KR100979985B1 - 유기 박막 트랜지스터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도포나 인쇄 등 간편한 방법으로 제조할 수 있고 또한 고이동도를 구비하는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.
유기 반도체층을 구비하는 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층을 구비하고, 그 벤젠 고리가 노출되는 표면 상에 유기 반도체층을 마련한 것을 특징으로 한다.
유기 반도체층, 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 게이트 절연막

Description

유기 박막 트랜지스터{ORGANIC THIN-FILM TRANSISTOR}
본 발명은 유기 반도체층을 구비하는 유기 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
근래, 유기 반도체 재료를 이용한 유기 박막 트랜지스터의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 유기 반도체 재료는 인쇄법, 회전 도포법 등 습식 프로세스에 의한 간편한 방법으로 용이하게 박막 형성이 가능하고, 종래의 무기 반도체 재료를 이용한 박막 트랜지스터와 비교하여 제조 프로세스 온도를 저온화할 수 있다는 이점이 있다. 이에 따라, 일반적으로 내열성이 낮은 플라스틱 기판 상에 형성할 수 있게 되어 디스플레이 등 전자 장치를 경량화 및 저비용화할 수 있는 동시에, 플라스틱 기판의 유연성을 이용한 용도를 구비하는 등, 다양한 전개를 기대할 수 있다.
현재까지 유기 반도체 재료로서 펜타센 등 아센계 재료가 보고되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 평 5－55568호). 이 펜타센을 유기 반도체층으로서 이용한 유기 박막 트랜지스터는 비교적 고이동도인 것이 보고되어 있지만, 이와 같은 아센계 재료는 범용 용매에 대하여 아주 용해성이 낮아 이것을 유기 박막 트랜지스터의 유기 반도체층으로서 박막화할 때에는, 진공 증착 공정을 거칠 필요가 있다. 그러므로, 전술한 바와 같은 도포나 인쇄 등 간편한 방법으로 박막을 형성할 수 있다는 유기 반도체 재료에 대한 기대에 부응하는 것은 아니다.
이것에 반하여, 본 발명자들은 앞서 트리 아릴 아민 구조의 부위를 포함한 폴리(아릴렌 비닐렌)로 이루어지는 유기 반도체층을 마련한 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터를 제안하였다(일본 특허 공개 공보 2005－101493호, 일본 특허 공개 공보 2005－154709호). 이 트리 아릴 아민을 포함한 폴리(아릴렌 비닐렌)는 유기 용제에 대한 용해성이 높기 때문에, 진공 증착 방법을 거치지 않고 잉크젯, 회전 도포, 그라비어 인쇄 등 간편한 인쇄 방법으로 유기 반도체를 마련할 수 있고, 제막된 막의 균일성이 뛰어나기 때문에, 유기 박막 트랜지스터에 기대되는 대면적화에도 소자간의 차이가 발생되기 어려운 것이다. 그러나, 유기 박막 트랜지스터에 요구되는 캐리어 이동도를 더 한층 향상시킬 필요가 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 도포나 인쇄 등 간편한 방법으로 제조할 수 있고 또한 고이동도를 구비하는 유기 박막 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 상기 과제는 본 발명의 (1) [유기 반도체층을 구비하는 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층을 구비하고, 상기 벤젠 고리가 노출되는 표면 상에 유기 반도체층을 마련한 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터], (2) [2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층이 SiO2상에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 유기 박막 트랜지스터], (3) [SiO2상에 알킬쇄를 통하여 벤젠 고리가 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (2)에 기재된 유기 박막 트랜지스터], (4) [유기 반도체층으로서 아래의 화학식 (I)
Figure 112007067540957-pat00001
(상기 식 중, Ar1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 1가기이고, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 2가기이며, Ar4는 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 또는 치환 또는 비치환의 복소환식 화합물 2가기를 나타냄)으로 나타내는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 유기 박막 트랜지스터. (5) [추가로 아래의 화학식 (II)
Figure 112007067540957-pat00002
(상기 식 중, Ar1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 1가기이고, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 2가기이며, Ar4는 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 또는 치환 또는 비치환의 복소환식 화합물 2가기를 나타냄)으로 나타내는 화합물을 함유한 유기 반도체층을 형성한 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 유기 박막 트랜지스터.] (6) [유기 반도체 화합물 층은 가수분해성 기와 방향족 고리기를 구비하는 실란 화합물의 막 상에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 유기 박막 트랜지스터]에 의해 달성된다.
