KR101371998B1 - 절연체 형성용 조성물 및 이를 이용하는 유기 절연체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 구현예들은 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질, 아크릴계 유기 가교제 및 6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제를 포함하는 절연체 형성용 조성물 및 이를 이용하는 유기 절연체에 관한 것으로, 본 발명의 절연체 형성용 조성물을 이용하는 유기 절연체는 가교성이 우수하여 유기 박막 트랜지스터 제작시 공정성을 향상시킬 수 있다.
다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질, 아크릴계 유기 가교제, 실란계 가교제, 용매, 가교성
Description
본 발명의 구현예들은 절연체 형성용 조성물 및 이를 이용하는 유기 절연체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질, 아크릴계 유기 가교제 및 6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제를 포함하여, 박막 트랜지스터의 절연막 제조에 이용시 제조공정성을 향상시킬 수 있는 절연체 형성용 조성물 및 이를 이용하는 유기 절연체에 관한 것이다.
박막트랜지스터(thin film transistor: TFT)는 액정 디스플레이 장치(LCD)나 전계발광 디스플레이 장치(ELD: electroluminescence display device) 등의 평판 디스플레이 장치에서 각 화소의 동작을 제어하는 스위칭 소자 및 각 화소의 구동 소자로 사용되고 있다. 이 밖에도 박막 트랜지스터는 스마트 카드(smart card) 또는 인벤토리 태그(inventory tag)용 플라스틱 칩에 그 활용이 예상되고 있다.
이러한 박막 트랜지스터는 고농도의 불순물로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역과 상기 두 영역의 사이에 형성된 채널 영역을 갖는 반도체층을 가지며, 상기 반도체층과 절연되어 상기 채널 영역에 대응되는 영역에 위치하는 게이트 전극과, 상기 소스 영역 및 드레인 영역에 각각 접촉되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다.
박막 트랜지스터의 반도체층으로 종래에는 실리콘(Si)과 같은 무기반도체 물질이 일반적으로 사용되어 왔으나, 최근 디스플레이의 대면적화, 저가격화 및 플렉서블화로 인해서 고가격, 고온진공프로세스를 필요로 하는 무기계 물질에서 유기계 반도체 물질로 바뀌어 가고 있다. 따라서 최근 유기막을 반도체층으로 사용하는 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistor: OTFT)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
유기 박막 트랜지스터 디바이스 제작에서 절연막의 경우 하부에는 게이트 전극이 배치되고, 상부에는 소스 및 드레인 전극과 반도체층이 형성된다. 절연막 형성 이후의 후공정에서 절연막이 화학약품이나 가혹한 공정 조건에서 안정적으로 유지될 수 있으려면 가교가 잘 되어 단단하고 치밀한(dense) 막으로 존재해야만 한다. 따라서 절연막의 가교성이 우수하여 유기 박막 트랜지스터의 제조공정성을 향상시킬 수 있다면 유리할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 기술적 과제는 가교성이 우수하여 절연막 제조시 제조공정성을 향상시킬 수 있는 절연체 형성용 조성물을 제공하는 것이 다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 가교성이 우수한 유기 절연체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 본 발명의 유기 절연체를 이용하여 제조공정성이 향상된 유기박막트랜지스터 및 이를 이용하는 전자소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질;
아크릴계 유기 가교제; 및
6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제를 포함하는 절연체 형성용 조성물에 관한 것이다.
상기 아크릴계 유기 가교제는 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 가질 수 있다.
상기 식에서, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소원자, 히드록시기, 탄소수 1~10 알킬기, 탄소수 3~10의 시클로알킬기 또는 탄소수 6~15의 아릴기, 탄소수 2~30의 아크릴기, 탄소수 4~30의 아크릴기가 치환된 알킬기, 탄소수 2~30의 히드록시기가 포함되어 있는 알킬기, 탄소수 2~30의 에폭시기가 포함되어 있는 알킬기 또는 시클로알킬기, 비닐기, 알릴기 또는 탄소수 1~10의 알콕시기이다.
