KR101655648B1 - 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터 및 이의 제조방법이 제공된다. 상세하게는, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는, 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층, 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극, 게이트 전극, 및 상기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 형성된 게이트 절연막을 포함할 수 있다. 이에, 본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 종래의 유기 반도체 기반 발광 트랜지스터보다 높은 색순도를 가질 수 있다. 또한, 전계효과 이동도(field-effect mobility), 및 점멸비(on/off ratio)가 높아져 스위칭 특성이 향상될 수 있으며, 제조비용을 절감시킬 수 있다.
Description
본 발명은 발광 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 반도체층으로 사용하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현재 디스플레이 시장의 메가트렌드(megatrends)는 기존의 고효율·고해상도 지향의 디스플레이에서 더 나아가, 고색순도 천연색 구현을 지향하는 감성화질 디스플레이로 이동하고 있는 추세이다. 이에, 유기 발광체 기반의 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 소자가 비약적인 발전을 이루었으나, 유기 반도체의 낮은 전하 이동도로 인해 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT)와 같은 고속 애플리케이션(high-speed application)에 사용되기에는 한계가 있어, 최근 유기 발광 다이오드는 무기 박막 트랜지스터에 의해 구동되고 있다. 하지만, 무기 박막 트랜지스터는 300℃ 정도의 고온 공정을 필요로 하기 때문에, 플라스틱 기판 기반의 플렉서블(flexible) 소자에는 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있어, 이를 개선하기 위하여, 유기 발광 다이오드와 박막 트랜지스터를 한 소자에 통합(integrate)하여 스위칭, 및 발광이 동시에 가능한 유기 발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor, OLET)에 대한 개발이 시도되고 있다. 상기 유기 발광 트랜지스터는 두 가지 종류의 소자를 한 가지로 통합함으로써 전체 소자 구조 및 제조 공정을 단순화하여 제조 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있으며, 저온 공정이 가능하여 플렉서블 기기로의 응용이 용이하므로, 이를 광전 회로(photoelectric circuit)에 응용하려는 다양한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 종래의 유기 발광 트랜지스터에서 반도체층으로 널리 사용되던 공액 고분자(conjugated polymer)와 같은 유기 발광체는 발광 효율은 뛰어나지만, 넓은 스펙트럼을 가지고 있어 색순도(color purity)가 높지 않으며, 낮은 전하 이동도에 의해 스위칭 특성이 좋지 못하고, 또한, 발광체 제조 비용이 비싸다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 유기 발광체의 단점을 보완하고 유기 발광 트랜지스터의 장점을 채용할 수 있는, 새로운 방식의 유무기 하이브리드 발광체 기반의 발광 트랜지스터에 대한 개발이 필요한 실정이다.
한편, 페로브스카이트(perovskyte) 결정구조를 가지는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 소재는 현재 주로 태양전지의 흡광체로서 연구되고 있으나, 그 특성은 발광체로서도 매우 큰 가능성을 가지고 있다. 구체적으로, 유무기 하이브리드 페로브스카이트가 유기평면과 무기평면이 교대로 적층된 라멜라 구조로 되어 있어, 무기물과 유기물의 유전율 차이(εorganic ~ 2.4, εinorganic ~ 6.1)가 커져, 엑시톤이 무기층에 속박되면서, 높은 색순도(full width at half maximum(FWHM) ~ 20nm)를 가질 수 있다. 즉, 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 본질적으로 물질의 사이즈(size) 보다는 결정구조 자체에 의해서 매우 높은 색순도의 빛을 발광하는 이상적인 발광체가 될 수 있다. 또한, 유무기 하이브리드 소재는 제조 비용이 저렴하고, 제조 및 소자 제작 공정이 간단하며, 광학적, 전기적 성질을 조절하기 쉬운 유기 소재의 장점과 높은 전하 이동도 및 기계적, 열적 안정성을 가지는 무기 소재의 장점을 모두 가질 수 있어 학문적, 산업적으로 각광받고 있다. 더욱이, 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 양극성(ambipolar)의 전기적 특성을 가지고 있기 때문에, 양극성의 반도체가 사용되는 발광 트랜지스터에 적용하기에 매우 적합할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유기 발광체의 발광 트랜지스터의 색순도 및 스위칭 특성을 향상시킬 수 있고, 제조 비용을 절감시킬 수 있는, 새로운 방식의 유무기 하이브리드 발광체 기반의 발광 트랜지스터 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 게이트 전극, 반도체층, 상기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 배치하는 게이트 절연막, 및 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 배치하는 발광 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정이 형성된 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액을 코팅하여 나노결정 박막으로 이루어진 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 반도체층을 형성하는 단계는 스핀코팅 공정을 사용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에, 기판 상에 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에, 기판 상에 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 및 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 및 상기 반도체층 상에 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 및 상기 반도체층 상에 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 형성하는 단계는, 각각, 독립적으로, 유기 나노와이어 리소그래피 (organic nanowire lithography), 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 열증착(thermal evaporation), 프린팅(printing), 소프트리소그래피(soft lithography) 및 스퍼터링(sputtering) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 유기 나노와이어 리소그래피는 패턴형성용 부재 상에 원형 또는 타원형의 단면을 가지고 있는 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴 상에 타겟물질층을 형성하는 단계, 및 상기 마스크 패턴을 제거하여 상기 마스크 패턴이 형성되지 않은 영역의 상기 타겟물질층을 잔류시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 원형 또는 타원형의 단면을 가지고 있는 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴은 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅, 다이렉트 팁 드로잉(direct tip drawing), 메니스커스 가이디드 다이렉트 라이팅(meniscus-guided direct Writing), 멜트 스피닝(melt spinning), 웨트 스피닝(wet spinning), 드라이 스피닝(dry spinning), 겔 스피닝(gel spinning), 또는 전기방사(electrospinning) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
상기 반도체층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에, 상기 반도체층 상부 또는 하부에 전자 수송층, 및 정공 수송층 중에서 적어도 하나 이상의 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층, 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극, 게이트 전극, 및 상기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 형성된 게이트 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제공할 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 유기물 평면과 무기물 평면이 교대로 적층된 라멜라 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 다결정 또는 단결정 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1 PbnI3n+1의 구조를 포함하며, 상기 A는 (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, C6H5, CF3NH3, (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2 이고(상기 n은 1 이상인 정수임.), 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In 또는 Ti이고, 상기 X는 할로겐 원소인 것일 수 있다.
상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극은 금속, 전도성 고분자, 탄소 재료 도핑된 반도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 게이트 절연막은 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 티올기(-SH), 및 트리클로로실란기(-SiCl3) 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 자기 조립분자, 절연성 고분자, 무기 산화물, 고분자 전해질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는, 바텀-게이트/탑-컨텍, 바텀-게이트/바텀-컨텍, 탑-게이트/탑-컨텍, 또는 탑-게이트/바텀-컨텍 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 반도체층 상부 또는 하부에 배치되는, 전자 수송층 및 정공 수송층 중에서 적어도 어느 하나의 층을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 종래의 유기 반도체 기반 발광 트랜지스터보다 높은 색순도를 가질 수 있다.
또한, 전계효과 이동도(field-effect mobility), 및 점멸비(on/off ratio)가 높아져 스위칭 특성이 향상될 수 있으며, 제조비용을 절감시킬 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 구조이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 나노와이어 리소그래피 공정순서를 나타낸 모식도이다.
