KR101743753B1 - 표면 개질된 pema 절연막, pema 절연막의 표면 개질 방법 및 이를 적용한 유기박막 트랜지스터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 박막 트랜지스터용 절연막에 있어서, 상기 절연막 표면의 일부가 특정 화학식과 같은 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride)) 절연막은 표면의 알킬기로 인해 낮은 표면 에너지를 나타내어, PEMA 절연막 상부에 성장하는 유기 반도체의 결정성이 향상되는 효과가 있다. 나아가, 본 발명에 따른 PEMA 절연막의 표면 개질 방법은 유전율은 높지만 표면 특성이 좋지 않은 PEMA를 알킬아민을 통해 표면 개질하여, 소수성을 향상시키고 표면 에너지를 감소시키는 장점이 있다. 더욱 나아가, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터는 표면 개질된 PEMA 게이트 절연막으로 인해 전하 이동도와 같은 소자 특성이 향상되는 장점이 있다.
Description
본 발명은 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막, PEMA 절연막의 표면 개질 방법 및 이를 적용한 유기박막 트랜지스터에 관한 것이다.
일반적으로 유기박막 트랜지스터의 절연체로는 무기물인 실리콘 디옥사이드 (SiO2)등이 사용되며 유기물로는 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐페놀(PVP), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 및 폴리이미드(PI) 등의 물질이 이용되고 있다. 절연체는 유기반도체와 계면을 형성하게 되므로 절연체의 계면특성에 따라 유기반도체의 결정성, 형태등이 좌우되기 때문에 최종 유기박막 트랜지스터의 소자특성에 핵심적인 부분이다.
종래 절연체 표면 처리 방법에 있어서 대표적 무기절연체인 실리콘 디옥사이드(SiO2)의 경우 표면을 자기조립박막(self assembly monolayer:SAM) 기술을 이용하여 알킬 실란을 도입하는 기술이 가장 많이 보고가 되었다(Adv. Mater. 2006, 18, 719, J. Appl. Phys. 2004, 95, 6431, Langmuir, 1994, 10, 3607, Langmuir, 1991, 7, 2236, J. Am. Chem. Soc. 1998, 10, 6136).
즉 알킬 실란을 도입함으로 인해서 절연체 표면의 평탄화도를 개선시키고 무엇보다도 표면에 알킬 사슬을 도입함으로 인해 표면의 친수성(hydrophilic) 성질을 소수성(hydrophobic)으로 개질함으로 인해 소수성 성질의 펜타센(pentacene)과 같은 유기반도체와의 접합성을 높이고 유기반도체의 높은 결정성을 유도하여 트랜지스터의 특성을 향상시키는 방법이 가장 대표적이다.
그러나, 유기절연체의 경우에는 일반적으로 자기조립박막 기술을 이용한 표면 처리 방법이 보편적이지 못하다. 우선 유기절연체로 사용되는 물질 자체에 하이드록시 작용기가 필요하며 또한 알킬실란을 자기조립박막 기술을 이용해 도입하는 방법은 알킬실란을 포함하는 유기용매에 유기절연체박막을 딥핑하는 방법을 이용하게 되는데 이는 유기절연체 박막의 유기용매에 의한 손상을 발생시키는 문제점이있어 왔다.
최근 유기절연체로서 내화학성 및 열안정성 등이 우수한 폴리이미드 고분자에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 폴리이미드 유기절연체의 경우 표면 특성은 폴리이미드 고분자의 구조적인 조절이나 소수성 곁사슬을 가지는 고분자와의 블랜드 등의 방법을 통해서 조절하는 방법이 보고되었다(Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 173501, J. Appl. Phys. 2006, 99, 073711).
하지만 유기절연체 박막의 손상 없이 화학적 결합을 통해 표면에 소수성의 물질을 도입하여 표면특성을 개질함으로서 궁극적으로 유기반도체와의 접합성 및 트랜지스터 특성을 향상시킬 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
이에, 본 발명자들은 양호한 유전율을 갖지만 표면 특성이 좋지 못한 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 알킬아민을 통해 표면 개질함으로써, 표면 소수성 및 PEMA 절연막에 성장하는 유기 반도체의 결정성을 변화시켜, 이에 제조된 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 표면 소수성이 향상된 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막 및 이의 표면 개질 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 박막 트랜지스터용 절연막에 있어서,
상기 절연막 표면의 일부가 하기 화학식 1과 같은 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막을 제공한다.
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서,
상기 R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다.)
또한 본 발명은
폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 절연막 상부에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 상기 절연막 표면에 알킬기를 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법을 제공한다.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다.)
나아가, 본 발명은
기판;
상기 기판 상부에 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 및 상기 기판 상부에 형성된 제1항의 박막 트랜지스터용 절연막을 포함하는 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상부에 형성된 유기 반도체;
상기 유기반도체 상부에 형성된 소스(source) 전극; 및 드레인(drain) 전극;을 포함하는 유기박막 트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명은
기판 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계(단계 a);
상기 기판 및 상기 게이트 전극 상부에 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성한 후, 상기 절연막 상부에 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 표면 개질된 게이트 절연막을 형성하는 단계(단계 b);
상기 게이트 절연막 상부에 유기 반도체를 형성하는 단계(단계 c);
상기 유기 반도체 상부에 소스(source) 전극 및 드레인(drain) 전극을 형성하는 단계(단계 d);를 포함하는 유기박막 트랜지스터 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 알킬아민(alkylamine)으로 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride)) 절연막은 표면의 알킬기로 인해 낮은 표면 에너지를 나타내어, PEMA 절연막 상부에 성장하는 유기 반도체의 결정성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 PEMA 절연막의 표면 개질 방법은 유전율은 높지만 표면 특성이 좋지 않은 PEMA를 알킬아민을 통해 표면 개질하여, 소수성을 향상시키고 표면 에너지를 감소시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터는 표면 개질된 PEMA 게이트 절연막으로 인해 전하 이동도와 같은 소자 특성이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 절연막 및 이의 표면 개질 방법의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이고,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 표면 형상을 원자간력 현미경(AFM)을 통해 나타낸 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2 및 비교예 2의 주파수에 따른 정전 용량과, 전기장에 따른 누설 전류 밀도를 측정한 그래프이고,
도 5는 본 발명에 따른 실시예 3, 실시예 4, 비교예 3 및 비교예 4의 모폴로지를 원자간력 현미경(AFM)을 통해 나타낸 사진이고
도 6은 본 발명에 따른 실시예 4 및 비교예 4를 X선 회절 분석기를 통해 분석한 그래프이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 5 및 비교예 5의 드레인 전압에 따른 드레인 전류를 일정 게이트 전압 조건에서 측정한 그래프이고,
도 8은 본 발명에 따른 실시예 5 및 비교예 5의 전기적 특성을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이고,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 표면 형상을 원자간력 현미경(AFM)을 통해 나타낸 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2 및 비교예 2의 주파수에 따른 정전 용량과, 전기장에 따른 누설 전류 밀도를 측정한 그래프이고,
도 5는 본 발명에 따른 실시예 3, 실시예 4, 비교예 3 및 비교예 4의 모폴로지를 원자간력 현미경(AFM)을 통해 나타낸 사진이고
도 6은 본 발명에 따른 실시예 4 및 비교예 4를 X선 회절 분석기를 통해 분석한 그래프이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 5 및 비교예 5의 드레인 전압에 따른 드레인 전류를 일정 게이트 전압 조건에서 측정한 그래프이고,
도 8은 본 발명에 따른 실시예 5 및 비교예 5의 전기적 특성을 측정한 그래프이다.