상기 6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제는 하기 화학식 3 내지 화학식 5로 구성되는 군에서 선택되는 하나의 구조를 가질 수 있다.
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.
상기 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질은 하기 화학식 9 또는 화학식 10으로 표시되는 유기 실란계 화합물이거나, 화학식 9 또는 화학식 10의 물질 중 하나 이상을 또는 이들과 화학식 11의 물질을 유기용매 하에서 산 또는 염기 촉매와 물을 이용하여 가수분해반응 및 축합반응시켜 제조한 수지일 수 있다.
상기 화학식 9 내지 화학식 11에서, R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소원자, 탄소수 1~10 알킬기, 탄소수 3~10의 시클로알킬기, 탄소수 6~15의 아릴기, 탄소수 2~30의 아크릴기, 탄소수 4~30의 아크릴기가 치환된 알킬기, 탄소수 2~30의 에폭시기가 포함되어 있는 알킬기 또는 시클로알킬기, 비닐기, 알릴기 또는 탄소수 1~10의 알콕시기이고, 적어도 하나는 비닐기, 아세틸렌기 또는 아크릴기를 포함하며, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 탄소수 1~10의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 유기 절연체 조성물을 포함하는 유기 절연체에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양상은 기판, 게이트 전극, 절연층, 유기반도체층 및 드레인/소스 전극을 포함하여 이루어지는 유기박막 트랜지스터에 있어서, 상기 절연층이 본 발명의 유기 절연체인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터에 관한 것이다.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 구현예들에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일구현예에 따른 절연체 형성용 조성물은 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질; 아크릴계 유기 가교제; 및 6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제를 포함한다. 본 발명의 유기 절연체 조성물은 예를 들어, 유기 박막 트랜지스터의 유기 절연층에 이용될 수 있다.
상기 아크릴계 유기 가교제의 예들은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
[화학식 1]
상기 식에서, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소원자, 히드록시기, 탄소수 1~10 알킬기, 탄소수 3~10의 시클로알킬기 또는 탄소수 6~15의 아릴기, 탄소수 2~30의 아크릴기, 탄소수 4~30의 아크릴기가 치환된 알킬기, 탄소수 2~30의 히드록시기가 포함되어 있는 알킬기, 탄소수 2~30의 에폭시기가 포함되어 있는 알킬기 또는 시클로알킬기, 비닐기, 알릴기 또는 탄소수 1~10의 알콕시기이다.
상기 화학식 1의 아크릴계 유기 가교제의 예들은 하기 화학식 2의 예들을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 및 R8는 각각 독립적으로 수소원자; 히드록시기; 탄소수 1~10 알킬기(alkyl group); 탄소수 3~10의 시클로알킬기 (cycloalky group); 탄소수 6~15의 아릴기(aryl group); 탄소수 2~30의 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 에폭시기 또는 히드록시기가 치환된 알킬기 또는 시클로알킬기; 비닐기; 알릴기; 아크릴로일옥시기; 에폭시기; 탄소수 1~10의 알콕시기이며, 그 중 적 어도 하나는 아크릴기를 포함하고,
a, b, c 및 d는 0 또는 자연수로 a+b+c+d 는 2 이상이며,
n은 1~5 이고, n이 1 보다 클 때 모든 R1과 R2는 서로 같지 않을 수 있고,
e, f, g 및 h는 0 또는 자연수로 e+f+g+h는 2 이상이다.
상기 6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제의 예들은 하기 화학식 3 내지 화학식 5로 표시되는 가교제를 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
[화학식 3]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 10 의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.
[화학식 4]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.
[화학식 5]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.
상기 6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제의 비제한적인 예들은 하기 화학식 6 내지 화학식 8로 표시되는 것들을 포함할 수 있다.
