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Plasma Display Panel 형광체의 합성

실 험 레 포 트Plasma Display Panel 형광체의 합성과 목 :담당 교수 :학 과 명 :이 름 :학 번 :제 출 일 : 08. 06. 09.비 고 : 3조1. 서 론● PDP(Plasma Display Panel)다양한 정보화 사회의 요구를 만족시키기 위해서 디스플레이 소자는 고정세화, 대형화, 저가격화, 고성능화, 박형화 등이 필연적으로 이루어질 것이며 음극전관 이외의 새로운 평판 디스플레이 소자의 보급이 급속히 이루어지고 있다. 현재 개발 또는 생산 중인 평판형 디스플레이 소자에는 액정 디스플레이(LCD), 전계 발광 디스플레이(ELD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 전계방출 디스플레이(FED), 발광 다이오드 등이 있다. 이 중에서도 LCD는 현재 가장 높은 시장 점유율을 갖는 평판 디스플레이이나 제조기술이 복잡하여 단가가 높은 실정이며, 지속적인 성능 향상에도 불구하고 60인치 이상의 초 대화면 디스플레이로 채용되기에 적합하지 않다.LCD 상용화 및 보급에 이어 2000년경부터 PDP(Plasma Display Panel)의 상용화가 진행되고 있다. PDP의 가장 큰 장점은 다른 어떤 평판 디스플레이 소자보다 초대형화에 적합하다는 것이며, 이미 60인치급 Full color 디스플레이가 양산되고 있다. 이외에도 플라즈마 디스플레이는 매우 강한 비선형성, 장수명, 160도 정도의 넓은 시야각, 형광체를 이용한 Full color구현의 용이성 등이 돋보이는 기술로서 대화면 시장에서 CRT를 대체할 수 있는 유일한 디스플레이가 될 것으로 전망된다.PDP는 대화면 구현에 최적의 특성을 갖고 있지만 아직 가격이 비싼 단점을 안고 있고 국내외 업체들이 목표로 삼고 있는 인치당 1만엔 이하의 가격경쟁력을 갖추려면 많은 기술혁신이 이루어 져야 한다. PDP의 개발을 위해 필요한 요소기술은 크게 패널의 제작 기술과 구동기술로 나룰 수 있는데 다른 평판 디스플레이에 비해 구동회로가 원가에서 차지하는 비중이 50%에 달하며, 일부에서는 패널 자체의 생산원가는는 다가오는 멀티미디어 시대를 맞이하여 TV, 컴퓨터, 인터넷의 기술을 조합한 차세대 벽걸이 디지털 멀티미디어 대화면 디스플레이 소자로서 새로운 장을 열 것으로 기대되고 있다. 업계에서는 PDP TV가 향후 5년간 대형 화면 50인치급 TV시장을 주도할 것으로 예상하고 있다.● 형광체(Phosphor)형광체란 다양한 형태의 에너지를 흡수하여 그 자체 물질이 가지는 고유한 에너지 차이에 의해 가시광선의 에너지로 전환시키는 물질을 일컫는다. 외부로부터 주어지는 에너지에 따라 음극선 발광(cathodoluminescence), 전기발광(electroluminescence), 빛발광(photoluminescence), 열발광(thermoluminescence) 등으로 나눌수 있다.형광체는 일반적으로 임자결정(host lattice)과 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성 이온(activator)로 구성되며 암자 내에서의 전하 균형을 위해 sensitizer가 첨가된다. activator는 실제로 빛을 내는 이온을 말하며 이 이온의 기저 준위와 여기준위 사이의 전이에 의해 에너지를 흡수 또는 방출한다. 이때 방출하는 에너지의 형태는 전자기 형태의 방출(radiative transition)과 열형태의 방출(nonradiative transition)로 나뉘어진다. Activator의 조건은 가시광선 영역에 해당하는 에너지 전이준위를 가져야 하며 적당한 모체에 첨가 되었을 때, activator의 기저-여기 준위의 충분한 에너지 차가 존재해야 한다. 그리고 첨가되었을 때 activator의 최외각 전자 배치가 광학적 효율이 가장 큰 형태를 취하고 있어야 하며, 앞의 조건들을 만족하는 전자 배치가 가장 안정한 상태로 존재해야 한다는 것이다. Host는 activator를 잡아주는 역할을 하며 형광체에 미치는 영향이 매우 크다. 광학적 효율이 높은 형광체를 개발하기 위해서는 host에 의한 흡수와 이 흡수된 에너지가 얼마나 효율적으로 activator로 이동되는지에 대한 연구고 소량의 Xe가스를 섞는다. 이때 발광되는 PDP 플라즈마는 대기압에 가까운 고압의 글로우 방전을 일으켜 형광체의 여기 원인인 자외선을 방출한다.(적색 PDP용 형광체사용)현재 시판중인 PDP에 사용되어지고 있는 형광체는 3에서 5마이크론 크기를 가지며 비 구형의 형태를 가지지만, 고화질화 달성을 위해서는 형광체가 도포되는 셀의 구조가 기존 스트라입 구조에서 더욱 복잡해지고 미세화 되어지기 때문에 보다 균일한 구형 형상의 형광체 개발이 요구되어 지고 있다. 형태 측면에서는 형광체 분말이 구형의 균일한 형상을 가져야 치밀한 형광막 등의 특성을 얻을 수 있어 Display에 적용되었을 때 좋은 특성을 나타낸다. 또한 크기 및 크기분포도 형광체의 응용에 있어서 중요한 변수로 작용하는데 분말의 크기가 미세해 지면 보다 얇고 치밀한 고효율의 형광막을 얻을 수 있어 Display의 성능을 향상시키는데 기여할 수 있다. 