KR100969395B1 - 유전체 잉크, 이를 이용한 유전체 박막 및 유기박막트랜지스터 - Google Patents

유전체 잉크, 이를 이용한 유전체 박막 및 유기박막트랜지스터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중심원소로서 실리콘을 가지는 전구체를 포함하는 솔-젤 용액과, 상기 솔-젤 용액을 안정적으로 분산시키는 주 용매와, 건조 속도가 상기 주 용매와는 다른 보조 용매를 포함하는 유전체 잉크를 제공한다. 상기 보조 용매는 유전체 잉크 액적의 건조 시 유체 거동을 제어하며, 물성이 다른 둘 이상의 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 유전체 잉크는 잉크젯 프린팅에 의하여 평활도 및 물성이 우수한 유전체 박막을 형성할 수 있고, 형성된 유전체 박막을 게이트 절연막으로 구비하는 유기박막 트랜지스터에 적용될 수 있다.
유전체, 잉크, 유체 거동, 용매

Description

유전체 잉크, 이를 이용한 유전체 박막 및 유기박막 트랜지스터 {DIELECTRIC INK, DIELECTRIC FILM AND ORGANIC THIN FILM TRANSISTER USING THE SAME}
본 발명은 유전체 잉크에 관한 것으로, 구체적으로는 잉크젯 프린팅을 이용하여 형성되는 유기박막트랜지스터용 유전체 박막용 유전체 잉크에 관한 것이다.
유기물 반도체를 트랜지스터의 활성층으로 사용하는 유기 박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor, OTFT)에 관한 연구는 1980년 이후부터 시작되었으며, 근래에는 전 세계에서 많은 연구가 진행 중에 있다.
이러한 유기박막 트랜지스터는 Si-TFT와 구조적으로 거의 같은 형태로서 반도체 영역에 Si 대신에 유기물을 사용한다는 차이점이 있고, 다양한 연구 결과를 바탕으로 Si-TFT에 비견되는 물성이 확보되고 있다.
반면, 유전체 패턴화에 대한 연구는 미비한 실정이며, 유기박막 트랜지스터가 평판 디스플레이와 대면적 센서 어레이 등의 분야에서 산업적으로 활용되기 위해서는 유전체의 성능 및 신뢰성 향상과 아울러 저온, 저가격으로 패턴화할 수 있는 방법이 개발되어야 한다.
현재, 전기/전자 부품 산업분야에서 미세구조 제작에 사용되고 있는 노광과 식각공정을 기반으로 하는 광학적 패터닝(photolithography) 방법이 유전체 패턴화를 위해 주로 사용되고 있으며, 이 광학적 패터닝 방법은 여러 단계의 복잡한 제조 공정을 거치는 에너지 집약적이고 고비용의 생산기술이라는 문제점을 지니고 있다. 또한, 노광과 식각 공정 중에 배출되는 가스, 폐수 등 환경오염 발생 가능성으로 대체 공정 기술 개발이 연구 중이며, 이러한 대체 공정 기술로서 간단하고 친환경적인 공정 기술인 잉크젯 프린팅 응용 기술이 활발하게 연구 중이다.
잉크젯 프린팅은 저소음, 저비용의 비접촉식 프린팅 방식으로 분사 방식에 따라 크게 연속 분사(continuous jet) 방식과 드롭-온-디맨드(drop-on-demand;DOD) 방식으로 구분 가능하다. 여기서 연속 분사 방식은 펌프를 이용하여 잉크를 연속적으로 제팅(jetting)하는 동안 전자기장을 변화시켜 잉크의 방향을 조절함으로써 프린팅하는 방식이며, 드롭-온-디맨드 방식은 전기적 신호를 통하여 필요한 순간에만 잉크를 분사시키는 방식으로, 전기에 의하여 역학적으로 변형을 일으키는 압전판을 사용하여 압력을 발생시키는 압전(piezoelectric ink jet) 방식과 열에 의하여 발생하는 버블의 팽창에서 발생하는 압력을 이용하는 열전사(thermal ink jet) 방식으로 나뉠 수 있다.
인쇄용 상용 잉크 조성물은 기본적으로 색을 나타내는 색소체(chromophore)와 이를 포함하는 유동체(vehicle)로 구성되며, 이를 응용하여 전기/전자부품 산업분야에 적용하기 위하여 색소체를 대체하는 기능성 재료를 첨가함으로써 다양한 물성을 부여할 수 있으며, 제조된 잉크 조성물이 적절한 성능을 나타내기 위해서는 기능성 재료 자체의 물성과 잉크 자체의 유변학적(rheological) 물성이 만족되어야 한다.