본 발명에서 아크릴계 유기 가교제와 6개 이상의 알콕시기를 포함하는 실란계 가교제의 혼합비는 중량비로 1 : 100 내지 100 : 1 의 범위이고, 바람직하게는 같은 당량비로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 절연체 형성용 조성물의 유무기 하이브리드 물질은 이중 결합 또는 삼중결합의 다중 결합을 포함한다. 따라서 하나 이상의 알케닐기 또는 알키닐기를 포함한다. 상기 유무기 하이브리드 물질은 산소, 질소 등의 헤테로 원자가 존재하지 않는 이중 결합 또는 삼중결합을 포함하는 물질이므로, 박막 트랜지스터에 있어서 히스테리시스의 발생이 방지되어 균일한 특성을 시현하게 할 수 있다.
본 발명에서 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질은 다중결합 함유 유기실란(organic silane)계 화합물이거나 또는 이러한 다중결합 함유 유기실란(organic silane)계 화합물을 산 또는 염기 촉매 하에서 가수분해반응 및 축합반응시켜 얻어진 중합체를 의미한다. 보다 구체적으로 다중결합 함유 유기실란계 화합물은 하기 화학식 9 또는 화학식 10로 표시되는 물질을 유기용매 하에서 산 또 는 염기 촉매와 물을 이용하여 가수분해반응 및 축합반응시켜 제조한 유무기 하이브리드 수지일 수 있다. 또한 상기 다중결합 함유 유기실란계 화합물은 화학식 9 및 화학식 10의 화합물 중 하나 이상을 또는 이들과 화학식 11 물질을 유기용매 하에서 산 또는 염기 촉매와 물을 이용하여 가수분해반응 및 축합반응시켜 제조한 공중합 수지일 수 있다.
[화학식 9]
[화학식 10]
[화학식 11]
상기 화학식 9 내지 화학식 11에서, R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소원자, 탄소수 1~10 알킬기, 탄소수 3~10의 시클로알킬기, 탄소수 6~15의 아릴기, 탄소수 2~30의 아크릴기, 탄소수 4~30의 아크릴기가 치환된 알킬기, 탄소수 2~30의 에폭시기가 포함되어 있는 알킬기 또는 시클로알킬기, 비닐기, 알릴기 또는 탄소수 1~10의 알콕시기이고, 적어도 하나는 비닐기, 아세틸렌기 또는 아크릴기를 포함하며, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 탄소수 1~10의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
상기 유무기 하이브리드 수지의 제조시 사용되는 산 또는 염기 촉매는 염산 (hydrochloric acid), 질산(nitric acid), 벤젠술폰산(benzene sulfonic acid), 옥살릭산(oxalic acid), 포믹산(formic acid), 수산화칼륨(potassium hydroxide), 수산화나트륨(sodium hydroxide), 트리에틸아민(triethylamine), 탄산수소나트륨 (sodium bicarbonate), 피리딘(pyridine) 등으로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 예로 들 수 있다. 그 첨가량은 화학식 9 또는 화학식 10으로 표시되는 모노머의 총 함량에 대한 촉매의 몰(mol) 비가 1:0.000001~1:10의 범위에서 사용하는 것이 좋다. 상기 가수분해반응 및 축합반응중에 사용되는 물의 양은 화학식 9 또는 화학식 10으로 표시되는 모노머에 대한 물의 몰(mol) 비가 1:1 내지 1:1000의 범위가 되도록 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 유기 절연체 조성물에서 상기 유무기 하이브리드 물질은 서로 다른 종류의 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하는 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질을 혼합물 형태로 포함하거나, 서로 다른 종류의 알케닐기를 갖는 실란계 유무기 하이브리드 물질이 공중합된 공중합체를 포함할 수 있다. 또한 상기 유무기 하이브리드 물질은 이중 결합 또는 삼중 결합을 포함하는 실란 화합물과 이중 결합 또는 삼중 결합을 포함하지 않는 실란 화합물이 공중합된 물질을 포함할 수도 있다. 이러한 공중합체의 경우에 R1 및 R2는 다중 결합 이외에 수소원자, 탄소수 1~30 알킬기 또는 탄소수 3~30의 시클로알킬기 등을 포함할 수 있다.
