KR100858223B1 - 자가정렬된 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 표면에 형성된 제1전극과, 상기 제1전극 상면에 형성되며, 일면에 선형의 홈이 형성되어 있는 유전체 구조물과, 상기 유전체 구조물의 선형의 홈에 자가정렬된 반도체 나노와이어 복합체와, 상기 유전체 구조물의 일면에 형성된 제2전극을 포함하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터를 제공한다. 제1전극, 유전체 구조물, 나노와이어 복합체, 제2전극은 모두 용액 공정에 의하여 형성할 수 있다. 유전체 구조물 표면의 홈은 나노인프린팅에 의하여 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 유연성 재료를 기판으로 사용할 수 있으며, 박막 트랜지스터의 제조 비용을 절감시키고 대량 생산이 가능하며, 다양한 전자소자에 응용될 수 있다.
나노와이어, 유연성 트랜지스터, 잉크젯 프린팅, 나노 인프린팅
Description
도 1은 나노와어어 복합체가 자가정렬된 유전체 박막 구조물을 보인 사시도.
도 2a는 도 1의 X 부분 확대도.
도 2b는 전도성 나노와이어가 분산된 잉크를 확대한 사진.
도 3a 내지 3c는 장변에 평행하게 홈이 형성된 유전체 박막 구조물 및 나노와이어 잉크의 건조 흐름을 보인 모식도.
도 4a 내지 4c는 장변에 수직으로 홈이 형성된 유전체 박막 구조물 및 나노와이어 잉크의 건조 흐름을 보인 모식도.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 박막 트랜지스터 제조 과정을 보인 공정도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100:기판 110:제1전극
120:제2전극 200:유전체 구조물
210:(홈이 형성된) 유전체 박막 220:나노와이어 복합체
225:나노와이어 300:하드 몰드
본 발명은 새로운 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 용액 공정에 의하여 트랜지스터의 구성 요소를 형성하며, 반도체 나노와어어를 유전체 박막 구조물에 자가정렬시킨 유연성 박막 트랜지스터를 제안한다.
전자 제품의 박형과 슬림화 추세에 따라 차세대 정보 디스플레이, 전기/전자 소자는 경질의 실리콘 또는 유리 기판이 아닌 플라스틱 필름 등을 사용함으로써 보다 가볍고, 얇으며, 충격에도 강한 유연성(flexible) 소자 형태로 진화될 것으로 예상된다.
유기 박막 트랜지스터 (OTFT : Organic Thin Film Transistor)는 현재 가장 주목받는 유연성 소자이다. 유기 박막 트랜지스터에 관한 연구는 1980년대 초반부터 시작되었으며, 최근에는 반도체성 유기물을 이용한 박막 트랜지스터 개발에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 유기 박막 트랜지스터는 유기 반도체의 특성상 전하 이동도가 낮아 빠른 속도가 요구되는 소자로의 응용은 적합하지 않지만, 합성방법이 다양하고, 섬유나 필름 형태로 성형이 용이하며, 경량성, 유연성, 높은 생산성, 분자 자체가 갖는 기능성 등으로 인하여 새로운 초박막 기능성 전자소자의 개발이 가능할 것으로 예상된다. 현재까지 주로 연구된 유기 박막 트랜지스터는 실리콘 기판 위에 단분자인 펜타센(pentacene)을 고진공 증착 및 리소그래피 공정을 통하여 제작되고 있으며 기존의 Hydrogenated Amorphous Si (a-Si:H) 보다도 우수 한 성능이 가능하다고 보고되고 있다.
그러나 이러한 우수한 장점에도 불구하고 유기 박막 트랜지스터 구성 물질의 성막 시 고가의 진공장비가 요구되는 단점이 있고, 대기 중에서 산화되어 성능 신뢰성 및 안정성이 떨어지는 한계를 갖고 있다. 또한 패턴 형성을 위하여 일반적으로 이용되는 광학적 리소그래피 공정은 고해상도 집적 소자를 구현할 수 있는 장점은 있으나, 공정이 복잡하고 고비용이 요구되어 유기 박막 트랜지스터가 실리콘 기반 트랜지스터에 비해 비용면이나 대면적화에 있어서는 나은 점을 발견하기 어렵다.
본 발명의 목적은 새로운 유연성 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 진공 증착이나 광학적 리소그래피가 아닌 새로운 방식으로 유연성 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1특징에 의하면, 기판 표면에 형성된 제1전극과, 상기 제1전극 상면에 형성되며, 일면에 선형(線型)의 홈이 형성되어 있는 유전체 구조물과, 상기 유전체 구조물의 선형의 홈에 자가정렬된(self-aligned) 반도체 나노와이어 복합체와, 상기 유전체 구조물의 일면에 형성된 제2전극을 포함하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터를 제공한다.
상기 유전체 구조물은 박막 트랜지스터의 게이트, 소스 및 드레인 전극 사이의 절연층을 제공함과 더불어 소스 전극과 드레인 전극 사이의 채널층을 제공한다. 본 발명에서는 박막 트렌지스터의 채널층으로서 상기 유전체 구조물에 형성된 홈에 자가정렬된 반도체 나노와이어 복합체를 이용하는 점에 특징이 있다. 본 발명에 있어서, 상기 유전체 구조물은 채널층을 형성하기 위한 템플레이트(template) 역할을 한다.
상기 유전체 구조물 표면의 선형의 홈은 유전체 구조물의 장변(長邊)에 평행하게 형성되는 것이 바람직하며, 동일한 홈이 일정한 간격으로 복수로 형성될 수 있다.
상기 기판은 유연성 재질의 기판, 예를 들어 연질 플라스틱이나 고분자 필름 등을 포함할 수 있으며, 경질 기판도 사용 가능하다.
상기 제1전극과 제2전극은 각각 게이트 전극과 소스 전극/드레인 전극에 해당할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 전자의 경우에는 하부게이트(bottom gate) 구조의 트랜지스터로 이용될 수 있고, 후자의 경우에는 상부게이트(top gate) 구조의 트랜지스터로 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2특징에 의하면, 기판 표면에 제1전극을 형성하고, 상기 제1전극 상면에 유전체 박막을 형성하고, 상기 유전체 박막 표면에 선형(線型)의 홈을 형성하고, 상기 유전체 박막 표면에 반도체 나노와이어를 포함하는 용액을 도포하고, 상기 용액을 건조시켜 유전체 박막 표면의 선형의 홈에 반도체 나노와이어를 자가 정렬시키고, 상기 유전체 박막 상면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법을 제공한다.
상기 제1전극 및 제2전극은 금속 나노입자를 포함하는 전도성 잉크를 사용하 여 잉크젯 프린팅에 의해 형성한다. 또한, 상기 유전체 박막은 유전체 잉크를 도포하여 형성한다.
따라서, 본 발명에 따르면 전체적으로 플렉시블한 박막 트랜지스터를 제조할 수 있으며, 제조 과정이 전체적으로 용액 공정에 의하여 이루어지므로 상대적으로 저온에서 공정을 진행할 수 있어 융점이 낮은 유연성 재질의 기판을 사용하기에 매우 유리하다. 또한, 기존의 반도체 웨이퍼를 이용하여 고온의 기상 증착 공정을 통한 박막 트랜지스터 제조 방법과는 달리, 대면적 시트 형태(또는 롤 형태)의 유연성 기판을 대상으로 컨베이어 시스템을 이용한 제조 공정과 유사하게 연속적으로 박막 트랜지스터의 대량 생산이 가능하다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서 유전체 박막을 형성하기 위해 사용되는 유전체 잉크는 잉크젯 프린팅에 의해 선택적으로 도포하거나, 스핀 코팅 또는 슬릿 코팅에 의해 전면적으로 도포한 후, 자외선을 조사하여 선택적으로 유전체 박막 패턴을 형성할 수도 있다. 또한, 상기 유전체 박막의 홈은 자외선 경화 나노인프린팅(UV-nanoimprinting) 또는 핫엠보싱(hot embossing)으로 형성할 수 있다.
미세 패터닝이 가능한 잉크젯 프린팅은 프린터 헤드 내의 노즐을 통하여 잉크 형태의 유체를 미세 액적 형상으로 고속 분사하여 기판에 이미지를 형성한다. 극미량의 유체가 디지털 신호에 의하여 원하는 시점과 공간 위에 분사되어지기 때문에 컴퓨터의 가상공간에서 디자인된 다양한 형상을 자유롭게 직접 묘화(direct-write) 할 수 있는 장점을 갖고 있으며, 또한 유체가 기판으로부터 비접촉으로 증착되기 때문에 종이를 비롯하여 직물, 금속, 세라믹, 폴리머 등 다양한 기판 위에 자유로운 형상을 인쇄할 수 있고 수 십 ㎛ 에서 수 평방미터 이상의 대면적 인쇄가 가능하다. 특히 원하는 곳에 필요한 물질을 패터닝 할 수 있는 소위 패턴 온 디맨드 (pattern on demand) 공정이 가능하기 때문에 단순한 공정으로 미세패턴을 제작할 수 있으며, 이에 따라 고가의 재료 이용 효율이 100%에 가깝고, 폐기물이 없는 친환경 공정을 실현한다. 또한, 고가의 진공장비가 요구되지 않으므로 제조 비용 절감에 따른 제품 가격 경쟁력 창출에 매우 효과적이다.
한편, 자외선 경화 나노인프린팅(UV-nanoimprinting) 또는 핫엠보싱(hot embossing) 등의 나노인프린트리소그래피(NIL) 기술은 고가의 광학적 리소그래피 장비를 대체할 수 있고 저가의 비용으로 나노 패턴을 반복적으로, 대량으로 구현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 유연성 박막 트랜지스터를 진공 증착 공정을 배제하고 전 공정을 용액 공정과 나노인프린팅 등의 나노리소그래피 기술을 기반으로 제조하므로 고가의 제조 장치가 필요없으며, 열처리 온도가 낮기 때문에 사용될 수 있는 유연성 기판의 범위가 매우 큰 장점이 있다. 또한, 자가 배열된 단결정 반도체 나노와이어 복합체를 채널층으로 이용하므로 실리콘 기판을 사용하여 박막 증착 공정으로 제조된 트랜지스터에 근접한 우수한 이동도와 점멸비를 구현할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명하지만, 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 제시될 뿐 본 발명을 한정하지 않는다. 또한, 편의상 하부게이트 구조의 박막 트랜지스터를 예로 들어 설명하지만, 후술하는 실시예는 상부게이트 구조의 박막 트랜지스터에도 유효하게 적용될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법은 다른 전자 소자 제조 공정과 연계하여 다양한 전자 제품의 제조에 응용될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 유전체 구조물을 보인 사시도이다. 이 유전체 구조물(210)은 전체적으로 직육면체 형태이며 실질적으로는 사이즈 및 두께가 매우 작은 유전체 패드 내지 유전체 패턴이라고 할 수 있다.
상기 유전체 구조물(210)은 박막 트랜지스터에 있어서, 소스, 드레인, 게이트 전극을 절연시키는 절연층 역할을 함과 동시에 표면에 형성되는 반도체 나노와이어 복합체를 통해 채널층의 역할도 함께 제공한다. 유전체 구조물(210)의 형태는 일변(a)의 길이가 수직 관계에 있는 다른 변(b) 보다 큰 직사각 형태가 바람직하다. 유전체 구조물(210)의 상면(212)에는 일방향으로 길게 연장되는 복수의 홈(215)이 형성되어 있다. 이 홈(215)은 서로 동일한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 홈의 단면은 사각 형태일 수 있으며, 도시된 바와 달리 V-형상이거나 반원형도 무방하다.
또한, 상기 선형의 홈은 유전체 구조물의 장변(a)에 평행하게 형성시키는 것이 후술하는 바와 같이 반도체 나노와이어의 자가정렬에 유리하다.
유전체 구조물의 하부에는 예를 들어 게이트 전극과 같은 전극층(110)이 존재할 수 있으며, 상기 선형의 홈(215) 하단으로부터 전극층(110)까지의 간격(t)은 박막 트랜지스터의 사이즈 및 특성에 따라 적절하게 제어될 필요가 있다. 예를 들어 상기 간격(t)은 20nm ~ 1㎛ 의 범위로 제어할 수 있다.
상기 선형의 홈(215)에는 반도체 나노와이어 복합체(220)가 자가정렬되어 있다. 도 1의 X부분 확대도인 도 2a를 참조하면 미세한 단결정 반도체 나노와이어(225)가 조밀하게 충진되어 복합체를 구성하고 있으며, 이 복합체(220)는 게이트전극으로부터 인가되는 전압에 의하여 소스 전극과 드레인 전극 사이의 전도 패스를 제공하는 채널층 역할을 한다. 도 2b는 도핑된 ZnO 나노와이어가 용매에 분산되어 있는 나노와이어 잉크의 예를 보인 것이다.
적절한 트랜지스터 동작을 위하여 상기 홈의 사이즈를 제어할 필요가 있다. 상기 홈의 폭은 반도체 나노와이어 직경의 1 ~ 100 배의 범위인 것이 바람직하며, 상기 홈의 깊이는 반도체 나노와이어 직경의 1 ~ 100 배의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유전체 구조물은 후술하는 바와 같이 유전체 잉크를 사용하여 용액 공정에 의하여 형성할 수 있으며, 유전체 구조물 상면의 복수의 홈은 UV-나노인프린팅이나 핫엠보싱 등의 나노리소그래피 공정에 의하여 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 유전체 구조물의 형태 및 홈의 형성 방향은 반도체 나노와이어의 자가정렬에 있어서 매우 중요하다. 도 3a 내지 3c 및 4a 내지 4c를 참조하여 비교 설명한다.
먼저, 도 3a를 보면, 직사각형 구조의 유전체 구조물(210)에 있어서 장변과 평행하게 복수의 홈(215)이 형성되어 있다. 이러한 유전체 구조물 상면에 반도체 나노와이어를 포함하는 용액(220')을 도포하면(도 3b), 용액이 건조되면서 홈의 길이 방향(A)과 동일한 방향(B)으로 유동이 생기기 때문에(도 3c 참조) 자연스럽게 용액 내의 반도체 나노와이어가 상기 홈에 자가정렬될 수 있다.
반면, 도 4a에서와 같이 직사각형 구조의 유전체 구조물(210')의 장변에 수직 방향으로 홈(215')이 형성되어 있는 경우에는 반도체 나노와이어를 포함하는 용액을 도포하고(도 3b) 이 용액을 건조시키면, 홈의 길이 방향(A')과는 수직 방향(B')으로 용액의 유동이 일어나 상기 홈에 반도체 나노와이어가 자가정렬되기 어렵다.
이와 같이 본 발명에서는 유전체 구조물의 형태 및 홈의 형성 방향을 제어하여 미세한 나노와이어가 선형의 홈에만 자가정렬되도록 하는 새로운 트랜지스터 제조 방법을 제안하며, 구체적인 내용은 후술한다.
상기 유전체 구조물 표면은 반도체 나노와이어를 포함하는 용액이 큰 접촉각을 유지하여 상기 홈에 반도체 나노와이어가 자가정렬되기 유리하도록 소수성으로 개질되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반도체 나노와이어를 포함하는 용액은 수계 또는 친수성 용매를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 유전체 구조물 및 자자정렬된 반도체 나노와이어 복합체를 이용한 박막 트랜지스터의 제조 방법을 도 5 내지 도 10을 참조하여 상술한다.
본 발명은 잉크젯 프린팅, 스핀 코팅 등의 용액 공정만으로 트랜지스터의 각 요소들을 형성한다. 따라서, 유연성 기판을 사용하기에 유리하며, 용액 공정으로 박막 트랜지스터를 제조하므로 제조 비용도 현저히 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 대면적 기판을 사용하여 연속공정에 의해 대량 생산이 가능하다.
플렉시블 기판으로는 PET, PEN, PES, PI 등 다양한 유연성 재료가 사용 가능하며, 특히 PES, PI는 고온에서 열적 안정성을 갖기 때문에 유리하다.
