KR102630595B1 - Substrate for Thin Film Transistor And Display Device Of The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 동소체를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체를 포함하는 액티브층을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 탄소 동소체의 적어도 일부를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체들을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극과 드레인 전극은 액티브층에 각각 접촉한다.The present invention provides an active layer comprising a carbon allotrope-semiconductor composite consisting of a semiconductor material layer surrounding a carbon allotrope. A thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, an active layer, a gate insulating film, a source electrode, and a drain electrode. The gate electrode is located on the substrate. The active layer faces the gate electrode and includes carbon allotrope-semiconductor complexes comprised of a semiconductor material layer surrounding at least a portion of the carbon allotrope. The gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and drain electrode each contact 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 display devices (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 device, etc. Various displays are being 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.There are two ways to drive a display device: a passive matrix method and an active matrix method using a thin film transistor. While the passive matrix method is operated by forming the anode and cathode to be orthogonal and selecting a line, the active matrix method is operated by connecting a thin film transistor to each pixel electrode and switching it on/off.

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 thin film transistor characteristics such as electron mobility and leakage current, durability and electrical reliability that can maintain a long lifespan are very important. Here, the active layer of the thin film transistor may be mainly formed of amorphous silicon, polycrystalline silicon, or oxide semiconductor. However, amorphous silicon has the advantage of a simple film formation process and low production cost, but has a disadvantage of low electron mobility of 0.5 cm2/Vs. Oxide semiconductors have an on/off ratio of about 10 8 and low leakage current, but have the disadvantage of having an electron mobility of 10 cm2/Vs, which is lower than that of polycrystalline silicon. Polycrystalline silicon has a fast electron mobility of about 100㎠/Vs, but has the disadvantage of having a low on/off ratio compared to oxide semiconductors and being expensive to apply to large areas. Therefore, research is continuing 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 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 탄소 동소체의 적어도 일부를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체들을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극과 드레인 전극은 액티브층에 각각 접촉한다.To achieve the above object, a thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, an active layer, a gate insulating film, a source electrode, and a drain electrode. The gate electrode is located on the substrate. The active layer faces the gate electrode and includes carbon allotrope-semiconductor complexes comprised of a semiconductor material layer surrounding at least a portion of the carbon allotrope. The gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and drain electrode each contact the active layer.

액티브층은 탄소 동소체-반도체 복합체들이 서로 교차하여 액티브층의 일단에서 타단까지 연속적으로 연결된다. The active layer is continuously connected from one end of the active layer to the other by intersecting carbon allotrope-semiconductor complexes.

액티브층은 탄소 동소체-반도체 복합체들이 부정형으로 배치된다. 액티브층은 탄소 동소체-반도체 복합체들이 그물형으로 배치된다. In the active layer, carbon allotrope-semiconductor complexes are arranged irregularly. In the active layer, carbon allotrope-semiconductor complexes are arranged in a network shape.

탄소 동소체의 지름은 5 내지 30nm이다. 반도체 물질층의 두께는 1 내지 20nm이다. 액티브층의 두께는 20 내지 200nm이다.The diameter of carbon allotropes is 5 to 30 nm. The thickness of the semiconductor material layer is 1 to 20 nm. The thickness of the active layer is 20 to 200 nm.

탄소 동소체는 1차원 또는 2차원 구조를 갖지고, 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다. 반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.The carbon allotrope has a one-dimensional or two-dimensional structure, and the carbon allotrope is any one of reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene (graphene), graphene nanoribbon, or carbon nanotube (CNT), or a mixture thereof. am. The semiconductor material is one or a mixture of ceramic semiconductors, organic semiconductors, transition metal chalcogenides, or oxide semiconductors.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극, 드레인 전극, 유기절연막 및 화소 전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 탄소 동소체의 적어도 일부를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체들을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극과 드레인 전극은 액티브층에 각각 접촉한다. 유기절연막은 소스 전극 및 드레인 전극 상에 위치하고, 화소 전극은 유기절연막 상에 위치한다.Additionally, the display device according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, an active layer, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, an organic insulating layer, and a pixel electrode. The gate electrode is located on the substrate. The active layer faces the gate electrode and includes carbon allotrope-semiconductor complexes comprised of a semiconductor material layer surrounding at least a portion of the carbon allotrope. The gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and drain electrode each contact the active layer. The organic insulating film is located on the source electrode and the drain electrode, and the pixel electrode is located on the organic insulating film.

표시장치는 화소 전극과 전기적으로 연결된 유기발광 다이오드, 유기발광 다이오드 상에 위치하는 봉지층, 및 봉지층 상에 위치하는 커버윈도우를 더 포함한다. The display device 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.

표시장치는 화소 전극과 동일 평면 상 또는 하부에서 이격되어 위치하는 공통 전극, 및 공통 전극 상에 위치하는 액정층을 더 포함한다.The display device further includes a common electrode positioned on the same plane as the pixel electrode or spaced apart from below, and a liquid crystal layer positioned on the common electrode.

본 발명은 탄소 동소체를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체를 포함하는 액티브층을 포함함으로써 박막트랜지스터의 온 커런트, 온/오프비 및 전자이동도를 향상시킬 수 있으며 문턱전압 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention can improve the on-current, on/off ratio, and electron mobility of a thin film transistor by including an active layer containing a carbon allotrope-semiconductor composite made of a semiconductor material layer surrounding a carbon allotrope, and can improve threshold voltage characteristics. There are benefits to this.

도 1은 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체를 제조하는 공정을 나타낸 도면.
도 3과 4는 본 발명의 탄소 동소체-반도체 조성물을 제조하는 공정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액티브층을 나타낸 평면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 액티브층을 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도.
도 11은 탄소 동소체-반도체 복합체의 투과전자현미경 이미지.
도 12는 도 11의 A에서 B 방향으로의 라인 프로파일링 결과를 나타낸 그래프.
도 13은 비교예 1에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전류-전압 커브를 나타낸 그래프.
도 14는 비교예2, 3 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전류-전압 커브를 나타낸 그래프.
1 is a cross-sectional view showing the carbon allotrope-semiconductor composite of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a process for manufacturing the carbon allotrope-semiconductor composite of the present invention.
3 and 4 are diagrams showing a process for manufacturing the carbon allotrope-semiconductor composition of the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view showing a thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a plan view showing an active layer according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are cross-sectional views showing active layers according to embodiments of the present invention.
Figure 9 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a cross-sectional view showing an organic light emitting display device according to an embodiment of the present invention.
11 is a transmission electron microscope image of a carbon allotrope-semiconductor composite.
Figure 12 is a graph showing the results of line profiling from direction A to B in Figure 11.
Figure 13 is a graph showing the current-voltage curve of the thin film transistor manufactured according to Comparative Example 1.
Figure 14 is a graph showing the current-voltage curve of thin film transistors manufactured according to Comparative Examples 2 and 3 and Examples.

