KR100669793B1 - CMOS TFT and flat panel display therewith - Google Patents
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Abstract
본 발명은 채널 길이를 동일하게 하면서 P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 액티브 채널의 배치를 조절하여, P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 전류 이동도 및 문턱 전압의 절대값의 차이가 거의 없으며, 또한, 간단하게 플렉시블화 하기 위한 것으로, 채널이 형성되는 N형 활성층을 구비하고, 상기 N형 활성층은 적어도 하나 이상의 N형 나노입자를 갖는 N형 박막 트랜지스터와, 채널이 형성되는 P형 활성층을 구비하고, 상기 P형 활성층은 적어도 하나 이상의 P형 나노입자를 갖는 P형 박막 트랜지스터를 포함하고, 적어도 N형 박막 트랜지스터의 채널과 P형 박막 트랜지스터의 채널은 서로 다른 방향을 갖도록 구비된 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 구비한 평판 표시장치에 관한 것이다.The present invention adjusts the arrangement of the active channels of the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor while maintaining the same channel length, so that the difference between the absolute value of the current mobility and the threshold voltage of the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor is substantially reduced. In addition, it is for the purpose of simple flexibility, and has an N-type active layer in which a channel is formed, wherein the N-type active layer is an N-type thin film transistor having at least one or more N-type nanoparticles, and a P-type active layer in which a channel is formed And the P-type active layer includes a P-type thin film transistor having at least one or more P-type nanoparticles, and at least channels of the N-type thin film transistor and channels of the P-type thin film transistor have different directions. A CMOS thin film transistor and a flat panel display device having the same are provided.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 평면도,1 is a plan view schematically illustrating a structure of an active matrix organic electroluminescent display device according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 화소 영역과 회로 영역의 회로의 일 예를 나타내는 회로도,2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit of a pixel area and a circuit area of FIG. 1;
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 CMOS TFT의 단면도,3 is a cross-sectional view of a CMOS TFT according to an embodiment of the present invention;
도 4는 활성층을 형성하는 나노입자들을 도시한 부분 사시도,4 is a partial perspective view illustrating nanoparticles forming an active layer;
도 5a 및 도 5b는 각각 N형 활성층 및 P형 활성층의 평면도,5A and 5B are plan views of an N-type active layer and a P-type active layer, respectively;
도 6은 기판 상에 나노입자들이 배열된 상태를 도시한 평면도,6 is a plan view showing a state in which nanoparticles are arranged on a substrate;
도 7a 내지 도 7c는 도 6에 따른 나노막을 형성하기 위한 방법으로, LITI 법의 일 예를 도시한 단면도,7A to 7C are cross-sectional views illustrating examples of the LITI method as a method for forming the nanofilm according to FIG. 6.
도 8 및 도 9는 각각 도 7a 내지 도 7c의 방법에 사용되는 도너 시트의 단면도 및 평면도,8 and 9 are cross-sectional and plan views of a donor sheet used in the method of FIGS. 7A-7C, respectively;
도 10a 및 도 10b는 도 8 및 도 9의 도너 시트를 제조하는 방법의 일 예를 도시한 도면들,10A and 10B illustrate an example of a method of manufacturing the donor sheet of FIGS. 8 and 9;
도 11 내지 도 15는 도 8 및 도 9의 도너 시트를 제조하는 방법의 다른 일 예를 도시한 도면들,11 to 15 are views showing another example of a method of manufacturing the donor sheet of FIGS. 8 and 9,
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 활성층을 형성하는 나노입자들을 도시한 부분 사시도,16 is a partial perspective view showing nanoparticles forming an active layer according to another embodiment of the present invention;
도 17은 도 16에 따른 활성층을 갖는 것으로, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 CMOS TFT의 활성층 구조를 개략적으로 도시한 평면도,17 is a plan view schematically showing an active layer structure of a CMOS TFT according to another embodiment of the present invention, having the active layer according to FIG. 16;
도 18은 도 16에 따른 활성층을 갖는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 CMOS TFT를 도시한 단면도,18 is a cross-sectional view of a CMOS TFT according to another embodiment of the present invention having an active layer according to FIG. 16;
도 19는 도 1의 화소 영역의 부화소들 중 어느 한 부화소의 일 실시예를 나타내는 단면도. 19 is a cross-sectional view illustrating an exemplary embodiment of any one of subpixels of the pixel area of FIG. 1.
본 발명은 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 사용하는 평판 표시장치에 관한 으로, 더욱 상세하게는 P형 박막 트랜지스터 및 N형 박막 트랜지스터의 전류 이동도 및 문턱 전압의 절대값의 차이가 거의 없는 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 이용하는 평판 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS thin film transistor and a flat panel display device using the same, and more particularly, a CMOS thin film transistor having almost no difference in absolute value between current mobility and threshold voltage of a P-type thin film transistor and an N-type thin film transistor, and the same. A flat panel display device to be used.
일반적으로 CMOS 박막 트랜지스터(Complementary metal oxide semiconductor thin film transistor; CMOS TFT)를 사용하는 회로들은 액티브 매트릭스 액정 표시 소자(Active Matrix LCD), 유기 전계 발광 소자(EL) 및 이미지 센서 등을 구동하는데 사용된다. 그러나, 일반적으로 TFT의 문턱 전압의 절대값은 단결정 반도체를 사용하는 MOS 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값보다 크다. 더욱이, N형 박막 트랜 지스터의 문턱 전압의 절대값은 P형 박막 트랜지스터의 절대값과는 매우 다르다. 예를 들어, N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압이 2V이면 P형 박막 트랜지스터에서는 -4V이다. In general, circuits using a CMOS metal thin film transistor (CMOS TFT) are used to drive an active matrix LCD, an organic EL device, an image sensor, and the like. However, in general, the absolute value of the threshold voltage of the TFT is larger than the absolute value of the threshold voltage of the MOS transistor using a single crystal semiconductor. Moreover, the absolute value of the threshold voltage of the N-type thin film transistor is very different from the absolute value of the P-type thin film transistor. For example, when the threshold voltage of the N-type thin film transistor is 2V, it is -4V in the P-type thin film transistor.
따라서, P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값이 매우 차이가 나는 것은 회로를 동작하는 데에는 바람직하지 않고, 특히, 구동 전압을 감소시키는 데에는 커다란 장벽으로 작용한다. 예를 들어, 일반적으로 문턱 전압의 절대값이 큰 P형 박막 트랜지스터는 낮은 구동 전압에서는 적절하게 동작하지 않는다. Therefore, it is not desirable to operate the circuit that the absolute value of the threshold voltage of the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor is very different, and in particular, it serves as a large barrier to reducing the driving voltage. For example, a P-type thin film transistor having a large absolute value of a threshold voltage generally does not operate properly at a low driving voltage.
즉, P형 박막 트랜지스터는 레지스터와 같은 수동 소자로서 단지 기능하며, 충분히 빨리 동작하지는 않는다. P형 박막 트랜지스터를 수동 소자처럼 작동시키기 위해서는 구동 전압이 충분히 높을 필요가 있다. That is, the P-type thin film transistor merely functions as a passive element such as a resistor and does not operate fast enough. To operate the P-type thin film transistor like a passive device, the driving voltage needs to be high enough.
특히, 게이트 전극이 알루미늄과 같이 일함수가 5eV 이하인 물질로 이루어진 경우에는 게이트 전극과 진성(intrinsic) 실리콘 반도체 사이의 일함수의 차이가 -0.6 eV만큼 작아진다. 결과적으로, P-채널 TFT의 문턱 전압이 - 값으로 쉬프트되는 것과 같이 되고, N-채널 TFT의 문턱 전압은 0 V에 가깝게 된다. 그러므로, N형 박막 트랜지스터는 일반적으로 온-상태(on-state)인 것으로 된다. In particular, when the gate electrode is made of a material having a work function of 5 eV or less, such as aluminum, the difference in work function between the gate electrode and the intrinsic silicon semiconductor is reduced by -0.6 eV. As a result, the threshold voltage of the P-channel TFT becomes as shifted to the negative value, and the threshold voltage of the N-channel TFT becomes close to 0V. Therefore, the N-type thin film transistor is generally made to be on-state.
