구리-비결정성금속 적층 구조를 이용한 스트레처블 전극 재료의 제조 및 기계적 거동 분석

Abstract

기존 전극 재료로 많이 사용되는 금이나 구리 등은 우수한 전기 전도도와 함께 연성 거동을 보이는 장점을 갖고 있어서 오랜 기간 사용되고 있다. 이 재료들이 이후 플렉서블, 스트레처블 디바이스에 적용되기 위해서는 수많은 횟수의 변형에도 끊어지지 않고 성능을 유지하는 높은 수준의 탄성 변형 한계와 피로 한계가 필수적이다. 하지만 금이나 구리는 낮은 탄성 변형 한계를 가져 작은 변형에도 소성 변형이 진행되기 때문에 적은 횟수의 변형에도 피로 파괴 현상이 나타난다. 이를 극복하기 위해서는 높은 탄성 변형 한계와 전기 전도도를 함께 가지는 재료를 전극 재료로써 사용하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 낮은 탄성 변형 한계를 가졌지만 우수한 전기 전도도와 연성 거동을 보이는 구리와, 낮은 전기 전도도와 메짐성 거동을 가졌지만 우수한 탄성 변형 한계를 보이는 비결정성금속을 적층하여 플렉서블, 스트레처블 디바이스에 적용 가능한 전극 재료를 제조하였다. 재료는 스퍼터링을 통해서 제조하였으며 구리의 두께는 50 nm로 유지 시키고, 비결정성금속의 두께는 8-80nm로 변화시켰다. 그리고 만들어진 재료를 두 가지 방법으로 전기 전도도를 측정하고 일축 인장실험을 통해서 기계적 거동을 분석하였다. 전기 전도도를 측정하는 데에는 4침법과 패터닝을 통한 2침법을 사용하였으며 인장실험의 시험편은 집속 이온 빔 장비를 통해서 제작하였고, push-to-pull 방법을 사용해 인장실험을 하였다.