[논문]메쉬 구조의 Ag 나노박막을 이용한 ITO/Mesh-Ag/ITO 고전도성 투명전극 제조 및 특성 분석

이동현; 조의식; 권상직

메쉬 구조의 Ag 나노박막을 이용한 ITO/Mesh-Ag/ITO 고전도성 투명전극 제조 및 특성 분석
Fabrication of the ITO/Mesh-Ag/ITO Transparent Electrode using Ag Nano- Thin Layer with a Mesh Structure and Its Characterization 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.18 no.4, 2019년, pp.100 - 104

이동현 (가천대학교 전자공학과) , 조의식 (가천대학교 전자공학과) , 권상직 (가천대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The 'ITO/Ag/ITO' multilayers as a highly conductive and transparent electrode, even with the optimum thickness conditions, the transmittances were much lower than those of a single ITO layer on some ranges of the visible wavelength. In order to improve the transmittance, Ag layer was formed with mesh structure. Where, the thickness of the Ag layer was about 10 nm and the space between the Ag lines was varied from 2.9 ㎛ to 19.6 ㎛ with the fixed Ag width of about 1.2 ㎛ in order to vary an open ratio of the Ag mesh structure. The transmittance and sheet resistance in the ITO/Mesh-Ag/ITO multilayer structure were analyzed depending on the open ratio. As a result, a trade off in the open ratio was necessary in order to obtain the transmittance as high as possible and the sheet resistance as possible low. By the open ratio of about 86%, in the ITO/Mesh-Ag/ITO multilayer structure, the transmittance was nearly same as the single ITO layer and the sheet resistance was about 62.3 Ω/.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

Ag 메쉬 구조에서 개구율의 변화에 따른 투과도 및 면저항의 변화를 관측하였다. 이때 Ag의 두께 및 Ag 라인의 폭(W)은 고정 시키고 라인간의 간격(S)을 변화시킨 마스크 패턴을 사용하였다.
또한 기판은 분당 120 cm의 속도로 왕복 이송하였는데, 기판과 타겥과의 거리는 100 mm를 유지 시켰다. ITO의 두께 조절은 이송되는 기판의 스캔(scan) 회수로 조정하였다.
고전도성 투명전극으로서 ITO/Mesh-Ag/ITO 다층막을 인-라인 마그네트론 스퍼터링 방법으로 형성하였다. 광투과도와 면저항의 조건을 모두 만족하기 위한 Ag 메쉬 구조의 개구율(open ratio)을 여러 가지로 변화시킨 마스크 패턴을 이용하여 실험을 진행하였다. 그 결과, 광투과도 및 면저항 값은 Ag 메쉬의 개구율에 따라 크게 변하였으며,10 nm의 Ag 두께에 대해 개구율을 약 86% 정도로 하였을때가 광투과도 및 면저항 값이 요구되는 수준을 만족하는 것으로 나타났다.
면저항 값은 4-point probe(CMT-SR2000N)를 사용하여 측정하였고 투과도는 UV-vis spectrophotometer (Perkin Elmer-Lambda 35) 분석장비를 사용하여 측정하였다. 또한 전자현미경(SEM)을 사용하여 메쉬 패턴의 정확한 형상을 관측하였다.
먼저, 단일 ITO 박막과 ITO/Ag/ITO 다층막 간의 투과도 비교를 위하여 두께가 105.8 nm인 ITO 단일막과 Ag 박막의 두께가 10 nm인 ITO/Ag/ITO 다층막박 간에 투과도 비교를 하였다. 다층막의 ITO 총 두께를 100 nm 단일막 ITO두께와 유사하게 맞추기 위하여 상, 하부층 ITO 막의 두께를 각각 58.
최적의 조건을 얻기 위하여 Ag 메쉬패턴의 개구율(open ratio)을 변화시켰으며, 여러가지Ag 메쉬의 개구율에 따라 면저항 및 투과도를 측정하였다. 면저항 값은 4-point probe(CMT-SR2000N)를 사용하여 측정하였고 투과도는 UV-vis spectrophotometer (Perkin Elmer-Lambda 35) 분석장비를 사용하여 측정하였다. 또한 전자현미경(SEM)을 사용하여 메쉬 패턴의 정확한 형상을 관측하였다.
이 문제를 해결하기 위한 방안으로 가운데 들어가는 Ag 나노 박막층을 메쉬(mesh) 구조로 패턴닝하여 ‘ITO/Mesh-Ag/ITO’ 다층막을 형성하였다.
최적의 조건을 얻기 위하여 Ag 메쉬패턴의 개구율(open ratio)을 변화시켰으며, 여러가지Ag 메쉬의 개구율에 따라 면저항 및 투과도를 측정하였다. 면저항 값은 4-point probe(CMT-SR2000N)를 사용하여 측정하였고 투과도는 UV-vis spectrophotometer (Perkin Elmer-Lambda 35) 분석장비를 사용하여 측정하였다.

