KR101048676B1 - Photosensitive Organic Thin Film Transistors - Google Patents

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최종선
박재훈
이신두
배진혁
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홍익대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
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    • H10K10/40Organic transistors
    • H10K10/46Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/481Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate conductors

Abstract

본 발명은 기판, 게이트 전극, 절연층, 소스 및 드레인 전극, 및 유기 활성층으로 구성된 유기 박막 트랜지스터로서, 외부 광이 입사되는 방향을 기준으로, 게이트 전극이 소스 전극 또는 드레인 전극과 중첩되는 부위를 포함하는 제 1 영역과, 게이트 전극이 유기 활성층과 중첩되지 않는 부위를 포함하는 제 2 영역을 가지고 있어서, 외부 광에 의해 온 상태(On-State) 전류를 증폭시키는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다. The present invention is an organic thin film transistor including a substrate, a gate electrode, an insulating layer, a source and a drain electrode, and an organic active layer, and includes a portion where the gate electrode overlaps the source electrode or the drain electrode based on a direction in which external light is incident. An organic thin film transistor having a first region and a second region including a portion where the gate electrode does not overlap with the organic active layer, amplify an on-state current by external light. do.

Description

광 감응성 유기 박막 트랜지스터 {Photo-Sensitive Organic Thin-Film Transistors}Photosensitive Organic Thin Film Transistors {Photo-Sensitive Organic Thin-Film Transistors}

본 발명은 광 감응성 유기 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기판, 게이트 전극, 절연층, 소스 및 드레인 전극, 및 유기 활성층으로 구성된 유기 박막 트랜지스터로서, 외부 광이 입사되는 방향을 기준으로, 게이트 전극이 소스 전극 또는 드레인 전극과 중첩되는 부위를 포함하는 제 1 영역과, 게이트 전극이 유기 활성층과 중첩되지 않는 부위를 포함하는 제 2 영역을 가지고 있어서, 외부 광에 의해 온 상태(On-State) 전류를 증폭시키는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터에 관한 것이다. The present invention relates to a photosensitive organic thin film transistor, and more particularly, to an organic thin film transistor including a substrate, a gate electrode, an insulating layer, a source and a drain electrode, and an organic active layer, based on a direction in which external light is incident. A first region including a region where the gate electrode overlaps with the source electrode or the drain electrode, and a second region including a region where the gate electrode does not overlap with the organic active layer, thereby being turned on by external light (On-State The present invention relates to an organic thin film transistor which amplifies a current.

최근 TV, 모니터, 휴대폰, 화상 이동 통신 등 다양한 분야에서 정보 디스플레이 재료로서 우수한 화질과 대형 화면으로의 구성이 가능하고 저 소비전력이며 경량화, 소형화가 가능한 재료의 필요성이 증가하고 있다. 그러나, 종래 TFT(thin-film transistor) 등 무기 박막 트랜지스터는 대부분 무기물 반도체인 실리콘(silicon)을 활성층으로 사용하는 바, 실리콘은 특성상 구부릴 수 없으며 깨지기 쉽고 제조 비용이 고가여서 응용에 한계가 있었다.Recently, there is an increasing need for materials capable of excellent image quality and a large screen, low power consumption, light weight, and small size as information display materials in various fields such as TVs, monitors, mobile phones, and video mobile communications. However, conventional inorganic thin film transistors such as TFTs (thin-film transistors) mostly use silicon (silicon), an inorganic semiconductor as an active layer, silicon is not bent due to its characteristics, it is fragile and expensive to manufacture, there is a limit in the application.

이를 해결하기 위한 차세대 재료 중 하나로서, 유기 박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor: OTFT)가 대두되고 있다. OTFT는 활성층으로 실리콘막 대신에 유기막을 사용하는 것으로서, 유기막의 재료에 따라 올리고티오펜(oligothiophene), 펜타센(pentacene) 등과 같은 저분자 유기물 박막 트랜지스터와 폴리티오펜(polythiophene) 계열 등과 같은 고분자 유기물 박막 트랜지스터로 구분된다.As one of the next generation materials to solve this problem, an organic thin film transistor (OTFT) is emerging. OTFT uses an organic film instead of a silicon film as an active layer, and according to the material of the organic film, a low molecular weight organic thin film transistor such as oligothiophene, pentacene, etc., and a polymer organic thin film such as polythiophene series It is divided into transistors.

