KR100770262B1 - 유기 박막트랜지스터, 이를 포함하는 유기전계발광소자 및이들의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 유전율을 갖는 나노 입자를 구비하여 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 유기 박막트랜지스터, 이를 포함하는 유기전계발광소자 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스/드레인 전극 및 반도체층을 포함하는 유기 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 평탄화막; 상기 평탄화막 상에 위치하는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기막층; 상기 유기막층 상에 위치하는 제 2 전극;을 포함하며, 상기 게이트 절연막은 나노 입자가 포함된 유기 절연물질인 것을 특징으로 한다.
나노 입자, 유기 박막트랜지스터, 유기전계발광소자
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도.
<도면 주요부호에 대한 부호의 설명>
30 : 기판 31 : 버퍼층
32: 게이트 전극 33 : 게이트 절연막
34,35 : 소스/드레인 전극 36 : 반도체층
37 : 평탄화막 38 : 제 1 전극
39 : 화소정의막 40 :유기막층
41 : 제 2 전극
본 발명은 유기 박막트랜지스터, 이를 포함하는 유기전계발광소자 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 높은 유전율을 갖는 나노 입자를 구비하여 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 유기 박막트랜지스터, 이를 포함하는 유기전계발광소자 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
최근 실리콘 화합물의 개발로 인해 고집적화, 고성능화로 다양한 분야에서 반도체 소자가 사용되고 있다. 특히, 이러한 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 위에 SiO2 또는 SiOx 등의 무기물로 이루어지는 절연층을 이용하여, 하나 이상의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor) 및 캐패시터(capacitor)로 이루어진다.
그러나, 무기물로 이루어지는 절연층을 이용한 반도체 소자의 제조는 무기물의 특성상 절연층을 평탄화하기 어렵고, 무기물 절연층 형성을 위하여 고온 진공 증착 장비가 필요하며, 제조 공정이 매우 복잡한 어려움이 있다. 즉, 일반적인 반도체 소자의 제조 시 발생하는 어려움으로 인해 소자의 제조에 한계가 있다.
따라서, 최근에는 유기물로 이루어진 반도체층을 이용한 유기 박막트랜지스터(Organic Thin Film Transistor)의 사용이 크게 증가하고 있다. 이러한 유기 박막트랜지스터는 제조 공정이 비교적 간단하고, 제작 비용이 저렴한 장점이 있다. 또한, 유기 박막트랜지스터는 플렉서블한 특성으로 구부리거나 접을 수 있어 액정디스플레이(Liquid Crystal Display), 유기전계발광디스플레이(Organic Electroluminescence Display), 능동구동방식 평판 디스플레이(Active Matrix Flat Panel Display)에 적용되는 스위칭 소자(switching device), 구동 소자(driving device), 메모리 소자(memory device)로 각광받고 있다. 이때, 상기 유기 박막트랜 지스터에 적용되는 절연층을 구성하는 유기물은 높은 유전 상수를 가져야 하며, 상기 유기물이 유기 박막트랜지스터의 제조 공정 상에서 접하게 되는 화학 물질에 대한 내화학성, 내열성, 감광성, 접착성 및 고른 표면 형상과 같은 다양한 조건을 충족해야 한다.
상기와 같은 유기 박막트랜지스터에 있어서, 유기물로 이루어지는 절연층은 반드시 필요한 물질이며, 특히, 상기 절연층을 구성하는 유기물의 유전 상수는 유기 박막트랜지스터의 성능을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 보다 상세히 설명하면, 상기 유기 박막트랜지스터 및 캐패시터에 사용되는 유기물로 이루어지는 절연층은 단위면적당 충전 용량을 증가시키고, 스위칭 소자인 박막트랜지스터에 사용되는 절연체는 박막트랜지스터의 문턱전압에 관계되어, 채널의 깊이를 조정하는데 직접적인 연관이 있다.
