소개글
"박막 전기전도도 측정"에 대한 내용입니다.
목차
1. 유/무기 박막 전기전도도 측정
1.1. 실험 목적 및 원리
1.1.1. 전기 전도도, 고유 저항, 저항, 면저항의 개념과 차이
1.1.2. 전기 전도도와 고유 저항의 관계
1.1.3. 유/무기 박막 제작 및 전기전도도 측정 방법
1.2. 실험 재료 및 기기
1.2.1. 유/무기 박막 제작 재료 및 특성
1.2.2. 실험 기기와 원리 및 사용방법
1.3. 실험 방법
1.3.1. 유기박막(PEDOT:PSS) 제작
1.3.2. 무기박막(Silver) 제작
1.3.3. 유/무기 박막 전기전도도 측정
1.4. 실험 결과 및 고찰
1.4.1. 유기 박막 전기 전도도 측정 결과 및 분석
1.4.2. 무기 박막 전기 전도도 측정 결과 및 분석
1.4.3. 유/무기 박막 전기전도도 차이 고찰
1.5. 결론
1.6. 참고문헌
2. 은 나노 박막의 두께, 투과도, 전기저항 측정
2.1. 목적
2.2. 실험
2.3. 결과 및 고찰
2.4. 향후 계획
3. 참고 문헌
본문내용
1. 유/무기 박막 전기전도도 측정
1.1. 실험 목적 및 원리
1.1.1. 전기 전도도, 고유 저항, 저항, 면저항의 개념과 차이
전기 전도도(electrical conductivity, σ)는 물질이 전하를 운반할 수 있는 정도를 나타내는 물리량이다. 고유 저항(resistivity, ρ)은 물질이 전류 흐름에 얼마나 세게 맞서는지 측정한 물리량이다. 저항(resistance, R)은 전기의 흐름을 방해하는 정도를 나타낸 물리량이다. 면 저항(sheet resistance, Rs)은 막의 단위 두께당 비저항을 표시한 단위이다.
전기 전도도와 고유 저항은 반비례하는 관계에 있다. 즉, 고유 저항이 작을수록 전기 전도도가 높다. 전기 전도도는 비저항의 역수로 계산할 수 있다.
전기 전도도, 고유 저항, 저항, 면저항 사이의 관계는 다음과 같다. 비저항(ρ)은 저항(R)과 물체의 길이(L), 단면적(A)의 곱으로 표현된다(ρ=RA/L). 면저항(Rs)은 비저항(ρ)을 두께(t)로 나눈 값이다(Rs=ρ/t). 따라서 전기 전도도는 비저항의 역수로 계산할 수 있다(σ=1/ρ).
1.1.2. 전기 전도도와 고유 저항의 관계
전기 전도도와 고유 저항의 관계는 다음과 같다.
전기 전도도(electrical conductivity, σ)는 물질이 전하를 운반할 수 있는 정도를 나타내는 물리량이다. 반면, 고유 저항 또는 비저항(resistivity, ρ)은 물질이 전류 흐름에 얼마나 세게 맞서는지를 측정한 물리량이다. 이 둘은 서로 반비례하는 관계에 있다.
구체적으로, 전기 전도도는 고유 저항의 역수로 나타낼 수 있다. 즉, σ = 1/ρ 관계가 성립한다. 따라서 고유 저항이 낮을수록 전기 전도도가 높아지게 된다. 이는 물질 내부의 자유전자의 이동도가 증가하여 전류가 잘 흐를 수 있기 때문이다.
예를 들어, 금속 물질의 경우 자유전자가 많아 고유 저항이 작고 전기 전도도가 높다. 반면 세라믹이나 고분자 같은 절연체 물질은 자유전자가 적어 고유 저항이 크고 전기 전도도가 낮다. 따라서 전기 전도성이 필요한 응용 분야에서는 고유 저항이 작은 물질을 선택하게 된다.