준비된 기판(100)에 제1전극(110)으로서 게이트 전극을 형성한다(도 5). 워드 라인 패턴도 게이트 전극과 함께 형성할 수 있다. 제1전극(110)은 전도성 잉크를 사용하여 잉크젯 프린팅을 통하여 형성한다. 전도성 잉크로는 은, 구리 등의 전도성이 우수한 금속 나노입자와 용매를 포함한다. 전도성 잉크로 전극 패턴을 형성한 후 100 ~ 150℃의 온도로 열처리하여 용매를 건조시키고 나노 입자간 소결을 유도하여 전자가 이동할 수 있는 전도 패스가 형성되도록 한다.
게이트 전극을 형성한 후에는 도 6에 도시한 바와 같이 유전체 구조물을 형성하기 위하여 유전체 박막(200)을 게이트 전극 위에 형성한다. 상기 유전체 박막(200)은 유전체 잉크를 사용하여 전면적으로 또는 선택적으로 도포할 수 있다. 유전체 잉크의 전면 도포는 스핀 코팅 또는 슬릿 코팅을 이용할 수 있고, 선택적 도포는 잉크젯 프린팅을 이용할 수 있다.
트랜지스터에서 유전체는 소자 작동시 인가되는 전압에 안정해야 하며, 누설전류가 낮아야 하고, 표면 조도가 우수해야 한다. 용액 공정이 가능하면서도 전술한 유전체 특성을 갖춘 유전체 재료로서 SU-8, PMMA, PVP, 하이브리드 졸-겔 유전체 등을 사용하여 유전체 잉크를 제조할 수 있다.
형성된 유전체 박막은 건조 공정을 거쳐 용매를 제거한 후, 표면에 돌기 구조 내지 홈 구조를 형성하기 위해 나노인프린팅 또는 엠보싱 공정을 수행한다.
나노인프린팅을 통한 홈 형성을 위해서는 V 형상 또는 사각 형상의 성형의 돌기가 형성된 하드 몰드 내지 스탬프를 미리 준비한다. 준비된 하드 몰드(300)를 도 7에 도시한 바와 같이 유전체 박막(200) 표면 위에 접촉시키면서 압력을 가하여 몰드의 돌기 구조를 유전체 박막 표면에 전사시킨다. 또한 가압과 더불어 전사된 형상을 유지시키고 (전면 도포된) 유전체 박막을 독립적 패드 형태로 패턴하기 위하여 자외선을 조사한다. 자외선이 조사된 부분은 경화되어 기판 위에 남게 되며 유전체 박막(210) 표면은 선형의 홈이 형성된다(도 8 참조). 자외선이 조사되지 않은 유전체 박막은 적절한 용매로 용해시켜 제거할 수 있다.
전사된 홈의 하단으로부터 그 아래에 형성된 게이트 전극의 표면까지의 간격은 트랜지스터 동작시 전하의 축적과 관련하여 매우 중요하며 이 간격이 유전율과 트랜지스터의 동작 전압을 결정한다. 따라서, 홈의 전사 과정에서 하드 몰드의 돌기 구조 및 전사시 압력 등을 적절히 제어하여야 하며, 상기 간격이 최소 20 nm에서 최대 1㎛의 범위가 되도록 한다.
표면에 선형의 홈이 형성되는 유전체 박막 패드의 형상 또한 매우 중요하다. 패드의 형상은 정사각형 보다는 직사각형의 형태가 적절하며, 직사각형의 크기는 박막 트랜지스터의 집적도에 의존하는데, 예를 들어 0.5mm × 2.5mm 내지 1mm × 5 mm 정도로 가로, 세로의 비가 5 배 이상 차이가 나도록 형성할 수 있다. 잉크젯 프린팅을 이용하는 경우에는 유전체 박막 패드 형상에 적합하게 선택적으로 유전체 잉크를 프린팅하며, 전면 도포하는 경우에는 후속적인 패터닝을 통해 유전체 박막 패드의 크기를 제어한다. 유전체 박막 표면의 선형의 홈은 전술한 바와 같이 직사각형의 장변 방향에 평행하도록 형성한다.
선형의 홈을 포함하는 유전체 박막(210)을 형성한 후에는 반도체 나노와이어가 안정하게 분산된 잉크를 선택적으로 유전체 템플레이드 표면에 도포한다(도 9 참조). 반도체 나노와이어 잉크는 잉크젯 프린팅으로 도포할 수 있다.
반도체 나노와이어로는 ZnO, (Sn, Mg, 또는 Zr)-doped ZnO , V2O5, Si, GaAs, CNT, 유기나노와이어 등 반도체 특성을 갖는 재료가 사용될 수 있으며, 단결정 ZnO 또는 Doped ZnO는 대기 중 안정성 및 이동도가 우수한 장점이 있다. 나노와이어의 형태는 저온에서 나노와이어 간 연결이 되기 위하여 지름 5 ~ 20 nm, 길이 약 1㎛ 정도로 외관비(aspect ratio)가 큰 것이 바람직하다.
반도체 나노와이어 잉크는 나노와이어의 농도를 10 wt% 이상이 되도록 포함하는 것이 바람직하며, 잉크젯 프린팅이 가능하도록 용매로서 물, 알코올, Diol 등을 사용할 수 있다. 또한, 용매에서 나노와이어가 균일하게 분산되고, 잉크젯 노즐로부터의 장시간 안정하게 분사되도록 잉크의 점도, 표면장력, 분산상태 및 나노와이어 길이 등을 적절히 제어한다.
반도체 나노와이어 잉크를 유전체 박막 표면 위에 적하시키면 잉크의 용매가 건조되는 과정에서 대부분의 용매가 유전체 박막의 길이 방향과 평행한 건조 흐름을 갖게 된다. 이러한 건조 흐름에 의하여 나노와이어도 흐름 방향으로 배열되며, 유전체 박막의 선형의 홈 내부로 자가정렬된다. 이러한 용매 건조 흐름을 유도하기 위해서는 유전체 박막 패드의 형상, 크기 및 선형의 홈의 형성 방향이 매우 중요하다.
또한, 나노와이어의 자가정렬을 원활히 하기 위하여 반도체 나노와이어 잉크의 주용매 및 잉크의 표면에너지를 사용하는 유전체 재료에 따라 적절히 제어한다. 유전체 재료는 대부분 소수성이기 때문에 나노와이어 잉크는 친수성인 수계 잉크가 바람직하다. 수계 잉크는 유전체 박막 위에 적하된 후 유전체 박막 표면과의 젖음성(wetting)을 최소화하여 유전체 박막 표면의 선형의 홈 이외의 부분으로 나노와이어가 무질서하게 배열되는 것을 방지한다. 표면에너지 차이가 큰 반도체 나노와이어 잉크 및 유전체 박막은 잉크의 건조 과정에서 잉크 액적이 유전체 박막 표면과 높은 접촉각을 유지하게 되며, 액적 계면에서는 나노 와이어의 증착이 없이 액적 건조를 유도할 수 있고, 최종적으로 유전체 박막의 장변 방향으로 나노와이어가 자가 배열되도록 한다.
반도체 나노와이어의 자가정렬을 통해 유전체 박막 표면에 나노와이어 복합체 층을 형성한 후에는 도 10에 도시한 바와 같이 제2전극(120a, 120b)으로서 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다. 반도체 나노와이어 복합체가 트랜지스터 채널층 역할을 하므로 소스 전극과 드레인 전극은 유전체 박막의 장변 방향으로 상호 대향되어 배치시킨다.
전극 패턴을 형성하기 위하여 일반적으로 이용되는 전자빔(e-beam) 또는 증발법(evaporation) 방식으로는 유전체 박막 표면 및 나노와이어 복합체 사이로 금속 전극을 구성하기가 불가능하다. 따라서, 상기 제2전극 역시 잉크젯 프린팅을 이용하는 것이 바람직하다. 전도성 잉크는 점도가 비교적 낮기 때문에 유전체 박막의 홈 및 나노와이어 틈새로 침투가 용이하게 일어나며, 전극 물질과 반도체 나노와이 어 복합체 사이의 계면을 효과적으로 형성할 수 있다. 앞서 제1전극인 게이트 전극 형성시 사용한 동일한 전도성 잉크를 이용하여 잉크젯 프린팅에 의해 소스 및 드레인 전극을 형성할 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 잉크젯 프린팅 등의 용액 공정과 나노 인프린팅 등의 나노리소그래피 기술을 접목한 하이브리드 방식을 적용하여 나노와어어 복합체 기반 박막 트랜지스터 제조할 수 있다. 특히 플라스틱 기판이 허용될 수 있는 저온에서 나노와이어를 사용하여 고성능의 트랜지스터를 구현하며, 유전체 박막 구조물에 선형의 홈을 형성하여 반도체 나노와이어 잉크의 건조 과정에서 나노와이어의 자가정렬을 유도한다. 또한, 전 공정을 프린팅에 의하여 소자를 제조할 수 있기 때문에 Roll-To-Roll 방식에 의하여 대량 생산이 가능하다. 본 발명의 유연성 박막 트랜지스터는 전자 종이, OLED, TFT-LCD, RFID, 휴대용 디스플레이 등의 다양한 유연성 인쇄전자소자에 효과적으로 적용될 수 있을 것이다.
Claims (20)
- 기판 표면에 형성된 제1전극과,상기 제1전극 상면에 형성되며, 일면에 선형(線型)의 홈이 형성되어 있는 유전체 구조물과,상기 유전체 구조물의 선형의 홈에 자가 정렬된 반도체 나노와이어 복합체와,상기 유전체 구조물의 일면에 형성된 제2전극을 포함하며,상기 제1전극과 제2전극은 상기 유전체 구조물에 의하여 상호 절연되는자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 선형의 홈은 유전체 구조물의 장변(長邊)에 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 유연성 재질의 기판인 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 제1전극은 게이트 전극이며, 상기 제2전극은 소스 전극 및 드레인 전극인 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 제2전극은 게이트 전극이며, 상기 제1전극은 소스 전 극 및 드레인 전극인 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체 구조물 표면은 소수성으로 개질되어 있는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 선형의 홈의 폭은 반도체 나노와이어 직경의 1 ~ 100 배의 범위인 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 선형의 홈의 깊이는 반도체 나노와이어 직경의 1 ~ 100 배의 범위인 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 선형의 홈의 바닥으로부터 상기 제1전극까지의 거리는 20nm ~ 1㎛ 의 범위인 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터.
- 표면에 복수의 홈이 선형적으로 형성되어 있는 유전체 구조물과,반도체 나노와이어를 포함하는 용액이 건조되어 상기 유전체 구조물의 복수의 홈에 자가 정렬된 반도체 나노와이어 복합체를 포함하는전자 소자용 유전체 구조물.
- 기판 표면에 제1전극을 형성하고,상기 제1전극 상면에 유전체 박막을 형성하고,상기 유전체 박막 표면에 선형(線型)의 홈을 형성하고,상기 유전체 박막 표면에 반도체 나노와이어를 포함하는 용액을 도포하고,상기 용액을 건조시켜 유전체 박막 표면의 선형의 홈에 반도체 나노와이어 복합체를 자가 정렬시키고,상기 유전체 박막 상면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제1전극 및 제2전극은 금속 나노입자를 포함하는 전도성 잉크를 사용하여 잉크젯 프린팅에 의해 형성하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 유전체 박막은 유전체 잉크를 도포하여 형성하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 유전체 잉크를 잉크젯 프린팅에 의해 선택적으로 도포하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 유전체 잉크를 스핀 코팅 또는 슬릿 코팅에 의해 전면적으로 도포한 후, 자외선을 조사하여 선택적인 유전체 박막 패턴을 형성하는 자 가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 유전체 박막의 홈은 나노인프린팅 또는 핫엠보싱으로 형성하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 유전체 박막의 홈은 단면이 V-형상 또는 사각 형상이며 일방향으로 길게 연장되어 있고 복수의 홈을 동일한 간격으로 배치하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 유전체 박막은 직사각형 형태이고 상기 선형의 홈은 유전체 박막의 장변에 평행하게 형성시키는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 유전체 박막 표면을 소수성으로 개질하는 단계를 더 포함하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 반도체 나노와이어를 포함하는 용액은 수계 또는 친수성 용매를 포함하는 자가정렬 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 제조 방법.
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