도 5는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터에 대한 모식도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층이 배치된 발광 트랜지스터를 나타낸 모식도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층이 배치된 발광 트랜지스터를 나타낸 모식도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 나노와이어 리소그래피 공정순서를 나타낸 모식도이다.
도 5는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터에 대한 모식도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층이 배치된 발광 트랜지스터를 나타낸 모식도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층이 배치된 발광 트랜지스터를 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 축소된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법
본 발명의 일 측면은, 게이트 전극, 반도체층, 상기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 배치하는 게이트 절연막, 및 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 배치하는 발광 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정이 형성된 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액을 코팅하여 나노결정 박막으로 이루어진 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정이 형성된 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액을 코팅하여 나노결정 박막으로 이루어진 반도체층을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 유무기 페로브스카이트 나노결정이 형성된 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액은, 양성자성 용매에 유무기 하이브리드 페로브스카이트가 녹아있는 제1 용액 및 비양성자성 용매에 알킬 할라이드 계면활성제가 녹아있는 제2 용액을 준비하고, 상기 제1 용액을 상기 제2 용액에 섞어 나노입자를 형성하는 것일 수 있다.
구체적으로 이는, 먼저, 양성자성(protic) 용매에 유무기 하이브리드 페로브스카이트가 녹아있는 제1 용액 및 비양성자성(aprotic) 용매에 알킬 할라이드 계면활성제가 녹아있는 제2 용액을 준비할 수 있다. 이때의 양성자성 용매는 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide), 감마 부티로락톤(gamma butyrolactone) 또는 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 다결정 또는 단결정 구조를 갖는 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1 PbnI3n+1의 구조를 포함하는 것일 수 있다. 여기서. 상기 n은 2 < n < 6의 범위를 갖는다. 또한, 여기서, 상기 A는 유기암모늄 물질이고, 상기 B는 금속 물질이고, 상기 X는 할로겐 원소이다.
구체적으로, 상기 A는 (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, C6H5, CF3NH3, (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2 일 수 있다. 여기서, 상기 n은 1 이상의 정수이다.
또한, 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, 또는 Ti이다. 이때의 희토류 금속은 2가의 희토류 금속일 수 있으며, 예를 들어, Ge, Sn, Pb, Eu 또는 Yb일 수 있다. 또한, 알칼리 토류 금속은 예를 들어, Ca 또는 Sr일 수 있다. 또한, 상기 X는 할로겐 원소일 수 있으며, 예를 들어, Cl, Br 또는 I 일 수 있다.
한편, 이러한 페로브스카이트는 AX 및 BX2를 일정 비율로 조합하여 준비할 수 있다. 즉, 제1 용액은 양성자성 용매에 AX 및 BX2를 일정 비율로 녹여서 형성될 수 있다. 예를 들어, 양성자성 용매에 AX 및 BX2를 2:1 비율로 녹여서 A2BX3유무기 하이브리드 페로브스카이트가 녹아있는 제1 용액을 준비할 수 있다.
또한, 이때의 비양성자성 용매는 다이클로로에틸렌, 트라이클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 스타이렌, 다이메틸포름아마이드, 다이메틸설폭사이드, 자일렌, 톨루엔, 사이클로헥센 또는 이소프로필알콜을 포함 할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.
또한, 알킬 할라이드 계면활성제는 alkyl-X의 구조일 수 있다. 이때의 X에 해당하는 할로겐 원소는 Cl, Br 또는 I 등을 포함할 수 있다. 또한, 이때의 alkyl 구조에는 CnH2n+1의 구조를 가지는 비고리형 알킬(acyclic alkyl), CnH2n+1OH등의 구조를 가지는 일차 알코올(primary alcohol), 이차 알코올(secondary alcohol), 삼차 알코올(tertiary alcohol), alkyl-N의 구조를 가지는 알킬아민(alkylamine) (ex. Hexadecyl amine, 9-Octadecenylamine 1-Amino-9-octadecene (C19H37N)),p-치환된 아닐린(p-substituted aniline) 및 페닐 암모늄(phenyl ammonium) 및 플루오린 암모늄(fluorine ammonium)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
그 다음에, 상기 제1 용액을 상기 제2 용액에 섞어 나노입자를 형성할 수 있다. 상기 제1 용액을 상기 제2 용액에 섞어 나노입자를 형성하는 것은, 상기 제2 용액에 상기 제1 용액을 한방울씩 떨어뜨려 섞는 것일 수 있다. 또한, 이때의 제2 용액은 교반을 수행할 수 있다. 예를 들어, 강하게 교반중인 알킬 할라이드 계면활성제가 녹아 있는 제2 용액에 유무기 페로브스카이트(OIP)가 녹아 있는 제2 용액을 천천히 한방울씩 첨가하여 나노입자를 합성할 수 있다.
이 경우, 제1 용액을 제2 용액에 떨어뜨려 섞게 되면 용해도 차이로 인해 제2 용액에서 유무기 페로브스카이트(OIP)가 석출(precipitation)된다. 그리고 제2 용액에서 석출된 유무기 페로브스카이트(OIP)를 알킬 할라이드 계면활성제가 표면을 안정화하면서 잘 분산된 유무기 페로브스카이트 나노결정(OIP-NC)을 생성하게 된다. 따라서, 유무기 페로브스카이트 나노결정 및 이를 둘러싸는 복수개의 알킬할라이드 유기리간드들을 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자를 제조할 수 있다.
한편, 이러한 유무기 페로브스카이트 나노결정의 크기는 알킬 할라이드 계면활성제의 길이 또는 모양 요소(shape factor) 조절을 통해 제어할 수 있다. 예컨대, shape factor 조절은 선형, tapered 또는 역삼각 모양의 surfactant를 통해 크기를 제어할 수 있다.
한편, 이와 같이 생성되는 유무기 페로브스카이트 나노결정의 크기는 20 nm 이하인 것이 바람직하다. 만일 유무기 페로브스카이트 나노결정의 크기를 20 nm를 초과하여 형성할 경우 큰 나노결정 안에서 열적 이온화 및 전하 운반체의 비편재화에 의해서 엑시톤이 발광으로 가지 못하고 자유 전하로 분리되어 소멸되는 근본적인 문제가 있을 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자는, 역 나노-에멀젼(inverse nano-emulsion) 법을 통하여 제조할 수 있다.
구체적으로 이는, 비양성자성 용매에 알킬 할라이드 계면활성제가 녹아있는 제2 용액에 양성자성 용매에 유무기 하이브리드 페로브스카이트가 녹아있는 제1 용액을 한방울씩 첨가하는 것일 수 있다.
상기 양성자성 용매는 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide), 감마 부티로락톤(gamma butyrolactone) 또는 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이때의 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1 PbnI3n+1의 구조일 수 있다. 이때의 A는 유기암모늄 물질이고, 상기 B는 금속 물질이고, 상기 X는 할로겐 원소이다. 예를 들어, 상기 A는 (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, C6H5, CF3NH3, (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2일 수 있다. 또한, 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi 또는 Po일 수 있다. 이때의 희토류 금속 2가 희토류 금속일 수 있고, 예컨대 Ge, Sn, Pb, Eu 또는 Yb일 수 있다. 또한, 알칼리 토류 금속은 예컨대, Ca 또는 Sr일 수 있다. 또한, 상기 X는 Cl, Br 또는 I 일 수 있다.