특히, 잉크젯 프린팅용 유전체 소재의 개발을 위해서는 공정 측면에서 고유의 전기적 물성을 유지하면서 핀홀(pinhole) 등의 결함 없이 평활도가 우수한 유전체를 제조하는 것이 중요하다. 반도체층에서의 채널 형성을 위한 전하 축적이 이루어지는 반도체 층과 유전체 박막의 계면 평활도가 전하 축적의 균일성 측면에서 중요하며, 전하 이동 측면에서도 계면의 평활도는 필수적으로 확보되어야 한다. 절연 파괴 강도 및 유전 상수등의 전기적 물성은 유-무기 하이브리드 물질의 특성에 관계되는 반면, 젯팅 안정성 및 계면 평활도 확보를 위해서는 잉크 액적의 건조 거동을 주의 깊게 제어할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 저비용의 잉크젯 프린팅 공정에 적용 가능한 유전체 잉크를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 잉크젯 프린팅으로 형성된 유전체 박막의 계면 평활도를 향상시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 유전체 잉크의 건조 시 유체 거동을 제어하여 평활도가 우수한 유전체 막을 형성할 수 있는 유전체 잉크의 용매 설계 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 유전체 잉크를 이용하여 형성된 유전체 박막을 구비한 유기박막 트랜지스터를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중심원소로서 실리콘을 가지는 전구체, 초순수, 및 촉매를 포함하는 솔-젤 용액과; 용매로서 상기 솔-젤 용액을 안정적으로 분산시키는 주 용매와, 건조 속도가 상기 주 용매와는 다른 보조 용매를 포함하는 유전체 잉크를 제공한다.
상기 보조 용매는 증발 속도, 점도, 또는 표면 장력이 주 용매와 다른 물질을 사용하여 유전체 잉크 액적의 건조 시 유체 거동을 제어하며, 물성이 서로 다른 둘 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 유전체 잉크는 잉크젯 프린팅에 의하여 유전체 박막을 형성할 수 있고, 형성된 유전체 박막을 게이트 절연막으로 구비하는 유기박막 트랜지스터에 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기박막 트랜지스터 제조 시, 기존의 다양한 패턴화 공정에 비해 공정 단계를 절감하면서 재료의 소모를 줄일 수 있고, 우수한 물성을 확보할 수 있다. 특히, 잉크젯 프린팅으로 평활도가 우수한 유전체 박막을 형성할 수 있다. 또한, 유연성이 있는 플라스틱 기판 위의 성막이 가능하게 되어 산업적으로 OLED, 플라스틱 TFT-LCD, 전자종이와 같은 플렉시블 디스플레이, 스마트카드, 유기태양전지와 같은 플렉시블 전자소자를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 유전체 잉크는 솔-젤 전구체 용액과 용매를 포함한다. 상기 전구체 용액은 중심원소로서 실리콘을 갖는 전구체 물질과 초순수 및 촉매를 포함한다. 상기 솔-젤 용액에 혼합되는 용매를 적절하게 설계하여 프린팅되는 잉크 액적의 건조 거동을 제어할 수 있다.
상기 솔-젤 용액의 함량은 유전체 잉크 전체에 대하여 0.1 ~ 15 중량%이며, 나머지는 용매가 차지한다.
본 발명의 유전체 잉크에 있어서, 용매는 주용매와 보조 용매를 포함한다. 주 용매와 보조 용매의 비율은 중량비로 70 : 30 부터 30 : 70의 범위가 적절하다.
상기 주용매는 잉크내에서 솔-젤 용액을 안정적으로 분산시키는 역할을 하며, 에틸 알코올(ethyl alcohol), 메틸 알코올(methyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 아세톤(acetone), 2-메톡시 에탄올(2-methoxy ethanol, 이하에서 2-MeEtOH라 한다), 프로필 알코올(propyl alcohol, 이하에서 PrOH라 한다), 펜틸 알코올(pentyl alcohol), 헥실 알코올(hexyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol), 및 옥틸 알코올(octyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 보조 용매는 잉크젯 프린팅을 위해 요구되는 적절한 점도와 표면 장력, 증발 속도를 부여한다.
