KR100909045B1 - 신규 유기보호막 제조 방법 및 이를 적용한 유기 박막트랜지스터 - Google Patents
신규 유기보호막 제조 방법 및 이를 적용한 유기 박막트랜지스터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100909045B1 KR100909045B1 KR1020070139751A KR20070139751A KR100909045B1 KR 100909045 B1 KR100909045 B1 KR 100909045B1 KR 1020070139751 A KR1020070139751 A KR 1020070139751A KR 20070139751 A KR20070139751 A KR 20070139751A KR 100909045 B1 KR100909045 B1 KR 100909045B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- organic
- thin film
- protective film
- film transistor
- organic thin
- Prior art date
Links
- 239000010408 film Substances 0.000 title claims abstract description 151
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims abstract description 149
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 24
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- ZNZYKNKBJPZETN-WELNAUFTSA-N Dialdehyde 11678 Chemical compound N1C2=CC=CC=C2C2=C1[C@H](C[C@H](/C(=C/O)C(=O)OC)[C@@H](C=C)C=O)NCC2 ZNZYKNKBJPZETN-WELNAUFTSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229920001744 Polyaldehyde Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- -1 polyphenylene Polymers 0.000 claims description 8
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 5
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 5
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000000843 phenylene group Chemical group C1(=C(C=CC=C1)*)* 0.000 claims description 4
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 4
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 claims description 3
- XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N Tetrahydroanthracene Natural products C1=CC=C2C=C(CCCC3)C3=CC2=C1 XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 claims description 3
- IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N tetracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC=CC=C4C=C3C=C21 IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 125000005582 pentacene group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims 1
- 125000006158 tetracarboxylic acid group Chemical group 0.000 claims 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 84
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 82
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 13
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 11
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 10
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 125000000732 arylene group Chemical group 0.000 description 7
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 3
- 125000000923 (C1-C30) alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002777 acetyl group Chemical class [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- 241000532412 Vitex Species 0.000 description 1
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N acetaldehyde Diethyl Acetal Natural products CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATMLPEJAVWINOF-UHFFFAOYSA-N acrylic acid acrylic acid Chemical compound OC(=O)C=C.OC(=O)C=C ATMLPEJAVWINOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 235000009347 chasteberry Nutrition 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 125000002485 formyl group Chemical group [H]C(*)=O 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- MZYHMUONCNKCHE-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1,2,3,4-tetracarboxylic acid Chemical compound C1=CC=CC2=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C21 MZYHMUONCNKCHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004957 naphthylene group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 1
- ZWLUXSQADUDCSB-UHFFFAOYSA-N phthalaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=CC=C1C=O ZWLUXSQADUDCSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000012756 surface treatment agent Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003021 water soluble solvent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L59/00—Compositions of polyacetals; Compositions of derivatives of polyacetals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/07—Aldehydes; Ketones
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L61/00—Compositions of condensation polymers of aldehydes or ketones; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L61/02—Condensation polymers of aldehydes or ketones only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D129/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Coating compositions based on hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D129/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C09D129/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
본 발명은 히드록시기를 가지는 수용성 고분자, 및 디알데히드 또는 폴리알데히드로부터 선택되는 알데히드를 함유하는 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물에 관한 것이고, 상기 조성물에 의해 형성되는 유기보호막을 포함하는 유기박막트랜지스터, 및 상기 유기박막트랜지스터를 포함하는 표시소자에 관한 것이다.
본 발명은 유기박막트랜지스터(OTFT)의 어레이(array) 소자응용을 위한 공정에서 필수적으로 적용이 되어야 되는 기술이며 유기보호막의 수분 및 산소에 대한 차단 특성을 향상시킴으로서 유기박막트랜지스터의 소자 신뢰성을 향상시킬 수가 있다.
유기보호막, 폴리비닐알코올(PVA), 유기박막트랜지스터(OTFT), 글루타르알데히드(GA)
Description
본 발명은 차세대 플렉시블디스플레이의 구동 스위칭소자로 응용이 가능한 유기박막트랜지스터(OTFT)의 소자 안정성을 위한 신규 유기보호막 형성방법 그리고 이를 이용한 유기박막 트랜지스터의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 용액공정을 통한 보호막 형성기술에서 사용되는 유기물의 보호박막 특성을 향상시키는 새로운 방법으로서 소자 특성 저하에 문제가 되는 수분 및 산소의 침투를 저하시키고 기존에 사용되었던 폴리비닐알코올 경화방법에 비해 보다 친환경적이고 소자에 손상을 최소화 시킨 유기보호막 제조용 조성물 및 이를 사용하여 제조된 유기박막트랜지스터에 관한 것이다.
차세대 플렉시블디스플레이등에서 구동스위칭 소자로서 응용이 가능한 유기박막트랜지스터(OTFT)에서 소자 안정성을 위해 보호박막을 이용하는 기술이 적용되어 왔다. 기존에 보호박막은 진공장비를 이용한 유기, 무기층을 다층으로 형성하는 방법이 주로 이용되어 왔으나(J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 20. No. 3. 958, 2002. IBM 연구소 및 Vitex 기업의 Barix System), 최근에는 전유기 소자 실현을 위해서 보호막 자체도 용액공정이 가능한 유기물을 이용하고 있다(UV curable Resin, Appl. Phys.Lett 83, 1644, 2003, Polyvinyl Alcohol, Appl.Phys.Lett 88, 073519, 2006, PMMA, self encapsulation, Adv.Mater. 18, 2900, 2006).
