KR20200028859A - Light sintering apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광소결 장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 기판 상에 형성된 세라믹 전구체층에 백색광을 조사하는 백색광 조사부; 상기 백색광 조사부로부터 방출되는 백색광을 반사시키는 반사판; 상기 기판의 하부에 배치되고, 상기 세라믹 전구체층에 열을 가하는 열원을 포함하는 지지부; 상기 백색광 조사부에 전력을 공급하는 파워 서플라이; 상기 파워 서플라이에 연결되어 상기 백색광 조사부에 고전력을 공급하는 커패시터; 및 상기 백색광 조사부로부터 방출되는 백색광의 적어도 둘 이상의 펄스 사이클을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a photo-sintering device. Light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a white light irradiation unit for irradiating white light on the ceramic precursor layer formed on the substrate; A reflector reflecting white light emitted from the white light irradiation unit; A support portion disposed under the substrate and including a heat source for applying heat to the ceramic precursor layer; A power supply supplying power to the white light irradiation unit; A capacitor connected to the power supply to supply high power to the white light irradiation unit; And a controller that controls at least two or more pulse cycles of the white light emitted from the white light irradiator.
Description
본 발명은 광소결 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단 시간 동안 저온 공정으로 세라믹 전구체층을 소결시킬 수 있는 광소결 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a photo-sintering apparatus, and more particularly, to a photo-sintering apparatus capable of sintering a ceramic precursor layer in a low temperature process for a short time.
최근 전자 소자 또는 장치 제조에 있어서 인쇄 기반의 인쇄전자 기술이 주목 받고 있다. 인쇄전자 기술이란 인쇄, 소결, 검사라는 간단한 공정만으로 전극 형성이 가능하기 때문에 적은 공정으로 인하여 낮은 설비 투자비용, 친환경성, 대면적 대량생산 등의 이점을 가지고 있다.2. Description of the Related Art Recently, a print-based printed electronic technology has been attracting attention in the manufacture of electronic devices or devices. Printed electronic technology has the advantages of low facility investment cost, eco-friendliness, and large-scale mass production due to the small process because electrodes can be formed by simple processes such as printing, sintering, and inspection.
인쇄전자 기술의 요소 중 소결 기술은 전극의 품질을 직접적으로 결정짓는 요소이기 때문에 중요한 부분이라 할 수 있다. 기존의 소결 방법으로 열 소결법, 레이저 소결법, 플라즈마 소결법, 마이크로웨이브 소결법 등이 개발되었으나 각각이 가지고 있는 한계점으로 인해 상용화에 어려움이 있는 실정이다. 따라서, 문제점들을 극복하고자 백색광 극단파 광소결 방법이 개발되었다.Among the elements of printed electronic technology, sintering technology is an important part because it directly determines the quality of electrodes. Thermal sintering, laser sintering, plasma sintering, and microwave sintering have been developed as existing sintering methods, but they are difficult to commercialize due to their limitations. Therefore, a white light extreme wave light sintering method has been developed to overcome the problems.
특히, 백색광 극단파 기술의 경우, 세라믹 전구체층의 소결 공정의 수행시 패턴이 형성된 기판에 대한 손상이 적으며 소결 공정의 시간을 단축할 수 있는 장점을 가진다. In particular, in the case of white light extreme wave technology, when performing the sintering process of the ceramic precursor layer, there is little damage to the substrate on which the pattern is formed and it has an advantage of shortening the time of the sintering process.
그러나, 백색광 극단파를 이용한 소결 방법은 기존에 구비되어있는 광조사 장비 및 컨베이어 벨트를 이용한 연속 광소결 프로세스 수행 시 높은 온도로 인한 기판의 우그러짐 발생 및 기판의 우그러짐으로 인하여 결국 광의 불균일 조사로 이어지게 되어 소결의 불균일성 문제까지 발생하고 있다.However, the sintering method using the white light extreme wave causes the substrate to be distorted due to the high temperature and the substrate is distorted due to the uneven irradiation of light due to the high temperature during the continuous light sintering process using the existing light irradiation equipment and conveyor belt. As a result, non-uniformity problems of sintering are occurring.
하지만, 산업현장에서의 실제적인 적용을 위해서는 소결 후 높은 전기전도도 뿐만 아니라 소결의 균일성 및 기판에 손상이 없어야 한다. 따라서, 문제점들을 해결하기 위해서는 설비적인 관점에서의 해결책이 필요한 실정이다.However, for practical application in industrial sites, it is necessary to have high electrical conductivity after sintering as well as uniformity of sintering and no damage to the substrate. Therefore, in order to solve the problems, a solution from an equipment point of view is required.
본 발명의 실시예들의 목적은 열원을 이용한 열소결 및 슈퍼 사이클을 이용한 광소결을 진행하여 세라믹 전구체층을 소결시킴으로써, 세라믹 전구체층과 기판 사이의 급격한 온도 차이를 감소시켜 열충격(thermal shock)을 최소화하고, 기판의 적용 범위를 확장시키기 위한 것이다.The purpose of the embodiments of the present invention is to sinter the ceramic precursor layer by performing heat sintering using a heat source and photo sintering using a super cycle, thereby reducing a rapid temperature difference between the ceramic precursor layer and the substrate to minimize thermal shock. And to expand the application range of the substrate.
본 발명의 실시예들의 목적은 슈퍼 사이클을 이용한 광소결 공정을 진행하여, 세라믹 전구체층의 물질에 제약 없이 단일 공정으로 세라믹 전구체층을 소결시키기 위한 것이다.The purpose of the embodiments of the present invention is to sinter the ceramic precursor layer in a single process without restricting the material of the ceramic precursor layer by performing a photo sintering process using a super cycle.
본 발명의 실시예들의 목적은 열소결 및 광소결 공정을 통해 세라믹 전구체층을 소결시킴으로써, 열소결 공정을 통해 제작되는 세라믹 전구체층 대비 매우 단시간 내에 제조하고, 세라믹 전구체층을 저온에서 소결시켜 세라믹 전구체층이 고온 환경에 장시간 노출되었을 때 발생할 수 있는 문제점(예; 기판 파괴, 잔류 열응력에 의한 내구도 감소 등)을 개선하기 위한 것이다.The purpose of the embodiments of the present invention is to sinter the ceramic precursor layer through a heat sintering and light sintering process, thereby producing a ceramic precursor layer through a heat sintering process in a very short time, and sintering the ceramic precursor layer at a low temperature to obtain a ceramic precursor. This is to improve a problem that may occur when the layer is exposed to a high temperature environment for a long time (eg, substrate destruction, durability reduction due to residual thermal stress, etc.).
본 발명의 실시예들에 따른 광소결 장치는 기판 상에 형성된 세라믹 전구체층에 백색광을 조사하는 백색광 조사부; 상기 백색광 조사부로부터 방출되는 백색광을 반사시키는 반사판; 상기 기판의 하부에 배치되고, 상기 세라믹 전구체층에 열을 가하는 열원을 포함하는 지지부; 상기 백색광 조사부에 전력을 공급하는 파워 서플라이; 상기 파워 서플라이에 연결되어 상기 백색광 조사부에 고전력을 공급하는 커패시터; 및 상기 백색광 조사부로부터 방출되는 백색광이 적어도 둘 이상의 펄스 사이클로 조사되도록 제어하는 컨트롤러를 포함한다.Light sintering apparatus according to embodiments of the present invention includes a white light irradiation unit for irradiating white light on the ceramic precursor layer formed on the substrate; A reflector reflecting white light emitted from the white light irradiation unit; A support portion disposed under the substrate and including a heat source for applying heat to the ceramic precursor layer; A power supply supplying power to the white light irradiation unit; A capacitor connected to the power supply to supply high power to the white light irradiation unit; And a controller that controls white light emitted from the white light irradiation unit to be irradiated with at least two or more pulse cycles.
상기 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 펄스 파라미터가 상이하고, 상기 펄스 파라미터는 펄스 강도, 펄스 갭, 펄스 폭 및 펄스 수 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The pulse parameters of the at least two or more pulse cycles are different, and the pulse parameters may be at least one of pulse intensity, pulse gap, pulse width, and number of pulses.
상기 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 제1 펄스 사이클 및 제2 펄스 사이클을 포함하고, 상기 제1 펄스 사이클은 제1 파워 서플라이 및 제1 커패시터를 통해 수행되고, 상기 제2 펄스 사이클은 제2 파워 서플라이 및 제2 커패시터를 통해 수행될 수 있다.The at least two or more pulse cycles include a first pulse cycle and a second pulse cycle, the first pulse cycle being performed through a first power supply and a first capacitor, and the second pulse cycle is a second power supply and It can be performed through the second capacitor.
상기 컨트롤러는, 상기 세라믹 전구체층의 물질에 따라 상기 펄스 사이클의 펄스 파라미터를 변화시킬 수 있다.The controller may change the pulse parameter of the pulse cycle according to the material of the ceramic precursor layer.
상기 세라믹 전구체층은 세라믹 전구체를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 세라믹 전구체의 구성 성분에 따라 상기 펄스 사이클의 펄스 파라미터를 변화시킬 수 있다.The ceramic precursor layer includes a ceramic precursor, and the controller can change the pulse parameter of the pulse cycle according to the constituent components of the ceramic precursor.
상기 둘 이상의 펄스 사이클 간의 펄스 갭은 10ms 내지 1min일 수 있다.The pulse gap between the two or more pulse cycles may be 10 ms to 1 min.
상기 열원은 가열판, 히터(heater) 또는 오븐일 수 있다.The heat source may be a heating plate, a heater or an oven.
상기 기판의 목표 온도는 100℃ 내지 700℃일 수 있다.The target temperature of the substrate may be 100 ℃ to 700 ℃.
상기 지지부는 상기 기판을 수평 방향으로 이동시키는 슬라이더(silder)를 더 포함할 수 있다.The support part may further include a slider that moves the substrate in a horizontal direction.
상기 슬라이더는 상기 기판이 목표 온도에 도달하면 상기 기판을 상기 백색광 조사부의 하부로 이동시킬 수 있다.The slider may move the substrate below the white light irradiation unit when the substrate reaches a target temperature.
상기 지지부는 상기 기판을 수평 방향으로 이동시키는 컨베이어 벨트일 수 있다.The support part may be a conveyor belt that moves the substrate in a horizontal direction.
본 발명의 실시예들에 따르면 열원을 이용한 열소결 및 슈퍼 사이클을 이용한 광소결을 진행하여 세라믹 전구체층을 소결시킴으로써, 세라믹 전구체층과 기판 사이의 급격한 온도 차이를 감소시켜 열충격(thermal shock)을 최소화하고, 기판의 적용 범위를 확장시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, by performing a heat sintering using a heat source and a photo sintering using a super cycle to sinter the ceramic precursor layer, the temperature difference between the ceramic precursor layer and the substrate is reduced, thereby minimizing thermal shock. And the application range of the substrate can be expanded.
본 발명의 실시예들에 따르면 슈퍼 사이클을 이용한 광소결 공정을 진행하여, 세라믹 전구체층의 물질에 제약 없이 단일 공정으로 세라믹 전구체층을 소결시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, by performing a photo sintering process using a super cycle, the ceramic precursor layer can be sintered in a single process without limitation on the material of the ceramic precursor layer.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들에 따르면 열소결 및 광소결 공정을 통해 세라믹 전구체층을 소결시킴으로써, 열소결 공정을 통해 제작되는 세라믹 전구체층 대비 매우 단시간 내에 제조하고, 세라믹 전구체층을 저온에서 소결시켜 세라믹 전구체층이 고온 환경에 장시간 노출되었을 때 발생할 수 있는 문제점(예; 기판 파괴, 잔류 열응력에 의한 내구도 감소 등)을 개선할 수 있다.More specifically, according to embodiments of the present invention, by sintering the ceramic precursor layer through a heat sintering and light sintering process, the ceramic precursor layer is manufactured in a very short time compared to the ceramic precursor layer produced through the heat sintering process, and the ceramic precursor layer is at a low temperature. Sintering may improve problems that may occur when the ceramic precursor layer is exposed to a high-temperature environment for a long time (eg, substrate destruction, durability reduction due to residual thermal stress, etc.).
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 일 광소결 장치의 장치 연결도이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 슈퍼 사이클의 펄스 강도 패턴을 도시한 개략도 이다.
도 2a 및 도 2b는 복수의 백색광 조사부를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이다.
도 2b는 복수의 백색광 조사부를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치의 장치 연결도이다.
도 3a 및 도 3b는 복수의 백색광 조사부를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 광소결 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 단일 열소결을 이용하여 소결된 세라믹 박막의 주사전자현미경(SEM) 측정 이미지를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b은 단일 광소결을 이용하여 소결된 세라믹 박막의 주사전자현미경(SEM) 측정 이미지를 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b은 열소결 및 광소결을 동시에 진행하는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용하여 소결된 세라믹 박막의 주사전자현미경(SEM) 측정 이미지를 도시한 것이다.
도 8는 히터의 유무에 따른 세라믹 전구체층의 면저항(sheet resistance)을 도시한 그래프이다.
도 9a 내지 도 9e는 조사된 극단파 백색광의 강도에 따른 세라믹 전구체층의 표면을 도시한 SEM 이미지이다.
도 10은 광소결을 진행한 세라믹 전구체층과 열소결을 진행한 세라믹 전구체층의 표면을 분석한 XRD 그래프이다.
도 11은 광소결 전후에 따른 세라믹 전구체층의 전기 전도도를 도시한 그래프이다.
도 12는 동일한 빛의 강도에서 광소결을 진행할 때 세라믹 전구체층의 두께에 따른 저항도를 도시한 그래프이다.
도 13은 열소결과 광소결을 각각 수행한 세라믹 전구체층의 ATR FT-IR(attenuated total reflectance Fourier transformed infra-red)을 도시한 그래프이다.
도 14a 내지 도 14c는 LSM을 포함하는 세라믹 전구체층에 조사된 빛의 강도에 따른 표면을 도시한 SEM 이미지이다.
도 15는 LSM을 포함하는 세라믹 전구체층을 열소결 또는 광소결을 수행한 후 세라믹 전구체층의 표면에 대해 XRD 분석한 그래프이다.1A and 1B are schematic diagrams showing a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
1C is a device connection diagram of an optical sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
1D is a schematic diagram showing a pulse intensity pattern of a super cycle using a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are schematic views showing a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention including a plurality of white light irradiation units.
Figure 2b is a device connection diagram of a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention comprising a plurality of white light irradiation unit.
