KR101004735B1 - Organic Thin Film Transistor, Method for Preparation of the Transistor and Biosenser Using the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오센서에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하되, 상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 졸-겔법을 통해 형성된 계면층을 더 포함하고, 상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 포함하며, 상기 계면층은 무기물을 포함한다. 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 도입함으로써, 유기 절연막을 외부 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 소자의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 플라스틱 기판의 사용이 가능하기 때문에, 제조 비용이 저렴하여 일회용으로 주로 사용되는 바이오 센서에 적용되기 바람직하다. The present invention relates to an organic thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a biosensor using the same. The organic thin film transistor according to the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film, a source / drain electrode, and an organic semiconductor layer on a substrate. An interface layer is formed between the gate insulating film and the organic semiconductor layer through a sol-gel method. The gate insulating film includes an organic polymer, and the interface layer contains an inorganic material. In the organic thin film transistor according to the present invention, by introducing an interfacial layer between the gate insulating film and the organic semiconductor layer, the organic insulating film can be protected from the external environment and the bonding characteristics between the organic insulating film and the organic semiconductor layer can be improved to ensure the stability of the device. have. In addition, since the organic thin film transistor according to the present invention can use a plastic substrate, it is preferable to be applied to a biosensor mainly used for one-time use due to low manufacturing cost.
유기 박막 트랜지스터, 계면층, 졸-겔법, 바이오센서 Organic thin film transistor, interface layer, sol-gel method, biosensor
Description
본 발명은 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유기 박막 트랜지스터에서 유기 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 포함하여 유기 절연막을 외부 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 안정성을 확보한 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오센서에 관한 것이다.The present invention relates to an organic thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a biosensor using the same. More specifically, in the organic thin film transistor, an organic thin film transistor including an interface layer between the organic insulating film and the organic semiconductor layer to protect the organic insulating film from the external environment and to improve the bonding characteristics between the organic insulating film and the organic semiconductor layer to secure stability, It relates to a manufacturing method thereof and a biosensor using the same.
최근에는 박막 트랜지스터에 주로 사용되고 있는 실리콘 반도체와 같은 무기물 재료 대신 반도체 성질을 가지고 있는 유기물을 이용한 유기 박막 트랜지스터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유기물을 기반으로 한 전자 소자 기술은 정보 산업 분야에서 컴퓨터, 디스플레이, 스마트 카드, 착용 컴퓨터(wearable computer), 전자종이 등의 정보표시, 저장 및 신호 처리에 활용이 가능한 기술이 다.Recently, research on organic thin film transistors using organic materials having semiconductor properties instead of inorganic materials such as silicon semiconductors, which are mainly used in thin film transistors, is being actively conducted. Electronic device technology based on organic materials is a technology that can be used for information display, storage, and signal processing of computers, displays, smart cards, wearable computers, electronic paper, etc. in the information industry.
유기 반도체를 이용한 전자소자 및 광소자는 기존의 실리콘 중심의 무기물 소자를 완전히 대체할 수는 없으나, 광범위한 분야에서 무기물 소자를 보완 대체하거나 독자적인 특수한 응용 분야를 창출할 것으로 예상된다.Electronic devices and optical devices using organic semiconductors cannot completely replace conventional silicon-oriented inorganic devices, but are expected to complement or replace inorganic devices in a wide range of fields or to create their own special applications.
트랜지스터의 채널영역을 이루는 유기물 반도체는 신소재로 반도체 혹은 금속 특성을 보이면서 전기전도도가 매우 높은 장점이 있고, 또한 가벼우면서도 제조 과정이 기존의 Si 반도체 소자보다 간편하기 때문에 저가격, 대면적의 전자소자를 제조하는데 매우 유리한 장점이 있다. 이에, 유기물 반도체를 이용한 새로운 응용소자의 연구가 계속 진행되고 있으며, 의학 및 바이오 분야에도 여러 가지 형태의 연구가 진행되고 있다.Organic semiconductor constituting the channel region of the transistor is a new material that exhibits the characteristics of semiconductor or metal and has a very high electrical conductivity. It has a very advantageous advantage. Accordingly, researches on new application devices using organic semiconductors continue to be conducted, and various forms of research are also being conducted in the medical and bio fields.
