Stretchable electrodes with intrinsic stretchability are recognized as a new technology to be developed as they play an essential role in measuring and controlling electrical signals as a basic component for making electronic devices, biosensors, and medical devices having various form factors. These electrodes have high flexibility and stretchability, they can be used even in curved environments such as the body, and provide high reliability and mechanical stability. Physical vapor deposition used in manufacturing it is a method of depositing on the surface in a gas or vapor state using a solid material, and basically no chemical reaction or bonding occurs and it can be precisely deposited. In this dissertation, we propose various methods to improve the stretchability of metal thin-films by physical vapor deposition. At this time, we propose a hybrid structure in which conductive materials are inserted between metal thin-films or a network structure made by sequential deposition of liquid metal. The stretchable electrode using the above method provides improved stretchability and mechanical stability compared to conventional metal thin-films, and shows new phenomena such as negative piezoresistivity, which reduces resistance when stretched. In summary, stretchable electrodes manufactured using physical vapor deposition technology have great potential as a component of new electronic devices with stretchability and versatility, and new applications in various fields can be explored using these electrodes.
본질적으로 신축성 있는 전극은 다양한 폼팩터를 가지는 전자기기, 바이오센서 및 의료 장비 등을 만들기 위한 기초적인 구성 요소로서 전기적 신호를 측정하고 제어하는 중요한 역할을 수행하며 개발해야 할 신기술로 인식되고 있습니다. 이러한 전극은 고도의 유연함과 신축성을 가지고 있기에 신체와 같이 굴곡이 있는 환경에서도 사용가능하며 높은 신뢰성과 안정성을 제공합니다. 이를 제조할 때 활용한 물리적 기상 증착은 고체 소재를 이용하여 가스나 증기 상태로 표면에 증착시키는 방식으로 기본적으로 화학적인 반응이나 결합이 일어나지 않으며 정밀하게 증착할 수 있습니다. 본 학위 논문에서는 물리적 기상 증착으로 제작되는 금속 박막의 신축성을 개선시키는 다양한 방법을 제안합니다. 이 때, 금속 박막 사이에 전도성 물질을 삽입하는 하이브리드 구조나 액체 금속을 적층하여 제작한 네트워크 구조가 도입되었습니다. 위와 같은 방식을 적용한 신축성 전극은 기존 금속 박막 대비 개선된 신축성과 기계적 안정성을 제공하였으며 신축 시 저항이 감소하는 음의 압전저항성과 같은 새로운 현상을 보여줍니다. 총론적으로, 물리적 기상 증착 기술을 활용하여 제조된 스트레처블 전극은 유연성과 다양성을 갖는 새로운 전자 소자의 구성 요소로서 큰 잠재력을 가지고 있으며, 이러한 전극을 활용하여 다양한 분야에서 새로운 응용 분야를 개척할 수 있을 것으로 기대됩니다.
