<학술논문> DOI:10.3795/KSME-B.2011.35.1.017 ISSN 1226-4881
ZnO 기반 박막트랜지스터의 기계적 안정성 확보에 관한 연구§
이덕규* · 박경애** · 안종현** · 이내응** · 김윤제*†
* 성균관대학교 기계공학부, **성균관대학교 신소재공학부
Study on Design of ZnO-Based Thin-Film Transistors With Optimal Mechanical Stability
Deok-Kyu Lee*, Kyungyea Park**, Jong-Hyun Ahn**, Nae-Eung Lee** and Youn-Jea Kim*†
* School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.,
** School of Advanced Materials Science & Engineering, Sungkyunkwan Univ.
(Received May 26, 2010 ; Revised October 19, 2010 ; Accepted October 25, 2010)
1. 서 론
산화물 반도체 재료를 기반으로 한 투명 박막 트랜지스터(Transparent Thin Film Transistors, TTFTs) 는 실리콘 기반의 소자에 비해 제작 공정이 간단 하고 비용이 저렴할 뿐 만 아니라 투명성을 지니 고 있어 디스플레이 분야에 많이 이용되고 있다.
이와 같은 산화물 반도체를 이용하여 다양한 형태 의 유연성 및 신축성을 지닌 디스플레이(LCD, OLED, E-Paper 등)에 응용함으로써 휴대가 가능한 개인용 potable display, 또는 미래지향적인 wearable display 등의 구현이 가능해지게 된다.(1~3) 그러나 이러한 산화물 반도체의 경우 상대적으로 낮은 failure strain 값(ZnO 의 경우 <0.03%)으로 인해 쉽 게 깨지는 단점을 갖고 있어 이를 유연하면서 신 축이 가능한 소자로의 응용이 필요하다. 이를 위 해서 변형 시에도 용이하게 응력을 흡수할 수 있 도록 배선, 반도체, 전극 소재를 확보해야 할 뿐만 아니라 구조적 설계 또한 필요하다.(4) 이와 관련된 Key Words : Transparent Thin Film Transistors(TTFTs 투명박막트랜지스터), Zinc Oxide(징크옥사이드), Stretchable Transistor(신축성 트랜지스터), Flexible Display(플렉서블 디스플레이), SiO2 Dielectric Layer(SiO2 절 연층)
초록: 실험을 통해 구현한 ZnO 기반의 투명 박막트랜지스터의 기계적 특성을 분석하고 안정성에 대한 확보방안을 제시하기 위해 FEM (Finite Element Method)을 이용하여 소자를 구성하는 브릿지 와 패드 부분에 대한 구조해석을 실시하였다. 소자의 유연성 확보를 위해 설계된 브릿지 부분의 웨이브 패턴을 구현한 결과 실험 값 대비 최대 진폭의 크기가 오차 0.5%로 실험값과 유사한 신뢰성 있는 결과 값을 얻어낼 수 있었다.
이러한 결과를 바탕으로 브릿지와 패드 사이에 나타나는 압축 응력을 확인하였으며, 압축 응력 값을 패드에 적용하여 그 변형 정도를 분석하였다. 기계적으로 안정성을 갖는 소자를 설계하기 위해 SiO2절연층위의 ITO 전극과 ZnO 활성 층의 위치 및 크기를 예측 하였으며, SU-8 코팅 두께를 조절함으로써 중성 역학 층 (Neutral Mechanical Plane)의 위치와 구조적 타당성에 대하여 분석하였다.
Abstract: ZnO-based thin-film transistors (TFTs) have been fabricated and the mechanical characteristics of electric circuits, such as stress, strain, and deformation are analyzed by the finite element method (FEM). In this study, a mechanical-stability design guide for such systems is proposed; this design takes into account the stress and deformation of the bridge to estimate the stress distribution in an SiO2 film with 0 to 5% stretched on 0.5-µm-thick. The predicted buckle amplitude of SiO2 bridges agrees well with experimental results within 0.5% error. The stress and strain at the contact point between bridges and a pad were measured in a previous structural analysis. These structural analysis suggest that the numerical measurement of deformation, SU-8 coating thickness for Neutral Mechanical Plane (NMP) and ITO electrode size on a dielectric layer was useful in enhancing the structural and electrical stabilities.