3A and 3B are schematic views showing a light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention including a plurality of white light irradiation units.
Figure 4 is a flow chart showing a light sintering method using a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B show a scanning electron microscope (SEM) measurement image of a ceramic thin film sintered using a single heat sintering.
6A and 6B show a scanning electron microscope (SEM) measurement image of a ceramic thin film sintered using a single light sintering.
7A and 7B show a scanning electron microscope (SEM) measurement image of a sintered ceramic thin film using an optical sintering apparatus according to an embodiment of the present invention that simultaneously performs thermal sintering and light sintering.
8 is a graph showing sheet resistance of a ceramic precursor layer depending on the presence or absence of a heater.
9A to 9E are SEM images showing the surface of the ceramic precursor layer according to the intensity of the irradiated extreme white light.
10 is an XRD graph of the surface of the ceramic precursor layer subjected to photo-sintering and the ceramic precursor layer subjected to heat sintering.
11 is a graph showing the electrical conductivity of the ceramic precursor layer before and after sintering.
12 is a graph showing the resistivity according to the thickness of the ceramic precursor layer when performing light sintering at the same light intensity.
13 is a graph showing ATR FT-IR (attenuated total reflectance Fourier transformed infra-red) of the ceramic precursor layer, each of which was subjected to heat sintering and light sintering.
14A to 14C are SEM images showing a surface according to the intensity of light irradiated to the ceramic precursor layer including LSM.
15 is a graph of XRD analysis of the surface of the ceramic precursor layer after thermal sintering or photo sintering the ceramic precursor layer including LSM.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and / or "comprising" refers to the components, steps, operations and / or elements mentioned above, the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or do not exclude additions.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, "example", "example", "side", "example", etc. should be construed as any aspect or design described being better or more advantageous than another aspect or designs. It is not done.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' refers to the inclusive 'inclusive or' rather than the exclusive 'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or unclear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular expression (“a” or “an”) used in the specification and claims generally means “one or more” unless the context clearly indicates otherwise that it is related to the singular form. It should be interpreted as.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예를 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terminology used in the description below has been selected to be general and universal in the related technical field, but may have other terms depending on the development and / or change of technology, conventions, and preferences of technicians. Therefore, the terms used in the following description should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, some terms are arbitrarily selected by the applicant, and in this case, detailed meanings will be described in the corresponding description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the entire contents of the specification, not just the name of the term.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Meanwhile, terms such as first and second may be used to describe various components, but components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another component.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.Also, when a part such as a film, layer, area, configuration request, etc. is said to be "above" or "on" another part, not only when it is directly above another part, but also another film, layer, area, component in the middle Also includes the case where a back is interposed.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in the commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless specifically defined.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.On the other hand, in the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms used in the present specification (terminology) are terms used to properly represent an embodiment of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or a custom in a field to which the present invention pertains. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이다.1A and 1B are schematic diagrams showing a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 1a은 광소결이 진행되는 중의 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이고, 도 1b은 광소결이 진행되기 전/후의 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이다.More specifically, FIG. 1A is a schematic diagram showing a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention during light sintering, and FIG. 1B is light according to an embodiment of the present invention before / after light sintering is performed. It is a schematic diagram showing a sintering apparatus.
따라서, 도 1a 및 도 1b는 동일한 구성요소를 포함하고 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 생략하기로 한다.Therefore, since FIGS. 1A and 1B include the same components, the same components will be omitted.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 기판(S) 상에 형성된 세라믹 전구체층에 백색광을 조사하는 백색광 조사부(110), 백색광 조사부(110)로부터 방출되는 백색광을 반사시키는 반사판(120), 기판(S)의 하부에 배치되고, 세라믹 전구체층에 열을 가하는 열원(heat source)을 포함하는 지지부(130), 백색광 조사부(110)에 전력을 공급하는 파워 서플라이(150), 파워 서플라이(150)에 연결되어 백색광 조사부(110)에 순간적인 고전력을 공급하는 커패시터(161, 162) 및 백색광 조사부(110)로부터 방출되는 백색광이 적어도 둘 이상의 펄스 사이클로 조사되도록 제어하는 컨트롤러(170)를 포함한다.Light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention is a white
일반적으로, 세라믹 전구체층을 소결시키기 위한 소결 공정으로 단일 열소결 공정 또는 단일 광소결 공정을 수행하였다.In general, a single heat sintering process or a single photo sintering process was performed as a sintering process for sintering the ceramic precursor layer.
그러나, 단일 열소결 공정은 금속 물질을 소결시키는 경우, 200℃ 내지 300℃의 저온에서 소결이 가능하지만 세라믹 물질을 포함하는 세라믹 전구체층을 소결시키는 경우, 700℃ 이상의 고온에서 소결이 진행되기 때문에, 기판(S)과 세라믹 전구체층의 계면에서 상변화가 발생하는 문제가 있다.However, in a single heat sintering process, when sintering a metal material, sintering is possible at a low temperature of 200 ° C to 300 ° C, but when sintering a ceramic precursor layer containing a ceramic material, sintering proceeds at a high temperature of 700 ° C or higher. There is a problem that a phase change occurs at the interface between the substrate S and the ceramic precursor layer.
또한, 열소결 공정은 열소결이 장시간에 걸쳐 국부적으로 일어나지 않기 때문에 소요되는 시간이 크고, 낭비되는 에너지 역시 상당하다.In addition, since the heat sintering process does not locally occur over a long period of time, the time required is large, and the wasted energy is also considerable.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 이용한 열소결 및 밀리세컨드(ms) 단위의 매우 짧은 시간에 국부적으로 에너지를 집중시킬 수 있는 극단파 백색광을 이용한 광소결 공정을 동시에 진행함으로써, 세라믹 전구체층의 소결 공정 시간을 수 시간에서 수 밀리세컨드(ms) 단위로 감소시킬 수 있다.However, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention simultaneously performs heat sintering using a heat source and a light sintering process using ultra-short white light that can concentrate energy locally in a very short time in milliseconds (ms). By doing so, the sintering process time of the ceramic precursor layer can be reduced from several hours to several milliseconds (ms).
또한, 단일 광소결 공정은 세라믹 전구체층이 소결될 수 있는 특정 범위의 에너지 조사를 필요로 하기 때문에, 세라믹 전구체층의 종류와 제작 공정에 따라 에너지의 범위가 크게 달라질 수 있다.In addition, since a single photo-sintering process requires irradiation of a specific range of energy in which the ceramic precursor layer can be sintered, the range of energy may vary greatly depending on the type and production process of the ceramic precursor layer.
예를 들면, 일반적으로 금속 물질에 비해 세라믹 물질이 소결 시 더 큰 에너지 조사를 필요로 하기 때문에 종래의 백색광 조사부에 더 큰 에너지를 인가해주어야 한다.For example, since a ceramic material generally requires a larger energy irradiation when sintering than a metallic material, it is necessary to apply a larger energy to the conventional white light irradiation unit.
따라서, 종래의 백색광 조사부의 경우, 높은 에너지를 견딜 수 없는 백색광 조사부는 사용할 수 없기에 백색광 조사부의 적용에 제약이 발생하고, 세라믹 전구체층의 경우에도 세라믹 전구체층에 순간적인 고 에너지가 조사되기 때문에 세라믹 전구체층 표면과 기판 사이에 급격한 온도 차이가 발생하여 기판이 파괴되는 문제가 있다.Therefore, in the case of the conventional white light irradiating unit, since the white light irradiating unit which cannot withstand high energy cannot be used, there is a limitation in the application of the white light irradiating unit, and even in the case of the ceramic precursor layer, the ceramic precursor layer is irradiated with instantaneous high energy. There is a problem that the substrate is destroyed due to a rapid temperature difference between the surface of the precursor layer and the substrate.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원(예; 히터)을 이용하여 세라믹 전구체층에 열 에너지를 가함으로써, 종전의 극단파 에너지로 적용이 불가능했던 전자기파 범위로도 극단파 백색광을 조사할 수 있다.However, in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, by applying heat energy to a ceramic precursor layer using a heat source (eg, a heater), extreme white light even in an electromagnetic wave range that was previously impossible to be applied as extreme extreme energy Can be investigated.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원(예; 히터)을 이용하여 기판(S)의 온도가 목표 온도까지 상승하였을 때, 극단파 백색광을 조사하여 광소결을 진행함으로써, 기존에 상온에서 진행하던 단일 광소결 공정보다 낮은 극단파 에너지로 소결이 가능하기 때문에 에너지 조사량 한계로 적용이 불가능했던 세라믹 전구체층도 소결시킬 수 있다.More specifically, in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, when the temperature of the substrate S rises to a target temperature using a heat source (eg, a heater), the light is irradiated with extreme white light to proceed with light sintering. In addition, since sintering is possible with a microwave energy lower than that of a single light sintering process that was previously performed at room temperature, it is possible to sinter the ceramic precursor layer, which was not applicable due to energy dose limitation.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 이용한 열 에너지를 세라믹 전구체층에 추가함으로써, 열 에너지만큼 낮은 극단파 백색광 에너지를 가하더라도, 최종적으로 세라믹 전구체층에는 높은 에너지가 인가되기 때문에, 기판 파손 없이 기존의 단일 광소결 공정과 동일한 효과를 나타낼 수 있다.That is, in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, even by applying a thermal energy using a heat source to the ceramic precursor layer, even if an extremely short white light energy as low as thermal energy is applied, a high energy is finally applied to the ceramic precursor layer. Therefore, it is possible to exhibit the same effect as the conventional single light sintering process without damaging the substrate.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 극단파 백색광을 이용한 광소결 뿐만 아니라, 열원을 이용한 열소결을 동시에 진행함으로써, 저온 소결 공정이 가능한 동시에 극단파 백색광 에너지의 적용 범위를 확장할 수 있다.Therefore, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention simultaneously performs not only light sintering using ultra-short white light, but also heat sintering using a heat source, thereby enabling a low-temperature sintering process and simultaneously extending the range of application of ultra-short white light energy. You can.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 기판(S) 상에 형성된 세라믹 전구체층에 백색광을 조사하는 백색광 조사부(110)를 포함한다.The light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
백색광 조사부(110)는 백색광을 발생시켜 기판(S) 방향인 하측 방향으로 조사하는 구성 요소이다. 백색광 조사부(110)는 백색광을 조사할 수 있는 다양한 구성을 가질 수 있으나, 바람직하게는, 백색광 조사부(110)는 제논 플래쉬 램프(Xenon Flash Lamp)가 사용될 수 있다.The
제논 플래쉬 램프는 기판(S) 표면으로 극단파 백색광을 출력하고, 극단파 백색광의 조사를 통하여 기판(S)에 형성된 세라믹 전구체층을 소결시킬 수 있다.The xenon flash lamp may output extreme white light to the surface of the substrate S, and sinter the ceramic precursor layer formed on the substrate S through irradiation of the extreme white light.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치에 사용되는 제논 플래쉬 램프는 밀리세컨트(ms) 이하의 짧은 주기로 고에너지를 인가할 수 있는 램프가 바람직하다.The xenon flash lamp used in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention is preferably a lamp capable of applying high energy in a short period of less than milliseconds (ms).
실시예에 따라, 백색광 조사부(110)는 적어도 하나 이상의 제논 플래쉬 램프를 포함할 수 있고, 제논 플래쉬 램프는 다수 개가 동시에 병렬로 설치될 수 있으며, 각 제논 플래쉬 램프를 개별적으로 제어할 수 있다. 적어도 하나 이상의 제논 플래쉬 램프를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 도 2a 및 도 2b에서 설명하기로 한다.According to an embodiment, the white
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 백색광 조사부(110)로부터 방출되는 백색광을 반사시키는 반사판(120)을 포함한다.The light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
반사판은 백색광 조사부(110)로부터 방출되는 백색광을 완전하게 하측 방향으로 출사하기 위하여 거울면을 가지는 것이 바람직하다.It is preferable that the reflector has a mirror surface in order to emit white light emitted from the white
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 기판(S)의 하부에 배치되고, 세라믹 전구체층에 열을 가하는 열원을 포함하는 지지부(130)를 포함한다.The light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention is disposed under the substrate S and includes a
지지부(130)는 기판(S)의 하부에 배치되어, 백색광 조사부(110)로부터 방출되는 극단파 백색광이 조사되는 세라믹 전구체층을 지지하는 구성요소이다. 지지부(130)는 기판(S) 상에 형성된 세라믹 전구체층에 열을 가하기 위한 열원을 포함한다.The
열원은 접촉형 및 비접촉형 중 적어도 어느 하나일 수 있고, 예를 들면, 열원은 가열판(Hot plate), 히터(Heater) 및 오븐(oven)일 수 있다.The heat source may be at least one of a contact type and a non-contact type. For example, the heat source may be a hot plate, a heater, and an oven.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 포함함으로써, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)의 온도를 100℃내지 700℃로 조절할 수 있다.Therefore, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may include a heat source, so that the temperature of the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed can be adjusted to 100 ° C to 700 ° C.
기판(S)의 온도가 100℃ 이하인 경우, 열 에너지가 충분하기 않아 높은 극단파 백색광 에너지가 요구되고, 기판의 온도가 700℃를 초과하는 경우, 세라믹 전구체층과 기판 계면에서 막의 수축이 과도하게 일어나 박리 및 상변화가 발생되는 문제가 있다.When the temperature of the substrate S is 100 ° C. or less, a high extreme white light energy is required due to insufficient thermal energy, and when the temperature of the substrate exceeds 700 ° C., the film shrinks excessively at the interface between the ceramic precursor layer and the substrate. There is a problem that separation occurs and phase change occurs.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 소결하고자 하는 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)의 근방에 열원을 위치시켜 세라믹 전구체층을 목표 온도까지 승온시킬 수 있다. That is, in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, a ceramic precursor layer may be heated to a target temperature by placing a heat source near the substrate S on which the ceramic precursor layer to be sintered is formed.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 사용함으로써, 상온에서 진행하는 광소결보다 낮은 에너지에서 세라믹 전구체층을 소결시킬 수 있고, 세라믹 전구체층에 가해지는 열 부하를 감소시킬 수 있기 때문에 세라믹 전구체층의 손상을 감소시킬 수 있다.Therefore, the photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention can use a heat source to sinter the ceramic precursor layer at a lower energy than photo-sintering at room temperature, and reduce the heat load applied to the ceramic precursor layer. Therefore, damage to the ceramic precursor layer can be reduced.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 사용함으로써, 광소결 시, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클을 낮은 에너지를 갖는 펄스 사이클 및 높은 에너지를 가지는 펄스 사이클로 조절할 수 있다.In addition, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, by using a heat source, during light sintering, at least two or more pulse cycles can be adjusted to a low-energy pulse cycle and a high-energy pulse cycle.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 사용함으로써, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)에 열원을 이용하여 열 에너지를 가하는 동시에 낮은 에너지에서 높은 에너지로 펄스를 조사하는 광소결 공정을 진행할 수 있기 때문에, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)이 단계적으로 온도가 상승되어 세라믹 전구체층과 기판(S) 사이의 온도 차이로 인한 손상을 최소화시킬 수 있다.More specifically, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention uses a heat source to apply thermal energy to a substrate S on which a ceramic precursor layer is formed using a heat source while simultaneously irradiating pulses from low energy to high energy. Since the photo-sintering process can be performed, the temperature of the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed is gradually increased, thereby minimizing damage due to a temperature difference between the ceramic precursor layer and the substrate S.
