KR102555217B1 - Substrate for Thin Film Transistor And Display Device Of The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 동소체를 포함하는 액티브층을 형성하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판, 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극, 드레인 전극, 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극 및 드레인 전극은 액티브층에 각각 컨택한다. 제1 보조전극은 액티브층과 게이트 절연막 사이에 배치되며, 액티브층 하면 중 일부에 컨택하고, 제2 보조전극은 액티브층 하면 중 일부에 컨택한다. The present invention provides a thin film transistor array substrate capable of improving device characteristics by forming an active layer containing a carbon allotrope and a display device including the same. A thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode, an active layer, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode. A gate electrode is located on the substrate. The active layer faces the gate electrode and includes a first carbon allotrope and a semiconductor material. A gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and the drain electrode respectively contact the active layer. The first auxiliary electrode is disposed between the active layer and the gate insulating layer and contacts a part of the lower surface of the active layer, and the second auxiliary electrode contacts a part of the lower surface of the active layer.

Description

박막트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치{Substrate for Thin Film Transistor And Display Device Of The Same}Thin film transistor array substrate and display device including the same {Substrate for Thin Film Transistor And Display Device Of The Same}

본 발명은 박막트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor array substrate and a display device including the same.

최근, 표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 여러 가지의 디스플레이가 실용화되고 있다. Recently, the importance of a display device (FPD: Flat Panel Display) is increasing along with the development of multimedia. In response to this, liquid crystal display (LCD), plasma display panel (PDP), field emission display (FED), organic light emitting display (Organic Light Emitting Device), etc. Various displays are put into practical use.

표시장치를 구동하는 방식에는 수동 매트릭스(passive matrix) 방식과 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 이용한 능동 매트릭스(active matrix) 방식이 있다. 수동 매트릭스 방식은 양극과 음극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는데 비해, 능동 매트릭스 방식은 박막트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하여 온/오프 스위칭하는 것에 따라 구동하는 방식이다.Methods for driving a display device include a passive matrix method and an active matrix method using thin film transistors. In the passive matrix method, an anode and a cathode are orthogonally formed and a line is selected and driven, whereas in an active matrix method, thin film transistors are connected to each pixel electrode and driven according to on/off switching.

박막트랜지스터는 전자이동도, 누설전류 등과 같은 기본적인 박막트랜지스터의 특성뿐만 아니라, 오랜 수명을 유지할 수 있는 내구성 및 전기적 신뢰성이 매우 중요하다. 여기서, 박막트랜지스터의 액티브층은 주로 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체로 형성될 수 있다. 그러나, 비정질 실리콘은 성막 공정이 간단하고 생산 비용이 적은 장점이 있지만, 전자이동도가 0.5㎠/Vs로 낮은 단점이 있다. 산화물 반도체는 온/오프비가 약 108 정도이고 누설 전류가 낮지만, 전자이동도가 10㎠/Vs로 다결정 실리콘 대비 낮은 단점이 있다. 다결정 실리콘은 100㎠/Vs 정도의 전자이동도가 빠르나, 산화물 반도체 대비 온/오프비가 낮고 대면적에 적용하기에는 비용이 많이 소비되는 단점이 있다. 따라서, 박막트랜지스터의 전자이동도, 누설전류, 온/오프비 등의 특성을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다. In addition to basic characteristics of the thin film transistor, such as electron mobility and leakage current, durability and electrical reliability for maintaining a long lifespan are very important for the thin film transistor. Here, the active layer of the thin film transistor may be mainly formed of amorphous silicon, polycrystalline silicon, or an oxide semiconductor. However, amorphous silicon has the advantage of a simple film formation process and low production cost, but has a low electron mobility of 0.5 cm 2 /Vs. Oxide semiconductors have an on/off ratio of about 10 8 and a low leakage current, but an electron mobility of 10 cm 2 /Vs, which is lower than that of polycrystalline silicon. Polycrystalline silicon has a fast electron mobility of about 100 cm 2 /Vs, but has a low on/off ratio compared to oxide semiconductors and has a disadvantage in that it is expensive to apply to a large area. Therefore, studies are being conducted to improve the characteristics of thin film transistors, such as electron mobility, leakage current, and on/off ratio.

본 발명은 탄소 동소체를 포함하는 액티브층을 형성하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.The present invention provides a thin film transistor array substrate capable of improving device characteristics by forming an active layer containing a carbon allotrope and a display device including the same.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판, 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극, 드레인 전극, 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극 및 드레인 전극은 액티브층에 각각 컨택한다. 제1 보조전극은 액티브층과 게이트 절연막 사이에 배치되며, 액티브층 하면 중 일부에 컨택하고, 제2 보조전극은 액티브층 하면 중 일부에 컨택한다.In order to achieve the above object, a thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode, an active layer, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode. . A gate electrode is located on the substrate. The active layer faces the gate electrode and includes a first carbon allotrope and a semiconductor material. A gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and the drain electrode respectively contact the active layer. The first auxiliary electrode is disposed between the active layer and the gate insulating layer and contacts a part of the lower surface of the active layer, and the second auxiliary electrode contacts a part of the lower surface of the active layer.

액티브층은 제1 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제1 영역, 제2 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제2 영역, 및 게이트 절연막에 컨택하는 제3 영역을 포함한다.The active layer includes a first region contacting and overlapping the first auxiliary electrode, a second region contacting and overlapping the second auxiliary electrode, and a third region contacting the gate insulating layer.

액티브층의 평면 면적 대비 제1 영역과 제2 영역의 평면 면적은 30 내지 60%의 비율을 차지한다.The planar area of the first region and the second region relative to the planar area of the active layer occupies a ratio of 30 to 60%.

제3 영역은 액티브층의 채널과 중첩된다.The third region overlaps the channel of the active layer.

제1 보조전극은 소스 전극과 컨택하고 제2 보조전극은 드레인 전극과 컨택한다.The first auxiliary electrode contacts the source electrode and the second auxiliary electrode contacts the drain electrode.

제1 보조전극은 소스 전극 및 액티브층 하부에 배치되고, 제2 보조전극은 드레인 전극 및 액티브층 하부에 배치된다.The first auxiliary electrode is disposed below the source electrode and the active layer, and the second auxiliary electrode is disposed below the drain electrode and the active layer.

제1 보조전극은 소스 전극 상부에 배치되고, 제2 보조전극은 드레인 전극 상부에 배치된다.The first auxiliary electrode is disposed on the source electrode, and the second auxiliary electrode is disposed on the drain electrode.

제1 보조전극 및 제2 보조전극은 제2 탄소 동소체로 이루어진다.The first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are made of the second carbon allotrope.

제1 탄소 동소체 및 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.The first carbon allotrope and the second carbon allotrope may be any one of reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene, graphene nanoribbon or carbon nanotube (CNT), or a mixture thereof.

반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.The semiconductor material is any one of a ceramic semiconductor, an organic semiconductor, a transition metal chalcogenide compound, or an oxide semiconductor, or a mixture thereof.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판, 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 금속나노입자, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극 및 드레인 전극은 액티브층에 각각 컨택한다. A thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode, an active layer, a gate insulating layer, a source electrode, and a drain electrode. A gate electrode is located on the substrate. The active layer faces the gate electrode and includes metal nanoparticles, a first carbon allotrope, and a semiconductor material. A gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and the drain electrode respectively contact the active layer.

복수의 금속나노입자는 일정 간격으로 이격되어 배치된다.A plurality of metal nanoparticles are arranged spaced apart at regular intervals.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 박막트랜지스터 어레이 기판; 박막트랜지스터 어레이 기판 상에 위치하는 유기절연막, 및 유기절연막 상에 위치하는 화소 전극을 포함한다.In addition, a display device according to an embodiment of the present invention includes a thin film transistor array substrate; It includes an organic insulating film positioned on the thin film transistor array substrate and a pixel electrode positioned on the organic insulating film.

화소 전극과 전기적으로 연결된 유기발광 다이오드, 유기발광 다이오드 상에 위치하는 봉지층, 및 봉지층 상에 위치하는 커버윈도우를 더 포함한다.It further includes an organic light emitting diode electrically connected to the pixel electrode, an encapsulation layer positioned on the organic light emitting diode, and a cover window positioned on the encapsulation layer.

화소 전극과 동일 평면 상 또는 하부에서 이격되어 위치하는 공통 전극, 및 공통 전극 상에 위치하는 액정층을 더 포함한다.The pixel electrode may further include a common electrode positioned on the same plane or spaced apart from the bottom of the pixel electrode, and a liquid crystal layer positioned on the common electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 반도체 물질 내에 도전성을 띠는 탄소 동소체와 금속나노입자를 포함함으로써, 캐리어들이 탄소 동소체와 금속나노입자를 타고 이동하여 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.A thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes conductive carbon allotrope and metal nanoparticles in a semiconductor material, so that carriers can move along the carbon allotrope and metal nanoparticles to improve charge mobility. There is an advantage.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In addition, the thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon allotrope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, and an active layer including a carbon allotrope and a semiconductor material. By providing the layer, there is an advantage of reducing contact resistance between the source and drain electrodes and the active layer and improving charge mobility.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 액티브층을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 액티브층의 전하 이동 경로를 나타낸 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조공정을 나타낸 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도.
도 12는 비교예 1, 2 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 나타낸 그래프.
도 13은 비교예 1, 2 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전하이동도를 나타낸 그래프.
도 14는 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전하이동도와 점멸비를 나타낸 그래프.
도 15는 도 8의 A 영역의 SEM 이미지.
도 16은 도 8의 B 영역의 SEM 이미지.
도 17은 도 16의 C 영역을 나타낸 SEM 이미지.
도 18은 도 16의 D 영역을 나타낸 SEM 이미지.
도 19 내지 도 21은 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터를 라만 분석한 그래프.
1 is a cross-sectional view showing a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the active layer of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a charge transfer path of the active layer of the present invention.
4 to 6 are cross-sectional views showing manufacturing processes of the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention.
7 and 8 are cross-sectional views showing a thin film transistor array substrate according to a second embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing a thin film transistor array substrate according to a third embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating an organic light emitting display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the drain current according to the gate voltage of the thin film transistors manufactured according to Comparative Examples 1 and 2 and Examples.
13 is a graph showing charge mobility of thin film transistors manufactured according to Comparative Examples 1 and 2 and Examples.
14 is a graph showing charge mobility and blinking ratio of thin film transistors manufactured according to an embodiment.
15 is a SEM image of area A of FIG. 8;
16 is a SEM image of region B of FIG. 8;
17 is a SEM image showing region C of FIG. 16;
18 is a SEM image showing region D of FIG. 16;
19 to 21 are Raman analysis graphs of thin film transistors manufactured according to embodiments.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the invention. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is directly connected or connectable to the other element, but there is another element between the elements. It will be understood that elements may be “connected”, “coupled” or “connected”. In the same vein, when a component is described as being formed “on” or “below” another component, that component is formed either directly by the other component or indirectly through another component. It should be understood as including