OTFT는 기존의 단결정 실리콘 반도체보다 전하의 이동도가 103 배 정도 낮아서 고속 스위칭(switching) 장치의 응용에는 제한이 있으나, 대면적화가 용이하고 투명하며 유연성이 있으며, 상대적으로 저온에서 저렴한 비용으로 제조가 가능하다는 점 등 많은 장점을 가지고 있다.OTFT has 10 to 3 times lower charge mobility than conventional single crystal silicon semiconductors, which limits the application of high-speed switching devices, but it is easy to make large area, transparent and flexible, and manufactured at low temperature and low cost. It has many advantages, such as being possible.

따라서, OTFT를 플라스틱 기판을 사용한 액정 표시 장치, 유기 전기 발광 디스플레이 등의 구동 회로로서 이용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 뿐만 아니라, 유기 박막 트랜지스터를 집적회로(integrated circuit)에 응용하여 전자 태그(electronic price tag), 우표, RFID(radio frequency identification) 태그, 스마트 카드, 전자종이 등의 디스플레이 소자에까지도 활용 범위가 확대되고 있다.Therefore, research for using OTFT as a drive circuit of a liquid crystal display device, an organic electroluminescent display using a plastic substrate, etc. is actively progressing. In addition, the application of organic thin film transistors to integrated circuits extends the range of applications to display devices such as electronic price tags, stamps, radio frequency identification tags, smart cards, and electronic paper. have.

유기 박막 트랜지스터는, 유리 또는 플라스틱 기판 위에 금, 알루미늄과 같은 금속을 진공증착 또는 스퍼트링하거나, ITO(Indium Tin Oxide)를 광리소그라피를 이용하여 패터닝하는 방법에 의하여 게이트 전극(gate electrode)을 형성하고, 그 위에 게이트 절연막을 진공증착이나 스핀코팅의 방법으로 형성한 다음, 새도우 마스크를 이용하여 소스 전극과 드레인 전극을 진공 증착하고 소스 전극(source electrode)과 드레인 전극(drain electrode) 사이에 형성된 채널 위에 유기 반도체를 진공 증착이나 스핀 코팅으로 성막함으로서 제조하고 있다.The organic thin film transistor forms a gate electrode by vacuum deposition or sputtering a metal such as gold or aluminum on a glass or plastic substrate, or by patterning indium tin oxide (ITO) using photolithography. The gate insulating film is formed thereon by vacuum deposition or spin coating, and then vacuum deposition of the source electrode and the drain electrode using a shadow mask is carried out on the channel formed between the source electrode and the drain electrode. An organic semiconductor is manufactured by forming into a film by vacuum vapor deposition or spin coating.

이러한 유기 반도체 또는 고분자 반도체를 활성층으로 사용한 유기 박막 트랜지스터는 유기 반도체의 1 ~ 2 eV 정도의 에너지 밴드갭 특성으로 인해 외부 광에 반응하여 트랜지스터 출력 전류 크기가 변한다. 이와 같은 특성을 이용할 경우 광 센서, 광 스캐너 등의 다양한 광 감응성 전자 소자를 구현할 수 있다. The organic thin film transistor using the organic semiconductor or the polymer semiconductor as the active layer changes in the transistor output current in response to external light due to an energy bandgap characteristic of about 1 to 2 eV of the organic semiconductor. By using such characteristics, various optical sensitive electronic devices such as an optical sensor and an optical scanner can be implemented.

기존의 유기 박막 트랜지스터는 광 조사에 의해 Off-State 전류가 변화하는 바, 그 크기는 수백 피코 암페어(pA) 이하이다. 이는 트랜지스터의 소스, 드레인, 게이트 전극에 외부 전압을 인가하여 소자 내 전도성 채널에 형성되는 전계 효과 전류에 비해 현저히 낮은 크기로서, 광 신호 검출을 위해서는 잉여의 증폭기 또는 회로가 추가로 필요하다. 또한, 외부의 전기적 잡음 신호(noise signal)와 중첩될 경우 그 구분이 불가할 수 있다.In the conventional organic thin film transistor, the off-state current is changed by light irradiation, and its size is several hundred pico amps (pA) or less. This is significantly lower than the field effect current formed in the conductive channel in the device by applying an external voltage to the source, drain, and gate electrodes of the transistor, and an additional amplifier or circuit is additionally required for optical signal detection. In addition, when overlapping with an external electrical noise signal (noise signal) may be impossible to distinguish.