예를 들면, 기판(S)의 목표 온도를 500℃로 설정하고, 극단파 백색광을 조사하고자 하는 경우, 기판(S)의 온도가 500℃까지 승온되는 승온 시간이 너무 짧다면 기판(S)의 급격한 온도 변화에 의해 세라믹 전구체층에 손상이 발생되게 된다. For example, if the target temperature of the substrate S is set to 500 ° C., and when the extreme white light is to be irradiated, if the temperature increase time at which the temperature of the substrate S is raised to 500 ° C. is too short, Damage to the ceramic precursor layer is caused by a rapid temperature change.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치의 경우, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 1℃내지 10℃로 승온시킬 수 있다.Therefore, in the case of the photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed can be heated to 1 ° C to 10 ° C.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치의 지지부(130)는 기판(S)를 수평 방향으로 이동시키는 슬라이더(slider; 140)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
슬라이더(140)는 지지부(130)에 연결되어 지지부(130)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 슬라이더(140)는 기판(S)이 목표 온도에 도달하면 지지부(130)를 백색광 조사부(110)의 하부로 이동시킬 수 있다. 기판(S)의 목표 온도는 100℃내지 700℃일 수 있다.The
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 슬라이더(140)를 백색광 조사부(110)의 하부가 아닌 다른 영역에 고정(광소결 공정 전 또는 후)시킨 상태에서 열원을 이용하여 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 가열시킨 다음, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)이 목표 온도에 도달하면, 슬라이더(140)를 백색광 조사부(110)의 하부로 수평 이동시켜 광소결 공정을 진행할 수 있다.More specifically, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention uses a heat source in a state in which the
보다 구체적으로, 도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치에서 광소결이 진행되는 순간을 도시한 도면이기에, 슬라이더(140)는 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 백색광 조사부(110)의 하부로 이동시켰다.More specifically, since FIG. 1A is a view showing a moment when light sintering is performed in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, the
반면, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치에서 광소결이 진행되기 전 또는 후를 도시한 도면이기에, 슬라이더(140)는 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 백색광 조사부(110)의 하부에서 멀어지도록 이동시켰다.On the other hand, Figure 1b is a view showing before or after the light sintering in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 백색광 조사부(110)의 하부가 아닌 다른 영역에서 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 가열시킴으로써, 열원으로 인해 백색광 조사부(110) 또는 다른 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, by heating the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed in a region other than the lower portion of the white
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 백색광 조사부(110)에 전력을 공급하는 파워 서플라이(150)를 포함한다. 파워 서플라이(140)는 전압 및 전류를 발생하고, 발생된 전압 및 전류를 백색광 조사부(110)로 전달한다.The light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 적어도 하나 이상의 파워 서플라이(150)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 파워 서플라이(150)는 내부에 시머트리거링 제어회로(Simmer triggering control circuit), 제1 파워 서플라이 및 제2 파워 서플라이를 포함할 수 있다.In addition, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may include at least one
제1 파워 서플라이 및 제2 파워 서플라이는 파워 서플라이(150) 내에 분리되어 형성되거나, 각각의 파워 서플라이(150)가 별도로 분리되어 형성될 수 있다.The first power supply and the second power supply may be formed separately in the
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 파워 서플라이(150)에 연결되어 백색광 조사부(110)에 순간적인 고전력을 공급하는 커패시터(161, 162)를 포함한다. 커패시터(161, 162)는 전하를 집적하여 저장하고, 백색광 조사부(110)의 양 전극 사이에 스파크가 발생하는 경우, 저장한 전하를 백색광 조사부(110)로 전달한다.The light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes
즉, 커패시터(161, 162)는 펄스 형성을 초래하기 위해 순간적으로 높은 전력을 매우 짧은 시간 내에 전달할 수 있다.That is, the
따라서, 파워 서플라이(140)로부터 전압 및 전류가 백색광 조사부(110)에 입력되면 커패시터(161, 162)로부터 집적된 전하를 인가 받아 백색광 조사부(110) 내에서 아크 플라즈마가 생성된다. 그러면 백색광 조사부(110)에서 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S) 표면으로 극단파 백색광이 출력될 수 있다.Accordingly, when voltage and current are input from the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 적어도 하나 이상의 커패시터(161, 162)를 포함할 수 있다.In addition, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may include at least one or
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 백색광 조사부(110)로부터 방출되는 백색광이 적어도 둘 이상의 펄스 사이클로 조사되도록 제어하는 컨트롤러(170)를 포함한다. 컨트롤러(170)는 백색광 조사부(110)에 전원을 인가하여 공정을 진행하는 구성요소이다.The light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
컨트롤러(170)는 백색광 조사부(110)에 대하여 펄스 형태로 전원을 인가할 수 있고, 컨트롤러(170)는 시간 변화에 따라 서로 다른 높이를 가지는 펄스를 인가하거나, 2개 이상의 펄스를 믹싱(mixing)하여 더 다양한 높이 변화를 가지는 펄스를 인가할 수 있다.The
보다 구체적으로, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 펄스 파라미터가 상이하고, 펄스 파라미터는 펄스 강도, 펄스 갭, 펄스 폭 및 펄스 수 중 적어도 어느 하나일 수 있다.More specifically, at least two or more pulse cycles have different pulse parameters, and the pulse parameters may be at least one of pulse intensity, pulse gap, pulse width, and number of pulses.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 슈퍼 사이클을 이용하여 세라믹 전구체층을 소결시킬 수 있고, 슈퍼 사이클은 펄스 파라미터가 상이한 적어도 둘 이상의 펄스 사이클을 포함한다.That is, the photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may sinter the ceramic precursor layer using a super cycle, and the super cycle includes at least two pulse cycles having different pulse parameters.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 제2 펄스 사이클보다 비교적 낮은 에너지의 펄스 강도와 긴 펄스 갭을 인가하는 제1 펄스 사이클 및 제1 펄스 사이클보다 비교적 높은 에너지의 펄스 강도와 짧은 펄스 갭을 인가하는 제2 펄스 사이클을 포함하여, 세라믹 전구체층의 손상을 최소화 시킬 수 있는 슈퍼 사이클일 수 있다. 그러나, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 이에 제한되지 않고, 제1 내지 제3 펄스 사이클을 포함할 수 있고, 제1 내지 제3 펄스 사이클을 포함하는 기술에 대해서는 도 1d에서 설명하기로 한다.The at least two or more pulse cycles include a first pulse cycle applying a pulse intensity of relatively lower energy and a longer pulse gap than the second pulse cycle, and a second pulse applying a pulse pulse of relatively higher energy than the first pulse cycle and a short pulse gap. Including a cycle, it may be a super cycle that can minimize damage to the ceramic precursor layer. However, at least two or more pulse cycles are not limited thereto, and the first to third pulse cycles may be included, and a technique including the first to third pulse cycles will be described with reference to FIG. 1D.
또한, 슈퍼 사이클에 포함되는 제1 펄스 사이클은 세라믹 전구체층을 광소결 시키기 위한 소결 온도에 도달할 수 있도록 소결 온도를 점진적으로 증가시키 위해 진행되고, 제2 펄스 사이클은 세라믹 전구체층을 완전히 광소결(실질적 광소결)시키기 위해 진행될 수 있다.In addition, the first pulse cycle included in the super cycle proceeds to gradually increase the sintering temperature so as to reach the sintering temperature for photo-sintering the ceramic precursor layer, and the second pulse cycle completely sinters the ceramic precursor layer. (Substantial photo-sintering).
예를 들면, 세라믹 전구체층이 소결 온도에 도달할 수 있도록 점진적으로 소결 온도를 증가시키기 위한 제1 펄스 사이클은 50 J/cm2의 펄스 강도, 10ms의 펄스 폭, 100ms의 펄스 갭 및 6의 펄스 수를 갖도록 조절될 수 있고, 세라믹 전구체층이 실질적으로 광소결되도록 하는 제2 펄스 사이클은 100 J/cm2의 펄스 강도, 10ms의 펄스 폭, 10ms의 펄스 갭 및 6의 펄스 수를 갖도록 조절될 수 있으며, 제1 펄스 사이클 및 제2 펄스 사이클은 1000ms의 펄스 갭을 갖는 슈퍼 사이클일 수 있다.For example, the first pulse cycle for gradually increasing the sintering temperature so that the ceramic precursor layer can reach the sintering temperature is a pulse intensity of 50 J / cm 2 , a pulse width of 10 ms, a pulse gap of 100 ms and a pulse of 6 The second pulse cycle, which allows the ceramic precursor layer to be substantially photo-sintered, can be adjusted to have a pulse intensity of 100 J / cm 2 , a pulse width of 10 ms, a pulse gap of 10 ms and a pulse number of 6 The first pulse cycle and the second pulse cycle may be super cycles having a pulse gap of 1000 ms.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 이용하여 세라믹 전구체층이 형성된 기판에 열 에너지를 가하는 동시에, 슈퍼 사이클로 백색광을 인가함으로써, 백색광 조사부에 인가되는 극단파 백색광 에너지를 감소시키는 동시에 세라믹 전구체층의 소결도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention applies thermal energy to a substrate on which a ceramic precursor layer is formed using a heat source, and at the same time, applies white light in a super cycle, thereby reducing the energy of the ultra-short white light applied to the white light irradiation unit. At the same time, the degree of sintering of the ceramic precursor layer can be improved.
또한, 본 일 발명의 실시예에 따른 광소결 장치는 광소결 시, 각 펄스 또는 펄스 사이클 간의 펄스 강도, 펄스 갭, 펄스 폭 및 펄스 수 중 적어도 어느 하나를 제어함으로써, 광소결 공정 시, 세라믹 전구체층의 온도가 상승하는 것을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 세라믹 전구체층과 기판 사이의 온도 차이로 의한 열충격(thermal shock)을 최소화시키는 동시에 광소결 효과를 극대화시킬 수 있다.In addition, the photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, during photo-sintering, by controlling at least one of the pulse intensity, pulse gap, pulse width and pulse number between each pulse or pulse cycle, during the photo-sintering process, the ceramic precursor It is possible to control the temperature of the layer from rising. Therefore, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention can minimize the thermal shock due to the temperature difference between the ceramic precursor layer and the substrate (thermal shock) while maximizing the light sintering effect.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 강도(Intensity)는 50 J/cm2 내지 200 J/cm2 일 수 있다.The pulse intensity of the pulses included in at least two or more pulse cycles may be 50 J / cm 2 to 200 J / cm 2 .
예를 들면, 금속 기반의 물질에 비해 세라믹 기반의 물질은 녹는점이 매우 높기 때문에 열소결을 진행하는 경우, 1000℃이상의 매우 높은 온도가 요구된다. 또한, 세라믹 기반의 물질을 광소결시킨다 하더라도 열소결과 비슷한 소결도를 나타내기 위해서는 열소결 온도에 해당하는 만큼의 강한 펄스 강도를 필요로 한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 이용한 열소결 및 극단파 백색광을 이용한 광소결을 동시에 진행함으로써, 50 J/cm2 내지 200 J/cm2 의 펄스 강도로 광소결을 진행하여도 높은 소결도를 나타낼 수 있다.For example, a ceramic-based material has a very high melting point compared to a metal-based material, and thus, when performing heat sintering, a very high temperature of 1000 ° C or higher is required. In addition, even if the ceramic-based material is photo-sintered, in order to exhibit a similar sintering degree to heat sintering, a strong pulse strength corresponding to the heat sintering temperature is required. However, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention simultaneously performs heat sintering using a heat source and light sintering using extreme white light, thereby performing light sintering with a pulse intensity of 50 J / cm 2 to 200 J / cm 2 . High sintering degree can be exhibited even if it progresses.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 갭(Pulse gap)은 내지 0.1ms 내지 300ms 일 수 있다.The pulse gap of a pulse included in at least two or more pulse cycles may be from 0.1 ms to 300 ms.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 폭(Pulse width)은 0.01ms 내지 50ms 일 수 있다.The pulse width of a pulse included in at least two or more pulse cycles may be 0.01 ms to 50 ms.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 수(Pulse number)는 1 내지 100 일 수 있다.The pulse number of the pulses included in at least two or more pulse cycles may be 1 to 100.
또한, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클 간의 펄스 갭은 10ms 내지 1min일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클 간의 펄스 갭은 10ms 내지 1000ms일 수 있다.Also, a pulse gap between at least two or more pulse cycles may be 10 ms to 1 min. Preferably, the pulse gap between at least two or more pulse cycles may be 10 ms to 1000 ms.
또한, 컨트롤러(170)는 세라믹 전구체층의 물질에 따라 적어도 둘 이상의 펄스 사이클의 펄스 파라미터를 변화시킬 수 있다.In addition, the
바람직하게는, 세라믹 전구체층은 세라믹 전구체를 포함할 수 있고, 세라믹 전구체는 지르코니아 전구체 및 세리아 전구체 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Preferably, the ceramic precursor layer may include a ceramic precursor, and the ceramic precursor may include at least one of a zirconia precursor and a ceria precursor material.
