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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 朴丞鎬
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2018
2015
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투명 전도성 박막은 높은 광 투과도와 우수한 전기전도성으로 인해 전기적 광학적 재료로 꾸준히 연구대상이 되어왔다. 일반적으로 가시광선 영역에서 투과율이 80%이상이며 비저항이 1×10-3Ω·cm 이하이면 투명전극으로써 다양한 산업분야에 쓰인다. 최근에는 디스플레이의 터치스크린패널 (TSP)의 핵심부품으로 가장 많이 사용되며 그 외에 LCD (Liquid Crystal Displays), 태양전지, OLED, Electronic Windows 등에 이용된다. 투명 전극의 재료는 투명전도성 산화물 (TCO, Transparent Conductive Oxide)이 주로 사용되며 그 종류로는 SnO2, In2O3, CDO, ZnO, ATO 및 ITO 등이 있다. 투명전도성 산화물은 비정질 상태일 때보다 결정구조일 때 높은 전기전도도를 가지며 이러한 결정화를 위해서는 고온에서 증착하거나 증착 후 추가적인 열처리 공정을 필요로 한다. 투명전극의 열처리 방법으로는 고온의 퍼니스에서 장시간 노출시키는 열처리 공정이 가장 많이 쓰이지만 공정시간이 길어 생산성이 떨어지며, 기판 전체가 가열되므로 증착된 박막을 선택적으로 열처리하지 못한다는 단점이 있다. 선택적 열처리는 유연 디스플레이의 소재인 PET, PEN, PI와 같이 녹는점이 낮은 기판을 가열할 때 중요한 문제이며, 퍼니스 열처리를 대체할 차세대 열처리 기법에 대한 필요성이 대두되고 있다.
플래쉬 램프 열처리 (FLA, Flash Lamp Annealing)는 대면적 기판을 수 ms 안에 가열할 수 있으며 기판의 표면을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에 차세대 열처리 기법으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 하지만 광 투과도가 높은 투명전극은 플래쉬 램프에서 나온 빛을 흡수하기 힘들어 에너지 손실이 크기 때문에 FLA를 이용하여 투명전도성 박막을 가열하는 것은 많은 어려움이 있다.
본 연구에서는 투명전극 중 가장 많이 쓰이는 ITO 박막에 대하여 FLA를 이용한 열처리에 관한 연구를 진행하였다. ITO의 광 흡수율은 10% 정도로 상당히 낮지만, 반사갓의 설계를 통하여 광 흡수의 극대화를 도모하였다. 또한 램프에서 나오는 펄스 간격과 램프에 인가되는 전압과 전류 등 FLA 공정의 변수들을 조정하여 ITO 박막이 가열될 수 있는 최적 조건에 대한 연구를 진행하였다. 이론적 계산과 측정실험을 통해 ITO의 광학적 특성에 대해 알아보았고 광학 시뮬레이션으로 반사갓 형상에 따른 기판의 광 흡수량을 정량적으로 계산하였다. 또한 다양한 표면분석 기법으로 ITO 박막이 열처리에 의해 생기는 구조적인 변화에 대해 알아보았다. 전기적 특성을 측정하여 투명전극으로의 성능을 평가하였으며, 열전달 모델을 통하여 실제 디스플레이 기판이 FLA 공정중 겪게되는 온도장의 변화에 대해 예측하였다. 이를 통해 투명전도성 박막의 열처리로써 FLA 시스템이 상용화된 퍼니스 열처리를 대체할 수 있다는 가능성을 확인하였고 더 나아가 유연디스플레이와 같이 선택적 열처리가 필요한 공정에서 FLA 기법이 효과적으로 쓰일 수 있음을 검증하였다.
플래쉬 램프 열처리 (FLA, Flash Lamp Annealing)는 대면적 기판을 수 ms 안에 가열할 수 있으며 기판의 표면을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에 차세대 열처리 기법으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 하지만 광 투과도가 높은 투명전극은 플래쉬 램프에서 나온 빛을 흡수하기 힘들어 에너지 손실이 크기 때문에 FLA를 이용하여 투명전도성 박막을 가열하는 것은 많은 어려움이 있다.
본 연구에서는 투명전극 중 가장 많이 쓰이는 ITO 박막에 대하여 FLA를 이용한 열처리에 관한 연구를 진행하였다. ITO의 광 흡수율은 10% 정도로 상당히 낮지만, 반사갓의 설계를 통하여 광 흡수의 극대화를 도모하였다. 또한 램프에서 나오는 펄스 간격과 램프에 인가되는 전압과 전류 등 FLA 공정의 변수들을 조정하여 ITO 박막이 가열될 수 있는 최적 조건에 대한 연구를 진행하였다. 이론적 계산과 측정실험을 통해 ITO의 광학적 특성에 대해 알아보았고 광학 시뮬레이션으로 반사갓 형상에 따른 기판의 광 흡수량을 정량적으로 계산하였다. 또한 다양한 표면분석 기법으로 ITO 박막이 열처리에 의해 생기는 구조적인 변화에 대해 알아보았다. 전기적 특성을 측정하여 투명전극으로의 성능을 평가하였으며, 열전달 모델을 통하여 실제 디스플레이 기판이 FLA 공정중 겪게되는 온도장의 변화에 대해 예측하였다. 이를 통해 투명전도성 박막의 열처리로써 FLA 시스템이 상용화된 퍼니스 열처리를 대체할 수 있다는 가능성을 확인하였고 더 나아가 유연디스플레이와 같이 선택적 열처리가 필요한 공정에서 FLA 기법이 효과적으로 쓰일 수 있음을 검증하였다.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구배경 11.1.1 투명전도성 박막 (TCO) 11.1.2 ITO (Indium Tin Oxide) 31.1.3 디스플레이 기술과 ITO 51.1.4 ITO 박막 증착기술 71.1.5 ITO 박막 결정화 공정 8제 2 장 FLA 공정의 반사갓 설계 102.1 다층박막 이론 102.1.1 에너지법 112.1.2 Fresnel relations 132.1.3 Transfer Matrix법 142.2 광학적 특성 172.2.1 FLA 반사율, 투과율 측정 장비 182.2.2 ITO 박막의 광학적 특성 202.3 반사갓 설계 28제 3 장 ITO 박막의 플래쉬 램프 열처리 공정 333.1 실험개요 333.1.1 퍼니스 열처리 장치 및 시편 343.1.2 FLA 실험 장치 및 시편 343.1.3 실험 조건 353.2 온도장 계산 373.2.1 1차원 열전달 모델 383.2.2 흡수 열유속 계산 403.3 결과 및 토론 433.3.1 온도 분포 433.3.2 면저항 분석 463.3.3 광학적 특성 변화 513.3.4 XRD (X-ray Diffraction) 523.3.5 AFM (Atomic Force Microscope) 543.3.6 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) 58제 4 장 결론 및 고찰 61부 록 A 64참 고 문 헌 68영문요약 72
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