하기에서 개시하는 본 발명에 따른 표시장치는 유기발광표시장치, 액정표시장치, 전기영동표시장치 등일 수 있다. 본 발명에서는 액정표시장치를 예로 설명한다. 액정표시장치는 박막트랜지스터 상에 화소 전극과 공통 전극이 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판, 이 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통 전극과 화소 전극에서 수직 또는 수평으로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동한다. 또한, 본 발명에 따른 표시장치는 유기발광표시장치에도 사용 가능하다. 예를 들어, 유기발광표시장치는 박막트랜지스터에 연결된 제1 전극과, 제2 전극, 및 이들 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 포함한다. 따라서, 제1 전극으로부터 공급받는 정공과 제2 전극으로부터 공급받는 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광한다. 후술하는 본 발명의 탄소 동소체를 포함하는 액티브층은 전술한 표시장치의 박막트랜지스터에 사용할 수 있다. The display device according to the present invention described below may be an organic light emitting display device, a liquid crystal display device, an electrophoretic display device, and the like. In the present invention, a liquid crystal display device will be described as an example. A liquid crystal display device is composed of a thin film transistor array substrate on which a pixel electrode and a common electrode are formed on a thin film transistor, a color filter substrate, and a liquid crystal layer interposed between the two substrates. A liquid crystal is driven by an electric field applied horizontally. Also, the display device according to the present invention can be used for an organic light emitting display device. For example, an organic light emitting display device includes a first electrode connected to a thin film transistor, a second electrode, and an emission layer made of an organic material between the first electrode and the second electrode. Accordingly, holes supplied from the first electrode and electrons supplied from the second electrode are combined in the light emitting layer to form an exciton, which is a hole-electron pair, and light is emitted by energy generated as the exciton returns to the ground state. The active layer including the carbon allotrope of the present invention described later can be used for the thin film transistor of the aforementioned display device.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 개시하고, 구체적으로 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층이 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판를 개시한다. 박막트랜지스터는 표시장치의 스위칭 소자 또는 구동 소자로 사용한다.The present invention discloses an active layer including a carbon allotrope and a semiconductor material, and specifically discloses a thin film transistor array substrate having an active layer including a carbon allotrope and a semiconductor material. A thin film transistor is used as a switching element or a driving element of a display device.

탄소 동소체carbon allotrope

본 발명에서 개시하는 탄소 동소체는 서로 공유결합된 탄소 원자의 다환 방향족 분자를 나타낸다. 공유결합된 탄소 원자는 반복되는 단위로서 6개의 구성요소로 된 고리를 형성할 수 있으며, 또한 5개의 구성요소로 된 고리 및 7개의 구성요소로 된 고리 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 단일층일 수 있으며, 또는 탄소 동소체의 다른 층 상에 적층된 다수의 탄소 동소체 층을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 1차원 또는 2차원 구조를 가진다. 탄소 동소체는 약 100nm의 최대 두께를 가지며, 구체적으로 약 10nm 내지 약 90nm, 더 구체적으로는 약 20nm 내지 약 80nm의 두께를 가진다.Carbon allotropes disclosed in the present invention represent polycyclic aromatic molecules of carbon atoms covalently bonded to each other. The covalently bonded carbon atoms may form a six-membered ring as a repeating unit, and may also contain one or more of a five-membered ring and a seven-membered ring. The carbon allotrope may be a single layer or may include multiple layers of carbon allotropes stacked on top of other layers of carbon allotrope. Carbon allotropes have either one-dimensional or two-dimensional structures. The carbon allotrope has a maximum thickness of about 100 nm, specifically about 10 nm to about 90 nm, more specifically about 20 nm to about 80 nm.

탄소 동소체의 제조방법은 물리적 박리법, 화학 기상 증착법, 화학적 박리법 또는 에피텍셜 합성법 등 크게 4가지가 있다. 물리적 박리법은 그래파이트 시료에 스카치 테이프를 붙인 후 이를 떼어내게 되어 스카치 테이프 표면에 그래파이트로부터 떨어져 나온 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 화학 기상 증착법은 탄소 동소체를 성장시키고자 하는 기판 표면에 높은 운동 에너지를 가진 기체 또는 증기 형태의 탄소 전구체를 흡착-분해시켜 탄소 원자로 분리시키고 해당 탄소원자들이 서로 원자간 결합을 이루게 하여 결정질의 탄소 동소체를 성장시키는 방식이다. 화학적 박리법은 흑연의 산화-환원 특성을 이용한 것으로, 흑연을 황산과 질산 혼합물에 넣어 탄소 동소체 판들의 가장자리에 카르복실 화합물을 붙인다. 염화 티놀에 의해 산염화물로 바뀌고 다시 옥타데실아민을 써서 탄소 동소체 아미드를 만든다. 이것을 테트라히드로푸란과 같은 용액을 이용하여 환수하면 분쇄가 일어나 개별의 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 에피텍셜 합성법은 실리콘 카바이드(SiC)를 1,500℃의 고온으로 가열하여, 실리콘(Si)이 제거되고 남아 있는 카본(C)에 의하여 탄소 동소체를 얻는 방식이다. There are four major methods of preparing carbon allotropes: physical exfoliation, chemical vapor deposition, chemical exfoliation, or epitaxial synthesis. The physical exfoliation method is a method in which scotch tape is attached to a graphite sample and then peeled off to obtain a carbon allotrope sheet separated from the graphite on the surface of the scotch tape. The chemical vapor deposition method adsorbs and decomposes a carbon precursor in the form of a gas or vapor with high kinetic energy on the surface of a substrate on which a carbon allotrope is to be grown, separates it into carbon atoms, and makes the carbon atoms bond with each other to form a crystalline carbon allotrope. way to grow. The chemical exfoliation method uses the oxidation-reduction properties of graphite, and attaches carboxyl compounds to the edges of carbon allotrope plates by putting graphite in a mixture of sulfuric acid and nitric acid. It is converted into an acid chloride by tinol chloride and then made into a carbon allotrope amide by using octadecylamine. When this is recovered using a solution such as tetrahydrofuran, pulverization occurs to obtain individual carbon allotrope sheets. The epitaxial synthesis method is a method of heating silicon carbide (SiC) to a high temperature of 1,500 ° C. to obtain a carbon allotrope by removing silicon (Si) and remaining carbon (C).

본 발명의 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀 또는 그래핀 나노리본, 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 등을 사용할 수 있다. 환원 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드(GO)를 환원시킨 것으로, 흑연에 강산을 가하면 산화시키고 화학적으로 작은 입자 상태로 형성하여 그래핀 옥사이드를 제조하고 그래핀 옥사이드를 환원시켜 제조된다. 비산화 그래핀은 전술한 탄소 동소체의 제조방법 중 산화-환원 공정을 제외한 방법으로 제조된 탄소 동소체를 말한다. 그래핀 나노리본은 그래핀을 폭이 나노미터(nm)인 리본 형태로 잘라낸 것으로, 폭에 따라 일정 에너지 밴드갭을 가진다. 그래핀 나노리본은 탄소 동소체를 포함하는 모노머로부터 합성하거나 탄소나노튜브를 잘라 평면으로 펼쳐 제조될 수 있다. 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-wall CNT, SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall CNT, MWCNT) 등을 사용할 수 있으며, 반도체 특성을 갖는 경우나 메탈릭(metallic) 특성을 갖는 탄소나노튜브도 사용할 수 있다. 전술한 탄소 동소체의 종류 외에도 본 발명의 탄소 동소체는 그래핀 나노메쉬 등의 공지된 탄소 동소체 구조들을 적용할 수 있다. As the carbon allotrope of the present invention, reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene or graphene nanoribbon, carbon nanotube (CNT), or the like may be used. Reduced graphene oxide is obtained by reducing graphene oxide (GO), which is oxidized when a strong acid is added to graphite, chemically formed into small particles to produce graphene oxide, and reduced graphene oxide. Non-oxidized graphene refers to a carbon allotrope prepared by a method excluding the oxidation-reduction process among the above-described methods for producing a carbon allotrope. Graphene nanoribbons are graphene cut in the form of ribbons with a width of nanometers (nm), and have a certain energy band gap depending on the width. Graphene nanoribbons can be synthesized from monomers containing carbon allotropes or prepared by cutting and spreading carbon nanotubes on a plane. Carbon nanotubes may be single-wall CNTs (SWCNTs) or multi-wall CNTs (MWCNTs), which have semiconductor properties or metallic properties. Carbon nanotubes can also be used. In addition to the aforementioned types of carbon allotropes, known carbon allotrope structures such as graphene nanomesh may be applied to the carbon allotrope of the present invention.

본 발명의 탄소 동소체는 플레이크(flake) 형태로 사용된다. 탄소 동소체 플레이크는 탄소 동소체가 용매에 분산된 분산액을 이용하여 기판 상에 분산액을 코팅하고 용매를 건조한 후 물리적인 힘을 가해 제조될 수 있다. 물리적인 힘을 가하는 방법으로는 볼밀, 비드밀, 초음파 균질기, 스터링(stirring) 등의 방법을 이용하여 탄소 동소체 플레이크를 얻을 수 있다.The carbon allotrope of the present invention is used in the form of flakes. The carbon allotrope flakes may be prepared by coating the dispersion on a substrate using a dispersion in which the carbon allotrope is dispersed in a solvent, drying the solvent, and then applying physical force. As a method of applying physical force, carbon allotrope flakes may be obtained using a method such as a ball mill, a bead mill, an ultrasonic homogenizer, or stirring.