보다 바람직하게는, 세라믹 전구체는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ:(ZrO2)1-x(Y2O3)x(0.08=x≤=0.13)), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ:(ZrO2)1-x (Sc2O3)x(0.09=x≤=0.10)), 세리아(CeO2)를 첨가물로 첨가한 스칸디아 안정화 지르코니아(ScCeSZ:(ZrO2)1-x(CeO2)0.01(Sc2O3(0.09=x)), 사마리움 도핑한 세리아(SDC:SmxCe1-xO2(0.1=x≤=0.2)), 갈도리니움 도핑한 세리아(GDC:SmxCe1-xO2 (0.1=x≤=0.2)) 및 이트리아 도핑한 세리아(YDC:(Y2O3)xCe1-xO2(0.1=x≤=0.2)) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.More preferably, the ceramic precursor is yttria stabilized zirconia (YSZ: (ZrO 2 ) 1-x (Y 2 O 3 ) x (0.08 = x≤ = 0.13)), scandia stabilized zirconia (ScSZ: (ZrO 2 ) 1 -x (Sc 2 O 3 ) x (0.09 = x≤ = 0.10)), Scania stabilized zirconia with ceria (CeO 2 ) as an additive (ScCeSZ: (ZrO 2 ) 1-x (CeO2) 0.01 (Sc 2 O 3 (0.09 = x)), Samarium doped ceria (SDC: SmxCe 1-x O 2 (0.1 = x≤ = 0.2)), Galdorinium doped ceria (GDC: SmxCe 1-x O 2 (0.1 = x≤ = 0.2)) and yttria doped ceria (YDC: (Y 2 O 3 ) x Ce 1-x O 2 (0.1 = x≤ = 0.2)).
또한, 컨트롤러(170)는 세라믹 전구체의 구성 성분에 따라 적어도 둘 이상의 펄스 사이클의 펄스 파라미터를 변화시킬 수 있다.In addition, the
따라서, 세라믹 전구체가 제1 구성 성분 및 제2 구성 성분으로 이루어지는 경우, 제1 구성 성분은 제1 펄스 사이클에 의해 보다 많이 소결되고, 제2 구성 성분의 제2 펄스 사이클에 의해 보다 많이 소결될 수 있다.Therefore, when the ceramic precursor is composed of the first constituent component and the second constituent component, the first constituent component is more sintered by the first pulse cycle, and the second constituent component can be more sintered by the second pulse cycle. have.
즉, 제1 구성 성분은 제1 펄스 사이클에 의한 소결 정도가 제2 펄스 사이클에 의한 소결 정도보다 크고, 제2 구성 성분은 제2 펄스 사이클에 의한 소결 정도가 제1 펄스 사이클에 의한 소결 정도보다 클 수 있다.That is, in the first component, the degree of sintering by the first pulse cycle is greater than the degree of sintering by the second pulse cycle, and in the second component, the degree of sintering by the second pulse cycle is greater than that by the first pulse cycle. It can be big.
그러므로, 컨트롤러(170)에서 펄스 사이클의 펄스 파라미터를 조절함으로써, 세라믹 전구체층의 열충격을 방지하는 동시에 소결도를 향상시킬 수 있다.Therefore, by controlling the pulse parameter of the pulse cycle in the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 슈퍼 사이클을 이용하여 제1 펄스 사이클에서 점진적으로 온도를 증가시키고 메인 사이클인 제2 펄스 사이클에서 광소결을 진행하여 열충격을 방지하는 동시에 상대적으로 높은 온도에서의 노출 시간을 증가시켜 소결 가능성을 증대시킬 수 있다.Accordingly, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention uses a super cycle to gradually increase the temperature in the first pulse cycle and proceeds to light sintering in the second cycle, which is the main cycle, to prevent thermal shock and relatively The sintering potential can be increased by increasing the exposure time at high temperatures.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치의 장치 연결 구조에 대해서는 도 1c를 참조하여 설명하기로 한다.The device connection structure of the optical sintering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1C.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치의 장치 연결도이다.1C is a device connection diagram of an optical sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 제1 펄스 사이클 및 제2 펄스 사이클을 포함할 수 있고, 제1 펄스 사이클은 제1 파워 서플라이 및 제1 커패시터(161)를 통해 수행될 수 있고, 제2 펄스 사이클은 제2 파워 서플라이 및 제2 커패시터(162)를 통해 수행될 수 있다.At least two or more pulse cycles using the photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may include a first pulse cycle and a second pulse cycle, and the first pulse cycle includes a first power supply and a
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치의 파워 서플라이(150)는 내부에 시머트리거링 제어회로(Simmer triggering control circuit), 제1 파워 서플라이 및 제2 파워 서플라이를 포함할 수 있다.The
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 제1 파워 서플라이 및 제1 커패시터(161)가 연결된 제1 세트(set)를 구성하여 제1 펄스 사이클을 조절할 수 있고, 제2 파워 서플라이 및 제2 커패시터(162)가 연결된 제2 세트(set)를 구성하여 제2 펄스 사이클을 조절할 수 있다. 또한, 제1 세트 및 제2 세트는 서로 연결될 수 있다.Accordingly, the optical sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may configure the first set to which the first power supply and the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 제1 파워 서플라이 및 제1 커패시터(161)가 연결된 제1 세트를 통해 제1 펄스 사이클이 방출되면, 제2 파워 서플라이 및 제2 커패시터(162)가 연결된 제2 세트는 제2 펄스 사이클을 방출하기 위한 극단파 백색광 에너지를 충전 및 방출하기 위한 준비를 수행할 수 있다.In addition, when the first pulse cycle is emitted through the first set to which the first power supply and the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 제1 펄스 사이클로 광소결되는 동안, 제2 펄스 사이클을 준비할 수 있으므로, 광소결 공정 시간을 감소시키는 동시에 세라믹 전구체층을 열충격 없이 완전히 소결시킬 수 있다.Therefore, the photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention can prepare a second pulse cycle while photo-sintering with a first pulse cycle, thereby reducing the photo-sintering process time and simultaneously sintering the ceramic precursor layer completely without thermal shock. You can.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 슈퍼 사이클의 패턴을 도시한 개략도 이다.1D is a schematic diagram showing a pattern of a super cycle using a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치에 포함되는 컨트롤러는 슈퍼 사이클을 제어할 수 있고, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 제1 내지 제3 펄스 사이클을 포함할 수 있다.The controller included in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may control a super cycle, and at least two or more pulse cycles may include first to third pulse cycles.
제1 펄스 사이클은 세라믹 전구체층의 온도를 점진적으로 높이기 위해 제2 펄스 사이클보다 낮은 에너지의 펄스가 동일한 펄스 강도를 갖도록 반복 조사 수 있고, 제2 펄스 사이클은 세라믹 전구체층에 강한 극단파 백색광을 조사시켜 세라믹 전구체층을 소결시키기 제1 펄스 사이클보다 강한 에너지의 펄스가 동일한 펄스 강도로 반복 조사될 수 있으며, 제3 펄스 사이클은 소결 온도를 점진적으로 감소시키기 위해 펄스 강도를 점진적으로 감소시켜 반복 조사될 수 있다.The first pulse cycle may be repeatedly irradiated such that pulses of lower energy than the second pulse cycle have the same pulse intensity to gradually increase the temperature of the ceramic precursor layer, and the second pulse cycle irradiates strong ultra-short white light to the ceramic precursor layer. In order to sinter the ceramic precursor layer, pulses of energy stronger than the first pulse cycle may be repeatedly irradiated with the same pulse intensity, and the third pulse cycle may be repeatedly irradiated by gradually decreasing the pulse intensity to gradually decrease the sintering temperature. You can.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 슈퍼 사이클을 이용하여 세라믹 전구체층의 소결도를 향상시키는 동시에 열충격을 방지할 수 있다.Therefore, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention can improve the sintering degree of the ceramic precursor layer by using a super cycle and prevent thermal shock.
예를 들어, 제1 펄스 사이클에서 온 시간(on time)을 10 ms로 하고, 오프 시간(off time)을 10 ms 정도로 하여 6개의 펄스를 인가할 때, 각 펄스의 에너지는 10 J/cm2 내지 15 J/cm2 정도로 총합계 60 J/cm2 내지 90 J/cm2 정도의 에너지를 주어 세라믹 전구체층의 온도를 점진적으로 증가시킬 수 있다.For example, when 6 pulses are applied with an on time of 10 ms and an off time of 10 ms in the first pulse cycle, the energy of each pulse is 10 J / cm 2 It is possible to gradually increase the temperature of the ceramic precursor layer by applying an energy of about 60 J / cm 2 to 90 J / cm 2 in total of about 15 J / cm 2 .
이후, 제2 펄스 사이클에서 온 시간(on time)을 10 ms로 하고, 오프 시간(off time)을 10 ms 정도로 하여 6개의 펄스를 인가할 때, 각 펄스의 에너지는 20 J/cm2 내지 30 J/cm2 정도로 총합계 120 J/cm2 내지 180 J/cm2 정도의 에너지를 주어 세라믹 전구체층을 광소결시킬 수 있다.Thereafter, when the on time is 10 ms in the second pulse cycle and the off time is about 10 ms, when 6 pulses are applied, the energy of each pulse is 20 J / cm 2 to 30 J / cm 2, so a grand total 120 J / cm 2 to 180 given the degree of J / cm 2 energy can be light sinter the ceramic precursor layer.
마지막 제3 펄스 사이클에서 온 시간(on time)을 10ms로 하고, 오프 시간(off time)을 100ms 정도로 하여 6개의 펄스를 인가할 때, 각 펄스의 에너지를 20 J/cm2, 15 J/cm2, 10 J/cm2, 5 J/cm2, 3 J/cm2 및 1 J/cm2 정도로 인가하여 에너지를 점진적으로 감소시킴으로써 세라믹 박막(또는 세라믹 전구체층)의 온도를 천천히 감소시켜 열충격(thermal shock)을 방지할 수 있다.In the last third pulse cycle, when the on time is 10 ms and the off time is about 100 ms, when applying 6 pulses, the energy of each pulse is 20 J / cm 2 , 15 J / cm 2 , 10 J / cm 2 , 5 J / cm 2 , 3 J / cm 2 and 1 J / cm 2 are applied to gradually decrease the energy to gradually reduce the temperature of the ceramic thin film (or ceramic precursor layer), thereby causing thermal shock ( thermal shock).
도 2a 및 도 2b는 복수의 백색광 조사부를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이고, 도 2c는 복수의 백색광 조사부를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치의 장치 연결도이다.2A and 2B are schematic views showing a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention including a plurality of white light irradiation units, and FIG. 2C is light sintering according to an embodiment of the present invention including a plurality of white light irradiation units It is a device connection diagram of the device.
보다 구체적으로, 도 2a은 광소결이 진행되는 중의 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이고, 도 2b은 광소결이 진행되기 전/후의 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이다.More specifically, Figure 2a is a schematic diagram showing a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention during light sintering, Figure 2b is a light according to an embodiment of the present invention before / after the light sintering is in progress It is a schematic diagram showing a sintering apparatus.
도 2a 내지 도 2c는 복수의 백색광 조사부를 포함하는 것을 제외하면 도 1a 및 도 1b와 동일하므로, 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.2A to 2C are the same as in FIGS. 1A and 1B except for including a plurality of white light irradiation units, and thus description of the same components will be omitted.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 제1 및 제2 백색광 조사부(111, 112)를 포함할 수 있다.The light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention may include first and second white
제1 및 제2 백색광 조사부(111, 112)는 백색광을 발생시켜 기판(S) 방향인 하측 방향으로 조사하는 구성 요소이다. 제1 및 제2 백색광 조사부(111, 112)는 백색광을 조사할 수 있는 다양한 구성을 가질 수 있으나, 바람직하게는, 제1 및 제2 백색광 조사부(111, 112)는 제논 플래쉬 램프(Xenon Flash Lamp)가 사용될 수 있다.The first and second white
제논 플래쉬 램프는 기판(S) 표면으로 극단파 백색광을 출력하고, 극단파 백색광의 조사를 통하여 기판(S)에 형성된 세라믹 전구체층을 소결시킬 수 있다.The xenon flash lamp may output extreme white light to the surface of the substrate S, and sinter the ceramic precursor layer formed on the substrate S through irradiation of the extreme white light.
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치에 사용되는 제논 플래쉬 램프는 밀리세컨트(ms) 이하의 짧은 주기로 100J 이상의 고에너지를 인가할 수 있는 램프가 바람직하다.The xenon flash lamp used in the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention is preferably a lamp capable of applying high energy of 100J or more in a short period of less than milliseconds (ms).
본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치가 복수의 백색광 조사부를 포함하는 경우, 제1 파워 서플라이, 제1 커패시터(161) 및 제1 백색광 조사부(111)가 연결된 제1 세트(set)가 제1 펄스 사이클을 조절할 수 있고, 제2 파워 서플라이, 제2 커패시터(162) 및 제2 백색광 조사부(112)가 연결된 제2 세트(set)가 제2 펄스 사이클을 조절할 수 있다. 또한, 제1 세트 및 제2 세트는 서로 연결될 수 있다.When the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plurality of white light irradiation units, a first set connected to a first power supply, a
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치는 복수의 백색광 조사부(111, 112)를 포함함으로써, 제1 백색광 조사부(111) 및 제2 백색광 조사부(112)에 번갈아 펄스 사이클을 조사할 수 있으므로, 단일의 백색광 조사부에서는 사용할 수 없는 펄스 사이클 조건을 사용할 수 있다.Therefore, the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plurality of white
도 3a 및 도 3b는 복수의 백색광 조사부를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치를 도시한 개략도이다.3A and 3B are schematic views showing a light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention including a plurality of white light irradiation units.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치는 지지부(130)로 컨베이어 벨트를 사용하는 것을 제외하면 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치와 동일한 구성을 포함하므로, 동일한 구성요소에 대한 설명을 생략하기로 한다.Since the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention includes the same configuration as the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, except that a conveyor belt is used as the
본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치는 지지부(130)로 기판(S)를 수평 방향으로 이동시키는 컨베이어 벨트가 사용될 수 있다.In the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention, a conveyor belt for moving the substrate S in the horizontal direction to the
컨베이어 벨트는 기판(S)을 수평 방향으로 이동시키기 위해 기판(S)의 하부에 위치하고 자체 회전할 수 있다.The conveyor belt is located under the substrate S to move the substrate S in the horizontal direction and can rotate itself.
또한, 컨베이어 벨트는 기판(S) 상에 형성된 세라믹 전구체층에 열을 가하기 위한 열원을 포함한다.In addition, the conveyor belt includes a heat source for applying heat to the ceramic precursor layer formed on the substrate S.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치는 열원을 포함함으로써, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)의 온도(목표 온도)를 100℃내지 700℃로 조절할 수 있다.Accordingly, the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention may include a heat source, so that the temperature (target temperature) of the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed can be adjusted to 100 ° C to 700 ° C.