그러나 유기보호막을 도입하기 위한 소자 자체가 유기물이기 때문에 유기용제를 이용한 유기보호막 형성은 불가능하다. 따라서 소자의 유기물의 특성 저하 및 박막을 손상시키지 않는 수용성 고분자재료를 이용하여 유기보호박막으로 많이 이용하고 있으며, 대표적인 예로 수용성인 폴리비닐알코올(PVA)와 아크릴레이트(acrylate) 수지를 들 수 있다. 이러한 유기보호막용 물질들은 하부층의 유기물이 비극성을 띠는 표면 성질임에도 불구하고 하부층의 손상을 방지하기 위해 극성인 물과 같은 용매에 녹여서 수용액상에서 보호막 형성공정을 진행하였다. 유기보호막이 적용된 유기박막트랜지스터의 경우 외부의 산소와 수분에 1차적으로 차단효과를 가진다. 하지만 보호막 박막의 미세 핀홀이나 크랙이 생긴 부분 등을 통해서 수분이나 산소가 지속적으로 투입되어서 소자 특성 저하를 유발시킨다. 뿐만 아니라 수용성 고분자의 경우 공정성 때문에 수용액 용매에 녹여서 보호막을 형성하지만 수용성 고분자의 경우 산소 차단 효과는 어느 정도 있으나 수분 차단 효과는 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 즉 수용성 고분자의 수분 차단 효과를 향상시키고 궁극적으로 소자 특성 저하를 저지할 수 있는 신규 유기보호막의 개발 및 이의 적용기술이 필요한 상황이다.
폴리비닐알코올의 경우 유기보호막으로 사용 시 일반적으로 후속공정 및 차 단특성을 향상시키기 위해 광개시제인 암모늄디클로메이트(NH4Cr2O7)을 소량 첨가하여 자외선을 조사하여 경화시키는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 하지만 이러한 광개시제의 사용으로 경화를 시키더라도 폴리비닐알코올의 경우 히드록시 그룹(-OH)이 여전히 존재하여 수분 차단 특성이 문제가 될 수 있으며 경화 도중 발생하는 Cr6+ 이온은 환경에 치명적으로 유해하다.
이에 본 발명에서는 수용성 고분자의 히드록시기와 반응하는 첨가제를 포함하여 수분 차단 특성에 취약한 히드록시기를 반응시켜 제거함과 동시에 수용성 고분자 간의 가교가 이루어지도록 하는 새로운 경화방법을 통해 궁극적으로 소자 특성 저하를 현저히 개선할 수 있는 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물을 사용하여 제조되는 새로운 유기보호막을 포함하는 유기박막트랜지스터를 제공하며, 또한 상기 유기박막트랜지스터를 포함하는 표시소자를 제공하고자 한다.
본 발명자들은 상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 수용성 용매에 용해된, 히드록시 그룹이 포함된 수용성고분자 물질을 새로운 경화제인, 2개의 알데히드기를 가지는 디알데히드 또는 3개 이상의 알데히드기를 가지는 폴리알데히드 또는 이의 혼합물을 사용하는 경우 히드록시기와 알데히드기의 반응에 의해 아세탈이 형성되고, 2개 이상의 알데히드기에 의한 수용성 고분자 간의 가교가 진행되어 유기보호막이 경화되는 경화과정을 통해 산소 및 수분의 차단성이 우수하여 궁극적으로 소자의 특성 저하를 현저히 개선할 수 있는 유기박막트랜지스터용 유기보호막를 제조할 수 있음을 발견하였다.
본 발명에 따른 유기보호막 형성방법은 일반적인 광개시제 및 경화를 위한 자외선 조사가 필요 없으며 열적으로 경화반응이 진행되어 경화된 유기보호막을 얻을 수 있으며, 유기 보호막 자체가 용액공정이 가능함으로 다양한 코팅방법을 통해 형성할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 새로운 유기보호막 제조용 조성물에 의해 형성되는 유기보호막을 포함하는 유기박막트랜지스터는 산소 및 수분 차단성이 향상되어 궁극적으로 소자의 특성 저하를 현저히 개선함으로써 유기박막트랜지스터의 신뢰성 및 이를 포함하는 표시소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.
또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 히드록시기를 가지는 수용성 고분자, 및 디알데히드 또는 폴리알데히드로부터 선택되는 알데히드를 함유하는 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물에 관한 것이고, 상기 조성물에 의해 형성되는 유기보호막을 포함하는 유기박막트랜지스터, 및 상기 유기박막트랜지스터를 포함하는 표시소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물은 히드록시기를 가지는 수용성 고분자, 및 디알데히드 또는 폴리알데히드로부터 선택되는 알데히드 화합물 또는 이의 혼합물을 함유하며, 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 유 기박막트랜지스터의 유기활성층이 손상을 입지 않게 하기 위해서 유기활성층에 대한 용해도가 낮은 극성 용매가 바람직하며, 물 또는 알코올류로부터 선택되는 극성용매를 사용할 수 있고 보다 바람직하게는 물 또는 물과 알코올의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 조성물에 함유되는 수용성고분자는 히드록시기가 포함된 수용성 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 폴리비닐알코올 공중합 고분자, 수용성 아크릴레이트 수지, 폴리에틸렌글리콜 또는 이의 혼합물로부터 선택하여 사용할 수 있으며, 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐알코올 공중합체를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 수용성 고분자는 질량평균 분자량 5,000 ~ 1,000,000 이고, 물 또는 알코올류로부터 선택되는 극성용매에 대하여 질량 평균 1~50퍼센트의 용해도를 갖는 것이 보다 바람직하다. 이는 상기 수용성고분자의 함량이 1 중량% 미만인 경우 그 효과가 미미하고, 50중량%를 초과하는 경우 점도가 급상승하며, 수지의 용해도가 떨어지는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다. 또한 상기 수용성 고분자의 분자량이 5000 미만으로 작은 경우에는 보호막 특성 저하의 문제점이 있고, 상기 분자량이 1,000,000을 초과하여 높은 경우에는 고분자의 용해도 및 가공성 측면에서 불리하다.