상기 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질의 예들은 하기 화학식 12 내지 화학식 14의 화합물을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
상기 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질의 분자량은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 100~10,000 범위 내의 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질은 포화탄화수소 실록산계 수지와 이중결합이 포함된 불포화탄화수소 실록산계 수지를 공중합한 수지로서, 이러한 수지의 이중결합과 가교될 수 있는 가교보조제를 혼합할 경우, 아래 그림과 같이, Si-OH간의 분자간 축합에 의한 가교 반응 여지가 훨씬 증가하므로 무기 가교제를 사용하지 않을 경우의 수지 사이의 Si-OH 반응의 경우보다 가교반응 횟수를 증가시켜 단단한 막을 형성할 수 있다.
본 발명의 조성물에 첨가되는 아크릴계 유기 가교제 및 실란계 무기 가교제의 함량은 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질 100 중량부에 대하여 아크릴계 유기 가교제 1 내지 100 중량부 및 실란계 무기 가교제 1 내지 100 중량부의 범위이다. 상기 아크릴계 유기 가교제 또는 실란계의 함량이 100 중량부를 초과하는 경우 가교 반응이 가속화되어 용액 내에서 겔(gel)화 될 수 있고, 1 중량부 미만인 경우 가교 반응 속도가 느려 가교화에 큰 기여를 못할 가능성이 높다.
본 발명의 조성물에서는 첨가되는 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질과 아크릴계 유기 가교제 및/또는 실란계 무기 가교제의 함량을 조절하여 이로부터 제조되는 유기 절연체의 유전 상수, 누설전류값 등을 조절할 수 있다.
본 발명의 절연체 형성용 조성물은 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질, 아크릴계 유기 가교제 및 실란계 가교제를 용해시킬 수 있는 용매를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 용매로는 헥산(hexane) 등의 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent); 아니솔(anisol), 메시틸렌(mesitylene), 자일렌(xylene) 등의 방향족 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent); 메틸 이소 부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone), 아세톤(acetone) 등의 케톤계 용매(ketone-based solvent); 시클로헥산온(cyclohexanone), 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran), 이소프로필 에테르 (isopropyl ether) 등의 에테르계 용매(ether-based solvent); 에틸 아세테이트 (ethyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate) 등의 아세테이트계 용매(acetate-based solvent); 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol) 등의 알코올계 용매(alcohol-based solvent); 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 등의 아미드계 용매; 실리콘계 용매(silicon-based solvent); 또는 이들의 혼합물 등을 예로 들 수 있다.
용매는 본 발명의 절연체 형성용 조성물을 기판 위에 코팅하는 경우에, 상기 고형성분 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질, 아크릴계 유기 가교제 및 실란계 가교제를 기판에 도포하기 위해 요구되는 농도까지 충분한 양으로 포함될 수 있다. 용매는 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질 100 중량부에 대해서 약 100 내지 2000 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 상기 용매의 함량이 100 중량부 미만인 경우 고형성분이 완전히 녹지 않으며, 2000 중량부를 초과하는 경우 박막이 1000Å 이하로 얇게 형성되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 본 발명의 유기 절연체 조성물을 포함하는 유기 절연체에 관한 것이다. 본 발명의 절연체 형성용 조성물은 아크릴계 유기 가교제의 활용으로 이중결합의 가교를 향상시킴과 동시에 실록산계 수지 절연체의 Si-OH와 화학결합을 할 수 있는 무기 가교제의 2종의 가교보조제를 혼합하여 실록산계 수지와의 가교반응 횟수를 증가시켜 보다 단단한 절연막을 형성할 수 있다. 본 발명의 절연체 형성용 조성물에 의해서 제조되는 유기 절연체는 단단하고 치밀하여 후공정에서 다양한 약품이나 공정 조건에 노출되어도 이로 인한 결함이 발생하지 아니하므로 공정성이 향상될 수 있다.