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 illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing 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.Additionally, when describing the components of the invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that elements may be “connected,” “combined,” or “connected.” In the same context, when a component is described as being formed “on” or “under” another component, that component means that it is formed directly on that 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 disclosed below may be an organic light emitting display device, a liquid crystal display device, an electrophoretic display device, etc. In the present invention, a liquid crystal display device is explained as an example. A liquid crystal display device consists of a thin film transistor array substrate with a pixel electrode and a common electrode formed on a thin film transistor, a color filter substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the two substrates. In this liquid crystal display device, the common electrode and the pixel electrode are positioned vertically or The liquid crystal is driven by a horizontal electric field. Additionally, the display device according to the present invention can also be used in 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 a light emitting layer made of organic material between them. Therefore, holes supplied from the first electrode and electrons supplied from the second electrode combine in the light emitting layer to form excitons, which are hole-electron pairs, and emit light by the energy generated when the excitons return to the ground state. The active layer containing the carbon allotrope of the present invention, which will be described later, can be used in the thin film transistor of the display device described above.

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

본 발명은 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 박막트랜지스터를 개시하고, 구체적으로 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층이 형성된 박막트랜지스터를 개시한다. 박막트랜지스터는 표시장치의 스위칭 소자 또는 구동 소자로 사용한다.The present invention discloses a thin film transistor containing a carbon allotrope and a semiconductor material, and specifically discloses a thin film transistor in which an active layer containing a carbon allotrope and a semiconductor material is formed. Thin film transistors are used as switching or driving elements in display devices.

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-member ring as a repeating unit, and may also include one or more of a five-member ring and a seven-member ring. The carbon allotrope may be a single layer, or may comprise multiple layers of carbon allotrope stacked on top of other layers of carbon allotrope. Carbon allotropes have 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, and 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 for producing carbon allotropes: physical exfoliation, chemical vapor deposition, chemical exfoliation, or epitaxial synthesis. The physical peeling method is a method of attaching scotch tape to a graphite sample and then removing it to obtain a carbon allotrope sheet detached from the graphite on the surface of the scotch tape. The chemical vapor deposition method adsorbs and decomposes carbon precursors in the form of gas or vapor with high kinetic energy on the surface of the substrate on which carbon allotropes are to be grown, separates them into carbon atoms, and causes the carbon atoms to form interatomic bonds to form crystalline carbon allotropes. It is a way to grow. The chemical exfoliation method utilizes the oxidation-reduction properties of graphite, putting graphite in a mixture of sulfuric acid and nitric acid and attaching carboxyl compounds to the edges of carbon allotrope plates. It is converted to an acid chloride by tinol chloride, and then octadecylamine is used to create the carbon allotrope amide. When this is returned using a solution such as tetrahydrofuran, pulverization occurs and individual carbon allotrope sheets are obtained. Epitaxial synthesis is a method of heating silicon carbide (SiC) to a high temperature of 1,500°C, removing silicon (Si), and obtaining a carbon allotrope by using the 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. The carbon allotrope of the present invention can be reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene, graphene nanoribbon, carbon nanotube (CNT), etc. Reduced graphene oxide is made by reducing graphene oxide (GO). When strong acid is added to graphite, it is oxidized and chemically formed into small particles to produce graphene oxide. It is manufactured by reducing graphene oxide. Non-oxidized graphene refers to a carbon allotrope manufactured by a method excluding the oxidation-reduction process among the above-mentioned carbon allotrope manufacturing methods. Graphene nanoribbons are made by cutting graphene into 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 manufactured by cutting carbon nanotubes and spreading them flat. Carbon nanotubes can be single-wall carbon nanotubes (single-wall CNT, SWCNT) or multi-wall carbon nanotubes (multi-wall CNT, MWCNT), and those with semiconductor properties or metallic properties can be used. Carbon nanotubes can also be used. In addition to the types of carbon allotropes described above, known carbon allotrope structures such as graphene nanomesh can 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 flake form. Carbon allotrope flakes can be manufactured by using a dispersion of a carbon allotrope in a solvent, coating the dispersion on a substrate, drying the solvent, and then applying physical force. Carbon allotrope flakes can be obtained by applying physical force using methods such as ball mill, bead mill, ultrasonic homogenizer, and 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. The semiconductor material of the present invention may be a ceramic semiconductor, an organic semiconductor, a transition metal chalcogenide compound, or an oxide semiconductor, which can be coated with a solution.

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 utilize the electrical properties of ceramics. Ceramics rarely conduct electricity because electrons are bound to certain ions or atoms and cannot move freely. However, when an electric field is applied from the outside, the bound electrons react and regenerate. As the arrangement changes and the state changes, the electrons move. Ceramic semiconductors contain metal elements such as silicon (Si), germanium (Ge), selenium (Se), aluminum (Al), titanium (Ti), and zirconium (Zr), oxygen (O), carbon (C), and nitrogen (N). It is composed of oxides, carbides, and nitrides made by combining with ) etc. A representative ceramic semiconductor is 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. Organic semiconductors are organic compounds with semiconductor properties, including high-molecular organic semiconductors or low-molecular organic semiconductors. Polymer organic semiconductors include F8T2 (Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene]), PBDDTBOTPDO (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})) and the like.

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.Low-molecular-weight organic semiconductors include, for example, TIPS-pentacene (6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene), TESPentacene (6,13-Bis((triethylsilyl)ethynyl)pentacene), and 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), etc.

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.The above-described organic semiconductors may use two or more types of high-molecular organic semiconductors and low-molecular organic semiconductors, or may use different high-molecular organic semiconductors, or may use different low-molecular organic semiconductors.

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 with semiconductor properties and may be, for example, transition metal sulfide, transition metal selenide, or transition metal telluride. Transition metal chalcogen compounds include, for example, SnSe 2 , CdSe, ZnSe, ZnTe, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , etc.

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 semiconductors are materials with semiconductor properties that include metals such as gallium (Ga), indium (In), zinc (Zn), tin (Sn), silicon (Si), and zirconium (Zr). It may be an oxide. Examples of oxide semiconductors include IGZO, In 2 O 3 , ZnO, IZO, IGO, etc., but are not limited to these and known materials can be used.

탄소 동소체-반도체 복합체Carbon Allotrope-Semiconductor Complex

도 1은 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing the carbon allotrope-semiconductor composite of the present invention, and Figure 2 is a diagram showing a process for manufacturing the carbon allotrope-semiconductor composite of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)는 탄소 동소체(CM) 및 탄소 동소체를 감싸는 반도체 물질층(SM)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예로 탄소 동소체(CM)는 탄소나노튜브로, 육각형의 탄소 결합들이 관 모양을 이룬 형태일 수 있다. 반도체 물질층(SM)은 탄소 동소체(CM)의 외주면을 감싸는 형상을 이룬다. 따라서, 탄소 동소체의 메탈릭한 특성을 이용하여 액티브층의 채널에서 캐리어들이 빠르게 이동할 수 있으므로, 채널 길이를 줄이는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 반도체 물질의 반도체 특성을 이용하여 이종접합구조(heterostructure)를 이루는 반도체에 비해 고이동도 특성을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 1, the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) of the present invention includes a carbon allotrope (CM) and a semiconductor material layer (SM) surrounding the carbon allotrope. In one embodiment of the present invention, the carbon allotrope (CM) is a carbon nanotube, which may have hexagonal carbon bonds forming a tubular shape. The semiconductor material layer (SM) forms a shape that surrounds the outer peripheral surface of the carbon allotrope (CM). Therefore, carriers can move quickly in the channel of the active layer using the metallic properties of the carbon allotrope, which can have the effect of reducing the channel length. Additionally, by utilizing the semiconductor properties of semiconductor materials, high mobility characteristics can be exhibited compared to semiconductors forming a heterojunction structure.

본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)는 다음과 같은 메커니즘으로 제조될 수 있다. The carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) of the present invention can be manufactured by the following mechanism.

도 2를 참조하면, 탄소나노튜브(CNT)에 질산(HNO3) 등의 산처리를 통해 표면을 기능화(functionalization) 시킨다. 표면에 -COOH 그룹이 형성된 탄소나노튜브를 물(H2O)과 산화인듐(In2O3) 전구체에 넣으면, -COOH 그룹이 형성된 탄소나노튜브와 산화인듐(In2O3)이 혼합된 형태로 용액에 존재한다. 이 용액을 코팅한 후 가열하면, -COOH 그룹이 형성된 지점을 기반으로 산화인듐(In2O3)의 성장이 이루어진다. 따라서, 산화인듐(In2O3)이 탄소나노튜브 표면에 코팅된 이종접합 구조의 탄소 동소체-반도체 복합체가 제조된다.Referring to Figure 2, the surface of carbon nanotubes (CNTs) is functionalized through acid treatment such as nitric acid (HNO 3 ). When carbon nanotubes with -COOH groups formed on the surface are placed in water (H 2 O) and indium oxide (In 2 O 3 ) precursors, the carbon nanotubes with -COOH groups formed on the surface and indium oxide (In 2 O 3 ) are mixed. It exists in solution in the form When this solution is coated and heated, indium oxide (In 2 O 3 ) grows based on the point where the -COOH group was formed. Accordingly, a heterojunction carbon allotrope-semiconductor composite in which indium oxide (In 2 O 3 ) is coated on the surface of the carbon nanotube is manufactured.

전술한 탄소 동소체-반도체 복합체는 기판 상에 코팅하기 위한 조성물 형태로 제조될 수 있다. The carbon allotrope-semiconductor composite described above can be prepared in the form of a composition for coating on a substrate.

도 3과 4는 본 발명의 탄소 동소체-반도체 조성물을 제조하는 공정을 나타낸 도면이다. 3 and 4 are diagrams showing a process for manufacturing the carbon allotrope-semiconductor composition of the present invention.

도 3을 참조하면, 탄소 동소체와 반도체 물질을 준비한다. 탄소 동소체와 반도체 물질은 분말 형태로 준비될 수 있다. 탄소 동소체와 반도체 물질을 용매에 넣어 혼합하여 탄소 동소체-반도체 복합체 조성물을 제조한다. 전술한 바와는 달리, 도 4를 참조하면, 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체 조성물은 반도체 물질이 포함된 반도체 전구체 용액에 탄소 동소체 분산액을 혼합하여 제조될 수 있다. 도시하지 않았지만, 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체 조성물은 기판 상에 탄소 동소체 분산액을 코팅한 후 반도체 전구체 용액을 코팅하여 제조될 수도 있다. Referring to Figure 3, a carbon allotrope and a semiconductor material are prepared. Carbon allotropes and semiconductor materials can be prepared in powder form. A carbon allotrope-semiconductor composite composition is prepared by mixing a carbon allotrope and a semiconductor material in a solvent. Unlike the above, referring to FIG. 4, the carbon allotrope-semiconductor composite composition of the present invention can be prepared by mixing a carbon allotrope dispersion with a semiconductor precursor solution containing a semiconductor material. Although not shown, the carbon allotrope-semiconductor composite composition of the present invention may be manufactured by coating a carbon allotrope dispersion on a substrate and then coating a semiconductor precursor solution.

이때, 용매는 물; 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 2-에틸헥실알코올, 메톡시펜탄올, 부톡시에탄올, 에톡시에톡시 에탄올, 부톡시에톡시 에탄올, 메톡시 프로폭시 프로판올, 텍산올(texanol), 터피네올 및 이들의 조합에서 선택되는 알코올류; 테트라하이드로퓨란(THF); 글리세롤, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 디헥실렌글리콜, 또는 이들의 알킬 에테르; 글리세린, N-메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 2-피롤리돈, 아세틸아세톤, 1,3-디메틸이미다졸리논, 티오디글리콜, 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxid, DMSO), N,N-디메틸 아세트아미드(N,N-dimethyl acetamide, DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)), 술포란, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.At this time, the solvent is water; Ethanol, methanol, isopropyl alcohol, butanol, 2-ethylhexyl alcohol, methoxypentanol, butoxyethanol, ethoxyethoxy ethanol, butoxyethoxy ethanol, methoxy propoxy propanol, texanol, Alcohols selected from pineol and combinations thereof; tetrahydrofuran (THF); Glycerol, ethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, dihexylene glycol, or alkyl ethers thereof; Glycerin, N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), 2-pyrrolidone, acetylacetone, 1,3-dimethylimidazolinone, thiodiglycol, dimethyl sulfoxid, DMSO), N,N-dimethyl acetamide (DMAc)), dimethylformamide (DMF)), sulfolane, diethanolamine, triethanolamine, and combinations thereof. You can use the above.