상기 조성물에 함유되는 알데히드는 수용성 고분자의 히드록시기와 반응하여 유기보호막 고분자 박막을 경화시키는 경화제로서 작용하며, 히드록시기의 제거 및 유기보호막층 박막의 프리볼륨(free volume)을 감소시킴으로서 유기보호막 자체의 수분 및 산소의 차단 효과를 향상시킬 수 있다. 상기 알데히드로는 수용성인 것이 바람직하고 알데히드기가 2개이상 함유하는 디알데히드 또는 폴리알데히드 화합물 또는 이의 혼합물을 사용하며, 보다 구체적으로는 하기 화학식 1의 화합물, 또는 이의 혼합물로부터 선택하여 사용할 수 있으며, 하기 화학식 1의 X는 수용성을 향상시키기 위한 기능기 또는 치환기를 더 가질 수 있다.
[화학식 1]
X-(CHO)n
[상기 화학식 1에서 X는 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C50)알킬렌, (C3~C20)아릴렌, (C3~C20)아르(C1~C30)알킬렌, (C1~C30)알킬(C3~C20)아릴렌, 또는 이들이 혼합되어 연결된 치환기로부터 선택되며, n은 2 내지 10의 정수이다.]
상기 아릴렌은 C6~C20의 아릴렌, 예를 들면 페닐렌, 나프틸렌, 안트릴렌 등을 들 수 있고, 상기 아릴렌의 탄소원자가 질소원자로 치환되는 경우를 포함한다. 또한 상기 화학식 1의 화합물은 2개 이상, 구체적으로는 2 내지 10개의 알데히드기를 가진다. 알데히드기가 많은 경우 히드록시기와 가교반응이 더 많이 이루어질 수 있으나, 알데히드기가 너무 많은 경우에는 조성물 자체의 겔화 반응이 촉진될 수 있으므로 상기 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 알데히드로서 보다 구체적으로는 하기 화학식 2의 디알데히드 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
CHO-X-CHO
[상기 화학식 2에서 X는 직쇄 또는 분지쇄의 (C1~C50)알킬렌, (C3~C20)아릴렌, (C3~C20)아르(C1~C30)알킬렌, (C1~C30)알킬(C3~C20)아릴렌, 또는 이들이 혼합되어 연결된 치환기로부터 선택된다.]
구체적인 디알데히드 화합물로는 글루타르알데히드(glutaraldehyde), 프탈디알데히드(phthaldialdehyde) 등을 들 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 보호막 제조용 조성물에 함유되는 알데히드의 함량은 수용성 고분자 중량에 대하여 1 내지 30중량%인 것이 바람직하다. 이는 상기 함량이 1중량% 미만인 경우 알데히드 첨가에 따른 효과가 미미할 수 있고, 상기 함량이 30중량%를 초과하여 많은 경우에는 조성물 자체의 겔화 반응이 일어나 유기보호막으로 적용하여 균일한 박막을 제조하기 어려운 문제점이 있기 때문이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물을 사용하여 제조되는 유기보호막을 포함하는 유기박막트랜지스터를 제공한다. 본 발명에 따른 유기박막트랜지스터는 기판, 게이트 전극, 유기절연막, 유기활성층, 소스/드레인 전극 및 유기보호막을 포함하며, 상기 유기보호막이 히드록시기를 가지는 수용성 고분자, 및 디알데히드 또는 폴리알데히드로부터 선택되는 알데히드를 함유하는 본 발명에 따른 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물을 사용하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 유기 보호막은 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물을 스핀코팅, 잉크젯 프린팅, 롤코팅, 스크린 프린팅 또는 딥핑으로부터 선택되는 방법으로 코팅 하여 형성할 수 있으며, 0.3㎛ 내지 5㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 두께가 0.3㎛ 미만인 경우 수분 및 산소 투과 억제 효과가 미미하여 바람직하지 않을 수 있고, 5㎛를 초과하여 너무 두꺼운 경우 수분 및 산소 투과 억제 효과의 증가는 미미한 반면 유기박막트랜지스터의 고집적화 및 초박막화에 걸림돌로 작용하는 문제점이 있을 수 있어 상기 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물을 사용하여 제조된, 유기보호막의 구조는 NMR, FT-IR 등을 통해서 확인하였으며 경화 후 유기보호막의 표면 특성은 수접촉각 측정방법을 통하여 평가하였다.
