KR20090129270A - Organic pyroelectric sensors integrated in thin-film transistors and the method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An organic pyroelectric sensors integrated in thin-film transistors and a method for producing the same ARE provided to secure excellent linearity and reliability by adopting P(VDF-TrFE) within OTFT to as a functionality gate-dielectric layer. CONSTITUTION: In a device, an Ni gate electrode(2) is evaporated on a polyimide film(1) through electroplating in which is not contaminated. A gate dielectric is composed of P(VDF-TrFE) of 65mol% VDF. The Ni gate electrode is spin-coated with a mixture of 10wt% P(VDF-TrFE) and dimethylformamide solvent by 500nm. A DMF solvent is removed by performing a drying process under a temperature of 60°C. The gate dielectric is annealed on a hot plate until temperature is reached to 200°C. A pentacene layer(4) is evaporated by a thermal evaporator. Au source / drain electrodes(5,6) are evaporated on the pentacene layer.

Description

박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 및 그 제조방법{ORGANIC PYROELECTRIC SENSORS INTEGRATED IN THIN-FILM TRANSISTORS AND THE METHOD FOR PRODUCING THE SAME}ORGANIC PYROELECTRIC SENSORS INTEGRATED IN THIN-FILM TRANSISTORS AND THE METHOD FOR PRODUCING THE SAME

본 발명은 초전기 재료(pyroelectric functional material)를 센서에 응용할 수 있도록 OTFT 구조 위에 직접 게이트 유전층으로서 활용한 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor utilized as a gate dielectric layer directly on an OTFT structure so that a pyroelectric functional material can be applied to the sensor, and a manufacturing method thereof.

전자 소자에의 응용 가능성이 1987년 처음 대두된 이래, 유기 박막 트랜지스터(OTFT)에 대한 연구가 활발하게 이루어져 왔다. 그 이유는 종래의 실리콘 기술에 비해 낮은 비용, 높은 성능, 그리고 플렉시블 전자 제품에의 적용이 가능한 높은 호환성 등의 장점이 있기 때문이다. 최근에는 메모리, RFID, 센서 등과 같은 다양한 전자 부품에 적용하기 위해 유기 전자 소자의 이점을 이용하려는 시도로서, OTFT 및 그 집적회로의 새로운 기능이 고려되고 있다.Since its application to electronic devices first appeared in 1987, research on organic thin film transistors (OTFTs) has been actively conducted. This is because there are advantages such as low cost, high performance, and high compatibility applicable to flexible electronic products compared to the conventional silicon technology. Recently, as an attempt to use the advantages of organic electronic devices to apply to various electronic components such as memory, RFID, sensors, etc., new functions of OTFTs and their integrated circuits are being considered.

기능성 유기 소자(functional organic devices)의 경우, 강자성, 압전특성 및 초전기를 가지는 유기 지능 재료(organic smart materials)는 OFTF 소자 구조에 직접 집적될 수 있다. 적용 가능한 우수한 물질로는 폴리비닐리덴플루오라이 드(polyvinylidenefluoride, PVDF) 및 PVDF의 트리플루오로에틸렌(trifluoroethylene)과의 공중합체(P(VDF-TrFE))가 있다. In the case of functional organic devices, organic smart materials having ferromagnetic, piezoelectric and pyroelectric properties can be integrated directly into the OFTF device structure. Good materials applicable are polyvinylidene fluoride (PVDF) and copolymers of trifluorethylene with trifluoroethylene (P (VDF-TrFE)).

PVDF 및 P(VDF-TrFE)의 압전 및 초전기 특성은 이미 상당 수준 연구가 되어 왔고 다양한 연구 분야에 적용되어 오고 있다. 하지만, 이러한 특성은 OTFT에 대해서는 외부 센싱 모듈(external sensing modules)에 응용하는 정도에 한정되어 있다. 이러한 분야에의 응용에 있어서는, 일반적으로 복잡한 제조방법 및 비선형 응답 등의 불리한 점이 있다. The piezoelectric and pyroelectric properties of PVDF and P (VDF-TrFE) have already been studied to a considerable extent and have been applied to various fields of research. However, this characteristic is limited to the extent to which OTFTs are applied to external sensing modules. In application in this field, there are generally disadvantages such as complicated manufacturing method and nonlinear response.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하여, 초전기 재료를 센서에 응용할 수 있도록 OTFT 구조 위에 직접 게이트 유전층으로서 활용하는 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이 목적이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sensor and a method of fabricating the same, which are utilized as a gate dielectric layer directly on an OTFT structure in order to solve the above problems and to apply a pyroelectric material to a sensor.

