| 초록 |
최근 large area flexible displays, flexible solar cell 등과 같은 flexible electronics의 적용분야가 넓어지면서 high quality flexible substrate의 필요성이 증가하고 있다. 특히 PI, PET, 그리고 PEN과 같은commercial polymer는 싸고 가벼울 뿐만 아니라 우수한 flexibility를 지녀 flexible substrate로써 가장 많이 고려 되고 있다. Commercial polymer의 낮은 전기전도도, 약한 기계적 특성, 높은 투습도 등의 단점을 보완하기 위해 많은 functional layer들이 코팅되며, 그 중 transparent conducting oxide (TCO) layer는 polymer의 낮은 전기전도도를 개선하기 위해 전극으로써 코팅 된다. 특히 Indium-tin oxide (ITO)는 다른 TCO 물질에 비해 높은 전기전도도 및 투과도를 지녀 TCO로써 가장 많이 사용된다. 그러나 oxide 물질인 ITO는 강한 취성 특성을 지녀 인장 응력 하에서 쉽게 크랙이 발생한다. 뿐만 아니라 polymer 기판의 낮은 표면에너지 특성은 polymer 기판과 ITO 간 접합강도의 약화를 초래하여 낮은 압축응력 하에서도 쉽게 박리가 일어나게 한다. 이러한 문제점들은 flexible electronic 의 공정적용 및 사용에 있어 심각한 기계적 신뢰성 문제를 초래한다. 본 연구에서는 ductile metal interlayer삽입시 ITO의 크랙 및 박리 저항성에 미치는 영향을 이해하고 이를 바탕으로 그 저항성들을 향상시키고자 하였다. ITO의 기계적 특성에 영향을 미치는 인자로는 기존에 알려진 residual stress 뿐 아니라 ITO의 표면 거칠기, 결정화도와 같은 미세구조도 함께 고려하였다. Ductile metal interlayer는 ductility뿐 아니라 전기적 특성도 우수한 Ag를 선정하였다. Ag interlayer의 두께를 변화시켜가며 ITO의 residual stress, 표면 거칠기, 그리고 결정화도를 분석하였으며 이를 통해 크랙 및 박리 저항성에 미치는 영향을 이해하고자 하였다. ITO 박막은 dc magnetron sputter를 사용하여 증착 하였으며, uniaxial tension test를 통해 크랙 및 박리 저항성을 평가하였다. Residual stress는 ITO의 곡률반경을 측정하여 계산하였으며, 표면 거칠기 및 결정화도는 AFM, HR-XRD, HR-TEM, FE-SEM을 사용하여 측정하였다. ITO박막의 전기 저항도 및 투과도 측정에는 four point probe, UV-Visible Spectrophotometer 가 사용되었다. 연구 결과, 특정 두께의 Ag interlayer 삽입 시 ITO의 크랙 및 박리 저항성이 향상됨을 확인하였다. ITO의 크랙 저항성 향상에 기여한 가장 중요한 요인은 결정화도의 향상이었으며, 반면 residual stress 완화는 큰 영향을 주지 못함을 확인하였다. 반면 박리 저항성 향상에 기여한 가장 중요한 인자는 residual stress로 판단된다. 15nm 두께의 Ag Interlayer 삽입을 통해 ITO 150nm의 크랙 저항성을 1.2%까지 향상시켰으며, 이는 8~9 mm의 bending radius에 해당하는 값으로 현 수준인 20~30 mm에 비해 크게 향상 된 값이다. |