위와 같은 상태에서, N형 박막 트랜지스터와 P형 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값은 거의 동일한 것이 바람직하다. 종래 단결정 반도체 집적 회로 기술의 경우, 문턱 전압은 1018 원자/㎤의 농도 이하인 매우 작은 농도에서 N 또는 P 타입 불순물 도핑을 사용하여 제어되어 왔다. 즉, 문턱 전압은 1015 내지 1018 원 자/㎤의 농도의 불순물 도핑에 의하여 0.1 V 이하의 정밀도로 제어되어 왔다. In the above state, it is preferable that the absolute values of the threshold voltages of the N-type thin film transistor and the P-type thin film transistor are almost the same. In conventional single crystal semiconductor integrated circuit technology, the threshold voltage has been controlled using N or P type impurity doping at very small concentrations of up to 1018 atoms / cm 3. In other words, the threshold voltage has been controlled with an accuracy of 0.1 V or less by impurity doping at a concentration of 1015 to 1018 atoms / cm 3.
그러나, 단결정 반도체가 아닌 반도체를 사용하는 경우, 불순물이 1018 원자/㎤ 또는 그 이하의 농도로 첨가될지라도 문전 전압의 쉬프트는 관측되지 않는다. 더욱이, 불순물의 농도가 1018 원자/㎤ 이상이면, 문턱 전압은 급속히 변화하고, 전도성은 p-타입 또는 n-타입이 된다. 이것은 다결정 실리콘이 많은 디펙트를 갖기 때문이다. 디펙트 농도가 1018 원자/㎤이므로 첨가된 불순물은 이러한 디펙트에 의해 트랩되고 활성화될 수 없다. 더욱이, 불순물의 농도가 디펙트의 농도보다 크며 과도한 불순물은 활성화되고 도전 타입을 n 또는 p 타입으로 변화된다. However, when using a semiconductor other than a single crystal semiconductor, no shift in the gate voltage is observed even if impurities are added at a concentration of 1018 atoms / cm 3 or less. Furthermore, when the concentration of the impurity is 1018 atoms / cm 3 or more, the threshold voltage changes rapidly, and the conductivity becomes p-type or n-type. This is because polycrystalline silicon has many defects. Since the defect concentration is 1018 atoms / cm 3, the added impurities cannot be trapped and activated by this defect. Moreover, the concentration of impurities is greater than the concentration of defects and excess impurities are activated and the conductivity type is changed to n or p type.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미국 특허 번호 제6,492,268호, 6,124,603호 및 5,615,935호에서는 채널 길이를 달리 하여 P형 박막 트랜지스터의 채널 길이는 N형 박막 트랜지스터의 채널 길이보다 작게 제조한다. 그러나, 이 특허에서도 채널 길이를 달리 제조하여야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.In order to solve this problem, in US Patent Nos. 6,492,268, 6,124,603 and 5,615,935, the channel length of the P-type thin film transistor is made smaller than that of the N-type thin film transistor by varying the channel length. However, this patent also has a problem in that the manufacturing process is complicated because the channel length must be manufactured differently.
한편, 최근의 평판 표시장치들은 충분한 시야각을 확보하기 위해 소정의 장력을 가해 일정 정도 휘어지도록 하거나, 암밴드(Arm Band), 지갑, 노트북 컴퓨터 등의 휴대성 제품에 채용하고자 하기 위해, 유연성(flexible)에 대한 요구가 높아지고 있다.On the other hand, the recent flat panel display devices are flexed by applying a predetermined tension to secure a sufficient viewing angle, or to be adopted in portable products such as arm bands, wallets, and notebook computers. The demand for is rising.
그런데, 종래의 방법으로 다결정질 실리콘 TFT를 형성할 경우에는 유연성 평판 표시장치를 얻기가 힘들다. 즉, 유연성(flexible) 제품을 가공하기 위하여는, 기판을 포함한 구성품의 대부분에 쉽게 휘어질 수 있는 재료로서 아크릴, 폴리이미 드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 미라르(mylar) 기타 플라스틱 재료를 채용해야 하는데, 이들 플라스틱 재료는 열에 약하다.However, when the polycrystalline silicon TFT is formed by the conventional method, it is difficult to obtain a flexible flat panel display. That is, in order to process flexible products, acrylic, polyimide, polycarbonate, polyester, mylar and other plastic materials should be employed as materials that can bend easily to most of the components including the substrate. These plastic materials are heat resistant.
따라서, 특히, 유연성(flexible) 제품에 채용되는 평판 표시장치의 TFT들을 가공하기 위하여는, 플라스틱 재료가 견딜 수 있는 온도 이하에서 제조될 수 있는 구조 및 방법이 필요하다. Therefore, in particular, in order to process TFTs of flat panel displays employed in flexible products, a structure and method that can be manufactured below a temperature that the plastic material can withstand are needed.
이렇게 유연성 제품에 채용되는 TFT를 제조하기 위해, 최근에는 일본특허 2004-048062호에서 볼 수 있듯이, TFT의 채널로서 나노 구조체를 채용하는 방법이 개시되어 있다.In order to manufacture a TFT employed in such a flexible product, a method of employing a nanostructure as a channel of a TFT is disclosed recently, as can be seen in Japanese Patent 2004-048062.
본 발명은 위에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 채널 길이를 동일하게 하면서 P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 액티브 채널의 배치를 조절하여, P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 전류 이동도 및 문턱 전압의 절대값의 차이가 거의 없는 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 사용하는 평판 표시장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems described above, and an object of the present invention is to adjust the arrangement of active channels of the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor while maintaining the same channel length, The present invention provides a CMOS thin film transistor having almost no difference in the absolute value of current mobility and threshold voltage of an N-type thin film transistor and a flat panel display using the same.
본 발명은 또한, 간단하게 플렉시블 특성을 구현할 수 있는 평판 표시장치를 제공하는 데 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a flat panel display device which can simply implement flexible characteristics.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 채널이 형성되는 N형 활성층을 구비하고, 상기 N형 활성층은 적어도 하나 이상의 N형 나노입자를 갖는 N형 박막 트랜지스터와, 채널이 형성되는 P형 활성층을 구비하고, 상기 P형 활성층 은 적어도 하나 이상의 P형 나노입자를 갖는 P형 박막 트랜지스터를 포함하고, 적어도 N형 박막 트랜지스터의 채널과 P형 박막 트랜지스터의 채널은 서로 다른 방향을 갖도록 구비된 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the N-type active layer having a channel is formed, the N-type active layer is an N-type thin film transistor having at least one or more N-type nanoparticles, and the channel is formed P A P-type active layer, wherein the P-type active layer includes a P-type thin film transistor having at least one or more P-type nanoparticles, and at least channels of the N-type thin film transistor and channels of the P-type thin film transistor have different directions. A CMOS thin film transistor is provided.
본 발명은 또한 전술한 목적을 달성하기 위하여, 채널이 형성되는 N형 활성층을 구비하고, 상기 N형 활성층은 적어도 하나 이상의 P형 나노입자를 갖는 N형 박막 트랜지스터와, 채널이 형성되는 P형 활성층을 구비하고, 상기 N형 활성층은 적어도 하나 이상의 P형 나노입자를 갖는 P형 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 N형 박막 트랜지스터에서 N형 활성층의 채널 방향과 N형 나노 입자들의 길이방향이 이루는 각도와, 상기 P형 박막 트랜지스터에서 P형 활성층의 채널 방향과 P형 나노 입자들의 길이방향이 이루는 각도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention also includes an N-type active layer in which a channel is formed, and the N-type active layer includes an N-type thin film transistor having at least one or more P-type nanoparticles, and a P-type active layer in which a channel is formed. Wherein, the N-type active layer comprises a P-type thin film transistor having at least one or more P-type nanoparticles, and the angle between the channel direction of the N-type active layer and the longitudinal direction of the N-type nanoparticles in the N-type thin film transistor In the P-type thin film transistor, an angle formed between the channel direction of the P-type active layer and the length direction of the P-type nanoparticles is provided.