이에 본 발명자들은 유기물 반도체를 이용한 유기 박막 트랜지스터에 대한 연구를 진행하면서, 유기 박막 트랜지스터에서 게이트 절연막과 유기 절연막 사이에 계면층을 구성함으로써 유기 절연막을 센싱 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 소자의 안정성을 개선시킬 수 있으며, 이런 구성의 유기 박막 트랜지스터가 바이오센서로 바람직하게 사용될 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors, while conducting research on organic thin film transistors using organic semiconductors, form an interfacial layer between the gate insulating film and the organic insulating film in the organic thin film transistor to protect the organic insulating film from the sensing environment, and the organic insulating film and the organic semiconductor layer The present invention has been accomplished by discovering that the bonding properties can be improved to improve the stability of the device, and that an organic thin film transistor having such a configuration can be preferably used as a biosensor.
따라서, 본 발명의 첫 번째 기술적 과제는 신뢰성과 안정성이 확보된 유기 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.Accordingly, the first technical problem of the present invention is to provide an organic thin film transistor having reliability and stability.
본 발명의 두 번째 기술적 과제는 신뢰성과 안정성이 확보된 유기 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것이다.The second technical problem of the present invention is to provide a method of manufacturing an organic thin film transistor, which is secured in reliability and stability.
본 발명의 세 번째 기술적 과제는 신뢰성과 안정성이 확보된 유기 박막 트랜지스터를 포함한 바이오 센서를 제공하는 것이다.A third technical problem of the present invention is to provide a biosensor including an organic thin film transistor having a reliability and stability.
상기 첫 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하되,In order to solve the first technical problem, the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film, a source-drain electrode and an organic semiconductor layer on a substrate,
상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 더 포함하고,Further comprising an interface layer between the gate insulating film and the organic semiconductor layer,
상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 포함하며, 상기 계면층은 무기물을 포함하는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.The gate insulating layer includes an organic polymer, and the interface layer provides an organic thin film transistor including an inorganic material.
상기 두 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 계면층, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 형성하되,In order to solve the second technical problem, the present invention is to form a gate electrode, a gate insulating film, an interface layer, a source-drain electrode and an organic semiconductor layer on a substrate,
상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 이용하여 습식 공정을 통해 형성되고,The gate insulating film is formed through a wet process using an organic polymer,
상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이의 계면층은 무기물을 이용하여 졸-겔법을 통해 형성되는 것인 유기 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.The interfacial layer between the gate insulating film and the organic semiconductor layer is provided by a sol-gel method using an inorganic material to provide a method of manufacturing an organic thin film transistor.
상기 세 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층으로 구성된 유기 박막 트랜지스터를 포함하고,In order to solve the third technical problem, the present invention includes an organic thin film transistor composed of a gate electrode, a gate insulating film, a source-drain electrode and an organic semiconductor layer on a substrate,
상기 게이트 절연막과 상기 유기 반도체층 사이에 계면층을 더 포함하고, 상기 유기 반도체층은 전도성 주쇄와 압타머 또는 라벨로 치환된 측쇄로 이루어진 유기 물질을 포함하는 바이오센서를 제공한다.An interfacial layer is further provided between the gate insulating layer and the organic semiconductor layer, and the organic semiconductor layer provides a biosensor including an organic material including a conductive main chain and a side chain substituted with an aptamer or a label.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 도입함으로써, 유기 절연막을 외부 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 소자의 안정성을 확보할 수 있다.In the organic thin film transistor according to the present invention, by introducing an interfacial layer between the gate insulating film and the organic semiconductor layer, the organic insulating film can be protected from the external environment and the bonding characteristics between the organic insulating film and the organic semiconductor layer can be improved to ensure the stability of the device. have.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 유기 박막들을 습식 공정을 사용하여 제조하고, 또한 계면층이 졸-겔법을 통해 제조될 수 있기 때문에 대면적과 저가격의 공정이 가능하고, 플라스틱 기판 위에 소자의 제작이 용이한 장점이 있다. The organic thin film transistor according to the present invention can be produced by using a wet process, and also because the interface layer can be manufactured by the sol-gel method, a large-area and low-cost process is possible, the fabrication of the device on a plastic substrate There is an easy advantage.
또한, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 플라스틱 기판이 적용될 수 있기 때문에 제조비용이 저렴하여 일회용으로 주로 사용되는 바이오센서에의 적용이 용이하다.In addition, since the organic thin film transistor according to the present invention may be applied to a plastic substrate, it is easy to apply to a biosensor mainly used as a disposable because the manufacturing cost is low.