대상 데이터

Ag 박막 증착의 경우는, 99.99%의 순도를 갖는 4인치 대각선 크기의 원형 타겥을 사용하였으며 RF 마그네트론 방식을 사용하여 30 W의 최소 전력을 적용하였다. 이 경우는 순수 Ar 가스만을 사용하였고 20 sccm의 유량으로 4 mTorr의 압력을 유지 시켰다.
ITO 박막은 인-라인 펄스형(in-line pulsed) DC 마크네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 시스템을 이용하여 소다라임 유리기판 상에 증착되었다. ITO 타겥은 10 wt%의 SnO₂가 도핑된 In₂O₃를 사용하였고 타겥의 크기는 540 mm (L) Χ 165 mm (W) Χ 7 mm 이며 펄스형 DC의 전력은 1.
ITO 타겥은 10 wt%의 SnO2가 도핑된 In2O3를 사용하였고 타겥의 크기는 540 mm (L) Χ 165 mm (W) Χ 7 mm 이며 펄스형 DC의 전력은 1.5 kW를 적용하였다.
8 nm인 ITO 단일막과 Ag 박막의 두께가 10 nm인 ITO/Ag/ITO 다층막박 간에 투과도 비교를 하였다. 다층막의 ITO 총 두께를 100 nm 단일막 ITO두께와 유사하게 맞추기 위하여 상, 하부층 ITO 막의 두께를 각각 58.6 nm로 하였다. 두 경우 모두 상온에서 스퍼터링하여 형성하였으며 후속 열처리는 수행하지 않았다.

이론/모형

고전도성 투명전극으로서 ITO/Mesh-Ag/ITO 다층막을 인-라인 마그네트론 스퍼터링 방법으로 형성하였다. 광투과도와 면저항의 조건을 모두 만족하기 위한 Ag 메쉬 구조의 개구율(open ratio)을 여러 가지로 변화시킨 마스크 패턴을 이용하여 실험을 진행하였다.

성능/효과

연속적인 Ag 층을 갖는 ITO/Ag/ITO 다층막 의 경우는 단일 ITO 박막에 비하여 550 nm 이하의 파장 영역에서 단일 ITO 박막의 투과도에 비하여 훨씬 낮은 것으로 나타났다. 결론적으로 ITO/Ag/ITO 다층막으로는 면저항을 매우 낮게 유지하는데는 유리하지만 투과도 측면에서는 한계가 있다는 것을 알 수 있다.
광투과도와 면저항의 조건을 모두 만족하기 위한 Ag 메쉬 구조의 개구율(open ratio)을 여러 가지로 변화시킨 마스크 패턴을 이용하여 실험을 진행하였다. 그 결과, 광투과도 및 면저항 값은 Ag 메쉬의 개구율에 따라 크게 변하였으며,10 nm의 Ag 두께에 대해 개구율을 약 86% 정도로 하였을때가 광투과도 및 면저항 값이 요구되는 수준을 만족하는 것으로 나타났다. 즉, 면저항은 62.
그 결과, 면저항 값은 동일한 ITO 두께의 단일 박막 대비 약 29% 정도 줄이면서(62.3 Ω/), 가시광선의 전 영역에 걸쳐 단일 ITO 박막과 거의 유사한 투과도를 얻을 수 있었다.
이미 Ag 박막의 두께가 10 nm 정도이므로 그 자체로서도 어느 정도 투과성을 유지하면서 Ag 금속이 없는 개구면(open area)을 통한 광투과도 효과의 상호보완을 통해 가시광 전체 영역에 걸쳐 높은 투과성을 유지하는 것으로 판단되었다. 그러면서도, 메쉬 구조를 통한 Ag 라인들간의 연결로 인해 면저항 값은 ITO 단일막에 비해 매우 낮은값을 유지할 수 있는 것으로 확인되었다. 따라서, Ag 메쉬의 개구율 및 두께의 최적화를 통해 매우 이상적인 투명전극의 구현이 가능할 것으로 기대된다.
면저항을 측정한 결과, ITO 단일막의 경우는 88Ω/였으며 ITO/Ag/ITO 다층막의 경우는 약 7Ω/로 나타났다.
다층박막으로서 TCO는 AZO나 ITO가 주로 사용되며 금속으로는 은(Ag) 물질이 nm 수준의 얇은 박막으로 적합한 것으로 알려져 있다. 본 연구의 실험 결과 ITO와 Ag의 두께 조합을 최적화시킨 경우의ITO/Ag/ITO 다층박막를 가지고서도 면저항 값은 요구하는 수준으로 낮출 수 있으나 투과도는 가시광선의 특정한 파장 영역에서 ITO 단일막의 경우에 비해 떨어지는 것으로 나타났다 [12]. 이 문제를 해결하기 위한 방안으로 가운데 들어가는 Ag 나노 박막층을 메쉬(mesh) 구조로 패턴닝하여 ‘ITO/Mesh-Ag/ITO’ 다층막을 형성하였다.
상기의 실험 및 측정 결과들을 통해서 ITO/Mesh-Ag/ITO다층 박막의 경우 광투과도 및 면저항 값은 Ag 메쉬구조의 개구율에 민감하게 영향을 받은 것으로 나타났다. 이미 Ag 박막의 두께가 10 nm 정도이므로 그 자체로서도 어느 정도 투과성을 유지하면서 Ag 금속이 없는 개구면(open area)을 통한 광투과도 효과의 상호보완을 통해 가시광 전체 영역에 걸쳐 높은 투과성을 유지하는 것으로 판단되었다.
연속적인 Ag 층을 갖는 ITO/Ag/ITO 다층막 의 경우는 단일 ITO 박막에 비하여 550 nm 이하의 파장 영역에서 단일 ITO 박막의 투과도에 비하여 훨씬 낮은 것으로 나타났다. 결론적으로 ITO/Ag/ITO 다층막으로는 면저항을 매우 낮게 유지하는데는 유리하지만 투과도 측면에서는 한계가 있다는 것을 알 수 있다.
이 경우 개구율은 약 31%로 계산되었으며 면저항 측정결과 16.32Ω/로서 매우 낮은 값을 유지하는 것으로 확인되었다.
이 경우 개구율은 약 56%로 계산되었으며면저항 측정결과 26.7Ω/로서 앞의 경우에 비해 다소 증가하는 것으로 확인되었다.
상기의 실험 및 측정 결과들을 통해서 ITO/Mesh-Ag/ITO다층 박막의 경우 광투과도 및 면저항 값은 Ag 메쉬구조의 개구율에 민감하게 영향을 받은 것으로 나타났다. 이미 Ag 박막의 두께가 10 nm 정도이므로 그 자체로서도 어느 정도 투과성을 유지하면서 Ag 금속이 없는 개구면(open area)을 통한 광투과도 효과의 상호보완을 통해 가시광 전체 영역에 걸쳐 높은 투과성을 유지하는 것으로 판단되었다. 그러면서도, 메쉬 구조를 통한 Ag 라인들간의 연결로 인해 면저항 값은 ITO 단일막에 비해 매우 낮은값을 유지할 수 있는 것으로 확인되었다.
그 결과, 광투과도 및 면저항 값은 Ag 메쉬의 개구율에 따라 크게 변하였으며,10 nm의 Ag 두께에 대해 개구율을 약 86% 정도로 하였을때가 광투과도 및 면저항 값이 요구되는 수준을 만족하는 것으로 나타났다. 즉, 면저항은 62.3Ω/이고 광 투과도는 가시광선 전 파장영역에 걸쳐 ITO 단일막의 광투과도와 매우 유사하게 나타났다.