본 발명은 또한, 이러한 CMOS 박막 트랜지스터를 구비한 평판 표시장치를 제공한다.The present invention also provides a flat panel display having such a CMOS thin film transistor.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 평판표시장치 중 그 바람직한 일 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 1에서 볼 때, 상기 유기 전계 발광 표시장치는 화소 영역(P)과, 상기 화소 영역(P) 의 가장자리에 회로 영역(C)으로 구성된다. 1 is a plan view schematically showing an active matrix organic electroluminescent display device according to a preferred embodiment of the flat panel display device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the organic light emitting display device includes a pixel region P and a circuit region C at an edge of the pixel region P. In FIG.
상기 화소 영역(P)은 복수개의 화소(pixel)들로 구비되며, 각 화소들은 유기 전계 발광 소자를 각각 구비한 복수개의 부화소(sub-pixel)들로 이루어져 있다. 풀 칼라 유기 전계 발광 표시장치의 경우에는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 부화소들이 라인상, 모자이크상, 격자상 등 다양한 패턴으로 배열되어 화소를 구성하며, 풀 칼라 평판표시장치가 아닌 모노 칼라 평판표시장치여도 무방하다.The pixel area P includes a plurality of pixels, and each pixel includes a plurality of sub-pixels each having an organic EL device. In the case of a full color organic light emitting display, subpixels of red (R), green (G), and blue (B) are arranged in various patterns such as lines, mosaics, and lattices to form pixels. It may be a mono color flat panel display instead of a display.
그리고, 상기 회로 영역(C)은 상기 화소 영역(P)을 구동하기 위한 전원을 연결해 주는 것으로, 화소 영역(P)으로 입력되는 화상 신호 등을 제어해 준다.The circuit region C connects a power source for driving the pixel region P, and controls an image signal input to the pixel region P. FIG.
도 2는 이러한 유기 전계 발광 표시장치에서, 화소 영역(P)의 어느 단위 화소의 선택 구동회로(SC)의 회로도 및 회로 영역(P)의 CMOS TFT(50)를 나타내는 개략적 회로도를 나타낸 것이다. 회로도는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 회로구조에 이하 설명될 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.FIG. 2 shows a circuit diagram of the selection driving circuit SC of a unit pixel of the pixel region P and a schematic circuit diagram of the
도 2를 참조할 때, 각 단위 화소 내의 선택 구동회로(SC)는 스위칭TFT(10), 구동TFT(20) 및 스토리지 커패시터(30)를 구비하며, CMOS TFT(50)는 N형 TFT(51)와 P형 TFT(52)가 결합된 형태를 취하고 있다. Referring to FIG. 2, the selection driving circuit SC in each unit pixel includes a switching
상기 선택 구동회로(SC)의 스위칭 TFT(10)는 스캔 라인(Scan)에 인가되는 스캔 신호에 구동되어 데이터 라인(Data)에 인가되는 데이터 신호를 구동 TFT(20) 및 스토리지 커패시터(30)로 전달하는 역할을 한다. 상기 구동 TFT(20)는 상기 스위칭 TFT(10)를 통해 전달되는 데이터 신호에 따라서 EL소자(40)로 유입되는 전류량을 결정한다. 상기 스토리지 커패시터(30)는 상기 스위칭 TFT(10)를 통해 전달되는 데 이터 신호를 한 프레임동안 저장하는 역할을 한다.The switching
상기 CMOS TFT(50)는 수직 드라이버(VD)에 위치할 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 회로부에 적용 가능하다.The
본 발명에 있어, 상기 CMOS TFT(50)는 도 3과 같은 형태로 구비될 수 있다.In the present invention, the
먼저, 기판(1) 상에 N형 및 P형 활성층(511)(521)이 형성된다. 이 때, 기판(1) 상에는 버퍼층(1a)이 더 구비될 수 있다. N형 및 P형 활성층(511)(521)은 후술하듯이, 나노입자들로 구성되어 있다.First, N type and P type
이 N형 및 P형 활성층(511)(521)을 덮도록 게이트 절연막(12)을 형성한 후, 게이트 전극(512)(522), 층간 절연막(13)을 순차로 형성한 후, 콘택 홀(514)(524)을 형성한다.After the
상기 층간 절연막(13) 상에는 소스/드레인 전극(513)(523)이 배치되는 데, 이 소스/드레인 전극들(513)(523)은 콘택 홀(514)(524)을 통해 각각 N형 및 P형 활성층(511)(521)의 나노입자에 접속된다. 이렇게 형성함으로써 본 발명에 따른 N형 TFT(51) 및 P형 TFT(52)를 갖는 CMOS TFT(50)를 형성한다.Source /
상기 소스/드레인 전극들(513)(523)의 상부로는 절연체로 평탄화막(14)이 형성되는 데, 평탄화막(14)은 실리콘 나이트라이드 등의 무기막 및/또는 아크릴, BCB, 폴리 이미드 등의 유기막으로 형성될 수 있다.A
한편, 상기 N형 TFT(51)의 N형 활성층(511)과, 상기 P형 TFT(52)의 P형 활성층(521)은 각각 후술하는 바와 같은 채널을 형성한다.On the other hand, the N-type
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 N형 활성층(511) 및 P형 활성 층(521)은 각각 적어도 하나의 나노입자로 구비될 수 있는 데, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 도 4에서 볼 수 있듯이, 복수개의 나노입자(60)들이 나란히 배열될 수 있고, 이들은 서로 평행하게 배열될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the N-type
이들 나노입자들(60)은 나노 와이어, 나노 리본, 나노 막대, 단층벽 또는 다층벽의 나노 튜브의 형태를 가질 수 있다.These
도 4는 이 중 나노 와이어들이 일방향으로 배열되어 있는 상태를 도시한 것인 때, 각 나노입자들(60) 사이는 도 4에서 볼 수 있듯이, 경계(61)가 구비되어 있다.4 illustrates a state in which the nanowires are arranged in one direction, the
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이러한 나노 입자들(60)로 도 5a 및 도 5b에서 볼 수 있듯이, N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521)을 구성한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
도 5a 및 도 5b에서 볼 때, N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521)에서 나노 입자들(60)은 대략 그 길이방향에 평행한 방향으로 배열되어 있는 데, 이렇게 나노입자들(60)의 길이방향을 방향 N으로 한다.5A and 5B, in the N-type
한편, N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521)에 있어, 채널들(C1)(C2)은 소스 영역과 드레인 영역의 사이 영역에 해당하며, 전자나 정공과 같은 캐리어들의 흐름 통로가 된다.Meanwhile, in the N-type
이 채널들(C1)(C2)은 도 5a 및 도 5b에서 볼 수 있듯이, 소정의 방향으로 형성되는 데, 채널의 형성 방향을 방향 C로 한다. 여기서, 채널의 형성 방향이란, 채널을 통해, 캐리어가 이동되는 방향, 즉, 채널에서의 캐리어들의 대체적인 흐름방향이라 볼 수 있다.These channels C1 and C2 are formed in a predetermined direction, as shown in Figs. 5A and 5B, and the channel formation direction is the direction C. Figs. Herein, the formation direction of the channel may be regarded as a direction in which carriers move through the channel, that is, a general flow direction of carriers in the channel.
본 발명에서, 상기 N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521)은 각각 다른 방향을 갖도록 배치되어 있다. 이 때, 이들 N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521) 중 그 중앙부분인 채널들(C1)(C2)이 이렇게 서로 다른 방향을 갖도록 하면 충분하나, 구조 설계의 복잡성으로 인하여 N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521) 전체가 다른 방향을 갖도록 한 것이다. 따라서, 이하에서는 박막 트랜지스터의 활성층의 채널들의 방향에 대하여 활성층의 방향으로 설명하고, 이는 채널들의 방향만으로 충분한 것을 의미하며, 이러한 사실은 후술하는 모든 실시예에서 마찬가지로 동일하게 적용되는 것이다.In the present invention, the N-type
전술한 바와 같이, CMOS TFT의 전기적 특성을 향상시키기 위해서는 N형 TFT와 P형 TFT의 문턱 전압의 절대값과 전류 이동도의 차이가 줄이는 것이 바람직하다.As described above, in order to improve the electrical characteristics of the CMOS TFT, it is desirable to reduce the difference between the absolute value of the threshold voltage and the current mobility of the N-type TFT and the P-type TFT.