이하, 본 발명은 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1 내지 도 4는 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 유기 박막 트랜지스터는 기판(10) 상에 순차적으로 게이트 전극(20), 게이트 절연막(30), 계면층(A), 소스·드레인 전극(40) 및 유기 반도체층(50)이 형성되어 있는 하부 게이트 역 코-플래너형 구조, 도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 순차적으로 게이트 전극(20), 게이트 절연막(30), 계면층(A), 유기 반도체층(50) 및 소스·드레인 전극(40)이 형성되어 있는 하부 게이트 역 스태거드형 구조일 수 있다. 도 3을 참조하면, 기판(10) 상에 순차적으로 소스·드레인 전극(40), 유기 반도체층(50), 계면층(A), 게이트 절연막(30) 및 게이트 전극(20)이 형성되어 있는 상부 게이트 코-플래너형 구조, 도 4를 참조하면, 기판(10) 상에 순차적으로 유기 반도체층(50), 소스·드레인 전극(40), 계면층(A), 게이트 절연막(30) 및 게이트 전극(20)이 형성되어 있는 상부 게이트 스태거드형 구조일 수 있다.1 to 4 illustrate the structure of an organic thin film transistor. Referring to FIG. 1, an organic thin film transistor is sequentially formed on a
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 게이트 절연막(30)과 유기 반도체층(50) 사이에 무기물로 형성된 계면층을 형성한다.The organic thin film transistor according to the present invention forms an interface layer formed of an inorganic material between the
편의를 위하여, 도 1의 하부 게이트 역 코-플래너형 구조의 유기 박막 트랜지스터를 참조하여, 각 층을 상세히 설명한다.For convenience, each layer will be described in detail with reference to the organic thin film transistor of the lower gate inverse co-planar type structure of FIG. 1.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터에서, 기판(10)은 폴리에테르설폰 (polyethersulphone; PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리이미드 (polyimide; PI), 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthelate; PEN), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate; PAR) 등의 플라스틱 또는 절연층이 형성된 얇은 금속과 같은 휘어질 수 있는 것이 바람직하다.In the organic thin film transistor according to the present invention, the
상기 게이트 전극(20)으로는 ITO, IZO, ZnO:Al(Ga) 등과 같은 투명 산화물, Ti, Ag, Au, Al, Cr, Al/Cr/Al, Ni 등과 같은 여러 종류의 저항이 낮은 금속 또는 전도성 고분자가 사용될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 상기 게이트 전극(20)은 상기 기판(10) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 이 분야의 통상적인 두께로 스퍼터링법, 원자층 증착법(ALD) 또는 화학기상 증착법(CVD) 등의 공정을 통해 형성된 후 패터닝된다.The
상기 게이트 절연막(30)은 상기 게이트 전극(20)을 포함하는 기판(10) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 우수한 유전특성을 나타내는 유기 폴리머를 이용하여 습식 공정을 통해 대략 수십nm 내지 수천nm의 두께, 바람직하게는 50nm 내지 120nm로 제조될 수 있으며, 유전특성을 나타내는 폴리머로는 폴리비닐페놀(PVP) 또는 폴리비닐아세테이트(PVA)가 있으며, 상기 폴리머는 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 프로필렌 글리콜 1-모노메틸에테르 2-아세테이트(PGMEA)와 같은 유기 용제 중에 용해될 수 있다. The
상기 PVP 또는 PVA와 같은 폴리머는 유기 용제에 잘 용해되어 박막으로 만들기 쉬운 장점이 있으나, 표면 거칠기가 낮도 유전율이 크기 때문에 전기적으로 누설전류가 크다는 단점이 있을 수 있기 때문에 이를 보완하기 위하여 다양한 첨가제가 사용될 수 있다.The polymer, such as PVP or PVA, is well dissolved in an organic solvent and has an advantage of being easily formed into a thin film. However, various additives may be used to compensate for this, because the dielectric constant is high even though the surface roughness is low. Can be used.