아래의 상세하고도 구체적인 발명으로부터 명백하듯이, 본 발명에 의하여 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층을 구비하고, 그 벤젠 고리가 노출되는 표면 상에 유기 반도체층을 마련함으로써, 도포나 인쇄 등 간편한 방법으로 제조할 수 있고 또한 고이동도를 구비하는 유기 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다는 매우 뛰어난 효과를 상주하는 것이다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층을 구비하고, 그 벤젠 고리가 노출되는 표면 상에 유기 반도체층을 마련하여 이루어진다.
구체적으로는, 도 1a 내지 도 1c에 예시한 트랜지스터의 개략 구조에 있어서, 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층(6)을 구비하고, 그 벤젠 고리가 노출되는 표면 상에 유기 반도체층(1)을 구비한다. 유기 반도체층(1)은 상기 화학식 (I), (II)로 나타낸 반복 단위를 구비하는 중합체를 주성분으로 한다. 본 발명의 유기 박막 트랜지스터에는 공간적으로 분리된 소스 전극(2), 드레인 전극(3) 및 게이트 전극(4)이 마련되어 있고, 게이트 전극(4)과 유기 반도체층(1) 사이에는 절연막(5)이 마련되며, 나아가 유기 반도체층(1)과 절연층(5)의 사이에 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층(6)이 마련된다. 유기 박막 트랜지스터는 게이트 전극(4)으로의 전압 인가에 의해 소스 전극(2)과 드레인 전극(3) 사이의 유기 반도체층(1) 내를 흐르는 전류가 제어된다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 지지체 상에 마련할 수 있고, 예컨대, 유리, 실리콘, 플라스틱 등 일반적으로 이용되는 기판을 이용할 수 있다. 또, 전도성 기판을 이용함으로써 게이트 전극과 겹쳐지도록 하거나, 게이트 전극과 전도성 기판을 적층한 구조로도 할 수 있지만, 본 발명의 유기 박막 트랜지스터가 응용되는 디바이스의 유연성, 경량화, 염가, 내충격성 등 특성이 소망되는 경우, 플라스틱 시이트를 지지체로 하는 것이 바람직하다.
플라스틱 시이트로서는 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르 에테르케톤, 폴리페닐렌 설피드, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등으로 이루어지는 필름 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터에서는 유기 반도체층으로서는 일반적으로 알려져 있는 유기 반도체 재료를 사용할 수 있지만, 특히 전술한 화학식 (I)로 나타내는 고분자계 유기 반도체 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 화학식 (I)로 나타내는 고분자계 유기 반도체 재료의 구체적인 예를 아래의 표 1에 나타낸다.
Figure 112007067540957-pat00003
나아가 화학식 (II)로 나타내는 화합물을 혼합함으로써 더욱 높은 이동도를 실현할 수 있다. 이 화합물의 혼합비는 유기 반도체층의 50 wt%보다 많을 경우, 유리 전이점(Tg)의 저하가 현저하여 유기 반도체층의 인쇄 방법에서의 유기 용매 건조가 불충분하게 되어 막 균일성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 혼합비는 50 wt% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 wt% 내지 50 wt%이다.
화학식 (II)로 나타내는 화합물의 구체적인 예를 아래에 나타낸다.