탄소 동소체와 반도체 물질을 양호하게 분산시키기 위해, 기타 첨가물을 첨가하거나 초음파를 조사할 수 있다. 탄소 동소체-반도체 복합체 조성물에 초음파를 조사하는 경우, 초음파를 수 차례 분할하여 조사하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 탄소 동소체를 반도체 전구체 용액에 혼합하고, 초음파 파쇄기로 강한 초음파(약 250 W)를 약 30분간 조사한다. 이와 같은 공정을 반복함으로써 탄소 동소체가 양호하게 분산된 탄소 동소체-반도체 복합체 조성물을 제조할 수 있다. In order to favorably disperse the carbon allotrope and semiconductor material, other additives may be added or ultrasonic waves may be irradiated. When irradiating ultrasonic waves to a carbon allotrope-semiconductor composite composition, it is preferable to divide the ultrasonic waves several times and irradiate them. For example, a carbon allotrope is mixed with a semiconductor precursor solution, and strong ultrasonic waves (about 250 W) are irradiated using an ultrasonic disruptor for about 30 minutes. By repeating this process, a carbon allotrope-semiconductor composite composition in which the carbon allotrope is well dispersed can be manufactured.

본 발명의 탄소 동소체-반도체 조성물에 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, 전자이동도 특성이 향상된 효과를 나타낼 수 있고, 탄소 동소체가 반도체 전구체 용액 100 중량%에 대해 1 중량% 이하이면, 탄소 동소체의 분산성을 향상시키고 조성물의 코팅성을 향상시킬 수 있다. The amount of carbon allotrope used in the carbon allotrope-semiconductor composition of the present invention may be 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 based on 100% by weight of the semiconductor precursor solution, the effect of improving electron mobility characteristics can be shown, and if the carbon allotrope is 1% by weight or less based on 100% by weight of the semiconductor precursor solution, the carbon allotrope may be It can improve the dispersibility and improve the coating properties of the composition.

이하, 전술한 탄소 동소체-반도체 복합체 조성물을 이용하여 액티브층을 포함하는 박막트랜지스터 및 표시장치에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a thin film transistor and a display device including an active layer using the carbon allotrope-semiconductor composite composition described above will be described.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액티브층을 나타낸 평면도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 액티브층을 나타낸 단면도이다.Figure 5 is a cross-sectional view showing a thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a plan view showing an active layer according to an embodiment of the present invention, and Figures 7 and 8 are a thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention. This is a cross-sectional view showing the active layer.

박막트랜지스터 어레이 기판Thin film transistor array substrate

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 is explained as an example of a bottom-gate type thin film transistor in which the gate electrode is located below the active layer. However, the present invention is not limited to this, and the structure of all known thin film transistors, such as a top-gate type thin film transistor in which the gate electrode is located above the active layer, can be applied.

도 5를 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. 5, the gate electrode 120 is located on the 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), and tantalum (Ta). and tungsten (W), or an alloy thereof. A gate insulating film 130 that insulates the gate electrode 120 is located 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 multilayer thereof.

게이트 절연막(130) 상에 액티브층(140)이 위치한다. 액티브층(140)은 전술한 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)를 포함한다. The active layer 140 is located on the gate insulating film 130. The active layer 140 includes the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) described above.

도 6을 참조하면, 본 발명의 액티브층(140)은 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들이 서로 교차하여 액티브층(140)의 일단에서 타단까지 연속적으로 연결되어 이루어진다. 여기서, 액티브층(140)의 일단은 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들이 액티브층(140)의 일측에 위치하는 소스 전극(150a)과 접촉하는 영역을 말하며, 액티브층(140)의 타단은 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들이 액티브층(140)의 타측에 위치하는 드레인 전극(150b)과 접촉하는 영역을 말한다. 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들은 소스 전극(150a)부터 드레인 전극(150b)까지 연속적으로 연결됨으로써, 캐리어들이 탄소 동소체-반도체 복합체(CS)의 탄소 동소체(CM)와 반도체 물질층(SM)을 따라 이동할 수 있다. 따라서, 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들이 액티브층(140)으로 작용할 수 있다. Referring to FIG. 6, the active layer 140 of the present invention is formed by crossing carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) and continuously connecting them from one end of the active layer 140 to the other end. Here, one end of the active layer 140 refers to an area where carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) are in contact with the source electrode 150a located on one side of the active layer 140, and the other end of the active layer 140 refers to a region of carbon This refers to an area where the allotrope-semiconductor complex (CSC) is in contact with the drain electrode 150b located on the other side of the active layer 140. The carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) are continuously connected from the source electrode 150a to the drain electrode 150b, so that carriers travel through the carbon allotrope (CM) and the semiconductor material layer (SM) of the carbon allotrope-semiconductor composite (CS). You can move along. Therefore, the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) of the present invention can serve as the active layer 140.

액티브층(140)에서 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들은 부정형으로 배치된다. 여기서, 부정형이라는 것은 어떤 특정한 형상을 가지지 않고 불규칙한 형상으로 이루어진다는 것이다. 예를 들어, 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들은 불규칙한 그물(net)형으로 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들은 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들끼리 연속적으로 연결된다면 어떠한 형상으로라도 배치될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.In the active layer 140, carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) are arranged irregularly. Here, irregular shape means that it does not have any specific shape and is made up of an irregular shape. For example, carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) can be arranged in an irregular net. However, the carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) of the present invention can be arranged in any shape as long as the carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) are continuously connected to each other and are not particularly limited.

본 발명의 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC) 중 탄소 동소체(CM)가 탄소나노튜브인 경우, 탄소나노튜브의 지름은 5 내지 30nm로 이루어질 수 있다. 탄소 동소체(CM)를 감싸는 반도체 물질층(SM)은 1 내지 20nm의 두께로 이루어질 수 있다. 여기서, 반도체 물질층(SM)의 두께가 1nm 이상이면 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)가 반도체 특성을 나타낼 수 있고, 반도체 물질층(SM)의 두께가 20nm 이하이면 액티브층(140)의 전자이동도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. When the carbon allotrope (CM) of the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) of the present invention is a carbon nanotube, the diameter of the carbon nanotube may be 5 to 30 nm. The semiconductor material layer (SM) surrounding the carbon allotrope (CM) may have a thickness of 1 to 20 nm. Here, if the thickness of the semiconductor material layer (SM) is 1 nm or more, the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) can exhibit semiconductor characteristics, and if the thickness of the semiconductor material layer (SM) is 20 nm or less, the electron transfer of the active layer 140 It can prevent the temperature from decreasing.

따라서, 액티브층(140)의 두께는 20 내지 200nm로 이루어질 수 있다. 액티브층(140)의 두께가 20nm 이상이면 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들이 다층으로 중첩되어 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들의 연결이 끊어지는 것을 방지할 수 있고, 액티브층(140)의 두께가 200nm 이하이면 액티브층(140)의 문턱전압 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, the thickness of the active layer 140 may be 20 to 200 nm. If the thickness of the active layer 140 is 20 nm or more, the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) overlaps in multiple layers to prevent the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) from being disconnected, and the thickness of the active layer 140 If is 200 nm or less, the threshold voltage characteristics of the active layer 140 can be prevented from being deteriorated.