본 발명은
폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 박막 트랜지스터용 절연막에 있어서,
상기 절연막 표면의 일부가 하기 화학식 1과 같은 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막을 제공한다.
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서,
상기 R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다.)
이때, 도 1에 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 절연막의 일례를 모식도를 통해 개략적으로 나타내었으며,
이하, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 절연막에 대하여 상세히 설명한다.
상기 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막은 유전 특성이 우수하나, 표면 특성이 양호하지 못하여 상기 PEMA 표면 상으로 성장하는 유기반도체의 결정성이 좋지 못한 결과를 나타내었고, 트랜지스터의 절연막 등으로 사용하기 어려운 문제점이 있었다. 다만, 본 발명에서는 알킬아민(alkylamine) 통해 표면을 개질하여, 표면에 알킬기를 형성시키고 소수성을 증가시킬 수 있다.
상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막은 알킬 아민과 용매가 혼합된 용액을 PEMA 절연막 표면에 도포한 후, 스핀 코팅 및 열처리를 통해 표면 개질이 이루어질 수 있으며, 구체적인 방법은 하기 PEMA 절연막의 표면 개질 방법에 후술한다.
상기 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)는 교대(alternating) 코폴리머, 랜덤(random) 코폴리머, 블록(block) 코폴리머 및 그라프트(graft) 코폴리머일 수 있으나, 교대(alternating) 코폴리머인 폴리(에틸렌-알트-말레익 안하이드라이드)인 것이 표면 알킬기를 형성함에 있어서 가장 바람직하다.
상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막 표면에 C6 내지 C14의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있고, C7 내지 C13의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있으며, C8 내지 C12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있으나, 표면 소수성을 향상시킬 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 표면 알킬기로 인해 표면 에너지가 감소되고, 소수성이 향상되어, 표면에 유기 반도체가 성장할 시 결정성을 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 거칠기는 0.37 nm 내지 0.43 nm일 수 있고, 0.39 nm 내지 0.41 nm일 수 있다.
또한, 박막 트랜지스터용 PEMA 절연막의 표면 거칠기는 표면 개질하지 않은 PEMA 절연막의 표면 거칠기와 차이가 미소할 수 있어, 표면 개질 유무에 상관없이 매끄러운 표면을 가질 수 있으며, 표면 개질로 인한 표면 손상은 미미할 수 있다.
나아가, 상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 접촉각은 72 ° 내지 84 °일 수 있고, 73 ° 내지 83 °일 수 있으며, 74 ° 내지 82 °일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 접촉각일 수 있는 61 ° 내지 63 °에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 향상된 접촉각을 나타낼 수 있다.
더욱 나아가, 상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 표면 장력은 35.6 dyn/cm 내지 43.6 dyn/cm 일 수 있고, 36.6 dyn/cm 내지 42.6 dyn/cm 일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 표면 장력일 수 있는 44.0 dyn/cm 내지 46.0 dyn/cm에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 낮은 표면장력을 나타낼 수 있다.
상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 두께는 40 nm 내지 80 nm일 수 있고, 45 nm 내지 75 nm일 수 있으며, 50 nm 내지 70 nm일 수 있으나, 양호한 유전율을 나타낼 수 있는 PEMA 절연막의 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 박막 트랜지스터용 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막과, 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막의 유전율은 3.7 내지 3.9일 수 있어, 표면 개질로 인한 PEMA 절연막의 유전율 변화는 거의 나타나지 않을 수 있다.
또한, 본 발명은
폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 절연막 상부에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 상기 절연막 표면에 알킬기를 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법을 제공한다.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다.)
이때, 도 1에 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법의 일례를 모식도를 통해 개략적으로 나타내었으며,
이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법에 대하여 자세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법에 있어서, 단계 1은 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성하는 단계이다.
상기 단계 1에서는 박막 트랜지스터용 절연막 소재로 PEMA 절연막을 형성하여, 높은 유전율을 나타내도록 하고, 박막 트랜지스터에서 전계 효과를 용이하게 이용할 수 있도록 한다.
상기 단계 1의 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막은 용매에 PEMA를 용해한 혼합물을 기판에 스핀 코팅 후 열처리하여 형성할 수 있다. 이때 상기 혼합물은 용매에 전체 혼합물 중량의 2 중량% 내지 8 중량%를 갖는 PEMA를 용해시킬 수 있고, 3 중량% 내지 7 중량%를 갖는 PEMA를 용해시킬 수 있다.
상기 용매는 감마-부티로락톤(GBL;γ-butyrolactone), N-메틸피롤리돈(NMP;N-methyl-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드(DMAc;dimethylacetamide) 및 디메틸설폭사이드(DMSO;Dimethyl sulfoxide) 등을 사용할 수 있고, 감마-부티로락톤인 것이 바람직하나, 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)를 효과적으로 용해시켜 기판에 도포할 수 있는 물질이면 이에 제한하는 것은 아니다.
또한 상기 혼합물의 스핀 코팅은 2300 rpm 내지 3700 rpm의 회전 속도에서 18 초 내지 42 초 동안 수행될 수 있고, 2500 rpm 내지 3500 rpm의 회전 속도에서 20 초 내지 40 초 동안 수행할 수 있다.
나아가, 열처리는 85 ℃ 내지 95 ℃의 온도에서 8 분 내지 12 분 동안 수행할 수 있고, 상기 열처리 후 150 ℃ 내지 170 ℃의 온도에서 22 분 내지 28 분 동안 열처리가 더 수행할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
이때 형성되는 상기 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 두께는 40 nm 내지 80 nm일 수 있고, 45 nm 내지 75 nm일 수 있으며, 50 nm 내지 70 nm일 수 있으나, 양호한 유전율을 나타낼 수 있는 PEMA 절연막의 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)는 교대(alternating) 코폴리머, 랜덤(random) 코폴리머, 블록(block) 코폴리머 및 그라프트(graft) 코폴리머일 수 있으나, 교대(alternating) 코폴리머인 폴리(에틸렌-알트-말레익 안하이드라이드)인 것이 표면 알킬기를 형성함에 있어서 가장 바람직하다.