상기 보조 용매로서는 에틸렌글리콜(ethylene glycol, 이하에서 EG라 한다), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜 (poly-ethylene glycol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol), 글리세 린(glycerine), 2-메톡시 에탄올(2-methoxy ethanol, 이하에서 2-MeEtOH라 한다), 프로필 알코올(propyl alcohol), 펜틸 알코올(pentyl alcohol), 헥실 알코올(hexyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol), 옥틸 알코올(octyl alcohol), 포름 아미드(formamide), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 다이옥산 (dioxane), 다이메틸포름아마이드 (dimethylformamide), 터피놀 (terpinol), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycol), 에탄올아민 (ethanolamine), 및 다이에탄올아민 (diethanolamine) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 것을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 전구체 용액은 예를 들어 유기 물질과 무기 물질이 복합된 하이브리드 형태로 구현할 수도 있다. 이 경우, 중심원소로서 실리콘을 가지며 유기관능기를 갖는 제1전구체와, 중심 원소로서 실리콘 또는 전이금속을 가지는 제2전구체를 포함할 수 있다. 상기 제1전구체와 제2전구체의 비율은 요구되는 박막의 특성에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1전구체는 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란 (methyltriethoxysilane, 이하에서 MTES라 한다), 페닐트리에톡시실란 (phenyltriethoxysilane), 페닐트리메톡시실란 (phenyltrimethoxysilane), 다이페닐다이에틸헥실록시다이에톡시실란 (diphenyldiethylhexyloxydiethoxysilane), 메타크릴록시프로필트리메톡시실란 (3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 글리시딜록시프로필트리메톡시실란 (3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane), 비닐트리메톡시실란 (vinyltrimethoxysilane), 머켑토프로필트리메톡시실란 (mercaptopropyltrimethoxysilane), 비닐트리메톡시실란 (vinyltrimethoxysilane), 머켑토프로필트리에톡시실란 (mercaptopropyltriethoxysilane) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제2전구체는 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane), 에틸트리에틱시실란 (ethyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시실란 (ethyltrimethoxysilane), 테트라에틸오쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate, 이하에서 TEOS라 한다), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane), 다이페닐다이에틸헥실록시다이에톡시실란 (diphenyldiethylhexyloxydiethoxysilane), 아미노프로필트리에톡시실란 (aminopropyltriethoxysilane), 아미노프로필트리메톡시실란 (aminopropyltrimethoxysilane), 다이페닐실란다이올 (diphenylsilanediol), 다이메틸다이메톡시실란 (dimethyldimethoxysilane), 지르코늄 에톡사이드 (zirconium ethoxide), 지르코늄 이소프로폭사이드 (zirconium isopropoxide), 지르코늄 프로폭사이드 (zirconium propoxide), 타이타늄 부톡사이드 (titanium butoxide), 타이타늄 에톡사이드 (titanium ethoxide), 타이타늄 이소프로폭사이드 (titanium isopropoxide), 타이타늄 프로폭사이드 (titanium propoxide), 타이타늄 메톡사이드 (titanium methoxide), 탄탈륨 부톡사이드 (tantalum butoxide), 탄탈륨 에톡사이드 (tantalum ethoxide), 탄탈륨 메톡사이드 (tantalum methoxide), 하프늄 터트뷰톡사이드 (hafnium tert-butoxide), 및 하프늄 뷰톡사이드 (hafnium N-butoxide) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 촉매는 염산, 황산 및 질산 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 솔-젤 용액은 가수분해와 축합반응에 의해 산화물 망목구조를 가지게 된다. 가수분해 과정을 통해 실리콘을 중심원소로 갖는 전구체에 존재하는 알콕시기(OR)들이 실라놀기(OH)로 교체된다. 또한 축합반응을 통해 각각의 전구체들을 Si-O-Si의 결합으로 연결하면서 최종적으로 실리카 망목구조가 형성된다.
잉크의 연속적인 젯팅 과정에서 노즐 부분에서의 클로깅(clogging) 현상은 안정적인 액적 형성을 방해하기 때문에 이를 방지하기 위하여 노즐 표면에서의 잉크 건조 속도를 제어하여야 한다. 잉크젯 프린팅 시 분사된 액적의 (바깥쪽) 가장자리에서의 빠른 증발 속도와 액적 (내부) 중앙부에서의 느린 증발속도에 따라 잉크 내의 용질이 액적 가장자리로 이동함으로써 컨벡티브(convective) 흐름이 발생된다.
