PES/TIZO(100nm)/Ag(12nm)/TIZO(38nm) PES/TIZO(100nm)/Ag(10nm)/TIZO(40nm) PES/TIZO(100nm)/Ag(8nm)/TIZO(42nm) PES/TIZO(100nm)/Ag(6nm)/TIZO(44nm) PES/TIZO single layer
300 400 500 600 700 800
0 20 40 60 80 100
T ra n sm it ta nc e( % )
Wavelength(nm)
PES/TIZO(100nm)/Ag(12nm)/TIZO(38nm) PES/TIZO(100nm)/Ag(10nm)/TIZO(40nm) PES/TIZO(100nm)/Ag(8nm)/TIZO(42nm) PES/TIZO(100nm)/Ag(6nm)/TIZO(44nm) PES/TIZO single layer
(a)
(b)
500 1000 1500 2000 2500 0
20 40 60 80 100
Reflectance (%)
Wavelength (nm)
PES/TIZO(100nm)/Ag(12nm)/TIZO(38nm) PES/TIZO(100nm)/Ag(8nm)/TIZO(42nm) PES/TIZO single layer
(c)
Fig. 6. (a) UV-vis-NIR,(b) visible transmittance,and (c) reflectance curves (normalized to the flexible PES substrate) of the TIZO single-layer and TIZO/Ag/TIZO multilayer films deposited on PES substrate as a function of thicknessofeachTIZO/Ag/TIZO layer
2.TI ZO/ Ag/ TI ZO 다층 박막의 전기적 특성
Fig.7은 TIZO 단일 박막과 Ag 두께를 변화시켜 제조 된 TIZO/Ag/TIZO 다층 박 막의 면저항 값을 나타낸 것이다.Fig.8은 비저항과 전자 농도 및 전하 이동도를 나타 낸 그래프이다.상온에서 증착된 150nm의 TIZO 단일 박막의 면저항은 32ohm/sq로 나타났다.Ag 금속 층이 삽입된 TIZO/Ag/TIZO 다층박막의 면저항은 약 6∼21 ohm/sq로 단층 TIZO 박막과 비교했을 때 현저히 감소하였고,Ag층의 두께가 증가함 에 따라 면저항과 비저항이 감소함을 확인하였다.따라서 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 전기전도도는 Ag층 두께의 증가에 따라 비례하는 것을 확인하였다.
Fig. 7. Sheet resistance values of the TIZO single-layer and TIZO/Ag/TIZO multi-layer films deposited on PES as a function of Ag thickness of each TIZO/Ag/TIZO layer
Fig. 8. Resistivity and hall mobility and carrier density of TIZO/Ag/TIZO multi-layerasafunctionofAgthickness
Fig.10은 앞선 광학적 특성과 전기적 특성을 통해 투명 전극의 상대적인 가치를 알 아 볼 수 있는 Figureofmerit값과 여기에 사용된 550nm대의 투과도를 나타낸 그 래프이다.Figureofmerit값은 면저항과 550nm 파장대의 투과도 값을 식 (1)에 대 입하여 계산하였다.
ɸTC=T10/Rsh (1)
본 연구를 통해 제작된 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 경우 6.3 ohm/sq 이하의 낮은 저항과 90% 이상의 매우 높은 투과도로 인하여 일반적으로 상용화된 ITO의 Figure ofmerit값 (10∼20-3ohm-1)을 초과한다는 것을 알 수 있다.이러한 높은 Figureof merit값은 앞서 설명한 높은 투과도와 낮은 저항에 기인하는 것이며 전 영역의 다층 박막이 매우 우수한 광학적,전기적 특성을 가진다는 것을 확인 할 수 있다.
Fig. 9. Calculated figure of merit value of the TIZO single-layer film and TIZO/Ag/TIZO multi-layer film deposited on PES substrate as a Ag function of thicknessTIZO/Ag/TIZO layer
3.TI ZO/ Ag/ TI ZO 다층 박막의 표면적 특성
Fig.10은 TIZO 단일 박막과 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 AFM 분석결과를 나타 낸다.TIZO 단일 박막과 비교해서 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 표면이 더 균일하였다.
또한 다층 박막의 표면 거칠기는 Ag 두께의 증가와 함께 증가하였으며 다층 박막의 RMS 값은 0.3∼1.1nm 정도였다.투명 전극 표면의 스파이크 존재는 breakdown또는 shorting을 일으키는 원인이 되기 때문에 앞서 설명한 것처럼 투명 전도성 전극의 표 면 거칠기는 매우 중요한 요소로 작용한다.
Fig.12는 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막에서 Ag 두께 변화에 따른 다층 박막의 SEM 분석결과로 전기적 특성을 설명할 수 있다.Ag 두께가 6nm일 때 Ag가 island 형상 을 함에 따라 막의 면저항이 낮아지고,막의 두께가 증가함에 따라 Ag 입자의 크기가 증가하면서 막의 전기전도도가 점차 증가하는 것을 확인하였다.