다음으로, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 절연막 상부에 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 상기 절연막 표면에 알킬기를 형성하는 단계이다.
상기 단계 2에서는 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막 표면에 상기 단계 1의 혼합물을 스핀코팅 및 열처리하고, PEMA 표면에 알킬기를 형성시는 표면 개질을 수행하여 소수성을 증가시킨다. 이에 표면 에너지가 감소된 PEMA 절연막 상부에 유기 반도체를 성장시킬 시 유기 반도체의 결정성이 향상되어, 유기 반도체의 전하 이동도가 증가할 수 있다.
상기 단계 2에서 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 옥틸아민(octylamine), 부틸아민(butylamine), 헥실아민(hexylamine), 노닐아민(nonylamine), 데실아민(decylamine), 도데실아민(dodecylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 올레일아민(oleylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 트리벤질아민(tribenzylamine) 및 트리페닐아민(triphenylamine) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 옥틸아민을 사용할 수 있으나, 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 표면에 용이하게 알킬기를 형성시켜 소수성을 증가시킬 수 있는 물질이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 단계 2의 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA;propylene glycol monomethyl ether acetate), 이소프로필알콜(IPA;isopropyl alcohol), 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(THF;tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈(NMP;N-methyl-2-pyrrolidone) 에틸락테이트(ethyl lactate), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 디메틸설폭사이드(DMSO;dimethyl sulfoxide), 및 부탄올(1-butanol) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)를 사용할 수 있으나, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 용해시키고 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막에 용이하게 스핀 코팅할 수 있는 용매라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 단계 2의 스핀 코팅은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 0.1M 내지 1.0M 몰 농도를 갖도록 상기 화합물을 용매에 용해시켜 혼합물을 형성할 수 있고, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 0.2M 내지 0.85M 몰 농도를 갖도록 혼합물을 형성할 수 있으며, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 0.3M 내지 0.7M 몰 농도를 갖도록 혼합물을 형성할 수 있으나, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)가 효과적으로 반응할 수 있는 농도라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이때 상기 혼합물을 PEMA 절연막 표면에 도포하여 스핀 코팅할 수 있다.
상기 단계 2의 스핀 코팅은 2000 rpm 내지 4000 rpm의 회전 속도에서 15 초 내지 45 초 동안 수행될 수 있고, 2300 rpm 내지 3700 rpm의 회전 속도에서 18 초 내지 42 초 동안 수행될 수 있으며, 2500 rpm 내지 3500 rpm의 회전 속도에서 20 초 내지 40 초 동안 수행될 수 있으나, 혼합물이 효과적으로 분산되면서 균질한 표면을 갖는 박막이 형성될 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
나아가, 상기 단계 2의 열처리는 80 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 7 분 내지 13 분 동안 수행할 수 있고, 85 ℃ 내지 95 ℃의 온도에서 8 분 내지 12 분 동안 수행할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 열처리 후 140 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 20 분 내지 30 분 동안 열처리가 더 수행할 수 있고, 150 ℃ 내지 170 ℃의 온도에서 22 분 내지 28 분 동안 열처리가 더 수행할 수 있으나, 용매 및 반응에 미 참여한 상기 화합물이 제거될 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이때, 남은 잔여 화합물이 제거될 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 일례인 옥틸아민은 끓는점이 175 ℃ 내지 177 ℃이기 때문에, 이 근방의 온도에서 제거될 수 있다.
나아가, 단계 2의 상기 스핀 코팅 및 열처리를 통해 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 아민기가 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)의 무수물기와 화학 결합하여 아미드기를 형성하고, 상기 아미드기에 알킬기가 하기 반응식 1과 같이 형성될 수 있다.
<반응식 1>
(상기 반응식 1에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다.)
구체적으로, 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막 표면에 C6 내지 C14의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있고, C7 내지 C13의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있으며, C8 내지 C12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있으나, 표면 소수성을 향상시킬 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막은 표면 알킬기로 인해 표면 에너지가 감소되고, 소수성이 향상되어, 표면에 유기 반도체가 성장할 시 결정성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 두께는 40 nm 내지 80 nm일 수 있고, 45 nm 내지 75 nm일 수 있으며, 50 nm 내지 70 nm일 수 있다.
상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 거칠기는 0.37 nm 내지 0.43 nm일 수 있고, 0.39 nm 내지 0.41 nm일 수 있다.
이때, 상기 표면 개질된 PEMA 절연막의 표면 거칠기는 표면 개질하지 않은 PEMA 절연막의 표면 거칠기와 차이가 미소할 수 있어, 표면 처리 유무에 상관없이 매끄러운 표면을 가질 수 있으며, 표면 개질로 인한 표면 손상은 미미할 수 있다.
나아가, 상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 접촉각은 72 ° 내지 84 °일 수 있고, 73 ° 내지 83 °일 수 있으며, 74 ° 내지 82 °일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 접촉각일 수 있는 61 ° 내지 63 °에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 향상된 접촉각을 나타낼 수 있다.
더욱 나아가, 상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 표면 장력은 35.6 dyn/cm 내지 43.6 dyn/cm 일 수 있고, 36.6 dyn/cm 내지 42.6 dyn/cm 일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 표면 장력일 수 있는 44.0 dyn/cm 내지 46.0 dyn/cm에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 낮은 표면장력을 나타낼 수 있다.
상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막과, 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막의 유전율은 3.7 내지 3.9일 수 있어, 표면 개질로 인한 PEMA 절연막의 유전율 변화는 거의 나타나지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 표면 개질 방법이 수행된 PEMA 절연막은 높은 유전율을 나타내면서도 낮은 표면 에너지로 인해 유기 반도체의 결정성을 높임으로써, 이에 적용되는 박막 트랜지스터의 소자 특성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명은
기판(11);
상기 기판 상부에 형성된 게이트 전극(21);
상기 게이트 전극 및 상기 기판 상부에 형성된 상기의 박막 트랜지스터용 절연막을 포함하는 게이트 절연막(31);
상기 게이트 절연막 상부에 형성된 유기 반도체(41);
상기 유기반도체 상부에 형성된 소스(source) 전극(51); 및 드레인(drain) 전극(52);을 포함하는 유기박막 트랜지스터(10)를 제공한다.
