KR102571946B1 - 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법 - Google Patents
수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102571946B1 KR102571946B1 KR1020220189179A KR20220189179A KR102571946B1 KR 102571946 B1 KR102571946 B1 KR 102571946B1 KR 1020220189179 A KR1020220189179 A KR 1020220189179A KR 20220189179 A KR20220189179 A KR 20220189179A KR 102571946 B1 KR102571946 B1 KR 102571946B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- oxide
- organic
- charge transport
- transport layer
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 94
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims description 165
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 20
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910017107 AlOx Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910016909 AlxOy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N Beryllium oxide Chemical compound O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 10
- 229910016553 CuOx Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910015189 FeOx Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical group O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 35
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 24
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 20
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 description 16
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 15
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 12
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 11
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 10
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 7
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/30—Organic light-emitting transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/491—Vertical transistors, e.g. vertical carbon nanotube field effect transistors [CNT-FETs]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
- H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/14—Carrier transporting layers
- H10K50/15—Hole transporting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/14—Carrier transporting layers
- H10K50/16—Electron transporting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/80—Constructional details
- H10K50/805—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체 소자 및 반도체 소재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 구조의 유기 반도체 박막 트랜지스터와 광반도체 소재의 융합 소자 및 그 제조방법반도체 박막 트랜지스터와 광반도체 소재의 융합 소자 및 그 제조방법에 관한 것이며, 기판과; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층과; 상기 제1 전극층 상에 형성되는 하부 전하 수송층과; 상기 하부 전하 수송층 상에 형성되는 광감응층과; 상기 광감응층 상에 형성되는 상부 전하 수송층과; 상기 상부 전하 수송층 상에 형성되는 베이스 전극과 상기 베이스 전극에 형성되어 전하의 이동 경로를 제공하는 복수개의 핀홀과 함께 상기 베이스 전극의 표면 및 상기 핀홀을 둘러싸는 금속 산화물층을 포함하는 제2 전극층과; 상기 제2 전극층 상에 형성되는 유기 활성층; 및 상기 유기 활성층 상에 형성되는 제3 전극층;을 포함하는 수직형 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 소자 및 반도체 소재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 구조의 유기 반도체 박막 트랜지스터와 광반도체 소재의 융합 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기물을 사용하는 광다이오드는 크게 포토 트랜지스터 타입(OPT; Organic Photo Transistor), 다이오드 타입(OPD; Organic Photo Diode), 포토 컨덕터 타입(OPC; Organic Photo Conductor) 등이 있다.
가장 널리 연구되는 다이오드 타입(OPD)의 경우 광감응성 및 반응속도는 우수하나 광전자 변환시 내부 손실로 인해 외부 양자 효율(EQE)이 100% 이하가 되는 단점이 있고, 암전류가 높아 높은 검출능을 얻는데 한계가 있다.
이에 반해 포토 트랜지스터 타입(OPT)의 소자는 게이트 전극을 활용한 내부 광전류 증폭으로 인해 100% 이상의 외부 양자 효율(EQE)를 얻는 것이 가능하지만, 반응속도가 느려 빠른 스위칭 속도를 요구하는 소자에 적용이 어렵고 구동 전압이 높아 소형 이동형 기기 등에 적용이 어려운 단점이 있다.
본 발명은 빠른 스위칭 속도와 저전력 구동 특성을 확보할 수 있고 빠른 반응 속도와 더불어 높은 감응도와 검출능 특성을 동시에 구현할 수 있는 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판과; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층과; 상기 제1 전극층 상에 형성되는 하부 전하 수송층과; 상기 하부 전하 수송층 상에 형성되는 유기 광감응층과; 상기 광감응층 상에 형성되는 상부 전하 수송층과; 상기 상부 전하 수송층 상에 형성되는 베이스 전극과 상기 베이스 전극에 형성되어 전하의 이동 경로를 제공하는 복수개의 핀홀과 함께 상기 베이스 전극의 표면 및 상기 핀홀을 둘러싸는 금속 산화물층을 포함하는 제2 전극층과; 상기 제2 전극층 상에 형성되는 유기 활성층; 및 상기 유기 활성층 상에 형성되는 제3 전극층;을 포함하는 수직형 유기 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 유기 광감응층은 OPD에 사용되는 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 억셉터 소재 등의 유기 반도체 소재뿐만 아니라, 페로브스카이트 양자점인 CsPbBr3 또는 2차원 물질인 C3N4, 2D 폴리머(polymer)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 상기 금속 산화물층은 예를 들어 산화이트륨 (Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리 (CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임).
본 발명의 실시 예에 의하면, 유기 활성층은 올리고티오펜 (oligothiophene) 또는 펜타센(pentacene)과 같은 반도체 저분자 물질 또는 폴리티오펜 (polythiophene) 계열과 같은 반도체 고분자 물질이거나, n type 및 p type 고분자 소재와 n type 및 p type 저 분자 소재를 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 유기 활성층은 고효율 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층이 포함될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 상기 하부 전하 수송층은 정공을 수송하며, 상부 전하 수송층은 전자를 수송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계와; 상기 제1 전극층 상에 하부 전하 수송층을 형성하는 단계와; 상기 하부 전하 수송층 상에 유기 광감응층을 형성하는 단계와; 상기 유기 광감응층 상에 상부 전하 수송층을 형성하는 단계와; 상기 상부 전하 수송층 상에 베이스 전극과 상기 베이스 전극에 형성되어 전하의 이동 경로를 제공하는 복수개의 핀홀과 함께 상기 베이스 전극의 표면 및 상기 핀홀을 둘러싸는 금속 산화물층을 포함하는 제2 전극층을 형성하는 단계와; 상기 제2 전극층 상에 유기 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 유기 활성층 상에 제3 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 유기 광감응층은 상기 하부 전하 수송층(130) 상에 유기 광감응층(140)이 형성될 수 있다. 광감응층(240)은 OPD에 사용되는 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 억셉터 소재 등의 유기 반도체 소재뿐만 아니라, 페로브 스카이트 양자점인 CsPbBr3 또는 2차원 물질인 C3N4를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 상기 금속 산화물층은 예를들어 산화이트륨 (Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리 (CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임).