본 발명에서는 주 용매와 더불어, 증발 속도가 상대적으로 느린 보조 용매를 첨가함으로써 분사된 액적의 가장자리에서의 증발 속도를 억제하여 중앙부와의 증발속도의 차이를 줄이고 그 결과 컨벡티브 흐름을 억제하여 잉크 건조 속도를 제어할 수 있다.
또한, 프린팅 대상 기판 표면으로 잉크를 분사한 후 순간적인 용매의 증발에 따른 프린팅 패턴 형상의 변화 거동을 제어하기 위해 건조 과정 중의 용매의 동적 거동을 제어할 필요가 있다. 예를 들어, 두 가지 이상의 용매가 혼합되었을 때, 액 적 가장자리의 빠른 증발 속도는 증발 속도가 낮은 용매의 상대적인 농도가 증발 속도가 높은 용매보다 증가하게 되며, 액적 중앙부에서는 이와 반대되는 결과가 발생한다. 이러한 액적 가장자리와 중앙부와의 용매 농도차는 액적 내부에 표면 장력의 구배를 만들게 되고, 그 결과 표면장력이 서로 다른 유체가 공존할 경우 유체가 표면장력이 작은 쪽에서 큰 쪽으로 유동하는 마랑고니(marangoni) 효과를 발생시키게 된다.
본 발명에서는 주 용매에 비하여 표면 장력이 다른 보조 용매를 사용함으로써 상기 표면 장력의 구배의 방향과 크기를 제어하여 액적 내의 용질의 흐름을 제어한다.
실시예 1. 유전체 잉크의 합성 및 잉크젯 프린팅을 통한 유전체 박막 제조
TEOS : MTES = 40 : 60의 몰 비율로 전구체들을 혼합한 후, 혼합된 전구체에 대하여 0.1N 염산과 2차 증류수를 1 : 1.5의 몰 비율로 첨가하여 유-무기 하이브리드 유전체 용액을 마련하였다.
마련된 솔-젤 용액을 균질하게 혼합하기 위하여 상온, 질소 분위기에서 5시간 동안 교반하였다.
합성된 유무기 하이브리드 솔-젤 용액을 이용하여 유전체 잉크를 제조하기 위해 주용매로서 PrOH를 첨가하였고, 솔-젤 용액의 함유량은 중량비로 11% 였다.
노즐 표면에서의 클로깅 현상을 제어하고 액적 가장자리에서의 용매의 빠른 증발에 의한 불균일한 형상의 패턴 형성을 억제하기 위하여 보조 용매로서 높은 끓 는점을 가지는 EG를 PrOH : EG = 7 : 3의 중량비로 첨가하였다.
제조된 잉크를 압전 방식의 노즐을 사용하는 드랍 온 디멘드 (drop-on-demand) 방식의 프린터를 사용하여 실리콘 웨이퍼 기판 위에 단일 액적을 프린팅 하고, 그 결과를 도 1에 도시하였다.
도 1을 참조하면, 프린팅 형상 측면에서 가장자리와 중앙 부분의 불균일성이 확인된다. 이러한 이유는 프린팅된 단일 액적의 증발 과정에서의 불균일한 용매 증발 속도에 기인하는 것이다. 액적의 가장자리에서의 빠른 증발속도 때문에 가장자리 부분에서는 끓는점이 낮은 용매인 PrOH의 증발이 EG에 비해 촉진되어 PrOH의 상대적인 농도가 감소하게 된다. 반면에, 액적의 중앙 부분에서는 증발 속도가 느리기 때문에 PrOH의 EG에 대한 상대적 농도차가 가장자리만큼 심화되지 않는다.
PrOH가 EG에 비해 낮은 표면 장력을 가지기 때문에 가장자리에서의 전체적인 표면장력이 중앙 부분에서의 표면 장력보다 크게 되고 이는 낮은 표면 장력 부분으로부터 높은 표면 장력 부분으로 마랑고니 흐름을 유발시킨다. 따라서, 액적 내의 용매와 용질이 중앙 부분에서 가장 자리로의 움직이게 되고, 그 결과 불균일한 프린팅 형상이 만들어진다.