한편, 이때의 페로브스카이트의 구조는 AX와 BX2의 비율별 조합으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 양성자성 용매에 AX 및 BX2를 2:1 비율로 녹여서 A2BX3유무기 하이브리드 페로브스카이트가 녹아있는 제1 용액을 준비할 수 있다.
한편, 이때의 AX의 합성예로서, A가 CH3NH3, X가 Br일 경우, CH3NH2(methylamine)과 HBr(hydroiodic acid)을 질소분위기에서 녹여 용매 증발을 통해 CH3NH3Br을 얻을 수 있다. 상기 제2 용액에 상기 제1 용액을 첨가하면, 용해도 차이로 인해 상기 제2 용액에서 유무기 하이브리드 페로브스카이트가 석출되고, 이러한 석출된 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 알킬 할라이드 계면활성제가 둘러싸면서 표면을 안정화하면서 잘 분산된 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정을 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자를 생성하는 것일 수 있다. 이때 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 표면은 알킬 할라이드인 유기 리간드들에 의해 둘러싸이게 될 수 있다.
이후, 알킬 할라이드 계면활성제가 녹아있는 비양성자성 용매에 분산되어 있는, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자를 포함한 양성자성 용매를 열을 가해 선택적으로 증발시키거나, 양성자성 용매와 비양성자성 용매와 모두 녹을 수 있는 코솔벤트(co-solvent)를 첨가하여 나노입자를 포함한 양성자성 용매를 선택적으로 비양성자성 용매로부터 추출하여 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자를 얻을 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 형성된 유무기 하이브리드 페로브스카이트는, 유기물 평면과 무기물 평면이 교대로 적층된 라멜라 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 다결정 또는 단결정 구조를 갖는 것일 수 있다.
상세하게는, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1 PbnI3n+1의 구조를 포함하며(여기서, 상기 n은 2 < n < 6의 범위임), 상기 A는 (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, C6H5, CF3NH3, (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2 이고(여기서, 상기 n은 1 이상인 정수임.), 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In 또는 Ti이고, 상기 X는 할로겐 원소인 것일 수 있다.
한편, 상기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자는 상술한 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정을 둘러싸는 복수개의 유기리간드들을 더 포함할 수 있다. 이때의 유기리간드들은 계면활성제로 사용된 물질로서, 알킬할라이드를 포함할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 석출되는 유무기 하이브리드 페로브스카이트의 표면을 안정화하기 위하여 계면활성제로 사용된 알킬할라이드가 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 표면을 둘러싸는 유기리간드가 될 수 있다.
한편, 만일, 이러한 알킬할라이드 계면활성제의 길이가 짧을 경우, 형성되는 나노결정의 크기가 커지게 되므로 20 nm를 초과하여 형성될 수 있고, 이 경우 큰 나노결정 안에서 열적 이온화 및 전하 운반체의 비편재화에 의해서 엑시톤이 발광으로 가지 못하고 자유 전하로 분리되어 소멸되는 근본적인 문제가 있을 수 있다. 즉, 형성되는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 크기와 이러한 나노 결정을 형성하기 위해 사용되는 알킬 할라이드 계면활성제의 길이는 반비례할 수 있다.
따라서, 일정 길이 이상의 알킬할라이드를 계면활성제로 사용함으로써, 형성되는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 크기를 일정 크기 이하로 제어할 수 있다. 예를 들어, 알킬할라이드 계면활성제로 옥타데실암모늄 브로마이드(octadecyl-ammonium bromide)를 사용하여 20 nm 이하의 크기를 가진 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정을 형성할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 형성된, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정이 형성된 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액을, 상기 게이트 절연막 상에 코팅하여 나노결정 박막으로 이루어진 반도체층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 구조이다.
도 1을 참조하면, 본 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정은 중심 금속을 가운데에 두고, 면심입방구조(face centered cubic; FCC)로 무기할라이드 물질(X)이 육면체의 모든 표면에 6개가 위치하고, 체심입방구조(body centered cubic; BCC)로 유기 암모늄(organic ammonium, OA)이 육면체의 모든 꼭지점에 8개가 위치한 구조를 형성하고 있다. 이때의 중심 금속은 M으로 도시하였으며, 유기 암모늄은 예를 들어, RNH3로 도시하였다.
이 때, 육면체의 모든 면이 90°를 이루며, 가로길이와 세로길이 및 높이길이가 같은 정육면체(cubic) 구조뿐만 아니라 가로길이와 세로길이는 같으나 높이 길이가 다른 정방정계(tetragonal) 구조를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차원적 구조는 중심 금속을 가운데에 두고, 면심입방구조로 무기할라이드 물질이 육면체의 모든 표면에 6개가 위치하고, 체심입방구조로 유기 암모늄이 육면체의 모든 꼭지점에 8개가 위치한 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정구조로서, 가로길이와 세로길이는 같으나 높이길이가 상기 가로길이 및 세로길이보다 1.5배 이상 긴 구조로 정의할 수 있다.
상기 반도체층을 형성하는 단계는 스핀코팅 공정을 사용할 수 있다. 스핀코팅을 공정을 사용할 경우, 상기 게이트 절연막, 또는 후술하는 기판 상에 반도체층 형성시, 균일한 형태로 반도체층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반도체층을 형성하는 단계는, 앵커링 용액 및 상기 유무기 페로브스카이트 나노결정을 포함하는 유무기 페로브스카이트 나노입자 용액을 준비하는 공정, 상기 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에, 상기 앵커링 용액을 스핀코팅하여 앵커링 에이전트층을 형성하는 공정, 및 상기 앵커링 에이전트층에 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자 용액을 스핀코팅하여 앵커링 반도체층을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
구체적으로 이는, 먼저, 앵커링 용액 및 상기 유무뮤기 페로브스카이트 나노결정을 포함하는 유무기 페로브스카이트 나노입자 용액을 준비할 수 있다.
상기 앵커링 용액은 앵커링(anchoring) 효과를 나타내는 점착성을 부여하는 수지를 포함하는 용액일 수 있다. 상기 앵커릴 용액은, 예를 들어, 3-머캅토프로피오닉산 에타노릭 용액(3-mercaptopropionic acid ethanilic solution)이 사용될 수 있다. 상기 앵커링 용액은 7wt% 내지 12wt%의 농도일 수 있다.
이 후, 상기 반도체층을 형성할 게이트 절연막 상에 상기 앵커링 용액을 스핀코팅하여 앵커링 에이전트층을 형성할 수 있다. 상기 스핀코팅 공정 수행시, 스핀코팅 속도는 1000rpm 내지 5000rpm일 수 있으며, 스핀코팅 시간은 15초 내지 150초일 수 있다. 스핀코팅 속도가 1000rpm 이하로 내려가거나, 스핀코팅 시간이 15초 이내로 짧아지면 박막이 불균일해지거나, 용매가 다 증발하지 않을 수 있다.
이 후, 상기 앵커링 에이전트층 상에 유무기 페로브스카이트 나노입자 용액을 스핀코팅하여 앵커링 발광층을 형성할 수 있다. 상기 앵커링 용액을 이용하여 상기 앵커링 발광층을 형성할 경우 더욱 조밀한(dense) 나노결정층을 형성할 수 있다.
이 후, 상기 앵커링 발광층 상에 가교제층을 형성할 수 있다. 가교제층을 형성할 경우, 더 조밀한 페로브스카이트 나노결정층을 형성할 수 있고, 리간드(ligand) 길이가 짧아져 나노결정으로의 전하 주입이 더 원활해져 발광 소자의 발광 효율 및 휘도가 증가하는 효과가 있다.
