도전 적층체 및 이의 제조방법 document_id A220623050277

투명전극은 각종 디스플레이의 전극, 태양전지 등의 광전 변환 소자 및 터치 패널 등에 다양하게 사용되고 있으며, 유리, 투명필름 등의 투명 기판 위에 투명 도전성 박막을 형성하여 제조된다. 현재 주로 사용되고 있는 투명 도전성 재료는 주석(Sn)이 도핑된 인듐산화물(ITO, Indium tin oxide)로서, 투명도가 우수하고 낮은 비저항 (1×10-4 ~ 2×10-4 Ω㎝)을 갖는 것으로 알려져 있다. 투명 도전성 박막을 제조하는 방법은 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD), 이온빔 증착(ion beam deposition), 펄스레이저 증착(pulsed laser deposition) 등의 진공 증착 방법과 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating)과 같은 습식방법 등의 다양한 방법이 있다. 이러한 방법들 중 스퍼터링과 같은 진공 증착 방식이 좀 더 선호되고 있으며, 진공 증착 방식은 플라즈마를 이용하기 때문에 높은 입자 에너지를 가진 막을 성장시킬 수 있어, 다른 방식보다 높은 밀도를 가지는 양질의 막을 얻을 수 있다. 또한, 추가적인 열처리 없이 낮은 온도에서도 양질의 박막을 성장시킬 수 있다는 장점도 있다. 최근, 평면 디스플레이 시장이 커지면서 ITO에 대한 수요가 급속하게 증가하고 있지만, 인듐의 높은 가격으로 인한 수급 불안정 및 인체에의 유해성 때문에, ITO를 대체할 수 있는 저가의 투명 도전성 재료의 개발이 요구되는 실정이다. 그러한 대체물로서는 산화주석(SnO2) 및 산화아연(ZnO) 등이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 산화아연에 알루미늄(Al)을 도핑하여 낮은 비저항(2×10-4 ~ 3×10-4 Ω㎝)을 가지는 도전성 박막을 제조하려는 시도 등이 있었다. 산화아연(ZnO)의 경우 넓은 밴드갭(~3.3ev)을 가지는 반도체 물질로서, 도핑을 통해 우수한 투과도(85% 이상)와 낮은 비저항을 가질 수 있다는 것이 알려졌으며, 도핑된 산화아연의 경우 비교적 저가이고, 인체에 무해한 재료이므로, ITO를 대체할 수 있는 재료로서 큰 관심을 받고 있다. 현재로서는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 규소(Si) 및/또는 인듐(In)이 첨가된 산화아연(ZnO)을 재료로 한 투명전극용 재료에 대해 주로 연구가 집중되고 있으나, 전기전도성 측면에서는 아직 ITO에 미치지 못하기 때문에, 이를 해결해야 하는 문제점이 있다. 일반적으로, 일정한 두께의 투명 도전막의 비저항은 전자의 농도와 이동도에 반비례하는 관계(ρ = 1/(eμN), e : 전기전하, μ : 이동도, N : 전자 농도)를 갖기 때문에 투명전극의 비저항(ρ)을 감소시키기 위해서는 전자 농도를 증가시키거나 이동도를 증가시켜야 한다. 일반적으로 손쉽게 전자 농도를 증가시키는 방법으로는 스퍼터링 타겟에 첨가되어 있는 도판트(dopant)의 양을 증가시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 전자 농도가 일정 농도 이상(N 003e# 1×1020cm-3)이 되면 전자와 산란중심(scattering center)인 도판트와의 충돌에 의해서 이동도는 감소하게 된다(N 003c# 1×1020cm-3 인 경우는 결정립 경계(grain boundary)에서의 산란(scattering)에 의해 좌우되는 것으로 알려져 있다.). 즉 스퍼터링 타겟에 첨가되어 있는 도판트(dopant)의 양을 증가시켜서 얻어지는 전자 농도의 증가는 이동도의 감소를 수반하게 되고, 그 결과 비저항은 거의 그대로 유지되거나 오히려 증가하게 된다. 이러한 전자 농도와 이동도의 관계는 여러 연구진에 의해서 실험적으로 밝혀져 있다. 따라서, 기존의 방법으로는 투명 도전막의 전기적 특성을 향상시키는 데에 한계가 있다.