이와 같은 표면 장력의 차이에 의한 마랑고니 흐름을 억제하기 위하여 PrOH에 비해 보다 높은 표면 장력을 가지는 2-MeEtOH을 추가적으로 사용하여 PrOH의 일부분을 대체하였고, 구체적으로 2-MeEtOH : PrOH = 4 : 3의 중량비로 치환하였다. 높은 끓는점 용매와 낮은 끓는점 용매의 혼합에 따른 마랑고니 흐름의 크기는 두 용매 간의 표면 장력차이에 비례하고 혼합 용매의 점도에 반비례한다. PrOH와 2- MeEtOH의 점도는 비슷한 값을 가지기 때문에 보다 높은 표면 장력을 가지는 2-MeEtOH을 첨가함으로써 용매의 전체적인 표면 장력 차이를 줄일 수 있고 마랑고니 흐름을 억제할 수 있었다. 사용된 용매의 기본적인 물리적 특성을 표 1에 도시하였다.
[표 1] 실시예 1에 사용된 용매의 물리적 특성
용매 점도
(mPas)		 표면 장력
(mN/m)		 끓는점
(oC)		 증기압
(mmHg)
에틸렌 글리콜 19.0 48.5 198 0.09
프로필 알코올 1.9 23.7 97 21
2-메톡시 에탄올 1.5 30.0 125 6.17
최종적인 잉크 용액을 사용하여 젯팅된 액적의 형상을 도 2에 도시하였으며, 지름 50 ㎛의 피에조 노즐을 통하여 분사된 액적은 직경이 55 ㎛, 부피는 88 pL 이었고 분사 속도는 1.46 m/s 이었다. 제조된 프린팅 패턴의 형상을 도 3에 도시하였으며, 불균일한 패턴 성막이 억제된 것을 확인할 수 있다.
최종적으로 제조된 유전체 잉크를 이용하여 50℃로 가열된 실리콘 웨이퍼 기판 위에 잉크젯 프린팅 하여 유전체 박막을 형성하였다. 프린팅된 유전체 박막의 용매를 제거하고 기판과의 접착력을 증가시키기 위해 90℃에서 30분 동안 건조한 후, 가교 결합과 솔-젤 반응을 통한 망목구조 형성을 위해 170℃에서 2시간 동안 열처리하였다.
형성된 유전체 박막은 1×1 cm2의 장범위에서 두께 편차가 없는 1.1 ㎛의 두께를 가지는 균일한 막이 형성되었다(도 4). 원자력간 현미경 측정 결과 0.5 nm의 평균 표면 조도를 가지는 것으로 확인되었다(도 5).
프린팅 된 유전체 박막의 누설 전류 및 유전 상수와 관련된 전기적 특성을 파악하기 위해 전류-전압 (I-V) 특성과 축적 전하-전압 (C-V)을 측정하였으며 이를 도 6 및 도 7에 도시하였다. I-V 특성에서 보이듯이, 90 V의 고전압을 인가하였을 때 10-6A/cm2이하의 낮은 누설전류가 흐르는 것을 확인할 수 있으며, C-V 특성으로부터 4.9의 유전 상수를 확인하였다.
실시예 2. 유기박막트랜지스터의 제조
게이트 전극으로 쓰이는 과도핑(heavily-doped) 실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1에 따른 유전체 잉크를 사용하여 잉크젯 프린팅으로 유전체 박막을 형성한 후, 금(Au) 소스 및 드레인 전극을 열증발법(evaporation)을 이용하여 증착하였으며, 증착시 금속 마스크를 이용하여 소스 및 드레인 전극을 패턴하였다.
잉크젯 프린팅된 유전체 박막을 포함하는 유기박막트랜지스터의 물성을 비교 평가하기 위하여, 실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1에서 사용한 전구체 용액을 이용하여 스핀 코팅을 통해 유전체 박막을 제조한 후 같은 방법으로 소스 및 드레인 전극을 형성하였다. 스핀 코팅된 유전체 막의 두께는 260 nm이며 유전상수는 3.9 이었다.
상기 두 소자에 있어서, 유기 반도체로서 α,ω-디헥실쿼터티오펜을 이용하였으며 습식 공정을 이용하기 위하여 클로로 벤젠을 용매로 하여 α,ω-디헥실쿼터티오펜을 0.8wt%의 조성으로 혼합한 후 균일한 용액으로 제조하기 위해 40℃에서 30분 동안 교반하였다. 제조된 α,ω-디헥실쿼터티오펜을 포함하는 용액을 준비된 소스 및 드레인 전극 사이에 드랍 캐스팅을 통하여 성막하였으며, 용액 안의 용매를 제거하기 위해 10-3 torr의 분위기에서 12 시간 동안 보관하였다.
제조된 유기 박막 트랜지스터에 대하여 전기적 특성을 조사하여 그 결과를 도 8 내지 도 11에 도시하였다. 측정 결과, 잉크젯 프린팅 기반 소자의 경우, 2× 10-3 cm2/V·s의 전하이동도, 8 V의 문턱전압, 그리고 6× 10-10 A의 오프 전류가 확인되었으며, 스핀 코팅 기반 소자의 경우, 5× 10-3 cm2/V·s의 전하이동도, -0.3 V의 문턱전압, 그리고 6× 10-10 A의 오프 전류가 측정되었다.
전하 이동도와 오프 전류가 비슷한 점으로 미루어보아 잉크젯 프린팅 유전체의 특성이 스핀 코팅 유전체에 비견될 수 있는 물성인 것을 확인할 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 제시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상을 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형 및 개량이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 준비된 유무기 하이브리드 유전체 잉크의 단일 액적 잉크젯 프린팅 후 패턴 형상.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 준비된 유무기 하이브리드 유전체 잉크의 단일 액적 젯팅 형상.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 준비된 유무기 하이브리드 유전체 잉크의 단일 액적 잉크젯 프린팅 후 패턴 형상.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 준비된 유무기 하이브리드 절연막의 단면 및 표면을 관찰한 전자주사현미경 사진.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 준비된 유무기 하이브리드 절연막의 표면 평활도를 관찰한 원자력간 현미경 사진.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 준비된 유무기 하이브리드 절연막의 I-V 및 C-V 특성을 보인 그래프.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작된 잉크젯 프린팅 기반 유무기 하이브리드 박막을 게이트 절연막으로 이용한 유기박막 트랜지스터의 전기적 특성을 보인 그래프.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예 2에 따라 제작된 스핀 코팅 기반 유무기 하이브리드 박막을 게이트 절연막으로 이용한 유기박막 트랜지스터의 전기적 특성을 보인 그래프.

Claims (13)

  1. 중심원소로서 실리콘을 가지는 전구체, 초순수, 및 촉매를 포함하는 솔-젤 용액과;
    용매로서 상기 솔-젤 용액을 안정적으로 분산시키는 주 용매와, 건조 속도가 상기 주 용매와는 다른 보조 용매를 포함하며,
    상기 주 용매는 에틸 알코올(ethyl alcohol), 메틸 알코올(methyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 아세톤(acetone), 2-메톡시 에탄올(2-methoxy ethanol), 프로필 알코올(propyl alcohol), 펜틸 알코올(pentyl alcohol), 헥실 알코올(hexyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol), 및 옥틸 알코올(octyl alcohol)중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지고,
    상기 보조 용매는 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜 (poly-ethylene glycol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol), 글리세린(glycerine), 2-메톡시 에탄올(2-methoxy ethanol), 프로필 알코올(propyl alcohol), 펜틸 알코올(pentyl alcohol), 헥실 알코올(hexyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol), 옥틸 알코올(octyl alcohol), 포름 아미드(Form amide), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 다이옥산 (dioxane), 다이메틸포름아마이드 (dimethylformamide), 터피놀 (terpinol), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycol), 에탄올아민 (ethanolamine), 및 다이에탄올아민 (diethanolamine) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지고,
    상기 보조 용매는 점도, 표면 장력 또는 증발 속도가 다른 둘 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는
    유전체 잉크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 솔-젤 용액은 0.1 ~ 15 중량%로 함유되는 유전체 잉크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주 용매와 보조 용매의 비율은 중량비로 70:30 ~ 30:70의 범위인 유전체 잉크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 염산, 황산, 질산 중에서 선택되는 어느 하나인 유전체 잉크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전구체는 실리콘을 가지며 유기관능기를 갖는 제1전구체, 및 실리콘 또는 전이금속을 가지는 제2전구체를 포함하는 유전체 잉크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1전구체는
    메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란 (methyltriethoxysilane), 페닐트리에톡시실란 (phenyltriethoxysilane),
    페닐트리메톡시실란 (phenyltrimethoxysilane), 다이페닐다이에틸헥실록시다이에톡시실란 (diphenyldiethylhexyloxydiethoxysilane), 메타크릴록시프로필트리메톡시실란 (3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 글리시딜록시프로필트리메톡시실란 (3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane), 비닐트리메톡시실란 (vinyltrimethoxysilane), 머켑토프로필트리메톡시실란 (mercaptopropyltrimethoxysilane), 비닐트리메톡시실란 (vinyltrimethoxysilane), 머켑토프로필트리에톡시실란 (mercaptopropyltriethoxysilane) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지는 유전체 잉크.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2전구체는
    메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane), 에틸트리에틱시실란 (ethyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시실란 (ethyltrimethoxysilane), 테트라에틸오쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane), 다이페닐다이에틸헥실록시다이에톡시실란 (diphenyldiethylhexyloxydiethoxysilane), 아미노프로필트리에톡시실란 (aminopropyltriethoxysilane), 아미노프로필트리메톡시실란 (aminopropyltrimethoxysilane), 다이페닐실란다이올 (diphenylsilanediol), 다이메틸다이메톡시실란 (dimethyldimethoxysilane), 지르코늄 에톡사이드 (zirconium ethoxide), 지르코늄 이소프로폭사이드 (zirconium isopropoxide), 지르코늄 프로폭사이드 (zirconium propoxide), 타이타늄 부톡사이드 (titanium butoxide), 타이타늄 에톡사이드 (titanium ethoxide), 타이타늄 이소프로폭사이드 (titanium isopropoxide), 타이타늄 프로폭사이드 (titanium propoxide), 타이타늄 메톡사이드 (titanium methoxide), 탄탈륨 부톡사이드 (tantalum butoxide), 탄탈륨 에톡사이드 (tantalum ethoxide), 탄탈륨 메톡사이드 (tantalum methoxide), 하프늄 터트뷰톡사이드 (hafnium tert-butoxide), 및 하프늄 뷰톡사이드 (hafnium N-butoxide) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지는 유전체 잉크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보조 용매는 주 용매와 표면 장력이 다른 것을 특징으로 하는 유전체 잉크.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 중심원소로서 실리콘을 가지는 전구체, 초순수, 및 촉매를 포함하는 솔-젤 용액과; 용매로서 상기 솔-젤 용액을 안정적으로 분산시키는 주 용매와, 건조 속도가 상기 주 용매와는 다른 보조 용매를 포함하는 유전체 잉크를 사용하여 잉크젯 프린팅으로 형성하며,
    상기 주 용매는 에틸 알코올(ethyl alcohol), 메틸 알코올(methyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 아세톤(acetone), 2-메톡시 에탄올(2-methoxy ethanol), 프로필 알코올(propyl alcohol), 펜틸 알코올(pentyl alcohol), 헥실 알코올(hexyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol), 및 옥틸 알코올(octyl alcohol)중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지고,
    상기 보조 용매는 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜 (poly-ethylene glycol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol), 글리세린(glycerine), 2-메톡시 에탄올(2-methoxy ethanol), 프로필 알코올(propyl alcohol), 펜틸 알코올(pentyl alcohol), 헥실 알코올(hexyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol), 옥틸 알코올(octyl alcohol), 포름 아미드(Form amide), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 다이옥산 (dioxane), 다이메틸포름아마이드 (dimethylformamide), 터피놀 (terpinol), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycol), 에탄올아민 (ethanolamine), 및 다이에탄올아민 (diethanolamine) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지고,
    상기 보조 용매는 점도, 표면 장력 또는 증발 속도가 다른 둘 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는
    유전체 박막.
  13. 청구항 12항의 유전체 박막을 게이트 절연막으로 구비하는 유기박막 트랜지스터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999042863A1 (fr) * 1998-02-18 1999-08-26 Seiko Epson Corporation Procede de fabrication de miroir multicouche a reflexion repartie
US6171645B1 (en) 1995-11-16 2001-01-09 Texas Instruments Incorporated Polyol-based method for forming thin film aerogels on semiconductor substrates
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6171645B1 (en) 1995-11-16 2001-01-09 Texas Instruments Incorporated Polyol-based method for forming thin film aerogels on semiconductor substrates
WO1999042863A1 (fr) * 1998-02-18 1999-08-26 Seiko Epson Corporation Procede de fabrication de miroir multicouche a reflexion repartie
KR100779560B1 (ko) * 2006-07-20 2007-11-29 연세대학교 산학협력단 유기 박막 트랜지스터용 자가 패턴성 유전체 박막, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 유기 박막 트랜지스터

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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