보다 구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치는 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)에 열원을 이용하여 열 에너지를 가하는 동시에 낮은 에너지에서 높은 에너지로 펄스를 조사하는 광소결 공정을 진행함으로써, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)이 단계적으로 온도가 상승되어 세라믹 전구체층과 기판(S) 사이의 온도 차이로 인한 손상을 최소화시킬 수 있다.More specifically, the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention applies a heat energy to a substrate S on which a ceramic precursor layer is formed using a heat source while simultaneously performing a light sintering process of irradiating pulses from low energy to high energy. By doing so, the temperature of the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed is gradually increased, thereby minimizing damage due to a temperature difference between the ceramic precursor layer and the substrate S.
예를 들면, 기판(S)의 목표 온도를 500℃로 설정하고, 극단파 백색광을 조사하고자 하는 경우, 기판(S)의 온도가 500℃까지 승온되는 승온 시간이 너무 짧다면 기판(S)의 급격한 온도 변화에 의해 세라믹 전구체층에 손상이 발생된다. For example, if the target temperature of the substrate S is set to 500 ° C., and when the extreme white light is to be irradiated, if the temperature increase time at which the temperature of the substrate S is raised to 500 ° C. is too short, the substrate S Damage to the ceramic precursor layer is caused by a rapid temperature change.
따라서, 컨베이어 벨트를 사용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치의 경우, 컨베이어 상부에 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)이 이동됨과 동시에 단계적으로 목표는 온도에 도달할 수 있도록 영역 별로 온도를 설정할 수 있다.Therefore, in the case of the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention using a conveyor belt, the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed on the conveyor is moved, and at the same time, the target is step by step so that the temperature is reached for each region to reach the temperature. Can be set.
예를 들면, 컨베이어 상부의 온도를 영역 별로 100℃구간, 200℃구간, 300℃구간, 400℃구간 및 500℃구간을 형성하는 경우, 100℃구간에 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)이 투입되고, 500℃구간에 도달하였을 때 극단파 백색광을 이용한 광소결이 진행될 수 있다.For example, when forming the temperature of the upper part of the conveyor for each region at a temperature of 100 ° C, 200 ° C, 300 ° C, 400 ° C, and 500 ° C, the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed is added at 100 ° C. When the 500 ° C section is reached, light sintering using extreme white light may proceed.
보다 구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치는 백색광 조사부(110)의 하부가 아닌 다른 영역에 점진적으로 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 가열시킨 다음, 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)이 목표 온도에 도달하면, 백색광 조사부(110)의 하부로 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)이 수평 이동되어 광소결 공정이 진행될 수 있다.More specifically, the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention gradually heats the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed in a region other than the lower portion of the white
보다 구체적으로, 도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치에서 광소결이 진행되는 순간을 도시한 도면이기에, 컨베이어 벨트는 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 백색광 조사부(110)의 하부로 이동시켰다.More specifically, Figure 3a is a diagram showing the moment the light sintering proceeds in the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention, the conveyor belt is a white
반면, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치에서 광소결이 진행되기 전 또는 후를 도시한 도면이기에, 컨베이어 벨트는 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 백색광 조사부(110)의 하부에서 멀어지도록 이동시켰다.On the other hand, Figure 3b is a diagram showing before or after the light sintering in the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention, the conveyor belt is a substrate (S) formed with a ceramic precursor layer of the white
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소결 장치는 백색광 조사부(110)의 하부가 아닌 다른 영역에서 세라믹 전구체층이 형성된 기판(S)을 가열시킴으로써, 열원으로 인해 백색광 조사부(110) 또는 다른 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the light sintering apparatus according to another embodiment of the present invention by heating the substrate S on which the ceramic precursor layer is formed in a region other than the lower portion of the white
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 광소결 방법을 도시한 흐름도이다.Figure 4 is a flow chart showing a light sintering method using a light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
광소결 방법은 열원을 포함하는 지지부 상에 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 배치하는 단계(S110), 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 목표 온도까지 가열하는 단계(S120), 가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 백색광 조사부 하부로 이동시키는 단계(S130), 가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판에 백색광을 조사하여 소결시키는 단계(S140, S150) 및 소결된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 반출하는 단계(S160)를 포함한다.The photo-sintering method includes disposing a substrate including a ceramic precursor layer on a support portion including a heat source (S110), heating a substrate including the ceramic precursor layer to a target temperature (S120), and heating the heated ceramic precursor layer. The step of moving the substrate including the white light irradiation unit (S130), the step of irradiating the white light on the substrate containing the heated ceramic precursor layer to sinter (S140, S150) and the substrate containing the sintered ceramic precursor layer to be carried out Step S160 is included.
이하에서는, 지지부 하부에 슬라이더가 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 광소결 장치를 이용하여 세라믹 전구체층을 광소결시키는 기술에 대해 설명하나, 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, a technique for photo-sintering a ceramic precursor layer using a photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention in which a slider is formed under a support is described, but is not limited thereto.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 광소결 방법은 열원을 포함하는 지지부 상에 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 배치하는 단계(S110)를 진행한다.The photo-sintering method using the photo-sintering apparatus according to an embodiment of the present invention proceeds to a step (S110) of disposing a substrate including a ceramic precursor layer on a support portion including a heat source.
기판은 지지 역할이 가능한 다양한 물질을 선택하여 사용할 수 있다. 특히, 광소결 방법은 저온 소결 공정이 가능하기에, 열적 안정성이 약한 기판 물질도 사용할 수 있다.The substrate can be used by selecting various materials capable of supporting. In particular, since the photo-sintering method is capable of a low-temperature sintering process, a substrate material having poor thermal stability may also be used.
예를 들면, 기판으로 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN)과 같은 질소 화합물계 세라믹물질, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄(ZrO2), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 산화 티타늄(TiO2)과 같은 산소화합물 세라믹 또는 기타 세라믹 물질과 같은 절연층이 사용될 수 있다. 또한, 기판은 유기 기판이 사용될 수 있다.For example, a nitrogen compound-based ceramic material such as boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), yttria stabilized zirconia (YSZ), and oxidation as substrates An insulating layer such as an oxygen compound ceramic such as titanium (TiO 2 ) or other ceramic material may be used. In addition, an organic substrate may be used as the substrate.
바람직하게는, 기판은 실리콘(Si), 산화 실리콘(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 산화 티타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Preferably, the substrate may include at least one of silicon (Si), silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), yttria stabilized zirconia (YSZ) and titanium oxide (TiO 2 ). .
기판 상에 형성되는 세라믹 전구체층은 전구체 물질을 포함하는 전구체 용액, 전구체 잉크 및 전구체 페이스트 중 적어도 어느 하나를 이용하여 기판 상에 형성될 수 있다.The ceramic precursor layer formed on the substrate may be formed on the substrate using at least one of a precursor solution containing a precursor material, a precursor ink, and a precursor paste.
예를 들면, 세라믹 전구체층은 세라믹 전구체를 포함하는 세라믹 용액을 코팅하여 형성될 수 있고, 세라믹 용액은 유기 용매에 세라믹 전구체를 첨가하여 제조될 수 있으며, 세라믹 전구체는 지르코니아 전구체 및 세리아 전구체 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.For example, the ceramic precursor layer may be formed by coating a ceramic solution containing a ceramic precursor, the ceramic solution may be prepared by adding a ceramic precursor to an organic solvent, and the ceramic precursor may include at least one of zirconia precursor and ceria precursor materials. It can include any one.
보다 바람직하게는, 세라믹 전구체는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ:(ZrO2)1-x(Y2O3)x(0.08=x≤=0.13)), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ:(ZrO2)1-x (Sc2O3)x(0.09=x≤=0.10)), 세리아(CeO2)를 첨가물로 첨가한 스칸디아 안정화 지르코니아(ScCeSZ:(ZrO2)1-x(CeO2)0.01(Sc2O3(0.09=x)), 사마리움 도핑한 세리아(SDC:SmxCe1-xO2(0.1=x≤=0.2)), 갈도리니움 도핑한 세리아(GDC:SmxCe1-xO2 (0.1=x≤=0.2)) 및 이트리아 도핑한 세리아(YDC:(Y2O3)xCe1-xO2(0.1=x≤=0.2)) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.More preferably, the ceramic precursor is yttria stabilized zirconia (YSZ: (ZrO 2 ) 1-x (Y2O 3 ) x (0.08 = x≤ = 0.13)), scandia stabilized zirconia (ScSZ: (ZrO 2 ) 1-x (Sc 2 O 3 ) x (0.09 = x≤ = 0.10)), Scania stabilized zirconia with ceria (CeO 2 ) as an additive (ScCeSZ: (ZrO 2 ) 1-x (CeO2) 0.01 (Sc 2 O 3 ( 0.09 = x)), Samarium doped ceria (SDC: SmxCe 1-x O 2 (0.1 = x≤ = 0.2)), Galdolinium doped ceria (GDC: SmxCe 1-x O 2 (0.1 = x≤ = 0.2)) and yttria doped ceria (YDC: (Y 2 O 3 ) x Ce 1-x O 2 (0.1 = x≤ = 0.2)).
용매는 메탄올, 에탄올, 아세트산 및 아세틸 아세테이트 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기 용매가 사용될 수 있다.As the solvent, an organic solvent including at least one of methanol, ethanol, acetic acid, and acetyl acetate may be used.
실시예에 따라, 세라믹 용액은 바인더를 더 포함할 수 있다. 바인더로는 아크릴계, 에폭시계 및 우레탄계 바인더인 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the ceramic solution may further include a binder. The binder may include at least one of acrylic, epoxy, and urethane binders.
특히, 바인더로는 아크릴계 바인더를 사용할 수 있으며, 아크릴계 바인더는 금속산화물 등 세라믹 전구체와의 혼합성이 좋고, 분산제와 병용하면 고농도에서 안정한 세라믹 용액을 제조할 수 있다. 또한, 아크릴계 바인더는 수용성 폴리머이므로, 점도 안정성이 양호한 세라믹 용액을 제조할 수 있고, 무기질을 포함하지 않아 소결 잔사가 없으며, 성막성이 양호하여 필요한 두께로 성형이 가능하다.In particular, an acrylic binder may be used as the binder, and the acrylic binder has good mixing properties with a ceramic precursor such as a metal oxide, and when used in combination with a dispersant, a stable high-concentration ceramic solution can be produced. In addition, since the acrylic binder is a water-soluble polymer, a ceramic solution having good viscosity stability can be prepared, and since it does not contain an inorganic substance, there is no sintering residue, and film-forming properties are good, so that it can be molded to a required thickness.
세라믹 전구체층은 기판 상에 비진공 방법으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 세라믹 전구체층은 졸겔법, 유기 금속 용액 증착법, 딥 코팅, 스크린 프린팅법 및 스프레이 코팅법 중 적어도 어느 하나로 진행될 수 있다.The ceramic precursor layer may be formed on a substrate by a non-vacuum method, and preferably, the ceramic precursor layer may be processed by at least one of a sol-gel method, an organic metal solution deposition method, a dip coating method, a screen printing method, and a spray coating method.
종래에는 세라믹 전구체층을 형성하기 위해 물리 기상 증착법(PVD), 원자막 증착법 (ALD) 또는 화학 기상 증착법(CVD)과 같은 진공 증착 방법을 수행하였으나, 진공 증착 방법의 경우, 매우 낮은 증착률 때문에 공정 시간이 많이 소요되는 단점이 있고, 진공을 적용하기 위한 공정 비용이 많이 소모되는 단점이 있었다.Conventionally, vacuum deposition methods such as physical vapor deposition (PVD), atomic film deposition (ALD), or chemical vapor deposition (CVD) have been performed to form a ceramic precursor layer. There is a drawback that it takes a lot of time, and there is a drawback that a process cost for applying a vacuum is consumed a lot.
그러나, 광소결 방법은 열소결 및 광소결을 동시에 진행함으로써, 졸겔법 또는 스프레이 코팅법과 같은 비진공 공법을 사용하더라도 상온 및 상압 조건 하에서도 양질의 세라믹 박막을 제조할 수 있다.However, in the photo-sintering method, by simultaneously performing heat sintering and photo-sintering, even if a non-vacuum method such as a sol-gel method or a spray coating method is used, a high-quality ceramic thin film can be produced even under normal temperature and pressure conditions.
또한, 광소결 방법은 기판 상에 형성되는 세라믹 전구체층은 비진공 방법으로 형성된 박막 구조일수도 있고, 비진공 방법으로 형성한 다음, 패터닝 공정이 진행된 패터닝된 구조일수도 있다.In addition, in the photo-sintering method, the ceramic precursor layer formed on the substrate may be a thin film structure formed by a non-vacuum method, or a patterned structure formed by a non-vacuum method and then subjected to a patterning process.
광소결 방법은 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 목표 온도까지 가열하는 단계(S120)를 진행한다.The photo-sintering method proceeds to a step (S120) of heating the substrate including the ceramic precursor layer to a target temperature.
본 발명의 일 시예에 따른 광소결 장치는 지지부에 열원을 포함하기 때문에, 백색광 조사부를 이용하여 세라믹 전구체층을 광소결시키기 전에 기판을 열처리할 수 있다.Since the light sintering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a heat source in the support, the substrate may be heat-treated before light sintering the ceramic precursor layer using a white light irradiation unit.
세라믹 전구체층이 형성된 기판의 목표 온도는 100℃내지 700℃일 수 있다.The target temperature of the substrate on which the ceramic precursor layer is formed may be 100 ° C to 700 ° C.
기판의 온도가 100℃이하인 경우, 열 에너지가 충분하기 않아 높은 극단파 백색광 에너지가 요구되고, 기판의 온도가 700℃를 초과하는 경우, 세라믹 전구체층과 기판 계면에서 막의 수축이 과도하게 일어나 박리 및 상변화가 발생되는 문제가 있다.When the temperature of the substrate is 100 ° C or less, a high extreme white light energy is required due to insufficient thermal energy, and when the temperature of the substrate exceeds 700 ° C, the film shrinks excessively at the interface between the ceramic precursor layer and the substrate, resulting in peeling and There is a problem that a phase change occurs.
따라서, 광소결 방법은 세라믹 전구체층이 형성된 기판을 극단파 백색광을 조사하기 전에 미리 가열함으로써, 열원으로 인해 백색광 조사부 또는 다른 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 세라믹 전구체층에 포함된 수분이 제거될 수 있다.Therefore, the light sintering method can prevent the white light irradiation unit or other devices from being damaged by a heat source by heating the substrate on which the ceramic precursor layer is formed before irradiating the extreme white light, and the moisture contained in the ceramic precursor layer is removed. Can be.