상기 유기활성층은 펜타센, 테트라센(tetracene), 올리고 티오펜(oligo thiophene), 폴리티오펜(polythiophene), 금속 프탈로시아닌, 폴리페닐렌 (polyphenylene), 폴리비닐렌페닐렌(polyvinylenephenylene), 폴리플루오렌 (polyfluorene), C60, 페닐렌테트라카르복실산2무수물(phenylenetetracarboxylic dianhydride), 나프탈렌테투라카르복실산2무수물(naphthalenetetracarboxylic dianydride), 플루오르화 프탈로시아닌 및 이들의 유도체를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 새로운 유기보호막이 형성된 유기박막 트랜지스터는 전계이동도가 0.01 ~ 10cm2/Vs의 범위에 있으며, 상기 범위는 통상적인 유기박막 트랜지스터의 전계이동도 값의 범위로서 유기박막 트랜지스터로서 적합한 성능을 가지는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 신규 유기보호막의 경화메카니즘을 나타낸 것으로서 폴리비닐알코올과 글루타르알데히드와의 반응에 의한 경화 메카니즘을 도시한 것이고 도 2는 유기보호막의 경화 후 표면 수접촉각 변화를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 신규 유기보호막의 경화 방법을 설명하면 다음과 같다. 유기박막트랜지스터 유기보호막으로 많이 사용되어지는 파우더 형태의 수용성 고분자인 폴리비닐 알코올(PVA)을 물에 녹여서 폴리비닐알코올 수용액을 제조한다. 제조된 폴리비닐 알코올(PVA) 수용액에 물에 녹여져 있는 글루타르알데히드(GA)를 폴리비닐알코올 질량대비 1~30wt%의 농도로 첨가하여 혼합용액을 제조하여 유기보호막용 용액을 제조한다. 일반적으로 글루타르알데히드와의 반응이 신속히 진행되므로 유기보호막용 용액을 제조한 후 즉시 유기보호막 박막을 스핀코팅, 잉크젯프린팅, 스크린프린팅 등의 방법을 이용해서 제조한다. 도 1을 참조하면 유기보호막 제조시 폴리비닐 알코올의 히드록시 그룹과 글루타르알데히드의 알데히드 그룹이 축합 반응을 일으켜 물이 빠져 나오고 아세탈 형태로 반응이 진행됨으로 인해서 폴리비닐 알코올 고분자 사슬과 사슬간의 결합이 발생하여 결과적으로 히드록시 그룹이 제거된 그물구조의 경화된 폴리비닐알코올 박막을 얻을 수가 있다.
수접촉각 측정은 박막의 표면 에너지를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 본 발명에서 진행된 경화 박막이 잘 제조되었는지 판가름 할 수 있는 척도이다. 도 2의 수접촉각 결과를 참조하면, 폴리비닐 알코올(PVA)의 경우 고분자 표면에 히드록시가 존재함으로 인해 수접촉각이 매우 낮고 이것은 물에 대한 용해도가 크다는 것을 말해주고 수분이 보호막을 침투하기 용이하다는 것을 말해준다. 반면에 경화된 유기보호막의 경우 히드록시기 경화 메카니즘에 의해 제거되고 고분자 사슬간의 반응으로 인해 유기보호막 자체의 프리볼륨(free volume) 감소로 수분의 침투가 억제된다고 해석할 수 있다. 도 2에 나타난 바와 같이 바와 마찬가지로 폴리비닐알코올 보호막의 수접촉각은 거의 측정 할 수 없을 정도이다. 하지만 글루타르알데히드에 의해 경화된 폴리비닐 알코올 보호막의 경우 50.04o 정도의 수접촉각을 나타내고 있다.
본 발명에 따른 유기보호막이 적용될 수 있는 유기박막 트랜지스터는 상 게이트(top gate) 혹은 하 게이트(bottom gate), 상 접촉(top contact) 혹은 하 접촉(bottom contact) 등의 트랜지스터 구조와 상관없이 모두 적용가능하다. 또한 사용되어지는 유기반도체가 올리고티오펜이나 펜타센과 같은 증착형이던 폴리티오펜이나 폴리풀루오렌유도체와 같은 용액형 고분자이던 상관없이 모두 적용이 가능하다. 또한 유기보호막 형성 공정은 스핀코팅, 잉크젯 프린팅, 롤코팅, 스크린 프린팅 등의 다양한 방법에 의해서 형성이 가능하다. 또한 열에 의해서 경화 과정을 거치므로 광경화 방법에 비해 유기반도체의 손상이 일어날 수 있는 문제가 없으며 열 경화가 100 ℃ 정도의 낮은 온도에서 진행되므로 유연한 기판을 적용한 유기박막트랜지스터에도 응용이 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터의 일례로서, 본 발명에 따른 신규한 경화방법에 의해 제조된 유기보호막이 적용된 하 게이트(bottom gate) 상 접촉(top-contact) 유기박막 트랜지스터의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 기판(1) 상에 게이트 전극(2)를 형성하고 절연막(3)을 형성한 후 유기활성층(4)을 형성하고 금속을 이용하여 소오스/드레인 전극 (5)을 형성한다. 이후 유기보호막으로 많이 사용되어지는 수용성 고분자(ex.폴리비닐알코올(PVA)) 및 글루타르알데히드(GA)를 함유하는 수용액을 이용하여 유기보호막(6)을 형성한다.
본 발명에서 제안된 보호막 특성 즉 수분 및 산소의 차단성을 개선을 위한 신규 경화 방법으로 형성된 유기보호막을 적용한 유기박막트랜지스터의 제조 방법의 일례로서 Si 기판을 게이트 전극으로 사용하는 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
절연체로 SiO2가 Si 웨이퍼 위에 올라가 있는 기판에 절연체 표면 특성 향상을 위하여 표면처리제인 HMDS(1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane)를 처리한 후 유기반도체 층으로 특성이 우수한 펜타센을 진공 증착한다. 이후 소오스 전극과 드레인 전극의 도입을 위하여 금 (Au)을 새도우 마스크를 이용하여 증착함으로서 유기박막트랜지스터를 제조하였다. 제조된 유기박막트랜지스터 상부에 글루타르알데이 드 및 히드록시기를 가지는 수용성 고분자 용액을 스핀 코팅 방법을 이용하여 박막을 형성하고 열에 의해서 유기보호막을 경화 시킨 후 진공 오븐에서 물을 제거하는 어닐링 단계를 거친 후 신규 경화방법을 이용한 유기보호막이 적용된 유기박막트랜지스터 제조를 완료하였다. 제조된 유기박막트랜지스터의 전기적 특성은 에질런트 테크날리지사의 E5272 장비를 이용하여 보호막 적용 후 게이트 전압에 따른 전압-드레인 전류 특성 및 시간에 따른 유기박막 트랜지스터의 이동도 특성을 측정함으로서 신규 경화 방법이 적용된 유기보호막의 특성을 평가하였다.