이들 화학식 (II)로 나타내는 화합물 자체는 종래 공지된 것(예컨대, 일본 특허 공보 제 3239244호, 일본 특허 공보 제 3273543호, 일본 특허 공개 공보 2004－212959호, 일본 특허 공개 공보 2004－302452호 등을 참조)이며, 또 상기 일본 특허 공개 공보 2005-101493호, 일본 특허 공개 공보 2005－154709호에 기재된 폴리(아릴렌 비닐렌)로 이루어지는 폴리머 유기 반도체에서의 트리 아릴 아민 구조의 부위와 구조적으로 유사한 것(다만, 폴리머가 아님)이다.
Figure 112007067540957-pat00004
Figure 112007067540957-pat00005
본 발명에 따른 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리의 적층물의 면 방향이 노출되는 층은 예컨대, 가수분해성 기와 방향족 고리기, 바람직하게는 벤젠 고리기를 구비하는 실란 화합물의 막 상에 유기 반도체 화합물 층을 마련함으로써 형성할 수 있다. 예컨대, 트리클로로실란, 디클로로실란, 모노클로로실란, 트리메톡시실란, 디메톡시실란, 모노메톡시실란, 트리에톡시실란, 디에톡시실란, 모노에톡시실란, 모노부톡시실란, 디부톡시실란, 모노부톡시실란 등 할로겐 원자나 치환 또는 비치환 알콕시를 구비하는 실리콘 말단을 구비하고, 한쪽 말단에 벤젠 고리를 구비하는 화합물을 화학 흡착법에 의해 제막하고, 그 위에 유기 반도체 화합물, 예컨대 상기 화학식 (I), (II)의 화합물 층을 마련함으로써 얻을 수 있다.
특히 SiO2 상에 알킬쇄를 통하여 벤젠 고리가 노출되어 있는 것이 바람직하며, 보다 높은 균질성을 얻을 수 있다. 이 알킬쇄를 통하여 벤젠 고리를 노출시키려면, 규소 원자와 벤젠 고리가 알킬쇄를 개재한 구조를 구비하는 실란 화합물을 이용할 수 있다.
화학 흡착법은 상기 화합물을 예컨대 디클로로 메탄, 테트라 히드로 푸란, 클로로포름, 톨루엔, 디클로로 벤젠 및 크실렌 등 용제에 용해하고, 기판을 이 용액에 담근 후, 건조시켜 형성할 수 있지만, 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리로 이루어지는 표면을 형성하기 위해서는, 기판을 용액에 담글 때, 초음파로 조사하는 것이 바람직하다.
또, 상기 실란 화합물의 용액에 대하여 0.1 mM~1000 mM의 범위로 용해시키는 것이 바람직하다. 0.1 mM 이하이면 침지 시간이 너무 길게 되고, 100 mM 이상이면 실란 화합물끼리의 자기 축합에 의해 본 발명의 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리로 이루어지는 표면을 균일하게 형성할 수 없다. 때문에 보다 바람직하게는 1 mM 내지 10 mM의 범위로 용해시킨다.
본 발명의 특징인 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층은 X선광 전자 분광법에 의해 탄소량을 정량할 수 있고, 적외 흡수 분광법에 의해 관능기를 확인할 수 있으며, X선 회절에 의해 단분자막의 주기 구조를 확인할 수 있다. 예컨대, X선 회절은 시사각(視斜角) 입사 X선 회절법을 이용하여 Spring8 BL13에서 측정할 수 있다. X선의 입사각은 0.1°, 취출각은 0.1°, 입사광 에너지는 12 keV를 이용할 수 있다.