후속연구

그러면서도, 메쉬 구조를 통한 Ag 라인들간의 연결로 인해 면저항 값은 ITO 단일막에 비해 매우 낮은값을 유지할 수 있는 것으로 확인되었다. 따라서, Ag 메쉬의 개구율 및 두께의 최적화를 통해 매우 이상적인 투명전극의 구현이 가능할 것으로 기대된다.
이와 같이 파장 영역별 투과도가 차이가 나는 것은 ITO/Ag/ITO 다층막의 경우 입사하는 빛이 각 경계면에서 반사되면서 반사되는 전자기파 들간의 간섭 현상이 파장에 의존하기 때문으로 판단된다. 따라서, 특정 파장 영역에서 투과도가 감소하는 것을 보완하기 위한 방안으로 Ag 박막을 메쉬(mesh) 구조로 함으로써 Ag 라인들간의 연결을 통해 면저항을 최소로 낮추면서 Ag 층의 열린 구간을 통해 투과도를 ITO 단일막의 투과도에 근접시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	투명전극은 어떠한 분야에 필수적으로 사용되는가?	투명전극은 지금까지 OLED, LCD 및 터치패널과 같은 디스플레이 분야에서 필수적으로 사용되어 왔다. 투명전극으로 사용되는 투명전도 산화물 (transparent conductive oxide, TCO)들 중에서 주석(Sn)이 도핑된 인듐산화막(Indium Tin Oxide, ITO)이 아직도 가장 많이 사용되고 있다 [1-4].
	주석(Sn)이 도핑된 인듐산화막이 가장 많이 사용되는 이유는 무엇인가?	투명전극으로 사용되는 투명전도 산화물 (transparent conductive oxide, TCO)들 중에서 주석(Sn)이 도핑된 인듐산화막(Indium Tin Oxide, ITO)이 아직도 가장 많이 사용되고 있다 [1-4]. 그 이유는 ITO는 광학적 투과도가 높으면서도 다른 물질에 비해 전기적 전도도가 비교적 높기 때문이다. 그런데, TV나 휴대폰에서는 화면의 크기가 점점 커지면서 요구되는 조건이 까다로워지고 있다.
	TV나 휴대폰에서 화면의 크기가 커짐에 따라 요구되는 조건이 까다로워지는 이유는 무엇인가?	그런데, TV나 휴대폰에서는 화면의 크기가 점점 커지면서 요구되는 조건이 까다로워지고 있다. 즉, 화면의 크기가 커짐에 따라 광학적 투과도(optical transmittance)는 그대로 유지 하면서 면저항 값은 줄어들어야 하기 때문이다. ITO단일막을 사용하는 경우 면저항을 낮추기 위해서는 두께를 증가시켜야 하는데 두께가 증가하면 일반적으로 투과도가 감소하는 문제가 발생한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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