도 4는 유기보호막 적용 전후에 따른 유기박막트랜지스터 소자의 전류-전압 (I-V) 곡선으로 (a)는 본 발명의 신규 유기보호막(PVA+GA)을 적용한 결과이고, (b)는 기존 유기보호막(PVA)을 적용한 결과이다. 기존 유기보호막(PVA)을 적용한 경우 이동도 특성이 15.6% 감소하는 결과를 보여주고 있는 반면, 신규 유기보호막(PVA+GA)을 적용한 경우 이동도 특성이 단지 1.7% 정도만 감소한 결과를 나타내었다. 이는 글루타르알데히드를 도입하지 않는 유기보호막을 적용한 소자에 비하여 소자의 특성저하가 현저히 감소한 결과이며 이는 본 발명에서 도입된 글루타르알데히드에 의하여 폴리비닐알코올 보호막이 고분자 사슬간의 경화 반응이 발생하였고 결과적으로 유기보호막 내부의 프리볼륨 (free volume)이 감소하여 결과적으로 소자의 보호막 적용 시에 수분이나 산소의 차단 역할을 증가시킨 것으로 판단된다.
도 5는 유기박막트랜지스터 소자의 시간에 따른 이동도 변화 곡선으로 (a)는 본 발명의 신규 유기보호막(PVA+GA)을 적용한 결과이고, (b)는 기존 유기보호막(PVA)을 적용한 결과이다. 500시간까지의 이동도 특성 변화를 관찰한 결과 기존 의 폴리비닐알코올만 적용한 소자의 경우에는 초기 특성 대비 23.4%의 이동도 특성 감소를 보인 반면, 본 발명의 신규 유기보호막(PVA+GA)을 적용한 경우 초기 특성 대비 단지 5.93% 정도의 특성 감소를 보였다. 이것은 시간에 따른 소자 특성 저하가 기존 유기보호막 대비 4배 이상 감소시킨 우수한 결과이다.
본 발명은 차세대 플렉시블디스플레이 및 유기전자소자에서 구동스위칭 소자로서 응용이 가능한 유기박막트랜지스터(OTFT)의 소자 장기 신뢰성을 위한 수분 및 산소의 차단 특성이 향상된 신규 유기보호막의 제조 방법과 이의 유기박막트랜지스터의 적용에 관한 것이다. 즉 용액공정을 통한 보호막 형성기술에서 사용되는 유기보호막의 수분 및 산소의 차단 특성을 향상시키는 새로운 방법으로서 유기박막트랜지스터의 소자 수명의 향상을 가져올 수 있는 발명이다.
유기보호막으로 사용되는 유기물을 유기보호막 하부층에 손상을 주지 않는 용매에 녹여 보호막을 형성하게 되는데 일반적으로 수용액 용매를 이용하여 수용성 고분자를 보호막으로 사용하게 된다. 이런 고분자의 경우 수분에 대한 차단 특성이 나빠서 소자의 수분 침투에 의한 특성 파괴에 취약하다. 본 발명에서는 유기보호막으로 사용되어 지는 수용액 고분자가 가지고 있는 히드록시 그룹을 글루타르알데히드와 같은 알데히드 경화제를 이용하여 화학적 반응을 통하여 고분자사슬과의 결합 즉 경화 반응을 진행하였으며 이를 통하여 유기보호막 자체의 막 밀도 및 프리볼륨을 감소시켜 보호막 자체의 특성을 향상시켰다.
본 발명의 알데히드를 이용한 유기보호막 형성 및 경화 과정에서도 유기보호막 자체의 코팅성, 표면거칠기, 박막 균일도등의 특성 저하는 보이지 않았으며 기존의 유기보호막 자체와 비교하여 보호막 자체에 히드록시 그룹을 제거함으로 인해 물에 대한 친화도를 감소시켜 궁극적으로 수분 및 산소에 대한 보호 특성을 향상시켰다.
또한 실제 유기박막트랜지스터 소자에 신규 유기보호막을 적용한 결과 유기박막트랜지스터의 소자 특성 저하가 초기 특성 대비 5.93% 밖에 감소하지 않았으며 이는 기존의 경화되지 않은 유기보호막에 비해서 4배 이상 우수한 결과이다. 또한 기존의 디클로메이트 암모늄을 사용한 자외선 경화에 의한 경화 유기보호막 공정에 비하여도 환경적으로 독성이 심한 크롬을 사용하지 않아도 되며 유기보호막의 패터닝 공정은 잉크젯 프린팅등의 패터닝 방법으로 쉽게 가능하다.
실제 본 발명의 신규 유기보호막기술의 유기박막트랜지스터 보호층으로의 적용은 기존에 보고가 되지 않은 신규 기술로서 현재 차세대 유기 소자(organic electronics) 부분에서 유기박막트랜지스터가 실제 소자에 응용될 때 필수적으로 적용이 필요한 기술이다. 즉 소자의 특성 신뢰성 향상을 위해 반드시 필요한 기술이라 할 수 있다.
아래에 실시예를 통하여 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 특허 청구 범위가 이에 따라 한 정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리비닐알코올(PVA)-글루타르알데히드(GA) 혼합 용액 및 경화 박막 제조
파우더(powder) 형태의 폴리비닐 알코올(PVA)(질량평균 분자량 8,000~10,000) 고분자를 10wt% 농도로 물에 녹여 폴리비닐 알코올 수용액을 제조하였다. 완전히 용해된 폴리비닐 알코올 수용액은 0.45 um 포어사이즈의 수용액 멤브레인용 필터를 이용하여 불순물등의 제거를 위해 필터를 실시하였다. 필터된 폴리비닐알코올(PVA) 용액에 글루타르알데히드(GA)를 폴리비닐알코올(PVA) 질량 대비 8.25wt%, 47.37wt%, 90wt%의 농도로 각각 첨가하여 폴리비닐알코올(PVA)-글루타르알데히드 혼합 용액을 제조하였다. 47.35wt% 및 90wt%의 농도로 글루타르알데히드 (GA)가 포함된 유기보호막 용액의 경우 박막을 형성하기 전에 용액자체가 반응이 일어나서 겔 형태로 변화하여 스핀코팅과 같은 방법에 의해서 박막을 형성하는데 문제가 있었다. 따라서 본 실시예에서는 8.25wt% 글루타르알데히드가 포함된 폴리비닐알코올(PVA) 보호막 용액을 제조하였다. 글루타르알데히드가 포함된 폴리비닐 알코올 용액을 스핀코팅 방법을 통해서 0.5 um 정도의 두께 박막을 얻은 후 50℃에서 2분 100℃에서 1시간 동안 경화 반응을 진행하였다. 잔여하는 수분 제거를 위하여 진공오븐 50℃에서 12시간 동안 건조를 시켜서 최종적으로 경화된 유기보호막을 얻었다.
[비교예 1]
폴리비닐알코올(PVA) 포함된 용액 및 박막 제조
실시예 1에서 글루타르알데히드(GA)를 함유하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 용액 및 박막을 제조하였다.
도 1에 히드록시 그룹이 포함된 폴리비닐알코올 고분자와 글루타르알데히드의 반응(경화) 메카니즘을 보여 주고 있다. 최종적으로 경화된 고분자는 히드록시 그룹이 경화 반응에 의해서 제거되며 이것은 수분에 대한 투과도를 감소시키는 즉 수분에 대한 베리어(barrier) 특성을 향상시키는 결과를 가져 오게 되고 기존의 경화 되지 않는 폴리비닐 알코올 박막에 비하여 유기박막트랜지스터 소자특성 보호를 위한 보호막으로 더 우수한 특성을 보이게 되는 것이다.
도 2의 수접촉각 결과를 참조하면 폴리비닐알코올 보호막의 수접촉각은 거의 측정 할 수 없을 정도로 이는 표면에 존재하는 히드록시기에 의해 친수성을 가지기 때문으로 수분이 보호막을 침투하기 용이하다는 것을 의미한다. 반면 글루타르알데히드에 의해 경화된 폴리비닐 알코올 보호막의 경우 50.04o 정도의 수접촉각을 나타내고 있다. 이는 상대적으로 유기보호막의 수분 침투가 억제된다는 것을 의미한다.
[실시예 2] 유기박막 트랜지스터 제조
기판은 p-도핑된 실리콘 웨이퍼위에 실리콘다이옥사이드가 60 nm 올라간 기판을 이용하였으며 트랜지스터의 구조는 상 접촉(top-contact) 하 게이트(bottom gate)구조로 보호막이 적용될 유기박막트랜지스터를 제작하였다. 기판 청결도는 전자 소자를 제작할 때 가장 중요한 요소 중의 하나이므로 세제, 증류수, 아세톤 그리고 이소프로필알코올을 이용하여 초음파 세척을 한 후 오븐에서 충분히 건조시킨 것을 사용하여 사용하였다. 잘 세척된 기판의 표면특성을 향상시키기 위해 HMDS 처리제를 이용하여 코팅하고 120 ℃에서 건조하였다. 상기의 HMDS 처리된 SiO2 위에 유기반도체인 펜타센을 1×10-6 torr의 진공에서 진공 증착을 통하여 50 nm 두께로 증착하였다. 이때 펜타센의 결정화에 큰 영향을 미치는 기판의 온도는 90 ℃로 일정하게 유지하였다. 마지막으로 금을 새도우 마스크를 이용하여 증착 방법으로 60 nm의 두께로 증착하여 소오스와 드레인 전극을 형성하였다. 상기의 펜타센 유기박막트랜지스터에 실시예 1에서 제조한 8.25wt% 글루타르알데히드가 포함된 폴리비닐알코올(PVA) 보호막 용액을 스핀코팅 방법을 통해서 유기보호막을 형성하고 50 ℃에서 2분 100 ℃에서 1시간 동안 경화 반응을 진행하였다. 잔여 수분 제거를 위하여 진공오븐 50 ℃에서 12시간 동안 건조하여 최종적으로 유기박막트랜지스터에 경화된 유기보호막(두께 0.5um)을 도입하였다.
[비교예 2] 유기박막 트랜지스터 제조
비교예 1의 글루타르알데히드를 포함하지 않는 폴리비닐알코올(PVA) 보호막 용액만으로 보호박막을 도입하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 유기박막트랜지스터를 제조하였다.
위와 같이 제작된 소자의 특성은 유기보호막을 적용하기 전에 측정하고 유기보호막을 적용한 후 측정하여 그 특성 변화를 평가하였다. 소자의 전기적 특성은 에질런트 테크날리지사의 E5272장비를 이용하여 게이트 전압에 따른 드레인 전압-드레인 전류 및 드레인 전압에 따른 게이트 전압-드레인 전류 곡선들을 측정하여 포화영역(saturation) 영역에서 다음의 전류, 전압식을 이용하여 제반 특성들을 평가하였다.
V T 는 문턱전압, Vgs 는 인가된 게이트 전압, μ는 전계효과 전하이동도, W와 L은 채널의 너비와 길이, C는 절연막의 커패시턴스이다. 문턱전압은 
와 Vgs 의 그래프로부터 Ids 가 0인 게이트 전압으로 결정되고 전계효과 전하이동도는 
와 Vgs의 그래프의 기울기로부터 산출하였다.