상기 게이트 절연막(30)의 형성시 광개시제 및/또는 열개시제가 부분적으로 또는 선택적으로 첨가될 수 있다. 광개시제로는 암모니움 디클로메이트가 사용될 수 있으며, 열개시제로는 멜라민수지(methylated poly(melamine-co-formaldehyde))가 사용될 수 있으며, 이들은 수 내지 수십 중량% 첨가되어 광 또는 열을 통한 패터닝을 가능하게 한다.When the
유기 폴리머로 형성된 상기 게이트 절연막(30)은 패터닝이 가능하다. 상기 게이트 절연막(30)의 패터닝이 가능함은 도 5를 통해서 확인될 수 있다. 도 5는 폴리에테르설폰(PES) 기판 위에 제작된 폴리비닐페놀(PVP)의 게이트 절연막의 패터닝된 상태를 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)으로 표면과 비스듬한 단면 이미지를 나타낸 것이다. 도 5에 따르면, PVP가 형성된 영역과 PVP가 현상액에 녹아 PES 가 드러난 영역이 뚜렷이 구분됨을 확인할 수 있다.The
상기 게이트 절연막(30)과 유기 반도체층(50) 사이에 계면을 형성하는 계면층(A)은 ZnS, CdS 또는 (Zn, Cd)S와 같은 무기물로 습식 공정을 통해 형성될 수 있다. The interface layer A forming an interface between the
유기 박막 트랜지스터의 구조에 따라서, 즉, 하부 게이트형 또는 상부 게이트형에 따라서 계면층(A)이 게이트 절연막(30) 위쪽에 형성될 수 있거나 또는 유기 반도체층(50) 위쪽에 형성될 수 있다.Depending on the structure of the organic thin film transistor, that is, according to the lower gate type or the upper gate type, the interface layer A may be formed above the
상기 습식 공정으로는 스핀 코팅, 졸-겔법, 잉크-젯 프린팅법, 딥코팅법, 스크린 프린팅법, 그라비아 인쇄법, 오프셋 인쇄법 및 임프린팅법으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The wet process may be selected from the group consisting of spin coating, sol-gel method, ink-jet printing method, dip coating method, screen printing method, gravure printing method, offset printing method and imprinting method.
상기 계면층(A)은 특히 아연 또는 카드늄의 이온 성분이 들어 있는 수용액과 황의 이온 성분이 각각 들어 있는 수용액을 사용하여 졸-겔법으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 아연 또는 카드늄 이온 성분이 들어 있는 수용액 중에 게이트 절연막(30)이 형성된 기판을 접촉시킨 후 건조하고, 이후에 황 이온이 들어 있는 수용액과 접촉시켜 건조하여 ZnS 또는 CdS의 단일 분자층을 형성하고, 이를 반복하여 계면층의 두께를 조절할 수 있다.In particular, the interface layer (A) is preferably formed by a sol-gel method using an aqueous solution containing an ionic component of zinc or cadmium and an aqueous solution containing an ionic component of sulfur. For example, the substrate in which the
상기 계면층(A)의 두께는 각각 수nm 내지 수십㎚의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of the said interface layer (A) is formed in the range of several nm-several tens nm, respectively.
상기 소스·드레인 전극(40)으로는 게이트 전극(20)과 유사하게 ITO, IZO, ZnO:Al(Ga) 등의 투명 산화물, Al, Cr, Au, Ag, Ti 등의 금속 또는 전도성 고분자가 사용할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 소스·드레인 전극(40)은 상기 금속과 산화물의 이층구조를 형성할 수도 있다. 상기 소스/드레인 전극(40)은 상기 계면층(A) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 분야의 통상적인 두께로 스퍼터링법, ALD, CVD 등과 같은 공정을 통해 증착된 후 패터닝된다.Similar to the
상기 유기 박막 트랜지스터의 채널 영역을 구성하는 유기 반도체층(50)은 소스/드레인 전극(40)을 포함하는 계면층(A) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 이 분야에 공지된 모든 재료를 사용하여 스퍼터링, ALD, CVD, 스핀코팅 등과 같은 공정으로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 펜타센, 구리 프탈로시아닌, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 또는 폴리페닐렌비닐렌 등이 사용될 수 있다. The
또한, 상기 유기 박막 트랜지스터가 바이오센서로 사용되는 경우, 유기 반도체층(50)은 항원-항체 반응을 감지하는 액티브 층의 역할을 수행할 수 있으며, 따라서 전도성 주쇄와 압타머 또는 라벨로 치환된 측쇄를 포함하는 유기물질, 예를 들면, F8T2(폴리(9,9-디옥틸플루오렌-코-바이티오펜))이 사용될 수 있다.In addition, when the organic thin film transistor is used as a biosensor, the
상기 유기 반도체층(50) 위에 도시하지 않았지만, 보호층이 형성될 수 있으며, 예를 들면, 폴리머 물질들이 스핀 코팅, 딥코팅, 캐스팅 등과 같은 방법을 통해 형성된 후 패터닝될 수 있거나, 또는 절연물질들이 화학증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 등을 통하여 형성된 후 패터닝 될 수 있다.Although not shown on the
상기 박막의 형성시 모든 패터닝은 포토-리소그래피 방법 또는 습식 식각 방법을 통해 수행될 수 있다.All patterning in the formation of the thin film may be performed through a photo-lithography method or a wet etching method.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터가 적용된 바이오 센서의 구성을 나타낸 도 6을 참조하여 바이오센서의 작동을 설명한다.The operation of the biosensor will be described with reference to FIG. 6 showing the configuration of the biosensor to which the organic thin film transistor according to the present invention is applied.