§ 이 논문은 2010 년도 대한기계학회 마이크로/나노공학부문 춘계학술대회(2010. 5. 7., 한국기계연구원) 발표논문임.
† Corresponding Author, [email protected]
© 2011 The Korean Society of Mechanical Engineers
연구로써 각각의 변형을 주어 계에 대한 이와 같이 유연한 조적 안정성을 구현하는 것은
다.(5~7) 구조적
으로서 각기 올려진 형태의
(Neutral Mechanical Plane; NMP) 중요하다.(8)
질 때 중성 는 응력 값이 가장 취약한 다. 이러한 은 길이의 곡률 수 있을 뿐만 영향을 받지 수 있게 된다 및 NMP 활용 통해 신축성을 투명 반도체 은 투과율을 전극으로는
를, 절연박막으로는 였다. 이렇게 성을 검증하기 조적 분석에 라서 ZnO 유한요소 해석 분석하였으며 갖는 소자 설계
2
Figure 1 트랜지스터의 위에 희생층 층을 증착하고 etchant 를 사용하여 과정을 통해 Wafer)인 실리콘 dry transfer 법에 5% 가량 pre 이때 pre-strain 에 미리 주름을
각각의 소자를 주어 기계적 유연성을
연구가 Rogers 유연한 소자 안정성을 확보하고
것은 유연성 구조적 안정성
각기 다른 종류의 형태의 소자에서 (Neutral Mechanical Plane; NMP)
각 층의 물질이 중성 NMP 가 발생하게
값이 “σxx=0”
취약한 소재 및 활성층 구조적인 안정성이
곡률 반경으로도 뿐만 아니라 소자는 받지 않게 되므로
된다. 본 연구에서는 활용 같은 연구 신축성을 지닌 투명 반도체 소재로는
투과율을 갖는 Zinc Oxide (ZnO) 투명성이 높은
절연박막으로는 Silicon Oxide (SiO 이렇게 제작된 소자
검증하기 위해 응력 에 대한 추가적인 ZnO 기반의 투명
해석 (FEM)을 였으며, 결과 분석을
설계 방안을
2. ZnO based TFTs
Figure 1 은 본 연구에서 트랜지스터의 제작 순서를 희생층(SL; Oxidated 증착하고 그 위에
사용하여 희생층을 통해 박막 소자가
실리콘 기판으로부터 법에 따라 elastomeric stamp pre-strain 된
strain 된 고무 주름을 형성하기
를 연결하는 유연성을 확보하는 Rogers(10)에 의해 소자를 확보 할
확보하고 동시에 박막패턴 구현에 매우
확보에 대한 종류의 박막으로 소자에서 발생하는 (Neutral Mechanical Plane; NMP)의
물질이 같은 방향으로 발생하게 되며
” 이 되므로 보통 활성층 등의 안정성이 확보되면 반경으로도 전체 시스템을
소자는 이 때 므로 기계적 연구에서는 박막의
연구 결과를 바탕으로 투명 박막 소자를
band gap energy Zinc Oxide (ZnO)
높은 Indium Tin Oxide (ITO) Silicon Oxide (SiO
소자의 기계적 응력 및 변형 추가적인 연구가
투명 박막 트랜지스터에 을 이용하여
분석을 통해 구조적 을 제시하였다
ZnO based TFTs 제작
연구에서 제작된 순서를 나타냈다 (SL; Oxidated Germanium Film)
위에 소자, 보호막을 희생층을 제거
소자가 모기판 기판으로부터 분리되면
elastomeric stamp 고무기판에
기판은 소자의 하기 위한 것으로
bridge 에 사전 확보하는 구조적
의해 진행되었다 뿐만 아니라 박막패턴 구조를 매우 중요한 요소이 대한 또 다른 방안 으로 겹겹이 쌓아 발생하는 중성 역학
활용 또한 매우 방향으로 구부려 되며, 이 부분에서 보통 이 위치에 등의 소자가 증착된
확보되면 아주 시스템을 구부릴 때 발생한 응력
성능을 확보할 박막의 사전 변형 바탕으로 실험을 소자를 구현하였 band gap energy 가 크고 Zinc Oxide (ZnO)를 사용하였고
Indium Tin Oxide (ITO) Silicon Oxide (SiO2) 를 사용하 기계적 성능의 타당
특성과 같은 연구가 필요하다.
