유연 기판상 ITO 박막의 롤링변형에 따른 신뢰성 연구
Reliability study on rolling deformation of ITO thin film on flexible substrate
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초록
미래의 전자 기기는 접고 굽히고 둘둘 마는 등 다양한 변형에도 전기적 안정성을 가지는 기기들로 발전할 것이며, 반복 기계적 변형 하에서 유연 전자 소자의 전기적 신뢰성 확보가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 본 연구에서는 반복 롤링 변형이 가능한 장치를 개발하고 이를 이용해, 현재 유연 전자 소자용 투명 전극 소재로 가장 널리 사용 중인 ITO 박막의 반복 롤링 실험 중 전기적 특성 변화를 연구하였다. 전극과 기판의 상대적 위치에 의해 인장 응력과 압축 응력이가해지므로, Outer rolling 및 Inner rolling의 두 조건에서 실험을 진행하여 응력 상태에 따른 전기적 신뢰성 차이를 연구하였다. 그 결과, inner rolling의 경우 outer rolling에 비해 더 우수한 전기적 안정성을 나타냈으며, 이는 inner bending에의한 압축 응력 상태의 경우 crack closing 변형에 따라 전기저항이 상대적으로 낮게 증가하는 것으로 해석된다. 또한, 롤링 바퀴 수에 따른 피로 저항성을 실시간 전기저항 측정을 통해 연구하였으며, 그 결과, 롤링 바퀴 수가 증가할수록 피로파괴 영역이 증가하므로 전기저항이 더욱 크게 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 롤링 조건에서 유연 전극의 신뢰성에 대해 이해하고, 이는 향후 유연 전자소자용 고신뢰성 전극 개발에 활용 될 수 있을 것으로 기대한다.
Abstract
Flexible electronics must be stable under various deformations such as bending, folding, and rolling. The reliability of ITO (Indium Tin Oxide) film used widely as a transparent electrode for flexible electronics has been studied using rolling fatigue test and bending test. During repeated rolling deformations, the electrical resistance was in-situ measured with different number of rotation. During rolling fatigue test, the electrical resistance of ITO film was significantly increased with increasing the number of rotation. As the stress state of ITO film is different according to the relative position of ITO and substrate, the rolling fatigue test was investigated under both outer and inner bending conditions. Inner rolling fatigue test showed superior electrical stability because the crack nucleation and propagation were retarded under compressive stress state.
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