도 6에 따르면, 기판(10) 상에 순차적으로 게이트 전극(20), 게이트 절연막(30), 계면층(A), 소스/드레인 전극(40), 유기 반도체층(50) 및 보호층(60)으로 구성된 유기 박막 트랜지스터(100)에서 특정 단백질을 포함한 용액(70)이 함유된 주입장치(80)(시린지 형태일 수 있음)를 통해 특정 단백질이 포함된 용액을 유기 반도체층(50)과 접촉시켜 유기 반도체층(50) 내의 유기 물질의 작용기의 반응에 의해 전도도 특성 변화를 통해 특정 단백질을 검출해 낼 수 있다.Referring to FIG. 6, the
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 플라스틱 기판의 사용이 가능하기 때문에, 제조 비용이 저렴하여 일회용으로 주로 사용되는 바이오 센서에 적용되기 바람직하다. 또한, 무기 계면층(A)이 센싱 환경으로부터 유기 절연막을 보호하기 때문에, 바이오 센서의 정확성을 개선시킬 수 있다.Since the organic thin film transistor according to the present invention can use a plastic substrate, it is preferable that the organic thin film transistor is applied to a biosensor mainly used for one-time use due to low manufacturing cost. In addition, since the inorganic interfacial layer A protects the organic insulating film from the sensing environment, the accuracy of the biosensor can be improved.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하고자 하나, 하기 실시예는 설명을 목적으로 한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, one or more configuration and effects of the present invention will be described in detail by way of specific examples, but the following examples are for illustrative purposes and do not limit the scope of the present invention.
실시예Example 1 One
O2-플라즈마 처리한 폴리에테르설폰 기판 위에, Au을 가지고 e-빔 장비를 이용하여 리소그래피법으로 게이트 전극을 100nm의 두께로 증착하고, 패터닝하였다. 상기 게이트 전극 위에, N,N-디메틸포름아미드(DMF) 10㎖ 중에 폴리비닐페놀(PVP) 1g을 교반을 통해 잘 용해시킨 다음 암모니움 디클로메이트 0.03g을 첨가하여 2시간 동안 충분한 혼합이 되도록 교반한 후, PVP 용액을 0.2mm 필터로 필터링하여 미세 파티클을 최대한 줄인 다음 2500rpm에서 180 초 동안 스핀 코팅하였다. 이어서, 10-1 Torr 정도의 진공상태의 상온에서 16시간 동안 충분히 유지시키면서 유기 용매를 증발시켜 게이트 절연막을 80nm의 두께로 형성하였다. 이후 가교 공정을 위하여 포토 마크스와 콘택 얼라이너(contact aligner) 장비를 이용하여 UV 세기 240mJ/㎠에서 8분간 노광하여 게이트 절연막을 패터닝하였다. 이어서 아세톤과 탈이온수를 1:1 혼합한 현상액에서 현상하고, 120℃의 온도에서 10 분동안 열처리하였다. OH기가 표면에 나와 있는 게이트 절연막이 형성된 기판을 Zn(OAc)2의 수용액(91mM, pH 6.7) 속에 5분 동안 담지시킨 다음 증류수를 이용하여 린스하고, 아르곤 분위기 하에서 건조시켰다. 이어서, 이것을 Na2S의 수용액(4mM, pH 11.05) 속에 2분 동안 담지시켜 증류수를 이용하여 린스하고, 아르곤 분위기 하에서 건조시켜 ZnS를 단일 분자층으로 형성하고, 이를 반복하여 10nm 두께로 무기 계면층을 형성하였다. 상기 무기 계면층의 형성과정을 도식화하면 다음과 같다. On an O 2 -plasma treated polyethersulfone substrate, a gate electrode was deposited to a thickness of 100 nm by means of lithography using e-beam equipment with Au and patterned. On the gate electrode, 1 g of polyvinylphenol (PVP) was dissolved in 10 ml of N, N-dimethylformamide (DMF) by stirring, and then 0.03 g of ammonium dichloromate was added to allow sufficient mixing for 2 hours. After stirring, the PVP solution was filtered with a 0.2 mm filter to minimize the fine particles and then spin coated for 180 seconds at 2500 rpm. Subsequently, the gate insulating film was formed to a thickness of 80 nm by evaporating the organic solvent while sufficiently maintaining at room temperature in a vacuum state of about 10 −1 Torr for 16 hours. Thereafter, the gate insulating film was patterned by exposing at a UV intensity of 240 mJ / cm 2 for 8 minutes using a photo mark and a contact aligner. Subsequently, acetone and deionized water were developed in a developer mixed with 1: 1, and heat-treated