트랜지스터에 대해 구조적 특성 구조적 안정성을 하였다.
제작
ZnO 기반 박막 다. 실리콘 기판 Germanium Film)과 버퍼
보호막을 형성한 제거하였다. 이러한 모기판(MS; Silicon
분리되면 종래의 elastomeric stamp 를 이용하여 전사하게 된다 소자의 bridge 부분
것으로 고무 기판 사전 구조적 설 진행되었다.
아니라 구 구조를 요소이
방안 쌓아 역학 층 매우 구부려 부분에서
위치에 증착된 아주 작 구부릴 응력의 확보할 변형 실험을 였다.
크고 높 사용하였고 Indium Tin Oxide (ITO)
사용하 타당 같은 구 . 따 대해 특성을 안정성을
박막 기판 버퍼 형성한 후
이러한 Silicon 종래의 이용하여 된다.
부분 기판
이 의해 때 기 에칭 진행하였다
신축성 있는 polymer 을 재의 판을 았다 다.
태의 온도의 법이 전히 접착 을 태로
Fig. 1
release 됨에
의해 주름이 형성되는 희생층을 제거하고 위해 etchant 에칭 속도를 높이기 진행하였다.(10,11
신축성 소자를 있는 고무 기판이 polymer 재질의
양방향으로 재의 열팽창계수를 판을 올려놓아 았다. 이때 고무
. 고무 기판을 태의 polymer 를 온도의 oven 에서 법이 사용된다.
전히 경화된 PDMS 접착시키기 위해
덜 굳게 함으로써 태로 만들고 소자를
Fig. 1 (a) Schematic fabrication of stretchable and transparent ZnO Thin Film Transistor to wavy patterns at 5% prestrained rubber substrate Schematic of wavy pattern
microscopy image of electro circuits 따라 박막 소자에 형성되는 원리를 제거하고 pre- etchant 로 DI water
높이기 위해
1)
소자를 위한 기판으로는 기판이 요구되기 재질의 기판을 사용하였다
일정하게 5%
열팽창계수를 활용하였으며 소자를 전사하기 고무 기판의 열팽창 기판을 제조하는
를 10:1 로 경화제에 에서 한 시간이상
. SL 에서 MS PDMS 스탬프를 위해 15min 동안 함으로써 기판의 소자를 전사한
(a) Schematic fabrication of stretchable and transparent ZnO Thin Film Transistor to wavy patterns at 5% prestrained rubber substrate Schematic of wavy pattern
scopy image of electro circuits 소자에 발생하는 원리를 이용한
-strain 된 기판에 DI water 를 사용하였고
물의 온도는 기판으로는 쉽게 요구되기 때문에 PDMS
사용하였다.(12 5% 가량 늘리기 활용하였으며 hot plate
전사하기 전에 미리 열팽창 계수는
방법으로는 경화제에 희석시켜 시간이상 완전히
MS 로 전사하기 스탬프를 이용하였다
동안 같은 온도에서 기판의 표면을 sticky 전사한 이후에 완전히
(a) Schematic fabrication of stretchable and transparent ZnO Thin Film Transistor to wavy patterns at 5% prestrained rubber substrate Schematic of wavy pattern.
