UV 경화용 은 나노 잉크와 페이스트의 제조 및 전기적 특성에 관한 연구

Abstract

현재 전자 부품 소재에 대한 관심이 높아지면서 전극 재료로서 사용 가능한 금속 은에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 은 나노 입자는 무선전자태그 (Radio Frequency IDentification, RFID), 초소형전자기계기술 (MicroElectroMechanical Systems, MEMS), 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel, PDP), 박막 트렌지스터 (Thin Film Transistor, TFT), 태양 전지 (Solar Cell) 등에 전극 재료로 사용 되어지고 있다. 이 논문에서는 네오데칸산은화염 (Silver Neodecanoate, AgND)을 자일렌 용해시켜 은 용액 잉크 (Silver Complex ink, Ag-CI)를 제조하였다. 은 용액 잉크에 페닐히드라진을 가하여 네오데칸산은화염을 은 나노 입자로 환원시켰다. 은 나노 입자를 자일렌에 분산시켜 은 입자 잉크 (Silver Particle ink, Ag-PI)를 제조하였다. 은 용액 잉크는 네오데칸산은화염이 유기 용매 내에 안정하게 용해되어 있어서 저장 안정성이 우수하다는 장점이 있다. 반면에 은 입자 잉크는 은 함량이 증가할수록 은 나노 입자가 유기 용매 내에서 안정하게 분산되지 않아서 문제가 되고 있다. 함량이 20 wt%인 은 용액 잉크와 은 입자 잉크를 제조하여 폴리이미드 필름 위에 스핀코팅하고 UV 경화하였다. UV 경화 방법은 기존의 열로 소성하는 방법과는 달리 폴리머 기판에 손상을 적게 줄 수 있다는 장점을 가지고 있어 다양한 분야에 사용 가능하다. 경화 거리 (잉크가 코팅한 필름과 UV 램프 사이의 거리)가 10 cm일 때 4 분 동안 경화하면 은 용액 잉크와 은 입자 잉크로 제조한 은 필름의 면저항값은 각각 0.03 Ω/□, 0.07 Ω/□로 측정되었다. 은 용액 잉크를 사용한 경우 UV 경화하면 네오데칸산은화염에서 네오데칸산염이 탈착되면서 은 입자로 환원된다. 그리로 생성된 은 입자들 사이의 응집 현상이 일어나 약 500 nm 이상의 입자를 형성한다. 은 나노 입자와 입자들 간에 상호 충진(necking)으로 인하여 전도성이 향상되는 것으로 예상된다. 은 입자 잉크는 경화 거리가 감소하고 경화 시간이 증가함에 따라 은 용액 잉크와 마찬가지로 은 입자 사이에 응집 현상이 발생한다. 그러나 은 입자 잉크는 은 입자가 응집(necking)되는 정도가 증가할수록 전도성이 향상되는 결과를 보였다. 그리고 경화 거리가 감소하고 경화 시간이 증가할수록 전도성이 향상되었다. 기존의 열에너지를 가하여 소성하는 방법과 달리 UV 경화 방법은 고온 소성은로 인한 기판의 손상을 최소화할 수 있다는 장점을 가지고 있다. UV 경화 방법은 향 후 플렉서블 디스플레이 (Flexible Display) 산업에도 응용 가능할 것으로 보인다.