본 발명에서는 이렇게 N형 TFT와 P형 TFT의 문턱 전압의 절대값과 전류 이동도의 차이가 줄이기 위해, P형 박막트랜지스터의 경우 전기적 특성이 우수하도록 배치하고, N형 박막트랜지스터의 경우 전기적 특성이 상대적으로 나빠지도록 배치되도록 한다.In the present invention, in order to reduce the difference between the absolute value of the threshold voltage and the current mobility of the N-type TFT and the P-type TFT, the electrical characteristics of the P-type thin film transistor are arranged to be excellent, and the electrical characteristics of the N-type thin film transistor are Try to be placed relatively badly.
따라서, 상기와 같은 N형 TFT(51)의 N형 활성층(511)의 방향과 P형 TFT(52)의 P형 활성층(521)의 방향은 각 활성층의 채널에서의 전류 이동도에 따라 결정될 수 있다. 즉, N형 TFT(51)의 N형 활성층(511)은 채널에서의 전류 이동도가 낮아지는 방향으로, P형 TFT(52)의 P형 활성층(521)은 채널에서의 전류 이동도가 높아지는 방향으로 결정된다. 이에 따라, N형과 P형 TFT에서 문턱 전압값은 각각 왼쪽으 로 시프트되어, N형 TFT(51)의 문턱 전압값은 높아지게 되며, P형 TFT(52)의 문턱 전압값도 그 절대값이 작아지게 된다.Accordingly, the direction of the N-type
이러한 전기적 특성의 차이, 특히, 전류 이동도의 차이는 도 5a 및 도 5b에서 볼 수 있듯이, 각 활성층들을 형성하는 나노입자들(60)의 방향인 방향 N과 각 활성층들(511)(521)의 채널 형성 방향인 방향 C와의 각도를 다르게 함으로써 얻을 수 있다. 이하에서는 이를 보다 상세히 설명한다.This difference in electrical characteristics, in particular, the difference in current mobility, can be seen in FIGS. 5A and 5B, in the direction N of the
전술한 바와 같이, 각 활성층들을 형성하는 나노입자들(60)은 소정 방향, 예컨대, N 방향을 따라 서로 대략 나란하도록 배열되어 있고, 각 나노입자들(60) 사이에는 경계(61)가 형성된다.As described above, the
이렇게 나노입자들(60)이 일방향으로 나란하게 배열되어 있는 활성층 구조에서는 활성층의 채널의 방향에 따라 TFT 특성에 이방성을 띨 수 있게 된다. 즉, 상기와 같은 나노입자들의 배열구조에 활성층의 채널을 어떠한 방향으로 형성하느냐에 따라 채널에서의 전류 이동도값이 달라지게 된다.Thus, in the active layer structure in which the
상기 나노 입자들(60)은 그 자체가 반도체 물질로 구비되어 이를 따라 캐리어가 이동할 수 있는 층이 된다. 그런데, 나노 입자들(60) 사이의 경계(61)는 채널에서 캐리어의 이동에 대한 저항 성분으로 작용하게 된다. The
따라서, 나노 입자들(60) 사이의 경계(61)가 채널 내에 얼마나 존재하느냐, 또 캐리어의 이동 경로와 어떠한 각도로 존재하느냐가 전류 이동도에 영향을 미칠 수 있는 것이다.Thus, how much of the
즉, 활성층의 채널 방향이 나노 입자들(60)이 정열되어 있는 방향, 예컨대, 나노 입자들(60)의 길이방향과 대략 0°를 이루는 경우에는, 상기 채널 방향이 많은 수의 경계(61)와 대략 평행하게 배치되어 캐리어(carrier)의 이동 시, 캐리어의 이동에 대한 저항 성분인 상기 경계(61)들이 적게 되고, 결국, 전류 이동도가 큰 값을 나타내게 된다.That is, when the channel direction of the active layer is approximately 0 ° with the direction in which the
반대로, 활성층의 채널 방향이 나노 입자들(60)의 길이방향과 대략 90°를 이루는 경우에는, 상기 채널 방향이 많은 수의 경계(61)와 대략 수직하게 배치되어 캐리어(carrier)의 이동 시, 캐리어의 이동에 대한 저항 성분인 상기 경계(61)들이 적게 되고, 결국, 전류 이동도가 줄어들게 된다.On the contrary, when the channel direction of the active layer is approximately 90 ° with the longitudinal direction of the
즉, 캐리어의 이동 방향에 저항 성분으로 작용하는 나노입자들의 경계가 얼마나 많이 포함되어 있는가 하는 것이 전류 이동도의 차이를 가져오는 것으로 볼 수 있다. In other words, how much the boundary of the nanoparticles acting as a resistance component in the direction of movement of the carrier can be seen as a difference in the current mobility.
따라서, 활성층의 채널 방향에 대해 나노입자들의 정렬 방향이 이루는 각도가 커짐에 따라 전류 이동도가 커지고, 활성층의 채널 방향에 대해 나노입자들의 정렬 방향이 이루는 각도가 감소함에 따라 전류 이동도가 작아지는 것을 의미한다.Therefore, as the angle of the alignment direction of the nanoparticles increases with respect to the channel direction of the active layer, the current mobility increases, and the current mobility decreases as the angle of the alignment direction of the nanoparticles decreases with respect to the channel direction of the active layer. Means that.
따라서, 전기적 특성을 낮춰야 하는 상기 N형 TFT의 채널 방향에 대해 이 채널을 형성하는 나노입자들의 길이 방향이 이루는 각도가, 전기적 특성을 높여야 하는 상기 P형 TFT의 채널 방향에 대해 이 채널을 형성하는 나노입자들의 길이 방향이 이루는 각도보다 크게 되도록 하는 것이 바람직하다. Therefore, the angle formed by the longitudinal direction of the nanoparticles forming the channel with respect to the channel direction of the N-type TFT, which should lower the electrical characteristics, forms the channel with respect to the channel direction of the P-type TFT, which should increase the electrical characteristics. It is preferable that the length of the nanoparticles be greater than the angle formed.
이 때, 나노입자들은 모두가 반듯하게 배열될 수는 없고, 일부는 약간 사선방향으로 형성될 수도 있으므로, 도 5a에서 볼 수 있듯이, N형 TFT의 N형 활성층 (511)은 그 채널 방향 C에 대해 나노입자들(60)의 길이방향N이 이루는 각도가 45°내지 135°인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 N형 TFT는 그 채널 방향 C에 대해 나노입자들(60)의 길이방향N이 이루는 각도가 대략 90°인 것이 바람직하다. At this time, since the nanoparticles may not all be arranged in a straight line, and some may be formed in a slightly oblique direction, as shown in FIG. 5A, the N-type
그리고, P형 TFT는, 도 5b에서 볼 수 있듯이, P형 활성층(521)의 채널 방향C에 대해 나노입자들(60)의 길이방향N이 이루는 각도가 -45°내지 45°인 것이 바람직하며, 대략 0°인 것이 더욱 바람직하다. As shown in FIG. 5B, the P-type TFT preferably has an angle formed by the longitudinal direction N of the
이상 설명한 도 5a 및 도 5b의 실시예는 활성층을 구성하는 나노입자들과 채널의 관계를 개념적으로 나타낸 것으로, 반드시 위에서 설명한 각도대로 설계될 필요는 없다. 다만, N형 TFT의 N형 활성층(511)의 경우가 P형 TFT의 경우보다 방향 N과 방향 C가 이루는 각도가 크면 충분하다.5A and 5B described above conceptually show a relationship between a channel and nanoparticles constituting the active layer, and are not necessarily designed at the angles described above. However, in the case of the N-type
상기와 같이, N형 TFT와 P형 TFT의 활성층들을 구성할 경우, 그 채널(C1)(C2)의 길이가 동일하여도, 원하는 전기적 특성을 얻을 수 있게 된다. As described above, when the active layers of the N-type TFT and the P-type TFT are constituted, even if the lengths of the channels C1 and C2 are the same, desired electrical characteristics can be obtained.