벤젠 고리의 면 간격은 통상 3~4Å이 되지만, 본 발명에서의 2.8~3.0Å 면 간격의 막은 예컨대, 실록산에 직접 벤젠 고리를 부가하여 제작되므로, 이것이 정확하게 이루어지면 Si-O-Si의 간격으로 벤젠 고리가 마주보게 된다. 그리고, GIXD(Grazing Incidence X-ray Diffraction:시사각 입사 X선 회절) 측정 결과로부터, 거의 실록산의 Si 간격으로 나열되어 있다는 것을 알 수 있었다. 이것은 저분자 결정 등에서는 있을 수 없는 면 간격으로 되어 있다고 할 수 있다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터 중에 구성되는 절연막은 산화 규소, 질화 규소, 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 산화 티탄, 산화 탄탈, 산화 주석, 산화 바나듐, 티탄산 바륨 스트론튬, 지르코늄 산화 티탄산바륨, 지르코늄산 티탄산연, 티탄산연 란탄, 티탄산 스트론튬, 티탄산 바륨, 불화 바륨 마그네슘, 탄탈산 니오브산 비스무트, 트리옥사이드 이트륨 등 무기 절연막 등을 사용할 수 있다. 특히 전도율이 낮은 SiO2가 바람직하다. 또, 유연성을 구비하는 유기물을 이용할 수도 있다. 유기물로 이루어지는 절연막은 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 페놀, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리페닐렌 설피드, 비치환 또는 할로겐 원자 치환 폴리파라크실렌, 폴리아크릴로니트릴, 시아노에틸풀룰란 등 고분자 화합물을 이용할 수 있다. 또한, 상기 절연 재료를 2종류 이상 조합하여 이용하여도 좋다. 특히 재료는 한정되지 않지만, 그 중에서 유전율이 높고, 전도율이 낮은 것이 바람직하다.
상기 재료를 이용한 절연막층의 제작 방법으로서는 예컨대, CVD법, 플라즈마 CVD법, 플라즈마 중합법, 증착법 등 건식 방법이나, 분무 도포법, 회전 도포법, 침지 도포법, 잉크젯법, 캐스트법, 블레이드 도포법, 바 도포법 등 도포에 의한 습식 방법을 들 수 있다. 또한, 도포형 SiO2를 이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 유기 반도체 재료는 예컨대 디클로로 메탄, 테트라 히드로 푸란, 클로로포름, 톨루엔, 디클로로 벤젠 및 크실렌 등 용제에 용해하여 지지체 상에 도포함으로써 박막을 형성할 수 있다. 이와 같은 유기 반도체 박막의 제작 방법으로서는, 분무 도포법, 회전 도포법, 블레이드 도포법, 침지 도포법, 캐스트법, 롤 도포법, 바 도포법, 염료 도포법, 잉크젯법, 투여법 등을 들 수 있고, 재료에 따라 적합한 상기 제막 방법이 선택되고, 또한 상기 용매로부터 적절한 용매가 선택된다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 유기 반도체층의 막 두께로서는 특히 제한은 없지만, 균일한 박막(즉, 유기 반도체층의 캐리어 수송 특성에 악영향을 미치는 갭이나 홀이 없음)이 형성되는 두께로 선택된다. 유기 반도체 박막의 두께는 일반적으로 1 ㎛ 이하, 특히 5~200 ㎚가 바람직하다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터에 이용되는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극으로서는 전도성 재료이면 특히 한정되지 않으며, 백금, 금, 은, 니켈, 크롬, 동, 철, 주석, 안티몬, 납, 탄탈, 인듐, 알루미늄, 아연, 마그네슘 등, 및 이들의 합금이나 인듐·주석 산화물 등 전도성 금속 산화물, 또는 도핑 등으로 전도율을 향상시킨 무기 및 유기 반도체, 예컨대, 실리콘 단결정, 폴리실리콘, 비정질(amorphous) 실리콘, 게르마늄, 흑연, 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티에닐렌 비닐렌, 폴리파라페닐렌 비닐렌, 폴리에틸렌 디옥시티오펜과 폴리스티렌 술폰산의 착체 등을 들 수 있다. 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 전도성 재료 중에서도 반도체층과의 접촉면에서 전기 저항이 적은 것이 바람직하다.