기판 상에 형성된 세라믹 전구체층의 두께는 100nm 내지 5㎛일 수 있다. 광소결 방법은 조밀하게 적층되는 용액 기반의 비진공 공법을 사용하여 100nm 내지 5㎛의 얇은 두께로 세라믹 전구체층을 형성함으로써, 조밀한 구조의 세라믹 박막을 제조할 수 있다.The thickness of the ceramic precursor layer formed on the substrate may be 100 nm to 5 μm. In the photo-sintering method, a ceramic precursor layer having a thin thickness of 100 nm to 5 μm is formed by using a solution-based non-vacuum method that is densely stacked, thereby manufacturing a ceramic thin film having a dense structure.
광소결 방법은 가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 백색광 조사부 하부로 이동시키는 단계(S140)를 진행한다.In the light sintering method, a step (S140) of moving the substrate including the heated ceramic precursor layer to the lower portion of the white light irradiation unit proceeds.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치는 지지부 하부에 슬라이더가 형성되어 있으므로, 세라믹 전구체층이 형성된 기판이 목표 온도에 도달하면 세라믹 전구체층을 광소결시키기 위해 슬라이더를 이용하여 지지부를 백색광 조사부 하부로 수평 이동시킬 수 있다.In the light sintering apparatus according to the embodiment of the present invention, since a slider is formed under the support portion, when the substrate on which the ceramic precursor layer is formed reaches a target temperature, the slider is used to light sinter the ceramic precursor layer to the bottom of the white light irradiation portion. It can be moved horizontally.
따라서, 광소결 방법은 세라믹 전구체층이 형성된 기판이 목표 온도에 도달한 다음, 백색광 조사부의 하부로 수평 이동시키기 때문에, 열원으로 인해 백색광 조사부 또는 다른 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, in the light sintering method, since the substrate on which the ceramic precursor layer is formed reaches a target temperature and then horizontally moves to the lower portion of the white light irradiation unit, it is possible to prevent the white light irradiation unit or other devices from being damaged by the heat source.
광소결 방법은 가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판에 백색광을 조사하여 소결시키는 단계(S140)를 진행한다.In the light sintering method, a step (S140) of sintering by irradiating white light on a substrate including a heated ceramic precursor layer is performed.
극단파 백색광은, 전자기파(microwave light)일 수 있다. 예를 들면, 극단파 백색광은 제논 플래쉬 램프(xenon flash lamp)에 높은 전류를 인가하여 생성되는 아크 플라즈마(arc Plasma)일 수 있다.The extreme white light may be microwave light. For example, the extreme white light may be an arc plasma generated by applying a high current to a xenon flash lamp.
보다 구체적으로, 극단파 백색광은 제논 플래쉬 램프에 의해 가열된 세라믹 전구체층 상에 조사될 수 있다. 따라서, 제논 플래쉬 램프에 의해, 상온 환경에서 소결(sintering)이 요구되는 국부 부위에 밀리세컨드(ms) 단위의 짧은 시간 동안 에너지가 가해지므로, 기판의 손상 및/또는 변형을 최소화하고, 공정시간 및 공정 비용을 감소시킬 수 있다.More specifically, the extreme white light may be irradiated on the ceramic precursor layer heated by the xenon flash lamp. Therefore, the energy is applied for a short time in milliseconds (ms) to a local area where sintering is required in a normal temperature environment by a xenon flash lamp, thereby minimizing damage and / or deformation of the substrate, processing time and Process costs can be reduced.
반면, 단일 열소결을 이용하여 세라믹 전구체층을 제조하는 경우, 700℃이상의 온도에서 페로브스카이트 결정 구조가 형성되므로, 세라믹 전구체층이 형성된 기판이 700℃이상의 고온 환경에 장시간 노출된다.On the other hand, when a ceramic precursor layer is manufactured using a single heat sintering, the perovskite crystal structure is formed at a temperature of 700 ° C. or more, so that the substrate on which the ceramic precursor layer is formed is exposed to a high temperature environment of 700 ° C. or more for a long time.
특히, 세라믹 전구체를 포함하는 세라믹 전구체층의 경우, 벌크(bulk)에 비해 상대적으로 외부 변화에 더 민감하기 때문에, 소결을 위한 고온 환경 조성에 시간이 많이 소모된다. 또한, 세라믹 전구체층의 소결을 위해 소비되는 에너지에 비해 외부로 손실되는 에너지가 더 크기 때문에 낭비되는 에너지 양이 매우 크다. 뿐만 아니라, 세라믹 전구체층이 형성된 기판에도 고온 환경에서 상당한 에너지가 장시간 가해지기 때문에, 기판의 손상 및/또는 변형이 발생한다.Particularly, in the case of a ceramic precursor layer containing a ceramic precursor, since it is more sensitive to external changes relative to a bulk, it takes a lot of time to create a high temperature environment for sintering. In addition, the amount of energy wasted is very large because energy lost to the outside is greater than energy consumed for sintering the ceramic precursor layer. In addition, since a considerable amount of energy is applied to the substrate on which the ceramic precursor layer is formed in a high temperature environment for a long time, damage and / or deformation of the substrate occurs.
따라서, 세라믹 전구체층을 소결시키기 위한 단일 열소결 공정은 플라스틱 등의 유연 기판에의 적용에 한계가 존재한다.Therefore, the single heat sintering process for sintering the ceramic precursor layer has limitations in application to a flexible substrate such as plastic.
그러나, 광소결 방법은 제논 플래쉬 램프를 이용하여 가열된 세라믹 전구체층에 극단파 백색광을 조사함으로써, 페로브스카이트 결정 구조체가 형성되는 동시에, 가열된 세라믹 전구체층이 소결되어 세라믹 박막을 제조할 수 있기 때문에, 상온 환경에서 소결이 요구되는 국부 부위에 밀리세컨드 단위의 짧은 시간 동안 에너지가 가해지므로, 기판 손상 및/또는 변형과 공정시간을 최소화할 수 있다.However, in the light sintering method, by irradiating extreme white light to the heated ceramic precursor layer using a xenon flash lamp, a perovskite crystal structure is formed, and the heated ceramic precursor layer is sintered to produce a ceramic thin film. Therefore, energy is applied to the local area where sintering is required in a room temperature environment for a short time in milliseconds, thereby minimizing substrate damage and / or deformation and processing time.
따라서, 광소결 방법은 기판의 제한 없이, 세라믹 전구체층을 소결시킬 수 있다.Therefore, the photo-sintering method can sinter the ceramic precursor layer without limitation of the substrate.
가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판에 백색광을 조사하여 소결시키는 단계(S140)는, 백색광이 적어도 둘 이상의 펄스 사이클로 조사된다.In the step (S140) of sintering by irradiating white light on the substrate including the heated ceramic precursor layer, the white light is irradiated in at least two or more pulse cycles.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 강도(Intensity)는 50 J/cm2 내지 200 J/cm2 일 수 있다.The pulse intensity of the pulses included in at least two or more pulse cycles may be 50 J / cm 2 to 200 J / cm 2 .
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 갭(Pulse gap)은 내지 0.1ms 내지 300ms 일 수 있다.The pulse gap of a pulse included in at least two or more pulse cycles may be from 0.1 ms to 300 ms.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 폭(Pulse width)은 0.01ms 내지 50ms 일 수 있다.The pulse width of a pulse included in at least two or more pulse cycles may be 0.01 ms to 50 ms.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클에 포함되는 펄스의 펄스 수(Pulse number)는 1 내지 100 일 수 있다.The pulse number of the pulses included in at least two or more pulse cycles may be 1 to 100.
또한, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 펄스 파라미터가 상이할 수 있고, 펄스 파라미터는 펄스 강도, 펄스 갭, 펄스 폭 및 펄스 수 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Also, at least two or more pulse cycles may have different pulse parameters, and the pulse parameters may be at least one of pulse intensity, pulse gap, pulse width, and pulse number.
예를 들면, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클의 각 펄스 사이클 내에 포함된 펄스의 펄스 파라미터가 상이할 수도 있고, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클 간의 펄스 파라미터가 상이할 수도 있다.For example, a pulse parameter of a pulse included in each pulse cycle of at least two or more pulse cycles may be different, or a pulse parameter between at least two or more pulse cycles may be different.
적어도 둘 이상의 펄스 사이클 간의 펄스 갭은 10ms 내지 1min일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클 간의 펄스 갭은 10ms 내지 1000ms일 수 있다.The pulse gap between at least two or more pulse cycles may be 10 ms to 1 min. Preferably, the pulse gap between at least two or more pulse cycles may be 10 ms to 1000 ms.
또한, 광소결 방법은 가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판에 백색광을 조사하여 소결시키는 단계(S140)는, 제1 펄스 사이클을 수행하여 세라믹 전구체층을 광소결시키는 단계(S141) 및 제2 펄스 사이클을 수행하여 세라믹 전구체층을 광소결시키는 단계(S142)를 포함할 수 있다.In addition, in the light sintering method, the step of sintering by irradiating white light on the substrate including the heated ceramic precursor layer (S140), performs a first pulse cycle to sinter the ceramic precursor layer (S141) and the second pulse It may include a step of performing a cycle to sinter the ceramic precursor layer (S142).
제1 펄스 사이클을 수행하여 세라믹 전구체층을 광소결시키는 단계(S141)는 제1 파워 서플라이 및 제1 커패시터에 의해 조절될 수 있고, 제2 펄스 사이클을 수행하여 세라믹 전구체층을 광소결시키는 단계(S142)는 제2 파워 서플라이 및 제2 커패시터에 의해 조절될 수 있다.The step of performing the first pulse cycle to sinter the ceramic precursor layer (S141) may be controlled by the first power supply and the first capacitor, and performing the second pulse cycle to sinter the ceramic precursor layer ( S142) may be adjusted by the second power supply and the second capacitor.
또한, 제1 펄스 사이클 및 제2 펄스 사이클의 펄스 파라미터는 세라믹 전구체층의 물질에 따라 변화될 수 있다.Also, the pulse parameters of the first pulse cycle and the second pulse cycle may be changed according to the material of the ceramic precursor layer.
예를 들면, 세라믹 전구체층은 제1 세라믹 물질 및 제2 세라믹 물질을 포함할 수 있고, 제1 세라믹 물질은 제1 펄스 사이클에 의해 소결될 수 있으며, 제2 세라믹 물질은 제2 펄스 사이클에 의해 소결될 수 있다.For example, the ceramic precursor layer may include a first ceramic material and a second ceramic material, the first ceramic material may be sintered by a first pulse cycle, and the second ceramic material by a second pulse cycle. Can be sintered.
따라서, 가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판에 백색광을 조사하여 소결시키는 단계(S140)는 열원을 이용하여 세라믹 전구체층에 열을 가하는 동시에, 극단파 백색광을 조사함으로써, 세라믹 전구체층이 소결되어, 세라믹 전구체층 내에 페로브스카이트 결정 구조체(crystal structure)가 형성될 수 있다.Therefore, in the step of sintering by irradiating white light on the substrate including the heated ceramic precursor layer (S140), the ceramic precursor layer is sintered by applying heat to the ceramic precursor layer using a heat source and irradiating extreme white light, A perovskite crystal structure may be formed in the ceramic precursor layer.
보다 구체적으로, 가열된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판에 백색광을 조사하여 소결시키는 단계(S140)에서는 세라믹 전구체층에 극단파 백색광이 조사되어, 세라믹 전구체층 내에 페로브스카이트 결정 구조체가 형성될 수 있다. 즉, 세라믹 전구체층에 극단파 백색광이 조사됨으로써, 세라믹 전구체층 내에 페로브스카이트 결정이 성장되는 동시에, 세라믹 전구체층이 소결되어 세라믹 박막이 제조될 수 있다.More specifically, in the step of sintering by irradiating white light on the substrate including the heated ceramic precursor layer (S140), the extreme white light is irradiated to the ceramic precursor layer, so that the perovskite crystal structure can be formed in the ceramic precursor layer. have. That is, by irradiating the ceramic precursor layer with extreme white light, a perovskite crystal is grown in the ceramic precursor layer, and the ceramic precursor layer is sintered to produce a ceramic thin film.
세라믹 박막은 세라믹 전구체층 내에 형성된 페로브스카이트 결정에 의해, 포어(pore)가 형성된 다공성 박막(porous thin film)일 수 있다.The ceramic thin film may be a porous thin film in which pores are formed by perovskite crystals formed in a ceramic precursor layer.
따라서, 세라믹 박막이 전해질 박막으로 사용되는 경우, 포어(pore)를 통해 산소 이온(O2-) 및 전자의 이동이 용이하여, 전지의 이온전도성 및 전기전도성이 향상될 수 있다. 특히, 세라믹 박막에 형성된 포어(pore)를 통해 산소 이온(O2-)이 전극으로 용이하게 전달되어, 전극으로부터 유입된 수소 이온(H+), 또는 탄소 이온(C4+)과 효율적으로 반응할 수 있다.Therefore, when a ceramic thin film is used as an electrolyte thin film, oxygen ions (O 2- ) and electrons are easily moved through pores, so that the ion conductivity and electrical conductivity of the battery can be improved. In particular, oxygen ions (O 2- ) are easily transferred to the electrode through pores formed in the ceramic thin film, and efficiently react with hydrogen ions (H + ) or carbon ions (C 4+ ) introduced from the electrodes. can do.
만약, 세라믹 박막이 전극으로 사용되는 경우, 세라믹 박막은 페로브스카이트 결정 구조체로 인해, 포어(pore)가 형성된 다공성 박막이기에, 외부로부터 전극으로 유입된 산소(O2) 가스가 환원되어 생성된 산소 이온(O2-)이 전극에 형성된 포어(pore)를 통해 전해질 박으로 효율적으로 전달될 수 있다.If the ceramic thin film is used as an electrode, the ceramic thin film is a porous thin film formed of pores due to the perovskite crystal structure, and thus oxygen (O 2 ) gas introduced into the electrode from the outside is reduced and generated. Oxygen ions (O 2- ) can be efficiently transferred to the electrolyte foil through pores formed in the electrode.
광소결 방법은 소결된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판을 반출하는 단계(S150)를 진행한다.The photo-sintering method proceeds to step S150 of carrying out the substrate including the sintered ceramic precursor layer.
광소결 방법은 소결된 세라믹 전구체층을 포함하는 기판이 장착된 슬라이더를 수평 이동시켜 반출시킬 수 있다.The photo-sintering method can be carried out by horizontally moving a slider equipped with a substrate including a sintered ceramic precursor layer.