상기 가교제는 X-R-X 구조를 갖는 가교제가 바람직하며 일 예로, 1,2-에타네디티올(ethanedithiol)을 사용할 수 있다. 상기 가교제를 용해가 가능한 용매에 혼합하여 용액을 제조한 뒤, 스핀 코팅할 수 있다.
이 때, 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자 용액을 스핀코팅하는 단계 및 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자 용액을 스핀코팅된 층 상에 가교제층을 형성하는 단계를 교대로 반복하여 상기 발광층의 두께를 조절할 수 있다.
이 때, 스핀코팅 속도는 1000rpm 내지 5000rpm인 것이 바람직하며, 스핀코팅 시간은 15초 내지 150초일 수 있다. 스핀 코팅 속도가 1000rpm 이하로 내려가거나, 스핀코팅 시간이 15초 이내로 짧아지면 박막이 불균일해지거나, 용매가 다 증발하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액에 유기 반도체를 혼합하여 유무기 페로브스카이트-유기 반도체 용액을 제조하는 공정, 및 상기 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에, 상기 유무기 페로브스카이트-유기 반도체 용액을 스핀코팅하여 반도체층을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유무기 페로브스카이트-유기 반도체 용액을 스핀코팅하여 반도체층을 형성하는 공정에서, 상기 반도체층은, 상기 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에 유기; 반도체층 및 유무기 페로브스카이트 나노입자가 순차적으로 적층된 형태로 자가 형성(self-organization) 되는 것일 수 있다.
상세하게는, 먼저 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액에 유기 반도체를 혼합하여 유무기 페로브스카이트-유기 반도체 용액을 제조할 수 있다. 상기 유기 반도체는 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, TPQ1, TPQ2, Bphen(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)), BCP, BeBq2, BAlq, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민), TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센) 및 E3으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이 후, 상기 유무기 페로브스카이트-유기 반도체 용액을 스핀코팅하여 반도체층을 형성할 수 있다. 이 때, 스핀코팅 속도는 1000rpm 내지 5000rpm인 것이 바람직하며, 스핀코팅 시간은 15초 내지 150초일 수 있다. 스핀 코팅 속도가 1000rpm 이하로 내려가거나, 스핀코팅 시간이 15초 이내로 짧아지면 박막이 불균일해지거나, 용매가 다 증발하지 않을 수 있다.
이에, 본 발명의 반도체층은 상기 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에 유무기 페로브스카이트 나노결정을 포함하는 유무기 페로브스카이트 나노입자를 나노결정 박막을 형성할 수 있다. 이에, 나노입자 발광체 안에 FCC와 BCC를 합친 결정구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트가 형성되며, 유기평면과 무기평면이 교대로 적층이 되어있는 라멜라 구조를 형성하고 있으며, 무기평면에 엑시톤이 구속되어 높은 색순도를 낼 수 있다.
상기와 같이, 반도체층을 형성하는 경우, 기존 페로브스카이트 나노결정층에서 나노결정이 밀접하게 위치하였기 때문에 발생할 수 있는 엑시톤-엑시톤 소멸(exciton-exciton annihilation)을 방지할 수 있다. 또한, 바이폴러(bipoalr) 특성을 가지는 유기 호스트나 코-호스트(co-host)를 사용함으로써, 전자-정공 재결합 영역 (recombination zone)을 넓힐 수 있어 엑시톤-엑시톤 소멸(exciton-exciton annihilation)을 방지할 수 있다. 이에, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터가 높은 휘도에서 구동할 때 발생하는 롤오프(roll-off)를 줄일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 상기 반도체층을 형성하는 단계는, 반도체층 증착용 부재 상에 자기조립 단분자막을 형성하는 공정, 상기 자기조립 단분자막 상에 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액을 스핀코팅하여 유무기 페로브스카이트 나노입자층을 형성하는 공정, 및 스탬프를 이용하여 상기 기판 또는 상기 게이트 절연막 상에 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자층을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상세하게는, 먼저, 상기 반도체층 증착용 부재 상에 자기조립 단분자막을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 반도체층 증착용 부재 로는 실리콘 재질의 부재를 사용할 수 있다. 더 상세하게는 옥타데사일트리클로실란(octadecyltrichlorosilane, ODTS) 용액에 실리콘 네이티브 웨이퍼(Si native wafer)를 디핑(dipping)한 ODTS-treated 웨이퍼를 사용할 수 있다.
이 후, 상기 자기조립 단분자막 상에 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액을 스핀코팅하여 유무기 페로브스카이트 나노입자층을 형성할 수 있다. 그런 다음, 스탬프를 이용하여 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자층을 제2 반도체층 증착용 부재 상에 형성할 수 있다. 상기 스탬프는 실리콘 웨이퍼 위에, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)를 큐링하여 제조할 수 있다.
상기와 같이 반도체층을 형성하는 경우, 스탬핑 과정을 통해 상기 유무기 페로브스카이트 나노입자층을 형성함에 따라 기존 습식 공정(wet process)에서 문제가 됐던 기판 민감성(substrate sensitivity), 대면적 어셈블리(large-area assembly) 및 레이어-바이-레이어(layer-by-layer) 적층 공정의 어려움을 해결할 수 있다.
본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 제조하고자 하는 트랜지스터의 구조에 따라, 각각의 상기 기판, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계들을 수행하는 순서가 달라질 수 있다. 구체적으로 본 발명의 실시예에서 구현되는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 구조는, 바텀-게이트/탑-컨텍 구조, 바텀-게이트/바텀-컨텍 구조, 탑-게이트/탑-컨텍 구조, 또는 탑-게이트/바텀-컨텍 구조일 수 있다.
상기 기판은, 실시예에 따라, 상기 기판 상에 형성되는 전극, 반도체층 등의 지지체가 되는 것으로, 공지된 유기 발광 트랜지스터에 사용되는 기판을 모두 사용할 수 있다. 상기 기판은, 예를 들어, 탄소(C), 철(Fe), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 또는 스테인레스 스틸(SUS) 등의 금속 기판, 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테프 이미드(polyetherimide, PEI), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAR), 또는 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 플라스틱 기판, 또는 유리 기판일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 게이트 전극은, 금속, 전도성 고분자, 탄소 재료 도핑된 반도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 게이트 전극은, 예를 들어, 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 그래핀 또는 이들의 합금, 또는 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 또는 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide, IZO)와 같은 무기 산화막 소재 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 형성하는 것일 수 있다.
상기 게이트 절연막은 발광 트랜지스터의 안정성을 위해 상기 게이트 전극 및 상기 반도체층 사이에 형성하는 것으로, 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 티올기(-SH), 및 트리클로로실란기(-SiCl3) 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 자기 조립분자, 절연성 고분자, 무기 산화물, 고분자 전해질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에, 기판 상에 상기 게이트 전극, 및 상기 게이트 절연막을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 이는, 도 2a와 같이, 바텀(bottom)-게이트(gate)/탑(top)-컨텍(contact) 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법일 수 있다.
본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법의 다른 실시예에 있어서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에, 기판 상에 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 및 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 이는, 도 2b와 같이, 바텀(bottom)-게이트(gate)/바텀(bottom)-컨텍(contact) 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법일 수 있다.
본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법의 또다른 실시예에 있어서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 및 상기 반도체층 상에 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 이는, 도 2c와 같이, 탑(top)-게이트(gate)/탑(top)-컨텍(contact) 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법일 수 있다.
본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법의 다른 실시예에 있어서, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에, 기판 상에 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 반도체층 상에 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 이는, 도 2d와 같이, 탑(top)-게이트(gate)/바텀(bottom)-컨텍(contact) 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법일 수 있다.
상술한 각각의 실시예에서, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 형성하는 것은, 유기 나노와이어 리소그래피 (organic nanowire lithography), 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 열증착(thermal evaporation), 프린팅(printing), 소프트리소그래피(soft lithography) 및 스퍼터링(sputtering) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 형성하는 단계는, 상기 유기 나노와이어 리소그래피 방법을 이용하여 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 나노 와이어 리소그래피는, 패턴형성용 부재 상에 원형 또는 타원형의 단면을 가지고 있는 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴 상에 타겟물질층을 형성하는 단계, 및 상기 마스크 패턴을 제거하여 상기 마스크 패턴이 형성되지 않은 영역의 상기 타겟물질층을 잔류시키는 공정을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 타겟물질층은 형성하고자 하는 대상인 게이트 전극 형성을 위한 물질층일 수 있다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 나노와이어 리소그래피 공정순서를 나타낸 모식도이다.
먼저, 도 4(a)와 같이, 패턴형성용 부재(101) 상에 원형 또는 타원형의 단면을 가지고 있는 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴(111)을 형성할 수 있다.
이 후, 도 4(b)를 참조하면, 상기 마스크 패턴(111) 상에 타겟물질층(120)을 형성할 수 있다. 상기 타겟물질층은 도 4(b)와 같이, 상기 마스크 패턴(111) 상부 및 상기 패턴형성용 부재(101) 상에 형성될 수 있다.
그런 다음, 상기 마스크 패턴(111)을 제거하면, 도 4(c)와 같이, 상기 마스크 패턴이 형성되지 않은 영역의 상기 타겟물질층(121)이 잔류하게 될 수 있다. 이러한 방법을 이용하여, 본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터에 포함되는, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 형성할 수 있다.
상기 원형 또는 타원형의 단면을 가지고 있는 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴은, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅, 다이렉트 팁 드로잉(Direct tip drawing), 메니스커스 가이디드 다이렉트 라이팅(Meniscus-guided Direct Writing), 멜트 스피닝(Melt spinning), 웨트 스피닝(Wet spinning), 드라이 스피닝(Dry spinning), 겔 스피닝(Gel spinning), 또는 전기방사(Electrospinning) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
구체적으로 이는, 한국등록특허 제10-1407209호에 개시된 바와 같은, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터 장치를 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
도 5는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터에 대한 모식도이다.
도 5를 참조하면, 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 장치(100)는, 토출용 용액을 공급하는 용액 저장 장치(10), 상기 용액 저장 장치(10)로부터 공급받은 용액을 토출하는 노즐(30), 상기 노즐(30)에 고전압을 인가하는 전압 인가 장치(40), 상기 노즐(30)에서 토출되어 형성된 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어가 정렬되는, 편평하고 이동가능한 콜렉터(50), 상기 콜렉터(50) 밑에 설치되어 상기 콜렉터(50)를 x-y 방향(수평 방향)으로 움직일 수 있는 로봇 스테이지(robot stage)(60), z 방향(수직방향)으로 상기 노즐(30)과 상기 콜렉터(50) 사이의 거리를 조절하는 마이크로 거리 조절기, 및 상기 콜렉터(50)의 평면도를 유지하고 상기 로봇 스테이지(60)의 작동 중 발생하는 진동을 억제하도록 상기 로봇 스테이지(60) 밑에 위치한 석정반(61)을 포함하는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(100)를 사용하는 것일 수 있다.
상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터를 이용하여 앞서 상술한 유기 나노와이어 리소그래피를 수행할 수 있다. 구체적으로 이는, 도 5에 오른쪽 이미지와 같이 기판(101) 상에 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴(111)을 형성할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 반도체층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에, 상기 반도체층 상부 또는 하부에 전자 수송층, 및 정공 수송층 중에서 적어도 하나 이상의 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 바텀-게이트/탑-컨텍의 구조를 가진 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 경우, 도 3a와 같이, 상기 반도체층 하부에 상기 전자 수송층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 도 3b와 같이, 상기 반도체층 하부에 정공 수송층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 도 3c와 같이, 상기 반도체층 하부에 전자 수송층을 형성하고, 상기 반도체층 상부에는 정공 수송층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 도 3d와 같이, 상기 반도체층 하부에 정공 수송층을 형성하고, 상기 반도체층 상부에는 전자 수송층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상세하게는, 상기 전자 수송층은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 공지된 다양한 방법 중에서 임의로 선택된 방법에 따라 형성될 수 있다.
상기 전자 수송층 물질로는 공지된 전자 수송 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 수송층은 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄 (tris(8-hydroxyquinoline) aluminum : Alq3), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄(Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium : Balq), 비스(10-히드록시벤조 [h] 퀴놀리나토)베릴륨(bis(10-hydroxybenzo [h] quinolinato)-beryllium : Bebq2), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline : BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline : Bphen), 2,2,2(벤젠-1,3,5-트리일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)((2,2,2-(benzene-1,3,5-triyl)- tris(1-phenyl-1H-benzimidazole : TPBI), 3-(4-비페닐)-4-(페닐-5-tert-부틸페닐-1,2,4-트리아졸(3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole : TAZ), 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸(4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole : NTAZ), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline : NBphen), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보란(Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane : 3TPYMB), 페닐-디파이레닐포스핀 옥사이드(Phenyl-dipyrenylphosphine oxide : POPy2), 3,3,5,5테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐(3,3',5,5'-tetra[(m-pyridyl)-phen-3-yl]biphenyl : BP4mPy), 1,3,5-트리[(3-피리딜)-펜-3-일]벤젠(1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene : TmPyPB), 1,3-비스[3,5-디(피리딘-3-일)페닐]벤젠 (1,3-bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene : BmPyPhB), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨 (Bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium : Bepq2), 디페닐비스(4-(피리딘-3-일)페닐)실란 (Diphenylbis(4-(pyridin-3-yl)phenyl)silane : DPPS) 및 1,3,5-트리(p-피리드-3-일-페닐)벤젠(1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene : TpPyPB), 1,3-비스[2-(2,2비피리딘-6-일)-1,3,4-옥사디아조-5-일]벤젠(1,3-bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene : Bpy-OXD), 6,6비스[5-(비페닐-4-일)-1,3,4-옥사디아조-2-일]-2,2비피리딜(6,6'-bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl : BP-OXD-Bpy)등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 정공 수송층은, 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 공지된 다양한 방법 중에서 임의로 선택된 방법에 따라 형성될 수 있다. 이 때, 진공 증착법을 선택할 경우, 증착 조건은 목적 화합물, 목적으로 하는 층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 100℃ 내지 500℃의 증착 온도 범위, 10-10 내지 10-3torr의 진공도 범위, 0.01Å/sec 내지 100Å/sec의 증착 속도 범위 내에서 선택될 수 있다. 한편, 스핀코팅법을 선택할 경우, 코팅 조건은 목적 화합물, 목적하는 하는 층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 2000rpm 내지 5000rpm의 코팅 속도 범위, 80℃ 내지 200℃의 열처리 온도(코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도) 범위 내에서 선택될 수 있다.
상기 정공 수송층 재료는 정공 주입보다는 정공을 보다 잘 수송할 수 있는 재료들 중에서 선택될 수 있다. 상기 정공 수송층은 공지된 정공 수송 재료를 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어, 방향족 축합환을 갖는 아민계 물질일 수 있고 트리페닐 아민계 물질일 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 정공 수송성 물질은 , 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠(1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene: MCP), 1,3,5-트리스(카바졸-9-일)벤젠(1,3,5-tris(carbazol-9-yl)benzene : TCP), 4,4',4"-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(carbazol-9-yl)triphenylamine : TCTA), 4,4'-비스(카바졸-9-일)비페닐(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl: CBP), N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)벤지딘(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine : NPB), N,N'-비스(나프탈렌-2-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(N,N'-bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine : β-NPB), N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-2,2'-디메틸벤지딘(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine : α-NPD), 디-[4,-(N,N-디톨일-아미노)-페닐]시클로헥산(Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexane : TAPC), N,N,N',N'-테트라-나프탈렌-2-일-벤지딘(N,N,N',N'-tetra-naphthalen-2-yl-benzidine:β-TNB) 및 N4,N4,N4',N4'-tetra(biphenyl-4-yl)biphenyl-4,4'-diamine(TPD15), poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-N,N'-(4-butylphenyl)-bis-N,N'-phenyl-1,4-phenylenediamine)(PFB), poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)(TFB), poly(9,9'-dioctylfluorene-co-bis-N,N'-(4-butylphenyl)-bis-N,N'-phenylbenzidine)(BFB), poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-N,N'-(4-methoxyphenyl)-bis-N,N'-phenyl-1,4-phenylenediamine)(PFMO) 등을 예로 들 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층의 두께는 5nm 내지 100nm, 예를 들면, 10nm 내지 60nm일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 구동 전압의 상승없이 우수한 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터
본 발명의 다른 측면은, 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층, 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극, 게이트 전극, 및 상기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 형성된 게이트 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제공할 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 상술한 "유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법"에 의해 제조된 것이므로, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터에 관해서는 상기 "유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법" 항목에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 이에, 본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 상기 "유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법"의 설명을 원용하여 상세한 설명은 생략하도록 하고, 이하에서는 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 특이적인 구성에 대해서 설명할 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 유기물 평면과 무기물 평면이 교대로 적층된 라멜라 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는, 상술한 도 1과 같이, FCC와 BCC를 합친 결정구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정이 형성되며, 유기평면과 무기평면이 교대로 적층이 되어있는 라멜라 구조를 형성하고 있어, 무기평면에 엑시톤이 구속되어 높은 색순도를 낼 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1 PbnI3n+1의 구조를 포함하며(여기서, 상기 n은 2 < n < 6의 범위임), 상기 A는 (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, C6H5, CF3NH3, (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2 이고(여기서, 상기 n은 1 이상인 정수임.), 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In 또는 Ti이고, 상기 X는 할로겐 원소인 것일 수 있다.
상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극은, 금속, 전도성 고분자, 탄소 재료 도핑된 반도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 게이트 절연막은, 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 티올기(-SH), 및 트리클로로실란기(-SiCl3) 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 자기 조립분자, 절연성 고분자, 무기 산화물, 고분자 전해질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는, 바텀-게이트/탑-컨텍, 바텀-게이트/바텀-컨텍, 탑-게이트/탑-컨텍, 또는 탑-게이트/바텀-컨텍 구조인 것일 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 바텀-게이트/탑-컨텍 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 기판(110) 상에 상기 게이트 전극(310) 및 상기 게이트 절연막(410)이 순차적으로 배치되고, 상기 게이트 절연막(410) 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(210)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 반도체층(210) 상에는 소스 전극(510) 및 드레인 전극(610)이 상기 반도체층(210)과 전기적으로 접속하여 배치될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 바텀-게이트/바텀-컨텍 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 기판(120) 상에 상기 게이트 전극(320) 및 상기 게이트 절연막(420)이 순차적으로 배치되고, 상기 게이트 절연막(420) 상에 소스 전극(520) 및 드레인 전극(620)을 배치될 수 있다. 상기 소스 전극(520) 및 드레인 전극(620)과 전기적으로 접속되도록 상기 소스 전극(520) 및 드레인 전극(620)을 덮는 형태로 상기 게이트 절연막(420) 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(220)이 배치될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에서, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 탑-게이트/탑-컨텍 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 기판(130) 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(230)이 배치될 수 있고, 상기 반도체층(230) 상에는 소스 전극(530) 및 드레인 전극(630)이 상기 반도체층(230)과 전기적으로 접속하여 배치될 수 있다. 상기 상기 소스 전극(530) 및 드레인 전극(630)을 덮는 형태로 게이트 절연막(430)이 배치될 수 있으며, 상기 게이트 절연막(430) 상에 게이트 전극(330)이 배치될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 탑-게이트/바텀-컨텍 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 기판(140) 상에 소스 전극(540) 및 드레인 전극(630)이 배치될 수 있고, 상기 소스 전극(540) 및 드레인 전극(630)과 전기적으로 접속될 수 있도록 상기 소스 전극(540) 및 드레인 전극(630)을 덮는 형태로 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(240)이 배치될 수 있다. 상기 반도체층(240) 상에는 게이트 절연막(440)이 배치될 수 있으며, 상기 게이트 절연막(440) 상에는 게이트 전극(340)이 배치될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층을 다양한 구조에 적용시킬 수 있다.
상기 반도체층 상부 또는 하부에 배치되는, 전자수송층 및 정공수송층 중에서 적어도 어느 하나의 층을 더 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 구조를 나타낸 모식도이다.
구체적으로 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바텀-게이트/탑-컨텍의 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터 경우에, 상기 발광 트랜 지스터 내의 상기 반도체층 상부 또는 하부에 배치되는, 전자 수송층 및 정공 수송층 중에서 적어도 어느 하나의 층을 더 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체층(250) 하부에 전자 수송층(750)이 더 배치될 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 기판(150) 상에 게이트 전극(350), 게이트 절연막(450)이 순차적으로 배치되고, 상기 게이트 절연막(450) 상에 상기 반도체층(250)이 배치되기 전에 상기 전자 수송층(750)이 먼저 배치되고, 상기 전자 수송층(750) 상에 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(250)이 배치될 수 있다. 이 후, 상기 반도체층(250) 상에 상기 반도체층(250)과 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층(250)의 일단 및 타단에 소스 전극(550) 및 드레인 전극(650)이 배치될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 반도체층(260) 하부에 정공 수송층(860)이 더 배치될 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 기판(160) 상에 게이트 전극(360), 게이트 절연막(460)이 순차적으로 배치되고, 상기 게이트 절연막(460) 상에 상기 반도체층(260)이 배치되기 전에 정공 수송층(860)이 먼저 배치되고, 상기 정공 수송층(860) 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(260)이 배치될 수 있다. 이 후, 상기 반도체층(260) 상에 상기 반도체층(260)과 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층(260)의 일단 및 타단에 소스 전극(560) 및 드레인 전극(660)이 배치될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 상기 반도체층(270) 하부에 전자 수송층(770)이 배치되고, 상기 반도체층(270) 상부에 정공 수송층(870)이 더 배치될 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 기판(170) 상에 게이트 전극(370), 게이트 절연막(470)이 순차적으로 배치되고, 상기 게이트 절연막(470) 상에 전자 수송층(770)이 먼저 배치되고, 배치된 상기 전자 수송층(770) 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(270)이 배치될 수 있다. 이 후, 상기 반도체층(270) 상에 정공 수송층(870)이 배치되고, 상기 정공 수송층(870)의 일단 및 타단에 소스 전극(570) 및 드레인 전극(670)이 배치될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 반도체층(280) 하부에 정공 수송층(880)이 배치되고, 상기 반도체층 상부(280)에 전자 수송층(780)이 더 배치될 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 기판(180) 상에 게이트 전극(380), 게이트 절연막(480)이 순차적으로 배치되고, 상기 게이트 절연막(480) 상에 정공 수송층(880)이 먼저 배치되고, 배치된 상기 정공 수송층(880) 상에 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(280)이 배치될 수 있다. 이 후, 상기 반도체층(280) 상에 전자 수송층(780)이 배치되고, 상기 전자 수송층(780)의 일단 및 타단에 소스 전극(580) 및 드레인 전극(680)이 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터가, 상술한 바텀-게이트/탑-컨텍 이외에, 바텀-게이트/바텀-컨텍, 탑-게이트/탑-컨텍, 또는 탑-게이트/바텀-컨텍 구조를 갖는 경우에도 상술한 도 3a 내지 도 3d와 같이, 상기 반도체층 상부 또는 하부에 전자 수송층 및 정공 수송층 중에서 적어도 어느 하나의 층이 배치될 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 다결정 또는 단결정 구조를 갖는 것일 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층이 배치된 발광 트랜지스터를 나타낸 모식도이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층을 바텀-게이트/바텀-컨텍 구조로 배치시킬 수 있다. 구체적으로, 기판(101) 상에 게이트 전극(301) 및 게이트 절연막(401)을 순차적으로 배치시키고, 상기 게이트 절연막(401)의 일단 및 타단에 소스 전극(501) 및 드레인 전극(601)을 배치시킬 수 있다. 상기 소스 전극(501) 및 드레인 전극(601)과 전기적으로 접속되도록 상기 소스 전극(501) 및 드레인 전극(601)을 덮는 형태로 상기 다결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(201)이 배치될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층을 바텀-게이트/탑-컨텍 구조로 배치시킬 수 있다. 구체적으로, 기판(102) 상에 게이트 전극(302) 및 게이트 절연막(402)을 순차적으로 배치시키고, 상기 게이트 절연막(402) 상에 상기 다결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(202)이 배치될 수 있다. 이 후, 상기 반도체층(202)과 상기 소스 전극(502) 및 드레인 전극(602)과 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층(202)의 일단 및 타단에 소스 전극(502) 및 드레인 전극(602)을 배치시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층이 배치된 발광 트랜지스터를 나타낸 모식도이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층을 바텀-게이트/바텀-컨텍 구조로 배치시킬 수 있다. 구체적으로, 기판(103) 상에 게이트 전극(302) 및 게이트 절연막(403)을 순차적으로 배치시키고, 상기 게이트 절연막(403)의 일단 및 타단에 소스(503) 전극 및 드레인 전극(603)을 배치시킬 수 있다. 상기 소스 전극(503) 및 드레인 전극(603)과 전기적으로 접속되도록 상기 소스 전극(503) 및 드레인 전극(603) 상에, 도 7a와 같은 형태로 상기 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(203)이 배치될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층을 바텀-게이트/탑-컨텍 구조로 배치시킬 수 있다. 구체적으로, 기판(104) 상에 게이트 전극(304) 및 게이트 절연막(404)을 순차적으로 배치시키고, 상기 게이트 절연막(404) 상부 중앙에 상기 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층(204)이 배치될 수 있다. 이 후, 상기 반도체층(204)과 상기 소스 전극(504) 및 드레인 전극(604)과 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층(204)의 일단 및 타단 영역의 일부를 접촉하는 형태로 상기 소스 전극(504) 및 드레인 전극(604)을 배치시킬 수 있다.
상기와 같이, 단결정 구조를 갖는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층을 바텀-게이트/탑-컨텍 구조로 배치시키는 경우, 채널 길이(channel length)는 1㎛ 이하일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
<실시예1>
본 발명의 일 실시예에 따른 Bottom-gate top-contact 구조를 가지는 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다. 먼저 Si/SiO2 (300nm) 기판 위에 CH3NH3PbBr3/DMF 용액을 스핀 코팅하여 반도체층을 형성하였다. 그런 다음 상기 반도체층 위에 channel width = 1500㎛, channel length = 50㎛인 소스 및 드레인 전극 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Ti를 3nm, Au를 50nm 증착하여 소스 및 드레인 전극을 형성하였다.
<실시예2>
본 발명의 일 실시예에 따른 Bottom-gate bottom-contact 구조를 가지는 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다. 먼저 Si/SiO2 (300nm) 기판 위에 channel width = 1500㎛, channel length = 50㎛인 소스 및 드레인 전극 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Ti를 3nm, Au를 50nm 증착하여 소스 및 드레인 전극을 형성하였다. 그리고 CH3NH3PbBr3/DMF 용액을 상기 소스 및 드레인 전극 위에 스핀 코팅하여 반도체층을 형성하였다.
<실시예3>
본 발명의 일 실시예에 따른 Top-gate top-contact 구조를 가지는 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다. 먼저 Si/SiO2 (300nm) 기판 위에 CH3NH3PbBr3/DMF 용액을 스핀 코팅하여 반도체층을 형성하였다. 그런 다음 상기 반도체층 위에 channel width = 1500㎛, channel length = 50㎛인 소스 및 드레인 전극 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Ti를 3nm, Au를 50nm 증착하여 소스 및 드레인 전극을 형성하였다. 그런 뒤, 상기 반도체층 및 소스/드레인 전극 위에 PMMA를 스핀코팅하여 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위에 게이트 마스크 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Au를 15nm 증착하여 게이트 전극을 형성하였다.
<실시예4>
본 발명의 일 실시예에 따른 Top-gate bottom-contact 구조를 가지는 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다. 먼저 Si/SiO2 (300nm) 기판 위에 channel width = 1500㎛, channel length = 50㎛인 소스 및 드레인 전극 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Ti를 3nm, Au를 50nm 증착하여 소스 및 드레인 전극을 형성하였다. 상기 소스/드레인 전극 위에 CH3NH3PbBr3/DMF 용액을 스핀 코팅하여 반도체층을 형성하였다. 그런 다음 상기 반도체층 위에 그런 뒤, 상기 반도체층 위에 PMMA를 스핀코팅하여 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위에 게이트 마스크 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Au를 15nm 증착하여 게이트 전극을 형성하였다.
<실시예5>
상기 게이트 절연막과 반도체층 사이에 전자수송층으로서 TPBi를 50nm 증착한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 통해 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다.
<실시예6>
상기 게이트 절연막과 반도체층 사이에 정공수송층으로서 TAPC를 50nm 증착한다는 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 과정을 통해 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다.
<실시예7>
상기 게이트 절연막과 반도체층 사이에 전자수송층으로서 TPBi를 50nm 증착하고, 반도체층과 소스/드레인 전극 사이에 정공수송층으로서 TAPC를 50nm 증착한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 통해 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다.
<실시예8>
상기 게이트 절연막과 반도체층 사이에 정공수송층으로서 TAPC를 50nm 증착하고, 반도체층과 소스/드레인 전극 사이에 전자수송층으로서 TPBi를 50nm 증착한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 통해 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다.
<실시예9>
본 발명의 일 실시예에 따른 Bottom-gate bottom-contact 구조를 가지는 단결정 기반 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다. 먼저 Si/SiO2 (300nm) 기판 위에 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅을 이용하여 지름이 약 400nm인 P3HT 나노와이어 어레이를 5.5mm 간격으로 프린팅하여 형성하였다. 형성된 나노와이어 어레이 상에 소스/드레인 전극 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Ti를 3nm, Au를 50nm 증착하여 소스 및 드레인 전극을 형성하였다. 그리고 상기 나노와이어 어레이를 테이핑 방법을 이용하여 제거하여 400nm의 미세 채널을 형성하였다. 그리고 CH3NH3PbBr3/DMF 용액을 상기 소스/드레인 전극 위에 스핀 코팅하여 CH3NH3PbBr3 단결정을 미세 채널 영역에 위치시킴으로써 단결정 기반 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다.
<실시예10>
본 발명의 일 실시예에 따른 Bottom-gate top-contact 구조를 가지는 단결정 기반 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다.
먼저 Si/SiO2 (300nm) 기판 위에 CH3NH3PbBr3/DMF 용액을 스핀코팅하여 단결정이 흩뿌려져 있는 형태의 반도체층을 형성하였다. 그런 다음, 상기 반도체층 위에 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅을 이용하여 지름이 약 400nm인 P3HT 나노와이어 어레이를 5.5mm 간격으로 프린팅하여 형성하였다. 형성된 나노와이어 어레이 상에 소스/드레인 전극 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 붙이고 Ti를 3nm, Au를 50nm 증착하여 소스 및 드레인 전극을 형성하였다. 그리고 상기 나노와이어 어레이를 테이핑 방법을 이용하여 제거하여 400nm의 미세 채널을 형성하여 단결정 기반 유/무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터를 제조하였다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110,120,130,140,150,160,170,180,101,102,103,104: 기판
210,220,230,240,250,260,270,280,201,202,203,204: 반도체층
310,320,330,340,350,360,370,380,301,302,303,304: 게이트 전극
410,420,430,440,450,460,470,480,401,402,403,404: 게이트 절연막
510,520,530,540,550,560,570,580,501,502,503,504: 소스 전극
610,620,630,640,650,660,670,680,601,602,603,604: 드레인 전극
750,770,780: 전자 수송층
860,870,880: 정공 수송층
210,220,230,240,250,260,270,280,201,202,203,204: 반도체층
310,320,330,340,350,360,370,380,301,302,303,304: 게이트 전극
410,420,430,440,450,460,470,480,401,402,403,404: 게이트 절연막
510,520,530,540,550,560,570,580,501,502,503,504: 소스 전극
610,620,630,640,650,660,670,680,601,602,603,604: 드레인 전극
750,770,780: 전자 수송층
860,870,880: 정공 수송층
Claims (18)
- 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층;
상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극;
게이트 전극; 및
상기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 형성된 게이트 절연막을 포함하며,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 반도체층은 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정 및 이를 둘러싸는 복수개의 알킬할라이드 유기리간드들을 포함하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자를 포함하고,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 크기는 0 nm 초과 및 20 nm 이하인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 유기물 평면과 무기물 평면이 교대로 적층된 라멜라 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 다결정 또는 단결정 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1 PbnI3n+1의 구조를 포함하며(여기서, 상기 n은 2 < n < 6의 범위임),
상기 A는 (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, C6H5, CF3NH3, (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2 이고(여기서, 상기 n은 1 이상인 정수임.),
상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In 또는 Ti이고,
상기 X는 할로겐 원소인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극은,
금속, 전도성 고분자, 탄소 재료 도핑된 반도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 게이트 절연막은,
카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 티올기(-SH), 및 트리클로로실란기(-SiCl3) 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 자기 조립분자, 절연성 고분자, 무기 산화물, 고분자 전해질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터는, 바텀-게이트/탑-컨텍, 바텀-게이트/바텀-컨텍, 탑-게이트/탑-컨텍, 또는 탑-게이트/바텀-컨텍 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층 상부 또는 하부에 배치되는,
전자 수송층 및 정공 수송층 중에서 적어도 어느 하나의 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터. - 게이트 전극, 반도체층, 상기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 배치하는 게이트 절연막, 및 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 배치하는 발광 트랜지스터의 제조방법에 있어서,
기판 또는 상기 게이트 절연막 상에, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정이 형성된 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액을 코팅하여 나노결정 박막으로 이루어진 반도체층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정이 형성된 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노입자를 포함하는 용액은, 양성자성 용매에 유무기 하이브리드 페로브스카이트가 녹아있는 제1 용액 및 비양성자성 용매에 알킬 할라이드 계면활성제가 녹아있는 제2 용액을 준비하고, 상기 제1 용액을 상기 제2 용액에 섞어 형성된 나노입자를 포함하고,
상기 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정의 크기는 0 nm 초과 및 20 nm 이하인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 반도체층을 형성하는 단계는,
스핀코팅 공정을 사용하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에,
기판 상에 상기 게이트 전극, 및 상기 게이트 절연막을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에,
상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에,
기판 상에 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 및 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에,
상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
상기 반도체층 상에 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 반도체층을 형성하는 단계 이전에,
기판 상에 상기 반도체층의 일단 및 타단에 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 반도체층을 형성하는 단계 이후에,
상기 반도체층 상에 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 형성하는 단계는, 각각, 독립적으로, 유기 나노와이어 리소그래피 (organic nanowire lithography), 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin-coating), 딥코팅(dip-coating), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 열증착(thermal evaporation), 프린팅(printing), 소프트리소그래피(soft-lithography) 및 스퍼터링(sputtering) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 유기 나노와이어 리소그래피는,
패턴형성용 부재 상에 원형 또는 타원형의 단면을 가지고 있는 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴 상에 타겟물질층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 패턴을 제거하여 상기 마스크 패턴이 형성되지 않은 영역의 상기 타겟물질층을 잔류시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 원형 또는 타원형의 단면을 가지고 있는 유기 와이어 또는 유무기 하이브리드 와이어 마스크 패턴은,
전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅, 다이렉트 팁 드로잉(Direct tip drawing), 메니스커스 가이디드 다이렉트 라이팅(Meniscus-guided Direct Writing), 멜트 스피닝(Melt spinning), 웨트 스피닝(Wet spinning), 드라이 스피닝(Dry spinning), 겔 스피닝(Gel spinning), 또는 전기방사(Electrospinning) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 반도체층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에,
상기 반도체층 상부 또는 하부에 전자 수송층, 및 정공 수송층 중에서 적어도 하나 이상의 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 트랜지스터의 제조방법.
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000260999A (ja) * | 1999-03-03 | 2000-09-22 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 半導体チャネルとして有機／無機混成材料を有する薄膜トランジスタ |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000260999A (ja) * | 1999-03-03 | 2000-09-22 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 半導体チャネルとして有機／無機混成材料を有する薄膜トランジスタ |
Non-Patent Citations (1)
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| KIM, Y. H. et al. `Multicolored Organic/Inorganic Hybrid Perovskite Light-Emitting Diodes.` Adv. Master. 2014 DOI:10.1002/adma.201403751, 21 September 2014* |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023224434A1 (ko) * | 2022-05-20 | 2023-11-23 | 서울대학교산학협력단 | 저전압 유기 발광 시냅스 소자 및 이를 포함하는 자극 감응형 뉴로모픽 디스플레이 장치 |
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