그러나, 현재 유기 박막 트랜지스터의 Off-State 전류를 외부 광 조사에 의해 현격히 증폭시킬 수 있는 기술은 개발되어 있지 않으며, 또한 Off-State 전류를 현격히 증가시킬 경우 트랜지스터 특성을 상실할 수 있다.However, at present, a technique for amplifying the off-state current of the organic thin film transistor by external light irradiation has not been developed, and if the off-state current is significantly increased, the transistor characteristics may be lost.

또한, 도 1a 및 도 1b와 같이 소자 상부에서 광 신호를 인가할 경우, 소자 보호(Passivation) 층에 의하여 광 손실이 발생할 수 있으며, 도 2a 및 도 2b와 같이 기판의 하부를 통해 광 신호를 인가할 경우, ITO와 같은 투명 게이트 전극을 사용하여야 하는 제약이 따르게 된다.In addition, when the optical signal is applied from the top of the device as shown in Figure 1a and 1b, the optical loss may occur by the device protection layer, and the optical signal is applied through the bottom of the substrate as shown in Figure 2a and 2b In this case, there is a restriction to use a transparent gate electrode such as ITO.

이러한 종래의 기술들의 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 기술은 현재까지 보고된 바 없다. There has not been reported a technique that can solve the above problems of the conventional techniques to date.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 유기 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 소스 전극 또는 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 중첩 영역을 제어하는 경우, 외부 광에 의해 On-State 전류를 효율적으로 증폭할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application efficiently control the on-state current by external light when controlling the overlapping region between the gate electrode and the source electrode or the gate electrode and the drain electrode of the organic thin film transistor. It was found that it can be amplified, and came to complete the present invention.

따라서, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터(OTFT)는, 기판, 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극, 절연층 및 유기 활성층으로 구성된 유기 박막 트랜지스터(OTFT)로서, 외부 광이 입사되는 방향을 기준으로, 게이트 전극이 소스 전극 또는 드레인 전극과 중첩되는 부위를 포함하는 제 1 영역과, 게이트 전극이 유기 활성층과 중첩되지 않는 부위를 포함하는 제 2 영역을 가지고 있어서, 외부 광에 의해 온 상태(On-State) 전류를 증폭시키는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.Therefore, the organic thin film transistor (OTFT) according to the present invention is an organic thin film transistor (OTFT) composed of a substrate, a gate electrode, a source and a drain electrode, an insulating layer, and an organic active layer, and based on a direction in which external light is incident, A first region including a region where the electrode overlaps with the source electrode or a drain electrode, and a second region including a region where the gate electrode does not overlap with the organic active layer, and is on-state by external light An organic thin film transistor is provided, which amplifies a current.

상기 유기 박막 트랜지스터(OTFT)는 서로 분리되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극; 상기 소스 전극과 드레인 전극에 각각 접하며, 상기 소스 전극과 상기 드 레인 전극 사이의 채널(channel)을 형성하는 유기 활성층; 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 유기 활성층과 절연된 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극을 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 유기 활성층으로부터 절연시키는 게이트 절연막;을 포함하고 있다.The organic thin film transistor (OTFT) may include a source electrode and a drain electrode separated from each other; An organic active layer contacting the source electrode and the drain electrode, respectively, and forming a channel between the source electrode and the drain electrode; A gate electrode insulated from the source electrode, the drain electrode, and the organic active layer; And a gate insulating film that insulates the gate electrode from the source electrode, the drain electrode, and the organic active layer.

상기 전극(게이트, 소스, 드레인)의 소재는 특별히 제한되는 것은 아니고, 공지의 전극 소재가 사용될 수 있는 바, 예를 들어, 인듐-주석 산화물(indium-tin oxide; ITO), 크롬(Cr), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 도핑된 규소, 금, 은, 니켈, 팔라듐, 백금, 탄탈, 바륨, 칼슘 및 티탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이들의 합금, 조합물, 다층물 등 다양한 형태로 이용될 수 있다. 또한, 폴리아닐린, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌 술포네이트) (PEDOT: PSS) 등의 전도성 중합체 등도 사용될 수 있다.The material of the electrode (gate, source, drain) is not particularly limited, and a known electrode material may be used, for example, indium-tin oxide (ITO), chromium (Cr), Consisting of copper (Cu), molybdenum (Mo), aluminum (Al), aluminum alloy (Al alloy), tungsten (W), doped silicon, gold, silver, nickel, palladium, platinum, tantalum, barium, calcium and titanium It may be one or two or more selected from the group, it is not limited to these. It can be used in various forms such as alloys, combinations, multilayers thereof. In addition, conductive polymers such as polyaniline, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (styrene sulfonate) (PEDOT: PSS), and the like can also be used.

상기 기판은 특별히 제한되지 않으며, 글라스 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판 등이 모두 이용될 수 있다. 상기 금속 기판은, 예를 들어, SUS(steel usestainless) 등일 수 있고, 상기 플라스틱 기판은, 예를 들어, 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenennapthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The substrate is not particularly limited, and a glass substrate, a plastic substrate, a metal substrate, and the like may all be used. The metal substrate may be, for example, steel usestainless (SUS), or the like, and the plastic substrate may be, for example, polyethersulphone (PES), polyacrylate, polyether imide (PEI, polyetherimide, polyethylene naphthalate (PEN, polyethyelenennapthalate), polyethylene terephthalate (PET, polyethyeleneterepthalate), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (TAC) And, and cellulose acetate propionate (cellulose acetate propinonate: CAP) may be one or two or more selected from the group consisting of, but not limited to these.

상기 유기 활성층은, 예를 들어, 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 안트라센(anthracene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜, 페릴렌(perylene), 루브렌(rubrene), 코로넨(coronene), 페릴렌 테트라카르복실릭디이미드(perylene tetracarboxylic diimide), 페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride), 폴리티오펜, 폴리파라페릴렌비닐렌, 폴리플로렌, 폴리티오펜비닐렌, 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체, 나프탈렌의 올리고아센, 알파-5-티오펜의 올리고티오펜, 금속을 함유하거나 함유하지 않은 프탈로시아닌, 파이로멜리틱 디안하이드라이드, 파이로멜리틱 디이미드, 퍼릴렌테트라카르복실산 디안하이드라이드, 나프탈렌 테트라카르복시산 디이미드, 나프탈렌 테트라카르복시산 디안하이드라이드, 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The organic active layer is, for example, pentacene (tetracene), tetracene (tetracene), anthracene (anthracene), naphthalene (naphthalene), alpha-6- thiophene, perylene (rubylene), rubrene, Coronene, perylene tetracarboxylic diimide, perylene tetracarboxylic dianhydride, polythiophene, polyparaperylenevinylene, polyfluorene, Polythiophenevinylene, polyparaphenylene, polythiophene-heterocyclic aromatic copolymer, oligoacene of naphthalene, oligothiophene of alpha-5-thiophene, phthalocyanine with or without metal, pyromellitic Dianhydrides, pyromellitic diimides, perylenetetracarboxylic acid dianhydrides, naphthalene tetracarboxylic acid diimides, naphthalene tetracarboxylic acid dianhydrides, and derivatives thereof It may be one or two or more selected from the group consisting of, but is not limited to these.

상기 절연층은 특별히 제한되지 않으며, 무기절연층, 유기절연층 또는 유기-무기 하이브리드막일 수 있다. The insulating layer is not particularly limited and may be an inorganic insulating layer, an organic insulating layer, or an organic-inorganic hybrid film.

상기 무기절연층은, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 등의 질화막, 산화 실리콘(SiOx) 등의 산화막, 스트론티에이트, 탄탈레이트, 티타네이트, 지르코네이트, 산화알루미늄, 산화탄탈, 산화티탄, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬바륨, 티탄산지르콘 산바륨, 셀렌화 아연, 황화아연 등일 수 있다.The inorganic insulating layer may include, for example, a nitride film such as silicon nitride (SiN x ), an oxide film such as silicon oxide (SiO x ), strontate, tantalate, titanate, zirconate, aluminum oxide, or tantalum oxide. , Titanium oxide, barium titanate, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, zinc selenide, zinc sulfide and the like.

상기 유기 절연층은, 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 시아노셀룰로스, 에폭시, 벤조사이클로부탄(BCB, benzocyclobutene), 폴리이미드, 파릴렌 및 폴리비닐페놀(PVP, polyvinylphenol)으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 또한, 고유전율을 갖는 유기층이 사용될 수도 있는 바, 예를 들어, BaxSr1-xTiO3 (Barium Strontium Titanate, BST), Ta2O5, Y2O3, TiO2, PbZrxTi1-xO3 (PZT), Bi4Ti3O12, BaMgF4, SrBi2 (Ta1-xNbx)2O9, Ba(Zr1-xTix)O3 (BZT), BaTiO3, SrTiO3, Bi4Ti3O12 등일 수 있다.The organic insulating layer is selected from, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), cyanocellulose, epoxy, benzocyclobutene (BCB, benzocyclobutene), polyimide, parylene and polyvinylphenol (PVP, polyvinylphenol) It may be one or two or more. In addition, an organic layer having a high dielectric constant may also be used, for example, Ba x Sr 1-x TiO 3 (Barium Strontium Titanate, BST), Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 , TiO 2 , PbZr x Ti 1 -x O 3 (PZT), Bi 4 Ti 3 O 12 , BaMgF 4 , SrBi 2 (Ta 1-x Nb x ) 2 O 9 , Ba (Zr 1-x Ti x ) O 3 (BZT), BaTiO 3 , SrTiO 3 , Bi 4 Ti 3 O 12 , and the like.

하나의 바람직한 예에서, 상기 절연층은 고분자와 무기 입자의 유-무기 혼합 절연체로서, 상기 유-무기 혼합 절연체는 절연성 고분자에 높은 유전상수의 무기 입자가 고르게 분산되어 있는 구조, 또는 고분자 층 상에 높은 유전상수의 무기 막이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 전기적으로 안정하면서도 고분자의 낮은 유전 특성을 보상하는 것일 수 있다. 이러한 구조의 절연층은 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-0056692호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.In one preferred embodiment, the insulating layer is an organic-inorganic mixed insulator of a polymer and inorganic particles, the organic-inorganic mixed insulator is a structure in which inorganic particles of high dielectric constant is evenly dispersed in the insulating polymer, or on the polymer layer It is composed of a structure in which a high dielectric constant inorganic film is formed, and may be electrically stable and compensate for low dielectric properties of the polymer. An insulating layer of such a structure is disclosed in Korean Patent Application No. 2006-0056692 to the applicant, which is incorporated by reference in the context of the present invention.

본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터에서, 상기 제 1 영역은 게이트 전극이 소스 전극과 중첩되어 있는 부위이거나, 또는 게이트 전극이 드레인 전극과 중첩되어 있는 부위일 수 있다.In the organic thin film transistor according to the present invention, the first region may be a portion where the gate electrode overlaps the source electrode, or a portion where the gate electrode overlaps the drain electrode.

외부 광은 소자의 상부와 하부에서 입사될 수 있지만, 앞서 설명한 바와 같 이, 소자 상부에서 광 신호를 인가할 경우 소자 보호(Passivation) 층에 의하여 광 손실이 발생하게 되므로, 상기 외부 광은 기판의 하부 층을 통해 입사되는 것이 바람직하다.External light may be incident on the top and bottom of the device, but as described above, when the optical signal is applied from the top of the device, light loss is caused by the device passivation layer. It is preferred to be incident through the bottom layer.

그러나, 기판의 하부 층을 통해 외부 광이 입사되는 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 종래의 유기 박막 트랜지스터는 하부에서 광 신호를 인가할 때 외부 광이 게이트 전극을 통과하여야 하기 때문에, ITO와 같은 투명한 소재로 게이트 전극을 만들어야 하는 제약이 있는데, ITO와 같은 투명 전극은 일반적인 불투명 금속 전극에 비해 전극으로서의 효율이 떨어지고 단가가 비싼 문제가 있다.However, when external light is incident through the lower layer of the substrate, as described above, the conventional organic thin film transistor is a transparent material such as ITO because the external light must pass through the gate electrode when applying the light signal from the bottom There is a restriction to make a low gate electrode, a transparent electrode such as ITO has a problem that the efficiency as an electrode is inferior and expensive compared to the general opaque metal electrode.

본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터의 경우, 상기 제 2 영역을 통해 광 신호가 유기 활성층으로 인가될 수 있으므로, ITO와 같은 투명 게이트 전극 뿐만 아니라 불투명 금속을 사용할 수 있어서 이러한 문제를 해결할 수 있다. 이 경우, 상기와 같은 이유로 게이트 전극은 불투명 금속을 사용하는 것이 바람직하다.In the case of the organic thin film transistor according to the present invention, since an optical signal may be applied to the organic active layer through the second region, an opaque metal as well as a transparent gate electrode such as ITO may be used to solve this problem. In this case, it is preferable to use an opaque metal for the gate electrode as described above.

하나의 바람직한 예에서, 상기와 같이 기판의 하부 층에서 외부 광이 입사될 때, 입사되는 외부 광에 대해 적어도 유기 활성층의 일부가 노출될 수 있도록 블랙 매트릭스(Black Matrix)가 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one preferred example, when external light is incident on the lower layer of the substrate as described above, the structure may be a black matrix formed so that at least part of the organic active layer is exposed to the incident external light. have.

더욱 바람직하게는, 상기 블랙 매트릭스는 입사되는 외부 광에 대해 제 1 영역은 차폐되고 제 2 영역의 적어도 일부가 차폐되도록 형성되어 있는 구조일 수 있다.More preferably, the black matrix may have a structure in which the first region is shielded against incident external light and at least a portion of the second region is shielded.

이러한 구조에서, 제 2 영역 중 유기 활성층이 소스 전극 및 드레인 전극과 중첩되는 부위를 차폐하도록 형성되어 있는 것이 더욱 바람직하다.In this structure, it is more preferable that the organic active layer in the second region is formed so as to shield a portion overlapping with the source electrode and the drain electrode.

본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 열 증착, 스퍼터링 등의 진공 증착 방법 또는 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 등의 인쇄 기술을 이용하여 제작할 수 있다.The organic thin film transistor of the present invention can be manufactured using a vacuum deposition method such as thermal deposition or sputtering or a printing technique such as screen printing or inkjet printing.

소자 내부의 게이트 전극과 소스 전극 또는 게이트 전극과 드레인 전극의 중첩 영역의 변화는 진공 증착 제조 공정의 경우 Shadow Mask, Photo-lithography 공정을 사용할 수 있으며, 인쇄 제조 공정의 경우 Mesh, 레이아웃 디자인에 의할 수 있다.The change of the overlapping region of the gate electrode and the source electrode or the gate electrode and the drain electrode in the device may use a shadow mask and a photo-lithography process in the vacuum deposition manufacturing process, and a mesh and layout design in the printing manufacturing process. Can be.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 3a 및 도 3b에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 하부 게이트 구조의 유기 박막 트랜지스터(102, 102a)가 모식적으로 도시되어 있다.3A and 3B schematically show organic thin film transistors 102 and 102a having a lower gate structure according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b을 참조하면, 기판(110)의 아래쪽으로 Black Matrix(180)가 형성되고, 기판(110) 상에 게이트 전극(120)이 형성되어 있고, 게이트 전극(120)이 형성된 기판 상에 절연막(130)이 형성되며, 절연막(130) 상에 유기 활성층(140)이 형성되고, 그 상부에 소스(또는 드레인) 전극(151) 및 드레인(또는 소스) 전극(161)이 형성되고, 유기 활성층(140), 소스(또는 드레인) 전극(151) 및 드레인(또는 소스) 전극(161)의 상부에 Passivation(170)이 형성되어 있다.3A and 3B, a black matrix 180 is formed below the substrate 110, a gate electrode 120 is formed on the substrate 110, and a substrate on which the gate electrode 120 is formed. An insulating film 130 is formed thereon, an organic active layer 140 is formed on the insulating film 130, and a source (or drain) electrode 151 and a drain (or source) electrode 161 are formed thereon. Passivation 170 is formed on the organic active layer 140, the source (or drain) electrode 151, and the drain (or source) electrode 161.

기판 하부를 통해 외부 광 신호(200)가 인가될 때, 제 2 영역(400)을 통해 게이트 전극(120)을 지나지 않고 유기 활성층(140)으로 광 신호가 도달할 수 있다.When the external optical signal 200 is applied through the lower part of the substrate, the optical signal may reach the organic active layer 140 through the second region 400 without passing through the gate electrode 120.

이와 대비하여, 도 2a 및 도 2b의 종래 유기 박막 트랜지스터(101, 101a)의 경우에는 외부 광 신호(200)가 게이트 전극(120)을 지나서 유기 활성층(140)으로 도달하므로 게이트 전극(120)으로 투명한 금속 전극을 사용하여야 하지만, 본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 제 2 영역(400)을 구성함으로써 게이트 전극(120)으로 투명한 금속 전극을 사용해야 하는 문제점을 해결할 수 있다.In contrast, in the case of the conventional organic thin film transistors 101 and 101a of FIGS. 2A and 2B, since the external optical signal 200 reaches the organic active layer 140 through the gate electrode 120, the gate electrode 120 is moved to the organic electrode layer 140. Although the transparent metal electrode should be used, the organic thin film transistor of the present invention can solve the problem of using the transparent metal electrode as the gate electrode 120 by configuring the second region 400.

도 4a 및 도 4b는 소스와 게이트 전극 사이에 제 2 영역(400)을 형성한 경우의 광 조사에 의한 유기 박막 트랜지스터의 변환 특성 및 출력 특성에서의 전류 증폭 특성이 그래프로 도시되어 있다.4A and 4B are graphs showing conversion characteristics and output amplification characteristics of the organic thin film transistors due to light irradiation when the second region 400 is formed between the source and the gate electrodes.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, ID, IG, VD, VG는 각각 출력 드레인 전류, 게이트 누설 전류, 드레인-소스 전압, 게이트-소스 전압을 나타내며, 본 발명에서 제안한 소자는 종래 기술에서의 Off-State 전류의 증폭과는 달리 On-State 출력 전류의 증폭 특성을 나타낸다.4A and 4B, ID, IG, VD, and VG represent an output drain current, a gate leakage current, a drain-source voltage, and a gate-source voltage, respectively, and the device proposed in the present invention is Off- Unlike the amplification of the state current, it shows the amplification characteristic of the on-state output current.

도 5a 및 도 5b는 드레인과 게이트 전극 사이에 제 2 영역(400)을 형성한 경우의 광 조사에 의한 유기 박막 트랜지스터의 변환 특성 및 출력 특성에서의 전류 증폭 특성이 그래프로 도시되어 있다.5A and 5B are graphs illustrating conversion characteristics and output amplification characteristics of the organic thin film transistor by light irradiation when the second region 400 is formed between the drain and the gate electrode.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 4a 및 도 4b의 결과와 마찬가지로 광 조사에 의해 On-State 출력 전류 증폭 특성을 확인할 수 있다. 5A and 5B, similarly to the results of FIGS. 4A and 4B, on-state output current amplification characteristics may be confirmed by light irradiation.

본 발명을 통해 구현한 광 감응성 On-State 전류 증폭은 게이트 전극과 소스 전극 또는 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 제 2 영역(400)에 형성된 공간 전하가 외부 광에 의해 활성화되어 출력 전류 전도에 기여하여 나타난 것으로 판단된 다.In the photosensitive On-State current amplification implemented through the present invention, the space charge formed in the second region 400 between the gate electrode and the source electrode or the gate electrode and the drain electrode is activated by external light to contribute to the output current conduction. It appears to have appeared.

이상의 결과를 통해 본 발명에서 제안한 기술이 유기 박막 트랜지스터의 광 감응에 의한 On-State 전류 증폭에 효율적임을 확인할 수 있다. 또한, 광 조사에 의한 증폭 전류의 크기는 제 2 영역(400)의 면적 제어 및 조사 광원의 종류에 따라 효과적으로 제어될 수 있다.Through the above results, it can be confirmed that the technique proposed in the present invention is effective for amplifying the on-state current by photosensitive organic thin film transistor. In addition, the magnitude of the amplified current by light irradiation may be effectively controlled according to the area control of the second region 400 and the type of the irradiation light source.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described above with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 게이트 전극과 소스 전극 혹은 게이트 전극과 드레인 전극의 중첩(overlap) 영역을 조절하여 내부에 형성된 공간 전하를 외부 광에 의해 전도시킴으로써 발생하는 전류의 증가분을 이용하여 광 감응 특성을 현격히 개선할 수 있는 장점이 있다. As described above, the organic thin film transistor according to the present invention adjusts an overlap region of the gate electrode and the source electrode or the drain electrode and the drain electrode to conduct a space charge formed therein to be conducted by external light. There is an advantage that can significantly improve the light response characteristics by using the increment.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 유기 박막 트랜지스터로서 소자 상부를 통해 외부 광신호가 인가되는 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다;1A and 1B are cross-sectional views of an organic thin film transistor in which an external optical signal is applied through an upper portion of an organic thin film transistor according to the prior art;

도 2a 및 도2b는 종래 기술에 따른 유기 박막 트랜지스터로서 소자의 기판 하부를 통해 외부 광신호가 인가되는 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다;2A and 2B are cross-sectional views of an organic thin film transistor according to the prior art, to which an external optical signal is applied through a substrate bottom of the device;

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다;3A and 3B are cross-sectional views of organic thin film transistors according to an embodiment of the present invention;

도 4a 및 도 4b는 소스와 게이트 전극 사이에 제 2 영역이 형성된 소자의 광 조사에 의한 On-State 출력 전류 증폭 특성을 나타낸 그래프이다;4A and 4B are graphs showing On-State output current amplification characteristics by light irradiation of a device in which a second region is formed between a source and a gate electrode;

도 5a 및 도 5b는 드레인과 게이트 전극 사이에 제 2 영역이 형성된 소자의 광 조사에 의한 On-State 출력 전류 증폭 특성을 나타낸 그래프이다;5A and 5B are graphs showing On-State output current amplification characteristics by light irradiation of a device in which a second region is formed between a drain and a gate electrode;

<도면의 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

110: 기판 120: 게이트 전극110: substrate 120: gate electrode

130: 게이트 절연막 140: 유기 활성층130: gate insulating film 140: organic active layer

150: 소스 전극 160: 드레인 전극150: source electrode 160: drain electrode

170: Passivation 180: Black Matrix170: Passivation 180: Black Matrix

200: 외부 광 300: 제 1 영역200: external light 300: first region

400: 제 2 영역400: second area

Claims (8)

기판, 게이트 전극, 절연층, 소스 및 드레인 전극, 및 유기 활성층으로 구성된 유기 박막 트랜지스터로서,An organic thin film transistor comprising a substrate, a gate electrode, an insulating layer, a source and a drain electrode, and an organic active layer, 서로 분리되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극; 상기 소스 전극과 드레인 전극에 각각 접하며, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 채널(channel)을 형성하는 유기 활성층; 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 유기 활성층과 절연된 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극을 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 유기 활성층으로부터 절연시키는 게이트 절연막;을 포함하고,A source electrode and a drain electrode separated from each other; An organic active layer in contact with the source electrode and the drain electrode, respectively, and forming a channel between the source electrode and the drain electrode; A gate electrode insulated from the source electrode, the drain electrode, and the organic active layer; And a gate insulating film insulating the gate electrode from the source electrode, the drain electrode, and the organic active layer. 외부 광이 입사되는 방향을 기준으로, 게이트 전극이 소스 전극 또는 드레인 전극과 중첩되는 부위를 포함하는 제 1 영역과, 게이트 전극이 유기 활성층과 중첩되지 않는 부위를 포함하는 제 2 영역을 가지고 있어서, A first region including a region where the gate electrode overlaps the source electrode or the drain electrode, and a second region including a region where the gate electrode does not overlap the organic active layer, based on a direction in which external light is incident, 외부 광에 의해 온 상태(On-State) 전류를 증폭시키는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.An organic thin film transistor which amplifies an on-state current by external light. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 게이트 전극이 소스 전극과 중첩되어 있는 부위인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터. The organic thin film transistor of claim 1, wherein the first region is a portion where the gate electrode overlaps the source electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 게이트 전극이 드레인 전극과 중첩되어 있는 부위인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터. The organic thin film transistor of claim 1, wherein the first region is a portion where the gate electrode overlaps the drain electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 광은 기판의 하부 층을 통해 입사되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.The organic thin film transistor of claim 1, wherein the external light is incident through the lower layer of the substrate. 제 5 항에 있어서, 상기 기판의 하부 층에는 입사되는 외부 광에 대해 적어도 유기 활성층의 일부가 노출될 수 있도록 블랙 매트릭스(Black Matrix)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터. The organic thin film transistor of claim 5, wherein a black matrix is formed in a lower layer of the substrate to expose at least a portion of the organic active layer to incident external light. 제 6 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 입사되는 외부 광에 대해 제 1 영역은 차폐되고 제 2 영역의 적어도 일부가 차폐되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터. The organic thin film transistor of claim 6, wherein the black matrix is formed such that the first region is shielded against incident external light and at least a portion of the second region is shielded. 제 7 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 제 2 영역 중 유기 활성층이 소스 전극 및 드레인 전극과 중첩되는 부위를 차폐하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.The organic thin film transistor according to claim 7, wherein the black matrix is formed so as to shield a portion where the organic active layer overlaps the source electrode and the drain electrode in the second region.
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