[제조예 1][Production Example 1]
LSC(lanthanum strontium cobaltite)을 포함하는 세라믹 용액을 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 상에 스핀 코팅(Spin coating)으로 균일하게 인쇄한 후, 100℃에서 히터를 이용하여 30분 동안 건조시켜 200㎚의 세라믹 전구체층을 형성하였다.After printing uniformly the ceramic solution containing LSC (lanthanum strontium cobaltite) on a silicon wafer by spin coating, and drying at 100 ° C. for 30 minutes using a heater, a ceramic precursor of 200 nm A layer was formed.
이후, 세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer)를 히터를 이용하여 300℃까지 승온시켜 열처리한 다음, 슬라이더를 제논 플래쉬 램프 하부로 이동시켰다.Then, the silicon precursor (Silicon wafer) uniformly coated with a ceramic precursor layer was heated to 300 ° C. using a heater, and then the slider was moved to the bottom of the xenon flash lamp.
세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼에 10 ms의 펄스 폭, 30 회의 펄스 수, 100 ms의 펄스 갭 및 총 300 J/㎠의 빛의 강도 조건의 제1 펄스 사이클(예비 열처리) 및 10 ms 펄스 폭, 5 회의 펄스 수, 10 ms의 펄스 갭 및 총 60 J/㎠ 빛의 강도 조건의 제2 펄스 사이클(메인 소결)을 조사하고, 제1 펄스 사이클 및 제2 펄스 사이클은 1min의 펄스 갭을 갖도록 조사하였다.A first pulse cycle (preheating) and 10 ms of a pulse width of 10 ms, a number of pulses of 30, a pulse gap of 100 ms, and a light intensity of 300 J / cm 2 in total on a silicon wafer coated with a ceramic precursor layer uniformly The second pulse cycle (main sintering) of the pulse width, the number of pulses of 5 times, the pulse gap of 10 ms and the total light intensity condition of 60 J / cm 2 was investigated, and the pulse pulse gap of 1 min for the first and second pulse cycles It was investigated to have.
[제조예 2][Production Example 2]
LNO(lanthanum nickelate)을 포함하는 세라믹 용액을 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 상에 스핀 코팅(Spin coating)으로 균일하게 인쇄한 후, 500℃에서 히터를 이용하여 1시간 동안 건조 및 예비 열처리를 하여 세라믹 전구체층을 형성하였다.After the ceramic solution containing lanthanum nickelate (LNO) is uniformly printed on a silicon wafer by spin coating, it is dried and preheated for 1 hour using a heater at 500 ° C to perform the ceramic precursor. A layer was formed.
이후, 세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 하부의 히터를 이용하여 500℃까지 승온시켜 열처리한 다음, 슬라이더를 제논 플래쉬 램프 하부로 이동시켰다.Thereafter, the ceramic precursor layer was uniformly coated and heated to 500 ° C. using a heater under the silicon wafer, and then the slider was moved to the bottom of the xenon flash lamp.
세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼에 30ms의 펄스 폭, 6회의 펄스 수, 80ms의 펄스 갭 및 각각 60J/㎠, 80J/㎠, 100J/㎠, 120J/㎠ 및 130J/㎠의 에너지 밀도 조건의 펄스 사이클을 조사하였다.Pulse width of 30ms, pulse number of 6 times, pulse gap of 80ms and energy density conditions of 60J / cm2, 80J / cm2, 100J / cm2, 120J / cm2 and 130J / cm2, respectively, on a silicon wafer coated with a ceramic precursor layer uniformly The pulse cycle was investigated.
[대조예 1][Comparative Example 1]
세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼를 각각 800℃, 900℃까지 승온시켜 열소결만 진행한 것을 제외하고는, [제조예 2-1]과 동일한 방법으로 실험하였다.Experiments were conducted in the same manner as in [Production Example 2-1], except that the silicon wafers with the ceramic precursor layer uniformly coated were heated to 800 ° C and 900 ° C, respectively, and only heat sintering was performed.
[제조예 3][Production Example 3]
LSM(lanthanum strontium manganese)을 포함하는 세라믹 용액을 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 상에 정전 스프레이 증착법(Electrostatic spray deposition)으로 균일하게 인쇄하여 250㎚의 세라믹 전구체층을 형성하였다.A ceramic precursor layer of 250 nm was formed by uniformly printing a ceramic solution containing LSM (lanthanum strontium manganese) on a silicon wafer by electrostatic spray deposition.
이후, 세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer)를 히터를 이용하여 500℃로 승온시켜 열처리한 다음, 슬라이더를 제논 플래쉬 램프 하부로 이동시켰다.Then, the silicon precursor (Silicon wafer) uniformly coated with a ceramic precursor layer was heated to 500 ° C. using a heater, and then the slider was moved to the bottom of the xenon flash lamp.
세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼에 10ms의 펄스 폭, 6회의 펄스 수, 10ms의 펄스 갭 및 각각 70J/㎠, 100J/㎠ 및 130J/㎠의 에너지 밀도 조건의 펄스 사이클을 조사하였다.The silicon wafer coated with the ceramic precursor layer was examined for pulse widths of 10 ms, width of 6 pulses, pulse gap of 10 ms, and energy cycle conditions of 70 J /
[대조예 2-1][Comparative Example 2-1]
[제조예 3-2]에서 40 J/㎠의 에너지 밀도로 빛을 조사하여 광소결을 진행하였다.In [Production Example 3-2], light sintering was performed by irradiating light with an energy density of 40 J / cm 2.
[대조예 2-2][Comparative Example 2-2]
세라믹 전구체층이 균일하게 코팅된 실리콘 웨이퍼를 열소결만 진행한 것을 제외하고는, [제조예 3]과 동일한 방법으로 소결을 진행하였다.The sintering was performed in the same manner as in [Production Example 3], except that only the thermally sintering of the silicon wafer on which the ceramic precursor layer was uniformly coated was performed.
도 5a 및 도 5b는 단일 열소결을 이용하여 소결된 세라믹 박막의 주사전자현미경(SEM) 측정 이미지를 도시한 것이다.5A and 5B show a scanning electron microscope (SEM) measurement image of a ceramic thin film sintered using a single heat sintering.
도 5a는 200℃의 온도로 세라믹 전구체층을 열소결시켰고, 도 5b는 300℃의 온도로 세라믹 전구체층을 열소결시켰다. FIG. 5A heat-sintered the ceramic precursor layer at a temperature of 200 ° C, and FIG. 5B heat-sintered the ceramic precursor layer at a temperature of 300 ° C.
도 6a 및 도 6b은 단일 광소결을 이용하여 소결된 세라믹 박막의 주사전자현미경(SEM) 측정 이미지를 도시한 것이다. 6A and 6B show a scanning electron microscope (SEM) measurement image of a ceramic thin film sintered using a single light sintering.
도 6a 및 도 6b는 60 J/㎠의 펄스 강도로 세라믹 전구체층을 광소결시켰다. 6A and 6B light-sintered the ceramic precursor layer with a pulse intensity of 60 J / cm 2.
도 7a 및 도 7b은 열소결 및 광소결을 동시에 진행하는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용하여 소결된 세라믹 박막의 주사전자현미경(SEM) 측정 이미지를 도시한 것이다.7A and 7B show a scanning electron microscope (SEM) measurement image of a sintered ceramic thin film using an optical sintering apparatus according to an embodiment of the present invention that simultaneously performs thermal sintering and light sintering.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용하여 200℃의 온도에서 60 J/㎠의 펄스 강도로 세라믹 전구체층을 메인 소결시켰고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용하여 300℃의 온도에서 60 J/㎠의 펄스 강도로 세라믹 전구체층을 메인 소결시켰다.FIG. 7A is a main sintering ceramic precursor layer with a pulse strength of 60 J / cm 2 at a temperature of 200 ° C. using the photo sintering apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a photo sintering apparatus according to an embodiment of the present invention. The ceramic precursor layer was main sintered with a pulse strength of 60 J / cm 2 at a temperature of 300 ° C.
도 5a 내지 도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용하여 소결된 세라믹 박막이 단일 열소결 및 단일 광소결을 이용하여 소결된 세라믹 박막보다 열충격이 작고, 소결도가 향상된 것을 알 수 있다.5A to 7B, the ceramic thin film sintered using the light sintering apparatus according to the embodiment of the present invention has a smaller thermal shock and improved sintering degree than the ceramic thin film sintered using a single heat sintering and single photo sintering. You can see that
도 8는 히터의 유무에 따른 세라믹 전구체층의 면저항(sheet resistance)을 도시한 그래프이다.8 is a graph showing sheet resistance of a ceramic precursor layer depending on the presence or absence of a heater.
도 8를 참조하면, 히터를 포함하지 않는 광소결 장치(w/o heater)를 이용하여 광소결을 진행하는 경우, 80 J/㎠의 펄스 강도에서 가장 작은 면저항 값이 측정되는 반면에, 히터를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치(w/ heater 200℃및 w/ heater 300℃를 이용하여 광소결을 진행하는 경우, 히터의 온도가 증가함에 따라 더 낮은 펄스 강도에서 작은 저항 값이 측정되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, when light sintering is performed using a light sintering device (w / o heater) that does not include a heater, the smallest sheet resistance value is measured at a pulse strength of 80 J / cm 2, whereas the heater When the light sintering device according to an embodiment of the present invention (w /
따라서, 세라믹 전구체층은 히터의 온도가 증가할수록 더 낮은 펄스 강도로 백색광을 조사하여도 소결이 진행되는 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the sintering of the ceramic precursor layer proceeds even when white light is irradiated with a lower pulse intensity as the temperature of the heater increases.
도 9a 내지 도 9e는 조사된 극단파 백색광의 강도에 따른 세라믹 전구체층의 표면을 도시한 SEM 이미지이다.9A to 9E are SEM images showing the surface of the ceramic precursor layer according to the intensity of the irradiated extreme white light.
도 9a 내지 도 9e는 상기 제조예 2에 대하여 각각 60J/㎠, 80J/㎠, 100J/㎠, 120J/㎠ 및 130J/㎠의 빛의 강도로 세라믹 전구체층에 극단파 백색광을 조사하였을 때 세라믹 전구체층의 표면을 도시한 SEM 이미지이다.9A to 9E are ceramic precursors when irradiated with ultra-short white light to the ceramic precursor layer with the light intensity of 60J / cm 2, 80J /
도 9a 내지 도 9e를 참조하면, 빛의 강도에 따라 세라믹 전구체층의 소결 양상이 상이한 것을 확인할 수 있다.9A to 9E, it can be seen that the sintering pattern of the ceramic precursor layer is different according to the light intensity.
구체적으로, 세라믹 전구체층에 조사되는 극단파 백색광의 강도가 강할수록 그레인(grain)이 발달하여 기공(pore)을 막아 세라믹 전구체층의 치밀도가 증진되고, 세라믹 전구체층의 소결도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.Specifically, the stronger the intensity of the extreme white light irradiated to the ceramic precursor layer is, the more grain develops to block pores, thereby increasing the density of the ceramic precursor layer and improving the sintering degree of the ceramic precursor layer. Can be confirmed.
도 10은 광소결을 진행한 세라믹 전구체층과 열소결을 진행한 세라믹 전구체층의 표면을 분석한 XRD 그래프이다.10 is an XRD graph of the surface of the ceramic precursor layer subjected to photo-sintering and the ceramic precursor layer subjected to heat sintering.
도 10은 상기 제조예 2에 대하여 기판 하부의 온도를 500℃로 예비 열처리한 후 각각 60J/㎠, 80J/㎠, 100J/㎠의 빛의 강도로 세라믹 전구체층에 극단파 백색광을 조사한 후 세라믹 전구체층의 표면을 XRD 분석한 결과와, 열소결만 진행한 대조예 1에 따른 세라믹 전구체층의 표면을 XRD 분석한 결과이다. 10 is a ceramic precursor after irradiating extreme white light to the ceramic precursor layer with light intensity of 60J / cm2, 80J / cm2, and 100J / cm2 after pre-heating the temperature at the bottom of the substrate to 500 ° C for Preparation Example 2, respectively. It is the result of XRD analysis of the surface of the layer and the result of XRD analysis of the surface of the ceramic precursor layer according to Comparative Example 1 in which only heat sintering was performed.
도 10을 참조하면, 기판 온도를 500℃로 고정한 후 각각 60J/cm2, 80J/cm2 및 100J/cm2로 광소결을 진행한 상기 제조예 2는 700℃로 열소결만 진행한 상기 대조예 1과 같이 결정성이 발달된 것을 확인할 수 있다.10, each of 60J / cm 2, 80J / cm 2 , and Preparative Example 2 was conducted to the light sintering to 100J / cm 2 is one wherein the control proceeds only be opened by sintering at 700 ℃ after fixing the substrate temperature to 500 ℃ It can be confirmed that the crystallinity was developed as in Example 1.
즉, 예비 열처리 후 광소결을 진행한 상기 제조예 2는 열소결만 진행한 대조예 1과 마찬가지로 세라믹 전구체층이 성공적으로 소결된 것을 확인할 수 있다.That is, in Preparation Example 2, in which the photo-sintering was performed after the preliminary heat treatment, it was confirmed that the ceramic precursor layer was successfully sintered as in Comparative Example 1, in which only the heat-sintering was performed.
도 11은 광소결 전후에 따른 세라믹 전구체층의 전기 전도도를 도시한 그래프이다.11 is a graph showing the electrical conductivity of the ceramic precursor layer before and after light sintering.
도 11은 온-타임(On-time) 30ms, 오프-타임(Off-time) 80ms, 펄스 수(Pulse #) 6에 따른 제조예 2의 광소결 전후 전기 전도도를 도시한 그래프이다.11 is a graph showing electrical conductivity before and after light sintering of Preparation Example 2 according to On-
도 11을 참조하면, 상기 제조예 2에 대하여 광소결을 진행하기 전에는 저항도가 무한대(∞)인 것으로 보아 전기 전도도를 띠지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, before proceeding to light sintering with respect to Preparation Example 2, it can be seen that the resistance is infinite (∞) and thus does not exhibit electrical conductivity.
또한, 상기 제조예 2에 대하여 광소결을 진행한 후에는 저항도가 급격히 감소하는 것으로 보아 우수한 전기 전도도를 가지는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that after performing the light sintering with respect to the manufacturing example 2, the resistance is rapidly decreased, and thus it has excellent electrical conductivity.