전술한 액티브층(140)을 구성하는 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)의 구조는 제조방법에 따라 상이한 구조를 가진다.The structure of the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) constituting the above-described active layer 140 has a different structure depending on the manufacturing method.

액티브층(140)을 제조하는 방법 중 하나는 기판 상에 탄소 동소체 용액을 코팅하고 열처리하여 탄소 동소체들을 먼저 형성한다. 이어, 탄소 동소체들이 형성된 기판 상에 반도체 용액을 코팅하여 탄소 동소체들 상에 반도체 물질층을 형성하여 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들을 형성할 수 있다. 이렇게 제조된 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)는 도 7에 도시된 것처럼, 탄소 동소체(CM)들이 기판(110) 윗면에 접촉하여 배치되고, 기판(110) 위로 노출되는 탄소 동소체(CM)들 상에 반도체 물질층(SM)이 형성된다. 따라서, 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)의 구조는 반도체 물질층(SM)이 탄소 동소체(CM)의 일부를 감싸는 형상으로 이루어진다.One method of manufacturing the active layer 140 is to first form carbon allotropes by coating a carbon allotrope solution on a substrate and heat treating it. Next, a semiconductor solution may be coated on the substrate on which the carbon allotropes are formed to form a semiconductor material layer on the carbon allotropes, thereby forming carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs). As shown in FIG. 7, the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) manufactured in this way has carbon allotropes (CMs) placed in contact with the upper surface of the substrate 110, and the carbon allotropes (CMs) exposed above the substrate 110. A semiconductor material layer (SM) is formed. Accordingly, the structure of the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) is such that the semiconductor material layer (SM) surrounds a portion of the carbon allotrope (CM).

그리고 액티브층(140)을 제조하는 방법 중 다른 하나는 탄소 동소체와 반도체 물질을 하나의 용액으로 제조한 후, 기판 상에 이 용액을 코팅하고 열처리하여 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들을 형성할 수 있다. 이렇게 제조된 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)는 도 8에 도시된 것처럼, 반도체 물질층(SM)이 기판(110) 윗면에 접촉하여 배치되고, 탄소 동소체(CM)를 완전히 감싸는 형상으로 이루어진다.Another method of manufacturing the active layer 140 is to manufacture a carbon allotrope and a semiconductor material in one solution, then coat this solution on a substrate and heat treat it to form carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs). there is. As shown in FIG. 8, the carbon allotrope-semiconductor composite (CSC) manufactured in this way has a shape in which the semiconductor material layer (SM) is disposed in contact with the upper surface of the substrate 110 and completely surrounds the carbon allotrope (CM).

탄소 동소체-반도체 복합체 조성물을 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. 탄소 동소체-반도체 복합체에 250℃에서 2시간 동안 열처리를 수행하여 용매를 제거한다. 그리고, 탄소 동소체-반도체 복합체를 포토리소그래피법으로 패터닝함으로써 본 발명의 액티브층(140)이 제조될 수 있다.Methods for coating the carbon allotrope-semiconductor composite composition include spin coating, slit coating, screen printing, and ink-jet printing. The solution may be used to coat the carbon allotrope-semiconductor composite composition. Any coating method can be applied. The carbon allotrope-semiconductor composite is heat treated at 250°C for 2 hours to remove the solvent. Additionally, the active layer 140 of the present invention can be manufactured by patterning the carbon allotrope-semiconductor composite using photolithography.

다시, 도 5를 참조하면, 액티브층(140) 상에 액티브층(140)의 일측에 접촉하는 소스 전극(150a)과, 액티브층(140)의 타측에 접촉하는 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 again to FIG. 5, 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 located on the active layer 140. . The source electrode 150a and the drain electrode 150b may be made of a single layer or multiple layers. 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 multilayered, they are a double layer of molybdenum/aluminum-neodymium, molybdenum/aluminum, or titanium/aluminum, or a double layer of molybdenum/aluminum-neodymium/molybdenum, molybdenum/aluminum/molybdenum, or titanium. It can be made of a triple layer of /aluminum/titanium.

전술한 본 발명의 액티브층(140)은 탄소 동소체를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체(CSC)들로 형성한다. 이렇게 제조된 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 동소체와 반도체 물질층으로 이루어져 있으므로, 전자와 정공이 탄소 동소체에서 매우 빠르게 이동하고 반도체 물질층에서 반도체 물질층의 전자이동도에 따라 이동하게 된다. 전자와 정공은 반도체 물질층와 탄소 동소체들을 따라 이동하여 전자이동도가 매우 향상될 수 있다. 특히, 반도체 물질은 전자 이동시 발생하는 산란 현상인 스캐터링으로 인해 전자의 이동도가 감소하는 특성이 있으나, 탄소 동소체는 탄소 동소체 내부에서 발생하는 스캐터링 현상이 거의 없어 전자의 이동도가 감소될 우려를 제거할 수 있다. The active layer 140 of the present invention described above is formed of carbon allotrope-semiconductor composites (CSCs) composed of a semiconductor material layer surrounding a carbon allotrope. When a voltage is applied to the source electrode 150a and the drain electrode 150b of the active layer 140 manufactured in this way, carrier electrons and holes move into the channel of the active layer 140. At this time, since the active layer 140 is composed of a carbon allotrope and a semiconductor material layer, electrons and holes move very quickly in the carbon allotrope and move from the semiconductor material layer according to the electron mobility of the semiconductor material layer. Electrons and holes can move along the semiconductor material layer and carbon allotropes, greatly improving electron mobility. In particular, semiconductor materials have the characteristic of reducing electron mobility due to scattering, a scattering phenomenon that occurs when electrons move, but carbon allotropes have almost no scattering phenomenon occurring inside the carbon allotrope, so there is concern that electron mobility will be reduced. can be removed.

이하, 도 9 및 도 10을 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 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도이다. Hereinafter, with reference to FIGS. 9 and 10, a display device including the thin film transistor array substrate of the present invention will be described. In the following, a display device including a thin film transistor array substrate according to the above-described embodiment will be disclosed, and redundant description will be omitted. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing an organic light emitting display device according to an embodiment of the present invention.

표시장치display device

도 9를 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. 9, an organic insulating film 160 is located on the source electrode 150a and the drain electrode 150b. The organic insulating film 160 is used to flatten the lower step and may be made of organic materials such as photo acryl, polyimide, benzocyclobutene resin, or acrylate. there is. The organic insulating film 160 includes a via hole 165 exposing the drain electrode 150b. Although not shown, a passivation film 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(160)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.The pixel electrode 170 and the common electrode 180 are located on the organic insulating film 160. The pixel electrode 170 is connected to the drain electrode 150b through the via hole 165 formed in the organic insulating film 160. The pixel electrode 160 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 arranged alternately to form a horizontal electric field between the pixel electrode 170 and the common electrode 180.

본 발명의 실시예에서는 화소 전극과 공통 전극이 동일 평면 상에 위치하는 IPS(in-plane switching) 액정표시장치를 예로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 화소 전극 하부에 공통 전극이 위치할 수도 있고, 공통 전극이 박막트랜지스터 어레이 기판과 대향하는 컬러필터 어레이 기판에 위치할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, an in-plane switching (IPS) liquid crystal display device in which a pixel electrode and a common electrode are located on the same plane is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the common electrode may be located below the pixel electrode, or the common electrode may be located on the color filter array substrate facing the thin film transistor array substrate.

한편, 도 10을 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. 10, 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 film 160 is located on the source electrode 150a and the drain electrode 150b. The organic insulating film 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.The pixel electrode 170 is located on the organic insulating film 160. The pixel electrode 170 is connected to the drain electrode 150b through the via hole 165 formed in the organic insulating film 160. The bank layer 175 is located on the pixel electrode 170. The bank layer 175 may be a pixel defining layer that exposes a portion of the pixel electrode 170 to define a pixel. The organic layer 190 is located on the bank layer 175 and the exposed pixel electrode 170. The organic layer 190 includes a light emitting layer that emits light by combining electrons and holes, 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 located on the substrate 110 on which the organic 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 with a low work function. Accordingly, an organic light emitting diode (OLED) is configured including a pixel electrode 170, an organic layer 190, and a counter electrode 200.

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. The encapsulation layer 210 is located on the substrate 110 on which the organic light emitting diode (OLED) is formed. The encapsulation layer 210 encapsulates the substrate 110 including the underlying organic light emitting diode (OLED) and may be made of an inorganic film, an organic film, or a multilayer structure thereof. A cover window 220 is located on the encapsulation layer 210 to form an organic light emitting display device.

이하, 본 발명의 실시예에 따라 탄소 동소체를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체를 포함하는 액티브층에 대한 실험예를 개시한다. 하기 실험예는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an experimental example of an active layer including a carbon allotrope-semiconductor composite consisting of a semiconductor material layer surrounding a carbon allotrope according to an embodiment of the present invention will be disclosed. The following experimental example is only an example of the present invention and the present invention is not limited thereto.

실험 1 : Experiment 1: 액티브층active layer 조성 분석 Composition analysis

산화인듐(In2O3) 전구체를 녹인 용매에 산처리를 진행한 탄소나노튜브를 넣어 분산시킨 용액을 그리드(grid)에 떨어뜨린 후, 250 내지 300도에서 열처리하였다. 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 에너지분산형 분광분석법(Energy Dispersive x-ray Spectroscopy, EDS)을 통해 탄소 동소체-반도체 복합체를 분석하였다.A solution in which acid-treated carbon nanotubes were dispersed in a solvent in which an indium oxide (In 2 O 3 ) precursor was dissolved was dropped onto a grid and then heat-treated at 250 to 300 degrees. The carbon allotrope-semiconductor complex was analyzed using transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS).

도 11은 탄소 동소체-반도체 복합체의 투과전자현미경 이미지이고, 도 12는 도 11의 A에서 B 방향으로의 라인 프로파일링(line profiling) 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a transmission electron microscope image of a carbon allotrope-semiconductor composite, and FIG. 12 is a graph showing the results of line profiling in the direction A to B of FIG. 11.

도 11을 참조하면, 라드(rod) 형태의 탄소 동소체-반도체 복합체가 제조되었음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 11, it was confirmed that a rod-shaped carbon allotrope-semiconductor composite was manufactured.

도 12를 참조하면, 탄소 동소체-반도체 복합체의 지름은 약 40nm로 나타났으며, 탄소 동소체-반도체 복합체의 표면에서는 탄소의 비율이 적고, 인듐과 산소의 비율이 대부분인 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 탄소 동소체-반도체 복합체의 형태가 탄소나노튜브에 인듐 및 산소로 구성된 산화인듐(In2O3)이 감싸고 있는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 12, the diameter of the carbon allotrope-semiconductor composite was found to be about 40 nm, and it was confirmed that the ratio of carbon was small and the ratio of indium and oxygen was mostly on the surface of the carbon allotrope-semiconductor composite. Accordingly, it was confirmed that the form of the carbon allotrope-semiconductor composite was indium oxide (In 2 O 3 ) composed of indium and oxygen surrounding a carbon nanotube.

실험 2 : Experiment 2: 박막트랜지스터thin film transistor 평가 evaluation

<비교예1><Comparative Example 1>

전술한 도 5의 구조를 가진 바텀 게이트형 박막트랜지스터를 제조하였다. 이때, 액티브층은 IGZO를 용액 공정으로 코팅하여 형성하였다.A bottom gate type thin film transistor having the structure of FIG. 5 described above was manufactured. At this time, the active layer was formed by coating IGZO through a solution process.

<비교예2><Comparative Example 2>

전술한 비교예1과 동일한 공정 조건 하에, 탄소나노튜브를 용액 공정으로 코팅하여 액티브층을 형성한 것만을 달리하여 박막트랜지스터를 제조하였다.Under the same process conditions as in Comparative Example 1 described above, a thin film transistor was manufactured except that carbon nanotubes were coated using a solution process to form an active layer.

<비교예3><Comparative Example 3>

전술한 비교예1과 동일한 공정 조건 하에, 산화인듐(In2O3)을 용액 공정으로 코팅하여 액티브층을 형성한 것만을 달리하여 박막트랜지스터를 제조하였다.A thin film transistor was manufactured under the same process conditions as in Comparative Example 1 described above, except that indium oxide (In 2 O 3 ) was coated using a solution process to form an active layer.

<실시예><Example>

게이트 전극과 게이트 절연막이 형성된 기판 상에 탄소나노튜브를 스핀 코팅한 후 약 100도에서 건조시켰다. 질산(HNO3):황산(H2SO4)(1:3) 용액 등에 탄소나노튜브를 코팅한 기판을 딥핑(dipping)한 후 약 1시간 방치하였다. 그 후 DI 워터로 워싱하여 산을 제거하고, 질소(N2)건 또는 에어건 등으로 물기를 제거하였다. 인듐 니트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 물에 녹여 산화인듐(In2O3)을 형성시킬 수 있는 용액을 만든 후, 탄소나노튜브 기판 위에 이 용액을 스핀 코팅 또는 딥핑하였다. 이어 250도 공기 분위기에서 약 1시간 30분 동안 열처리하여 탄소나노튜브를 감싸는 산화인듐으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체의 액티브층을 형성하였다. 그리고, 액티브층의 양측에 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 박막트랜지스터를 제조하였다.Carbon nanotubes were spin-coated on the substrate on which the gate electrode and gate insulating film were formed and then dried at about 100 degrees. A substrate coated with carbon nanotubes was dipped into a nitric acid (HNO 3 ):sulfuric acid (H 2 SO 4 ) (1:3) solution and left for about 1 hour. Afterwards, the acid was removed by washing with DI water, and moisture was removed using a nitrogen (N 2 ) gun or an air gun. Indium nitrate hydrate was dissolved in water to create a solution capable of forming indium oxide (In 2 O 3 ), and then this solution was spin-coated or dipped onto a carbon nanotube substrate. Next, heat treatment was performed in an air atmosphere at 250 degrees for about 1 hour and 30 minutes to form an active layer of a carbon allotrope-semiconductor composite made of indium oxide surrounding the carbon nanotubes. Then, a thin film transistor was manufactured by forming source electrodes and drain electrodes on both sides of the active layer.

전술한 비교예 1에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전류-전압 커브를 측정하여 도 13에 나타내었고, 비교예2, 3 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전류-전압 커브를 측정하여 도 14에 나타내었으며, 문턱전압, 온 커런트 및 온/오프비를 하기 표 1에 나타내었다.The current-voltage curve of the thin film transistor manufactured according to the above-mentioned Comparative Example 1 was measured and shown in FIG. 13, and the current-voltage curve of the thin film transistor manufactured according to Comparative Examples 2, 3 and Examples was measured and shown in FIG. 14. The threshold voltage, on current, and on/off ratio are shown in Table 1 below.

비교예2Comparative example 2 비교예3Comparative Example 3 실시예Example 문턱전압(Vth, V)Threshold voltage (Vth, V) -- -15-15 -5-5 온 커런트On Current -- 5×10-6 10-6 1×10-6 10-6 온/오프비On/off ratio -- ~102 ~10 2 ~105 ~10 5

상기 도 13을 참조하면, 용액 공정으로 IGZO를 액티브층으로 제작한 비교예1은 온 커런트가 1×10- 8정도로 낮아 박막트랜지스터의 특성이 낮게 나타났다.Referring to FIG. 13, Comparative Example 1, in which IGZO was produced as an active layer through a solution process , showed low on-current characteristics of a thin film transistor of about 1×10 -8 .

상기 도 14 및 표 1을 참조하면, 탄소나노튜브 단독으로 이루어진 액티브층을 구비한 비교예2는 박막트랜지스터로서 구동되지 않았다. 산화인듐(In2O3) 단독으로 이루어진 액티브층을 구비한 비교예3은 문턱전압이 -15V이고 온 커런트가 5×10-6이며 온/오프비가 102 이하로 나타났다. 비교예3의 경우 아연(Zn)과 갈륨(Ga)이 없기 때문에 오프 커런트가 높고 새츄레이션(saturation)이 잘 되지 않은 특성을 나타냈다.Referring to FIG. 14 and Table 1, Comparative Example 2, which had an active layer made only of carbon nanotubes, was not driven as a thin film transistor. Comparative Example 3, which has an active layer made of indium oxide (In 2 O 3 ) alone, had a threshold voltage of -15 V, an on current of 5×10 -6 , and an on/off ratio of 10 2 or less. In the case of Comparative Example 3, since there was no zinc (Zn) and gallium (Ga), the off-current was high and saturation was poor.

반면, 탄소나노튜브를 감싸는 산화인듐으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체의 액티브층을 구비한 실시예는 문턱전압이 -5V이고 온 커런트가 1×10-6이며 온/오프비가 105 이하로 나타났다. 따라서, 실시예의 박막트랜지스터는 양호한 문턱전압을 나타내며 온 커런트가 상승하고 온/오프비가 향상된 것을 확인할 수 있었다. On the other hand, the example having an active layer of a carbon allotrope-semiconductor composite made of indium oxide surrounding a carbon nanotube had a threshold voltage of -5V, an on current of 1×10 -6 , and an on/off ratio of 10 5 or less. Accordingly, it was confirmed that the thin film transistor of the example exhibited a good threshold voltage, an increase in on-current, and an improvement in the on/off ratio.

따라서, 본 발명은 탄소 동소체를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체를 포함하는 액티브층을 포함함으로써 박막트랜지스터의 온 커런트, 온/오프비 및 전자이동도를 향상시킬 수 있으며 문턱전압 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, the present invention can improve the on current, on/off ratio, and electron mobility of a thin film transistor by including an active layer containing a carbon allotrope-semiconductor composite made of a semiconductor material layer surrounding a carbon allotrope, and improve the threshold voltage characteristics. There are benefits that can be improved.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 설명하고 있는 x축 방향이나 y축 방향은 서로 반대되는 방향으로 변경하는 것이 가능하고, 공통 전극을 구성하는 터치 구동전극과 터치 센싱전극의 크기 및 수와 형상, 각각의 터치전극과 접속되는 터치 구동라인이나 터치 센싱라인의 위치는 임의로 적절히 변경할 수 있는 사항이며, 본 발명의 실시예에 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Through the above-described content, those skilled in the art will be able to see that various changes and modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. For example, the x-axis direction or y-axis direction described in the embodiment of the present invention can be changed to opposite directions, and the size, number, and shape of the touch driving electrodes and touch sensing electrodes that make up the common electrode , the positions of the touch driving lines or touch sensing lines connected to each touch electrode can be arbitrarily and appropriately changed, and are not limited to those described in the embodiments of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to what is described in the detailed description of the invention, but should be defined by the scope of the patent claims.

110 : 기판 120 : 게이트 전극
130 : 게이트 절연막 140 : 액티브층
150a : 소스 전극 150b : 드레인 전극
SM : 반도체 물질층 CM : 탄소 동소체
CSC : 탄소 동소체-반도체 복합체
110: substrate 120: gate electrode
130: gate insulating film 140: active layer
150a: source electrode 150b: drain electrode
SM: semiconductor material layer CM: carbon allotrope
CSC: Carbon Allotrope-Semiconductor Composite

Claims (22)

기판;
상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 대향하며, 탄소 동소체의 적어도 일부를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체들을 포함하는 액티브층;
상기 게이트 전극과 상기 액티브층 사이에 개재된 게이트 절연막; 및
상기 액티브층에 각각 접촉하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하되,
상기 탄소 동소체-반도체 복합체는,
상기 탄소 동소체가 상기 게이트 절연막의 윗면에 접촉하여 배치되고, 상기 반도체 물질층이 상기 탄소 동소체 상에서 상기 탄소 동소체 일부를 감싸는 형태로 형성되는 박막트랜지스터 어레이 기판.
Board;
A gate electrode located on the substrate;
an active layer facing the gate electrode and including carbon allotrope-semiconductor composites made of a semiconductor material layer surrounding at least a portion of the carbon allotrope;
a gate insulating film interposed between the gate electrode and the active layer; and
Includes a source electrode and a drain electrode each in contact with the active layer,
The carbon allotrope-semiconductor composite,
A thin film transistor array substrate wherein the carbon allotrope is disposed in contact with the upper surface of the gate insulating film, and the semiconductor material layer is formed on the carbon allotrope to surround a portion of the carbon allotrope.
제1 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 탄소 동소체-반도체 복합체들이 서로 교차하여 상기 액티브층의 일단에서 타단까지 연속적으로 연결된 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The active layer is a thin film transistor array substrate in which the carbon allotrope-semiconductor complexes cross each other and are continuously connected from one end to the other end of the active layer.
제1 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 탄소 동소체-반도체 복합체들이 부정형으로 배치된 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The active layer is a thin film transistor array substrate in which the carbon allotrope-semiconductor complexes are irregularly arranged.
제3 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 탄소 동소체-반도체 복합체들이 그물형으로 배치된 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to clause 3,
The active layer is a thin film transistor array substrate in which the carbon allotrope-semiconductor complexes are arranged in a net shape.
제1 항에 있어서,
상기 탄소 동소체의 지름은 50 내지 30nm인 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
A thin film transistor array substrate wherein the carbon allotrope has a diameter of 50 to 30 nm.
제1 항에 있어서,
상기 반도체 물질층의 두께는 1 내지 20nm인 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
A thin film transistor array substrate wherein the semiconductor material layer has a thickness of 1 to 20 nm.
제1 항에 있어서,
상기 액티브층의 두께는 20 내지 200nm인 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
A thin film transistor array substrate wherein the active layer has a thickness of 20 to 200 nm.
제1 항에 있어서,
상기 탄소 동소체는 1차원 또는 2차원 구조를 갖는 박막트랜지스터 어레이 기판.
According to claim 1,
The carbon allotrope is a thin film transistor array substrate having a one-dimensional or two-dimensional structure.
제1 항에 있어서,
상기 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 1,
The carbon allotrope is a thin film transistor array substrate that is one of reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene (graphene), graphene nanoribbon, or carbon nanotube (CNT), or a mixture thereof.
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,
A thin film transistor array substrate wherein 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.
기판;
상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 대향하며, 탄소 동소체의 적어도 일부를 감싸는 반도체 물질층으로 이루어진 탄소 동소체-반도체 복합체들을 포함하는 액티브층;
상기 게이트 전극과 상기 액티브층 사이에 개재된 게이트 절연막;
상기 액티브층에 각각 접촉하는 소스 전극 및 드레인 전극;
상기 소스 전극 및 드레인 전극 상에 위치하는 유기절연막; 및
상기 유기절연막 상에 위치하는 화소 전극을 포함하되,
상기 탄소 동소체-반도체 복합체는,
상기 탄소 동소체가 상기 게이트 절연막의 윗면에 접촉하여 배치되고, 상기 반도체 물질층이 상기 탄소 동소체 상에서 상기 탄소 동소체 일부를 감싸는 형태로 형성되는 표시장치.
Board;
A gate electrode located on the substrate;
an active layer facing the gate electrode and including carbon allotrope-semiconductor composites made of a semiconductor material layer surrounding at least a portion of the carbon allotrope;
a gate insulating film interposed between the gate electrode and the active layer;
a source electrode and a drain electrode each contacting the active layer;
an organic insulating film positioned on the source electrode and the drain electrode; and
Includes a pixel electrode located on the organic insulating film,
The carbon allotrope-semiconductor composite,
A display device in which the carbon allotrope is disposed in contact with an upper surface of the gate insulating film, and the semiconductor material layer is formed on the carbon allotrope to surround a portion of the carbon allotrope.
제11 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 탄소 동소체-반도체 복합체들이 서로 교차하여 상기 액티브층의 일단에서 타단까지 연속적으로 연결된 표시장치.
According to claim 11,
The active layer is a display device in which the carbon allotrope-semiconductor complexes intersect each other and are continuously connected from one end to the other end of the active layer.
제11 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 탄소 동소체-반도체 복합체들이 부정형으로 배치된 표시장치.
According to claim 11,
The active layer is a display device in which the carbon allotrope-semiconductor complexes are irregularly arranged.
제13 항에 있어서,
상기 액티브층은 상기 탄소 동소체-반도체 복합체들이 그물형으로 배치된 표시장치.
According to claim 13,
The active layer is a display device in which the carbon allotrope-semiconductor complexes are arranged in a net shape.
제11 항에 있어서,
상기 탄소 동소체의 지름은 5 내지 30nm인 표시장치.
According to claim 11,
A display device wherein the carbon allotrope has a diameter of 5 to 30 nm.
제11 항에 있어서,
상기 반도체 물질층의 두께는 1 내지 20nm인 표시장치.
According to claim 11,
A display device wherein the semiconductor material layer has a thickness of 1 to 20 nm.
제11 항에 있어서,
상기 액티브층의 두께는 20 내지 200nm인 표시장치.
According to claim 11,
A display device wherein the active layer has a thickness of 20 to 200 nm.
제11 항에 있어서,
상기 탄소 동소체는 1차원 또는 2차원 구조를 갖는 표시장치.
According to claim 11,
A display device in which the carbon allotrope has a one-dimensional or two-dimensional structure.
제11 항에 있어서,
상기 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 표시장치.
According to claim 11,
A display device in which the carbon allotrope is any one of reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene (graphene), graphene nanoribbon, or carbon nanotube (CNT), or a mixture thereof.
제11 항에 있어서,
상기 반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 표시장치.
According to claim 11,
A display device in which the semiconductor material is any one or a mixture of a ceramic semiconductor, an organic semiconductor, a transition metal chalcogenide, or an oxide semiconductor.
제11 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 11,
an organic light emitting diode electrically connected to the pixel electrode;
an encapsulation layer located on the organic light emitting diode; and
A display device further comprising a cover window located on the encapsulation layer.
제11 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 11,
a common electrode positioned spaced apart from or below the same plane as the pixel electrode; and
A display device further comprising a liquid crystal layer located on the common electrode.
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