TiO2 박막의 결정립이 성장하면서 박막의 결정립 계에 포획되었던 전자가 방출되면서 전하농도가 증가한 것으로 사료된다.
	유전체 단일박막의 단점은 무엇인가?	그러나, 유전체 단일박막은 가시광영역에서 빛 간섭현상이 발생하며, 귀금속 박막은 습기와 표면산화로 인한 전기적, 광학적 특성저하가 단점이기 때문에 유전체와 귀금속 박막이 적층형태로 제작된 저방사 박막에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다[3, 4]. 따라서 본 연구에서는 선행 연구된 15 nm 두께의 층간 Ag박막을 갖는 TiO2/Ag/TiO2 박막[5]의 근적외선 반사특성을 최적화하기 위하여, 유리기판에 RF와 DC Magnetron Sputter를 이용하여 적층박막을 증착하고 진공열처리를 실시하였다.

참고문헌 (11)

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유호탁 : 열적안정성이 우수한 저방사 $TiO_2/Si/Ag(Cr)/TiN/Glass$ 다층박막의 전기광학적 특성연구, 공주대학교 석사학위논문 (2014).
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홍현주 : RF 마그네트론 스퍼터에 의한 $TiO_2$ 박막의 특성연구, 울산대학교 석사학위논문 (2007).
이학민 : Co-sputter로 제작된 IGZO 박막특성과 진공열처리에 따른 특성변화, 울산대학교 석사학위논문 (2013).
S. Kim, S. Kim, S. Kim, J. Jeon and D. Kim : J. Kor. Inst. Surf. Eng., 47 (2014) 81.

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G. B. Smith, G. A. Niklasson and C. G. Granqvist : J. Appl. Phys., 59 (1986) 581.
J. R. DeVore : J. Opt. Soc. Am., 41 (1951) 419.

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