실제 Display에의 적용시키기 위해서 발광 휘도가 우수하면서 좋은 형광막 형성 특성을 가지는 수백 나노미터 크기의 미세 형광체합성에 액상 공정을 하는데 이 공정을 거쳐서 얻어지는 전구체 분말들은 고 발광 휘도를 얻기위해 고온에서 후열처리 공정을 거쳐야 한다. 또한 전구체 분말들이 미세하기 때문에 응집현상이 발생하는데 응집을 최소화하는 밀링 공정을 거친다. 그러나 이 공정에서 형광체 표면의 손상이 일어나기 때문에 액상공정 하에서 고온하에서의 열처리 단계에서 입자들 간의 응집을 최소화시키는 합성기술의 개발이 필요하다.분무열분해 법에서는 액적의 크기 및 용액의 농도 조절을 통해 수십에서 수백 나노크기의 초미립 형광체의 합성이 가능하다. 액적의 크기가 수백에서 수십 나노미터인 정전 분무 장치와 같은 액적 발생 장치를 사용하거나, 분무 용액의 농도를 낮춘다면 수십 나노미터의 형광체 합성이 가능하다. 또한 기상하에서 어느정도 결정성을 얻을 수 있기 때문에 후 열처리 과정에서도 나노 형광체 입자들 간의 응집을 최소화 할 수 있다. 반면 이 방법은 생산성에 문제가 가하면서 첨가했을 때 뿌옇게 변한 용액이 맑아질 때까지 기다렸다가 첨가를 반복한다. 질산용액을 사용하기 때문에 환기를 하면서 마스크를 꼭 착용하고서 실험해야 한다.④. ③을 통해서 만들어진 질산용액들을 증류수와 섞어서와형태로 만들어 준다. 여기에와 유기첨가물을 용해시켜 수용액과 혼합하여 전구체를 제조한다. 유기첨가물은 ethylene glycol(99.5%, 4.2g)과 x=0을 제외한 나머지 수용액에 citric acid 14.41g을 첨가한다.⑤. 준비된 액상 전구체는 5개의 진동자로 이루어진 초음파 분무기(1.7MHz)에 의해 액적으로 되고, 액적을 carrier gas(air, 20ℓ/min)를 통해 반응로 1000℃로 합성하였다.⑥. 건조된 액적은 분말 형태로 되며 세라믹 필터를 이용하여 분말을 수거하였다. 수거된 분말을 결정화하여 발광 특성을 향상시키기 위해 후열처리(1100℃, 4h)를 하였다. ⑦. 제조된 형광체의 결정구조를 분석하기 위해 X-Ray Diffractometer(XRD)를 사용하여 10~80˚ (2θ)의 주사범위에서 40kV, 100㎃(Cu Ka=1.54056Å)을 이용하여 X선 회절 그래프를 그리고 JCPDS 파일과 5개의 그래프를 비교하여 분석하였다.⑧. 형광체의 입자크기 및 형상을 분석하고 어닐링 전과 후를 비교, 분석하기 위하여 SEM(Scanning electron microscope)을 사용하였다. 또한 어닐링 후의 미세구조 특성 변화에 고찰해 보았다.3. 실험 결과 및 분석형광체의 XRD 분석< Fig.1에 대한 JCPDS file>h k lx=02θx=0.032θx=0.042θx=0.052θx=0.062θ-1 0 143317.3652717.2665717.2852717.2659317.34-1 1 040718.944318.8453318.8448718.8452018.90 1 196719.42112319.34137719.34118019.34132719.4-1 1 1151321.7169721.62220021.62178721..8280352.8669752.8483752.9-2 2 394053.94101753.9117353.86103353.88136353.94-4 0 227357.7629057.6832757.6429057.6835757.724 1 024758.7825358.7234358.6834058.6635058.76-2 1 437761.7437761.6443361.6634361.741761.74데이터 file을 이용하여 y축은 intensity, x축은 2θ로 하여 X선 회절 그래프를 origin program을 이용하여 그렸다. JCPDS file에서(gadolinium phosphate)에 대한 X선 그래프(fig.1)와 실험을 통하여 그린 X선 회절 그래프(fig.2)들과 비교하여 보았다. 전체적으로 비교해 보았을 때 그래프가 크게 변한 것은 없었다. 2θ값에 대한 주요 intensity의 값과 그에 따른 index값을 나타내 보았다.< Table.2의 x에 값에 따른 intensity 값과 2θ >Table.1을 보면 x=0일때와 x=0.06일때 거의 흡사한 각도에서 픽이 나오는걸 알 수 있다. x=0.03에서 x=0.05의 2θ는 x=0과 0.06의 2θ값에 비해 각도차이는 작지만 낮은 각도에서 peak이 나오는 것을 확인할 수 있다. JCPDS와의 비교로 본다면 거의 변화가 없지만 intensity값이 x값에 따라서 조금씩 바뀐 것을 확인할 수 있다. 가장 크게 나온 intensity의 index는 (1 2 0)이고 3700~5110까지 나왔다.JCPDS 파일과 비교해 보았을 때 intensity와 2θ값이 거의 비슷하기 때문에 격자형태는 monoclinic이고 a는 6.652Å, b는 6.845Å 그리고 c는 6.334Å의 수치에 거의 근접하다. 또한 α=γ≠β이고 α=γ=90°이며 β는 104°이다.형광체의 SEM 분석 초음파 분무 열분해법을 통해 전구체를 액적상태로 하여 반응로를 거쳐 구형의 형태의 형광체 분말을 만들었다.을 첨가하지 않을 경우를 보았을 때.

공학/기술| 2008.06.21| 10페이지| 2,000원| 조회(318)

형광체, PDP, 형광분말

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Sputter Deposition System을 이용한 박막 증착

실 험 레 포 트Sputter Deposition System을 이용한 박막 증착과 목 : 신소재 창의 설계 1담당 교수 :학 과 명 : 신소재 공학과이 름 :학 번 :제 출 일 : 08. 03. 27.비 고 : 3조◎ 실험 목표 : MRAM 개발을 위한 기초 실험◎ 실험 준비물 : XRD(X-Ray Diffractometer), Co, wafer, Ag(g), Sputter Deposition System.◎ 이론적 배경 : PVD (Physical Vapor Deposition) - 생성하고자 하는 박막과 동일한 재료의 입자를 진공 중에서 여러 물리적인 방법에 의하여 substrate위에 증착시키는 기술을 말한다. 특징을 살펴보면 기판의 온도를 자유롭게 선택 가능하고 화학반응은 거의 일어나지 않고 부착한 원자와 기판간의 밀착성이 좋고, 진공도, 증기압, 장치구조, 전원출력 등 물리적인 변수의 제어로 공정결과를 결정할 수 있고 저온에서 가능하며, 정확한 합금성분 조절이 용이하며, 단차 피복 (step coverage), 결정구조(Grain structure), 응력(Stress)등의 조절이 용이하다. PVD법에는 진공증착과 sputter 증착이 있는데 우리는 sputter 증착법을 이용하였다.◎ 실험 과정 :웨이퍼Sputterring된 박막입힌 웨이퍼실리콘(Si)위에를 입히고 Co박막을 입히는 실험이다.를 입히는 이유는 증착을 안정화 시키기 위해서이다. 이때의 두께를 1000로 맞춘다. 실험기구는 sputtering 장비를 사용하는데 main chamber와 loadlock chamber로 나뉜다.를 입힌-wafer를 loadlock chamber에 넣고서 main chamber를 고진공 상태로 잡아놓고 loadlock chamber를 저진공으로 잡는다. 이러한 과정을 거치는 이유는 main chamber에 바로 넣고서 증착을 시키려면 시간이 오래 걸리지만 loadlock chamber를 거쳐서 main chamber로 밀어넣는 과정을 거치면 증착시간이 많이 단축되기 때문이다. 이때 main chamber의 base pressure(vacuum initial pressure)는이다. 각 chamber에는 각기 다른 진공펌프를 쓰는데 main chamber는 Turbo 펌프를 loadlock chamber에는 Rotary 펌프를 쓴다. 그 이유는 진공상태를 만드는데 필요한 펌프의 능력 차이 때문이다. loadlock chamber에 있는 substrate를 main chamber로 밀어 넣고 Ar gas를 넣는다. Ar gas를 넣으면 main chamber의 압력의 값이으로 떨어지는데 이를 증착압력(Deposition pressure)라고 한다. 이때 증착 Power는 75watt이다. Ar gas의 첨가로 main chamber 안에는 플라즈마 상태가 되는데 보라색을 띄게 된다. substrate를 (+)로 target인 CoFe에는 cathod로 잡고 강한 전류를 흘려 보내주게 되면 Ar gas 원자가 빠른 속도로 target을 때리게 되어 Co원소가substrate 위에 증착이 이뤄지게 된다. 이런 과정을 거친 wafer를 loadlock chamber를 통해 꺼낸 다음 증착이 고르게 잘 되었는지 확인하기 위해 XRD를 이용하여 그래프를 얻는다. XRD 사용을 하기 위해서 2를 20~80°, scan speed를 5°/s, 40㎸ 100㎃로 한다.◎ 실험 결과◆◇ 결과 분석 ◇◆Hexagonal Coh k l20 0 121.81 0 041.60 0 244.61 0 147.381 0 262.61 1 075.91 1 180위의 첫 번째 그래프에 나타난 peak을 보면 33~34도와 69~70도에서 intensity가 나타나는 것을 볼 수 있다. 이것은 Si의 intensity에 해당하는 peak으로서 Crystal structure이기 때문에 (1 1 1), (2 2 0)에서 peak이 나왔다는 것을 알 수 있다. 그리고의 계면에서 나오는 intensity값이 index (2 3 3), 2값 69.9°에서 나온 것을 알 수 있다.peak이 큰 이유는 결정성이 상당히 강한 것을 사용하였기 때문이다. 첫 번째 그림만 보고서는 Cobalt가 증착이 잘 안된 것처럼 보인다. 이유는 Cobalt의 intensity가 silicon의 intensity값보다 엄청나게 작기 때문이다. 그래서 y축(intensity)을 0에서 약 2500정도로 줄이고 그래프의 roughness를 높여서 확인 해보았더니 두 번째 그림에 나타난 것처럼 약 43~44°부근에서 살짝 올라간 모습이 보였는데 이것이 바로 cobalt의 peak이다. Cobalt의 밀러지수에 해당하는 2값에 해당하는 peak값이 작은 값들은 무시하고 (0 0 2)에 44.6°에 해당하는 peak에 대한 intensity가 약하게라도 나왔기 때문에 증착이 이루어 졌다고 볼 수 있다.◎ 결론 및 고찰본 실험은 Sputter Deposition System을 이용하여 Silicon substrate에 Cobalt 박막을 입히는 실험이었다. Sputtering이란 진공 중에 불활성가스를 도입시킴으로써 기판과 Target(부착되어지는 물질)사이에 직류전압을 가하여, 이온화시킨 불활성원소 가스를 Target에 충돌시켜서 튕겨져 날아간 target물질을 substrate위에 막이 형성되는 과정이다. Target의 물질은 CoFe를 이용을 하였고 불활성 가스는 보편적으로 사용하는 Ar가스를 사용하였다. Ar가스를 넣어주는 이유는 불활성 기체 중에서 가장 값이 싸고 보편적으로 쓰이기 때문이다. Target 원자와 반응을 안 하는 불활성 기체를 넣어줌과 동시에 높은 전압을 가해주면 Ar이 이온화 되고 플라즈마 상태가 된다. 플라즈마 상태가 된 Ar원자가 target을 때리게 되고 그 target에서 떨어져 나온 금속원자가 substrate위에 증착이 된다. Sputtering 법은 고융점 금속의 박막 형성에는 가장 적당한 방법이며, 진공 증착법 처럼 가열 증발되기 어려운 재료에 적용되었지만, Al 및 Al의 합금에 대해서는 Sputtering 속도가 늦거나 또한 기판의 온도가 상승하는 등의 불리한 점이 있어서 상용화 되지 않았으나, Magnetron Sputtering 기술이 개발 되어 위의 문제점들을 해결하여 반도체 소자 제조의 배선 형성 기술에 사용되고 있다. 이 방식의 장점으로는 진공 증착법에 비하여 입자 지름이 크고 균일한 막이 얻어지고, Al-Si 합금, Al-Si-Cu 합금 등의 target 재료의 선택에 의하여 각종 조성의 막이 안정되게 얻을 수 있으며, 전자는 target 근방에 가두어져 있으므로 기판에 충격이 없고, MOS 계면의 방사선 손상의 우려가 없으며, target 면적이 크고, Sputter 원자가 가진 energy가 크기 때문에 표면 부착 후 높은 가동성이 있고 단차 피복(step coverage) 특성이 우수하다.

공학/기술| 2008.06.01| 3페이지| 2,000원| 조회(706)

웨이퍼, PVD, sputter

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