이때, 도 2에 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터의 일례를 모식도로 나타내었으며,
이하, 도 2의 모식도를 참조하여, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터(10)는 하부 게이트(bottom gate), 상부 접촉(top conatact)구조의 당업자에 의해 공지된 트랜지스터 구조일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터(10)에 있어서, 상기 기판(11)은 표면에 산화규소가 형성된 규소 기판일 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터(10)에 있어서, 상기 게이트 전극(21)은 상기 기판 상부에 긴 배선 형태로 진공 증착을 통해 증착시킬 수 있다. 이때 상기 게이트 전극 소재로 알루미늄을 사용할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터(10)에 있어서, 상기 게이트 절연막(31)은 상기 게이트 전극 및 상기 기판 상부에 형성되고, 상기의 방법으로 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막일 수 있다.
이때, 상기 표면 개질된 PEMA 절연막의 두께는 40 nm 내지 80 nm일 수 있고, 45 nm 내지 75 nm일 수 있으며, 50 nm 내지 70 nm일 수 있으나, 양호한 유전율을 나타낼 수 있는 표면 개질된 PEMA 절연막의 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막은 표면에 형성된 알킬기로 인하여, 접촉각은 72 ° 내지 84 °일 수 있고, 73 ° 내지 83 °일 수 있으며, 74 ° 내지 82 °일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 접촉각일 수 있는 61 ° 내지 63 °에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 향상된 접촉각을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 표면 개질된 PEMA 절연막은 표면에 형성된 알킬기로 인하여, 표면 장력은 35.6 dyn/cm 내지 43.6 dyn/cm 일 수 있고, 36.6 dyn/cm 내지 42.6 dyn/cm 일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 표면 장력일 수 있는 44.0 dyn/cm 내지 46.0 dyn/cm에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 낮은 표면장력을 나타낼 수 있다.
상기 표면 개질된 PEMA 절연막은 낮은 표면에너지로 인해 하기 후술할 유기 반도체의 결정성에 영향을 줄 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터에 있어서, 상기 유기 반도체(41)는 상기 게이트 절연막 상부에 형성되고, DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 올리고티오펜(oligo thiophene), 폴리티오펜(polythiophene), 금속 프탈로시아닌(metal phthalocyanine), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리비닐렌페닐렌(polyvinylenephenylene), 폴리플루오렌(polyfluorene) 및 풀러렌(C60) 등을 사용할 수 있으나, DNTT인 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 유기 반도체(41)는 쉐도우 마스크를 통한 진공 증착을 통해 상기 게이트 절연막 표면에 형성될 수 있으며, 이때 게이트 절연막의 높은 소수성으로 인하여 결정화가 용이하게 진행될 수 있다.
나아가, 상기 유기 반도체의 두께는 40 nm 내지 80 nm일 수 있고, 50 nm 내지 70 nm 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터에 있어서, 상기 소스 전극(51) 및 드레인 전극(52)은 상기 유기 반도체 상부에 긴 배선 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 진공 증착을 통해 상기 유기 반도체 상부에 형성될 수 있고, 금(au)을 사용할 수 있으며, 두께는 30 nm 내지 70 nm일 수 있고, 40 nm 내지 60 nm일 수 있으나 이에 제한하는 것은 아니다.
통상적인 유기박막 트랜지스터의 동작 원리는, 게이트에 전압을 가하게 되면 절연막 때문에 전류가 흐르지 않고 반도체에 전기장(전계)이 걸리게 된다. 소자에 흐르는 전류는 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전압을 인가하여 얻게 되며, 이때 소스 전극은 접지되어 있어 전자나 홀의 공급처 역할을 하게 된다.
소자의 동작원리를 p-형 반도체를 중심으로 살펴보면, 우선 소스와 드레인, 게이트에 전압을 인가하지 않으면 유기물 반도체 내의 전하들은 모두 반도체 내에 고루 퍼져 있게 된다. 이때 소스와 드레인 사이에 전압을 인가하여 전류를 흘리면 낮은 전압 하에서는 전압에 비례하는 전류가 흐르게 된다. 여기에 만약 게이트에 양의 전압을 인가하면 이 인가된 전압에 의한 전기장에 의하여 양의 전하인 정공들은 모두 위로 밀려 올라가게 된다. 따라서 절연체에 가까운 부분에는 전도 전하가 없는 층이 생기게 되고, 이 층을 공핍층(depletion layer)이라 부른다. 이런 상황에서 소스와 드레인에 전압을 인가하면 전도 가능한 전하 운반자가 줄어들어 있기 때문에 게이트에 전압을 인가하지 않았을 때 보다 더 낮은 전류의 양이 흐르게 될 것이다. 반대로 게이트에 음의 전압을 인가하면 이 인가된 전압에 의한 전기장의 효과로 유기물과 절연체 사이에 양의 전하가 유도되고, 따라서 절연체와 가까운 부분에 전하의 양이 많은 층이 형성된다. 이 층을 축적층(accumulation layer)이라 부른다. 이 때 소스와 드레인에 전압을 인가하여 전류를 측정하면 더 많은 전류를 흘릴 수 있게 되는 것이다. 따라서 소스와 드레인 사이에 전압을 인가한 상태에서 게이트에 양의 전압과 음의 전압을 교대로 인가하여 줌으로써 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있는 것이다. 이 전류량의 비를 점멸비(on/off ratio)라 한다. 우수한 성능의 트랜지스터 소자가 되기 위해서는 이 점멸비가 커야 한다. 트랜지스터의 점멸비가 크기 위해서는 유기 반도체의 전하 운반자 농도가 낮고 이동도가 큰 물질을 선택해야 한다.
본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터(10)는, 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막(31)으로 인해 절연막 표면 상으로 성장하는 유기 반도체(41)의 결정성이 향상되고, 이에 결정립계(grain boundary)에 의한 포획전하가 감소하여, 전하 이동도가 증가할 수 있어 소자 특성이 향상될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은
기판(11) 상부에 게이트 전극(21)을 형성하는 단계(단계 a);
상기 기판 및 상기 게이트 전극 상부에 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성한 후, 상기 절연막 상부에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 표면 개질된 게이트 절연막(31)을 형성하는 단계(단계 b);
상기 게이트 절연막 상부에 유기 반도체(41)를 형성하는 단계(단계 c);
상기 유기 반도체 상부에 소스(source) 전극(51) 및 드레인(drain) 전극(52)을 형성하는 단계(단계 d);를 포함하는 유기박막 트랜지스터(10) 제조 방법을 제공한다.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다.)
먼저, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터(10) 제조 방법에 있어서, 상기 단계 a는 기판(11) 상부에 게이트 전극(21)을 형성하는 단계이다.
이때 상기 기판은 표면에 산화규소가 형성된 규소 기판일 수 있고, 상기 기판 상에 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용한 진공 증착법(thermal evaporation)으로 게이트 전극을 형성할 수 있다.
