금속 나노홀 어레이 기반 플라즈모닉 컬러필터를 이용한 전극에 관한 연구

Abstract

현재 표면 플라즈몬은 나노 기술에서 가장 흥미로운 이론중 하나다. 산업에서는 주로 염료안료 기반의 컬러필터를 사용하지만 이것은 낮은 투과율과, 색재현성, 그리고 복잡한 공정과정을 요구하는 단점을 가지고 있다. 따라서 이를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있지만 특히, 국부적인 표면 플라즈몬 공명(LSPR)현상에 의한 extraordinary optical transmission(EOT)현상을 이용한 플라즈모닉 컬러필터가 많이보고되고 있다. 플라즈모닉 컬러필터의 발전과 동일하게 전극 기술의 발전도 향상되어 왔다. 현재의 보편적인 전극의 단점을 극복 하기위해 전도성 폴리머, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노튜브들이 보고되어 왔다. 최근에는 이러한 새로운 전극 재료들의 장단점을 상호 보완하고자 하이브리드 전극이라는 새로운 형태의 전극에 대한 연구가 진행되고 있다. 이와같이 디스플레이 소자에 들어가는 각각의 구성요소들은 독립적으로 매우 발전되었고 단점을 보완해 가고 있다. 하지만 지금까지 어떠한 연구도 디스플레이 구성요소를 결합해 특성을 분석하지 않았다. 따라서 본 연구는 금속나노홀 어레이기반 플라즈모닉 컬러필터를 이용한 전극을 제시하는 것을 목표로 둔다. 플라즈모닉 컬러필터의 광학적 특성과 투명전극의 전기적 특성을 결합해 고 투과율에 저 면저항을 갖는 새로운 형태의 전극을 제작할 것이다. 전극 구조에 EOT 현상을 이용한 선택적 투과를 얻기 위해 square와 hexagonal 구조를 갖는알루미늄 나노홀 어레이를 적용했다. 또한 전기적 특성을 확보하기 위해 낮은 면저항의 장점을 가지고 있응 인듐-주석 산화물(ITO)를 유전층 물질로 사용했다. 전극 구조를 설계하기위해 finite-difference time-domain(FDTD) simulation 방식을 이용해 주기와 홀의 크기, 금속의 두께와 ITO의 두께를 계산했다. FDTD를 통한 최적화 구조를 통해 red, green, blue 영역에서 40~50%의 높은 투과율을 얻을 수 있었다. 구조가 시뮬레이션을 통해 최적화 되면 이를 토대로 공정을 진행하게 된다. 공정 과정에서는 대면적화를 위해 나노홀 패터닝 시 레이져 간섭 리소그래피 방법을 채택했다. 실험 결과, red 영역에서 매우 낮은 면저항(1-2Ω/sq)과 32%의 고 투과율을 얻을 수 있었다. 이 수치들은 선행 연구와 비교해 괄목할 만한 성장을 이뤘다. 결과적으로 본연구에서 제안한 전극의 결과를 통해 디스플레의 소자 구성요소들의 결합 가능성을 확인 할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제안한 전극의 개발을 통해 새로운 응용 소자들이 생산될 수 있는 기회가 생기길 기대한다.