반도체 물질semiconductor material

본 발명의 반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체로 용액으로 코팅이 가능한 재료들을 사용할 수 있다. As the semiconductor material of the present invention, materials capable of being solution-coated with ceramic semiconductors, organic semiconductors, transition metal chalcogen compounds, or oxide semiconductors may be used.

세라믹 반도체는 세라믹의 전기적인 성질을 이용한 것으로, 세라믹은 전자가 어떤 이온이나 원자에 속박되어 있기 때문에 자유롭게 움질일 수 없어 전기가 거의 통하지 않으나, 외부로부터 전계가 가해지면 이에 반응하여 속박된 전자가 재배열을 일으켜 상태가 변하면서 전자가 움직이게 된다. 세라믹 반도체는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 셀레늄(Se), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속원소가 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 등과 결합하여 만든 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진다. 대표적인 세라믹 반도체로는 티타늄산바륨(BaTiO3)을 들 수 있다.Ceramic semiconductors use the electrical properties of ceramics. In ceramics, electrons cannot move freely because they are bound to certain ions or atoms, so electricity hardly flows. Electrons move as they change states by causing an arrangement. A ceramic semiconductor is a metal element such as silicon (Si), germanium (Ge), selenium (Se), aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr), oxygen (O), carbon (C), nitrogen (N ), etc. are made of oxides, carbides, and nitrides. Representative ceramic semiconductors include barium titanate (BaTiO 3 ).

유기 반도체는 반도체 특성을 가진 유기화합물로, 고분자 유기 반도체 또는 저분자 유기반도체를 들 수 있다. 고분자 유기 반도체로는 F8T2(Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene]), PBDTBOTPDO(Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-C]pyrrole-1,3-diyl){4,8-bis[(2-butyloctyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}]), PBDT-TPD(Poly[[5-(2-ethylhexyl)-5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl][4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT-CF(Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone]), PCDTBT(Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT(Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA(Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl)[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], F8BT(Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)]), P3DDT(Poly(3-dodecylthiophene-2,5-diyl)), P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), MDMOPPV(Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), MEH-PPV(Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3OT(Poly(3-octylthiophene-2,5-diyl)), PTB7(Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})) 등을 들 수 있다. The organic semiconductor is an organic compound having semiconductor properties, and may include a high-molecular organic semiconductor or a low-molecular organic semiconductor. Polymer organic semiconductors include F8T2 (Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene]), PBDTBOTPDO (Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo- 4H-thieno[3,4-C]pyrrole-1,3-diyl){4,8-bis[(2-butyloctyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2 ,6-diyl}]), PBDT-TPD (Poly[[5-(2-ethylhexyl)-5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3 -diyl][4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT-CF (Poly[1 -(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno [3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone]), PCDTBT (Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′- di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1 ,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT (Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b; 3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7 -bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA (Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Poly[(5,6 -dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl)[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2 -b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], F8BT(Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1 ,3]thiadiazol-4,8-diyl)]), P3DDT (Poly(3-dodecylthiophene-2,5-diyl)), P3HT (Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), MDMOPPV (Poly[ 2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), MEH-PPV (Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3OT (Poly(3-octylthiophene-2,5-diyl)), PTB7 (Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene -2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})) etc. are mentioned.

저분자 유기 반도체로는 예를 들어, TIPS-pentacene(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene), TESPentacene(6,13-Bis((triethylsilyl)ethynyl)pentacene), DH-FTTF(5,5′-Bis(7-hexyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2′-bithiophene), diF-TES-ADT(2,8-Difluoro-5,11-bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene), DH2T(5,5′-Dihexyl-2,2′-bithiophene), DH4T(3,3′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene), DH6T(5,5′′′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′:5′′′,2′′′′:5′′′′,2′′′′′-sexithiophene), DTS(PTTh2)2(4,4′-[4,4-Bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]bis[7-(5′-hexyl-[2,2′-bithiophen]-5-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine], 5,5′-Bis{[4-(7-hexylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl]-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine}-3,3′-di-2-ethylhexylsilylene-2,2′-bithiophene), SMDPPEH(2,5-Di-(2-ethylhexyl)-3,6-bis-(5′′-n-hexyl-[2,2′,5′,2′′]terthiophen-5-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione), TES-ADT(5,11-Bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene) 등을 들 수 있다.Examples of low-molecular organic semiconductors include TIPS-pentacene (6,13-Bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene), TESPentacene (6,13-Bis ((triethylsilyl) ethynyl) pentacene), DH-FTTF (5,5′-Bis (7-hexyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2′-bithiophene), diF-TES-ADT (2,8-Difluoro-5,11-bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene), DH2T (5,5 ′-Dihexyl-2,2′-bithiophene), DH4T (3,3′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene), DH6T (5 ,5′′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′:5′′′,2′′′′:5′′′′,2′ ′′′′-sexithiophene), DTS(PTTh2)2(4,4′-[4,4-Bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b′]dithiophene- 2,6-diyl]bis[7-(5′-hexyl-[2,2′-bithiophen]-5-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine], 5, 5′-Bis{[4-(7-hexylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl]-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine}-3,3′-di-2 -ethylhexylsilylene-2,2′-bithiophene), SMDPPEH(2,5-Di-(2-ethylhexyl)-3,6-bis-(5′′-n-hexyl-[2,2′,5′,2 ′′]terthiophen-5-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione), TES-ADT (5,11-Bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene), and the like.

전술한 유기 반도체는 고분자 유기 반도체와 저분자 유기 반도체 중 두 종류 이상을 사용하거나 서로 다른 고분자 유기 반도체들을 사용할 수도 있고, 서로 다른 저분자 유기 반도체들을 사용할 수도 있다.As the organic semiconductor described above, two or more of a polymer organic semiconductor and a small molecular organic semiconductor may be used, different polymer organic semiconductors may be used, or different small molecular organic semiconductors may be used.

전이금속 칼코겐 화합물(transition metal dichalcogenides)은 반도체 특성을 가진 재료로 예를 들면 전이금속 황화물, 전이금속 셀렌화물, 전이금속 텔루르화물 등일 수 있다. 전이금속 칼코겐 화합물로는 예를 들어, SnSe2, CdSe, ZnSe, ZnTe, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2 등을 사용할 수 있다. Transition metal dichalcogenides are materials having semiconductor properties, and may include, for example, transition metal sulfides, transition metal selenides, transition metal tellurides, and the like. Examples of the transition metal chalcogen compound include SnSe 2 , CdSe, ZnSe, ZnTe, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 and the like.

산화물 반도체(Oxide semi-conductor)는 반도체 특성을 가진 재료로 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 주석(Sn), 실리콘(Si), 지르코늄(Zr) 등의 금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 산화물 반도체의 예로서, IGZO, In2O3, ZnO, IZO, IGO 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 공지된 재료를 사용할 수 있다.Oxide semi-conductor is a material with semiconductor characteristics, which includes metals such as gallium (Ga), indium (In), zinc (Zn), tin (Sn), silicon (Si), and zirconium (Zr). may be an oxide. As an example of the oxide semiconductor, IGZO, In 2 O 3 , ZnO, IZO, IGO, etc. may be used, and known materials may be used without being limited thereto.

이하, 전술한 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 표시장치에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a thin film transistor array substrate and a display device including the aforementioned carbon allotrope and semiconductor material will be described.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 액티브층을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 액티브층의 전하 이동 경로를 나타낸 단면도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조공정을 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the active layer of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a charge transfer path of the active layer of the present invention. 4 to 6 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention.

박막트랜지스터thin film transistor 어레이 기판 array board

본 발명에서 개시하는 박막트랜지스터 어레이 기판은 액티브층 하부에 게이트 전극이 위치하는 바텀 게이트형(bottom-gate type) 박막트랜지스터를 예로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 게이트 전극이 액티브층 상부에 위치하는 탑 게이트형(top-gate type) 박막트랜지스터 등 공지된 박막트랜지스터의 구조를 모두 적용할 수 있다.The thin film transistor array substrate disclosed in the present invention will be described as an example of a bottom-gate type thin film transistor in which a gate electrode is positioned under an active layer. However, the present invention is not limited thereto, and all known structures of thin film transistors, such as a top-gate type thin film transistor in which a gate electrode is positioned above the active layer, may be applied.

도 1을 참조하면, 기판(110) 상에 게이트 전극(120)이 위치한다. 기판(110)은 투명하거나 불투명한 유리, 플라스틱 또는 금속으로 이루어진다. 게이트 전극(120)은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금의 단층이나 다층으로 이루어진다. 게이트 전극(120) 상에 게이트 전극(120)을 절연시키는 게이트 절연막(130)이 위치한다. 게이트 절연막(130)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어진다. Referring to FIG. 1 , a gate electrode 120 is positioned on a substrate 110 . The substrate 110 is made of transparent or opaque glass, plastic or metal. The gate electrode 120 is made of copper (Cu), molybdenum (Mo), aluminum (Al), chromium (Cr), gold (Au), titanium (Ti), nickel (Ni), neodymium (Nd), tantalum (Ta) and tungsten (W), or a single layer or multiple layers of alloys thereof. A gate insulating layer 130 insulating the gate electrode 120 is positioned on the gate electrode 120 . The gate insulating film 130 is made of a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNx), or a multi-layer thereof.

게이트 절연막(130) 상에 액티브층(140)이 위치한다. 액티브층(140)은 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함하여 구성된다. An active layer 140 is positioned on the gate insulating layer 130 . The active layer 140 includes a carbon allotrope and a semiconductor material.

도 2를 참조하면, 본 발명의 액티브층(140)은 반도체 물질(OC), 복수의 탄소 동소체(CNT) 및 복수의 금속나노입자(MN)를 포함한다. 반도체 물질(OC)은 액티브층(140)의 메인 바디(body)를 이루는 것으로 액티브층(140)이 반도체로서 작용할 수 있도록 하여 문턱 전압을 조절한다. 복수의 탄소 동소체(CNT)는 전하(carrier)들이 도전성의 탄소 동소체(CNT)를 통해 빠르게 이동할 수 있도록 하여 액티브층(140)의 전하이동도를 빠르게 한다. 복수의 금속나노입자(MN)는 전하들이 도전성을 띠는 금속나노입자(MN)를 통해 빠르게 이동할 수 있도록 하여 액티브층(140)의 전하이동도를 빠르게 한다. Referring to FIG. 2 , the active layer 140 of the present invention includes a semiconductor material (OC), a plurality of carbon allotropes (CNT), and a plurality of metal nanoparticles (MN). The semiconductor material OC forms the main body of the active layer 140 and controls the threshold voltage by enabling the active layer 140 to act as a semiconductor. The plurality of carbon allotropes (CNTs) allow charges (carriers) to move quickly through the conductive carbon allotropes (CNTs), thereby speeding up the charge mobility of the active layer 140 . The plurality of metal nanoparticles (MN) allows charges to move rapidly through the conductive metal nanoparticles (MN), thereby speeding up the charge mobility of the active layer 140 .

금속나노입자(MN)는 금속 재료 예를 들어 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 금속나노입자(MN)는 이에 한정되지 않으며 공지된 금속재료라면 모두 사용 가능하다. Metal nanoparticles (MN) are metal materials such as molybdenum (Mo), aluminum (Al), chromium (Cr), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), nickel (Ni), neodymium (Nd) ), copper (Cu), or any one or more of alloys thereof. However, the metal nanoparticles (MN) of the present invention are not limited thereto, and any known metal material can be used.

또한, 금속나노입자(MN)는 수 내지 수백 나노미터의 입경으로 이루어져 액티브층(140) 내에 분산될 수 있다. 이때, 금속나노입자(MN)는 액티브층(140) 내에서 균일한 전하이동도를 나타내기 위해, 일정 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. In addition, the metal nanoparticles (MN) may have a particle size of several to hundreds of nanometers and be dispersed in the active layer 140 . In this case, the metal nanoparticles (MN) may be spaced apart from each other at regular intervals to exhibit uniform charge mobility in the active layer 140 .

다시 도 1을 참조하면, 액티브층(140) 상에 액티브층(140)의 일측에 컨택하는 소스 전극(150a)과, 액티브층(140)의 타측에 컨택하는 드레인 전극(150b)이 위치한다. 소스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)은 단일층 또는 다층으로 이루어질 수 있으며, 단일층일 경우에는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 소스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)이 다층일 경우에는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴, 몰리브덴/알루미늄 또는 티타늄/알루미늄의 2중층이거나 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴/몰리브덴, 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴 또는 티타늄/알루미늄/티타늄의 3중층으로 이루어질 수 있다.Referring back to FIG. 1 , a source electrode 150a contacting one side of the active layer 140 and a drain electrode 150b contacting the other side of the active layer 140 are positioned on the active layer 140 . The source electrode 150a and the drain electrode 150b may be formed of a single layer or multiple layers, and in the case of a single layer, molybdenum (Mo), aluminum (Al), chromium (Cr), gold (Au), titanium (Ti, It may be made of any one selected from the group consisting of nickel (Ni), neodymium (Nd) and copper (Cu) or an alloy thereof. In addition, when the source electrode 150a and the drain electrode 150b are multi-layered, they are a double layer of molybdenum/aluminum-neodymium, molybdenum/aluminum, or titanium/aluminum, or molybdenum/aluminum-neodymium/molybdenum, molybdenum/aluminum/molybdenum, or titanium. It can be made of a triple layer of /aluminum/titanium.

도 3을 참조하면, 본 발명의 액티브층(140)은 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b)에 전압이 걸리면 액티브층(140)의 채널로 캐리어인 전자와 정공이 이동한다. 이때, 액티브층(140)이 탄소 동소체(CNT), 금속나노입자(MN) 및 반도체 물질(OC)로 이루어져 있으므로, 전자와 정공이 탄소 동소체(CNT)와 금속나노입자(MN)를 타고 매우 빠르게 이동하고 반도체 물질(OC)에서 반도체 물질(OC)의 전하이동도에 따라 이동하게 된다. 따라서, 전자와 정공은 반도체 물질(OC) 내에서 탄소 동소체(CNT)와 금속나노입자(MN)들을 따라 이동하여 전하이동도가 매우 향상될 수 있다. Referring to FIG. 3 , when a voltage is applied to the source electrode 150a and the drain electrode 150b of the active layer 140 of the present invention, electrons and holes, which are carriers, move to a channel of the active layer 140 . At this time, since the active layer 140 is composed of carbon allotrope (CNT), metal nanoparticles (MN), and semiconductor material (OC), electrons and holes ride very quickly through the carbon allotrope (CNT) and metal nanoparticles (MN). and moves according to the charge mobility of the semiconductor material (OC) in the semiconductor material (OC). Accordingly, electrons and holes move along the carbon allotrope (CNT) and the metal nanoparticles (MN) in the semiconductor material (OC), and charge mobility can be greatly improved.

전술한 액티브층(140)을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판은 다음과 같이 제조될 수 있다. The thin film transistor array substrate including the above-described active layer 140 may be manufactured as follows.

도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 게이트 전극 물질을 증착하고 패터닝하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 게이트 전극(120)을 포함하는 기판(110) 전면에 게이트 절연막 물질을 증착하여 게이트 절연막(130)을 형성한다. 다음, 게이트 절연막(130) 상에 금속나노입자(MN)들이 혼합된 용액을 코팅하고 건조함으로써 금속나노입자(MN)들을 형성한다. 이때, 금속나노입자(MN)들은 추후 액티브층(140)으로 제조되는 영역에만 형성되도록 한다.Referring to FIG. 4 , the gate electrode 120 is formed by depositing and patterning a gate electrode material on the substrate 110 . A gate insulating layer material is deposited on the entire surface of the substrate 110 including the gate electrode 120 to form the gate insulating layer 130 . Next, metal nanoparticles (MN) are formed by coating a solution in which metal nanoparticles (MN) are mixed on the gate insulating layer 130 and drying. At this time, the metal nanoparticles (MN) are formed only in the region to be fabricated as the active layer 140 later.

이어, 도 5를 참조하면, 탄소 동소체(CNT)와 반도체 물질(OC)이 혼합된 반도체 용액을 제조한다. 반도체 용액은 분말 형태의 탄소 동소체와 반도체 물질을 용매에 넣어 혼합하여 제조되거나, 반도체 전구체 용액에 탄소 동소체 분산액을 혼합하여 제조될 수도 있다. 탄소 동소체와 반도체 물질을 양호하게 분산시키기 위해, 기타 첨가물을 첨가하거나 초음파를 조사할 수 있다. 탄소 동소체가 혼합된 반도체 용액에 초음파를 조사하는 경우, 초음파를 수 차례 분할하여 조사하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 탄소 동소체를 반도체 전구체 용액에 혼합하고, 초음파 파쇄기로 강한 초음파(약 250W)를 약 30분간 조사한다. 이와 같은 공정을 반복함으로써 탄소 동소체가 양호하게 분산된 반도체 용액을 제조할 수 있다. Subsequently, referring to FIG. 5 , a semiconductor solution in which the carbon allotrope (CNT) and the semiconductor material (OC) are mixed is prepared. The semiconductor solution may be prepared by mixing a powdered carbon allotrope and a semiconductor material in a solvent, or may be prepared by mixing a carbon allotrope dispersion with a semiconductor precursor solution. In order to favorably disperse the carbon allotrope and the semiconductor material, other additives may be added or ultrasonic waves may be irradiated. In the case of irradiating ultrasonic waves to a semiconductor solution in which carbon allotropes are mixed, it is preferable to irradiate the ultrasonic waves by dividing them several times. For example, a carbon allotrope is mixed with a semiconductor precursor solution, and strong ultrasonic waves (about 250 W) are irradiated with an ultrasonic disruptor for about 30 minutes. By repeating such a process, a semiconductor solution in which the carbon allotrope is well dispersed can be prepared.

본 발명의 반도체 용액에 사용되는 탄소 동소체의 양은 반도체 전구체 용액 100 중량%에 대해 0.0001 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 여기서, 탄소 동소체가 반도체 전구체 용액 100 중량%에 대해 0.0001 중량% 이상이면, 전하이동도 특성이 향상된 효과를 나타낼 수 있고, 탄소 동소체가 반도체 전구체 용액 100 중량%에 대해 1 중량% 이하이면, 탄소 동소체의 분산성을 향상시키고 코팅성을 향상시킬 수 있다. The amount of the carbon allotrope used in the semiconductor solution of the present invention may be included in an amount of 0.0001 to 1% by weight based on 100% by weight of the semiconductor precursor solution. Here, if the carbon allotrope is 0.0001% by weight or more with respect to 100% by weight of the semiconductor precursor solution, the effect of improving charge mobility characteristics can be exhibited, and if the carbon allotrope is 1% by weight or less with respect to 100% by weight of the semiconductor precursor solution, the carbon allotrope It is possible to improve the dispersibility of and improve the coating property.

제조된 반도체 용액을 금속나노입자(MN)가 형성된 기판(110) 상에 코팅하고 건조하여, 금속나노입자(MN)를 포함하는 액티브층(140)을 형성한다. 반도체 용액을 코팅하는 방법으로는 스핀 코팅(spin coating), 슬릿 코팅(slit coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 등의 방법을 사용할 수 있으며 용액을 코팅하는 방법이라면 어떠한 방법도 적용 가능하다. 그리고 코팅막을 250℃에서 2시간 동안 열처리를 수행하여 용매를 제거한 후, 포토리소그래피법으로 패터닝함으로써 본 발명의 액티브층(140)을 제조한다. 이렇게 제조된 액티브층(140)은 금속나노입자(MN)와 탄소 동소체(CNT)가 반도체 물질(OC) 내에 분산된 구조로 이루어질 수 있다.The prepared semiconductor solution is coated on the substrate 110 on which the metal nanoparticles (MN) are formed and dried to form an active layer 140 including the metal nanoparticles (MN). As a method of coating the semiconductor solution, methods such as spin coating, slit coating, screen printing, and ink-jet printing may be used. Any method is applicable. In addition, the active layer 140 of the present invention is prepared by heat-treating the coating film at 250° C. for 2 hours to remove the solvent and then patterning the coating film using photolithography. The active layer 140 manufactured in this way may have a structure in which metal nanoparticles (MN) and carbon allotrope (CNT) are dispersed in the semiconductor material (OC).

전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 반도체 물질 내에 도전성을 띠는 탄소 동소체와 금속나노입자를 포함함으로써, 캐리어들이 탄소 동소체와 금속나노입자를 타고 이동하여 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention includes conductive carbon allotrope and metal nanoparticles in a semiconductor material, so that carriers ride on the carbon allotrope and metal nanoparticles to transfer charge. There are advantages to improving the degree.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도이다. 하기에서는 전술한 제1 실시예와 동일한 구성에 대해 그 설명을 생략하기로 한다.7 and 8 are cross-sectional views showing a thin film transistor array substrate according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing a thin film transistor array substrate according to a third embodiment of the present invention. In the following, descriptions of the same components as those of the first embodiment will be omitted.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판(210) 상에 게이트 전극(220)이 배치되고, 게이트 전극(220) 상에 게이트 절연막(230)이 배치된다.Referring to FIG. 7 , in the thin film transistor array substrate according to the second embodiment of the present invention, a gate electrode 220 is disposed on a substrate 210, and a gate insulating film 230 is disposed on the gate electrode 220. .

게이트 절연막(230) 상에 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)이 배치된다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 서로 이격되어 배치된다.제1 보조전극(260a) 상에 소스 전극(250a)이 배치되고, 제2 보조전극(260b) 상에 드레인 전극(250b)이 배치된다. 제1 보조전극(260a)과 제2 보조전극(260b), 및 게이트 절연막(230) 상에 액티브층(240)이 배치된다. 액티브층(240)은 제1 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240)의 일측은 소스 전극(250a)과 컨택하고 타측은 드레인 전극(250b)과 컨택한다.A first auxiliary electrode 260a and a second auxiliary electrode 260b are disposed on the gate insulating layer 230 . The first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b are disposed spaced apart from each other. The source electrode 250a is disposed on the first auxiliary electrode 260a, and the drain is disposed on the second auxiliary electrode 260b. An electrode 250b is disposed. An active layer 240 is disposed on the first auxiliary electrode 260a, the second auxiliary electrode 260b, and the gate insulating layer 230 . The active layer 240 includes a semiconductor material OC in which a first carbon allotrope (CNT) is dispersed. One side of the active layer 240 contacts the source electrode 250a and the other side contacts the drain electrode 250b.

보다 자세하게, 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 제2 탄소 동소체로 이루어진다. 액티브층(240)의 제1 탄소 동소체(CNT)와 제2 탄소 동소체는 동종의 탄소 동소체로 이루어진다. 예를 들어, 제1 탄소 동소체(CNT) 및 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 액티브층(240)에 포함된 제1 탄소 동소체(CNT)는 탄소나노튜브이고, 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene) 또는 그래핀 나노리본 중 선택된 그래핀이다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 1 내지 50nm의 두께로 이루어져 소스 전극(250a)과 액티브층(240) 사이 및 드레인 전극(250b)과 액티브층(240) 사이의 컨택 저항을 낮출 수 있고 캐리어의 이동을 빠르게 하여 전하이동도를 향상시킬 수 있다. More specifically, the first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b are made of the second carbon allotrope. The first carbon allotrope (CNT) and the second carbon allotrope of the active layer 240 are made of the same type of carbon allotrope. For example, the first carbon allotrope (CNT) and the second carbon allotrope are reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene (graphene), graphene nanoribbon or carbon nanotube (CNT), or any one of these. may be a mixture. In an embodiment of the present invention, the first carbon allotrope (CNT) included in the active layer 240 is a carbon nanotube, and the second carbon allotrope is reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene, or graphene. It is graphene selected among nanoribbons. The first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b are formed to have a thickness of 1 to 50 nm and provide contact between the source electrode 250a and the active layer 240 and between the drain electrode 250b and the active layer 240. Resistance can be lowered and carrier mobility can be accelerated to improve charge mobility.

액티브층(240)은 제1 보조전극(260a)과 컨택하여 중첩하는 제1 영역(AT1), 제2 보조전극(260b)과 컨택하여 중첩하는 제2 영역(AT2) 및 게이트 절연막(230)과 컨택하는 제3 영역(AT3)을 포함한다. 본 발명의 제1 보조전극(260a)은 액티브층(240)의 제1 영역(AT1)의 하면에 컨택하면서 소스 전극(250a)과 컨택한다. 특히, 제1 보조전극(260a)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)은 채널(channel)에 해당하는 영역이다. 소스 전극(250a)으로부터 주입되는 캐리어는 제1 보조전극(260a)을 통해 액티브층(240)의 채널인 제3 영역(AT3)으로 이동할 수 있다. The active layer 240 includes a first region AT1 that contacts and overlaps the first auxiliary electrode 260a, a second region AT2 that contacts and overlaps the second auxiliary electrode 260b, and the gate insulating layer 230. It includes a third area (AT3) that makes contact. The first auxiliary electrode 260a of the present invention contacts the lower surface of the first region AT1 of the active layer 240 and the source electrode 250a. In particular, one side surface of the first auxiliary electrode 260a contacts the side surface of the third region AT3 of the active layer 240 . The third area AT3 of the active layer 240 corresponds to a channel. Carriers injected from the source electrode 250a may move to the third region AT3 that is a channel of the active layer 240 through the first auxiliary electrode 260a.

본 발명의 제2 보조전극(260b)은 액티브층(240)의 제2 영역(AT2)의 하면에 컨택하면서 드레인 전극(250b)과 컨택한다. 특히, 제2 보조전극(260b)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 채널을 통해 이동되는 캐리어는 제2 보조전극(260b)을 통해 드레인 전극(250b)으로 이동할 수 있다. 또한, 본 발명의 액티브층(240)은 복수의 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240) 내부에서 이동하는 캐리어들은 탄소 동소체(CNT)를 타고 매우 빠르게 이동할 수 있고 반도체 물질(OC)에서는 반도체 물질(OC)의 전하이동도에 따라 이동할 수 있다.The second auxiliary electrode 260b of the present invention contacts the drain electrode 250b while contacting the lower surface of the second region AT2 of the active layer 240 . In particular, one side surface of the second auxiliary electrode 260b contacts the side surface of the third region AT3 of the active layer 240 . Carriers moving through the channel of the third region AT3 of the active layer 240 may move to the drain electrode 250b through the second auxiliary electrode 260b. In addition, the active layer 240 of the present invention includes a semiconductor material (OC) in which a plurality of carbon allotropes (CNT) are dispersed. Carriers moving inside the active layer 240 can move very quickly along the carbon allotrope (CNT) and can move in the semiconductor material (OC) according to the charge mobility of the semiconductor material (OC).

도 8을 참조하면, 본 발명의 박막트랜지스터 어레이 기판에서 캐리어의 이동경로(TP)는 다음과 같다. 소스 전극(250a)으로부터 주입된 캐리어들은 도체에 가까운 그래핀으로 이루어진 제1 보조전극(260a)에서 매우 빠르게 이동하여 액티브층(240)으로 주입된다. 액티브층(240)의 채널(CH)에서는 복수의 탄소 동소체(CNT)와 반도체 물질(OC)을 포함하기 때문에 주입된 캐리어들이 탄소 동소체(CNT)를 타고 매우 빠르게 이동한다. 액티브층(240)의 채널(CH)을 통과한 캐리어들은 다시 한번 도체에 가까운 그래핀으로 이루어진 제2 보조전극(260b)에서 매우 빠르게 이동하여 드레인 전극(250b)으로 이동한다.Referring to FIG. 8, the movement path (TP) of the carrier in the thin film transistor array substrate of the present invention is as follows. Carriers injected from the source electrode 250a move very quickly in the first auxiliary electrode 260a made of graphene, which is close to a conductor, and are injected into the active layer 240 . Since the channel CH of the active layer 240 includes a plurality of carbon allotropes (CNTs) and a semiconductor material (OC), injected carriers move very quickly along the carbon allotropes (CNTs). Carriers passing through the channel CH of the active layer 240 move very quickly from the second auxiliary electrode 260b made of graphene, which is close to a conductor, to the drain electrode 250b.

본 발명의 액티브층(240)은 전체 액티브층(240)의 평면 면적 대비 제1 보조전극(260a)과 컨택하여 중첩하는 제1 영역(AT1)과, 제2 보조전극(260b)과 컨택하여 중첩하는 제2 영역(AT2)의 평면 면적이 30 내지 60%의 비율을 차지할 수 있다. 여기서, 전체 액티브층(240)의 평면 면적 대비 제1 영역(AT1)과 제2 영역(AT2)의 평면 면적이 30% 이상이면 액티브층의 전하이동도를 향상시킬 수 있고, 전체 액티브층(240)의 평면 면적 대비 제1 영역(AT1)과 제2 영역(AT2)의 평면 면적이 60% 이하이면 액티브층(240)의 거의 도통되어 스위칭 역할을 못하는 것을 방지할 수 있다. The active layer 240 of the present invention contacts and overlaps the first region AT1 that contacts and overlaps the first auxiliary electrode 260a relative to the planar area of the entire active layer 240 and the second auxiliary electrode 260b. The planar area of the second area AT2 may occupy 30 to 60%. Here, when the plane area of the first region AT1 and the second region AT2 is 30% or more compared to the plane area of the entire active layer 240, the charge mobility of the active layer can be improved, and the entire active layer 240 When the planar area of the first and second areas AT1 and AT2 is 60% or less compared to the planar area of ), it is possible to prevent the active layer 240 from being almost conductive and failing to play a switching role.

전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The thin film transistor array substrate according to the second embodiment of the present invention described above includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon allotrope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, and including a carbon allotrope and a semiconductor material. By providing the active layer, there is an advantage of reducing contact resistance between the source and drain electrodes and the active layer and improving charge mobility.

한편, 본 발명의 박막트랜지스터 어레이 기판은 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)의 위치가 제2 실시예와 다르게 배치될 수 있다. Meanwhile, in the thin film transistor array substrate of the present invention, the positions of the first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b may be disposed differently from those of the second embodiment.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판(210) 상에 게이트 전극(220)이 배치되고, 게이트 전극(220) 상에 게이트 절연막(230)이 배치된다. 게이트 절연막(230) 상에 소스 전극(250a)과 드레인 전극(250b)이 서로 이격되어 배치된다. 소스 전극(250a) 상에 제1 보조전극(260a)이 배치되고 드레인 전극(250b) 상에 제2 보조전극(260b)이 배치된다. 제1 보조전극(260a)은 게이트 절연막(230) 상면에서부터 소스 전극(250a)의 상부를 따라 연장되어 배치되고, 제2 보조전극(260b)도 게이트 절연막(230) 상면에서부터 드레인 전극(250b)의 상부를 따라 연장되어 배치된다. 제1 보조전극(260a)과 제2 보조전극(260b)은 서로 이격되어 배치된다.Referring to FIG. 9 , in the thin film transistor array substrate according to the third embodiment of the present invention, a gate electrode 220 is disposed on a substrate 210, and a gate insulating film 230 is disposed on the gate electrode 220. . The source electrode 250a and the drain electrode 250b are spaced apart from each other on the gate insulating layer 230 . The first auxiliary electrode 260a is disposed on the source electrode 250a and the second auxiliary electrode 260b is disposed on the drain electrode 250b. The first auxiliary electrode 260a extends from the top surface of the gate insulating film 230 along the top of the source electrode 250a, and the second auxiliary electrode 260b also extends from the top surface of the gate insulating film 230 to the top of the drain electrode 250b. It is arranged extending along the top. The first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b are spaced apart from each other.

제1 보조전극(260a)과 제2 보조전극(260b) 상에 액티브층(240)이 배치된다. 액티브층(240)은 제1 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240)의 일측은 제1 보조전극(260a)과 컨택하고 타측은 제2 보조전극(260b)과 컨택한다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 제2 탄소 동소체로 이루어지며, 제1 탄소 동소체(CNT) 및 제2 탄소 동소체는 전술한 제2 실시예와 동일하게 이루어진다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 1 내지 50nm의 두께로 이루어져 소스 전극(250a)과 액티브층(240) 사이 및 드레인 전극(250b)과 액티브층(240) 사이의 컨택 저항을 낮출 수 있고 캐리어의 이동을 빠르게 하여 전하이동도를 향상시킬 수 있다. An active layer 240 is disposed on the first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b. The active layer 240 includes a semiconductor material OC in which a first carbon allotrope (CNT) is dispersed. One side of the active layer 240 contacts the first auxiliary electrode 260a and the other side contacts the second auxiliary electrode 260b. The first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b are made of the second carbon allotrope, and the first carbon allotrope (CNT) and the second carbon allotrope are made the same as in the second embodiment described above. The first auxiliary electrode 260a and the second auxiliary electrode 260b are formed to have a thickness of 1 to 50 nm and provide contact between the source electrode 250a and the active layer 240 and between the drain electrode 250b and the active layer 240. Resistance can be lowered and carrier mobility can be accelerated to improve charge mobility.

액티브층(240)은 제1 보조전극(260a)과 컨택하는 제1 영역(AT1), 제2 보조전극(260b)과 컨택하는 제2 영역(AT2) 및 게이트 절연막(230)과 컨택하는 제3 영역(AT3)을 포함한다. 본 발명의 제1 보조전극(260a)은 액티브층(240)의 제1 영역(AT1)의 하면에 컨택하면서 액티브층(240)의 일측면과 컨택한다. 또한, 제1 보조전극(260a)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 소스 전극(250a)으로부터 주입되는 캐리어는 제1 보조전극(260a)을 통해 액티브층(240)의 채널인 제3 영역(AT3)으로 이동할 수 있다. 본 발명의 제2 보조전극(260b)은 액티브층(240)의 제2 영역(AT2)의 하면에 컨택하면서 액티브층(240)의 타측면에 컨택한다. 제2 보조전극(260b)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 채널을 통해 이동되는 캐리어는 제2 보조전극(260b)을 통해 드레인 전극(250b)으로 이동할 수 있다. 또한, 본 발명의 액티브층(240)은 복수의 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240) 내부에서 이동하는 캐리어들은 탄소 동소체(CNT)를 타고 매우 빠르게 이동할 수 있고 반도체 물질(OC)에서는 반도체 물질(OC)의 전하이동도에 따라 이동할 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 전술한 제2 실시예에 비해 제1 보조전극과 제2 보조전극의 위치만 다를 뿐 동일하게 작용한다.The active layer 240 includes a first region AT1 contacting the first auxiliary electrode 260a, a second region AT2 contacting the second auxiliary electrode 260b, and a third contacting the gate insulating layer 230. area AT3 is included. The first auxiliary electrode 260a of the present invention contacts one side of the active layer 240 while contacting the lower surface of the first region AT1 of the active layer 240 . In addition, one side surface of the first auxiliary electrode 260a contacts the side surface of the third region AT3 of the active layer 240 . Carriers injected from the source electrode 250a may move to the third region AT3 that is a channel of the active layer 240 through the first auxiliary electrode 260a. The second auxiliary electrode 260b of the present invention contacts the other side of the active layer 240 while contacting the lower surface of the second region AT2 of the active layer 240 . One side surface of the second auxiliary electrode 260b contacts the side surface of the third region AT3 of the active layer 240 . Carriers moving through the channel of the third region AT3 of the active layer 240 may move to the drain electrode 250b through the second auxiliary electrode 260b. In addition, the active layer 240 of the present invention includes a semiconductor material (OC) in which a plurality of carbon allotropes (CNT) are dispersed. Carriers moving inside the active layer 240 can move very quickly along the carbon allotrope (CNT) and can move in the semiconductor material (OC) according to the charge mobility of the semiconductor material (OC). The thin film transistor array substrate according to the third embodiment of the present invention functions the same as the second embodiment described above except for the positions of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode.

전술한 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The thin film transistor array substrate according to the third embodiment of the present invention described above includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon allotrope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, and including a carbon allotrope and a semiconductor material. By providing the active layer, there is an advantage of reducing contact resistance between the source and drain electrodes and the active layer and improving charge mobility.

이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 박막트랜지스터 어레이 기판을 포함하는 표시장치에 대해 설명한다. 하기에서는 전술한 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 포함하는 표시장치를 개시하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도이다. Hereinafter, a display device including the thin film transistor array substrate of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11 . In the following, a display device including the thin film transistor array substrate according to the above-described embodiment will be disclosed, and redundant description will be omitted. 10 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view of an organic light emitting display device according to an exemplary embodiment.

표시장치display device

도 10을 참조하면, 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b) 상에 유기절연막(160)이 위치한다. 유기절연막(160)은 하부의 단차를 평탄화하는 것으로, 포토아크릴(photo acryl), 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene resin), 아크릴레이트계 수지(acrylate) 등의 유기물로 이루어질 수 있다. 유기절연막(160)은 드레인 전극(150b)을 노출하는 비어홀(165)을 포함한다. 도시하지 않았지만, 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b) 상에 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어지는 패시베이션막이 위치할 수도 있다. Referring to FIG. 10 , an organic insulating layer 160 is positioned on the source electrode 150a and the drain electrode 150b. The organic insulating film 160 flattens the level difference at the bottom, and may be made of an organic material such as photo acryl, polyimide, benzocyclobutene resin, or acrylate resin. there is. The organic insulating layer 160 includes a via hole 165 exposing the drain electrode 150b. Although not shown, a passivation layer made of silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), or a multilayer thereof may be positioned on the source electrode 150a and the drain electrode 150b.

유기절연막(160) 상에 화소 전극(170)과 공통 전극(180)이 위치한다. 화소 전극(170)은 유기절연막(160)에 형성된 비어홀(165)을 통해 드레인 전극(150b)과 연결된다. 화소 전극(170)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명하면서도 도전성을 가진 물질로 이루어진다. 공통 전극(180)은 화소 전극(170)과 동일한 물질로 이루어진다. 화소 전극(170)과 공통 전극(180)은 서로 교번하여 배치되어, 화소 전극(170)과 공통 전극(180) 사이에 수평 전계를 형성한다.A pixel electrode 170 and a common electrode 180 are positioned on the organic insulating layer 160 . The pixel electrode 170 is connected to the drain electrode 150b through a via hole 165 formed in the organic insulating layer 160 . The pixel electrode 170 is made of a transparent and conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO). The common electrode 180 is made of the same material as the pixel electrode 170 . The pixel electrode 170 and the common electrode 180 are alternately disposed to form a horizontal electric field between the pixel electrode 170 and the common electrode 180 .

기판(110)과 대향하는 상부기판(190)이 위치하고, 기판(110)과 상부기판(190) 사이에 액정층(LC)이 위치한다. 본 발명의 실시예에서는 화소 전극(170)과 공통 전극(180)이 동일 평면 상에 위치하는 IPS(in-plane switching) 액정표시장치를 예로 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 화소 전극(170) 하부에 공통 전극(180)이 위치할 수도 있고, 공통 전극(180)이 상부기판(190)에 위치할 수도 있다.An upper substrate 190 facing the substrate 110 is positioned, and a liquid crystal layer LC is positioned between the substrate 110 and the upper substrate 190 . In the embodiment of the present invention, an in-plane switching (IPS) liquid crystal display device in which the pixel electrode 170 and the common electrode 180 are positioned on the same plane has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the common electrode 180 may be positioned under the pixel electrode 170 or the common electrode 180 may be positioned on the upper substrate 190 .

한편, 도 11을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 유기발광 다이오드를 포함하는 유기발광표시장치일 수 있다. 보다 자세하게, 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b) 상에 유기절연막(160)이 위치한다. 유기절연막(160)은 드레인 전극(150b)을 노출하는 비어홀(165)을 포함한다. Meanwhile, referring to FIG. 11 , the display device of the present invention may be an organic light emitting display device including an organic light emitting diode. In more detail, the organic insulating layer 160 is positioned on the source electrode 150a and the drain electrode 150b. The organic insulating layer 160 includes a via hole 165 exposing the drain electrode 150b.

유기절연막(160) 상에 화소 전극(170)이 위치한다. 화소 전극(170)은 유기절연막(160)에 형성된 비어홀(165)을 통해 드레인 전극(150b)과 연결된다. 화소 전극(170) 상에 뱅크층(175)이 위치한다. 뱅크층(175)은 화소 전극(170)의 일부를 노출하여 화소를 정의하는 화소정의막일 수 있다. 뱅크층(175) 및 노출된 화소 전극(170) 상에 유기막층(190)이 위치한다. 유기막층(190)은 전자와 정공이 결합하여 발광하는 발광층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층을 포함할 수 있다. 유기막층(190)이 형성된 기판(110) 상에 대향 전극(200)이 위치한다. 대향 전극(200)은 캐소드 전극으로 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 따라서, 화소 전극(170), 유기막층(190) 및 대향 전극(200)을 포함하는 유기발광 다이오드(OLED)가 구성된다.A pixel electrode 170 is positioned on the organic insulating layer 160 . The pixel electrode 170 is connected to the drain electrode 150b through a via hole 165 formed in the organic insulating layer 160 . A bank layer 175 is positioned on the pixel electrode 170 . The bank layer 175 may be a pixel defining layer defining a pixel by exposing a portion of the pixel electrode 170 . An organic film layer 190 is positioned on the bank layer 175 and the exposed pixel electrode 170 . The organic film layer 190 includes a light emitting layer in which electrons and holes combine to emit light, and may include a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, or an electron injection layer. The counter electrode 200 is positioned on the substrate 110 on which the organic film layer 190 is formed. The counter electrode 200 is a cathode electrode and may be made of magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), silver (Ag), or an alloy thereof having a low work function. Accordingly, an organic light emitting diode (OLED) including the pixel electrode 170, the organic film layer 190, and the counter electrode 200 is configured.

유기발광 다이오드(OLED)가 형성된 기판(110) 상에 봉지층(210)이 위치한다. 봉지층(210)은 하부의 유기발광 다이오드(OLED)를 포함하는 기판(110)을 봉지하는 것으로 무기막, 유기막 또는 이들의 다층 구조로 이루어질 수 있다. 봉지층(210) 상에 커버윈도우(220)가 위치하여 유기발광표시장치를 구성한다. An encapsulation layer 210 is positioned on the substrate 110 on which the organic light emitting diode (OLED) is formed. The encapsulation layer 210 encapsulates the substrate 110 including the lower organic light emitting diode (OLED) and may be formed of an inorganic film, an organic film, or a multilayer structure thereof. A cover window 220 is positioned on the encapsulation layer 210 to form an organic light emitting display device.

이하, 본 발명의 실시예에 따라 액티브층에 대한 실험예를 개시한다. 하기 실험예는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an experimental example for an active layer according to an embodiment of the present invention will be disclosed. The following experimental example is only one embodiment of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

실험 1 : Experiment 1: 박막트랜지스터의thin film transistor 특성 측정 characteristic measurement

비교예comparative example 1 One

2×2㎝의 글라스 기판 상에 게이트 전극과 게이트 절연막을 형성하고, 산화물 반도체 용액을 코팅하고 350도 온도에서 1시간 동안 열처리하여 액티브층을 형성하였다. 액티브층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하여 바텀 게이트형 박막트랜지스터를 제조하였다.A gate electrode and a gate insulating film were formed on a 2×2 cm glass substrate, coated with an oxide semiconductor solution, and heat-treated at 350° C. for 1 hour to form an active layer. A bottom gate type thin film transistor was manufactured by forming a source electrode and a drain electrode on the active layer.

비교예comparative example 2 2

전술한 비교예 1과 동일한 조건하에, 탄소나노튜브와 산화물 반도체 물질이 혼합된 액티브층을 형성한 것만 달리하여 박막트랜지스터를 제조하였다.Under the same conditions as in Comparative Example 1 described above, a thin film transistor was manufactured except that an active layer in which carbon nanotubes and an oxide semiconductor material were mixed was formed.

실시예Example

2×2㎝의 글라스 기판 상에 게이트 전극과 게이트 절연막을 형성하고, 게이트 절연막 상에 그래핀 용액을 코팅하고 패터닝하여 제1 보조전극과 제2 보조전극을 형성하였다. 그 상부에 탄소나노튜브와 산화물 반도체 물질이 혼합된 액티브층을 형성한 다음 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 바텀 게이트형 박막트랜지스터를 제조하였다. A gate electrode and a gate insulating film were formed on a 2×2 cm glass substrate, and a graphene solution was coated on the gate insulating film and then patterned to form a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode. After forming an active layer in which carbon nanotubes and an oxide semiconductor material were mixed thereon, a source electrode and a drain electrode were formed to manufacture a bottom gate type thin film transistor.

전술한 비교예 1, 2 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정하여 도 12에 나타내었고, 전하이동도를 측정하여 도 13에 나타내었다. (측정장비 : 프로브 스테이션(MS-Tech, MST-8000CHC), 측정조건 : 게이트 전압(-40~40V), 드레인 전압(0.1V), 리니어 모빌리티 추출법에 의해 이동도 추출(채널 W/L=100), 점멸비 : 드레인 전류의 오프 대비 온 전류의 비율)The drain current according to the gate voltage of the thin film transistor manufactured according to Comparative Examples 1 and 2 and the Example was measured and shown in FIG. 12, and the charge mobility was measured and shown in FIG. (Measurement equipment: probe station (MS-Tech, MST-8000CHC), measurement conditions: gate voltage (-40~40V), drain voltage (0.1V), mobility extraction by linear mobility extraction method (channel W/L=100 ), blinking ratio: the ratio of the drain current to the off current to the on current)

도 12를 참조하면, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 박막트랜지스터는 온 전류가 증가하고 이동도가 증가하나, 문턱전압(Vth)이 이동되고 기울기(subthreshold swing)가 감소되었다. 반면, 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터는 문턱전압(Vth)이 오른쪽으로 이동되고 기울기가 증가하였으며, 전하이동도가 향상되었다.Referring to FIG. 12, the thin film transistors manufactured according to Comparative Examples 1 and 2 had an increased on-current and increased mobility, but a shifted threshold voltage (Vth) and a reduced subthreshold swing. On the other hand, in the thin film transistor manufactured according to the embodiment, the threshold voltage (Vth) is moved to the right, the slope is increased, and the charge mobility is improved.

이 결과를 통해, 비교예 1 및 2는 액티브층의 탄소 동소체에 의한 스캐터링 현상 및 액티브층과 소스/드레인 전극 간의 컨택 저항 등으로 인해 박막트랜지스터의 문턱전압과 기울기 특성이 저하된 것으로 나타났다. 반면, 본 발명의 실시예는 액티브층과 소스/드레인 전극 간에 그래핀의 보조전극들을 구비하여, 보조전극과 액티브층의 탄소 동소체가 동종 재료로 컨택 저항을 감소시킬 수 있었고 전하이동도를 향상시킬 수 있었다.Through these results, Comparative Examples 1 and 2 showed that the threshold voltage and slope characteristics of the thin film transistors were reduced due to the scattering phenomenon caused by the carbon allotrope of the active layer and the contact resistance between the active layer and the source/drain electrodes. On the other hand, in the embodiment of the present invention, by providing auxiliary electrodes of graphene between the active layer and the source/drain electrode, the carbon allotrope of the auxiliary electrode and the active layer can reduce contact resistance and improve charge mobility with the same material. could

실험 2 : 보조 전극들의 면적에 따른 Experiment 2: Depending on the area of auxiliary electrodes 박막트랜지스터의thin film transistor 특성 측정 characteristic measurement

전술한 실시예에서 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적에 달리하여 박막트랜지스터를 제조하였다. 제조된 박막트랜지스터의 전하이동도와 점멸비를 측정하여 도 14에 나타내었다.In the above-described embodiment, thin film transistors were manufactured by varying the planar area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer compared to the planar area of the entire active layer. The charge mobility and the blinking ratio of the manufactured thin film transistor were measured and shown in FIG. 14 .

도 14를 참조하면, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적이 20%에서 80%로 증가할수록 전하이동도는 약 104에서 108으로 증가되고 점멸비는 약 105에서 101으로 감소하였다. Referring to FIG. 14 , as the planar area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer increases from 20% to 80% compared to the planar area of the entire active layer, the charge mobility increases from about 10 4 to 10 8 . and the blinking ratio decreased from about 10 5 to 10 1 .

이 결과를 통해, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적이 30% 미만이면 제1 보조전극과 제2 보조전극에 의한 전하이동도 개선 및 통로 역할이 미비하고, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적이 60% 초과하면 액티브층이 스위칭 역할을 하지 못하게 되었다. 따라서, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적은 30 내지 60%가 바람직함을 알 수 있다.Through this result, when the plane area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer is less than 30% compared to the plane area of the entire active layer, charge mobility by the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode is improved and When the passage role is insufficient and the planar area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer exceeds 60% of the planar area of the entire active layer, the active layer cannot play a switching role. Therefore, it can be seen that the planar area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer is preferably 30 to 60% compared to the planar area of the entire active layer.

실험 3 : Experiment 3: 박막트랜지스터thin film transistor SEMSEM 측정 measurement

실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터에서 도 8의 A 영역의 SEM 이미지를 도 15에 나타내었고, 도 8의 B 영역의 SEM 이미지를 도 16에 나타내었으며, 도 16의 C 영역을 도 17에 나타내었고 도 16의 D 영역을 도 18에 나타내었다. In the thin film transistor manufactured according to the embodiment, the SEM image of area A of FIG. 8 is shown in FIG. 15, the SEM image of area B of FIG. 8 is shown in FIG. 16, and area C of FIG. 16 is shown in FIG. Region D of FIG. 16 is shown in FIG. 18 .

도 15 내지 도 17을 참조하면, 게이트 절연막(GI) 상에 제1 및 제2 보조전극(graphene)이 관찰되고, 탄소 동소체와 반도체 물질의 혼합(CNT+Oxide Composite)인 액티브층이 관찰된다. 도 18을 참조하면, 게이트 절연막(GI) 상에 제2 보조전극(graphene)과 드레인 전극(drain)이 관찰된다. 여기서, 그래핀은 SEM 이미지 상으로 플레이트(flake)가 겹겹이 쌓인 층상 구조를 이루는 부분으로 확인 가능하고, 액티브층 내의 탄소나노튜브는 SEM 이미지 상 반도체 물질과의 밝기 차이가 나므로 식별이 가능하다.15 to 17, first and second auxiliary electrodes (graphene) are observed on the gate insulating layer (GI), and an active layer that is a mixture of a carbon allotrope and a semiconductor material (CNT+Oxide Composite) is observed. Referring to FIG. 18 , a second auxiliary electrode (graphene) and a drain electrode (drain) are observed on the gate insulating film (GI). Here, graphene can be identified as a part forming a layered structure in which flakes are stacked on top of each other on the SEM image, and carbon nanotubes in the active layer can be identified because they have a brightness difference from the semiconductor material on the SEM image.

이 결과를 통해, 그래핀으로 제조된 제1 및 제2 보조전극이 액티브층 하부에 존재함을 확인할 수 있다.Through this result, it can be confirmed that the first and second auxiliary electrodes made of graphene exist under the active layer.

실험 4 : Experiment 4: 박막트랜지스터thin film transistor 라만 분석 Raman analysis

실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터를 라만 분석하여 도 19 내지 도 21에 각각 나타내었다.Raman analysis of the thin film transistor manufactured according to the embodiment is shown in FIGS. 19 to 21, respectively.

도 19를 참조하면, 소스 전극과 드레인 전극 자체는 라만 분석 시 탄소 동소체 피크(peak)가 나타나지 않았다.Referring to FIG. 19, the source electrode and the drain electrode themselves do not show carbon allotrope peaks during Raman analysis.

도 20을 참조하면, 소스 전극과 드레인 전극 하부에서는 1360nm와 1580nm의 탄소 동소체 피크가 나타나 제1 및 제2 보조전극인 그래핀이 존재함을 확인하였다.Referring to FIG. 20 , carbon allotrope peaks of 1360 nm and 1580 nm appeared below the source electrode and the drain electrode, confirming the existence of graphene as the first and second auxiliary electrodes.

도 21을 참조하면, 액티브층에는 탄소나노튜브와 반도체 물질이 존재하므로 탄소 동소체 피크가 나타났다. Referring to FIG. 21 , carbon allotrope peaks appeared because carbon nanotubes and semiconductor materials were present in the active layer.

이때, 도 20의 그래핀의 피크와 도 21의 탄소나노튜브의 피크가 동일 위치에서 나타나나, 서로 다른 피크 강도(peak intensity)를 나타내므로 구분이 가능하다.At this time, although the peak of the graphene of FIG. 20 and the peak of the carbon nanotube of FIG. 21 appear at the same position, they can be distinguished because they show different peak intensities.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 반도체 물질 내에 도전성을 띠는 탄소 동소체와 금속나노입자를 포함함으로써, 캐리어들이 탄소 동소체와 금속나노입자를 타고 이동하여 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes conductive carbon allotrope and metal nanoparticles in a semiconductor material, so that carriers move along the carbon allotrope and metal nanoparticles, resulting in charge mobility. has the advantage of improving

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In addition, the thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon allotrope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, and an active layer including a carbon allotrope and a semiconductor material. By providing the layer, there is an advantage of reducing contact resistance between the source and drain electrodes and the active layer and improving charge mobility.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Through the above description, those skilled in the art will know that various changes and modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be determined by the claims.

110 : 기판 120 : 게이트 전극
130 : 게이트 절연막 140 : 액티브층
150a : 소스 전극 150b : 드레인 전극
110: substrate 120: gate electrode
130: gate insulating film 140: active layer
150a: source electrode 150b: drain electrode

Claims (19)

기판;
상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 대향하며, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함하는 액티브층;
상기 게이트 전극과 상기 액티브층 사이에 개재된 게이트 절연막;
상기 액티브층에 각각 전기적으로 컨택하는 소스 전극 및 드레인 전극; 및
상기 액티브층과 상기 게이트 절연막 사이에 배치되며, 상기 액티브층 하면 중 일부에 컨택하는 제1 보조전극 및 상기 액티브층 하면 중 일부에 컨택하는 제2 보조전극을 포함하고,
상기 제1 보조전극과 상기 제2 보조전극은 서로 이격되어 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.
Board;
a gate electrode positioned on the substrate;
an active layer facing the gate electrode and including a first carbon allotrope and a semiconductor material;
a gate insulating layer interposed between the gate electrode and the active layer;
a source electrode and a drain electrode electrically contacting the active layer, respectively; and
It is disposed between the active layer and the gate insulating layer, and includes a first auxiliary electrode contacting a part of the lower surface of the active layer and a second auxiliary electrode contacting a part of the lower surface of the active layer,
The thin film transistor array substrate of claim 1 , wherein the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are spaced apart from each other.
제1 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 제1 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제1 영역, 상기 제2 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제2 영역, 및 상기 게이트 절연막에 컨택하는 제3 영역을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The active layer includes a first region contacting and overlapping the first auxiliary electrode, a second region contacting and overlapping the second auxiliary electrode, and a third region contacting the gate insulating layer.
제2 항에 있어서,
상기 액티브층의 평면 면적 대비 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 평면 면적은 30 내지 60%의 비율을 차지하는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 2,
The thin film transistor array substrate of
제2 항에 있어서,
상기 제3 영역은 상기 액티브층의 채널과 중첩되는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 2,
The thin film transistor array substrate of claim 1 , wherein the third region overlaps a channel of the active layer.
제1 항에 있어서,
상기 제1 보조전극은 상기 소스 전극과 컨택하고 상기 제2 보조전극은 상기 드레인 전극과 컨택하는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The first auxiliary electrode contacts the source electrode and the second auxiliary electrode contacts the drain electrode.
제5 항에 있어서,
상기 제1 보조전극은 상기 소스 전극 및 상기 액티브층 하부에 배치되고, 상기 제2 보조전극은 상기 드레인 전극 및 상기 액티브층 하부에 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 5,
The first auxiliary electrode is disposed under the source electrode and the active layer, and the second auxiliary electrode is disposed under the drain electrode and the active layer.
제1 항에 있어서,
상기 제1 보조전극은 상기 소스 전극 상부에 배치되고, 상기 제2 보조전극은 상기 드레인 전극 상부에 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The first auxiliary electrode is disposed on the source electrode, and the second auxiliary electrode is disposed on the drain electrode.
제1 항에 있어서,
상기 제1 보조전극 및 상기 제2 보조전극은 제2 탄소 동소체로 이루어진 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The thin film transistor array substrate of claim 1 , wherein the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are made of a second carbon allotrope.
제8 항에 있어서,
상기 제1 탄소 동소체 및 상기 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 8,
The first carbon allotrope and the second carbon allotrope may be any one of reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene, graphene nanoribbon or carbon nanotube (CNT), or a mixture thereof. Board.
제1 항에 있어서,
상기 반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The semiconductor material is any one of ceramic semiconductors, organic semiconductors, transition metal chalcogen compounds and oxide semiconductors, or a mixture thereof.
기판;
상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 대향하며, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함하는 액티브층;
상기 게이트 전극과 상기 액티브층 사이에 개재된 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상부의 소스 전극 및 드레인 전극; 및
상기 게이트 절연막 상부에 배치되며, 상기 액티브층과 상기 소스 전극 사이에 위치하는 제1 보조전극 및 상기 액티브층과 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 제2 보조전극
을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판.
Board;
a gate electrode positioned on the substrate;
an active layer facing the gate electrode and including a first carbon allotrope and a semiconductor material;
a gate insulating layer interposed between the gate electrode and the active layer;
a source electrode and a drain electrode over the gate insulating layer; and
A first auxiliary electrode disposed on the gate insulating film and positioned between the active layer and the source electrode and a second auxiliary electrode positioned between the active layer and the drain electrode
A thin film transistor array substrate comprising a.
제11 항에 있어서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 상기 액티브층과 이격되어 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 11,
The thin film transistor array substrate of claim 1 , wherein the source electrode and the drain electrode are spaced apart from the active layer.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판;
상기 박막트랜지스터 어레이 기판 상에 위치하는 유기절연막; 및
상기 유기절연막 상에 위치하는 화소 전극을 포함하는 표시장치.
A thin film transistor array substrate according to any one of claims 1 to 10;
an organic insulating film positioned on the thin film transistor array substrate; and
A display device including a pixel electrode positioned on the organic insulating layer.
제13 항에 있어서,
상기 화소 전극과 전기적으로 연결된 유기발광 다이오드;
상기 유기발광 다이오드 상에 위치하는 봉지층; 및
상기 봉지층 상에 위치하는 커버윈도우를 더 포함하는 표시장치.
According to claim 13,
an organic light emitting diode electrically connected to the pixel electrode;
an encapsulation layer positioned on the organic light emitting diode; and
The display device further comprising a cover window positioned on the encapsulation layer.
제13 항에 있어서,
상기 화소 전극과 동일 평면 상 또는 하부에서 이격되어 위치하는 공통 전극; 및
상기 공통 전극 상에 위치하는 액정층을 더 포함하는 표시장치.
According to claim 13,
a common electrode spaced apart from the pixel electrode on the same plane or below; and
The display device further comprising a liquid crystal layer positioned on the common electrode.
제1 항에 있어서,
상기 제1 보조전극과 상기 제2 보조전극 사이의 거리는 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 거리보다 작은 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The thin film transistor array substrate of claim 1 , wherein a distance between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode is smaller than a distance between the source electrode and the drain electrode.
제1 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 게이트 절연막, 상기 제1 보조전극, 상기 제2 보조전극, 상기 소스 전극, 그리고 상기 드레인 전극과 직접 접촉하는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The active layer directly contacts the gate insulating layer, the first auxiliary electrode, the second auxiliary electrode, the source electrode, and the drain electrode.
제11 항에 있어서,
상기 제1 보조전극은 상기 소스 전극의 측면 및 상면에 배치되고, 상기 제2 보조전극은 상기 드레인 전극의 측면 및 상면에 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 11,
The first auxiliary electrode is disposed on the side surface and upper surface of the source electrode, and the second auxiliary electrode is disposed on the side surface and upper surface of the drain electrode.
제11 항에 있어서,
상기 제1 보조전극 및 상기 제2 보조전극은 제2 탄소 동소체로 이루어진 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 11,
The thin film transistor array substrate of claim 1 , wherein the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are made of a second carbon allotrope.
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