전극 형성 방법으로서는 상기 재료를 원료로서 증착이나 스퍼터링 등 방법을 이용하여 형성한 전도성 박막을 공지의 포토 리소그래프법이나 리프트 오프법을 이용하여 전극을 형성하는 방법, 알루미늄이나 동 등의 금속 박(箔) 상에 열 전사, 잉크젯 등에 의한 레지스터를 이용하여 에칭하는 방법이 있다. 또, 전도성 폴리머 용액 또는 분산액, 전도성 미립자 분산액을 직접 잉크젯에 의해 패터닝하여도 좋고, 도포막으로부터 석판 인쇄나 레이저 마모(abrasion) 등에 의해 형성하여도 좋다. 또한, 전도성 폴리머나 전도성 미립자를 포함한 잉크, 전도성 페이스트 등을 볼록판, 오목판, 평판, 스크린 인쇄 등 인쇄법으로 패터닝하는 방법도 이용할 수 있다.
또, 본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 필요에 따라 각 전극으로부터의 인출 전극을 마련할 수 있다.
본 발명의 유기 트랜지스터는 대기 중에서도 안정하게 구동할 수 있지만, 기계적 파괴로부터 보호하고, 수분이나 가스로부터 보호하기 위하여, 또는 디바이스의 집적 상황에 따라 보호하기 위하여, 필요에 따라 보호층을 마련할 수도 있다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 액정, 유기 EL, 전기 영동 등 표시 화상 소자를 구동하기 위한 소자로서 이용할 수 있고, 이들을 집적함으로써, 이른바 [전자 페이퍼]라 불리는 디스플레이를 제조할 수 있다. 또, IC 태그 등 장치로서 본 발명의 유기 박막 트랜지스터를 집적화한 IC를 이용할 수 있다.
실시예
＜유기 박막 트랜지스터 평가용 기판의 제작예＞
30mm□의 p－도핑된 실리콘 기판 표면을 열 산화하여 SiO2의 절연막을 200 ㎚ 형성한 후, 한 면만 레지스터 막(도쿄 오오카 회사제: TSMR8800)으로 덮고, 다른 한 면을 불화수소산에 의해 산화막을 제거하였다. 다음에, 이 열 산화막을 제거한 면에 알루미늄을 300 ㎚ 증착하였다. 그 후, 레지스터 막을 아세톤으로 제거하여 유기 박막 트랜지스터 평가용 기판을 제작하였다.
(실시예 1)
상기 방법으로 제작한 유기 박막 트랜지스터 평가용 기판을 초음파 조사 중, 5mM의 페닐트리클로로실란의 톨루엔 용액에 30분 동안 담근 후, 건조시켰다. 이와 같이 처리한 기판의 구조에 대하여 해석한 결과를 도 2a에 나타낸다. 이로부터 2.9Å의 면 간격이고, 또한 반값폭이 ±0.1Å 이하인 구조를 제작할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 2a, 2b의 그래프에 대하여 약간 설명하면, 통상 X선 회절을 측정하는 경우에는 횡축에 2θ를 사용한다. 2θ는 면 간격이 d이고, 측정 파장이 λ인 경우, 2dsinθ = λ로 될 때, 회절 정점을 얻을 수 있다. 또, 측정 파장(λ)과 회절각(θ)을 알 수 있으면 면 간격(d)을 알 수 있게 된다. 통상은 측정 광으로서 Cuk α선을 사용하고, 또한 λ(1.1418Å)는 누구라도 알고 있는 값이기 때문에, 2θ로 표시하여도 지장이 없다.
그러나, 본 발명의 측정에서는 샘플 손상(에너지가 낮으면 유기물에 손상을 준다)과 측정 범위(에너지가 높으면 동일한 면 간격이어도 저각(低角)으로 되어 각도 분해능이 열화됨)의 밸런스를 고려하여 12 KeV의 광을 사용하고 있다. 이 경우, 동일한 면 간격이어도 CuK α선(대략 8 KeV)을 사용한 경우와, 상기 12 KeV의 광을 사용한 경우에서는, 2θ의 값이 변하여 각종 데이터의 비교가 곤란하게 되는 경우가 있다. 그 때문에, CuK α선 이외의 광을 사용하는 경우에는, 횡축에 2θ가 아니라, 면 간격에만 의존하는 q란 값을 사용한다. 즉, q = 4πsinθ/λ = 2π/d이다. 이 q값을 구하는 식은 4πsinθ/λ이지만, 식을 변형하여 가면, q는 면 간격의 역수에 2π를 곱한 값, 즉, 2π/d로 되므로, 면 간격에만 의존하고 측정 파장에는 의존하지 않게 된다. 그 때문에 횡축을 q로 하면 어떤 파장 광을 사용하여도 동일한 면 간격이라면 동일한 q로 되어 편리하기 때문에, 이 분야의 기술자들 사이에서는 흔히 사용되고 있는 방법이다. 이와 같은 사정으로 횡축에는 q(=4πsinθ/λ) ㎚－1을 사용하고 있다.
유기 반도체 재료로서 아래의 화합물 (1)로 나타내는 평균 분자량 75000의 중합체를 이용하였다.
Figure 112007067540957-pat00006
유기 반도체 화합물(1)의 대략 1.0wt%의 THF/파라크실렌 = 8/2의 혼합 용매로 이루어지는 용액을 기판 상에 회전 도포하여 건조함으로써, 막 두께 30 ㎚의 유기 반도체층을 제작하였다.
　 다음, 채널 길이 30 ㎛, 채널 폭 10 mm로 되도록 금을 증착함으로써 막 두께 100 ㎚의 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하여 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다.
　 또한, 이 유기 박막 트랜지스터의 특성 재현성을 확인하기 위하여, 동일한 조작을 반복하여 동일한 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다.
　 이와 같이 제작한 유기 박막 트랜지스터는 도 1c의 구조를 구비하고, 지지체로서 이용한 p－도프된 실리콘 기판(5)은 하부에 마련된 알루미늄 박막(4)과 함께 게이트 전극으로서 작용한다.
이와 같이 제작한 유기 박막 트랜지스터의 특성인 전계 효과 이동도를 측정하였다.
이 디바이스의 트랜지스터 특성의 측정 결과를 도 3에 나타낸다.
또한, 유기 박막 트랜지스터의 전계 효과 이동도 산출에는 아래의 수학식을 이용하였다.
Ids = μCinW(Vg-Vth)2/2L
(다만, Cin는 게이트 절연막의 단위 면적 당 캐패시턴스, W는 채널 폭, L은 채널 길이, Vg는 게이트 전압, Ids는 소스 드레인 전류, μ는 이동도, Vth는 채널이 형성되기 시작하는 게이트의 임계값 전압을 나타냄)
제작한 유기 박막 트랜지스터의 전계 효과 이동도는 각각 2.3 × 10－3 ㎠/Vs 및　2.3 × 10－3 ㎠/Vs이었다. (도 3 참조)
이와 같이 제작한 트랜지스터는 소자간의 차이가 적고, 재현성 높게 트랜지스터 특성을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1에서 유기 반도체 재료로서 아래의 화합물 (II)를 화합물 (I)과 화합물 (II)의 혼합 중량비 6:4로 되도록 혼합한 것 이외는 실시예 1과 동일한 양태로 하여 2개의 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다.
Figure 112007067540957-pat00007
이와 같이 제작한 유기 박막 트랜지스터의 특성인 전계 효과 이동도를 측정한 결과, 4.1 × 10－3 ㎠/Vs, 및 4.1 × 10－3 ㎠/Vs이었다(도 4 참조).
이와 같이 제작한 트랜지스터는 소자간의 차이가 적고, 또한 재현성 높게 트랜지스터 특성을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
　실시예 1과 동일한 양태로 제작한 유기 박막 트랜지스터 평가용 기판을 초음파 조사 중, 5mM의 페네틸트리클로로실란의 톨루엔 용액에 30분 동안 담근 후, 건조하였다. 그 외는 실시예 1과 동일한 양태로 하여 유기 반도체 화합물(1)로 이루어지는 층을 포함한 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다. 이와 같이 제작한 유기 박막 트랜지스터의 특성인 전계 효과 이동도를 측정한 결과, 2.8 × 10－3 ㎠/Vs, 및 2.0 × 10－3 ㎠/Vs이었다(도 5 참조).