도 4에서는 일반적인 폴리비닐알코올(PVA) 유기보호막 및 글루타르알데히드로 경화된 폴리비닐알코올(PVA+GA) 유기보호막이 각각 적용된 펜타센 유기박막트랜지스터의 보호막 적용 전 후의 박막트랜지스터의 특성 변화를 보여주는 트랜스퍼 곡선을 보여 주고 있다. 폴리비닐 알코올(PVA) 만을 이용하여 유기보호막을 형성한 소자의 경우 유기보호막 도입전에는 이동도(mobility) 특성이 0.372 cm2/Vs 였으나 폴리비닐 알코올(PVA) 보호막 도입 후에는 0.314 cm2/Vs로 이동도 특성이 15.6% 감소하는 결과를 보여주고 있다. 이것은 유기보호막 도입 이후 소자 특성 저하의 일반적인 현상이며 유기반도체의 손상을 고려한 수용성 고분자를 이용하는 공정에서 발생한다고 볼 수 있다. 즉 유기보호막 용매에 의해 펜타센의 결정성 및 배향이 손상을 입었음을 알 수 있다.
글루타르알데히드가 포함된 폴리비닐알코올(PVA) 유기보호막이 적용된 유기박막트랜지스터 소자의 경우는 유기보호막 도입 전에는 이동도(mobility) 특성이 0.236 cm2/Vs 이었으나 글루타르알데히드가 포함된 경화된 폴리비닐알코올(PVA) 보호막 적용 후에는 0.232 cm2/Vs로 이동도 특성이 단지 1.7% 정도만 감소한 결과를 보였다. 이는 글루타르알데히드를 도입하지 않는 유기보호막을 적용한 소자에 비하여 특성저하가 현저히 감소한 결과 이며 이는 본 발명에서 도입된 글루타르알데히드에 의하여 폴리비닐알코올 보호막이 고분자 사슬간의 경화 반응이 발생하였고 결과적으로 유기보호막 내부의 프리볼륨(free volume)이 감소하여 결과적으로 소자의 보호막 적용 시에 수분이나 산소의 차단 역할을 증가시킨 것으로 생각할 수 있다.
도 5에서는 경화제인 글루타르알데히드가 포함된 폴리비닐알코올(PVA+GA) 유기 보호막 및 글루타르알데히드가 포함되지 않은 폴리비닐알코올(PVA) 유기보호막이 각각 도입된 펜타센 유기박막트랜지스터의 시간에 따른 이동도 특성 변화를 나타내는 결과이다. 500 시간까지의 이동도 특성 변화를 관찰한 결과 기존의 폴리비 닐알코올만 유기보호막으로 적용한 소자의 경우에는 초기 이동도 특성 0.35cm2/Vs에서 0.268cm2/Vs로 초기 특성 대비 23.4%의 이동도 특성 감소를 보였다. 하지만 본 발명의 글루타르알데히드를 경화제로 첨가하여 폴리비닐 알코올을 경화시킨 신규 유기보호막을 적용한 소자의 경우에는 초기 특성이 0.236 cm2/Vs에서 0.222 cm2/Vs 로 단지 5.93% 정도의 특성 감소를 보였다. 이것은 기존 유기보호막 대비 4배 이상 유기박막트랜지스터의 시간에 따른 특성 저하를 감소시킨 우수한 결과이다. 이는 초기 유기보호막 적용 후 특성 저하의 차이에서와 마찬가지로 시간에 따른 유기박막트랜지스터의 장기간 보존 수명에서도 기존의 폴리비닐알코올 유기보호막에 비하여 글루타르알데히드에 의한 유기보호막의 경화 반응을 통해 친수성을 감소시키고 보호막 자체의 막 밀도를 높임으로써 프리볼륨을 감소시킨 결과로 볼 수 있다. 즉 수분이나 산소의 침투를 더 효과적으로 막아서 유기박막트랜지스터의 소자 특성 저하를 방지한 것으로 해석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 신규 유기보호막의 경화 메카니즘을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 신규 유기보호막 경화 후 표면 수접촉각 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 신규 유기 보호막이 적용된 유기박막트랜지스터의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 유기보호막 적용 전후에 따른 유기박막트랜지스터 소자의 전류-전압 (I-V) 곡선으로 (a)는 본 발명의 신규 유기보호막(PVA+GA)을 적용한 결과이고, (b)는 기존 유기보호막(PVA)을 적용한 결과이다.
도 5는 유기박막트랜지스터 소자의 시간에 따른 이동도 변화 곡선으로 (a)는 본 발명의 신규 유기보호막(PVA+GA)을 적용한 결과이고, (b)는 기존 유기보호막(PVA)을 적용한 결과이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 기판 2: 게이트 전극
3: 절연막 4: 유기 활성층
5: 소오스 및 드레인 전극 6: 유기보호막 층
Claims (14)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판, 게이트 전극, 유기절연막, 유기활성층, 소스/드레인 전극 및 유기보호막을 포함하는 유기박막트랜지스터로서,상기 유기활성층은 펜타센, 테트라센, 올리고 티오펜, 폴리티오펜, 금속 프탈로시아닌, 폴리페닐렌, 폴리비닐렌페닐렌, 폴리플루오렌, C60, 페닐렌테트라카르복실산2무수물, 나프탈렌테투라카르복실산2무수물, 플루오르화 프탈로시아닌 및 이들의 유도체로부터 선택되고, 상기 유기보호막은 히드록시기를 가지는 수용성 고분자, 및 디알데히드 또는 폴리알데히드로부터 선택되는 알데히드를 함유하는 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물로부터 경화하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기박막트랜지스터.