scopy image of electro circuits
발생하는 수축에 것이다. 이 기판에 전사하 사용하였고, 이때 온도는 90℃에서 쉽게 늘어날 수 PDMS 라는
2) 고무 기판 늘리기 위해 소 hot plate 위에 기 미리 늘려놓 계수는 310 ppm 이 방법으로는 solution 상 희석시켜 70℃
완전히 굳히는 방 전사하기 위해 완 이용하였다. 소자를 온도에서 기판 sticky 한 상 완전히 굳힘으
(a) Schematic fabrication of stretchable and transparent ZnO Thin Film Transistor to wavy patterns at 5% prestrained rubber substrate. (b) (c) Optical scopy image of electro circuits
수축에 이 전사하 이때 에서 수 라는 기판
소 기 늘려놓 이 상
℃ 방 완 를 기판
상 굳힘으
(a) Schematic fabrication of stretchable and transparent ZnO Thin Film Transistor to wavy (b) Optical
로써 소자와 부착될 수 있도록 5% 가량 기판 위에 량 70℃ 온도에서 와 기판과의 상태로 수축을 부분에 주름이 터를 얻을 소자가 위치해 을 수행하는
이와 같이 를 구성하고
신축성을 부여함으로써 축성 투명 박막
3.1 ZnO based TFTs Figure 2 는 한 형상을 구현하기 위해 ITO 전극이 막 트랜지스터를 정렬하는 기능뿐 중요한 역할을 에 두 개씩
3.2 Bridge PDMS 의 의해 웨이브 과 절차를 고려하여 중요하다. 하지만 창계수 및 비열을 시 각각 달라지는 매우 어려운
따라서 이와 위해 변형된 였으며, 그 위 적 인 변 형 을 PDMS 재료의 계산한 결과 다. 늘어난 소자의 길이를 정량화 하기 이를 측정하였다 길이만큼 소자에
소자와 기판이 추가의 있도록 하였다 미리 늘려놓은 stamp 로 옮긴 온도에서 고무 기판과의 접착을 높인
수축을 시키면 주름이 형성된 수 있다. 각 위치해 있으며
수행하는 bridge 로 연결되어 같이 5% pre-strain 구성하고 소자의 bridge
부여함으로써 박막 트랜지스터를
3. 수치해석
3.1 ZnO based TFTs 의 는 본 연구에 나타낸다.
위해 SiO2 절연 전극이 증착된 구조 트랜지스터를 구현하였다
기능뿐 만 아니라 역할을 수행하는
전체 면에 ridge 의 주름특성
의 5% 열팽창이 웨이브 패턴이 구현되므로
고려하여 수치해석을 하지만 각 재료에
비열을 계산하기 달라지는 PDMS 어려운 과제다.
이와 같은 해석적인 변형된 최종 길이
수치만큼 소자 변 형 을 실 시 하 재료의 열팽창 이후
결과, 최대 5%
길이 즉, 5%
길이를 기준으로 하기 위해 각각
하였다. 수치해석에서는 소자에 인위적
추가의 접착층 하였다.
늘려놓은 sticky 한 옮긴 소자를 부착하고 고무 기판을 완전히
높인 후 기판을 Fig. 1(b)에서와 신축성 투명
패드 부분에는 각각의 패드는
연결되어 있다 strain 된 고무
bridge 구조를 부여함으로써 5%까지 늘릴
트랜지스터를 구현하였다
수치해석
구조
연구에 사용된 패드 . 신축성의 투명 절연 층 위에 구조인 bottom 구현하였다. 여러
아니라 유연성 수행하는 SiO2 bridge
여덟 개가 위치한다 주름특성 분석
열팽창이 이루어진 구현되므로 이와 수치해석을 진행하는
재료에 대한 온도에 계산하기 어려울 PDMS 접착조건을
해석적인 어려움을 길이 값을 실험을
소자의 열 수축을 실 시 하 였 다 . 이 러 한
이후 수축된 의 변형을 5% 변형 이후 기준으로 시간에 따 각각 5, 4, 2.5%
수치해석에서는
적 변형을 실시하여
접착층 없이도 강하게 한 상태의 고무 부착하고 1hr 완전히 굳혀 소자 기판을 상온에서
에서와 같이 bridge 투명 박막 트랜지스 부분에는 트랜지스터 패드는 버퍼층 역할
있다.
기판 위에 소자 구조를 통해 소자에
늘릴 수 있는 구현하였다.
패드 부분의 간략 투명 전자소자를 위에 ZnO 활성 층과
gate 형식의 여러 개의 패드를 유연성 구현에 가장 bridge 는 패드 측면
위치한다.
뒤 원형 회복에 이와 같은 실험조건 진행하는 것이 가장 온도에 따른 열팽
뿐만 아니라 접착조건을 고려하는 것은
어려움을 해결 하기 실험을 통해 측정하
수축을 가장한 이 러 한 방 법 으 로 수축된 길이의 차이를 측정할 수 있었 이후 팽창이 완료된 따른 변형 정도를 2.5% 변형될 때의
이렇게 측정된 실시하여 구조적 강하게
고무 1hr 가
소자 상온에서 원 bridge 트랜지스 트랜지스터
역할 소자 소자에 있는 신
간략 전자소자를
층과 형식의 박
패드를 가장 측면
회복에 실험조건
가장 열팽 아니라 시 것은 하기 측정하 가장한 인 방 법 으 로
차이를 있었 완료된 정도를 때의 길
측정된 구조적
Table Material Young’s modulus Poisson’s
Thickness
Fig. 2
특성을 열팽창이 된
에 진폭이 을 서는 개수와 통하여 착 결과를 고, 임을 켰다 각
Table 1 Material parameters used in numerical study Material ITO
Young’s modulus Poisson’s
ratio Density (g/cm3) Thickness
(µm)
Fig. 2 Schematic of the simulated model: (a) side view and (b) top view
특성을 분석하였다 열팽창이 일어난 상태에서 냉각에 에 bridge 에 웨이브 진폭이 발생하는
의미한다. 따라서 서는 소자가 만들어진 개수와 위치를 통하여 bridge 내
점이 존재하는 결과를 바탕으로
, 구속 조건으로 임을 허용하였으며 켰다.
각 층의 박막에
ial parameters used in numerical study ITO(13) ZnO
116 GPa
137 GPa 0.35 0.36 7.1 5.6 0.1 0.1
Schematic of the simulated model: (a) side view (b) top view
분석하였다.
일어난 PDMS 고무재료에 냉각에 의한 수축이
웨이브 패턴이 발생하는 지점에서
따라서 주름 만들어진 이후
분석하는 내에 최대 3 존재하는 것을 확인할 바탕으로 인위적으로
조건으로 각 점 마다 였으며, y 방향으로 박막에 대한 물성
ial parameters used in numerical study ZnO(14) SiO2(15)
137
GPa 70 GPa 0.36 0.17
5.6 2.2 0.1 0.1
Schematic of the simulated model: (a) side view
고무재료에 소자가 수축이 이루어 이 발생 하였다는 지점에서 접착이 떨어졌다는
패턴을 구현하기 이후 최종적인
것이 필요하다 3 개의 주름과 확인할 수 있었다 인위적으로 접착 점을
마다 x 방향으로의 방향으로 움직임
물성 값(13~16)은
ial parameters used in numerical study
(15) PDMS(16) 70 GPa 1.8MPa 0.48 0.96 600
Schematic of the simulated model: (a) side view
소자가 접착 이루어짐과 동시 하였다는 것은 떨어졌다는 것 구현하기 위해 최종적인 접착 점의 요하다. 실험을 주름과 6 개의 접 있었다. 이러한 점을 설정하였 방향으로의 움직 움직임을 고정 시 은 아래 Table Schematic of the simulated model: (a) side view
접착 동시 것은
것 위해 의 실험을 접 이러한 설정하였
움직 시
Table
1 에 나타내었으며 정하였고 static
3.3 패드의 선행된 bridg 자 표면에서 얻을 수 있었다 을 구현 한
축 응력을 인가하여
3.4 Neutral Mechanical Plane NMP 발생
에 도식적으로 이 위치하는 를 발생 시키는 은 구조적 수록 NMP 위한 이론 식은
여기서 b 거리를 나타내며 까지 각 각의 두께(h)는 E
이와 같은 SU-8 코팅 굽힘 실험을 에 위치하던 시킬 수 있었으며 찾아낼 수 있었다
본 연구에서는 막 트랜지스터의 상 및 응력 하였다.
Fig. 3 Schematic showing the NMP of thin films 나타내었으며, 모든
static 해석을 진행하였다 패드의 변형특성
bridge 부분의 표면에서의 변형특성
있었다. Bridge 한 뒤, 패드와
인가하여 구조 3.4 Neutral Mechanical Plane
발생 원리에 대한 도식적으로 나타냈다 위치하는 y 축 두께방향의
키는 목적은 파괴를 막는 NMP 의 위치가
식은 아래와
b ∑ ∑
b 는 상위 표면에서부터의 나타내며, 첫 번째
각의 박막이 갖는 En 와 hn으로 같은 이론을 바탕으로
두께를 0.5~1 실험을 실시하였다 위치하던 NMP 위치를
있었으며 이를 있었다.
4. 결과
연구에서는 FEM 트랜지스터의 제작 분포와 같은
Schematic showing the NMP of thin films 모든 재료는 탄성영역
진행하였다.
분석 부분의 주름패턴 변형특성 및 응력
ridge 를 제외한 패드 패드와의 경계 면에
구조 해석을 실시하였다 3.4 Neutral Mechanical Plane 분석
대한 이해를 돕기 냈다. ITO 전극과 두께방향의 0.65 µm 목적은 외부 힘에
막는 것이다. 박막 상승하는데, 아래와 같이 나타낼
∑
∑ 표면에서부터의
번째(1st)층부터
갖는 Young’s modulus ( 으로 나타냈다.
바탕으로 최상위 0.5~1 µm 까지 실시하였다. 그 결과
위치를 활성층 이를 만족 시키는
결과 및 고찰
FEM 을 활용하여 과정에서 발생하는 같은 구조적 특성에
Schematic showing the NMP of thin films 탄성영역으로
구현을 통해 분포 결과 값을
패드의 3-D 형상 면에서 발생한
실시하였다.
돕기 위해 Fig.
전극과 ZnO 활성층 µm 위치에 NMP 의한 균열과 박막을 증착 시킬
, 이를 설명하기 나타낼 수 있다.(8,9)
표면에서부터의 NMP 까지의 층부터 n 번째(nth)
s modulus (E
최상위 박막으로서 증가 시켜 가며 초기에 절연층 위치까지 상승 시키는 SU-8 두께를
고찰
활용하여 ZnO 기반 발생하는 수축 특성에 대해 분석
Schematic showing the NMP of thin films 으로 가
통해 소 값을 형상 발생한 압
Fig. 3 활성층
NMP 균열과 같 시킬 설명하기
8,9)
(1) 까지의 ) 층 E)와 박막으로서 가며 절연층
상승 두께를
기반 박 수축 현 분석
Schematic showing the NMP of thin films
되는 대한 이용해 결과 이 이며 기는 의 를 의 대한 하게 며 일치를 점이
Fig 분석하기 낸 0.45 값의 응력이
Fig.
Fig.
Figure 4 은 되는 부분으로서 대한 분석 결과이다 이용해 실험에 결과 Fig. 4(a)에서
bridge 에 나타나는 이며, 가장 큰
기는 12 µm 정도 정확성을 위해 Fig. 4(b)에 길이가 5%까지 대한 최대 진폭 하게 bridge 의
그 값은 11.5 µm 일치를 보였다.
점이 설정 되었 Figure 5 는 수축 분석하기 위해
결과이다. 패드와 0.45 mm 에서 값의 "-" 부호를 응력이 발생하였음을
Fig. 4 The results of wavy patterns: (a) Numerical results from 0 to 4% stretched. (b) Experimental from 0 to 5% stretched
Fig. 5 Wavy patterns a function of x stress when 0% stret two bridges
소자의 유연성 부분으로서 SiO2 bridge
결과이다. 3 차원 사용된 소자의 에서 알 수 있듯이
나타나는 주름의 진폭을 나타내는 정도 임을 알
위해 실험 값과 나타냈다. 수축이 까지 수축 되었 진폭 값을 분석
중앙 부분에서 11.5 µm 로 실험
. 이를 통해 었음을 판단할 수축 현상이 표면에서의 패드와 bridge 스트레스 값은 부호를 통해서 소자 발생하였음을 알 수
The results of wavy patterns: (a) Numerical results from 0 to 4% stretched. (b) Experimental from 0 to 5% stretched
avy patterns of three unit:
a function of x-directional length. ( stress when 0% stretched on s two bridges
유연성 구현에 가장
bridge 가 갖는 웨이브패턴에 차원 표면측정기
소자의 변형 특성을 있듯이 두 개의 주름의 개수는 나타내는 가운데
수 있다. 수치해석 값과 비교하였고
수축이 발생한 되었을 경우 주름 분석한 결과 실험값과 부분에서 최대 진폭이
실험 값 12 µm 적절한 물성치와 판단할 수 있다.
현상이 패드에 미치는 응력 분포 정도를 bridge 사이 즉, 길이
값은 -5.5 GPa 소자 전체 부분에 수 있다.
The results of wavy patterns: (a) Numerical results from 0 to 4% stretched. (b) Experimental
of three unit: (a) y-displacement as directional length. (
ched on surface of a pad and 가장 핵심이 웨이브패턴에 표면측정기 (α-step)를 특성을 분석한 개의 패드 사 개수는 최대 3 개 가운데 주름의 크 수치해석 결과 하였고 그 결과 발생한 소자전체 주름 패턴에 실험값과 동일 진폭이 나타나 µm 와 상당한 물성치와 접착 미치는 응력을 정도를 나타 길이 방향의 5.5 GPa 이며 모든 부분에 압축
The results of wavy patterns: (a) Numerical results from 0 to 4% stretched. (b) Experimental results
displacement as directional length. (b) x-normal urface of a pad and 핵심이 웨이브패턴에 를 분석한 사 개 크 결과 결과 소자전체 패턴에
동일 나타나 한 접착
을 나타 방향의
모든 압축
The results of wavy patterns: (a) Numerical results results
displacement as normal urface of a pad and
Fig. 6 Numerical results of normal ε pad coated SU
(a) x-direction and (b) y
Fig. 7 The x
length of NMP in ZnO based TFT: (a) Not coated and (b)
3-D 모델을 6 에 나타냈다 가하였을 때 최소 각각 0.01%, 력 및 변형 할 수 있으며
×세로 0.04 m Figure 7 설계하여 NMP 소자 표면에
을 경우 아랫면에부터 며, 코팅이
팅 전 후 약 수 있다.
5% 수축 대한 구조적 이 발생하였을 분석하였으며
Numerical results of normal ε pad coated SU-8 including SiO
direction and (b) y
The x-normal strain as a function of
length of NMP in ZnO based TFT: (a) Not coated and (b) SU-coated layers on 1µm
모델을 통한 SiO2
나타냈다. -5.5 GPa 때 패드에 나타나는
0.01%, -0.06%
변형 정도가 상대적으로 있으며, 그 위치는 0.04 mm2이다.
은 소자 측면을 NMP 위치를 표면에 1 µm 두께의
아랫면에부터 되지 않은 소자의 약 0.13 µm 의
시 bridge 에 구조적 타당성을
발생하였을 때의 변형패턴과 분석하였으며, 그 결과를
Numerical results of normal εx
8 including SiO2
direction and (b) y-direction, respecti
normal strain as a function of
length of NMP in ZnO based TFT: (a) Not coated coated layers on 1µm
2 패드의 변형률 5.5 GPa 의 응력을
나타나는 변형 0.06% 이다. 이
상대적으로 낮
위치는 패드 중앙에서부터 측면을 기준으로 위치를 계산한 결과를
두께의 SU-8 코팅을 0.65 µm 에
소자의 경우
의 변화가 이루어졌음을 에 발생하는
분석하기 위해 변형패턴과 응력 결과를 Fig. 8 에
and εy-strain of a dielectric layer in direction, respectively
normal strain as a function of y-directional length of NMP in ZnO based TFT: (a) Not coated
coated layers on 1µm-thick 변형률 특성을
패드 측면에 변형 정도는 최대
결과를 통해 낮은 영역을 선정 중앙에서부터 가로 기준으로 2-D 모델을 결과를 나타낸다
코팅을 실시하였 NMP 가 발생하 경우 0.52 µm 로
이루어졌음을 3 개의 주름에 위해 1 개의 주름 응력 분포에 대해 나타냈다. 패드 strain of a dielectric layer in
vely
directional length of NMP in ZnO based TFT: (a) Not coated
Fig.
측면에 인 최대 통해 응
선정 가로 모델을 나타낸다.
실시하였 발생하 로 코 이루어졌음을 알
주름에 주름 대해 패드
Fig.
와 주름이 임을 패드
본 신축성 의
석하였으며 안을
(1) 는 대비 얻었 (2) bridge strain 다.
(3) 위치를 치하도록 하였
(4) 크기가 기 mm
이상에서 결과는 분석에 었다 기계적 적용될
Fig. 8 Wavy pattern
(b) x-normal stress as a function of x length
bridge 가 맞닿는 주름이 3 개 인 임을 알 수 있으며 패드가 응력의
본 연구에서는 신축성을 갖는
물리적 타당성에 석하였으며, 기계적
을 제시하였다 (1) PDMS 고무 bridge 의 웨이브 대비 0.05% 오차의
었다.
(2) 버퍼층 역할을 bridge 의 주름이 strain 에 의해
(3) 간단한 b 위치를 구하였으며 치하도록 필요한 하였다.
(4) Bridge 수축 크기가 감소하는
위한 최대 mm2 이다.
이상에서 살펴본 결과는 실험 결과와 분석에 대한 방법으로 었다. 이는 향후 기계적 안정성 적용될 수 있을
avy patterns of one unit
normal stress as a function of x
맞닿는 부분의 인 경우 -5.5 GPa, 1 있으며, 이를 통해
영향을 적게
5. 결
연구에서는 실험을 통해 ZnO 기반의
타당성에 대해 수치해석을 기계적 안정성
제시하였다.
고무 재료의 웨이브 패턴을 오차의 상당히
역할을 수행하기 주름이 1 개 일 때
발생하는 스트레스를 bending 시뮬레이션을 구하였으며, ITO 전극과
필요한 SU-8 의 수축 작용에 감소하는 부분에 전극
크기는 패드 살펴본 바와 같이
결과와 상당히 방법으로 그 향후 소자에 대한
확보 방안을 있을 것으로 사료된다
s of one unit: (a) y-displacement and normal stress as a function of x
부분의 응력 값을 GPa, 1 개일 통해 3 개의 주름을 적게 받음을 알
결 론
통해 구현된
의 투명 박막트랜지스터 수치해석을 이
안정성 확보를 위한 열 응력에 의해 패턴을 구현한 결과 상당히 신뢰성 있는
수행하기 위해 생성한 때 보다 3 개 스트레스를 더 시뮬레이션을 통해
전극과 ZnO 활성 두께는 1µm 의해 발생하는 전극 및 활성층을 패드 중심을 기준으로
같이 수치해석을 상당히 유사하였으며
타당성을 입증할 대한 구조 해석의 방안을 마련하는데
사료된다.
displacement and normal stress as a function of x-directional
값을 살펴 보면 때 -6.4 GPa
주름을 갖는 수 있다.
구현된 유연성 및 박막트랜지스터 이용하여 분 위한 설계 방 의해 수축되 결과 실험값 있는 결과를 생성한 SiO2
개 일 때, Pre- 더 잘 흡수한 통해 NMP 의 활성 층이 위 1µm 임을 확인 발생하는 응력의 활성층을 설계하 기준으로 0.04 수치해석을 이용한 유사하였으며, 구조적 입증할 수 있 해석의 근거와 마련하는데 유용하게 displacement and
directional
보면 GPa 갖는
및 박막트랜지스터
분 방 수축되 실험값 결과를
2
- 흡수한 의 위 확인 응력의 설계하
0.04 이용한 구조적 있 근거와 유용하게
후 기
본 연구는 과학기술부의 기초과학연구사업 지원 과 교육인적 자원부 BK21 의 연구기금으로 수행 되었으며, 관계자 여러분께 감사 드립니다. (과제 번호: R01-2008-000-20533-0)
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