(실시예 4)
실시예 1과 동일한 양태로 제작한 유기 박막 트랜지스터 평가용 기판을 초음파 조사 중, 5mM의 4－페닐부틸트리클로로실란의 톨루엔 용액에 30분 동안 담근 후, 건조하였다. 그 외는 실시예 1과 동일한 양태로 하여 유기 반도체 화합물(1)로 이루어지는 층을 포함한 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다. 이와 같이 제작한 유기 박막 트랜지스터의 특성인 전계 효과 이동도를 측정한 결과, 3.3 × 10－3 ㎠/Vs, 및 3.3 × 10－3 ㎠/Vs이었다(도 6 참조).
상기 실시예 1 내지 실시예 3으로부터, 재현성이 뛰어나고 또한 용매 종류에 따른 특성 변동이 적은 유기 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다는 것이 명백하게 되었다.
(비교예 1)
실시예 1에서 헥사메틸디실라잔을 이용하여 표면 처리한 SiO2 절연막을 이용한 이외는 실시예 1과 동일한 양태로 하여 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다.
이 유기 박막 트랜지스터의 전계 효과 이동도는 8.1 × 10－4 ㎠/Vs, 8.3 × 10－4 ㎠/Vs이었다(도 7 참조).
(비교예 2)
실시예 1에서 옥타데실트리클로로실란을 이용하여 처리한 SiO2를 이용한 이외는 실시예 1과 동일한 양태로 하여 유기 박막 트랜지스터를 제작하였지만, 화합물 (I)로 이루어지는 유기 반도체층을 균일하게 제막할 수 없었다.
여기서 이용한 옥타데실트리클로로실란으로 형성되는 막은 수(水) 접촉각이 108°이고, 시사각 입사 X선 회절 측정 결과(도 2b 참조)로부터 면 간격 4.1±0.1Å이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층을 이용한 유기 박막 트랜지스터는 재현성이 높고, 또한 고이동도화 효과를 구비한다는 것을 알 수 있다.
즉, 간편한 제조 방법으로 변동이 적고, 특성 재현성이 높은 고이동도 유기 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다는 것이 명백하게 되었다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 유기 박막 트랜지스터의 개략도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 2의 GIXD 측정 결과를 나타낸 도면.
도 3은 실시예 1의 FET 특성을 나타낸 도면.
도 4는 실시예 2의 FET 특성을 나타낸 도면.
도 5는 실시예 3의 FET 특성을 나타낸 도면.
도 6은 실시예 4의 FET 특성을 나타낸 도면.
도 7은 비교예 1의 FET 특성을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1　 유기 반도체층
2　 소스 전극
3　 드레인 전극
4　 게이트 전극
5　 게이트 절연막
6　 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층

Claims (6)

  1. 유기 반도체층을 구비하는 유기 박막 트랜지스터에 있어서,
    2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층을 구비하고, 상기 벤젠 고리가 노출되는 표면 상에 유기 반도체층을 마련한 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  2. 제1항에 있어서, 2.8~3.0Å의 면 간격을 구비하는 벤젠 고리가 노출되는 층이 SiO2 상에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  3. 제2항에 있어서, SiO2 상에 알킬쇄를 통하여 벤젠 고리가 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기 반도체층으로서 아래의 화학식 (I)
    Figure 112007067540957-pat00008
    (상기 식 중, Ar1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 1가기이고, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 2가기이며, Ar4는 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 또는 치환 또는 비치환의 복소환식 화합물 2가기를 나타냄)
    로 나타내는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  5. 제4항에 있어서, 아래의 화학식 (II)
    Figure 112007067540957-pat00009
    (상기 식 중, Ar1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 1가기이고, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 2가기이며, Ar4는 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소 또는 치환 또는 비치환의 복소환식 화합물 2가기를 나타냄)
    로 나타내는 화합물을 추가로 함유한 유기 반도체층을 형성한 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 반도체 화합물 층은 가수분해성 기와 방향족 고리기를 구비하는 실란 화합물의 막 상에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
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