이러한, 유기물로 이루어지는 절연층의 유전상수를 확보하기 위해 유기 반도체인 펜타센(pentacence)과 무기물로 이루어지는 절연층으로 유기 박막트랜지스터를 만들 경우, 전계효과 이동도가 ~5㎠/Vs로 a-Si 박막트랜지스터에 근접하는 결과가 나왔으나, 유기 절연막을 사용한 유기 박막트랜지스터의 성능은 a-Si 박막트랜지스터에 미치지 못한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 높은 유전율을 갖는 나노 입자를 구비하여 소자의 전기적 특성을 향 상시킬 수 있는 유기 박막트랜지스터, 이를 포함하는 유기전계발광소자 및 이들의 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 기판; 상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 위치하는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 위치하는 소스/드레인 전극; 상기 소스/드레인 전극 상에 위치하는 반도체층;을 포함하며, 상기 게이트 절연막은 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질인 것을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 기판을 제공하고, 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극 상에 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질을 도포하여 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 소스/드레인 전극을 형성하고, 상기 소스/드레인 전극 상에 반도체층을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터의 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 기판; 상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스/드레인 전극 및 반도체층을 포함하는 유기 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 평탄화막; 상기 평탄화막 상에 위치하는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 위치하며, 상기 제 1 전극의 일부를 노출시키는 화소정의막; 상기 제 1 전극 및 화소정의막 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기막층; 상기 유기막층 상에 위치하는 제 2 전극;을 포함하며, 상기 게이트 절연막 은 나노 입자가 포함된 유기 절연물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 기판을 제공하고, 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극 상에 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질을 도포하여 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 소스/드레인 전극을 형성하고, 상기 소스/드레인 전극 상에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 상에 평탄화막을 형성하고, 상기 평탄화막 상에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 1 전극 상에 상기 제 1 전극의 일부를 노출시키는 화소정의막을 형성하고, 상기 제 1 전극 및 화소정의막 상에 적어도 발광층을 포함하는 유기막층을 형성하고, 상기 유기막층 상에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(20)을 제공한다, 상기 기판(20)은 절연유리, 플라스틱 또는 도전성기판을 사용할 수 있다. 상기 기판(20) 상에 버퍼층(21)을 형성한 다. 상기 버퍼층(21)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 또는 이들의 이중층으로 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(21)은 상기 기판(20)에서 불순물이 상부로 올라오는 것을 방지하는 역할을 한다.
이어서, 상기 버퍼층(21) 상에 게이트 전극(22)을 형성한다. 상기 게이트 전극(22)은 Al, Cr 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 하나를 사용할 수 있다.
다음에, 상기 기판(20) 전면에 게이트 절연막(23)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(23)은 도 2에서와 같이, 먼저 나노 절연물질, 바람직하게는 SiO2물질을 기판 상에 도포하고, 이를 TEOS(Tetraethly Orthosilicate), 물(H2O) 및 이의 등가물을 포함하는 코팅물질을 반응시켜 나노 핵(10)을 형성한다. 상기 형성된 SiO2 입자인 나노 핵(10)은 수십 나노미터 또는 수백 나노미터의 입경을 갖는 것이 바람직하다.
이후에, 상기 형성된 나노 핵(10)에 코팅층(13)을 형성한다. 상기 코팅층(13)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 또는 원자층증착(Atomic Layer Deposition : ALD)와 같은 기상 증착 방법을 이용하여 나노 핵(10)을 균일하게 코팅한다. 이때, 상기 나노 핵(10)을 둘러쌓는 코팅층(11)은 상기 SiO2의 유전율보다 높은 유전율을 갖는 산화물을 사용하며, 바람직하게는 TiO2, HfO2, Al2O3, ZrO2, La2O3, Ta2O5, SrTiO3, BaTiO3 및 Pr2O3로 이루어진 군에서 선택된 하나를 사용한다. 상기와 같이 형성된 나노 입자(13)는 수십 나노미터 또는 수백 나노미터의 직경을 가지도록 형성된다.
이어서, 나노 입자(13)에 친수 또는 소수 처리를 수행하여 상기 나노 입자(13)와 유기 절연물질(14)을 혼합하여 형성한다.
이때, 상기 나노 입자(13)는 친수 또는 소수 처리를 통해 분산도가 조절되어 상기 유기 절연물질(14)용액 내에 고르게 분포하게 된다. 또한, 상기 유기 절연물질(14)용액은 PVA(Poly vinyl acetate) 또는 PVP(Poly vinyl pyrrolidone)을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 유기 절연물질(14)용액은 상기 나노 입자(13)를 10 내지 20%로 포함하는 것이 바람직하다. 이는 상기 나노 입자(13)가 10%이내이면, 추후 제조되는 유기 박막트랜지스터의 문턱전압을 낮추기 어렵고, 20% 이상이면, 유기 절연물질 내에 다수 분포하는 나노 입자의 영향으로 누설전류가 발생할 우려가 있기 때문이다.
이어서, 상기 나노 입자(13)가 혼합된 유기 절연물질(14)용액을 스핀코팅법을 사용하여 기판(20) 전면에 도포하여 게이트 절연막(23)을 형성한다.
이어서, 도 3을 참조하면, 상기 기판(20) 상에 소스/드레인 전극물질을 증착하고 패터닝하여 소스/드레인 전극(24,25)를 형성한다. 상기 소스/드레인 전극(24,25)은 Mo, Cr, Al, Ti, Au, Pd, Ag, Ti 또는 Ni-Co를 사용할 수 있다.
다음에, 상기 소스/드레인 전극(24,25) 상에 반도체층(26)을 형성한다. 상기 반도체층(26)은 유기물로 폴리티오펜 및 그 유도체, 폴리파라페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리파라페닐렌 및 그 유도체, 폴리플로렌 및 그 유도체, 폴리티오펜비닐렌 및 그 유도체, 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체 및 그 유도체, 펜타센, 테트라센, 나프탈렌의 올리고아센 및 이들의 유도체, 알파-6-티오펜, 알파-5-티오 펜의 올리고티오펜 및 이들의 유도체, 금속을 함유하거나 함유하지 않은 프탈로시아닌 및 이들의 유도체, 파이로멜리틱 디안하이드라이드 또는 파이로멜리틱 디이미드 및 이들의 유도체, 퍼릴렌테트라카르복시산 디안하이드라이드 또는 퍼릴렌테트라카르복실릭 디이미드 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나를 사용할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터를 완성한다.
상기와 같이, 본 발명의 유기 박막트랜지스터는 유전율을 향상시킨 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질을 게이트 절연막으로 사용하여 유기 박막트랜지스터를 형성함으로써, 유기 박막트랜지스터의 문턱전압을 낮추어 소비전력을 감소시키며, 유효전압 범위 또는 유동 전류량을 늘려 보다 향상된 전기적 특성을 갖는 유기 박막트랜지스터를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
본 실시 예에서는 도 3에 도시된 유기 박막트랜지스터의 구조와 동일한 유기 박막 트랜지스터를 사용하여 유기전계발광소자를 제조하는 것이므로, 중복을 피하기 위하여 유기 박막트랜지스터의 제조에 관해서는 본 실시 예에서는 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 상기에서 제조된 유기 박막트랜지스터를 포함하는 상기 기판(30) 전면에 평탄화막(37)을 형성한다. 상기 평탄화막(37)은 유기막 또는 무기막으로 형성하거나 이들의 복합막으로 형성할 수 있다. 상기 평탄화막(37)을 무기막으로 형성하는 경우는 SOG(spin on glass)를 사용하여 형성하는 것이 바람직하 고, 유기막으로 형성하는 경우 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 BCB(benzocyclobutene)을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 평탄화막(37)의 일부 영역을 식각하여 상기 소스/드레인 전극(34,35)중 어느 하나를 노출시키는 비어홀을 형성한다.
다음에, 상기 평탄화막(37) 상에 제 1 전극(38)을 형성한다. 상기 제 1 전극(38)은 배면발광일 경우에 ITO, IZO 또는 ZnO를 사용할 수 있고, 전면발광일 경우에는 반사막을 더 포함할 수 있다.
이어서, 상기 기판(30) 전면에 화소정의막(39)을 형성한다. 상기 화소정의막(39)은 유기막 또는 무기막으로 형성할 수 있으나, 바람직하게는 유기막으로 형성한다. 더욱 바람직하게는 상기 화소정의막(39)은 BCB(benzocyclobutene), 아크릴계 고분자 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다. 상기 화소정의막(39)은 유동성(flowability)이 뛰어나므로 상기 기판 전체에 평탄하게 형성할 수 있다.
이때, 상기 화소정의막(39)의 일부 영역을 식각하여 상기 제 1 전극(38)을 노출시키는 개구부를 형성한다.
이어, 상기 화소정의막(39) 및 노출된 제 1 전극(38) 상에 유기막층(40)을 형성한다. 상기 유기막층(40)은 적어도 발광층을 포함하며, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층을 더 포함할 수 있다.
다음에, 상기 기판(30) 전면에 제 2 전극(41)을 형성함으로써, 본 발명의 유기전계발광소자를 완성한다.
상기와 같이, 유전율이 SiO2보다 높은 물질을 SiO2에 코팅하여 유전을 높인 나노 입자를 유기 박막트랜지스터 및 유기전계발광소자에 사용함으로써, 유기 박막트랜지스터의 문턱전압을 낮추어 소비전력을 감소시키며, 유효전압 범위 또는 유동 전류량을 늘려 보다 향상된 전기적 특성을 갖는 유기 박막트랜지스터 및 유기전계발광소자를 제공할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 유기 박막트랜지스터, 이를 포함하는 유기전계발광소자 및 이들의 제조방법은 높은 유전율을 갖는 나노 입자를 구비하여 유기 박막트랜지스터의 문턱전압을 낮추어 소비전력을 감소시키며, 유효전압 범위 또는 유동 전류량을 늘려 보다 향상된 전기적 특성을 갖는 유기 박막트랜지스터, 이를 포함하는 유기전계발광소자 및 이들의 제조방법을 제공할 수 있는 이점이 있다.
Claims (13)
- 기판;상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극;상기 게이트 전극 상에 위치하는 게이트 절연막;상기 게이트 절연막 상에 위치하는 소스/드레인 전극; 및상기 소스/드레인 전극 상에 위치하는 반도체층;을 포함하며,상기 게이트 절연막은 나노 핵에 SiO2 보다 높은 유전율을 갖는 코팅층이 입혀진 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질인 것을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서,상기 반도체층은 폴리티오펜 및 그 유도체, 폴리파라페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리파라페닐렌 및 그 유도체, 폴리플로렌 및 그 유도체, 폴리티오펜비닐렌 및 그 유도체, 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체 및 그 유도체, 펜타센, 테트라센, 나프탈렌의 올리고아센 및 이들의 유도체, 알파-6-티오펜, 알파-5-티오펜의 올리고티오펜 및 이들의 유도체, 금속을 함유하거나 함유하지 않은 프탈로시아닌 및 이들의 유도체, 파이로멜리틱 디안하이드라이드 또는 파이로멜리틱 디이미드 및 이들의 유도체, 퍼릴렌테트라카르복시산 디안하이드라이드 또는 퍼릴렌테트라카르복실릭 디이미드 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나로 이루어진 것 을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 유기 절연물질은 PVA 또는 PVP로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서,상기 코팅층은 TiO2, HfO2, Al2O3, ZrO2, La2O3, Ta2O5, SrTiO3, BaTiO3 및 Pr2O3로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터.
- 기판을 제공하고,상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하고,상기 게이트 전극 상에 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질을 도포하여 게이트 절연막을 형성하고,상기 게이트 절연막 상에 소스/드레인 전극을 형성하고,상기 소스/드레인 전극 상에 반도체층을 형성하는 것을 포함하며, 상기 나노 입자는 나노 물질을 도포하고, 상기 나노 물질에 핵 생성물질을 도포하여 나노 핵을 형성하고, 상기 나노 핵을 코팅하여 나노 입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터의 제조방법.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서,상기 나노 핵을 코팅하는 단계는 화학기상증착법 또는 원자층증착법을 포함하는 기상증착법을 이용하는 것을 특징으로 하는 유기 박막트랜지스터의 제조방법.
- 기판;상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스/드레인 전극 및 반도체층을 포함하는 유기 박막트랜지스터;상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 평탄화막;상기 평탄화막 상에 위치하는 제 1 전극;상기 제 1 전극 상에 위치하며, 상기 제 1 전극의 일부를 노출시키는 화소정의막;상기 제 1 전극 및 화소정의막 상에 위치하며, 적어도 발광층을 포함하는 유기막층; 및상기 유기막층 상에 위치하는 제 2 전극;을 포함하며,상기 게이트 절연막은 나노 핵에 SiO2 보다 높은 유전율을 갖는 코팅층이 입혀진 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,상기 코팅층은 TiO2, HfO2, Al2O3, ZrO2, La2O3, Ta2O5, SrTiO3, BaTiO3 및 Pr2O3로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 9 항에 있어서,상기 유기 절연물질은 PVA 또는 PVP로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 기판을 제공하고,상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하고,상기 게이트 전극 상에 나노 입자를 포함하는 유기 절연물질을 도포하여 게이트 절연막을 형성하고,상기 게이트 절연막 상에 소스/드레인 전극을 형성하고,상기 소스/드레인 전극 상에 반도체층을 형성하고,상기 반도체층 상에 평탄화막을 형성하고,상기 평탄화막 상에 제 1 전극을 형성하고,상기 제 1 전극 상에 상기 제 1 전극의 일부를 노출시키는 화소정의막을 형성하고,상기 제 1 전극 및 화소정의막 상에 적어도 발광층을 포함하는 유기막층을 형성하고,상기 유기막층 상에 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하며, 상기 나노 입자는 나노 물질을 도포하고, 상기 나노 물질에 핵 형성물질을 도포하여 나노 핵을 형성하고, 상기 나노 핵을 코팅하여 나노 입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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