Fig.10.Surface rootmean square RMS roughness (5 ㎛×5 ㎛)and atomic force microscopic images ofthe TIZO single-layer films and TIZO/Ag/TIZO multilayer filmsdepositedonPES substrateasafunctionofeachTIZO/Ag/TIZO layer
Fig.11.Surface field emission-scanning electron microscopic images ofthe Ag layerswith thickness of(a)6,(b)8,(c)10,(d)12 nm deposited on thebottom TIZO (100nm)layer
4.TI ZO/ Ag/ TI ZO 다층 박막의 구조적 특성
Fig.13은 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 Ag 두께에 따른 XRD 분석 결과이며 이를 통해 기판부인 PES를 제외한 전 영역에서 peak가 발견되지 않는 전형적인 비정질의 구조를 나타낸다는 것을 확인 할 수 있었으며 TIZO 단일 박막의 XRD 측정 결과와 일치함을 알 수 있다.
Fig.14는 더욱 정밀한 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 구조적 특성을 분석하기 위해 최적화된 Ag 10nm가 삽입된 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 HR-TEM 분석 결과이다.
그림을 통해 확인 할 수 있듯 본 연구를 통해 제작된 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막은 연 속공정으로 제작되었음에도 불구하고 상/하의 TIZO 두께가 일치하며 또한 Ag 박막이 고르게 성막 되었다는 것을 확인 할 수 있다.정밀한 HR-TEM 분석 결과에서도 XRD 분석과 마찬가지로 상/하의 TIZO 투명 전극이 비정질 구조를 가진다는 것을 알 수 있 다.
Fig.12.TheXRD patternsofTIZO/Ag/TIZO multi-layerfilmsasafunction ofa Agthickness
Fig. 13. Cross-sectional transmission electron microscopic images of the TIZO/Ag/TIZO multi-layerfilms with theAg thickness of10 nm:(a)bright-field imageand(b)dark-fieldimageandtheselectedareadiffractionpatternofinserting Aglayer
5.TI ZO/ Ag/ TI ZO 다층 박막의 신뢰성 테스트
Fig.15는 제조 된 ITO,TIZO 단일 박막과 ITO/Ag/ITO,TIZO/Ag/TIZO 다층 필름 의 반복 된 굽힘 주기에 따른 저항 변화이다.저항의 변화는 다음과 같이 계산하였다.
ΔR [=(R-R0)/R0] (2)
R0는 초기 저항과 R 측정된 저항 값이다.이 반복된 굽힘 주기에 따른 저항 비교를 위해,ITO 단일 필름과 ITO/Ag/ITO 다층 필름은 TIZO 단일 필름 및 TIZO/Ag/TIZO 다층 필름의 증착 조건과 동일하게 제조 하였다.ITO 단일 필름의 ΔR 값은 점차 증가 하는데 이는 ITO 단일 박막 내 균열의 생성 및 전파와 상관관계를 가진다.그러나 비 정질구조의 TIZO 단일 필름과 TIZO/Ag/TIZO 다층 필름의 반복된 굽힘 주기에 따른 저항은 ITO 단층 필름에 비해 상당히 작은 ΔR 변동을 보였다.또한 비정질 TIZO 단 일 필름에 비해,TIZO/Ag/TIZO 다층 필름이 훨씬 더 안정적인 ΔR을 보였다.이것은 플렉시블한 PES 기판에 증착 된 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막이 외부의 스트레스에 대하 여 강한 구조를 가진다는 것을 의미한다.TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 견교성은 TIZO 사이에 삽인 된 Ag금속 층의 존재에 기인하다.
0 30 60 90 120 150 0
2 4 6 8 10
PES/ITO single layer
(R-R 0)/ R 0
Number of cycles (a)
0 30 60 90 120 150
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
PES/ITO(100 nm)/Ag(10 nm)/ITO(40 nm)
(R-R 0) / R 0
Number of cycles (b)
0 30 60 90 120 150 0.00
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
PES/TIZO single layer
(R-R 0)/ R 0
Number of cycles
(c)
0 30 60 90 120 150
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
PES/TIZO(100 nm)/Ag(10 nm)/TIZO(40 nm)
(R-R 0) / R 0
Number of cycles
(d)
Fig. 14. Normalized resistance changes under repeated bending and releasing cycles for (a) 150 nm-thick ITO single-layer film, (b) ITO(40 nm)/Ag(10 nm)/ITO(100 nm)/PES multilayer film,(c)150 nm-thick TIZO single-layer film, and (d)TIZO(40 nm)/Ag(10 nm)/TIZO(100 nm)/PES multilayerfilm deposited on PES substrateatroom temperature
제 5장 결론
본 연구에서는 기존의 값 비싼 ITO 단일 박막보다 In의 함량이 적고 낮은 비용으로 제작 된 TIZO 단일 박막을 사용하여 CombinatorialRF magnetron co-sputtering system으로 PES 기판 상에 연속공정을 통해 제작한 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막의 증 착 및 분석에 초점을 맞추었다.다층 박막의 전기적,광학적,구조적 특성은 삽입 된 Ag 두께에 따라 변화를 보였다.상온에서 제작 된 TIZO/Ag/TIZO 다층 박막은 TIZO (40nm)/Ag (10nm)/TIZO (100nm)/PES에서 7.7ohm/sq 낮은 면저항과 550nm에 서 90% 이상의 높은 평균 투과도,그리고 표면의 RMS 0.529nm의 값을 확인하였다.
또한 외부의 스트레스에 대하여 기존의 ITO에 비해 우수한 기계적 내구성을 가지고 있음을 확인하였다.이러한 결과는 플렉시블 기판에 증착 된 TIZO/Ag/TIZO 다층 박 막이 저가의 태양 전지,평면 패널 디스플레이의 전극 응용의 적용 가능한 대안으로 사용할 수 있다는 것을 보여준다.
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