본 발명의 유기 절연체는 본 발명의 절연체 형성용 조성물을 기판 상에 코팅한 후, 경화시켜 제조할 수 있다. 이러한 유기 절연층은 기존의 습식 코팅 방법 중 임의의 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 롤코팅(roll coating), 스크린 코팅(screen coating), 분무코팅(spray coating), 스핀 캐스팅(spin casting), 흐름코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯(ink jet) 또는 드롭캐스팅(drop casting) 등의 코팅방법을 사용할 수 있다. 편의성 및 균일성의 측면에서 가장 바람직한 코팅방법은 스핀 코팅이다. 스핀코팅을 행하는 경우, 스핀속도는 400 내지 4000 rpm의 범위 내에서 조절될 수 있다. 유기 절연체를 형성하기 위한 경화 단계는 70∼200℃에서 30분∼2시간 동안 기판을 가열하여 진행될 수 있으나, 이러한 경화 조건은 사용하는 유기 절연 고분자의 종류, 유기 절연층 조성물의 조성 등에 따라서 달라질 수 있다.
본 발명의 유기 절연체는 다양한 전자 소자에 채용될 수 있는데, 예를 들어, 본 발명의 유기 절연체는 유기 박막 트랜지스터의 절연층으로 채용될 수 있다. 본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 플라스틱 기반의 능동형 유기전기발광소자의 구동소자, 스마트 카드, 인벤토리 태그(inventory tag)용 플라스틱 칩 등에 다양하게 응용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 유기 박막 트랜지스터는 기판, 게이트 전극, 게이트 절연층, 유기 반도체층, 및 드레인/소스 전극을 포함하고, 상기 게이트 절연층이 본 발명의 유기 절연체이다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터의 구조는 특별히 제한되는 것은 아니고, 탑 컨택 구조, 바텀 컨택 구조, 또는 탑 게이트 구조 등 임의의 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 유기 절연체를 이용하여 제조할 수 있는 유기 박막 트랜지스터의 구조의 예들을 도 1 및 도 2에 개략적으로 나타내었다. 도 1은 바텀 컨택(bottom contact) 구조의 유기 박막 트랜지스터의 단면개략도이고, 도 2는 탑 컨택(top contact) 구조의 유기 박막 트랜지스터의 단면개략도이다.
예를 들어, 본 발명의 유기 박막 트랜지스터는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에 게이트 전극(2), 게이트 절연층(3), 소스 전극(4)-드레인 전극(5) 및 유기 반도체층(6)이 차례로 적층된 구조를 가지거나, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에 게이트 전극(2), 게이트 절연층(3), 유기 반도체층(6), 소스 전극(4)-드레인 전극(5)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다.
기판은 플라스틱, 유리, 실리콘 등의 재질은 물론 폴리에틸렌나프탈레이트 (Polyethylenenaphthalate: PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethyleneterephthalate: PET), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리비닐부 티랄 (Polyvinylbutyral), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리이미드 (Polyimide), 폴리노르보넨 (Polynorbornene) 및 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone: PES) 등으로 형성될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다.
유기 활성층으로는 통상적으로 알려진 물질을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 펜타센(pentacene), 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene) 또는 이들의 유도체를 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
게이트, 소스 및 드레인 전극으로는 통상적으로 사용되는 금속이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 인듐틴산화물 (ITO) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
즉, 유기 박막 트랜지스터는 기존의 Si 박막을 형성하기 위한 플라즈마를 이용한 화학 증착 (chemical vapor deposition)을 대신하여 상압의 습식 공정(프린팅 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅 등)으로 박막 형성이 가능하며 더 나아가서는 플라스틱 기판을 이용한 연속공정(Roll to Roll)이 가능하여 저가의 박막 트랜지스터를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
상기 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극으로는 통상적으로 사용되는 금속이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 인듐틴산화물(ITO), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정 되지 않는다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.