1.1.3. 유/무기 박막 제작 및 전기전도도 측정 방법
유/무기 박막의 전기전도도를 측정하기 위해서는 먼저 해당 박막을 제작해야 한다. 유기 박막의 경우 PEDOT:PSS 용액을 스핀코팅을 통해 제작하며, 무기 박막은 열증착기를 이용하여 은(Ag) 박막을 증착하여 제작한다.
유기박막(PEDOT:PSS) 제작 시 UV-Ozone 클리너를 이용하여 기판 표면을 개질하고, PEDOT:PSS 용액을 스핀코팅으로 도포한다. 회전 속도를 달리하여 두께가 다른 박막을 제작할 수 있다. 무기박막(Ag)의 경우 열증착기를 이용하여 100nm 두께의 은 박막을 증착한다. 이때 일정한 진공 상태와 적절한 온도 조건 하에서 증착을 진행한다.
제작된 유/무기 박막의 전기전도도는 4-point probe 방식으로 측정한다. 4-point probe 시스템은 일렬로 배열된 4개의 탐침을 통해 전류를 공급하고 전압을 측정하여 옴의 법칙을 적용하여 저항값을 구한다. 이때 측정된 저항값과 박막의 두께를 이용하여 면저항, 비저항, 전기전도도 등의 전기적 특성을 계산할 수 있다.
유기박막의 경우 스핀코팅 속도에 따라 두께가 다르게 형성되며, 이에 따라 면저항, 비저항, 전기전도도가 달라진다. 일반적으로 박막의 두께가 얇을수록 면저항은 증가하지만 비저항은 감소하여 전기전도도가 향상되는 경향을 보인다.
무기박막의 경우 동일한 두께(100nm)로 제작되었기 때문에 면저항, 비저항, 전기전도도의 차이는 주로 박막 크기에 따른 보정계수 차이에 기인한다. 전반적으로 무기 박막이 유기 박막에 비해 전기전도도가 더 우수한 것으로 나타났다.
1.2. 실험 재료 및 기기
1.2.1. 유/무기 박막 제작 재료 및 특성
유기 박막 제작 재료 및 특성
전도성 고분자인 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)는 유기 박막 제작에 널리 사용되는 재료이다. PEDOT:PSS는 고유한 전기전도성과 투명성, 유연성 등 우수한 물성으로 인해 투명 전극, 광전자 소자, 센서 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 그러나 PEDOT:PSS 자체의 전기전도도는 매우 낮기 때문에 전도성을 높이기 위해 DMSO(Dimethyl Sulfoxide)와 같은 극성 유기 용매를 첨가하여 사용한다. DMSO를 첨가하면 PEDOT:PSS의 구조적 변화로 인해 전자의 이동성이 향상되어 전기전도도가 크게 증가하게 된다.
무기 박막 제작 재료 및 특성
무기 박막의 경우, 은(Ag) 나노 와이어가 대표적인 재료이다. 은 나노 와이어는 우수한 전기 및 열 전도성, 높은 투과율, 유연성 등의 장점을 가지고 있어 투명 전극, 열 발산 소자, 유연 전자 소자 등에 많이 사용된다. 특히 은 나노 와이어는 낮은 면저항과 높은 전기전도도로 인해 기존의 ITO 전극을 대체할 수 있는 유력한 대안으로 주목받고 있다. 은 나노 와이어를 이용한 박막 제작 시 균일한 표면 코...
참고 자료
오세희. 『박막공학 기초와 응용』. 서울: 미전사이언스, 2012, pg.19-25
화좌청효. 『박막화 기술』. 서울: 겸지사, 2007, pg.35-46
Burzo M G et al. "An Optimized Thermo-Reflectance Technique for Thermal Conductivity Measurements of Thin-Film Electronic Materials" THERMAL CONDUCTIVITY , Vol.28, pg.413-420 (2006)
최시영. 『박막공학의 기초』. 서울: 일진사, 2006, pg.13-20
Choi S R et al. "Thermal Conductivity of Heat Spread Films: Effect of Film Thickness and Deposition Temperature", Thermal HERMAL CONDUCTIVITY, vol.28, pg. 456-465(2006)
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