- 제 8 항에 있어서,상기 유기 보호막은 유기박막트랜지스터 보호막 제조용 조성물을 스핀코팅, 잉크젯 프린팅, 롤코팅, 스크린 프린팅 또는 딥핑으로부터 선택되는 방법으로 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.
- 제 8 항에 있어서,상기 유기보호막은 0.3um 내지 5um의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,유기박막 트랜지스터의 전계이동도가 0.01 ~ 10cm2/Vs의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.
- 제 8 항 내지 제 10 항 또는 제 12 항으로부터 선택되는 어느 한 항의 유기박막 트랜지스터를 포함하는 표시 소자.
- 제 13항에 있어서,상기 표시소자는 유기발광디스플레이, 전자종이 또는 액정디스플레이로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터를 포함하는 표시 소자.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070139751A KR100909045B1 (ko) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | 신규 유기보호막 제조 방법 및 이를 적용한 유기 박막트랜지스터 |
| PCT/KR2008/003156 WO2009084780A1 (en) | 2007-12-28 | 2008-06-05 | Novel organic passivation layer and organic thin film transistor device using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070139751A KR100909045B1 (ko) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | 신규 유기보호막 제조 방법 및 이를 적용한 유기 박막트랜지스터 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090071833A KR20090071833A (ko) | 2009-07-02 |
| KR100909045B1 true KR100909045B1 (ko) | 2009-07-22 |
Family
ID=40824473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070139751A KR100909045B1 (ko) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | 신규 유기보호막 제조 방법 및 이를 적용한 유기 박막트랜지스터 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100909045B1 (ko) |
| WO (1) | WO2009084780A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8362467B2 (en) | 2009-07-24 | 2013-01-29 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Composition for an organic dielectric |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050100327A (ko) * | 2004-04-13 | 2005-10-18 | 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 | 유기 박막 트랜지스터용 다중-표면보호층 구조 및 그제조방법 |
| KR20080040877A (ko) * | 2006-11-06 | 2008-05-09 | 삼성전자주식회사 | 유기 보호막 조성물 |
-
2007
- 2007-12-28 KR KR1020070139751A patent/KR100909045B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-06-05 WO PCT/KR2008/003156 patent/WO2009084780A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050100327A (ko) * | 2004-04-13 | 2005-10-18 | 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 | 유기 박막 트랜지스터용 다중-표면보호층 구조 및 그제조방법 |
| KR20080040877A (ko) * | 2006-11-06 | 2008-05-09 | 삼성전자주식회사 | 유기 보호막 조성물 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Appl.Phys.Lett.2006 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8362467B2 (en) | 2009-07-24 | 2013-01-29 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Composition for an organic dielectric |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2009084780A1 (en) | 2009-07-09 |
| KR20090071833A (ko) | 2009-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yasuda et al. | Organic field-effect transistors with gate dielectric films of poly-p-xylylene derivatives prepared by chemical vapor deposition | |
| Parashkov et al. | All-organic thin-film transistors made of poly (3-butylthiophene) semiconducting and various polymeric insulating layers | |
| Wang et al. | Increased mobility from regioregular poly (3-hexylthiophene) field-effect transistors | |
| US8703863B2 (en) | Polyimide precursor, polyimide, and coating solution for under layer film for image formation | |
| US20070275501A1 (en) | Fabricating tft having fluorocarbon-containing layer | |
| KR20080040119A (ko) | 디클로로포스포릴기를 함유하는 자기조립단분자막 형성화합물을 이용한 유기박막 트랜지스터의 제조방법 | |
| Ko et al. | Electrically and thermally stable gate dielectrics from thiol–ene cross-linked systems for use in organic thin-film transistors | |
| JP2013545286A (ja) | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 | |
| JP2005509299A (ja) | シロキサンポリマー界面を有する有機薄膜トランジスタ | |
| US8623745B2 (en) | Composition for forming gate insulating film for thin-film transistor | |
| KR101007813B1 (ko) | 완충층을 포함하는 유기박막 트랜지스터 | |
| EP2157614B1 (en) | Gate insulating film forming agent for thin-film transistor | |
| US20100237326A1 (en) | Organic transistor and manufacturing method thereof | |
| US7468329B2 (en) | Dedoping of organic semiconductors | |
| KR101649553B1 (ko) | 유기 전계 효과 트랜지스터의 제조방법 | |
| KR100909045B1 (ko) | 신규 유기보호막 제조 방법 및 이를 적용한 유기 박막트랜지스터 | |
| KR100873997B1 (ko) | 수분 차단 특성이 개선된 유기보호막을 적용한 유기박막트랜지스터의 제조방법 | |
| US10727426B2 (en) | Thin film transistor, method of manufacturing the same, and electronic device including the same | |
| Nketia‐Yawson et al. | Interfacial Interaction Enables Enhanced Mobility in Hybrid Perovskite‐Conjugated Polymer Transistors with High‐k Fluorinated Polymer Dielectrics | |
| KR101100647B1 (ko) | 고분자 게이트 절연막의 제조방법 | |
| KR101140686B1 (ko) | 유기 게이트 절연막 조성물 및 이를 이용한 유기 게이트절연막 | |
| KR100922444B1 (ko) | 코팅성이 개선된 유기보호막용 조성물 및 이를 적용한유기박막트랜지스터 | |
| JPWO2008096850A1 (ja) | 有機薄膜トランジスタ用絶縁膜材料及びこれを用いた有機薄膜トランジスタ | |
| KR100933033B1 (ko) | 신규한 유기박막 트랜지스터 보호막용 혼합조성물 및 이를이용한 유기박막 트랜지스터 | |
| Subbarao et al. | Fabrication of Exceptional Ambient Stable Organic Field-Effect Transistors by Exploiting The Polarization Of Polar Dielectric Layers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130625 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140701 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150710 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |