KR101165963B1 - Fabricating method of organic cmos circuit using solution process, the inverter and 7 stage ring-oscillator - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 용액 공정을 이용한 유기 시모스 회로 제작 방법이 제공된다.
본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 시모스 회로 제작 방법은, (a) 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계, (b) 상기 게이트 전극 위에 용액 공정을 이용하여 절연막을 형성하는 단계, (c) 데이터 라인을 형성하고 p 타입 유기물 용액 및 n 타입 유기물 용액을 용액 공정을 통해 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 본 발명은 절연막을 용액 공정을 통해서 형성하고, 반도체층을 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 형성하여 유기 회로를 구현하였으므로, 낮은 단가의 저소비 전력의 유기 회로를 구현할 수 있으며, 유기 절연막과 유기 반도체를 모두 용액 공정을 통해 250℃미만의 낮은 온도에서 형성함으로써 플라스틱 기판과 같은 플렉서블 소자 적용이 가능하게 한다.In the present invention, an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process is provided.
An organic CMOS circuit fabrication method using the solution process of the present invention comprises the steps of (a) forming a gate electrode on a substrate, (b) forming an insulating film on the gate electrode using a solution process, and (c) forming a data line. And forming a p-type organic solution and an n-type organic solution through a solution process.
According to the configuration as described above, the present invention is an organic circuit formed by forming an insulating film through a solution process, and a semiconductor layer by using an inkjet printing method, it is possible to implement an organic circuit of low unit cost, low power consumption, organic Both the insulating film and the organic semiconductor are formed at a temperature lower than 250 ° C. through a solution process, thereby enabling flexible device applications such as plastic substrates.
Description
본 발명은 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 회로 제작 방법, 인버터 및 링 오실레이터에 관한 것으로, 특히 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법, 인버터 및 링 오실레이터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 저전압 구동 방식의 소자를 제작하기 위해, 절연막의 두께를 낮추거나 유전율이 큰 옥사이드 절연막을 사용한 결과가 보고되고 있다. Recently, in order to fabricate a device of a low voltage driving method, a result of using an oxide insulating film having a low dielectric constant or a large dielectric constant has been reported.
유기 박막의 경우 용액 공정을 통해 50 nm 미만 두께의 절연막을 통해 낮은 구동 전압에서 동작하는 소자 특성을 확보하고 있으며, 옥사이드 절연막의 경우 증착이나 알루미늄 플라즈마 처리를 통하여 소자를 제작하고 있다. In the case of an organic thin film, a device process secures device characteristics at low driving voltage through an insulating film of less than 50 nm thickness. In the case of an oxide insulating film, a device is manufactured through deposition or aluminum plasma treatment.
이같은 소자의 경우 아직까지 증착을 통해 반도체층을 형성하여 소자의 특성을 확보하고 있다. In the case of such a device, a semiconductor layer is still formed through deposition to secure device characteristics.
그러나 증착의 경우 제작 과정이 복잡하고 대면적 공정에는 부적당하며 유연 기판에 적용하는데 어려움이 있었다. 또한 물질의 낭비 및 제작 비용이 크다는 단점이 있었다. However, in the case of deposition, the manufacturing process is complicated, it is inadequate for a large area process, and it is difficult to apply to a flexible substrate. In addition, there was a disadvantage that the waste of material and the manufacturing cost is high.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 유기 절연막/유기 반도체층 용액 공정을 통해 저전압 구동이 가능한 고성능 유기 회로 제작방법, 인버터 및 7단 링 오실레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a high performance organic circuit manufacturing method, an inverter and a seven-stage ring oscillator capable of low voltage driving through an organic insulating film / organic semiconductor layer solution process to solve the above problems.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 용액 공정을 이용한 유기 시모스 회로 제작 방법이 제공된다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for fabricating an organic CMOS circuit using a solution process.
본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 시모스 회로 제작 방법은, (a) 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계, (b) 상기 게이트 전극 위에 용액 공정을 이용하여 절연막을 형성하는 단계, (c) 데이터 라인을 형성하고 p 타입 유기물 용액 및 n 타입 유기물 용액을 용액 공정을 통해 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. An organic CMOS circuit fabrication method using the solution process of the present invention comprises the steps of (a) forming a gate electrode on a substrate, (b) forming an insulating film on the gate electrode using a solution process, and (c) forming a data line. And forming a p-type organic solution and an n-type organic solution through a solution process.
여기서 상기 (b) 단계는 알루미늄 옥사이드 전구체 용액을 회전 도포를 이용하여 형성한 후 가열하여 절연막을 형성하는 것을 특징으로 한다. The step (b) is characterized in that the aluminum oxide precursor solution is formed using a rotary coating and then heated to form an insulating film.
또한 여기서 가열은 100℃이상 250℃미만의 온도로 가열하는 것을 특징으로 한다.In addition, the heating is characterized in that the heating to a temperature of more than 100 ℃ 250 ℃.
한편 상기 p 타입 유기물 용액은 TIPS(Triisopropylsilylethynyl) pentacene 용액이고, 상기 n 타입 유기물 용액은 PDI8CN2(N,N0-bis(n-octyl)-(1,7&1,6)-dicyanoperyline-3,4,:9,10bis(dicarboximide)) 용액인 것이 바람직하다. Meanwhile, the p-type organic solution is a TIPS (Triisopropylsilylethynyl) pentacene solution, and the n-type organic solution is PDI8CN 2 (N, N0-bis (n-octyl)-(1,7 & 1,6) -dicyanoperyline-3,4 ,: Preferred is 9,10bis (dicarboximide) solution.
또한 여기서 상기 (c) 단계의 용액 공정은 잉크젯 프린팅 방식을 이용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the solution process of the step (c) is characterized in that using the inkjet printing method.
여기서 상기 기판은 플라스틱(plastic) 재질인 것을 특징으로 한다. Here, the substrate is characterized in that the plastic (plastic) material.
나아가 상기 게이트 전극은 몰리브덴(Mo)이고, 상기 데이터 라인은 금(Au)인 것을 특징으로 한다. Further, the gate electrode is molybdenum (Mo), the data line is characterized in that the gold (Au).
또한 상기와 같은 제작 방법을 응용하여 본 발명에서는 인버터 또는 7단 링 오실레이터를 제작할 수 있다.In addition, in the present invention by applying the manufacturing method as described above it can be produced an inverter or a seven-stage ring oscillator.
상기와 같은 구성에 의하면, 본 발명은 절연막을 용액 공정을 통해서 형성하고, 반도체층을 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 형성하여 유기 회로를 구현하였으므로, 낮은 단가의 저소비 전력의 유기 회로를 구현할 수 있으며, 유기 절연막과 유기 반도체를 모두 용액 공정을 통해 250℃미만의 낮은 온도에서 형성함으로써 플라스틱 기판과 같은 플렉서블(flexible) 소자 적용이 가능하게 한다. According to the configuration as described above, the present invention is an organic circuit formed by forming an insulating film through a solution process, and a semiconductor layer by using an inkjet printing method, it is possible to implement an organic circuit of low unit cost, low power consumption, organic Both the insulating film and the organic semiconductor are formed at a low temperature of less than 250 ° C. through a solution process, thereby enabling flexible device applications such as plastic substrates.
도 1은 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 모식도이다.
도 2는 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 인버터 회로도이다.
도 3은 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 인버터의 광학 이미지이다.
도 4는 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 인버터의 동작 특성이다.
도 5는 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 7단 링 오실레이터이다.
도 6은 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 7단 링 오실레이터의 동작 특성이다.1 is a schematic diagram of an organic CMOS circuit fabrication using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
2 is a circuit diagram of a low voltage driving organic CMOS inverter fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
3 is an optical image of a low voltage driving organic CMOS inverter fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
4 is an operating characteristic of a low voltage driving organic CMOS inverter fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
5 is a low voltage driving organic CMOS seven-stage ring oscillator fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using the solution process of the present invention.
FIG. 6 is an operational characteristic of a low voltage driving organic CMOS seven-stage ring oscillator fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using the solution process of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 바람직한 일실시예들을 통하여 제작된 유기 박막 트랜지스터는 3V 이내의 낮은 전압에서 구동되었으며, 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로의 경우 1.5V의 낮은 드레인 전원 전압(VDD)에서도 인버팅(inverting) 특성을 보였다. In the method of fabricating the organic CMOS circuit using the solution process of the present invention, the organic thin film transistor fabricated through the preferred embodiments was driven at a low voltage of less than 3V, and in the case of the organic CMOS circuit using the solution process of the present invention, Inverting was also seen at low drain supply voltage (V DD ).
이와 같이 일반적인 유기 박막 트랜지스터의 동작전압은 20 V 이상인 반면, 본 발명에서는 3 V이내의 낮은 동작 전압에서도 용액 공정을 통해 p- 와 n- 타입 유기 박막 트랜지스터가 공기 중에서 안정하게 동작하고, 이를 통해 CMOS 회로까지 구현이 가능하게 되었다.As described above, while the operating voltage of the general organic thin film transistor is 20 V or more, in the present invention, p- and n- type organic thin film transistors operate stably in the air through a solution process even at a low operating voltage of less than 3 V. Even circuits can be implemented.
또한 본 발명을 이용하여 7단으로 구성된 링-오실레이터(ring-oscillator)를 제작하여 동작 특성을 확보하였다. In addition, by using the present invention to produce a ring-oscillator (ring-oscillator) consisting of seven stages to ensure the operating characteristics.
이하에서는 도면을 통하여 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법을 이용한 바람직한 일실시예들을 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments using the organic CMOS circuit fabrication method using the solution process of the present invention through the drawings.
도 1은 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 모식도이다. 1 is a schematic diagram of an organic CMOS circuit fabrication using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 역 코플라나(inverted co-planar) 구조를 이용하여 유기 CMOS 회로를 제작하였다. 절연막을 Al2O3 절연막으로 구성하여 용액 공정을 통해 형성하였다. 보다 구체적으로, 기판(substrate) 상의 몰리브덴(Mo) 게이트(gate) 전극 위에 알루미늄 옥사이드 전구체 용액을 회전 도포를 이용하여 형성한 후, 250℃ 미만의 온도에서 가열하여 절연막을 형성하였다. As shown in FIG. 1, in the present invention, an organic CMOS circuit is fabricated using an inverted co-planar structure. The insulating film was formed of an Al 2 O 3 insulating film and formed through a solution process. More specifically, the aluminum oxide precursor solution was formed on the molybdenum (Mo) gate electrode on the substrate using a spin coating, and then heated at a temperature of less than 250 ℃ to form an insulating film.
이후 금(Au) 데이터 라인을 형성한 후, P 타입, 특히 TIPS(Triisopropylsilylethynyl) pentacene 용액과, N 타입, 특히 PDI8CN2(N,N0-bis(n-octyl)-(1,7&1,6)-dicyanoperyline-3,4,:9,10bis(dicarboximide)) 용액을 각각 회로 기판에 잉크젯 프린팅 기술로 형성하였다. After forming gold (Au) data lines, P-type, especially TIPS (Triisopropylsilylethynyl) pentacene solution, and N-type, especially PDI8CN 2 (N, N0-bis (n-octyl)-(1,7 & 1,6)- dicyanoperyline-3,4,: 9,10bis (dicarboximide)) The solutions were each formed on the circuit board by ink jet printing technology.
이로써 낮은 단가의 저소비 전력의 유기 회로를 구현할 수 있으며, 유기 절연막과 유기 반도체를 모두 용액 공정을 통해 250℃ 미만의 낮은 온도에서 형성함으로써 플라스틱과 같은 플렉서블 소자를 기판에 적용할 수 있도록 한다.
As a result, an organic circuit of low cost and low power consumption can be realized, and both an organic insulating film and an organic semiconductor are formed at a low temperature of less than 250 ° C. through a solution process, so that a flexible device such as plastic can be applied to a substrate.
도 2는 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 인버터 회로도이다. 2 is a circuit diagram of a low voltage driving organic CMOS inverter fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
도 3은 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 인버터의 광학 이미지이다.
3 is an optical image of a low voltage driving organic CMOS inverter fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
도 4는 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 인버터의 동작 특성이다. 4 is an operating characteristic of a low voltage driving organic CMOS inverter fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using a solution process of the present invention.
도 4에서, (a)는 전압 전달(voltage transfer) 특성이고, (b)는 신호 이득(gain) 특성을 나타낸다. In FIG. 4, (a) is a voltage transfer characteristic, and (b) is a signal gain characteristic.
도 4에 도시된 바와 같이, 3 V 미만의 낮은 VDD에서도 Vout 전압이 정확하게 전달됨으로서, p 및 n 타입 유기 박막 트랜지스터가 각각 잘 동작하여 풀 스윙(full swing) 유기 반도체 CMOS 회로가 낮은 전압 범위에서도 구현됨을 확인할 수 있다. 이를 통해 3 V 이내에서 96정도의 gain 특성을 나타내었다.
As shown in FIG. 4, the Vout voltage is correctly transferred even at a low V DD of less than 3 V, so that the p and n type organic thin film transistors operate well, so that a full swing organic semiconductor CMOS circuit can be operated even at a low voltage range. You can see it implemented. This resulted in gain characteristics of about 96 within 3 V.
도 5는 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 7단 링 오실레이터이다. 5 is a low voltage driving organic CMOS seven-stage ring oscillator fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using the solution process of the present invention.
도 5에서, (a)와 (b)는 각각 상기 7단 링 오실레이터의 모식도 및 광학 이미지이다. 본 실시예에서는 폭(width)/길이(length)가 400㎛/10㎛의 p 타입과, 폭/길이가 10㎛/10㎛의 n 타입으로 제작하였다.
In Fig. 5, (a) and (b) are schematic diagrams and optical images of the seven-stage ring oscillator, respectively. In this embodiment, a width / length of p type of 400 μm / 10 μm and a width / length of n type of 10 μm / 10 μm were produced.
도 6은 본 발명의 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법에 있어서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 제작된 저전압 구동 유기 CMOS 7단 링 오실레이터의 동작 특성이다. 본 실시예에서는 드레인 전원 전압(VDD)이 4 V이다. FIG. 6 is an operational characteristic of a low voltage driving organic CMOS seven-stage ring oscillator fabricated using an inkjet printing method in an organic CMOS circuit fabrication method using the solution process of the present invention. In this embodiment, the drain power supply voltage V DD is 4V .
도 6에 도시된 바와 같이, 링 오실레이터(Ring oscillator)는 인버터(inverter)를 홀수단으로 연결하여 제작하며 스테이지당 지연시간(delay time)을 입력 전압과 함께 비교함으로써 소자 성능, 공정 및 설계 등에 대한 우위를 판단할 수 있는 지표로, 용액 공정을 통해 형성된 본 발명에서는 4V의 낮은 입력 전압에서도 스테이지당 2.24ms의 지연 시간을 나타냄으로서 용액 공정을 이용한 CMOS 소자의 동작 특성을 확인하였다.
As shown in FIG. 6, a ring oscillator is manufactured by connecting an inverter by a hole means, and compares delay time per stage with an input voltage for device performance, process, and design. As an index for determining the superiority, in the present invention formed through the solution process, the operation time of the CMOS device using the solution process was confirmed by showing a delay time of 2.24 ms per stage even at a low input voltage of 4V.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, additions, and changes are possible in the technical field to which the present invention pertains without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
Claims (11)
(b) 상기 게이트 전극 위에 알루미늄 옥사이드 전구체 용액을 코팅한 후, 가열하여 절연막을 형성하는 단계, 및
(c) 상기 절연막 위에 데이터 라인을 형성한 후, 상기 절연막과 상기 데이터 라인 사이에 p 타입 유기물 용액 및 n 타입 유기물 용액을 이용하여 잉크젯 프린팅 기술로 반도체층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법.(a) forming a gate electrode on the substrate,
(b) coating an aluminum oxide precursor solution on the gate electrode and then heating to form an insulating film, and
(c) forming a data line on the insulating film, and then forming a semiconductor layer by inkjet printing using a p-type organic solution and an n-type organic solution between the insulating film and the data line.
Organic CMOS circuit fabrication method using a solution process comprising a.
상기 p 타입 유기물 용액은 TIPS(Triisopropylsilylethynyl) pentacene 용액인 것을 특징으로 하는 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법.The method according to claim 1,
The p-type organic solution is an organic CMOS circuit manufacturing method using a solution process, characterized in that the TIPS (Triisopropylsilylethynyl) pentacene solution.
상기 n 타입 유기물 용액은 PDI8CN2(N,N0-bis(n-octyl)-(1,7&1,6)-dicyanoperyline-3,4,:9,10bis(dicarboximide)) 용액인 것을 특징으로 하는 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법.The method according to claim 1,
The n-type organic solution is a solution process, characterized in that PDI8CN 2 (N, N0-bis (n-octyl)-(1,7 & 1,6) -dicyanoperyline-3,4,: 9,10bis (dicarboximide)) solution Organic CMOS circuit fabrication method using a.
상기 n 타입 유기물 용액은 PDI8CN2(N,N0-bis(n-octyl)-(1,7&1,6)-dicyanoperyline-3,4,:9,10bis(dicarboximide)) 용액인 것을 특징으로 하는 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법.The method according to claim 3,
The n-type organic solution is a solution process, characterized in that PDI8CN 2 (N, N0-bis (n-octyl)-(1,7 & 1,6) -dicyanoperyline-3,4,: 9,10bis (dicarboximide)) solution Organic CMOS circuit fabrication method using a.
상기 기판은 플라스틱(plastic) 재질인 것을 특징으로 하는 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법.The method according to claim 1,
The substrate is a method of manufacturing an organic CMOS circuit using a solution process, characterized in that the plastic (plastic) material.
상기 게이트 전극은 몰리브덴(Mo)이고, 상기 데이터 라인은 금(Au)인 것을 특징으로 하는 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법.The method according to claim 1,
And the gate electrode is molybdenum (Mo), and the data line is gold (Au).
상기 (b) 단계의 가열은 100℃이상 250℃미만의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 용액 공정을 이용한 유기 CMOS 회로 제작 방법. The method according to claim 1,
The heating of the step (b) is an organic CMOS circuit manufacturing method using a solution process, characterized in that for heating to a temperature of more than 100 ℃ 250 ℃.
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