상기 게이트 전극은 알루미늄(Al) 등과 같은 전기 전도성이 우수한 소재를 사용할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 진공 증착 시 압력은 2×10-6 Torr 내지 3×10-6 Torr 일 수 있고, 2.5×10-6 Torr 내지 3.5×10-6 Torr일 수 있으나, 진공 증착이 효과적으로 이루어질 수 있는 압력이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이때 형성되는 게이트 전극(21)의 형태는 긴 배선 형태일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터 제조 방법에 있어서, 상기 단계 b는 상기 기판(11) 및 상기 게이트 전극(21) 상부에 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성한 후, 상기 절연막 상부에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 표면 개질된 게이트 절연막(31)을 형성하는 단계이다.
상기 단계 b의 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막은 용매에 PEMA를 용해한 혼합물을 기판(11) 및 게이트 전극(21) 상부에 스핀 코팅한 후 열처리하여 형성할 수 있다. 이때 상기 혼합물은 용매에 전체 혼합물 중량의 2 중량% 내지 8 중량%를 갖는 PEMA를 용해시킬 수 있고, 3 중량% 내지 7 중량%를 갖는 PEMA를 용해시킬 수 있다.
상기 용매는 감마-부티로락톤(GBL;γ-butyrolactone), N-메틸피롤리돈(NMP;N-methyl-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드(DMAc;dimethylacetamide) 및 디메틸설폭사이드(DMSO;Dimethyl sulfoxide) 등을 사용할 수 있고, 감마-부티로락톤인 것이 바람직하나, 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)를 효과적으로 용해시켜 기판(11) 및 게이트 전극(21)에 도포할 수 있는 물질이면 이에 제한하는 것은 아니다.
또한 상기 혼합물의 스핀 코팅은 2300 rpm 내지 3700 rpm의 회전 속도에서 18 초 내지 42 초 동안 수행될 수 있고, 2500 rpm 내지 3500 rpm의 회전 속도에서 20 초 내지 40 초 동안 수행할 수 있다.
나아가, 열처리는 85 ℃ 내지 95 ℃의 온도에서 8 분 내지 12 분 동안 수행할 수 있고, 상기 열처리 후 150 ℃ 내지 170 ℃의 온도에서 22 분 내지 28 분 동안 열처리가 더 수행할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
이때 형성되는 상기 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 두께는 40 nm 내지 80 nm일 수 있고, 45 nm 내지 75 nm일 수 있으며, 50 nm 내지 70 nm일 수 있으나, 양호한 유전율을 나타낼 수 있는 PEMA 절연막의 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
나아가, 상기 형성된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막 상부에 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 표면 개질된 게이트 절연막(31)을 형성한다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 옥틸아민(octylamine), 부틸아민(butylamine), 헥실아민(hexylamine), 노닐아민(nonylamine), 데실아민(decylamine), 도데실아민(dodecylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 올레일아민(oleylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 트리벤질아민(tribenzylamine) 및 트리페닐아민(triphenylamine) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 옥틸아민을 사용할 수 있으나, 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 표면에 용이하게 알킬기를 형성시켜 소수성을 증가시킬 수 있는 물질이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA;propylene glycol monomethyl ether acetate), 이소프로필알콜(IPA;isopropyl alcohol), 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(THF;tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈(NMP;N-methyl-2-pyrrolidone) 에틸락테이트(ethyl lactate), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 디메틸설폭사이드(DMSO;dimethyl sulfoxide), 및 부탄올(1-butanol) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)를 사용할 수 있으나, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 용해시키고 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막에 용이하게 스핀 코팅할 수 있는 용매라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 스핀 코팅은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 0.1M 내지 1.0M 몰 농도를 갖도록 상기 화합물을 용매에 용해시켜 혼합물을 형성할 수 있고, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 0.2M 내지 0.85M 몰 농도를 갖도록 혼합물을 형성할 수 있으며, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 0.3M 내지 0.7M 몰 농도를 갖도록 혼합물을 형성할 수 있으나, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)가 효과적으로 반응할 수 있는 농도라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이때 상기 혼합물을 PEMA 절연막 표면에 도포하여 스핀 코팅할 수 있다.
상기 스핀 코팅은 2000 rpm 내지 4000 rpm의 회전 속도에서 15 초 내지 45 초 동안 수행될 수 있고, 2300 rpm 내지 3700 rpm의 회전 속도에서 18 초 내지 42 초 동안 수행될 수 있으며, 2500 rpm 내지 3500 rpm의 회전 속도에서 20 초 내지 40 초 동안 수행될 수 있으나, 혼합물이 효과적으로 분산되면서 균질한 표면을 갖는 박막이 형성될 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
나아가, 상기 열처리는 80 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 7 분 내지 13 분 동안 수행할 수 있고, 85 ℃ 내지 95 ℃의 온도에서 8 분 내지 12 분 동안 수행할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 열처리 후 140 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 20 분 내지 30 분 동안 열처리가 더 수행할 수 있고, 150 ℃ 내지 170 ℃의 온도에서 22 분 내지 28 분 동안 열처리가 더 수행할 수 있으나, 용매 및 반응에 미 참여한 상기 화합물이 제거될 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이때, 남은 잔여 화합물이 제거될 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 일례인 옥틸아민은 끓는점이 175 ℃ 내지 177 ℃이기 때문에, 이 근방의 온도에서 제거될 수 있다.
상기 스핀 코팅 및 열처리를 통해, 화학식 2로 표시되는 화합물의 아민기가 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)의 무수물기와 화학 결합하여 아미드기를 형성하고, 상기 아미드기에 알킬기가 하기 반응식 1과 같이 형성될 수 있다.
<반응식 1>
(상기 반응식 1에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다.)
구체적으로, 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막 표면에 C6 내지 C14의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있고, C7 내지 C13의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있으며, C8 내지 C12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성될 수 있으나, 표면 소수성을 향상시킬 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막(31)은 표면 알킬기로 인해 표면 에너지가 감소되고, 소수성이 향상되어, 표면에 유기 반도체가 성장할 시 결정성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막(31)의 두께는 40 nm 내지 80 nm일 수 있고, 45 nm 내지 75 nm일 수 있으며, 50 nm 내지 70 nm일 수 있다.
상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막(31)의 거칠기는 0.37 nm 내지 0.43 nm일 수 있고, 0.39 nm 내지 0.41 nm일 수 있다.
이때, 상기 표면 개질된 PEMA 절연막의 표면 거칠기는 표면 개질하지 않은 PEMA 절연막의 표면 거칠기와 차이가 미소할 수 있어, 표면 처리 유무에 상관없이 매끄러운 표면을 가질 수 있으며, 표면 개질로 인한 표면 손상은 미미할 수 있다.
나아가, 상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막(31)의 접촉각은 72 ° 내지 84 °일 수 있고, 73 ° 내지 83 °일 수 있으며, 74 ° 내지 82 °일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 접촉각일 수 있는 61 ° 내지 63 °에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 향상된 접촉각을 나타낼 수 있다.
더욱 나아가, 상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막(31)의 표면 장력은 35.6 dyn/cm 내지 43.6 dyn/cm 일 수 있고, 36.6 dyn/cm 내지 42.6 dyn/cm 일 수 있다. 이는 표면 개질되기 전의 PEMA 절연막의 표면 장력일 수 있는 44.0 dyn/cm 내지 46.0 dyn/cm에 비해 표면 개질된 PEMA 절연막이 낮은 표면장력을 나타낼 수 있다.
상기 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막(31)과, 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막의 유전율은 3.7 내지 3.9일 수 있어, 표면 개질로 인한 PEMA 절연막의 유전율 변화는 거의 나타나지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 표면 개질 방법이 수행된 PEMA 절연막은 높은 유전율을 나타내면서도 낮은 표면 에너지로 인해 유기 반도체의 결정성을 높임으로써, 이에 적용되는 박막 트랜지스터의 소자 특성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터 제조 방법에 있어서, 상기 단계 c는 상기 게이트 절연막(31) 상부에 유기 반도체(41)를 형성하는 단계이다.
이때 상기 유기 반도체는 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 올리고티오펜(oligo thiophene), 폴리티오펜(polythiophene), 금속 프탈로시아닌(metal phthalocyanine), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리비닐렌페닐렌(polyvinylenephenylene), 폴리플루오렌(polyfluorene) 및 풀러렌(C60) 등을 사용할 수 있고, DNTT를 사용하는 것이 가장 바람직하나, 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 유기 반도체(41)는 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용한 진공 증착법(thermal evaporation)으로 형성할 수 있다.
상기 진공 증착 시 압력은 2×10-6 Torr 내지 3×10-6 Torr 일 수 있고, 2.5×10-6 Torr 내지 3.5×10-6 Torr일 수 있으나, 진공 증착이 효과적으로 이루어질 수 있는 압력이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이때 증착 속도는 0.1 Å/s 내지 0.5 Å/s일 수 있고, 0.2 Å/s 내지 0.4Å/s일 수 있으나, 증착이 효과적으로 이루어지는 속도라면 이에 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터 제조 방법에 있어서, 상기 단계 d는 상기 유기 반도체(41) 상부에 소스(source) 전극(51) 및 드레인(drain) 전극(52)을 형성하는 단계이다.
이때 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 금(au)을 사용할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 소스 전극(51) 및 드레인 전극(52)은 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용한 진공 증착법(thermal evaporation)으로 형성할 수 있다.
상기 진공 증착 시 압력은 2×10-6 Torr 내지 3×10-6 Torr 일 수 있고, 2.5×10-6 Torr 내지 3.5×10-6 Torr일 수 있으나, 진공 증착이 효과적으로 이루어질 수 있는 압력이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이때 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극의 두께는 30 nm 내지 70 nm 일 수 있고, 40 nm 내지 60 nm일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
나아가, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 긴 배선 형태일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터 제조 방법으로 제조된 유기박막 트랜지스터(10)는 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 게이트 유전막(31)의 낮은 표면 에너지로 인하여, 유기 반도체(41)의 결정성이 증가하고 이에 트랜지스터의 소자 특성이 향상될 수 있는 장점이 있다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막 제조
단계 1 : 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 형성하기 위하여, 감마-부티로락톤(GBL;γ-butyrolactone) 용매에 전체 혼합물의 5 중량%을 갖도록 PEMA를 첨가한 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물을 표면 산화규소가 형성된 규소 기판 상부에 3000 rpm 과 30 초의 조건으로 스핀 코팅하였고, 90 ℃의 온도에서 10 분간 열처리 한 후, 160 ℃의 온도에서 30 분간 열처리하여 PEMA 절연막을 형성하였다.
단계 2 : 옥틸아민(octylamine)의 몰 농도가 0.5 M이 되도록 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA;propylene glycol monomethyl ether acetate) 용매에 용해시켜, 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물을 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막 상부에 3000 rpm과 30 초의 조건으로 스핀 코팅하였고, 90 ℃의 온도에서 10 분간 열처리 한 후, 160 ℃의 온도에서 30 분간 열처리하여 박막 트랜지스터용 PEMA 절연막을 표면 개질하였다.
<
실시예
2> 표면
개질된
폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)
(
PEMA
)를 포함하는 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터의 제조
MIM 커패시터를 제조하기 위해, 표면 산화규소가 형성된 규소 기판을 구비하고 상기 기판 상부에 30 nm의 두께를 갖는 알루미늄(Al)을 전극을 형성하였다.
다음으로, 상기 알루미늄 전극 상부에 절연체로 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 형성하기 위하여, 감마-부티로락톤(GBL;γ-butyrolactone) 용매에 전체 혼합물의 5 중량%을 갖도록 PEMA를 첨가한 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물을 알루미늄 전극 상부에 3000 rpm 과 30 초의 조건으로 스핀 코팅하였고, 90 ℃의 온도에서 10 분간 열처리 한 후, 160 ℃의 온도에서 30 분간 열처리하여 PEMA 절연막을 형성하였다.
그 다음으로, 상기 PEMA 절연막을 표면 개질하기 위하여, 옥틸아민(octylamine)의 몰 농도가 0.5 M이 되도록 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA;propylene glycol monomethyl ether acetate) 용매에 용해시킨 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물을 PEMA 절연막 상부에 3000 rpm과 30 초의 조건으로 스핀 코팅하였고, 90 ℃의 온도에서 10 분간 열처리 한 후, 160 ℃의 온도에서 30 분간 열처리하였다. 상기 코팅 및 열처리를 통해 표면 개질된 PEMA 절연막을 형성하였다.
마지막으로, 상기 표면 개질된 PEMA 절연막 상부에 50 nm의 두께를 갖는 금(Au) 전극을 형성하여, 활성 면적(active area)이 50.24mm2인 MIM 커패시터를 제조하였다.
<
실시예
3> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막 표면에 형성되는
DNTT
(
Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene
) 유기 반도체 제조 1
상기 실시예 1에서 제조된 표면 개질된 PEMA 절연막 상부에 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene)를 쉐도우 마스크를 통해 진공 증착하였다. 상기 진공 증착 시 압력은 3×10-6 Torr, 증착 속도는 0.3 Å/s 로 수행하여, 60 nm 두께를 갖는 DNTT 유기 반도체를 제조하였다.
<
실시예
4> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막 표면에 형성되는
DNTT
(
Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene
) 유기 반도체 제조 2
상기 실시예 3에서, DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene)가 12 nm 두께를 형성하는 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 DNTT 유기 반도체를 제조하였다.
<
실시예
5> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막을 포함하는 유기박막 트랜지스터의 제조
단계 a : 표면에 산화규소가 형성된 규소 기판을 구비하고, 상기 기판 상부에 쉐도우 마스크를 통한 진공 증착법을 3×10-6 Torr의 압력으로 수행하여, 배선 모양의 알루미늄(Al) 게이트 전극을 형성하였다. 이때 알루미늄 게이트 전극의 두께는 30 nm, 배선 폭은 2 mm가 되도록 하였다.
단계 b : 상기 기판 및 상기 게이트 전극 상부에 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride)) 절연막을 형성시키기 위하여, 감마-부티로락톤(GBL;γ-butyrolactone) 용매에 전체 혼합물의 5 중량%을 갖도록 PEMA를 첨가한 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물을 기판 및 게이트 전극 상부에 3000 rpm 과 30 초의 조건으로 스핀 코팅하였고, 90 ℃의 온도에서 10 분간 열처리 한 후, 160 ℃의 온도에서 30 분간 열처리하여 PEMA 절연막을 형성하였다.
그 다음으로, 상기 PEMA 절연막을 표면 개질하기 위하여, 옥틸아민(octylamine)의 몰 농도가 0.5 M이 되도록 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA;propylene glycol monomethyl ether acetate) 용매에 용해시킨 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물을 PEMA 절연막 표면에 3000 rpm과 30 초의 조건으로 스핀 코팅하였고, 90 ℃의 온도에서 10 분간 열처리 한 후, 160 ℃의 온도에서 30 분간 열처리하였다. 상기 코팅 및 열처리를 통해 표면 개질된 PEMA 절연막을 형성하였다.
단계 c : 상기 게이트 절연막 상부에 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene)를 쉐도우 마스크를 통해 진공 증착하였다. 상기 진공 증착 시 압력은 3×10-6 Torr, 증착 속도는 0.3 Å/s 로 수행하여, 60 nm 두께를 갖는 DNTT 유기 반도체를 형성하였다.
단계 d : 상기 유기 반도체 상부에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하기 위하여, 각각의 전극으로 금(au)을 사용하여 쉐도우 마스크를 통해 진공 증착하였다.
각각의 소스 전극 및 드레인 전극은 배선 형태로 제작되었고, 각 전극 사이 간격인 채널의 길이는 50 ㎛, 배선 형태인 각 전극의 길이는 1000 ㎛이 되도록 하여, 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 유기박막 트랜지스터를 제조하였다.
<
비교예
1> 표면
개질되지
않은
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(PEMA) 절연막 제조
상기 실시예 1의 단계 2를 수행하지 않은, 표면 개질되지 않은 (에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)를 구비하였다.
<
비교예
2> 표면
개질되지
않은 (에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
)를 포함하는 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터의 제조
상기 실시예 2에서, 절연막으로 표면 개질되지 않은 (에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터를 제조하였다.
<
비교예
3>
표면
개질되지
않은
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(PEMA) 절연막 표면에 형성되는
DNTT
(
Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno
[3,2-
b]thiophene
) 유기 반도체 제조
상기 실시예 3에서, 절연막으로 표면 개질되지 않은 (에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene) 유기 반도체를 제조하였다.
<
비교예
4>
표면
개질되지
않은
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(PEMA) 절연막 표면에 형성되는
DNTT
(
Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno
[3,2-
b]thiophene
) 유기 반도체 제조
상기 실시예 4에서, 절연막으로 표면 개질되지 않은 (에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 4와 동일하게 수행하여 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene) 유기 반도체를 제조하였다.
<
비교예
5> 표면
개질되지
않은
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(PEMA) 절연막을 포함하는
유기박막
트랜지스터의 제조
상기 실시예 5의 단계 b에서, 게이트 절연막으로 표면 개질되지 않은 (에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA)를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 5와 동일하게 수행하여 유기박막 트랜지스터를 제조하였다.
<
실험예
1> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막의 표면 분석
본 발명에 따른 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막의 표면 형상 및 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 PEMA 절연막을 원자간력 현미경(AFM;atomic force microscope, Nanoscope IV, Digital Instrument)을 사용하여 거칠기를 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 표면 개질함에 따라 나타나는 거칠기 변화는 미미한 것을 확인하였다. 표면 개질된 PEMA 절연막인 실시예 1의 거칠기는 평균 0.41 nm로 나타났고, 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막인 비교예 1의 거칠기는 0.47 nm로 나타나, 거칠기 차이가 거의 없어 표면 개질에 따른 손상은 거의 없는 것을 확인하였다.
<
실험예
2> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막을 포함하는 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터의 특성 분석
본 발명에 따른 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터의 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 MIM 커패시터를 임피던스 분석기(Agilent, 4294A)를 사용하여 주파수에 따른 정전 용량과, 전기장에 따른 누설 전류 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, MIM(metal-insulator-metal) 커패시터의 정전 용량은 표면 개질된 PEMA 절연막을 적용한 실시예 2가 40 Hz에서 567 pF/mm2로 나타났고, 표면 개질하지 않은 절연막을 적용한 비교예 2는 40 Hz에서 556 pF/mm2로 나타나, PEMA 절연막 표면 개질로 인한 정전 용량은 큰 차이가 없는 것을 확인하여, 표면 개질로 인한 유전율 손상은 거의 없는 것을 확인하였다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, MIM(metal-insulator-metal) 커패시터의 누설 전류 밀도는 표면 개질된 PEMA 절연막을 적용한 실시예 2가 2 MV/cm의 전기장에서 2.3×10-11 A/cm2로 나타났고, 표면 개질하지 않은 절연막을 적용한 비교예 2는 2 MV/cm의 전기장에서 6.7×10-11 A/cm2로 나타나, PEMA 절연막 표면 개질로 인한 누설 전류 밀도가 감소된 것을 확인하였다.
<
실험예
3> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막을 포함하는
DNTT
(
Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene
) 유기 반도체의 모폴로지 분석
본 발명에 따른 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene) 유기 반도체의 표면 형상을 확인하기 위하여, 상기 실시예 3, 실시예 4, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조된 DNTT 유기반도체를 원자간력 현미경(AFM;atomic force microscope, Nanoscope IV, Digital Instrument)을 사용하여 모폴로지를 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 60 nm 두께의 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene) 유기 반도체인 실시예 3의 모폴로지는 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막을 포함하는 60 nm 두께의 DNTT 유기 반도체인 비교예 3에 비해 결정립이 증대된 것을 확인하였다.
또한, 표면 개질된 PEMA 절연막을 포함하는 12 nm 두께의 DNTT 유기 반도체인 실시예 4가 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막을 포함하는 12 nm 두께의 DNTT 유기 반도체인 비교예 4보다 결정립 크기가 증대된 것을 확인하였다.
<
실험예
4> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막을 포함하는
DNTT
(
Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene
) 유기 반도체의 XRD 분석
본 발명에 따른 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene) 유기 반도체의 결정 형상을 확인하기 위하여, 실시예 3 및 비교예 3에서 제조된 DNTT 유기반도체를 X-ray diffractometer(SmartLag, Rigakudntt)를 사용하여 결정성을 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene) 유기 반도체인 실시예 3이 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막을 포함하는 DNTT 유기 반도체인 비교예 3보다 (001) 피크 강도가 1.4 배 강한 것으로 나타난 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3의 반가폭(FWHM;full width at half maximum) 또한 0.118 °로 비교예 3의 반가폭인 0.083 °보다 높게 나타났으며, 이로 인해 실시예 3이 c축 방향으로 우세하게 성장하였음을 확인할 수 있었다.
<
실험예
5> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 특성 분석
본 발명에 따른 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 5 및 비교예 5에서 제조된 유기박막 트랜지스터를 반도체 파라미터 분석기(Agilent E5272)를 사용하여 출력 전압-전류 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 유기 박막 트랜지스터인 실시예 5가 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터인 비교예 5보다 일정 게이트 전압 조건에서 드레인 전압에 따른 드레인 전류량이 높은 것을 확인하였다.
<
실험예
6> 표면
개질된
폴리
(에틸렌-코-
말레익
안하이드라이드
)(
PEMA
) 절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 특성 분석
본 발명에 따른 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 5 및 비교예 5에서 제조된 유기박막 트랜지스터를 반도체 파라미터 분석기(Agilent E5272)를 사용하여 전계 효과 이동도(field effect mobility), 문턱전압 이하 기울기(subthreshold slope), 문턱 전압(threshold voltage), 전류점멸비(on/off current ratio) 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 표면 개질된 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA) 절연막을 유기 박막 트랜지스터인 실시예 5의 이동도는 0.19 cm2/Vs, 문턱전압 이하 기울기는 79 mV/decade, 문턱 전압은 -0.34 V, 전류점멸비는 8.6×106으로 나타났다. 반면 표면 개질되지 않은 PEMA 절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터인 비교예 5의 이동도는 0.10 cm2/Vs, 문턱전압 이하 기울기는 180 mV/decade, 문턱 전압은 -0.48 V, 전류점멸비는 1.3×106으로 나타나, 표면 개질된 PEMA 절연막으로 인해 유기박막 트랜지스터 소자의 성능이 향상된 것을 확인하였다.
10 : 유기박막 트랜지스터 11 : 기판
21 : 게이트 전극 31 : 게이트 절연막
41 : 유기 반도체 51 : 소스 전극
52 : 드레인 전극
21 : 게이트 전극 31 : 게이트 절연막
41 : 유기 반도체 51 : 소스 전극
52 : 드레인 전극
Claims (11)
- 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 박막 트랜지스터용 절연막에 있어서,
상기 절연막 표면의 일부가 하기 화학식 1과 같은 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막:
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서,
상기 R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다).
- 제1항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터용 절연막은 표면에 C6 내지 C14의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기가 형성된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막.
- 제1항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터용 절연막의 두께는 50 nm 내지 70 nm인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막.
- 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 절연막 상부에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 상기 절연막 표면에 알킬기를 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법:
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다).
- 제4항에 있어서,
상기 단계 2의 화합물은 옥틸아민(octylamine), 부틸아민(butylamine), 헥실아민(hexylamine), 노닐아민(nonylamine), 데실아민(decylamine), 도데실아민(dodecylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 올레일아민(oleylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 트리벤질아민(tribenzylamine) 및 트리페닐아민(triphenylamine)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 단계 2의 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA;propylene glycol monomethyl ether acetate), 이소프로필알콜(IPA;isopropyl alcohol), 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(THF;tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈(NMP;N-methyl-2-pyrrolidone) 에틸락테이트(ethyl lactate), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 디메틸설폭사이드(DMSO;dimethyl sulfoxide), 및 부탄올(1-butanol)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리는 80 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 7 분 내지 13 분 동안 수행한 후, 140 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 20 분 내지 30 분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 단계 2는 하기 반응식 1과 같이 반응하여, 절연막 표면에 알킬기가 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터용 절연막의 표면 개질 방법:
<반응식 1>
(상기 반응식 1에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다).
- 기판;
상기 기판 상부에 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 및 상기 기판 상부에 형성된 제1항의 박막 트랜지스터용 절연막을 포함하는 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상부에 형성된 유기 반도체;
상기 유기반도체 상부에 형성된 소스(source) 전극; 및 드레인(drain) 전극;을 포함하는 유기박막 트랜지스터.
- 제9항에 있어서,
상기 유기 반도체는 DNTT(Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 올리고티오펜(oligo thiophene), 폴리티오펜(polythiophene), 금속 프탈로시아닌(metal phthalocyanine), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리비닐렌페닐렌(polyvinylenephenylene), 폴리플루오렌(polyfluorene) 및 풀러렌(C60)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.
- 기판 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계(단계 a);
상기 기판 및 상기 게이트 전극 상부에 폴리(에틸렌-코-말레익 안하이드라이드)(PEMA;Poly(ethylene-co-maleic anhydride))를 포함하는 절연막을 형성한 후, 상기 절연막 상부에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 용매가 혼합된 혼합물을 스핀 코팅하고, 열처리하여 표면 개질된 게이트 절연막을 형성하는 단계(단계 b);
상기 게이트 절연막 상부에 유기 반도체를 형성하는 단계(단계 c);
상기 유기 반도체 상부에 소스(source) 전극 및 드레인(drain) 전극을 형성하는 단계(단계 d);를 포함하는 유기박막 트랜지스터 제조 방법:
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서,
R1은 C3 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이다).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160000640A KR101743753B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 표면 개질된 pema 절연막, pema 절연막의 표면 개질 방법 및 이를 적용한 유기박막 트랜지스터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160000640A KR101743753B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 표면 개질된 pema 절연막, pema 절연막의 표면 개질 방법 및 이를 적용한 유기박막 트랜지스터 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101743753B1 true KR101743753B1 (ko) | 2017-06-07 |
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| KR1020160000640A KR101743753B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 표면 개질된 pema 절연막, pema 절연막의 표면 개질 방법 및 이를 적용한 유기박막 트랜지스터 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101743753B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007124001A2 (en) | 2006-04-20 | 2007-11-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Donor element with maleic anhydride based polymers for thermal transfer |
-
2016
- 2016-01-04 KR KR1020160000640A patent/KR101743753B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007124001A2 (en) | 2006-04-20 | 2007-11-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Donor element with maleic anhydride based polymers for thermal transfer |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Polymer(Korea), 29(4), 392-398, 2005 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |