KR20080066152A - Organic thin film transistor with enhanced surface characteristic and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

An organic TFT having an organic semiconductor layer with improved surface characteristics and a manufacturing method thereof are provided to improve device performance by forming an SAM on source and drain electrodes and a gate insulating layer. A gate electrode(302) is formed on a transparent substrate(301). A gate insulating layer(303) is applied to cover the gate electrode. Source and drain electrodes(304) are formed. Oxygen plasma processing is performed on the surface of the source and drain electrodes. An SAM(Self Assembled Monolayer,306) is formed in an exposed part of the gate insulating layer. An organic semiconductor layer(307) is formed.

Description

계면특성이 향상된 유기 반도체층을 갖는 유기박막 트랜지스터 및 그 제조 방법{Organic thin film transistor with enhanced surface characteristic and manufacturing method thereof}Organic thin film transistor having an organic semiconductor layer with improved interfacial properties and a method of manufacturing the same

도1은 종래의 탑 컨택 타입의 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional top contact type organic thin film transistor.

도2는 종래의 바텀 컨택 타입의 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a conventional bottom contact type organic thin film transistor.

도3a 내지 도3f는 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸다.3A to 3F illustrate a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the present invention.

※발명의 주요 부분에 대한 설명※※ Description of main part of invention ※

301 : 투명기판 302 : 게이트 전극301: transparent substrate 302: gate electrode

303 : 게이트 절연막 304 : 소스 및 드레인 전극303 gate insulating film 304 source and drain electrodes

305 : 산화층 306 : 자기조립 단분자층305: oxide layer 306: self-assembled monolayer

307 : 유기 반도체층307: organic semiconductor layer

본 발명은 유기박막 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an organic thin film transistor and a method of manufacturing the same.

보다 구체적으로, 본 발명은 게이트 절연층 및 소스/드레인 전극과 유기 반도체층 사이의 계면 특성이 향상된 유기박막 트랜지스터(OTFT) 및 그 제조방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to an organic thin film transistor (OTFT) having an improved interface property between a gate insulating layer and a source / drain electrode and an organic semiconductor layer, and a method of manufacturing the same.

최근 들어 휠 수 있는 디스플레이(flexible display) 가 많은 관심을 받고 있다. 사람들은 어디서나 가지고 다닐 수 있으면서도 좀 더 큰 화면을 원하기 때문에 접거나 구부리거나, 말 수 있는 디스플레이의 개발이 요구되고 있다. 또한 롤투롤(Roll to Roll) 공정이 가능해지면 대량생산에 용이하기 때문에 가격을 획기적으로 낮출 수 있는 장점도 있다. 하지만 이를 위해서는 플라스틱이나 스테인리스스틸과 같이 휠 수 있는 기판을 사용해야 하는데 이를 위해서는 공정온도를 300도 이하의 온도로 낮추어줄 필요가 있다.Recently, flexible displays have received much attention. People want to have a bigger screen that can be carried anywhere, so there is a need for a display that can be folded, bent or rolled. In addition, the roll-to-roll process is easy to mass-produce, which has the advantage of significantly lowering the price. However, this requires the use of bendable substrates such as plastic or stainless steel, which requires lowering the process temperature to below 300 degrees.

한편, 고해상도와 저전력 구동을 위해서는 능동형(AM matrix) 구동방식이 필요한데 현재 사용되고 있는 실리콘과 같은 무기 박막 트랜지스터는 그 제조온도가 높고, 휘거나 구부렸을 때 깨지기 쉽기 때문에 플렉시블 디스플레이에 적용하기에는 한계가 있다. 따라서 저온에서 쉽게 제조가 가능하고 휘거나 구부렸을 때도 견딜 수 있는 유기박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor, OTFT)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. On the other hand, for high resolution and low power driving, an active matrix (AM matrix) driving method is required. Inorganic thin film transistors such as silicon, which are currently used, have a high manufacturing temperature and are fragile when bent or bent, so there is a limitation in applying them to flexible displays. Therefore, research on organic thin film transistors (OTFTs), which can be easily manufactured at low temperatures and can withstand bending or bending, is being actively conducted.

펜타센 등의 유기반도체를 이용한 소자구조는 크게 전극과 유기반도체와의 접촉방식에 따라 도1에 도시된 바와 같은, 탑 컨택(Top contact) 구조 과 도2에 도시된 바와 같은, 바텀 컨택(Bottom contact) 구조(전극을 먼저 형성하고 그 위에 펜타센 형성) 두가지로 나눌 수 있다. The device structure using an organic semiconductor such as pentacene has a top contact structure as shown in FIG. 1 and a bottom contact as shown in FIG. 2 according to a contact method between an electrode and an organic semiconductor. contact) can be divided into two types (electrode first and pentacene formed thereon).

도1의 탑 컨택 구조에서는 유리 기판(11)에 게이트 전극(12)이 형성되고, 그 위에 게이트 절연층(13)이 도포되어 있으며, 그 위에 펜타센 등의 유기 반도체층(14)이 적층되고, 그 위에 소스/드레인 전극(15)이 형성된다.In the top contact structure of FIG. 1, a gate electrode 12 is formed on a glass substrate 11, a gate insulating layer 13 is applied thereon, and an organic semiconductor layer 14 such as pentacene is stacked thereon. The source / drain electrodes 15 are formed thereon.

도2의 바텀 컨택 구조에서는, 유리 기판(11)에 게이트 전극(12)이 형성되고, 그 위에 게이트 절연층(13)이 도포되어 있으며, 그 위에 소스/드레인 전극(15)이 형성되고, 그 위에 유기 반도체층(14)이 도포된다.In the bottom contact structure of FIG. 2, the gate electrode 12 is formed on the glass substrate 11, the gate insulating layer 13 is applied thereon, and the source / drain electrode 15 is formed thereon. The organic semiconductor layer 14 is applied thereon.

각 구조의 장단점을 비교해보면 탑 콘택(Top contact) 구조의 경우 바텀콘택 (Bottom contact) 구조보다 소자특성이 우수하다는 장점이 있으나, 먼저 형성된 유기물의 성능을 저하시키지 하지 않기 위해 전극을 쉐도우 마스크를 통해 진공챔버 내에서 제작해야 하므로 집적화에 문제가 있다는 단점이 있다. Compared with the advantages and disadvantages of each structure, the top contact structure has the advantage that the device characteristics are superior to the bottom contact structure, but in order to avoid degrading the performance of the organic material formed first, the electrode is formed through a shadow mask. Since it must be manufactured in the vacuum chamber, there is a problem in that integration is problematic.

바텀 콘택 구조의 경우 소자특성은 탑 콘택 구조보다 떨어지나 공정상 집적화가 가능하다는 장점으로 실제 디스플레이 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. In the case of the bottom contact structure, the device characteristics are lower than that of the top contact structure, but since the integration is possible in the process, the actual display can be applied.

한편, 유기 박막 트랜지스터의 성능은 유기 반도체 층의 아래에 존재하는 그 아래층에 존재하는 게이트 절연막의 상태에 따라 많은 영향을 받는다. 예를 들어 펜타센(pentacene)을 사용하는 유기박막 트랜지스터의 경우 게이트 절연막의 표면거칠기가 증가할수록 트랜지스터의 성능은 저하되는 것으로 알려져 있다. On the other hand, the performance of the organic thin film transistor is greatly influenced by the state of the gate insulating film present under the organic semiconductor layer. For example, in the case of an organic thin film transistor using pentacene, it is known that the performance of the transistor decreases as the surface roughness of the gate insulating film increases.

일반적으로 유기박막트랜지스터의 성능을 향상 시키기 위해 게이트 절연막을 옥타데실트리클로로실란(Octadecyltrichlorosilane, OTS)와 같은 자기조립 단분자 층(self assembled monolayer, SAM) 으로 처리하는 방법은 잘 알려져 있다.In general, a method of treating a gate insulating film with a self assembled monolayer (SAM) such as octadecyltrichlorosilane (OTS) is well known to improve the performance of an organic thin film transistor.

OTFT 성능 향상을 위해 이러한 SAM 처리가 효과적임에도 OTS 를 처리하기 위해서는 표면이 수산화기(hydroxyl group) 를 생성할 수 있는 산화물에 그 적용이 제한된다는 단점이 있다.Although the SAM treatment is effective for improving the OTFT performance, the OTS treatment has a disadvantage in that its surface is limited to oxides capable of generating hydroxyl groups.

본 발명은 바텀 컨택 구조의 유기 박막 트랜지스터의 게이트 절연층 및 소스/드레인 전극과 유기 반도체층 간의 계면 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve an interfacial property between a gate insulating layer and a source / drain electrode and an organic semiconductor layer of an organic thin film transistor having a bottom contact structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기박막 트랜지스터 제조방법은, 투명 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 덮도록 게이트 절연막을 형성하는 단계; 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 소스 및 드레인 전극의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계; 상기 게이트 절연막의 노출된 부분에 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하는 단계; 및 유기 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.An organic thin film transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention, forming a gate electrode on a transparent substrate; Forming a gate insulating film to cover the gate electrode; Forming source and drain electrodes; Oxygen plasma treating the surfaces of the source and drain electrodes; Forming a self-assembled monolayer (SAM) on the exposed portion of the gate insulating film; And forming an organic semiconductor layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기박막 트랜지스터는, 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 형성된 소스 및 드레인 전극; 및 상기 게이트 절연막과 상기 소스 및 드레인 전극 상에 형성된 자기조립 단분자층를 포함한다.An organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention, a transparent substrate; A gate electrode formed on the transparent substrate; A gate insulating film formed to cover the gate electrode; Source and drain electrodes formed on the gate insulating layer; And a self-assembled monolayer on the gate insulating layer and the source and drain electrodes.

이하 도면을 참조하며 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도3a 내지 도3f는 본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸다.3A to 3F illustrate a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the present invention.

도3a에서, 유리 또는 플라스틱 등의 재질로 구성된 투명기판(301)에 게이트 전극(302)을 형성한다. 게이트 전극(102)으로는 Al/Nd을 적층한 메탈, Cr/Mo의 합금 등 실시예에 따라 다양한 재료가 사용될 수 있다. In FIG. 3A, a gate electrode 302 is formed on a transparent substrate 301 made of a material such as glass or plastic. As the gate electrode 102, various materials may be used according to embodiments such as a metal in which Al / Nd is stacked and an alloy of Cr / Mo.

도3b에서, 게이트 전극(302)과 투명 기판(301)을 모두 덮도록 게이트 절연막(303)을 적층한다. 게이트 절연막(303)으로는 SiO2 또는 SiNx를 사용할 수 있다.In FIG. 3B, the gate insulating film 303 is laminated so as to cover both the gate electrode 302 and the transparent substrate 301. SiO 2 or SiN x may be used as the gate insulating film 303.

도3c에서, 소스 및 드레인 전극(304)을 적층하고 패터닝한다. 소스 및 드레인 전극(304)은 우수한 전도성을 가져야 하며, 메탈 재질을 사용하는 것이 바람직하다. In FIG. 3C, the source and drain electrodes 304 are stacked and patterned. The source and drain electrodes 304 should have good conductivity and preferably use a metal material.

OTFT 제조에 있어서, 유기 반도체층과의 일함수 문제 때문에 소스 및 드레인 전극(304)으로는 Au을 사용하는 것이 바람직하며, 스퍼터링에 의해 증착한다. 다른 실시예에 따라서는, Cr/Mo의 합금이나, Cr/Mo을 여러겹 적층한 구조, 또는 ITO나 IZO 등이 사용될 수 있다. In OTFT fabrication, Au is preferably used as the source and drain electrodes 304 due to work function problems with the organic semiconductor layer, and is deposited by sputtering. According to another embodiment, an alloy of Cr / Mo, a structure in which multiple layers of Cr / Mo are laminated, or ITO or IZO may be used.

도3d에서, SAM(self assembled monolayer) 처리를 할 수 있도록, O2 플라즈마 처리를 통해 기판 상에 산화층(305)을 형성한다. 산화층(305)의 두께는 수 nm 정도이다.In FIG. 3D, an oxide layer 305 is formed on the substrate through O 2 plasma treatment to enable self assembled monolayer (SAM) treatment. The thickness of the oxide layer 305 is about several nm.

도3e에서, SAM 처리를 통해 자기조립 단분자층(306)을 형성한다. 자기조립 단분자층(306)의 두께는 수 nm 내지 수십 nm로 할 수 있다. 자기조립 단분자층(306)으로는 옥타데실트리클로로실란(Octadecyltrichlorosilane, OTS)을 사용할 수 있으며, 탄소수가 18개인 알킬로서, 트리클로로를 트리 알콕시로 대체한 물질을 사용할 수 있다. 알콕시로는 메톡시, 에톡시, 프로록시 또는 보톡시를 사용할 수 있다.In FIG. 3E, a self-assembled monolayer 306 is formed through SAM treatment. The thickness of the self-assembled monolayer 306 may be several nm to several tens of nm. As the self-assembled monolayer 306, octadecyltrichlorosilane (OTS) may be used. As alkyl having 18 carbon atoms, a material obtained by replacing trichloro with trialkoxy may be used. As alkoxy, methoxy, ethoxy, prooxy or botoxy can be used.

도3f에서, 자기조립 단분자층(306) 위에 유기 반도체층(307)을 형성한다. 유기 반도체층(307)으로는 여러가지 타입의 재료가 사용될 수 있으나 펜타센을 사용하는 것이 바람직하며, 패터닝은 포토리소그래피 방법으로 할 수 있다. 또한, 유기 반도체층으로 최근 개발된 솔루어블(soluable) 펜타센을 사용하면, 이를 잉크젯 공정으로 패터닝을 할 수 있다.In FIG. 3F, an organic semiconductor layer 307 is formed over the self-assembled monolayer 306. Various types of materials may be used as the organic semiconductor layer 307, but pentacene may be preferably used, and patterning may be performed by a photolithography method. In addition, using a recently developed soluable pentacene as an organic semiconductor layer, it can be patterned by an inkjet process.

통상적으로, 유기 반도체층 성능은 그 아래층에 존재하는 게이트 절연막의 상태에 따라 많은 영향을 받는다. 예를 들어 펜타센(pentacene)을 사용하는 유기박막 트랜지스터의 경우 게이트 절연막의 표면거칠기가 증가할수록 트랜지스터의 성능은 저하되는 것으로 알려져 있다. Typically, the organic semiconductor layer performance is greatly influenced by the state of the gate insulating film present thereunder. For example, in the case of an organic thin film transistor using pentacene, it is known that the performance of the transistor decreases as the surface roughness of the gate insulating film increases.

바텀 타입 구조의 유기 박막 트랜지스터를 제작할 때 유기 반도체층의 아랫쪽에는 표면에너지와 표면거칠기가 상이한 소스 및 드레인 전극(304)과 게이트 절연막(303)이 위치하게 된다. When fabricating a bottom type organic thin film transistor, a source and drain electrode 304 and a gate insulating layer 303 having different surface energy and surface roughness are positioned under the organic semiconductor layer.

위와 같이, 본 발명과 같이 유기 반도체층(307)과 접촉되는 게이트 절연막(303) 및 소스/드레인 전극(304) 사이에 자기조립 단분자층(306)을 형성함으로써 유기 반도체층(307)의 전자 이동도, On/off 전류비 등의 소자 성능을 개선할 수 있 다.As described above, the electron mobility of the organic semiconductor layer 307 is formed by forming the self-assembled monolayer 306 between the gate insulating layer 303 and the source / drain electrode 304 in contact with the organic semiconductor layer 307 as in the present invention. In addition, device performance such as on / off current ratio can be improved.

본 발명에 따르면 바텀 타입 유기박막 트랜지스터 제조에 있어서, 유기 반도체층의 아래쪽에 위치하는, 표면에너지와 표면거칠기가 상이한 소스 및 드레인 전극과 게이트 절연막에 자기조립 단분자층을 형성함으로써 소자 성능이 개선된 유기박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.According to the present invention, in the fabrication of a bottom type organic thin film transistor, an organic thin film having improved device performance by forming a self-assembled monolayer on the source and drain electrodes having different surface energy and surface roughness and a gate insulating film disposed below the organic semiconductor layer is formed. The transistor can be manufactured.

Claims (6)

투명 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the transparent substrate; 상기 게이트 전극을 덮도록 게이트 절연막을 도포하는 단계;Applying a gate insulating film to cover the gate electrode; 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계;Forming source and drain electrodes; 상기 소스 및 드레인 전극의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계;Oxygen plasma treating the surfaces of the source and drain electrodes; 상기 게이트 절연막의 노출된 부분에 자기조립 단분자층(SAM)을 형성하는 단계; 및 Forming a self-assembled monolayer (SAM) on the exposed portion of the gate insulating film; And 유기 반도체층을 형성하는 단계;Forming an organic semiconductor layer; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터 제조방법.Organic thin film transistor manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 절연막을 형성하는 단계는,Forming the gate insulating film, 상기 게이트 절연막 상에 자기조립 단분자층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터 제조방법.Forming a self-assembled monolayer on the gate insulating film. 투명 기판;Transparent substrates; 상기 투명 기판 상에 형성된 게이트 전극;A gate electrode formed on the transparent substrate; 상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막;A gate insulating film formed to cover the gate electrode; 상기 게이트 절연막 상에 형성된 소스 및 드레인 전극;Source and drain electrodes formed on the gate insulating layer; 상기 게이트 절연막과 상기 소스 및 드레인 전극 상에 형성된 자기조립 단분자층; 및A self-assembled monolayer formed on the gate insulating layer and the source and drain electrodes; And 상기 자기조립 단분자층 상에 형성된 유기 반도체층;An organic semiconductor layer formed on the self-assembled monolayer; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.Organic thin film transistor comprising a. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 유기 반도체층은 펜타센인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.The organic semiconductor layer is an organic thin film transistor, characterized in that the pentacene. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 자기조립 단분자층은 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane, OTS)인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.The self-assembled monolayer is an organic thin film transistor, characterized in that octadecyltrichlorosilane (OTS). 제3항에 있어서, 상기 자기조립 단분자층은 탄소수가 18개인 알킬인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.4. The organic thin film transistor of claim 3, wherein the self-assembled monolayer is alkyl having 18 carbon atoms.
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