at a temperature of 120 ° C. for 10 minutes. The substrate having the gate insulating film having the OH group formed thereon was immersed in an aqueous solution of Zn (OAc) 2 (91 mM, pH 6.7) for 5 minutes, then rinsed with distilled water, and dried under an argon atmosphere. Subsequently, this was immersed in an aqueous solution of Na 2 S (4 mM, pH 11.05) for 2 minutes, rinsed with distilled water and dried under argon atmosphere to form ZnS as a single molecular layer, which was then repeated to form an inorganic interface layer having a thickness of 10 nm. Formed. The formation process of the inorganic interfacial layer is as follows.
상기 무기 계면층 상에 e-빔 장비를 이용하여 리소그래피법으로 Au을 가지고 소스·드레인 전극을 80nm의 두께로 형성하였고, 소스 전극와 드레인 전극은 상호 맞물린(interdigitate) 형태를 갖도록 형성하였다. 이어서, 소스·드레인 전극 상에 펜타센(pentacene)을 가지고 100nm의 두께로 유기 반도체층을 형성하여 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다. 이와 같이 제작한 유기 박막 트랜지스터의 평면도와 실물 사진을 도 7에 나타내었으며, 또한 상기 유기 박막 트랜지스터의 on/off 전기 적 특성을 평가하여 도 8에 나타내었다. 도 8에 따르면, 소자의 안정성이 확보되며 히스테리시스가 전혀 없는 안정적인 소자 구동이 가능함을 확인할 수 있다.The source and drain electrodes were formed to have a thickness of 80 nm with Au by lithography using the e-beam equipment on the inorganic interface layer, and the source and drain electrodes were formed to have an interdigitate shape. Subsequently, an organic semiconductor layer was formed with a pentacene on a source / drain electrode to a thickness of 100 nm to manufacture an organic thin film transistor. A plan view and a real photograph of the organic thin film transistor thus manufactured are shown in FIG. 7, and the on / off electrical characteristics of the organic thin film transistor are evaluated and shown in FIG. 8. According to FIG. 8, it can be seen that the stability of the device is secured and stable device driving without hysteresis is possible.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of an organic thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of an organic thin film transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an organic thin film transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a structure of an organic thin film transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 플라스틱 기판 위에 제작된 폴리비닐페놀(PVP)의 게이트 절연막의 패터닝된 상태를 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)으로 표면과 비스듬한 단면 이미지를 나타낸 것이다.FIG. 5 is a cross-sectional image of the patterned state of the gate insulating film of polyvinylphenol (PVP) fabricated on a plastic substrate with an atomic force microscope (AFM).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터를 이용하여 제작된 바이오센서의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a biosensor manufactured using an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 평면도와 실물 사진을 나타낸 것이다.7 is a plan view and a real picture of an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 on/off 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.8 is a graph illustrating on / off electrical characteristics of an organic thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
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