With the recent emergence of flexible or wearable optoelectronic devices, the achievement of sufficient bendability and stretchability of transparent and conducting electrodes (TCEs) became an important requirement, which cannot be satisfied by oxide-based transparent conducting materials. Among several approaches, metal-mesh-based structures have been actively investigated because of excellent performances and reliability. Nevertheless, the fabrication of mesh or grid structures with a sub-micron line width is still complex and cumbersome due to the requirements of lithography and pattern transfer steps. In this thesis, we introduce an extremely facile fabrication technique for metal patterns embedded in flexible substrate based on sub-micron replication and area-selective lift-off process. The high-yield, area-specific lift-off process consists of the novel principle of solvent-assisted delamination of deposited metal thin films and mechanical triggering effect by soft wiping or ultrasonication. Our fabrication process is highly simple, convenient, and cost-effective in that it does not require any lithography/etching steps or sophisticated facilities. These transparent electrodes composed of submicron silver metal mesh have outstanding optical and electrical properties (e.g. sheet resistances of 0.43 Ω/sq. at 94% transmittance or 2.27 Ω/sq. at 97% transmittance depending on the width and height of mesh patterns), which are markedly superior to other flexible TCEs such as graphene, Ag nanowires, or hybrid-type electrodes. Moreover, there was no significant change of resistance for over 1,000 repeated bending cycles with a bending radius of 5 mm and for the storage in various solvents such as salt water and organic solvents, which confirms the stable bendability and chemical reliability of our embedded-type transparent electrodes.
유연한 특성을 가지는 소자들의 요구가 산업적으로 증대됨에 따라, 구부리거나 접을 수 있는 투명 전극이 매우 중요한 요소로 꼽히고 있다. 그러나, indium tin oxide 등의 산화물로 이루어진 고전적 투명전극의 경우 경도가 매우 높아 충분히 유연한 특성을 가지지 못한다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위한 몇가지 노력들 중 최근 크게 각광을 받고 있는 것이, 광전 특성이 우수하고 내구도 및 안정성이 뛰어난 금속 기반의 그물형 투명 전극이다. 그러나 아직까지는 sub-micron 스케일의 선폭을 가지는 그물 패턴을 가지는 투명전극을 제작하는 것은 공정적인 면에서 복잡하거나 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
이번 연구에서 우리는 sub-micron 복제 방법 및 용매를 이용한 영역 선택적 lift-off 방법을 조합하여 내장형 그물 형태의 유연 투명 전극을 제작할 수 있는 매우 새롭고 창의적인 방법을 제안했다. 방법론으로는, 용매를 이용한 금속/고분자 계면의 접착력 제어 메카니즘과 기계적 외부 자극(초음파 분산법 혹은 부드럽게 닦아내는 방법)을 이용하여 매우 높은 수율로 필요 없는 부분의 금속의 lift-off 효과를 얻을 수 있었다. 우리가 고안한 방법은 광학적 리소그래피 혹은 에칭 등의 값비싼 공정 없이 유연 투명 전극 제작에 대한 매우 간단하고, 빠르며 저비용의 공정 루트를 제시한다. 이렇게 제작된 투명 전극은 매우 우수한 광전특성 (내부 구조에 따라 94％의 투과도에서 0.43 Ω/sq.) 및 기계적, 화학정 안정성을 갖는다.