합성예 1: MVTS의 합성
메틸트리메톡시실란 (15 g, 110 mmol)과 비닐트리메톡시실란(16.3 g, 110 mmol)을 플라스크에 담고 -30도 중탕기에서 1N HCl (0.66 mL)과 물 39.63 mL를 천천히 첨가하였다. 상온에서 24시간 동안 교반한 후 충분한 물로 세척하였다. 유기층을 MgSO4로 건조 및 여과한 후 용매를 감압 증류 후 진공하에서 건조시켜 하기 화학식 13의 화합물을 수득하였다. 수득된 화학물의 29Si NMR (400 MHz) 결과를 도 3에 도시하였다.
[화학식 13]
실시예 1
다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질로서 합성예 1에서 수득된 MVTS 0.2g에 디(트리메틸로일프로판)테트라아크릴레이트 (DPTA) 0.04 g과 화학식 7의 TTPI 0.02 g을 n-부탄올 1 g에 넣고 잘 혼합하여 절연체 형성용 조성물을 준비하였다.
먼저 세정된 유리 기판에 게이트 전극으로 사용되는 Al/Nd을 스퍼터링법으로 1000Å 증착하였다. 이어서 상기에서 수득된 유기 절연체 혼합액을 1500 rpm에서 50초간 스핀코팅법으로 도포한 후 70도에서 2분간 프리어닐링(pre-anneal)한 후 UV 조사(500mJ/cm2)하여 225도에서 1시간 동안 베이킹하여 600 nm 두께로 유기 절연층을 형성하였다.
수득된 유기 절연층 상에 폴리티오펜의 1중량% 클로로벤젠 용액을 1000 rpm에서 30초간 스핀 코팅법으로 도포한 후 100℃에서 10분간 열처리하여 500Å의 두께로 성막하여 700Å 두께로 폴리티오펜의 유기활성층을 형성하였다. 유기 활성층의 형성은 진공도 2x10-6torr, 기판온도 80℃, 증착비 0.3 Å/sec의 조건하에 수행하였다.
상기 제조된 유기활성층 상에 Au를 채널길이 100㎛, 채널폭 1㎜인 새도우 마스크를 이용하여 스퍼터링법으로 70 nm로 증착하여 소스/드레인 전극을 형성함으로써 유기 박막 트랜지스터 소자를 제작하였다.
비교예 1
유기 절연체 혼합액의 제조시, 합성예 1에서 수득된 MVTS만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다.
실험예
본 발명에 의한 유기 박막 트랜지스터의 특성을 평가하기 위하여, 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 분석을 행하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참고하면, 아크릴계 유기 가교제와 실란계 무기 가교제 혼용시 아크릴계 유기 가교제의 이중결합(-C=CH)의 감소와 단일결합(-C-CH2)의 증가가 확실히 나타나며, 무기 가교제를 사용하지 않은 경우에 비해서 유사한 수준임을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 바텀 컨택 (Bottom Contact) 구조의 유기 박막 트랜지스터의 단면개략도이고,
도 2는 탑 컨택 (Top Contact) 구조의 유기 박막 트랜지스터의 단면개략도이며, 및
도 3은 합성예 1에서 합성된 유무기 하이브리드 물질의 Si NMR 결과를 나타낸 도면,
도 4는 실험예에서 측정한 실시예 1 및 비교예 1의 소자의 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 기판 2 : 게이트 전극
3 : 게이트 절연층 4 : 소스 전극
5 : 드레인 전극 6 : 유기 활성층
Claims (12)
- 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질;아크릴계 유기 가교제; 및6개 이상의 알콕시기를 갖는 실란계 가교제를 포함하는 절연체 형성용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 아크릴계 유기 가교제는 하기 화학식 1로 표시되는 것임을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.[화학식 1]
상기 식에서, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소원자, 히드록시기, 탄소수 1~10 알킬기, 탄소수 3~10의 시클로알킬기 또는 탄소수 6~15의 아릴기, 탄소수 2~30의 아크릴기, 탄소수 4~30의 아크릴기가 치환된 알킬기, 탄소수 2~30의 히드록시기가 포함되어 있는 알킬기, 탄소수 2~30의 에폭시기가 포함되어 있는 알킬기 또는 시클로알킬기, 비닐기, 알릴기 또는 탄소수 1~10의 알콕시기이다. - 제 2항에 있어서, 상기 아크릴계 유기 가교제는 하기 화학식 2로 표시되는 것임을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.[화학식 2]또는
상기 식에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 및 R8는 각각 독립적으로 수소원자; 히드록시기; 탄소수 1~10 알킬기(alkyl group); 탄소수 3~10의 시클로알킬기 (cycloalky group); 탄소수 6~15의 아릴기(aryl group); 탄소수 2~30의 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 에폭시기 또는 히드록시기가 치환된 알킬기 또는 시클로알킬기; 비닐기; 알릴기; 아크릴로일옥시기; 에폭시기; 탄소수 1~10의 알콕시기이며, 그 중 적어도 하나는 아크릴기를 포함하고,a, b, c 및 d는 0 또는 자연수로 a+b+c+d 는 2 이상이며,n은 1~5 이고, n이 1 보다 클 때 모든 R1과 R2는 서로 같지 않을 수 있고,e, f, g 및 h는 0 또는 자연수로 e+f+g+h는 2 이상이다. - 제 1항에 있어서, 상기 실란계 가교제는 하기 화학식 3 내지 화학식 5로 표시되는 것임을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.[화학식 3]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 (10 )의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.[화학식 4]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 (10 )의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다.[화학식 5]
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 10 의 알킬기이고, n은 1 내지 10이다. - 제 4항에 있어서, 상기 실란계 가교제는 하기 화학식 6 내지 화학식 8로 표시되는 것임을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.[화학식 6]
[화학식 7]
[화학식 8]
- 제 1항에 있어서, 상기 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질은 화학식 9 또는 화학식 10의 다중결합 함유 유기실란계 화합물이거나 또는 화학식 9 또는 화학식 10의 물질 중 하나 이상을 또는 이들과 화학식 11의 물질을 유기용매 내에서 산 또는 염기 촉매와 물을 이용하여 가수분해반응 및 축합반응시켜 제조한 수지인 것을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.[화학식 9]
[화학식 10]
[화학식 11]
상기 화학식 9 내지 화학식 11에서, R1 및 R2은 각각 독립적으로 수소원자, 탄소수 1~10 알킬기, 탄소수 3~10의 시클로알킬기 또는 탄소수 6~15의 아릴기, 탄소수 2~30의 아크릴기, 탄소수 4~30의 아크릴기가 치환된 알킬기, 탄소수 2~30의 에폭시기가 포함되어 있는 알킬기 또는 시클로알킬기, 비닐기, 알릴기, 탄소수 1~10의 알콕시기이고, 적어도 하나는 비닐기, 아세틸렌기 또는 아크릴기를 포함하며, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 탄소수 1~10의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다. - 제 6항에 있어서, 상기 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질은 하기 화학식 12 내지 화학식 14 가운데 하나로 표시되는 물질인 것을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.[화학식 12]
[화학식 13]
[화학식 14]
- 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질 100 중량부에 대하여 1 내지 100 중량부의 아크릴계 유기 가교제 및 1 내지 100 중량부의 실란계 가교제를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 상기 다중 결합 함유 실란계 유무기 하이브리드 물질, 아크릴계 유기 가교제 및 실란계 가교제를 용해시키는 용매를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체 형성용 조성물.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항의 절연체 형성용 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 절연체.
- 기판, 게이트 전극, 절연층, 유기반도체층 및 드레인/소스 전극을 포함하여 이루어지는 유기박막 트랜지스터에 있어서, 상기 절연층이 제 10항의 유기 절연체인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.
- 제 11항의 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자소자.
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