이러한 N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521)은 도 6과 같이 기판(1) 상에 나노입자들(60)을 대략 동일한 방향으로 배열한 후, 각 부화소들에서 N형 활성층(511) 및 P형 활성층(521)이 도 1과 같은 배열을 갖도록 패터닝함으로써 얻어질 수 있다. 이 때, 기판(1)은 플렉시블한 소재로 형성하는 것이 바람직한 데, 아크릴, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 미라르(mylar) 기타 플라스틱 재료가 사용될 수 있고, 얇은 글라스나, 표면 절연처리된 금속재를 사용할 수도 있다.The N-type
이 때, 나노입자는 전술한 바와 같이, 나노 와이어, 나노 리본, 나노 막대, 단층벽 또는 다층벽의 나노 튜브의 형태를 가질 수 있다.In this case, as described above, the nanoparticles may have the form of nanowires of nanowires, nanoribbons, nanorods, monolayer walls, or multilayer walls.
이러한 나노입자의 제조방법의 예들로서 다음과 같은 방법들이 더 있을 수 있다.As examples of the method of manufacturing such nanoparticles, there may be further methods as follows.
(a) P형 Si 나노 와이어(a) P-type Si nanowires
두께 20-40nm를 갖는 P형 Si 나노 와이어의 경우, 상업적으로 이용가능한 단분산 금 콜로이드 입자(Mono-dispersed gold colloid particle (British Biocell International Ltd))를 촉매로 하여 SiH4 와 B2H6 의 열증착으로 합성되어진다. 이 때 온도는 420 - 480 ℃ 사이를 이용하고, 반응기는 8-인치 튜브 퍼니스(8-inch tube furnace)에서 컴퓨터로 제어되는 성장(computer-controlled growth)이 가능하도록 조절한다. 전체 압력이 30 torr 일 때 실란(silane) 분압은 약 2 torr, 반응 시간은 40 분이 소요된다. SiH4와 B2H6 의 비율은 도핑레벨을 감안하여 6400:1 로 조절한다. 이때 나노 와이어의 도핑농도는 약 ~4x10E+17 cm-3 으로 추정된다. 도핑레벨이 높으면 높을 수록 고온 어닐링 프로세스가 없어도 컨택 저항이 낮아지는 장점이 있다.P-type Si nanowires with a thickness of 20-40 nm were synthesized by thermal evaporation of SiH4 and B2H6 using a commercially available mono-dispersed gold colloid particle (British Biocell International Ltd) as a catalyst. Lose. The temperature is then used between 420-480 ° C and the reactor is controlled to allow computer-controlled growth in an 8-inch tube furnace. When the total pressure is 30 torr, the silane partial pressure is about 2 torr and the reaction time is 40 minutes. The ratio of SiH4 and B2H6 is adjusted to 6400: 1 in consideration of the doping level. At this time, the doping concentration of the nanowire is estimated to be about ~ 4x10E + 17 cm-3. The higher the doping level, the lower the contact resistance is without the high temperature annealing process.
(b) N형 Si 나노 와이어(b) N-type Si nanowires
N형 의 Si 나노 와이어는 레이저 촉매 성장(laser-assisted catalytic growth ;LCG) 방법으로 합성된다. 간단하게는 Nd:YAG 레이저(532 nm; 8 ns 펄스폭, 300 mJ/pulse, 10Hz)의 레이저 빔을 이용하여 금 타겟(gold target)을 박리(ablation) 하는 방법을 채택하게 된다. 이 때 생성되는 금 나노 클러스터(gold nanocluster) 촉매 입자는 반응용기에서 SiH4 가스와 함께 반응하여 Si 나노 와이어로 성장하게 된다. 도핑을 할 경우에는 N형의 경우 Au-P 타겟(99.5:0.5 wt%, Alfa Aesar) 과 보조 적색 형광(additional red phosphorus)(99% Alfa Aesar)을 반응 용기의 가스 입구에 두어 생성한다.N-type Si nanowires are synthesized by laser-assisted catalytic growth (LCG). In brief, a method of ablation of a gold target is adopted using a laser beam of an Nd: YAG laser (532 nm; 8 ns pulse width, 300 mJ / pulse, 10 Hz). At this time, the gold nanocluster catalyst particles generated are reacted with SiH4 gas in the reaction vessel to grow into Si nanowires. In the case of doping, Au-P target (99.5: 0.5 wt%, Alfa Aesar) and supplemental red phosphorus (99% Alfa Aesar) are formed at the gas inlet of the reaction vessel.
(c) N형 GaN 나노 와이어(c) N-type GaN nanowires
암모니아 가스 (99.99%, Matheson), 갈륨 금속(99.9999%, Alfa Aesar), 마그네슘 나이트라이드(Mg3N2, 99.6%, Alfa Aesar)를 각각 N, Ga, Mg의 소스로 이용하여 금속-촉매 CVD(metal-catalyzed CVD)로 형성한다. 이 때 사용하는 기판은 c-플레인 사파이어(c-plane sapphire)가 바람직하다. Mg3N2는 열적으로 분해하여 MgN2(s) = 3Mg(g) + N2(g)와 같이 되고, Mg 도판트를 생성하며, Ga-source의 upstream 에 놓여진다. 950℃ 온도 조건에서 GaN 나노 와이어가 형성되며, 니켈(nickel)이 촉매로 사용된다. 대부분 길이는 10~40 um 의 분포를 갖는다.Ammonia gas (99.99%, Matheson), gallium metal (99.9999%, Alfa Aesar) and magnesium nitride (Mg3N2, 99.6%, Alfa Aesar) are used as sources of N, Ga, and Mg, respectively. catalyzed CVD). The substrate used at this time is preferably c-plane sapphire (c-plane sapphire). Mg3N2 thermally decomposes to form MgN2 (s) = 3Mg (g) + N2 (g), producing Mg dopants and placing them upstream of the Ga-source. GaN nanowires are formed at a temperature of 950 ° C., and nickel is used as a catalyst. Most of them have a distribution of 10 ~ 40 um.
(d) N형 CdS 나노 리본(d) N-type CdS Nano Ribbon
CdS 나노 리본(nano-ribbon)은 진공 카포 전달(vacuum capour transport) 방법으로 합성되어진다. 특히, 적은 양의 CdS 분말 (~100mg)을 진공관의 한쪽 끝에 놓고 밀봉해주도록 한다. CdS 분말의 온도가 900C 가 유지되도록 진공관을 가열하는 동안에 다른 쪽 끝은 50C보다 낮도록 유지해 준다. 두시간 이내에 대부분의 CdS 들이 차가운 쪽으로 이동되게 되고 진공관의 기벽에 달라붙게 된다. 이런 방법으로 얻어진 물질들은 30-150nm 사이의 두께를 갖는 나노리본이 주종이고 이때의 폭은 0.5 - 5 um, 길이는 10 - 200 um 정도이다.CdS nanoribbons (nano-ribbon) are synthesized by the vacuum capour transport (vacuum capour transport) method. In particular, place a small amount of CdS powder (~ 100mg) on one end of the tube and seal it. While heating the tube to keep the temperature of the CdS powder at 900C, keep the other end lower than 50C. Within two hours, most of the CdS will migrate to the cold side and stick to the tube wall. The materials obtained in this way are predominantly nanoribbons with a thickness between 30-150 nm, with a width of 0.5-5 um and a length of 10-200 um.
(e) Ge 나노 와이어(e) Ge nanowires
2.5cm 직경의 퍼니스 반응기(furnace reactor)에서 (총 기압 = 1atm) H2을 100 sccm 의 유속으로 흘리면서 동시에 GeH4 (10% in He) 의 유속을 10 sccm (표준 입방 센티미터) 로 유지하면서 275C 조건에서 15분간 CVD 를 하여 얻는다. 반응 기판은 금 나노 결정(Au nanocrystal)을 (평균 20 nm 지름) SiO2 기판표면에 고르게 분산한 기판을 사용한다.In a 2.5 cm diameter furnace reactor (total pressure = 1 atm), H2 was flowed at a flow rate of 100 sccm while maintaining a flow rate of GeH4 (10% in He) at 10 sccm (standard cubic centimeters) at 275C. Obtained by CVD for a minute. The reaction substrate is a substrate in which Au nanocrystals (average 20 nm diameter) are evenly dispersed on the surface of SiO 2 substrate.
(f) InP 나노 와이어(f) InP nanowires
InP 나노 와이어들은 LCG 방법으로 형성된다. LCG 타겟은 대체적으로 94%의 InP, 촉매로써의 5% Au, 도핑 원소로써의 1% Te 또는 Zn 로 구성되어 있다. 성장하는 동안 퍼니스 온도는 (중간) 800C로 유지하며, 타겟은 퍼니스의 중간보다는 상류 단부(upstream end)에 위치시킨다. 레이저 조건은 Nd-YAG 레이저(파장 1064nm)의 펄스를 10분간 조사하며, 이 때 나노 와이어들은 퍼니스의 차가운 단측의 하류 단부(downstream)에 포집된다.InP nanowires are formed by LCG method. The LCG target is generally composed of 94% InP, 5% Au as catalyst, 1% Te or Zn as doping element. The furnace temperature is maintained at (intermediate) 800C during growth and the target is located at the upstream end rather than in the middle of the furnace. The laser condition irradiates the pulse of an Nd-YAG laser (wavelength 1064 nm) for 10 minutes, at which time the nanowires are captured downstream of the cold short side of the furnace.
(g) ZnO 나노 막대(g) ZnO nanorods
ZnO 나노 막대(Nanorod)는 대략, 29.5g (0.13 mol)의 아연 아세테이트 디하이드레이트(Zinc acetate dihydrate (ZnOCOCH3-2H2O)) 를 60C에서 125 mL 의 메탄올에 녹인후 65 mL 의 메탄올에 14.8g (0.23 mol) 의 포타슘 히드록사이드(potassium hydroxide (KOH))를 녹인 용액을 부가하여 만든다. 반응 혼합물은 60C에서 수일동안 교반해 준다. 몇 일 내에 나노 막대기가 침전되면 침전물을 메탄올로 씻어주고 5500 rpm에서 30분간 원심분리한다. 얻어진 나노입자들을 에틸렌 글리콜/물(ethylene glycol/water) 2:1 의 용매로 희석시켜 용액을 만든다. 3일정도 숙성을 시킬경우 지름이 15-30nm, 길이는 200 - 300 nm 정도의 나노 막대(nanorod)를 얻을 수 있다. 이와는 달리 CVD 방법을 이용하면 나노와이어를 얻을 수도 있다.ZnO nanorods are approximately 29.5 g (0.13 mol) of zinc acetate dihydrate (ZnOCOCH3-2H2O) dissolved in 125 mL of methanol at 60C and then 14.8g (0.23 mol) in 65 mL of methanol. Is prepared by adding a solution of potassium hydroxide (KOH). The reaction mixture is stirred for several days at 60C. If nanorods precipitate within a few days, the precipitates are washed with methanol and centrifuged at 5500 rpm for 30 minutes. The obtained nanoparticles are diluted with a solvent of ethylene glycol / water 2: 1 to form a solution. When aged for 3 days, nanorods of 15-30 nm in diameter and 200-300 nm in length can be obtained. Alternatively, nanowires can be obtained using the CVD method.
이러한 나노입자(60)들은 기판(1) 상에 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.These
그 일 예로, 레이저 유도화 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging Method, 이하, "LITI 법"이라 함)이 있다. For example, there is a laser induced thermal imaging method (hereinafter referred to as "LITI method").
도 7a 내지 도 7c는 LITI법에 의해 기판(1) 상에 나노입자들(60)을 형성하는 방법을 도시한 것이고, 도 8은 이 때의 도너(Donor) 시트의 단면을 도시한 것이며, 도 9는 도너 시트의 평명을 도시한 것이다.7A to 7C show a method of forming
먼저, 본 발명에 있어, LITI법에 따라 나노입자를 갖는 활성층들을 형성하는 방법은 도 8 및 도 9에서 볼 수 있는 바와 같은 도너(Donor) 시트(70)를 이용한다.First, in the present invention, a method of forming active layers having nanoparticles according to the LITI method uses a
이 도너 시트(70)는 필름(71)에 나노 와이어(60)들을 그 길이방향에 평행하게 배열시켜 전사층(72)을 형성한다. The
상기 필름(71)은 기재가 되는 베이스 필름(73)과, 광열전환층(Light to Heat Conversion Layer, LTHC Layer, 74)을 포함한다. 상기 베이스 필름(73)은 폴리 올레핀계 수지가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 광열전환층(74)은 아크릴에 탄소를 교반하여 상기 베이스 필름(73)에 코팅할 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 레이저의 빛을 열로 전환시켜 전사층(72)에 열을 가해, 전사층(340)을 전사하거나, 레이저의 ablation 현상을 유발하도록 할 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 무방하다. The
도너 시트(70)에는 도 9에서 볼 수 있듯이, 나노 와이어(60)들이 일방향으로 정렬되어 있다. As shown in FIG. 9, the
이러한 도너 시트(70)를 도 7a에서 볼 수 있듯이, 버퍼층(1a)이 형성된 기판(1)에 안착시키고, 도 7b에서 볼 수 있듯이, 서로 라미네이팅하여 가접합한다. 그 상태로, 패턴을 형성할 소정 부위에 레이저 빔을 조사하고, 도너 시트(70)와 기판(1)을 분리시키면, 도 7c에서 볼 수 있듯이, 기판(1)상에 나노입자들(60)이 형성된다. As shown in FIG. 7A, the
나노 와이어(60)들이 일방향으로 정렬되어 있는 도너 시트(70)는 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 그 일 예를 나타낸 것이다.The
먼저, 도 10a와 같이, 물과 같은 용액(81)이 저장되어 있는 수조(80)에 복수개의 나노 와이어(60)들을 혼입시킨다. 이 때, 나노 와이어(60)들은 전술한 P형 나노 와이어 또는 N형 나노 와이어일 수 있는 데, 이들은 용액(81)상에 떠 있는 상태로 불규칙한 방향으로 배열되어 있다. First, as shown in FIG. 10A, a plurality of
그리고, 얼라인 바아(82)를 이용해 용액(81) 표면의 나노 와이어(60)들을 일측으로 밀게 되면, 나노 와이어(60)들은 얼라인 바아(82)에 밀려 일측으로 밀집되게 된다. 통상의 나노 와이어의 경우, 직경 또는 두께가 30nm 정도이고, 길이가 40 내지 50 ㎛ 이기 때문에, 그 애스펙트 레이쇼(aspect ratio)가 매우 크다. 따라서, 일측으로 밀집된 나노 와이어(60)들은 대략 일방향으로 정열되고, 이 정열 방향은 나노 와이어(60)들의 길이방향에 평행하게 된다. Then, when the
수조(80)에는 복수개의 롤러들(83)을 설치하고, 이 롤러들(83)을 이용해 필름(71)이 수조(80)를 관통하도록 한다. 이 때, 필름(71)은 도 8에서 볼 수 있듯이, 베이스 필름(73)에 광열전환층(74)이 형성되어 있는 것으로, 광열전환층(74)에 나 노 와이어(60)들이 접합되도록, 광열전환층(74)이 나노 와이어(60)의 방향이 되도록 수조(80)를 통과시킨다.The
이렇게 수조(80)를 통과시켜 광열전환층(74)에 나노 와이어(60)들이 접합될 때, 나노 와이어(60)들은 수조(80)의 일측으로 밀집되어 있는 상태이므로, 대략 일방향으로 정렬되어 있게 된다. 이러한 나노 와이어(60)들은 필름(71)의 광열전환층(74)에 접합되어도 그 정렬상태가 그대로 유지될 수 있다. 이렇게 나노 와이어(60)들이 정렬된 필름(71)을 건조한 후, 소정 길이로 절단하면, 도 9에서 볼 수 있듯이, 나노 와이어(60)들이 일방향으로 정렬된 도너 시트(70)를 얻을 수 있다. When the
이러한 도너 시트(70)의 형성방법은 필름(71)이 인라인상으로 연속하여 공급되므로, Roll-to-Roll 방식이 가능하게 되고, 이에 따라, 연속하여 많은 도너 시트(70)를 형성할 수 있게 된다. 따라서, 생산성을 더욱 증대시킬 수 있다.In the method of forming the
상기 도너 시트(70)는 도 11 내지 도 15에서 볼 수 있는 방법으로 제조될 수도 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The
먼저, 고분자계 물질로 제 1 섬유 및 제 2 섬유를 형성한다. 제 1 섬유(63)는 도 12 및 도 13에서 볼 수 있듯이, 직포를 형성할 때에 씨실 또는 날실 중 어느 하나가 되는 것으로 고분자계 물질로만 이루어져 있으며, 나노 입자(60)들을 포함하고 있지 않다. 그리고, 제 2 섬유(64)는 상기 제 1 섬유(63)에 대략 직각으로 교차하는 날실 또는 씨실이 되는 것으로, 도 14에서 볼 수 있듯이, 그 내부에 복수개의 나노 입자(60)들이 서로 대략 평행하게 배열되어 있다.First, the first fiber and the second fiber are formed of a polymeric material. As shown in FIGS. 12 and 13, the
이러한 제 1 섬유(63) 및 제 2 섬유(64)들은 도 11에서 볼 수 있는 바와 같 은 일렉트로스피닝(electrospinning)법을 사용하여 제조될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 이하에서는, 일렉트로 스피닝법을 이용한 제 1 섬유(63) 및 제 2 섬유(64)의 제조방법을 보다 상세히 설명토록 한다.The
도 11에 도시된 바와 같은 일렉트로스피닝 장치(90)는 노즐(411)을 갖는 주입기(91)와, 이 주입기(91)에 고주파 전원을 인가하는 파워 서플라이(95)와, 노즐(91)로부터 주입되는 고분자 용액으로 나노사이즈의 섬유를 형성하는 콜렉터(94)를 구비한다. The
주입기(91)에 소정의 고분자 용액(93)을 주입하고, 이 고분자 용액(93)에 고주파 전원을 인가한 상태에서 회전하는 콜렉터(94)로 고분자 용액(93)을 분사한다. 그러면, 이 콜렉터(94)에는 섬유가 연신되며 감기게 된다. A
상기 고분자 용액(93)은, 제 1 섬유(63)를 형성할 때에는 나노 입자가 혼합되어 있지 않은 고분자 용액을 사용하고, 제 2 섬유(64)를 형성할 때에는 나노 입자가 혼합되어 있는 고분자 용액을 사용한다. 나노입자의 제조방법은 전술한 바와 같다.The
이러한 나노 입자들을 포함한 고분자 용액으로 제 2 섬유(64)를 형성하면, 이 제 2 섬유(64)에 포함되어 있는 나노 입자들(60)은 도 14에서 볼 수 있듯이, 제 2 섬유(64)의 연신방향으로 정렬된다. 따라서, 서로 평행하게 배열된 나노 입자(60)들을 얻을 수 있게 된다.When the
다음으로, 이렇게 나노 입자들이 포함되어 있지 않은 제 1 섬유(63)와, 나노 입자들이 포함되어 있는 제 2 섬유(64)를 도 12 또는 도 13과 같이 서로 교차하도록 직포(62)를 형성한다. 이 직포(62)에는 제 2 섬유(64)에만 나노 입자들이 포함되어 있기 때문에, 결국, 제 2 섬유(64)가 배열되어 있는 방향에 평행하게 나노 입자들이 배열되어 있게 된다.Next, the woven
따라서, 이러한 직포(62)를 도 15에서 볼 수 있듯이, 상기 광열전환층(74)이 형성되어 있는 필름(71)에 라미네이팅시키면, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 나노 입자(60)들이 서로 대략 평행하게 배열되어 있는 도너 시트(70)를 얻을 수 있게 된다. 라미네이팅 시에는 직포(62)가 필름(71)의 광열전환층(74)에 밀착되도록 한 상태에서 진행한다.Therefore, as shown in FIG. 15, when the woven
이러한 도너 시트(70)의 형성방법은 상기 직포(62)를 롤 형상으로 제조한 후, 이를 이용해 연속하여 많은 도너 시트(70)를 형성할 수 있으므로, 생산성을 더욱 증대시킬 수 있다.In the method of forming the
한편, 상기 직포(62)는 이를 도너 시트(70)로 만들지 않고, 곧바로 기판에 라미네이팅하여, 기판 상에 나노입자들(60)을 직접 코팅할 수도 있다.On the other hand, the woven
이상은 레이저 전사법을 일 예로서 설명한 것이나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 도너 시트의 전사층이 레이저가 아닌 외부 압력에 의해 전사될 수 있도록 할 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 일반적인 전사법이 그대로 적용 가능하다.Although the above has described the laser transfer method as an example, the present invention is not necessarily limited thereto, and the transfer layer of the donor sheet may be transferred by an external pressure rather than a laser. In this case, the general transfer method can be applied as it is.
한편, 상기와 같은 레이저 전사법에 의하면, 도 6과 같이, 기판(1) 상에 나노입자들(60)을 전체 면적에 걸쳐 형성할 필요없이, 마스크를 이용하여 곧바로 도 1과 같은 나노입자들(60)을 구비한 활성층 패턴을 형성할 수 있다. On the other hand, according to the laser transfer method as described above, as shown in Figure 6, without having to form the
즉, 전술한 바와 같이, 도 9와 같은 도너 시트(70)를 기판 상에 얼라인시킨 후, 도 1과 같은 패턴의 개구를 갖는 마스크를 준비하고, 이 마스크를 개재한 상태로 레이저 전사를 하면, 도 1과 같은 활성층 패턴을 바로 얻을 수 있게 된다.That is, as described above, after the
한편, 나노입자들로 이루어진 활성층 패턴은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the active layer pattern made of nanoparticles is not necessarily limited to the above.
예컨대, 도 16에서 볼 수 있듯이, 나노입자들(60)의 배열이 서로 다르게 형성된 나노입자층들(60p)(60n)을 형성하고, 이를 통해 도 17과 같이, N형 활성층(511)과 P형 활성층(521)의 방향이 동일하게 되도록 패터닝할 수도 있다.For example, as shown in FIG. 16, nanoparticle layers 60p and 60n are formed to have different arrangements of
도 16에서 볼 때, P형 나노입자층(60p)을 나노입자들(60)이 일방향으로 배열되도록 하여 형성하고, 이를 덮도록 절연막(65)을 형성한 후, 절연막(65) 위에 다시 N형 나노입자층(60n)을 그 나노입자들(60)이 P형 나노입자층(60p)의 나노입자들(60)과 직교하도록 배열한다.Referring to FIG. 16, the P-
이렇게 나노입자층들을 배열한 후에 도 17과 같이 모든 활성층들이 동일한 방향을 갖도록 패터닝한다.After arranging the nanoparticle layers, all active layers are patterned to have the same direction as shown in FIG. 17.
그런 후에, 도 18에서 볼 수 있듯이, N형 TFT(51) 및 P형 TFT(52)의 소스/드레인 전극이 연결되는 나노입자층들을 조절함으로써, 전술한 효과를 얻을 수 있게 된다. 이 경우, 모든 N형 활성층(511) 및 P형 활성층들(521)은 P형 나노입자층(60p) 및 N형 나노입자층(60n)을 갖게 된다.Then, as shown in FIG. 18, by controlling the nanoparticle layers to which the source / drain electrodes of the N-
즉, 도 18에서 볼 수 있듯이, N형 TFT(51)는 P형 나노입자층(60p) 및 N형 나 노입자층(60n)을 모두 갖는 N형 활성층(511)을 구비한다. 이 때, 콘택 홀(514)이 N형 나노입자층(60n)에까지만 닿도록 형성되어 소스/드레인 전극(513)이 N형 나노입자층(60n)에 콘택되도록 한다. 이 경우, N형 나노입자층(60n)의 나노입자들의 방향과 N형 활성층(511)에서의 채널 방향은 대략 평행하게 된다.That is, as shown in FIG. 18, the N-
또한, P형 TFT(52)의 P형 활성층(521)도 P형 나노입자층(60p) 및 N형 나노입자층(60n)을 모두 갖는다. 이 때, 콘택 홀(524)이 P형 나노입자층(60p)에 까지 닿도록 형성되어 소스/드레인 전극(523)이 P형 나노입자층(60p)에 콘택되도록 하여, P형 나노입자층(60p)의 나노입자들의 방향과 P형 활성층(521)에서의 채널 방향이 대략 수직하게 되도록 한다.The P-type
이에 따라, 전술한 본 발명의 CMOS TFT의 특성을 모두 얻을 수 있게 되는 것이다.Accordingly, it is possible to obtain all the characteristics of the CMOS TFT of the present invention described above.
한편, 상술한 바와 같은 CMOS TFT는 도 1과 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예인 유기 전계 발광 표시장치에 적용될 수 있는 데, 이에 따라, 표시장치의 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.On the other hand, the CMOS TFT as described above can be applied to the organic electroluminescent display device which is a preferred embodiment of the present invention as shown in Figure 1, thereby further increasing the efficiency of the display device.
도 19는 도 1의 화소 영역(P)의 단위 화소의 구조의 일 예를 나타낸 것으로, 이를 보다 상세히 설명하면, 다음과 같다.19 illustrates an example of a structure of a unit pixel of the pixel area P of FIG. 1, which will be described in more detail as follows.
먼저, 기판(1) 상에 구동 TFT(20)의 활성층(21)이 형성된다. 이 때, 기판(1) 상에는 버퍼층(11)이 더 구비될 수 있다. 구동 TFT(20)의 활성층(21)도 전술한 바와 같이, 나노입자들로 구성될 수 있다.First, the
이 활성층(21)을 덮도록 게이트 절연막(23)을 형성한 후, 게이트 전극(24), 층간 절연막(25)을 순차로 형성한 후, 콘택 홀(26a)을 형성한다.After the gate insulating film 23 is formed to cover the
상기 층간 절연막(25) 상에는 소스/드레인 전극(26)이 배치되는 데, 이 소스/드레인 전극(26)은 콘택 홀(26a)을 통해 활성층(21)에 접속된다. A source /
한편, 상기 게이트 전극(24) 및 소스/드레인 전극(26)의 형성 시, 이들과 동일한 물질로 스토리지 커패시터(30)를 형성할 수 있다. 즉, 게이트 전극(24)과 동일한 물질로 스토리지 커패시터(30)의 하부 전극(31)을 형성하고, 소스/드레인 전극(26)과 동일한 물질로 스토리지 커패시터(30)의 상부 전극(32)을 형성한다.Meanwhile, when the
상기 소스/드레인 전극(26) 상부로는 절연체로 평탄화막(27)이 형성되는 데, 평탄화막(27)은 실리콘 나이트라이드 등의 무기막 및/또는 아크릴, BCB, 폴리 이미드 등의 유기막으로 형성될 수 있다.A planarization layer 27 is formed on the source /
이 평탄화막(27)에는 구동 TFT(20)의 소스 및 드레인 전극(26) 중 어느 하나가 노출되도록 비아홀이 형성된다. 상기 평탄화막(27) 상부에는 유기 전계 발광 소자(40)의 하부 전극층인 화소 전극(41)이 형성된다. 이 화소 전극(41)이 비아홀을 통해 상기 소스 및 드레인 전극(26) 중 어느 하나에 연결되도록 한다.Via holes are formed in the planarization film 27 so that any one of the source and drain
상기 화소 전극(41)의 상부로는, 아크릴, BCB, 폴리 이미드 등의 유기물, 및/또는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드 등의 무기물과 같은 절연물에 의해 화소정의막(15)이 형성된다. 화소 정의막(15)은 도 19에서 볼 때, 화소 전극(41)의 소정 부분이 노출되도록 개구부를 가지도록 형성된다. The
그리고, 발광층을 구비한 유기막(42)이 적어도 화소 전극(41)이 노출된 개구부 상에 도포된다. 유기막(42)은 화소 정의막(28)의 전면에 형성될 수도 있다. 이 때, 유기막(42)의 발광층은 각 화소당 적, 녹, 청색으로 패터닝되어 풀 칼라를 구현할 수 있다.And the
상기 유기막(42)이 형성된 후에는, 유기 전계 발광 소자(40)의 다른 한 전극인 대향 전극(43)이 형성된다. 이 대향 전극(43)은 모든 화소를 다 덮도록 형성될 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 패터닝될 수도 있음은 물론이다.After the
상기 화소 전극(41)과 대향 전극(43)은 상기 유기막(42)에 의해 서로 절연되어 있으며, 유기막(42)에 서로 다른 극성의 전압을 가해 유기막(42)에서 발광이 이뤄지도록 한다.The
한편, 화소 전극(41)은 애노드 전극의 기능을 하고, 대향 전극(43)은 캐소드 전극의 기능을 하는데, 물론, 이들 화소 전극(41)과 대향 전극(43)의 극성은 반대로 되어도 무방하다.On the other hand, the
화소 전극(41)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명전극으로 사용될 때에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 구비될 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3를 형성할 수 있다.The
한편, 대향 전극(43)도 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는데, 투명전극으로 사용될 때에는 이 대향 전극(43)이 캐소드 전극으로 사용되므로, 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, 및 이들의 화합물이 유기막(42)의 방향을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투 명 전극 형성용 물질로 보조 전극층이나 버스 전극 라인을 형성할 수 있다. 그리고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 위 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, 및 이들의 화합물을 전면 증착하여 형성한다.On the other hand, the
상기 유기막(42)은 저분자 또는 고분자 유기층이 사용될 수 있는 데, 저분자 유기층을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 유기 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 이들 저분자 유기층은 진공증착의 방법으로 형성된다.The
고분자 유기층의 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.In the case of the polymer organic layer, the structure may include a hole transporting layer (HTL) and a light emitting layer (EML). In this case, PEDOT is used as the hole transporting layer, and polyvinylvinylene (PPV) and polyfluorene are used as the light emitting layer. Polymer organic materials such as (Polyfluorene) are used and can be formed by screen printing or inkjet printing.
상기와 같은 화소 영역의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 적용 가능하다. 그리고, 박막 트랜지스터 또한, 구동 박막 트랜지스터 외에 이 구동 박막 트랜지스터에 연결되는 다양한 회로를 구현하기 위한 박막 트랜지스터들이 복수개 더 구비될 수 있으며, 커패시터 또한 구현하고자 하는 회로에 따라 다양하게 존재할 수 있다. The structure of the pixel area as described above is not necessarily limited thereto, and may be variously applied. In addition, the thin film transistor may further include a plurality of thin film transistors for implementing various circuits connected to the driving thin film transistor in addition to the driving thin film transistor, and the capacitor may also exist in various ways depending on the circuit to be implemented.
이상 설명한 것은 본 발명을 유기 전계 발광 표시장치에 적용한 경우이나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 액정 표시장치나, 무기 전계 발광 표시장치 등 TFT를 이용할 수 있는 어떠한 구조에든 적용될 수 있음은 물론이다.As described above, the present invention is applied to an organic electroluminescent display, but the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to any structure that can use a TFT such as a liquid crystal display or an inorganic electroluminescent display. .
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, the following effects can be obtained.
첫째, TFT의 활성층의 크기를 변경하지 않고도, CMOS 박막 트랜지스터를 효율적으로 구동할 수 있도록 할 수 있다.First, it is possible to efficiently drive the CMOS thin film transistor without changing the size of the active layer of the TFT.
둘째, 나노입자의 특성을 활용하여, 효율적 구동 특성을 갖는 CMOS 박막 트랜지스터를 얻을 수 있다.Second, by utilizing the characteristics of the nanoparticles, a CMOS thin film transistor having efficient driving characteristics can be obtained.
셋째, 박막 트랜지스터의 채널에 나노입자를 이용함으로써 고온 공정을 거치지 않고도, 상온 또는 저온에서 박막 트랜지스터 및 평판 표시장치, 특히, 유기 전계 발광 표시장치를 제조할 수 있다.Third, by using nanoparticles in the channel of the thin film transistor, a thin film transistor and a flat panel display device, particularly an organic light emitting display device, can be manufactured at room temperature or low temperature without undergoing a high temperature process.
넷째, 이에 따라, 고온 열처리에 취약한 플라스틱 재료를 평판 표시장치에 이용할 수 있다. 따라서, 플렉시블한 평판 표시장치를 제조하는 데, 더욱 유리하다.Fourth, accordingly, a plastic material vulnerable to high temperature heat treatment can be used for the flat panel display. Therefore, it is more advantageous to manufacture a flexible flat panel display.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
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