또한, 상기 제조예 2는 광소결 에너지가 과도하게 커서 2차상이 생기려고 하는 지점 직전(즉, 120J/cm2)까지 광소결 온도가 증가하여 전기 전도도가 소폭 감소한 것을 확인할 수 있다.In addition, in Production Example 2, the photo-sintering energy was excessively large, and it was confirmed that the photo-sintering temperature increased to just before the point where the secondary phase was to be generated (ie, 120 J / cm 2 ), resulting in a slight decrease in electrical conductivity.
또한, 제조예 2에 대하여 120 J/㎠의 빛의 강도에서 저항도가 다시 급격하기 증가한 것으로 보아 120 J/㎠ 이상의 빛의 강도에서는 세라믹 전구체층에 2차상이 생겨 세라믹 전구체층의 전기적 특성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the light intensity of 120 J / cm 2, the resistance increased sharply again with respect to Production Example 2, and at a light intensity of 120 J / cm 2 or more, a secondary phase was formed on the ceramic precursor layer, and the electrical properties of the ceramic precursor layer were lowered. It can be confirmed.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용하여 세라믹 전구체층을 형성할 시 120 J/㎠ 미만의 빛의 강도로 광소결을 진행하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that it is desirable to proceed with light sintering at a light intensity of less than 120 J / cm 2 when forming the ceramic precursor layer using the light sintering device according to the embodiment of the present invention.
이때, 80J/cm2에서 세라믹 전구체층의 저항이 제일 작고, 120J/cm2 이상에서는 다시 세라믹 전구체층의 저항이 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있다.At this time, the 80J / cm 2 the resistance of the ceramic precursor layer is small at first, 120J / cm 2 or more can be confirmed that again the resistance of the ceramic precursor layer increases sharply.
이는 과한 에너지로 인해 LNO 물질이 2차상을 형성하여 구조가 바뀌기 때문이다.This is because the structure changes due to the formation of the secondary phase of the LNO material due to excessive energy.
또한, 도 11의 결과에 따르면 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치는 낮은 에너지 밀도(즉, 낮은 빛의 강도)로도 효과적으로 광소결을 진행할 수 있다.In addition, according to the results of FIG. 11, the light sintering apparatus according to the embodiment of the present invention can effectively perform light sintering even with a low energy density (ie, low light intensity).
도 12는 동일한 빛의 강도에서 광소결을 진행할 때 세라믹 전구체층의 두께에 따른 저항도를 도시한 그래프이다.12 is a graph showing the resistivity according to the thickness of the ceramic precursor layer when performing light sintering at the same light intensity.
도 12는 기판 온도를 500℃로 고정한 상태에서 빛의 강도(energy density)가 80J/㎠, 온-타임(On-time) 30ms, 오프-타임(Off-time) 80ms, 펄스 수(Pulse #) 6의 조건에서 제조예 2에 빛을 조사하여 광소결을 진행할 때 세라믹 전구체층의 두께에 따른 저항도를 도시한 것이다.12, the light intensity (energy density) of the substrate temperature is fixed to 500 ℃ 80J / ㎠, on-time (On-time) 30ms, off-time (Off-time) 80ms, the number of pulses (Pulse #) It shows the resistance according to the thickness of the ceramic precursor layer when the light is irradiated to Preparation Example 2 under the condition of 6 to proceed with light sintering.
도 12를 참조하면, 제조예 2의 세라믹 전구체층의 두께가 250nm일 때 가장 낮은 저항도(10.27x10-4Ωcm)를 가져 가장 높은 전기 전도도를 가지는 것을 확인할 수 있다.12, when the thickness of the ceramic precursor layer of Preparation Example 2 is 250nm, it can be seen that it has the lowest resistivity (10.27x10 -4 Ωcm) and has the highest electrical conductivity.
도 13은 열소결과 광소결을 각각 수행한 세라믹 전구체층의 ATR FT-IR(attenuated total reflectance Fourier transformed infra-red)을 도시한 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing ATR FT-IR (attenuated total reflectance Fourier transformed infra-red) of the ceramic precursor layer, respectively, performing heat sintering and light sintering.
도 13을 참조하면, 열소결만 수행된 대조예 2-2에 대하여 열소결 온도 500℃ 및 600℃에서는 851cm-1, 1388cm-1, 1470cm-1에서 피크가 발현된 것으로 보아 금속-유기 결합(metal-organic bond)이 끊어지지 않아 세라믹 전구체층이 소결 되지 않은 것을 확인할 수 있다.13, the heat sintering, only the control example carried out with respect to the column 2-2 and the
그러나, 열소결만 수행된 대조예 2-2에 대하여 열소결 온도 700℃에서는 851cm-1, 1388cm-1, 1470cm-1에서 피크가 관측되지 않은 것으로 보아 금속-유기 결합이 끊어져 열소결된 것을 확인할 수 있다.However, in the
상기 제조예 3에 대하여 기판 온도를 500℃로 고정한 후 빛의 강도(즉, 에너지 밀도) 40J/㎠에서는 851cm-1, 1388cm-1, 1470cm-1에서 피크가 발현된 것으로 보아 금속-유기 결합(metal-organic bond)이 끊어지지 않아 세라믹 전구체층이 소결되지 않은 것을 확인할 수 있다.Preparative Example 3 with respect to the fixed after the substrate temperature to 500 ℃ intensity of light (that is, the energy density) 40J / ㎠ 851cm -1, 1388cm -1, a peak is seen to have been expressed in metal 1470cm -1 - organic bond ( It can be seen that the ceramic precursor layer was not sintered because the metal-organic bond) was not broken.
그러나, 상기 제조예 3에 대하여 빛의 강도 70J/㎠에서는 851cm-1, 1388cm-1, 1470cm-1에서 피크가 관측되지 않은 것으로 보아 금속-유기 결합이 끊어져 세라믹 전구체층이 소결된 것을 확인할 수 있다.However, in the above Production Example 3 with respect to intensity of the light 70J / ㎠ 851cm -1, 1388cm -1, 1470cm -1 in the bore that is not a peak is observed metals - can be confirmed that the organic binder is broken ceramic precursor layer are sintered .
따라서, 상기 제조예 3은 700℃에서 열소결만 진행된 대조예 2-2보다 낮은 온도에서 기판을 열처리한 후 광소결만 진행하여도 세라믹 전구체층이 소결될 수 있으므로, 기존의 열소결 공정보다 낮은 온도에서 세라믹 전구체층의 소결이 가능한 것을 알 수 있다.Therefore, in Preparation Example 3, since the ceramic precursor layer may be sintered even after only heat sintering after heat-treating the substrate at a temperature lower than that of Comparative Example 2-2 where only heat sintering was performed at 700 ° C, it is lower than the conventional heat sintering process. It can be seen that the ceramic precursor layer can be sintered at a temperature.
도 14a 내지 도 14c는 LSM을 포함하는 세라믹 전구체층에 조사된 빛의 강도에 따른 표면을 도시한 SEM 이미지이다.14A to 14C are SEM images showing a surface according to the intensity of light irradiated to the ceramic precursor layer including LSM.
도 14a 내지 도 14c는 기판 하부 온도를 500℃로 고정한 후 상기 제조예 3에 대한 세라믹 전구체층에 각각 70J/㎠, 100J/㎠, 130J/㎠의 강도로 빛을 조사하여 광소결을 진행한 결과 세라믹 전구체층의 표면을 도시한 SEM 이미지이다.14A to 14C show a result of performing light sintering by irradiating light to the ceramic precursor layer for Preparation Example 3 at an intensity of 70 J /
도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 제조예 3에 따른 세라믹 전구체층에 조사되는 빛의 강도에 따라 세라믹 전구체층의 소결도 양상이 상이한 것을 확인할 수 있다.14A to 14C, it can be seen that the sintering degree of the ceramic precursor layer is different according to the intensity of light irradiated to the ceramic precursor layer according to Preparation Example 3.
특히, 빛의 강도가 70J/㎠, 100J/㎠, 130J/㎠ 순서로 강할수록 제조예 3의 세라믹 전구체층의 결정성이 발달되어 소결 정도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.Particularly, it can be seen that as the intensity of light was increased in the order of 70 J /
도 15는 LSM을 포함하는 세라믹 전구체층을 열소결 또는 광소결을 수행한 후 세라믹 전구체층의 표면에 대해 XRD 분석한 그래프이다.15 is a graph of XRD analysis of the surface of the ceramic precursor layer after thermal sintering or photo sintering the ceramic precursor layer including LSM.
도 15는 제조예 3에 대하여 70J/㎠, 100J/㎠, 130J/㎠의 빛의 강도로 조사하여 광소결을 진행한 세라믹 전구체층의 표면을 XRD 분석한 결과와, 대조예 2-2에 대한 세라믹 전구체층의 표면을 XRD 분석한 결과를 도시한 것이다.15 shows the results of XRD analysis of the surface of the ceramic precursor layer subjected to light sintering by irradiating with light intensity of 70J /
도 15를 참조하면, 열소결만 수행한 대조예 2-2의 세라믹 전구체층과 광소결을 수행한 제조예 3의 세라믹 전구체층에서 동일한 x축 값에 대하여 동일한 강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15, it can be confirmed that the ceramic precursor layer of Comparative Example 2-2 only performing thermal sintering and the ceramic precursor layer of Preparation Example 3 performing light sintering have the same intensity for the same x-axis value.
이로 보아, 광소결을 진행한 제조예 3에서도 열소결만 진행한 대조예 2-2와 같이 결정성이 발달되어 세라믹 전구체층이 성공적으로 소결된 것을 확인할 수 있다.From this, it can be confirmed that the ceramic precursor layer was successfully sintered because the crystallinity was developed as in Comparative Example 2-2 in which only the thermal sintering was performed in Production Example 3 in which the photo-sintering was performed.
따라서, 본 발명은 기존과 같이 고온으로 열소결할 필요 없이 기존의 열소결 공정보다 상대적으로 낮은 온도에서도 기존과 동일하게 세라믹 전구체층이 광소결될 수 있는 것을 알 수 있다.Therefore, the present invention can be seen that the ceramic precursor layer can be photo-sintered in the same manner as in the prior art, even at a relatively lower temperature than the conventional heat sintering process, without the need for heat sintering at a high temperature as before.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
110: 백색광 조사부 111: 제1 백색광 조사부
112: 제2 백색광 조사부 120: 반사판
130: 지지부 140: 슬라이더
150: 파워 서플라이 160: 커패시터
161: 제1 커패시터 162: 제2 커패시터
170: 컨트롤러 S: 기판110: white light irradiation unit 111: the first white light irradiation unit
112: second white light irradiation unit 120: reflector
130: support 140: slider
150: power supply 160: capacitor
161: first capacitor 162: second capacitor
170: controller S: board
Claims (11)
상기 백색광 조사부로부터 방출되는 백색광을 반사시키는 반사판;
상기 기판의 하부에 배치되고, 상기 세라믹 전구체층에 열을 가하는 열원을 포함하는 지지부;
상기 백색광 조사부에 전력을 공급하는 파워 서플라이;
상기 파워 서플라이에 연결되어 상기 백색광 조사부에 고전력을 공급하는 커패시터; 및
상기 백색광 조사부로부터 방출되는 백색광이 적어도 둘 이상의 펄스 사이클로 조사되도록 제어하는 컨트롤러
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
White light irradiation unit for irradiating white light on the ceramic precursor layer formed on the substrate;
A reflector reflecting white light emitted from the white light irradiation unit;
A support portion disposed under the substrate and including a heat source for applying heat to the ceramic precursor layer;
A power supply supplying power to the white light irradiation unit;
A capacitor connected to the power supply to supply high power to the white light irradiation unit; And
A controller that controls white light emitted from the white light irradiation unit to be irradiated with at least two pulse cycles
Light sintering device comprising a.
상기 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 펄스 파라미터가 상이하고,
상기 펄스 파라미터는 펄스 강도, 펄스 갭, 펄스 폭 및 펄스 수 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 1,
The at least two or more pulse cycles have different pulse parameters,
The pulse parameter is a pulse sintering device, characterized in that at least one of the pulse intensity, pulse gap, pulse width and number of pulses.
상기 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 제1 펄스 사이클 및 제2 펄스 사이클을 포함하고,
상기 제1 펄스 사이클은 제1 파워 서플라이 및 제1 커패시터를 통해 수행되고, 상기 제2 펄스 사이클은 제2 파워 서플라이 및 제2 커패시터를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 1,
The at least two or more pulse cycles include a first pulse cycle and a second pulse cycle,
The first pulse cycle is performed through a first power supply and a first capacitor, and the second pulse cycle is performed through a second power supply and a second capacitor.
상기 컨트롤러는,
상기 세라믹 전구체층의 물질에 따라 상기 펄스 사이클의 펄스 파라미터를 변화시키는 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 2,
The controller,
And a pulse parameter of the pulse cycle according to the material of the ceramic precursor layer.
상기 세라믹 전구체층은 세라믹 전구체를 포함하고,
상기 컨트롤러는, 상기 세라믹 전구체의 구성 성분에 따라 상기 펄스 사이클의 펄스 파라미터를 변화시키는 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 4,
The ceramic precursor layer includes a ceramic precursor,
The controller, the optical sintering apparatus characterized in that to change the pulse parameter of the pulse cycle according to the component of the ceramic precursor.
상기 둘 이상의 펄스 사이클 간의 펄스 갭은 10ms 내지 1min인 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 1,
The pulse sintering device between the two or more pulse cycles is characterized in that 10ms to 1min.
상기 열원은 가열판, 히터(heater) 또는 오븐인 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 1,
The heat source is a heating plate, a heater (heater) or an optical sintering device, characterized in that the oven.
상기 기판의 목표 온도는 100℃내지 700℃인 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 1,
The target temperature of the substrate is a photo-sintering device, characterized in that 100 ℃ to 700 ℃.
상기 지지부는 상기 기판을 수평 방향으로 이동시키는 슬라이더(slider)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
According to claim 1,
The support unit further comprises a slider (slider) for moving the substrate in the horizontal direction, characterized in that the light sintering device.
상기 슬라이더는 상기 기판이 목표 온도에 도달하면 상기 기판을 상기 백색광 조사부의 하부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 광소결 장치.
The method of claim 9,
The slider is a light sintering device characterized in that when the substrate reaches a target temperature, the substrate is moved to the lower portion of the white light irradiation unit.
상기 지지부는 상기 기판을 수평 방향으로 이동시키는 컨베이어 벨트인 것을 특징으로 하는 광소결 장치.According to claim 1,
The support portion is a light sintering device, characterized in that the conveyor belt for moving the substrate in the horizontal direction.
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