본 발명의 실시 예에 의하면, 유기 활성층은 올리고티오펜 (oligothiophene) 또는 펜타센 (pentacene) 과 같은 반도체 저분자 물질 또는 폴리티오펜 (polythiophene) 계열과 같은 반도체 고분자 물질을 이용하거나, n type 및 p type 고분자 소재와 n type 및 p type 저분자 소재를 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 유기 활성층은 고효율 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층이 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 기판과; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층과; 상기 제1 전극층상에 형성되는 유기 활성층과; 상기 유기 활성층상에 형성되는 베이스 전극과 상기 베이스 전극에 형성되어 전하의 이동 경로를 제공하는 복수개의 핀홀과 함께 상기 베이스 전극의 표면 및 상기 핀홀을 둘러싸는 금속 산화물층을 포함하는 제2 전극층과; 상기 제2 전극층 상에 형성되는 하부 전하 수송층과; 상기 하부 전하 수송층 상에 형성되는 유기 광감응층과; 상기 유기 광감응층 상에 형성되는 상부 전하수송층; 및 상기 상부 전하수송층 상에 형성되는 제3 전극층;을 포함하는 수직형 유기 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 유기 활성층은 올리고티오펜 (oligothiophene) 또는 펜타센 (pentacene)과 같은 반도체 저분자 물질 또는 폴리티오펜 (polythiophene) 계열과 같은 반도체 고분자 물질을 이용하거나, n type 및 p type 고분자 소재와 n type 및 p type 저분자 소재를 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 유기 활성층은 고효율 n타입 도핑 W2 (hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층이 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 금속 산화물층은 예를들어 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리 (CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임).
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 유기 광감응층은 OPD에 사용되는 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 업셉터 소재 등의 유기 반도체 소재뿐만 아니라, 페로브 스카이트 양자점인 CsPbBr3 또는 2차원 물질인 C3N4를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 하부 전하 수송층은 전자를 수송하며, 상부 전하 수송층은 정공을 수송할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법은 수평으로 존재하던 트랜지스터를 수직으로 배향하여 빠른 스위칭 속도와 저전력 구동 특성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법은 유기 박막 트랜지스터를 다이오드 타입의 소자(OPD) 위에 접합하여 유기 포토 다이오드 (OPD)의 광전류를 증폭시킴으로써 수직형 유기 박막 트랜지스터의 빠른 반응 속도와 더불어 높은 감응도와 검출능 특성을 동시에 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터 및 제조방법은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조공정 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토 트랜지스터(OPBT)만 있는 경우 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류의 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토 다이오드만 있는 경우 전압에 따른 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 드레인된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 드레인된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 있어서, 도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 게이트된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 있어서, 도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 게이트된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조공정 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토 트랜지스터(OPBT)만 있는 경우 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류의 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토 다이오드만 있는 경우 전압에 따른 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 드레인된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 드레인된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 있어서, 도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 게이트된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 있어서, 도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 게이트된 유기포토 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 포토 다이오드(OPD)를 구비한 수직형 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도1를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 포토 다이오드(OPD)를 구비한 수직형 유기 박막 트랜지스터(100)는 광을 흡수하는 소자로서, 기판(110)과, 제1 전극층(120)과, 하부 전하 수송층(130)과, 광감응층(140)과, 상부 전하 수송층 (150)과, 제2 전극층(160)과, 유기 활성층(170), 및 제3 전극층(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 전극층(120)과, 상기 하부 전하 수송층(130)과, 유기 광감응층(140) 및 상부 전하 수송층(150) 및, 제3 전극층(1900은 유기 포토 다이오드를 구성할 수 있다.
상기 기판(110)은 수직형 유기 박막 트랜지스터(100)의 전체 구조를 지지하는 기재일 수 있다. 예를 들면 기판(110)은 유리, 수정(quartz), 고분자 수지(예를 들어, 플라스틱 등), 실리콘(silicon)등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 전극층(120)은 기판(110) 상부면에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(120)은 콜렉터 전극(collector electrode)일 수 있다.
상기 제1 전극층(120) 상에 하부 전하 수송층(130)이 형성될 수 있다. 제1 전극층(120)은 예를들어 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극일 수 있다.
하부 전하 수송층(130)은 정공 수송층으로서 정공 이동도가 높고 발광 특성을 갖는 물질층일 수 있다. 하부 전하 수송층(130)은 양자점층, 단분자층, 또는 고분자층일 수 있다.
상기 하부 전하 수송층(130) 상에 유기 광감응층(140)이 형성될 수 있다. 광감응층(240)은 OPD에 사용되는 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 업셉터 소재 등의 유기 반도체 소재뿐만 아니라, 페로브 스카이트 양자점인 CsPbBr3 또는 2차원 물질인 C3N4 를 포함할 수 있다.
유기물 광감응층(140)은 기타 소재에 비해 밴드갭, 용해도, 결정성, 코팅성 등 다양한 특성 조절이 용이해서 소자에서 필요로 하는 개방전압 전류 밀도 등을 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있고, 저가로 대면적 구현이 가능해서 공정 및 소재 비용이 낮은 장점이 있다.
상기 유기 광감응층(140) 상에는 상부 전하 수송층(150)이 형성될 수 있다. 상부 전하 수송층(150)은 전자 수송층으로서, 전자 이동도가 높은 특성을 갖는 물질층으로써, 양자점층, 단분자층, 또는 고분자층일 수 있다.
상부 전하 수송층(150)의 에너지 레벨은 하부 전하 수송층(130)의 에너지 레벨보다 낮다. 이러한 에너지 레벨의 차이에 따라 하부 전하 수송층(130)과 상부 전하 수송층(150)에 전압이 인가될 경우, 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층 (130)의 계면에 전하(즉, 전자/정공)가 응집(즉, 축적)된다.
예를들어, 상부 전하 수송층(150) 측에는 전자가 응집되고, 하부 전하 수송층(130) 측에는 정공이 응집된다.
이와 같은 전하의 응집은 전자와 정공의 결합 효율을 향상시켜 발광소자의 발광 효율이 높아질 수 있다.
더욱이, 상기 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층(130) 사이에 유기 광감응층(140)이 구비됨으로써, 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층(130)의 계면에 응집된 전하에 따른 양자 효율이 증가될 수 있다. 또한, 상부 전하 수송층 (150)과 하부 전하 수송층(130)에서 발생한 광이 유기 광감응층(140)으로 전달되어 유기 광감응층(140)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
다시 말하면, 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층(130)의 계면에 응집된 전하들과, 상부 전하 수송층(150)과 유기 광감응층(140) 사이의 계면 및 하부 전하 수송층(130)과 유기 광감응층(140) 사이의 계면 사이의 프레트(FRET; Forster Resonant Energy Transfer)에 의해 유기 광감응층(140)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하면, 애노드 및 캐소드에 전압이 인가되면, 애노드로부터 주입되는 정공이 하부 전하 수송층(HTL)을 통해 광감응층(EML)으로 이동하고 캐소드로부터 주입되는 전자는 상부 전하 수송층(ETL)을 거쳐 상기 광감응층(EML)으로 이동할 수 있다. 정공과 전자는 상기 광감응층(EML)에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성할 수 있다. 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때 빛이 방출될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 포토 다이오드 소자(OPD)는 우수한 효율 및/또는 긴 수명을 갖기 위해서는, 정공 및 전자의 주입 및 흐름이 균형을 이루어야 한다.
본 발명의 실시 예는 유기 포토 다이오드(OPD)를 위해, 효율, 예를 들어 외부 양자 효율(EQE)를 증가시키며, 낮은 작동 전압 및 긴 수명을 가진 광감응층 및 2개 이상의 전하 수송층(ETL)을 포함하는 유기 포토 다이오드(OPD)를 구비한 유기박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
또한, 상기 상부 전하 수송층(150) 상에는 제2 전극층(160)이 형성될 수 있다.
제2 전극층(160)은 투과전극인 베이스 전극층(162)과, 베이스 전극층(162)에 형성되어 전하의 이동경로를 제공하는 복수개의 핀홀(pin-hole)(164) 및, 상기 베이스 전극층(162)의 상면과 하면을 포함한 전체 표면과 상기 핀홀(164)을 둘러싸는 금속 산화물층(166)을 포함할 수 있다.
베이스 전극층(162)은 예를들어 Al, Ti, Mg, Cu, Ni, Si, Cr, Hf, Sn, Y, Zn 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상기 금속 산화물층(166)은 예를들어 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄 (Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리(CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임).
본 발명의 실시 예에서는 Al을 베이스 전극층(162)으로 하여 금속 산화물층 (166)이 AlOx인 경우를 일례로 설명하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 전술한 종류의 베이스 전극층(162)과 금속 산화물층(166)을 통하여 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터(100)를 제조할 수 있다.
상기 핀홀(pine hole)(164)은 수 나노 미터의 크기를 가질 수 있으며, 전극층 사이에서 전하의 이동 경로를 제공할 수 있다. 상기 베이스 전극층(162)에 형성된 핀홀(164)을 통하여 제2 전하 수송층(150)과 후술하는 유기 활성층(170)은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
또한, 상기 금속 산화물층(166)은 핀홀(164)의 노출된 표면(즉, 핀홀 측면을 포함)에 수nm 단위로 성장하여 전자 이동경로는 유지한 채 상기 베이스 전극층 (162)의 표면에서 절연체(Dielectric layer)로 작용할 수 있다.
상기 유기 반도체층인 유기 활성층(170)은 제2 전극층(160)의 상면에 배치될 수 있다.
상기 유기 활성층(170)은 제2 전극층(160)의 상면을 따라 배치될 수 있다.
상기 유기 활성층(170)은 전하 이동도가 높으며, 전하 주입이 용이한 물질로 이루어질 수 있다. 유기 활성층(170)은 올리고티오펜 (oligothiophene) 또는 펜타센 (pentacene) 등과 같은 반도체 저분자 물질 또는 폴리티오펜 (polythiophene) 계열 과 같은 반도체 고분자 물질을 이용하거나, n type 및 p type 고분자 소재와 n type 및 p type 저 분자 소재를 이용하여 형성될 수 있다.
또는, 상기 유기 활성층(170)에는 향상된 전자 주입을 위해 고효율 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층이 적용될 수 있다.
그리고, 절연층(180)은 후술하는 제3 전극층(190)의 일부와 상기 유기 활성층(170) 사이에 형성될 수 있다.
절연층(180)은 제3 전극층(190)과 유기 활성층(170)의 계면 중 일부를 따라 형성되어 제3 전극층(190)과 유기 활성층(170) 사이의 접촉 면적을 결정할 수 있다. 절연층(180)은 절연 성질이 우수하고 유기 활성층(170)에 영향을 주지 않으며 패턴 형성이 가능한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 절연층(180)은 진공 증착을 통한 실리콘 금속 산화물층(166)을 통해 형성될 수도 있다.
또한, 상기 절연층(180)은 유기 활성층(170)에 영향을 주지 않는 광 수지 물질을 사진식각을 통해 유기 활성층(170)을 덮는 형태로 남겨 두어 절연층(180)의 역할을 수행하도록 할 수도 있다. 또는 절연성 고분자 중합체, 폴리머 등을 이용한 유기물 절연막을 유기 활성층(170) 상에 형성한 후 광 수지 물질을 이용한 식각법을 통해 원하는 패턴을 가지는 절연층(180)이 형성될 수도 있다.
그리고, 제3 전극층(190)은 상기 유기 활성층(170)상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 제3 전극층(190)은 이미터 전극(emitter electrode)일 수 있다.
제3 전극층(190)은 일예로 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 (Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 인듐틴옥사이드(ITO), 티탄(Ti), 네오디뮴 (AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나를 포함하여 형성되거나, 구리(Cu)와 티탄(Ti) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드(ITO)및, 몰리브덴(Mo)과 AlNd(네오디뮴) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드(ITO) 및, 몰리브덴(Mo)과 네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 이중 층으로 형성될 수 있다. 제3 전극층(190)은 진공 증착에 의하여 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터는 수평으로 존재하던 트랜지스터를 수직으로 배향하여 빠른 스위칭 속도와 저전력 구동 특성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터는 유기 박막 트랜지스터를 다이오드 타입의 소자(OPD) 위에 접합하여 유기 포토 다이오드(OPD)의 광전류를 증폭시킴으로써 수직형 유기 박막 트랜지스터의 빠른 반응 속도와 더불어 높은 감응도와 검출능 특성을 동시에 구현할 수 있다.
상기 구성을 통해 이루어지는 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 흐름도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 박막 트랜지스터 제조 방법은, 도 2a 및 도 3을 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비한다(S110).
기판(110)은 유기 박막 트랜지스터(100)의 전체 구조를 지지하는 기재일 수 있다. 예를 들면 기판(110)은 유리, 수정(quartz), 고분자 수지(예를 들어, 플라스틱 등), 실리콘(silicon)등을 포함하여 구성될 수 있다.
다음으로, 도 2a 및 도 3을 참조하면, 상기 기판(110) 상에 제1 전극층(120)을 형성할 수 있다(S120). 예를 들면, 제1 전극층(120)은 콜렉터 전극(collector electrode)일 수 있다.
제1 전극층(120)은 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 전극층(120) 상에 하부 전하 수송층(130)을 형성할 수 있다(S130). 하부 전하 수송층(130)은 정공 수송층으로서 정공 이동도가 높고 발광 특성을 갖는 물질층일 수 있다. 하부 전하 수송층(130)은 양자점층, 단분자층 또는 고분자층일 수 있다.
다음으로, 상기 하부 전하 수송층(130) 상에 유기 광감응층(140)을 형성할 수 있다(S140). 유기 광감응층(240) 형성 물질로는 OPD에 사용되는 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 업셉터 소재 등의 유기 반도체 소재뿐만 아니라, 페로브 스카이트 양자점인 CsPbBr3 또는 2차원 물질인 C3N4를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 유기 광감응층(140) 상에 상부 전하 수송층(150)을 형성할 수 있다. 상부 전하 수송층(150)은 전자 수송층으로서, 전자 이동도가 높은 특성을 갖는 물질층으로써, 양자점층, 또는 단분자층일 수 있다.
상부 전하 수송층(150)의 에너지 레벨은 하부 전하 수송층(130)의 에너지 레벨보다 낮다. 이러한 에너지 레벨의 차이에 따라 하부 전하 수송층(130)과 상부 전하 수송층(150)에 전압이 인가될 경우, 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층 (130)의 계면에 전하(즉, 전자/정공)가 응집(즉, 축적)된다.
예를들어, 상부 전하 수송층(150) 측에는 전자가 응집되고, 하부 전하 수송층(130) 측에는 정공이 응집된다.
이와 같은 전하의 응집은 전자와 정공의 결합 효율을 향상시켜 포토 다이오드 소자의 효율이 높아질 수 있다.
더욱이, 상기 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층(130) 사이에 유기 광감응층(140)이 구비됨으로써, 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층(130)의 계면에 응집된 전하에 따른 양자 효율이 증가될 수 있다. 또한, 상부 전하 수송층 (150)과 하부 전하 수송층(130)에서 발생한 광이 유기 광감응층(140)으로 전달되어 유기 광감응층(140)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
다시 말하면, 상부 전하 수송층(150)과 하부 전하 수송층(130)의 계면에 응집된 전하들과, 상부 전하 수송층(150)과 유기 광감응층(140) 사이의 계면 및 하부 전하 수송층(130)과 유기 광감응층(140) 사이의 계면 사이의 프레트(FRET; Forster Resonant Energy Transfer)에 의해 유기 광감응층(140)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
다음으로, 도 2c 및 도 3을 참조하면, 상기 상부 전하 수송층(150) 상에 제2 전극층(160)을 형성할 수 있다(S150).
제2 전극층(160)은 투과전극인 베이스 전극층(162)과, 베이스 전극층(162)에 형성되어 전하의 이동경로를 제공하는 복수개의 핀홀(pin-hole)(164) 및, 상기 베이스 전극층(162)의 상면과 하면을 포함한 전체 표면과 상기 핀홀(164)을 둘러싸는 금속 산화물층(166)을 포함할 수 있다.
베이스 전극층(162)은 예를들어 Al, Ti, Mg, Cu, Ni, Si, Cr, Hf, Sn, Y, Zn 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상기 금속 산화물층(166)은 예를들어 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리 (CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임).
본 발명의 실시 예에서는 Al을 베이스 전극층(162)으로 하여 금속 산화물층 (166)이 AlOx인 경우를 일례로 설명하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 전술한 종류의 베이스 전극층(162)과 금속 산화물층(166)을 통하여 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터(100)를 제조할 수 있다.
상기 핀홀(pine hole)(164)은 수 나노 미터의 크기를 가질 수 있으며, 전극층 사이에서 전하의 이동 경로를 제공할 수 있다. 상기 베이스 전극층(162)에 형성된 핀홀(164)을 통하여 상부 전하 수송층(150)과 후술하는 유기 활성층(170)은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
또한, 상기 금속 산화물층(166)은 핀홀(164)의 노출된 표면(즉, 핀홀 측면을 포함)에 수nm 단위로 성장하여 전자 이동경로는 유지한 채 상기 베이스 전극층 (162)의 표면에서 절연체(Dielectric layer)로 작용할 수 있다.
다음으로, 도 2d 및 도 3을 참조하면, 상기 제2 전극층(160) 상에 유기 반도체층인 유기 활성층(170)을 형성할 수 있다(S160). 이때, 유기 활성층(170)은 제2 전극층(160)의 상면을 따라 형성될 수 있다.
상기 유기 활성층(170)은 전하 이동도가 높으며, 전하 주입이 용이한 물질로 이루어질 수 있다. 유기 활성층(170)은 올리고티오펜 (oligothiophene) 또는 펜타센 (pentacene) 등과 같은 반도체 저분자 물질 또는 폴리티오펜 (polythiophene) 계열 과 같은 반도체 고분자 물질을 이용하거나, n type 및 p type 고분자 소재와 n type 및 p type 저 분자 소재를 이용하여 형성될 수 있다.
또는, 상기 유기 활성층(170)에는 향상된 전자 주입을 위해 고효율 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층이 적용될 수 있다.
다음으로, 도 2e 및 도 3을 참조하면, 후술하는 제3 전극층(190)의 일부와 상기 유기 활성층(170) 사이에 절연층(180)을 형성할 수 있다.
절연층(180)은 제3 전극층(190)과 유기 활성층(170)의 계면 중 일부를 따라 형성되어 제3 전극층(190)과 유기 활성층(170) 사이의 접촉 면적을 결정할 수 있다. 절연층(180)은 절연 성질이 우수하고 유기 활성층(170)에 영향을 주지 않으며 패턴 형성이 가능한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 절연층(180)은 진공 증착을 통한 실리콘 금속 산화물층(166)을 통해 형성될 수도 있다.
또한, 상기 절연층(180)은 유기 활성층(170)에 영향을 주지 않는 광 수지 물질을 사진식각을 통해 유기 활성층(170)을 덮는 형태로 남겨 두어 절연층(180)의 역할을 수행하도록 할 수도 있다. 또는 절연성 고분자 중합체, 폴리머 등을 이용한 유기물 절연막을 유기 활성층(170) 상에 형성한 후 광 수지 물질을 이용한 식각법을 통해 원하는 패턴을 가지는 절연층(180)이 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 2e 및 도 3을 참조하면, 상기 유기 활성층(170)상에 제3 전극층(190)을 형성할 수 있다. 제3 전극층(190)은 예를 들어 이미터 전극(emitter electrode)일 수 있다.
제3 전극층(190)은 일예로 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 (Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 인듐틴옥사이드(ITO), 티탄(Ti), 네오디뮴 (AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나를 포함하여 형성되거나, 구리(Cu)와 티탄(Ti) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드(ITO)및, 몰리브덴(Mo)과 AlNd(네오디뮴) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드(ITO) 및, 몰리브덴(Mo)과 네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 이중 층으로 형성될 수 있다. 제3 전극층(190)은 진공 증착에 의하여 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기 포토 다이오드(OPD)를 구비한 수직형 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 포토 다이오드(OPD)를 구비한 수직형 유기 박막 트랜지스터(200)는 광을 흡수하는 소자로서, 기판(210)과, 제1 전극층(220)과, 유기 활성층(230)과, 제2 전극층(240)과, 하부 전하 수송층(250)과, 유기 광감응층(260)과, 상부 전하 수송층(270) 및, 제3 전극층(280)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 하부 전하 수송층(250)과, 유기 광감응층(260) 및 상부 전하 수송층(270)은 유기 포토 다이오드를 구성할 수 있다.
상기 기판(210)은 유기 박막 트랜지스터(100)의 전체 구조를 지지하는 기재일 수 있다. 예를 들면 기판(110)은 유리, 수정(quartz), 고분자 수지(예를 들어, 플라스틱 등), 실리콘(silicon)등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 전극층(220)은 기판(210) 상부면에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(220)은 콜렉터 전극(collector electrode)일 수 있다. 제1 전극층(220)은 예를들어 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극일 수 있다.
상기 유기 반도체층인 유기 활성층(170)은 제1 전극층(220)의 상면에 배치될 수 있다.
상기 유기 활성층(230)은 전하 이동도가 높으며, 전하 주입이 용이한 물질로 이루어질 수 있다. 유기 활성층(230)은 올리고티오펜(oligothiophene) 또는 펜타센 (pentacene) 등과 같은 반도체 저분자 물질 또는 폴리티오펜 (polythiophene) 계열 과 같은 반도체 고분자 물질을 이용하거나, n type 및 p type 고분자 소재와 n type 및 p type 저 분자 소재를 이용하여 형성될 수 있다.
또는, 상기 유기 활성층(230)에는 향상된 전자 주입을 위해 고효율 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층이 적용될 수 있다.
또한, 상기 유기 활성층(230) 상에는 제2 전극층(240)이 형성될 수 있다.
제2 전극층(240)은 투과전극인 베이스 전극층(242)과, 베이스 전극층(242)에 형성되어 전하의 이동경로를 제공하는 복수개의 핀홀(pin-hole)(244) 및, 상기 베이스 전극층(242)의 상면과 하면을 포함한 전체 표면과 상기 핀홀(244)을 둘러싸는 금속 산화물층(246)을 포함할 수 있다.
베이스 전극층(242)은 예를들어 Al, Ti, Mg, Cu, Ni, Si, Cr, Hf, Sn, Y, Zn 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상기 금속 산화물층(246)은 예를들어 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄 (Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리(CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임).
본 발명의 실시 예에서는 Al을 베이스 전극층(242)으로 하여 금속 산화물층 (246)이 AlOx인 경우를 일례로 설명하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 전술한 종류의 베이스 전극층(242)과 금속 산화물층(246)을 통하여 본 발명에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터(200)를 제조할 수 있음은 당연하다 할 것이다.
상기 핀홀(pine hole)(244)은 수 나노 미터의 크기를 가질 수 있으며, 전극층 사이에서 전하의 이동 경로를 제공할 수 있다. 상기 베이스 전극층(242)에 형성된 핀홀(244)을 통하여 유기 활성층(230)과 후술하는 하부 전하 수송층(250)은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
또한, 상기 금속 산화물층(246)은 핀홀(244)의 노출된 표면(즉, 핀홀 측면을 포함)에 수nm 단위로 성장하여 전자 이동경로는 유지한 채 상기 베이스 전극층 (242)의 표면에서 절연체(Dielectric layer)로 작용할 수 있다.
상기 제2 전극층(240) 상에 하부 전하 수송층(250)이 형성될 수 있다.
하부 전하 수송층(250)은 전자 수송층으로서 전자 이동도가 높은 특성을 갖는 물질층일 수 있다. 하부 전하 수송층(250)은 양자점층, 단분자층, 또는 고분자층일 수 있다.
상기 하부 전하 수송층(250) 상에 유기 광감응층(260)이 형성될 수 있다. 유기 광반응층(260) 형성물질로는 OPD에 사용되는 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 업셉터 소재 등의 유기 반도체 소재뿐만 아니라, 페로브 스카이트 양자점인 CsPbBr3 또는 2차원 물질인 C3N4를 포함할 수 있다.
상기 유기 광감응층(260) 상에는 상부 전하 수송층(270)이 형성될 수 있다. 상부 전하 수송층(270)은 정공 수송층으로서, 정공 이동도가 높은 특성을 갖는 물질층으로써, 양자점층, 단분자층, 또는 고분자층일 수 있다.
상부 전하 수송층(270)의 에너지 레벨은 하부 전하 수송층(250)의 에너지 레벨보다 낮다. 이러한 에너지 레벨의 차이에 따라 상부 전하 수송층(270)과 하부 전하 수송층(250)에 전압이 인가될 경우, 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층 (270)의 계면에 전하(즉, 전자/정공)가 응집(즉, 축적)된다.
예를들어, 하부 전하 수송층(250) 측에는 전자가 응집되고, 상부 전하 수송층 (270) 측에는 정공이 응집된다.
이와 같은 전하의 응집은 전자와 정공의 결합 효율을 향상시켜 소자의 광 효율이 높아질 수 있다.
더욱이, 상기 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층(270) 사이에 유기 광감응층(260)이 구비됨으로써, 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층(270)의 계면에 응집된 전하에 따른 양자 효율이 증가될 수 있다. 또한, 하부 전하 수송층 (250)과 상부 전하 수송층(270)에서 발생한 광이 유기 광감응층(260)으로 전달되어 유기 광감응층(260)의 양자 효율(EQE)이 향상될 수 있다.
다시 말하면, 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층(270)의 계면에 응집된 전하들과, 하부 전하 수송층(250)과 유기 광감응층(260) 사이의 계면 및 상부 전하 수송층(270)과 유기 광감응층(260) 사이의 계면 사이의 프레트(FRET; Forster Resonant Energy Transfer)에 의해 유기 광감응층(260)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
그리고, 제3 전극층(280)은 상기 상부 전하 수송층(270)상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 제3 전극층(280)은 콜렉터 전극(collecter electrode)일 수 있다. 제3 전극층(280)은 예를들어 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극일 수 있다.
또는 제3 전극층(280)은 일 예로 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 (Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 인듐틴옥사이드(ITO), 티탄(Ti), 네오디뮴 (AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나를 포함하여 형성되거나, 구리(Cu)와 티탄(Ti) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드(ITO)및, 몰리브덴(Mo)과 AlNd(네오디뮴) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드(ITO) 및, 몰리브덴(Mo)과 네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 이중 층으로 형성될 수 있다. 제3 전극층(280)은 진공 증착에 의하여 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 캐소드 및 애노드에 전압이 인가되면, 캐소드로부터 주입되는 정공이 상부 전하 수송층(HTL; 270)을 통해 유기 광감응층 (EML; 260)으로 이동하고 애노드로부터 주입되는 전자는 하부 전하 수송층(ETL; 250)을 거쳐 상기 유기 광감응층(EML; 260)으로 이동할 수 있다. 정공과 전자는 상기 유기 광감응층(EML; 260)에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성할 수 있다. 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때 빛이 방출될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 광을 흡수하는 포토 다이오드 소자(OPD)는 우수한 효율 및/또는 긴 수명을 갖기 위해서는, 정공 및 전자의 주입 및 흐름이 균형을 이루어야 한다.
본 발명의 다른 실시 예는 유기 포토 다이오드(OPD)를 위해, 효율, 예를 들어 외부 양자 효율(EQE)를 증가시키며, 낮은 작동 전압 및 긴 수명을 가진 유기 광감응층(260) 및 2개 이상의 전하 수송층(ETL; 250, 270)을 포함하는 유기 포토 다이오드(OPD)를 구비한 유기박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
상기 구성을 통해 이루어지는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터의 제조 공정 흐름도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 유기 박막 트랜지스터 제조 방법은, 도 5a 및 도 6을 참조하면, 먼저 기판(210)을 준비한다(S210).
기판(210)은 유기 박막 트랜지스터(200)의 전체 구조를 지지하는 기재일 수 있다. 예를 들면 기판(210)은 유리, 수정(quartz), 고분자 수지(예를 들어, 플라스틱 등), 실리콘(silicon)등을 포함하여 구성될 수 있다.
다음으로, 도 5a 및 도 6을 참조하면, 상기 기판(210) 상에 제1 전극층(220)을 형성할 수 있다(S220). 예를 들면, 제1 전극층(220)은 콜렉터 전극(collector electrode)일 수 있다. 제1 전극층(220)은 예를들어 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5b 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 전극층(220) 상에 유기 반도체층인 유기 활성층(230)을 형성할 수 있다(S230). 이때, 유기 활성층(230)은 제1 전극층(220)의 상면을 따라 형성될 수 있다.
상기 유기 활성층(230)은 전하 이동도가 높으며, 전하 주입이 용이한 물질로 이루어질 수 있다. 유기 활성층(230)은 올리고티오펜 (oligothiophene) 또는 펜타센 (pentacene) 등과 같은 반도체 저분자 물질 또는 폴리티오펜 (polythiophene) 계열 과 같은 반도체 고분자 물질을 이용하거나, n type 및 p type 고분자 소재와 n type 및 p type 저 분자 소재를 이용하여 형성될 수 있다.
또는, 상기 유기 활성층(230)에는 향상된 전자 주입을 위해 고효율 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층이 적용될 수 있다.
다음으로, 도 5c 및 도 6을 참조하면, 상기 유기 활성층(230) 상에 제2 전극층(240)을 형성할 수 있다(S240).
제2 전극층(240)은 투과전극인 베이스 전극층(242)과, 베이스 전극층(242)에 형성되어 전하의 이동경로를 제공하는 복수개의 핀홀(pin-hole)(244) 및, 상기 베이스 전극층(242)의 상면과 하면을 포함한 전체 표면과 상기 핀홀(244)을 둘러싸는 금속 산화물층(246)을 포함할 수 있다.
베이스 전극층(242)은 예를 들어 Al, Ti, Mg, Cu, Ni, Si, Cr, Hf, Sn, Y, Zn 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상기 금속 산화물층(246)은 예를들어 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리(CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임).
본 발명의 실시 예에서는 Al을 베이스 전극층(242)으로 하여 금속 산화물층 (246)이 AlOx인 경우를 일례로 설명하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 전술한 종류의 베이스 전극층(242)과 금속 산화물층(246)을 통하여 본 발명에 따른 수직형 유기 박막 트랜지스터(200)를 제조할 수 있음은 당연하다 할 것이다.
상기 핀홀(pine hole)(244)은 수 나노 미터의 크기를 가질 수 있으며, 전극층 사이에서 전하의 이동 경로를 제공할 수 있다. 상기 베이스 전극층(242)에 형성된 핀홀(244)을 통하여 유기 활성층(230)과 후술하는 하부 전하 수송층(250)은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
또한, 상기 금속 산화물층(246)은 핀홀(244)의 노출된 표면(즉, 핀홀 측면을 포함)에 수nm 단위로 성장하여 전자 이동경로는 유지한 채 상기 베이스 전극층 (242)의 표면에서 절연체(Dielectric layer)로 작용할 수 있다.
다음으로, 도 5d 및 6을 참조하면, 상기 제2 전극층(240) 상에 하부 전하 수송층(250)을 형성할 수 있다(S250). 하부 전하 수송층(250)은 전자 수송층으로서 전자 이동도가 높고 발광 특성을 갖는 물질층일 수 있다. 하부 전하 수송층(250)은 양자점층, 단분자층 또는 고분자층일 수 있다.
다음으로, 상기 하부 전하 수송층(250) 상에 유기 광감응층(260)을 형성할 수 있다(S260). 유기 광감응층(260) 형성 물질로는 OPD에 사용되는 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 업셉터 소재 등의 유기 반도체 소재뿐만 아니라, 페로브 스카이트 양자점인 CsPbBr3 또는 2차원 물질인 C3N4를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 유기 광감응층(260) 상에 상부 전하 수송층(270)을 형성할 수 있다. 상부 전하 수송층(270)은 정공 수송층으로서, 정공 이동도가 높은 특성을 갖는 물질층으로써, 양자점층, 또는 단분자층일 수 있다.
하부 전하 수송층(250)의 에너지 레벨은 상부 전하 수송층(270)의 에너지 레벨보다 낮다. 이러한 에너지 레벨의 차이에 따라 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층(270)에 전압이 인가될 경우, 상부 전하 수송층(270)과 하부 전하 수송층 (250)의 계면에 전하(즉, 전자/정공)가 응집(즉, 축적)된다.
예를들어, 하부 전하 수송층(250) 측에는 전자가 응집되고, 상부 전하 수송층(270) 측에는 정공이 응집된다.
이와 같은 전하의 응집은 전자와 정공의 결합 효율을 향상시켜 포토 다이오드 소자의 효율이 높아질 수 있다.
더욱이, 상기 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층(270) 사이에 유기 광감응층(260)이 구비됨으로써, 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층(270)의 계면에 응집된 전하에 따른 양자 효율이 증가될 수 있다. 또한, 상부 전하 수송층 (150)과 하부 전하 수송층(130)에서 발생한 광이 유기 광감응층(260)으로 전달되어 유기 광감응층(260)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
다시 말하면, 하부 전하 수송층(250)과 상부 전하 수송층(270)의 계면에 응집된 전하들과, 하부 전하 수송층(250)과 유기 광감응층(260) 사이의 계면 및 상부 전하 수송층(270)과 유기 광감응층(260) 사이의 계면 사이의 프레트(FRET; Forster Resonant Energy Transfer)에 의해 유기 광감응층(260)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
다음으로, 도 5e 및 도 6을 참조하면, 상기 상부 전하 수송층(270)상에 제3 전극층(280)을 형성할 수 있다. 제3 전극층(280)은 예를 들어 이미터 전극(emitter electrode)일 수 있다.
제3 전극층(280)은 일 예로 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 (Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 인듐틴옥사이드(ITO), 티탄(Ti), 네오디뮴 (AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나를 포함하여 형성되거나, 구리(Cu)와 티탄(Ti) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드(ITO)및, 몰리브덴(Mo)과 AlNd(네오디뮴) 및, 금(Au)과 인듐틴옥사이드 (ITO) 및, 몰리브덴(Mo)과 네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 이중 층으로 형성될 수 있다. 제3 전극층(280)은 진공 증착에 의하여 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 투과성 베이스 트랜지스터(OPBT; organic permeable base transistor)만 있는 경우 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류의 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토 다이오드(OPD)만 있는 경우 전압에 따른 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 드레인된 유기 투과성 베이스 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 드레인된 유기 투과성 베이스 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 있어서, 도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 게이트된 유기 투과성 베이스 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 있어서, 도 10은 본 발명의 실시 예에 있어서, 유기 포토다이오드(OPD)에 의해 게이트된 유기 투과성 베이스 트랜지스터(OPBT)의 경우, 베이스-에미터 전압에 따른 콜렉터 전류/베이스 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 12는 각각 제작된 유기 포토 다이오드(OPD)와 수직 구조 유기 투과 베이스 트랜지스터(OPBT)를 외부 도전으로 연결하여, 광수신 융합 소자 구동 성능 및 특성을 나타낸 것이다.
각각의 단일 소자를 측정하였으며, 유기 광 다이오드(OPD)를 수직형 트랜지스터(VOTFT)의 드레인 전극(즉, 콜렉터 전극)에 연결하여 측정한다.
이때, 수신 유기 광다이오드(OPD)에 주어지는 솔라(Solar) 시뮬레이티드 합 (100mW/cm2) 빛의 유/무에 따라 같은 베이스 전압에서 발생하는 콜렉터 전류 레벨 변화가 관찰될 수 있다.
또한, 유기 포토 다이오드(OPD) 소자를 수직형 유기 트랜지스터(VOTFT)의 게이트 전극(즉, 베이스 전극)에 연결하여 측정한다.
이때, 광수신 다이오드(OPD)에 주어지는 솔라 시뮬레이티드 합(100mW/cm2) 빛의 유/무 및 외부에서 가해지는 베이스 전압의 변화에 따라 구동 성능 변화가 관찰될 수 있다.
도 7을 참조하면, 유기 투과성 베이스 트랜지스터(OPBT)만이 있는 경우에 테스트를 한 결과로서, 드레인 전압(Vd)이 1V이고, Ano 가 2V, 4V, 6V일 때 비교 실험을 하였다.
그 결과, 6V일 때 콜렉터 전류가 약 2X10-9이고, 베이스 전류는 1Ⅹ10-6으로 나타났고, 2V 및 4V일 때 거의 비슷하고 나타났는데, 콜렉터 전류가 약 5X10-9 내지 1.0X10-8 이고, 베이스 전류는 1.0Ⅹ10-5으로 나타났다.
도 8을 참조하면, 유기 포토 다이오드(OPD)만이 있는 경우에 테스트를 한 결과로서, W/light을 사용한 경우와, W/O light을 사용한 경우를 비교 실험을 하였다.
OPD 측정시에 전류 전압 밀도(C-V curve) 측정을 광 조사를 하거나 혹은 외부 광을 차단한 상태에서 측정을 한다.
외부 광을 차단한 상태에서 측정을 하면 소자 내부의 전류 흐름, 트랩 특성에 영향을 받는 암전류 값(외부광이 없는 조건하에서 소자 전류 흐름의 정도, 적을수록 낮은 노이즈를 의미함으로 고성능 소자로 판단)을 확인하게 되고, 광을 조사하면서 측정을 하게 되면 광에 의해 생성된 전자에 대한 소자의 반응성을 측정하게 된다.
그 결과, W/light을 사용한 경우가 W/O light을 사용한 경우보다 전류가 높게 나타남을 확인할 수 있다. 예를 들어, W/light을 사용한 경우는 전압이 1V 이하에서는 약 1 Ⅹ10-3 내지 5 X 10-3 A이고, 전압 1V 이상에서는 약 1Ⅹ10-2 내지 5 X 10-2로 나타남을 확인할 수 있다.
그러나, W/O light을 사용한 경우는 전압이 0V 이하에서는 약 1.0 Ⅹ10-7 내지 2.0 X 10-6 A이고, 전압 0V 이상에서는 약 1Ⅹ10-7 내지 5 X 10-3로 나타남을 확인할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 빛이 없을 때는 에미터-콜렉터 간 전위차가 없이 베이스 누설 전류(Base leakage current)에 영향만으로 콜렉터 전류(collector current)가 음의 값을 갖는다.
빛을 공급했을 때는 OPD의 개방회로 전압(open circuit voltage) (Voc)에 해당하는 에미터-콜렉터 간 전위차가 발생하고 광전류가 캐리어(carrier)로써 전도채널(conducting channel)을 통과하므로, 양의 온 전류(on current)가 (~ 10-7A), 온/오프 전류비(on/off ratio)가 (>103)이고, 입력 전류(input current) 대비 출력 전류(output current)인 전류 게인(β)가 (>10)으로 확인할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 빛이 없을 때는 유기 포토 다이오드(OPD)에서 베이스(Base)로 인가되는 전위차가 없이 외부에서 가해지는 전압에 의해서만 융합소자가 구동하고 이때 전도 채널(conducting channel)이 형성되기 시작하는 베이스 전압(Base Voltage)으로 생각할 수 있는 문턱전압(Vth)은 약 1.5V 이다.
빛을 공급했을 때는 OPD의 개방회로 전압(open circuit voltage; Voc)에 해당하는 전위가 베이스(Base)에 인가되므로, 문턱전압(Vth)은 전압(Voc) 크기만큼 줄어 들고 동일한 인가 전압(예, 1.5V)에서 빛이 없을 때에 비하여 출력 전류(output current)가 10 내지 100배 증가할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 유기 박막 트랜지스터 110: 기판
120: 제1 전극층 130: 하부 전하 수송층
140: 유기 광감응층 150: 상부 전하 수송층
160: 제2 전극층 162: 베이스 전극층
164: 핀홀 166: 금속 산화물층
170: 유기 활성층 180: 절연층
190: 제3 전극층
120: 제1 전극층 130: 하부 전하 수송층
140: 유기 광감응층 150: 상부 전하 수송층
160: 제2 전극층 162: 베이스 전극층
164: 핀홀 166: 금속 산화물층
170: 유기 활성층 180: 절연층
190: 제3 전극층
Claims (17)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층;
상기 제1 전극층 상에 형성되는 하부 전하 수송층;
상기 하부 전하 수송층 상에 형성되는 OPD(organic photo diode)용 광감응층;
상기 광감응층 상에 형성되는 상부 전하 수송층;
상기 상부 전하 수송층 상에 형성되고, 전하의 이동 경로를 제공하는 복수 개의 핀홀을 구비한 베이스 전극 및 상기 베이스 전극의 표면과 상기 복수 개의 핀홀을 둘러싸는 절연체인 금속 산화물층을 포함하는 제2 전극층;
상기 제2 전극층 상에 형성되는 유기 활성층; 및
상기 유기 활성층 상에 형성되는 제3 전극층;을 포함하고,
상기 유기 활성층은 n type 소재 및 p type 소재를 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 광감응층은 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 억셉터 소재, CsPbBr3 또는 C3N4를 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 금속 산화물층은 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리(CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임)하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기 활성층은 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층을 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 하부 전하 수송층은 정공을 수송하며, 상부 전하 수송층은 전자를 수송하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계;
상기 제1 전극층 상에 하부 전하 수송층을 형성하는 단계;
상기 하부 전하 수송층 상에 OPD(organic photo diode)용 광감응층을 형성하는 단계;
상기 광감응층 상에 상부 전하 수송층을 형성하는 단계;
상기 상부 전하 수송층 상에 전하의 이동 경로를 제공하는 복수 개의 핀홀을 구비한 베이스 전극 및 상기 베이스 전극의 표면과 상기 복수 개의 핀홀을 둘러싸는 절연체인 금속 산화물층을 포함하는 제2 전극층을 형성하는 단계;
상기 제2 전극층 상에 유기 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 유기 활성층 상에 제3 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 유기 활성층은 n type 소재 및 p type 소재를 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 광감응층은 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 억셉터 소재, CsPbBr3 또는 C3N4를 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 금속 산화물층은 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄 (Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리(CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임)하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조방법. - 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 유기 활성층은 n타입 도핑 W2(hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층을 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터 제조방법. - 기판;
상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층;
상기 제1 전극층 상에 형성되는 유기 활성층;
상기 유기 활성층 상에 형성되고, 전하의 이동 경로를 제공하는 복수 개의 핀홀을 구비한 베이스 전극 및 상기 베이스 전극의 표면과 상기 복수 개의 핀홀을 둘러싸는 절연체인 금속 산화물층을 포함하는 제2 전극층;
상기 제2 전극층 상에 형성되는 하부 전하 수송층;
상기 하부 전하 수송층 상에 형성되는 OPD(organic photo diode)용 광감응층;
상기 광감응층 상에 형성되는 상부 전하 수송층; 및
상기 상부 전하 수송층 상에 형성되는 제3 전극층;을 포함하고,
상기 유기 활성층은 n type 소재 및 p type 소재를 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 유기 활성층은 n타입 도핑 W2 (hpp)4 (20 nm 두께, C60에서 1 wt%)의 층을 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 제12항에 있어서,
상기 금속 산화물층은 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3, AlOx, AlxOy), 산화마그네슘(MgOx), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철 (Fe2O3, FeOx), 산화타이타늄(TiOx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화크로뮴 (Cr2O3), 산화하프늄(HfO), 산화베릴늄(BeO), 산화텅스텐(WOx), 산화구리(CuOx), 산화규소 (SiOx), 산화니켈 (NiOx)의 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함(x, y는 1 내지 3 사이의 유리수임)하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 제12항에 있어서,
상기 광감응층은 유기 저분자 및 고분자 도너 소재, 유기 저분자 및 고분자 억셉터 소재, CsPbBr3 또는 C3N4를 포함하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터. - 제12항에 있어서,
상기 하부 전하 수송층은 전자를 수송하며, 상기 상부 전하 수송층은 정공을 수송하는 광 검출용 수직형 유기 박막 트랜지스터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220189179A KR102571946B1 (ko) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220189179A KR102571946B1 (ko) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102571946B1 true KR102571946B1 (ko) | 2023-08-30 |
Family
ID=87846082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220189179A KR102571946B1 (ko) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102571946B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090009818A (ko) * | 2006-03-22 | 2009-01-23 | 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 | 트랜지스터 소자 및 그 제조 방법 및 발광 소자 및 디스플레이 |
| JP2009224746A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | National Chiao Tung Univ | 垂直駆動および並列駆動の有機発光トランジスタの構造 |
| KR20130130788A (ko) * | 2010-12-20 | 2013-12-02 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | 전자적 응용을 위한 트라이아진 유도체 |
-
2022
- 2022-12-29 KR KR1020220189179A patent/KR102571946B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090009818A (ko) * | 2006-03-22 | 2009-01-23 | 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 | 트랜지스터 소자 및 그 제조 방법 및 발광 소자 및 디스플레이 |
| JP2009224746A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | National Chiao Tung Univ | 垂直駆動および並列駆動の有機発光トランジスタの構造 |
| KR20130130788A (ko) * | 2010-12-20 | 2013-12-02 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | 전자적 응용을 위한 트라이아진 유도체 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Organic light‐emitting field‐effect transistors: device geometries and fabrication techniques | |
| US8729528B2 (en) | Quantum dot-fullerene junction optoelectronic devices | |
| US9741901B2 (en) | Two-terminal electronic devices and their methods of fabrication | |
| US10483325B2 (en) | Light emitting phototransistor | |
| CN103180968A (zh) | 具备波长转换功能的有机/无机混合光学放大器 | |
| CN107910442B (zh) | 悬浮栅光电晶体管及其制备方法 | |
| KR20140025359A (ko) | 이득 (ｅｃ)을 갖는 광검출기 및 업컨버젼 소자 | |
| CN109638165B (zh) | 一种多功能的光电子器件 | |
| US20180254419A1 (en) | Vertical field-effect transistor | |
| WO2023116124A1 (zh) | 一种有机无机杂化的短波红外光电探测器及其所构成的阵列，以及相关制备方法 | |
| CN111063680A (zh) | 一种基于交流驱动平面型显示单元的上转换器件 | |
| CN109904320A (zh) | 一种基于钙钛矿-有机半导体异质结的高性能光电晶体管及其制备方法 | |
| Chen et al. | GaN-based micro-light-emitting diode driven by a monolithic integrated ultraviolet phototransistor | |
| US20020066904A1 (en) | Solid-state relay having integrated organic light-emitting diodes | |
| Chen et al. | Vertical organic transistors with short channels for multifunctional optoelectronic devices | |
| WO2016014345A2 (en) | Two-terminal electronic devices and their methods of fabrication | |
| CN113990971B (zh) | 一种基于量子点超晶格和二维材料复合的光电探测器 | |
| KR102571946B1 (ko) | 수직형 유기 박막 트랜지스터 및 제조방법 | |
| US10923666B1 (en) | Hole transporting material, manufacturing method thereof, and organic photodiode thereof | |
| KR102116067B1 (ko) | 전도성 고분자를 활용한 반투명 유기태양광전지 및 그 제조방법 | |
| WO2022106958A2 (en) | Passivation of metal oxide surface with metal-organic complex | |
| Su et al. | Design and Photomodulation Performance of a UV-Driven Full GaN Integrated μLED and BJT Phototransistor | |
| JP4698160B2 (ja) | 縦型トランジスタおよび発光素子 | |
| Zaus et al. | Design of highly transparent organic photodiodes | |
| Kajii | Organic light-emitting and photodetector devices for flexible optical link and sensor devices: Fundamentals and future prospects in printed optoelectronic devices for high-speed modulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant |