KR20060133248A - 유기 박막 트랜지스터 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그레인 사이즈가 큰 유기 반도체막이 형성되고, 낮은 구동 전압 및 우수한 캐리어 이동도를 가지는 유기 박막 트랜지스터 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 투명 절연 기판 상에 형성된 게이트 전극, 게이트 전극을 덮는 영역에 형성된 게이트 절연막, 게이트 절연막의 상부에 상호 이격되도록 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 소스 전극과 드레인 전극을 덮는 영역에 형성된 소자 절연막, 소자 절연막의 상부에 형성된 유기 반도체막을 포함하며, 소자 절연막의 두께는 900Å 이하인 유기 박막 트랜지스터 소자 및 그의 제조 방법을 제공한다.
유기 박막 트랜지스터, 문턱 전압, 이동도
Description
도 1은 종래의 유기 박막 트랜지스터 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타난 유기 박막 트랜지스터 소자의 게이트 전압과 드레인 전류의 관계를 나타낸 특성 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 투명 절연 기판 110: 게이트 전극
120: 게이트 절연막 130: 소스 전극
140: 드레인 전극 150: 소자 절연막
160: 유기 반도체막
본 발명은 유기 박막 트랜지스터 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 구동 전압 및 우수한 캐리어 이동도를 갖는 유기 박막 트랜지스터 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치의 스위칭 소자로서 사용되는 박막 트랜지스터 소자는 비정질 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층이 형성되는 경우가 일반적이었으나, 근래에는 비정질 또는 다결정 실리콘의 대체물로 유기 반도체 물질을 이용하여 액티브층을 형성하는 유기 박막 트랜지스터 소자(OTFT; Organic thin film transistor)가 도입되고 있다.
유기 박막 트랜지스터 소자의 액티브층은 스핀 코팅법이나 진공 증착법을 이용하여 유기 반도체 물질로 증착하는 방식으로 형성되며, 저온 증착이 가능하다는 점이나 유연성을 구현할 수 있다는 점, 가공의 용이하다는 점 등의 장점을 가진다.
도 1은 종래의 유기 박막 트랜지스터 소자를 나타낸 단면도이다.
종래의 유기 박막 트랜지스터 소자는 도 1에 도시된 것처럼, 투명 절연 기판(10), 게이트 전극(11), 게이트 절연막(12), 소스 전극(13), 드레인 전극(14), 유기 반도체막(15) 등으로 구성된다.
유기 반도체막(15)은 그레인 사이즈(Grain size)가 큰 펜타신(Pentacene) 등과 같은 유기 반도체 물질로 이루어진다. 펜타신이 적용된 유기 박막 트랜지스터 소자는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 소자와 대등한 수준의 우수한 이동도 특성을 가지며, 공기 중에서 상당히 안정적인 특성을 보여 준다.
그런데, 도 1과 같은 구조를 갖는 유기 박막 트랜지스터 소자는 높은 게이트 -소스 전압(Vgs) 및 낮은 캐리어 이동도로 인하여 액정 표시 장치의 스위칭 소자(혹은 범용 반도체 소자)로서 이용하기에 많은 어려움이 있었다.
유기 반도체막(15)을 이루는 유기 반도체 물질로 주로 쓰이는 펜타신은 하부의 게이트 절연막(12) 특성에 많은 영향을 받으므로, 게이트 절연막(12)으로 인하여 펜타신의 그레인 사이즈가 크게 성장되지 못하여 캐리어 이동도 측면에서 열악한 특성을 갖게 되는 것이다.
이러한 문제점을 완화하기 위하여, 한국 공개 특허 제10-2004-0067047호(이하, '선행 기술'이라 함)에서는, 스핀 코팅을 이용하여 유기 반도체막을 증착하는 기술을 제안하고 있다.
유기 다이오드(OLED; Organic light emitting diodes)의 경우, 양 전극 사이의 다층 구조 중 하나가 리튬 플루오르(LiF)의 절연막으로 이루어짐으로 인하여, 구동 전압이 낮아지고, 캐리어 이동도가 향상되는 효과를 갖게 되는데, 유기 박막 트랜지스터 소자에 절연막을 추가하여 이러한 원리를 유기 박막 트랜지스터 소자에 적용하는 것이다.
그러나, 선행 기술의 경우에도, 스핀 코팅을 적용함으로 인하여 공정의 특성상 유기 반도체막이 약 4000Å 이상의 비교적 큰 두께로 형성할 수 밖에 없다는 한계가 있었고, 이러한 한계로 인하여 캐리어의 터널링 효과가 제한적으로 발생하고, 높은 구동 전압을 필요로 한다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 그레인 사이즈가 큰 유기 반도체막이 형성되고, 낮은 구동 전압 및 우수한 캐리어 이동도를 갖는 매우 얇은 두께의 유기 박막 트랜지스터 소자를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기된 유기 박막 트랜지스터 소자를 효율적으로 제조할 수 있는 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자는 투명 절연 기판 상에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극을 덮는 영역에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막의 상부에 상호 이격되도록 형성된 소스 전극과 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 드레인 전극을 덮는 영역에 형성된 소자 절연막과, 상기 소자 절연막의 상부에 형성된 유기 반도체막을 포함하며, 상기 소자 절연막의 두께는 900Å 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 소자 절연막은 산화 실리콘, 질화 실리콘, 티타니아, 알루미나 중 적어도 어느 하나의 무기물로 이루어질 수 있다.
상기 소자 절연막은 폴리이미드, 벤조싸이클로부텐, 포토 아크릴 중 어느 하나의 유기물로 이루어질 수 있다.
상기 소자 절연막은 일 방향으로 러빙된 것이 바람직하다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법은 투명 절연 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 덮는 영역에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막의 상부에 상호 이격되도록 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 소스 전극과 드레인 전극을 덮는 영역에 소자 절연막을 형성하는 단계와, 상기 소자 절연막의 상부에 유기 반도체막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 소자 절연막의 두께는 900Å 이하로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 소스 전극과 드레인 전극을 덮는 영역에 소자 절연막을 형성하는 단계에서, 상기 소자 절연막은 화학 기상 증착 또는 원자층 증착에 의하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 소자 절연막을 형성한 후, 상기 소자 절연막을 일 방향으로 러빙하는 단계를 더 포함할 수 있다.
러빙이 이루어지는 일 방향은 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 수직 방향인 것이 바람직하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자 및 그 의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자는 하부 접촉 방식(Bottom contact type)으로, 투명 절연 기판(100), 게이트 전극(110), 게이트 절연막(120), 소스 전극(130), 드레인 전극(140), 소자 절연막(150), 유기 반도체막(160) 등을 포함하여 구성된다.
게이트 전극(110)은 투명 절연 기판(100) 상에 알루미늄 등을 포함하는 금속 물질로 형성된다.
게이트 절연막(120)은 게이트 전극(110)을 덮는 영역에 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 등의 절연 물질로 형성된다.
소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)은 게이트 절연막(120)의 상부에 상호 이격되도록 형성되며, 알루미늄과 크롬 등을 포함하는 금속 물질로 이루어진다.
소자 절연막(150)은 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)을 덮는 영역에 900Å 이하의 두께로 형성되며, 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiNx), 티타니아(TiO2), 알루미나(Al2O3) 등의 무기물이나 폴리이미드(Polyimide), 벤조싸이클로부텐(BCB; Benzocyclobutene), 포토 아크릴(Photo acryl) 등의 고분자 유기물로 이루어질 수 있다. 소자 절연막(150)이 고분자 유기물로 이루어지는 경우에는, 이러한 소자 절연막(150)을 일 방향으로 러빙(Rubbing)하여 상부에 증착되는 유기 반도체 막(160)이 잘 성장될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
특히, 수 Å에서 수 백 Å의 소자 절연막(150)을 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)의 수직 방향으로 러빙(Rubbing)(나일론 천으로 문지르거나 편향된 자외선을 조사함)하면, 소자 절연막(150)의 상부에 증착되는 유기 반도체막(160)의 정렬성이 더욱 우수하게 구현되어, 전하 수송(Carrier transport)이 용이해지므로 캐리어 이동도가 증가된다.
유기 반도체막(160)은 그레인 사이즈(Grain size)가 큰 펜타신(Pentacene) 등의 고분자 유기물로 소자 절연막(150)의 상부에 형성된다.
이와 같이 유기 박막 트랜지스터 소자에 있어서, 유기 반도체막(160)과 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140) 사이에 소자 절연막(150)을 구성하여 구동 전압이 되는 게이트-소스 전압(Vgs)을 줄일 수 있다. 또한, 얇은 소자 절연막(150)을 통한 터널링 효과에 의하여 동일한 구동 전압에 대한 드레인-소스 전압(Vds)을 줄임으로써, 캐리어 이동도를 향상시킬 수 있다.
이때, 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)과 유기 반도체막(160) 사이에 적용되는 소자 절연막(150)의 두께는 수 Å에서 수 백 Å의 두께로 적용될 수 있으며, 900Å 이하로 구현하는 것이 바람직하며, 화학 기상 증착을 통하여 약 10Å의 두께로까지 박막화할 수 있다.
도 3은 도 2에 나타난 유기 박막 트랜지스터 소자의 게이트 전압과 드레인 전류의 관계를 나타낸 특성 그래프이다.
유기 반도체막(160)과 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140) 사이에 얇은 소 자 절연막(150)을 삽입하면, 도 3에 도시된 것처럼 전압-전류의 특성 그래프가 G1에서 보다 완만한 경사를 갖는 G2 형상으로 변화하고, 문턱 전압이 VTH1에서 VTH2로 낮아져, 동일한 드레인 전류를 흘리기 위한 구동 전압이 낮아지게 된다.
그리고, 터널링(Tunneling) 효과에 의하여 전하 주입(Charge injection) 특성이 향상되어 드레인-소스 전압(Vds)이 줄고, 캐리어 이동도가 향상된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, S100 단계에서, 투명 절연 기판(100) 상에 게이트 전극(110)을 형성한다.
다음으로, S110 단계에서, 게이트 전극(110)을 덮는 영역에 게이트 절연막(120)을 형성한다.
다음으로, S120 단계에서, 게이트 절연막(120)의 상부에 상호 이격되도록 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)을 형성한다.
다음으로, S130 단계에서, 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)을 덮는 영역에 소자 절연막(150)을 형성한다. 이때, 소자 절연막(150)의 두께는 900Å 이하로 형성하며, 소자 절연막(150)의 두께를 900Å 이하로 얇게 형성하기 위하여 화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Depositon)이나 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposion)등의 진공 증착을 사용하는 것이 바람직하다. 진공 증착은 공정 특성상 10Å 이하의 두께까지 막을 증착할 수 있다.
소자 절연막(150)을 형성한 이후에는 그레인 사이즈가 큰 펜타신 등으로 이루어진 유기 반도체막(160)이 소자 절연막(150)의 상부에 잘 성장되도록 하여 캐리어 이동도를 향상시키기 위하여 소자 절연막(150)을 일 방향으로 러빙(Rubbing)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 러빙(Rubbing)이 이루어지는 일 방향은 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)의 수직 방향인 것이 바람직하다.
다음으로, S140 단계에서, 소자 절연막(150)의 상부에 유기 반도체막(160)을 형성한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자는 그레인 사이즈가 큰 유기 반도체막이 형성되고, 낮은 구동 전압 및 우수한 캐리어 이동도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법은 이와 같은 유기 박막 트랜지스터 소자를 효율적으로 제조할 수 있다.
Claims (8)
- 투명 절연 기판 상에 형성된 게이트 전극;상기 게이트 전극을 덮는 영역에 형성된 게이트 절연막;상기 게이트 절연막의 상부에 상호 이격되도록 형성된 소스 전극과 드레인 전극;상기 소스 전극과 드레인 전극을 덮는 영역에 형성된 소자 절연막; 및상기 소자 절연막의 상부에 형성된 유기 반도체막을 포함하며,상기 소자 절연막의 두께는 900Å 이하인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 소자 절연막은,산화 실리콘, 질화 실리콘, 티타니아, 알루미나 중 적어도 어느 하나의 무기물로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 소자 절연막은,폴리이미드, 벤조싸이클로부텐, 포토 아크릴 중 어느 하나의 유기물로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자.
- 제3항에 있어서,상기 소자 절연막은,일 방향으로 러빙된 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자.
- 투명 절연 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극을 덮는 영역에 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 절연막의 상부에 상호 이격되도록 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계;상기 소스 전극과 드레인 전극을 덮는 영역에 소자 절연막을 형성하는 단계; 및상기 소자 절연막의 상부에 유기 반도체막을 형성하는 단계를 포함하며,상기 소자 절연막의 두께는 900Å 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 소스 전극과 드레인 전극을 덮는 영역에 소자 절연막을 형성하는 단계에서,상기 소자 절연막은 화학 기상 증착 또는 원자층 증착에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 소자 절연막을 형성한 후, 상기 소자 절연막을 일 방향으로 러빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 러빙이 이루어지는 일 방향은 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 수직 방향인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터 소자의 제조 방법.
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