전술한 목적을 해결하기 위해 본 발명에서는, 초전기 게이트 유전체 재료를 게이트 유전층으로서 유기 박막 트랜지스터 구조에 집적하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above object, the present invention provides an organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor, characterized in that the superelectric gate dielectric material is integrated into an organic thin film transistor structure as a gate dielectric layer.

이때 상기 게이트 유전층은, 초전기 게이트 유전체 재료, 초전기 폴리머 박막, 초전기 나노입자-PVDF 기재 폴리머 복합재료, 초전기 나노입자-P(VDF-TrFE) 공중합체 복합재료, 및 무기 초소성 박막 게이트 유전체로 이루어지는 군에서 선택된다. In this case, the gate dielectric layer may include a pyroelectric gate dielectric material, a pyroelectric polymer thin film, a pyroelectric nanoparticle-PVDF based polymer composite material, a pyroelectric nanoparticle-P (VDF-TrFE) copolymer composite material, and an inorganic superplastic thin film gate. It is selected from the group consisting of a dielectric.

또 상기 초전기 폴리머 박막이 PVDF, 또는 P(VDF-CTFE), P(VDF-CFE), P(VDF-HFP), P(VDF-CDFE), P(VDF-TrFE- CTFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-HFP), P(VDF-TrFE-CDFE), P(VDF- TFE-CTFE), P(VDF-TFE-CFE), P(VDF-TFE-HFP) 및 P(VDF-TFE-CDFE)를 포함하는 PVDF 기재 공중합체인 것이 바람직하다.In addition, the pyroelectric polymer thin film is PVDF, or P (VDF-CTFE), P (VDF-CFE), P (VDF-HFP), P (VDF-CDFE), P (VDF-TrFE-CTFE), P (VDF -TrFE-CFE), P (VDF-TrFE-HFP), P (VDF-TrFE-CDFE), P (VDF-TFE-CTFE), P (VDF-TFE-CFE), P (VDF-TFE-HFP) And a PVDF based copolymer comprising P (VDF-TFE-CDFE).

그리고 상기 초전기 나노입자는 BaTiO3, PbTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3 및 (Pb,Zr)TiO3로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 바람직하다. And the second electric nanoparticles are preferably selected from the group consisting of BaTiO 3, PbTiO 3, SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 and (Pb, Zr) TiO 3.

또 상기 초전기 폴리머는 PVDF, 또는 P(VDF-CTFE), P(VDF-CFE), P(VDF-HFP), P(VDF-CDFE), P(VDF-TrFE- CTFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-HFP), P(VDF-TrFE-CDFE), P(VDF- TFE-CTFE), P(VDF-TFE-CFE), P(VDF-TFE-HFP), 및 P(VDF-TFE-CDFE)로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The pyroelectric polymer may be PVDF or P (VDF-CTFE), P (VDF-CFE), P (VDF-HFP), P (VDF-CDFE), P (VDF-TrFE-CTFE), P (VDF- TrFE-CFE), P (VDF-TrFE-HFP), P (VDF-TrFE-CDFE), P (VDF-TFE-CTFE), P (VDF-TFE-CFE), P (VDF-TFE-HFP), And P (VDF-TFE-CDFE).

상기 초전기 무기 게이트 유전층은 BaTiO3, PbTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, and (PbZr)TiO3로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The second electric inorganic gate dielectric is preferably selected from the group consisting of BaTiO 3, PbTiO 3, SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3, and (PbZr) TiO 3.

또 본 발명에서는 아래와 같은 단계로 이루어지는 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing an organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor consisting of the following steps.

기판 위에 전기도금에 의해 Ni 게이트 전극을 필름 위에 증착하는 단계;Depositing a Ni gate electrode on the film by electroplating on the substrate;

상기 Ni 게이트 전극 위에 P(VDF-TrFE) 층을 도포하여 유전층을 형성하는 단계; Applying a P (VDF-TrFE) layer on the Ni gate electrode to form a dielectric layer;

상기 유전층을 어닐링하여 용해한 뒤 재결정하여 결정성을 향상시키는 단계;Annealing and dissolving the dielectric layer to recrystallize to improve crystallinity;

상기 유전층 위에 반도체 층, 소스 및 드레인 전극층을 증착하는 단계. Depositing a semiconductor layer, a source and a drain electrode layer over the dielectric layer.

이때 P(VDF-TrFE)가 코팅되는 방법은 특히 한정되지는 않지만, 스핀 코팅에 의해 도포되는 것이 바람직하다. 그리고 바람직한 한 실시예에서는 P(VDF-TrFE)가 디메틸포름아미드 용매에 10wt% 농도로 용해되어 도포된다. At this time, the method of coating P (VDF-TrFE) is not particularly limited, but is preferably applied by spin coating. In a preferred embodiment, P (VDF-TrFE) is applied by dissolving at a concentration of 10wt% in a dimethylformamide solvent.

기판의 재질은 역시 한정할 필요는 없으나, 바람직한 예로써 폴리이미드를 사용할 수 있다. The material of the substrate need not be limited as well, but polyimide may be used as a preferred example.

또 반도체층의 재질은 펜타센인 것이 바람직하다. Moreover, it is preferable that the material of a semiconductor layer is pentacene.

한편 본 발명의 유기 초전기 센서 제조방법에서는 소스/드레인 전극을 접지하고, 상기 게이트 전극에 음의 바이어스를 인가함으로써 폴링을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때 바이어스는 -40V까지의 전압에서 이루어지는 것이 좋다. 또 폴링은 측정 시를 제외하고는 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다. Meanwhile, in the method of manufacturing the organic pyroelectric sensor of the present invention, it is preferable to further include the step of grounding the source / drain electrodes and performing polling by applying a negative bias to the gate electrodes. At this time, the bias is preferably made at a voltage of -40V. In addition, it is preferable that polling is performed continuously except at the time of a measurement.

본 발명은 OTFT 구조에서 초전기 게이트 절연체층으로서 잔류 분극(remnant polarization)이 매우 큰 고결정성 P(VDF-TrFE) 재료를 최초로 사용하여 온도 감지용 응용 분야에 적용한다는데 그 의미가 있다. 이러한 구성에 의하면, 외부 센싱 모듈에 비해 제조 공정이 간편하게 된다. The present invention is meaningful in that it is applied to temperature sensing applications for the first time by using a highly crystalline P (VDF-TrFE) material having a very large residual polarization as a superelectric gate insulator layer in an OTFT structure. According to such a structure, a manufacturing process becomes simple compared with an external sensing module.

한편, 트랜지스터 성능에 미치는 초전기의 효과를 향상시키기 위해서 순차적 폴링 공정(step-wise poling process)에 기초한 폴링 방법(poling strategy)을 도입하였다. 또 열센서(thermal sensor)의 신속한 응답과 선형 특성을 얻기 위해 새로운 폴링 및 측정 방법을 도입하였다. 그리고 본 발명자들은 기능성 OTFT(functional OTFT)의 열적 거동을 조사하였고, 그 결과 P(VDF-TrFE)의 상전이 온도 밑에서 선형 응답을 나타냈음을 확인하였다. 한편 폴링 오퍼레이션 모드(poling operation mode)를 도입하여 온도 센서에의 적용에 있어서 안정적이고 신뢰도 높은 성능을 얻을 수 있도록 하였다. 즉 폴링 오퍼레이션 모드를 적용하여, 높은 온도에서 관찰되는 열진동에 기인하는 분극의 감소를 회피하고, 열팽창 메커니즘에 의한 고결정성 β상의 양의 초전기 기여분을 이용하였다. On the other hand, a polling strategy based on a step-wise poling process has been introduced to improve the effect of the pyroelectric on transistor performance. In addition, a new polling and measuring method is introduced to obtain the rapid response and linear characteristics of the thermal sensor. And the present inventors investigated the thermal behavior of the functional OTFT (functional OTFT), and as a result confirmed that the linear response under the phase transition temperature of P (VDF-TrFE). On the other hand, a polling operation mode (poling operation mode) was introduced to obtain a stable and reliable performance in the application to the temperature sensor. In other words, the polling operation mode was applied to avoid the reduction of polarization due to the thermal vibration observed at high temperature, and the positive pyroelectric contribution of the high crystalline β phase by the thermal expansion mechanism was used.

본 발명에 따라 OTFT 내에 P(VDF-TrFE)를 기능성 게이트 유전층으로 도입하면, 구조가 간단하고 응답이 빠르며 우수한 선형도 및 신뢰성을 확보할 수 있는 유기 초전기 센서를 제공할 수 있다. 특히 특정 온도 범위에서 소자의 선형 반응을 확보할 수 있기 때문에, 초전기 열센서로서 사용될 경우 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 다양한 분야의 스마트 유기 유전재료에 효과적으로 적용할 수 있다. According to the present invention, by introducing P (VDF-TrFE) into the functional gate dielectric layer in the OTFT, it is possible to provide an organic pyroelectric sensor having a simple structure, fast response, and excellent linearity and reliability. In particular, since the linear response of the device can be secured in a specific temperature range, it can exhibit excellent performance when used as a pyroelectric thermal sensor. As a result, it can be effectively applied to smart organic dielectric materials in various fields.

이하 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through preferred embodiments.

도 1은 본 실시예에 따라 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서를 제조하는 공정이고, 도 2는 이렇게 제조된 소자를 개략적으로 나타낸다.1 is a process of manufacturing an organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor according to the present embodiment, and FIG. 2 schematically shows the device thus manufactured.

먼저 오염되지 않은 폴리이미드 필름(1) 위에 전기도금에 의해 Ni 게이트 전극(2)을 증착하였다. 게이트 유전체의 재료는 Piezotech S.A.에서 구입한 65mol% VDF의 P(VDF-TrFE)이다. 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 용매에 10wt% P(VDF-TrFE)가 용해된 용액이 Ni 게이트 전극에 스핀 코팅되어 두께 500nm의 층(3) 을 형성하였다. 일반적으로는 코팅의 두께는 400nm 이상이 바람직하다. First, the Ni gate electrode 2 was deposited by electroplating on the uncontaminated polyimide film 1. The material of the gate dielectric is P (VDF-TrFE) of 65 mol% VDF purchased from Piezotech S.A. A solution in which 10 wt% P (VDF-TrFE) was dissolved in a dimethylformamide (DMF) solvent was spin coated on a Ni gate electrode to form a layer 3 having a thickness of 500 nm. In general, the thickness of the coating is preferably 400 nm or more.

증착된 상태의 500nm 두께 P(VDF-TrFE)에 대해 측정된 정전용량은 16.23nF/cm2였고 유전상수는 9.17였다. 측정조건은, DC 바이어스를 -20 내지 20V 사이에서 바꿔주면서 1kHz에서 0.1V 직류 전압 조건이었다. 이 값은 종전에 보고된 10-12의 유전상수보다 조금 작은 값이었다. 이 결과는 재료의 높은 결정성에 기인하는 것일 수 있다. 정전용량은 비분극재료의 장유도 분극(filed-induced polarization)에 의해 결정되는데, 이는 인가된 전기장이 제거되면 사라진다. P(VDF-TrFE)의 경우, 장유도 분극은 비정질 상의 극성 분자(polar molecules)에서 기인하며, β상 결정 내의 폴리머 사슬 사이의 쌍극자 모멘트에서 기인하는 잔류 분극 Pr과는 구별되어야 한다. 본 발명의 경우, 용탕에서 P(VDF-TrFE) 층을 재결정화하면 고결정성 β상의 대부분 또는 비정질의 일부분이 얻어진다. 이로써 적은 양의 정전용량을 얻는 이유가 설명된다. The capacitance measured for the deposited 500 nm thickness P (VDF-TrFE) was 16.23 nF / cm 2 and the dielectric constant was 9.17. The measurement conditions were 0.1 V DC voltage conditions at 1 kHz, with the DC bias changing between -20 and 20 V. This value was slightly smaller than the previously reported dielectric constant of 10-12. This result may be due to the high crystallinity of the material. The capacitance is determined by the filed-induced polarization of the non-polarized material, which disappears when the applied electric field is removed. For P (VDF-TrFE), the inductive polarization is due to the polar molecules in the amorphous phase and must be distinguished from the residual polarization P r due to the dipole moment between the polymer chains in the β phase crystals. In the case of the present invention, recrystallization of the P (VDF-TrFE) layer in the molten metal yields most or amorphous portions of the highly crystalline β phase. This explains why a small amount of capacitance is obtained.

한편 같은 두께에서, 폴링된 P(VDF-TrFE)의 정전용량은 3.98nF/cm2로서, 증착상태 박막에 비해 1/4이다. 이는 잔류 분극에 의한 높은 내부 전기장에 기인한 것일 수 있다. 이 내부 전기장은 132V 바이어스와 동등한 상대적으로 높은 값이기 때문에, 장유도 분극이 작은 인가 전압(-20 내지 20V)에 맞춰지는 것이 방지된다. 따라서 정전용량이 감소된다. 표면 전하밀도는 5.25mC/m2으로 계산되었다. On the other hand, at the same thickness, the capacitance of polled P (VDF-TrFE) is 3.98 nF / cm 2 , which is 1/4 of the deposited film. This may be due to the high internal electric field due to residual polarization. Since this internal electric field is a relatively high value equivalent to a 132 V bias, the inductive polarization is prevented from being set to a small applied voltage (-20 to 20 V). Thus, the capacitance is reduced. The surface charge density was calculated to be 5.25 mC / m 2 .

이이서 60℃에서 건조하여 DMF 용매를 제거하였다. 다음으로, 게이트 유전 체 층을 핫플레이트 위에서 200℃까지의 온도 조건에서 어닐링하여 완전히 용해하였다. 이 층을 질소 분위기에서 140℃에서 2시간 동안 유지된 뒤 상온까지 자연 건조하여 상(phase)의 결정성을 향상시켰다. 이러한 공정을 통해 재결정이 이루어진다. 다음으로 열증착기(thermal evaporator)에 의해 펜타센층(4)을 증착하고, 이이서 Au 소스/드레인 전극(5, 6)을 증착하였다. This was followed by drying at 60 ° C. to remove the DMF solvent. Next, the gate dielectric layer was annealed completely on a hotplate at temperature conditions up to 200 ° C. The layer was maintained at 140 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere and then naturally dried to room temperature to improve phase crystallinity. This process leads to recrystallization. Next, the pentacene layer 4 was deposited by a thermal evaporator, followed by the deposition of Au source / drain electrodes 5 and 6.

도 3은 이렇게 제조된 OTFT에 대한 폴링 공정을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1의 OTFT에 있어서 온도 측정 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a polling process for the OTFT thus manufactured, and FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a temperature measurement process in the OTFT of FIG. 1.

도면에 나타난 바와 같이, 게이트 전극을 VG를 0 내지 -40V까지의 전압으로 바이어스함으로써(9), 접지된 소스/드레인 전극(7, 8)에 대해 순차적 폴링 공정이 수행되었다. 즉 순차적 폴링 방법은 접지된 소스/드레인 전극들 포함하는 상온의 소자에 게이트 전극을 -40V까지 바이어스함으로써 수행되었다. 폴링 전기장은 80MV/cm까지 인가된다. 이때 펜타센층은 도전층으로서 기능한다. -40V에서 샘플을 계속 폴링하면서 80℃까지 가열하여 그 온도에서 2시간을 유지하고, 마지막으로 폴링 효과를 극대화하기 위하여 상온까지 냉각하였다. P(VDF-trFE)층은 MIM 구조로서 폴링되었고, 쌍극자는 폴링 방향을 따라 정렬되었다. As shown in the figure, by biasing the gate electrode with a voltage of the V G from 0 to -40V (9), a sequential polling step for a grounded source / drain electrodes (7, 8) were carried out. That is, the sequential polling method was performed by biasing the gate electrode to -40V at a room temperature device including the grounded source / drain electrodes. The polling electric field is applied up to 80 MV / cm. At this time, the pentacene layer functions as a conductive layer. The sample was heated to 80 ° C. while continuously polling at −40 V, maintained at that temperature for 2 hours, and finally cooled to room temperature to maximize polling effect. The P (VDF-trFE) layer was polled as the MIM structure and the dipoles were aligned along the polling direction.

도 4를 참조하면, 폴링 이후 고온척 위의 소자에 대한 출력 특성이 다양한 온도에 대해 측정되었다. 측정 조건은 -40V의 게이트 바이어스에서 -10, -20, -30, -40V의 음의 드레인 바이어스(11)였다. 열진동 효과(thermal vibration effect)를 방지하기 위해, 소자는 측정될 때 이외에는 계속 폴링이 되었다. 그 결과 센서의 열응답은 선형이었으며, 감도는 이후 도 5 관련해서도 설명되는 바와 같이 4.38V/℃였다. Referring to FIG. 4, the output characteristics of the device on the hot chuck after polling were measured for various temperatures. The measurement conditions were negative drain bias 11 of -10, -20, -30, -40V at a gate bias of -40V. To prevent the thermal vibration effect, the device continued to poll except when measured. As a result, the thermal response of the sensor was linear, and the sensitivity was 4.38 V / ° C. as described later with respect to FIG. 5.

고온에서 폴링 이후, P(VDF-TrFE)의 쌍극자는 온도가 증가함에 따라 상태가 바뀐다. 폴링 이후 P(VDF-TrFE) 층의 분극 때문에, 폴링된 소자의 출력 특성은 추가적인 등가 전압 Vo(10)를 가지도록 증가되었다. 이때 두 가지 현상이 존재한다. 하나는 열진동인데, 이때 쌍극자는 폴링 방향으로 진동하여 분극을 감소시킨다. 다른 하나는 열팽창으로서, 쌍극자 모멘트는 P(VDF-TrFE) 층 내의 결정이 증가함에 따라 팽창한다. 이러한 거동은 게이트 유전층의 분극을 증가시킨다. 측정 시 외에는 폴링 공정을 계속 유지함으로써, 쌍극자를 폴링방향으로 유지하여, 열진동의 효과를 최소로 할 수 있었다. 센서의 전력소비는 무시할 만한데, 폴링 전류가 게이트 유전층의 누설전류로서, 약 1x10-11A이기 때문이다. After polling at high temperature, the dipole of P (VDF-TrFE) changes state with increasing temperature. Because of the polarization of the P (VDF-TrFE) layer after polling, the output characteristic of the polled device has been increased to have an additional equivalent voltage Vo (10). At this time, two phenomena exist. One is thermal vibration, where the dipole vibrates in the polling direction to reduce polarization. The other is thermal expansion, where the dipole moment expands as the crystal in the P (VDF-TrFE) layer increases. This behavior increases the polarization of the gate dielectric layer. By maintaining the polling process except at the time of measurement, the dipoles were kept in the polling direction, thereby minimizing the effects of thermal vibration. The power consumption of the sensor is negligible because the polling current is the leakage current of the gate dielectric layer, which is about 1x10 -11 A.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 한 실시예에 의해 제조된 유기 초전기 센서의 온도 응답 및 민감도를 나타내는 그래프이다. 5A and 5B are graphs showing temperature response and sensitivity of the organic pyroelectric sensor manufactured by one embodiment of the present invention.

도 5a에 나타난 것과 같이 온도에 따른 ID의 변화는 측정조건에 의존하기 때문에, 소자 민감도(sensitivity)를 dV0/dT로 정의하는 것이 좋다. ID-VD 특성에 의해 얻어진 온도에 대한 V0의 변화를 도 5b에 나타냈으며, 민감도(dV0/dT)는 4.38V/℃로 계산되었다. 약간 지수함수적인 드레인 전류의 거동이 60℃ 이상에서 관찰되었는데(미도시), 이 거동의 원인은 고온에서 발생하는 전계효과 채널 이동도의 변 화라고 할 수 있다. 25 내지 60℃ 범위에서 반복 측정하여 V0가 29.81V인 최대 오차가 얻어졌는데, 이는 약 6.8℃이며, 온도 상한을 80℃까지 연장한 경우는 V0의 최대 오차가 95.24V 즉 21.7℃였다. As shown in FIG. 5A, the change in I D with temperature depends on the measurement conditions, and therefore, device sensitivity may be defined as dV 0 / dT. The change of V 0 with respect to the temperature obtained by the I D -V D characteristic is shown in FIG. 5B, and the sensitivity (dV 0 / dT) was calculated to be 4.38 V / ° C. FIG. Slightly exponential drain current behavior was observed above 60 ° C (not shown), which may be attributed to changes in field effect channel mobility at high temperatures. Repeated measurements in the range of 25 to 60 ° C. resulted in a maximum error of V 0 of 29.81 V, which was about 6.8 ° C., and the maximum error of V 0 was 95.24 V or 21.7 ° C. when the upper temperature limit was extended to 80 ° C.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명의 사상은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지는 것으로 이해되어야 할 것이다.Although the present invention has been described through the preferred embodiments, the spirit of the present invention is not limited to the specific embodiments. Therefore, it is to be understood that the scope of the invention is defined by the matter set forth in the appended claims.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 OTFT의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an OTFT according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 OTFT의 구조를 개력적으로 나타내는 도면이다.2 is a diagram schematically showing a structure of an OTFT according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 1의 OTFT에 대한 폴링 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a polling process for the OTFT of FIG. 1.

도 4는 도 1의 OTFT에 있어서 온도 측정 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 4 is a diagram schematically illustrating a temperature measurement process in the OTFT of FIG. 1.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 의해 제조된 유기 초전기 센서의 온도 응답 및 민감도를 나타내는 그래프이다. Figure 5 is a graph showing the temperature response and sensitivity of the organic pyroelectric sensor manufactured by one embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *Brief description of symbols for the main parts of the drawings

1: 폴리이미드 기판 2: Ni 전기도금된 게이트 전극 1: polyimide substrate 2: Ni electroplated gate electrode

3: P(VDF-TrFE)층 4: 펜타센층 3: P (VDF-TrFE) layer 4: pentacene layer

5: Au 증착된 소스 전극 6: Au 증착된 드레인 전극5: Au deposited source electrode 6: Au deposited drain electrode

7: 소스 전극 접지 8: 드레인 전극 접지7: Source electrode ground 8: Drain electrode ground

9: 음의 게이트 바이어스 10: P(VDF-TrFE)층의 폴링 후 등가 전압 V0 9: Negative Gate Bias 10: Equivalent Voltage V 0 After Polling of P (VDF-TrFE) Layer

11: 음의 드레인 바이어스 11: negative drain bias

Claims (17)

초전기 게이트 유전체 재료를 게이트 유전층으로서 유기 박막 트랜지스터 구조에 집적하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서.An organic superelectric sensor integrated in a thin film transistor, characterized in that the superelectric gate dielectric material is integrated into the organic thin film transistor structure as a gate dielectric layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트 유전층이, 초전기 게이트 유전체 재료, 초전기 폴리머 박막, 초전기 나노입자-PVDF 기재 폴리머 복합재료, 초전기 나노입자-P(VDF-TrFE) 공중합체 복합재료, 및 무기 초소성 박막 게이트 유전체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서.The gate dielectric layer may include a pyroelectric gate dielectric material, a pyroelectric polymer thin film, a pyroelectric nanoparticle-PVDF based polymer composite, a pyroelectric nanoparticle-P (VDF-TrFE) copolymer composite, and an inorganic superplastic thin film gate dielectric An organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor, characterized in that selected from the group consisting of. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 초전기 폴리머 박막이 PVDF, 또는 P(VDF-CTFE), P(VDF-CFE), P(VDF-HFP), P(VDF-CDFE), P(VDF-TrFE- CTFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-HFP), P(VDF-TrFE-CDFE), P(VDF- TFE-CTFE), P(VDF-TFE-CFE), P(VDF-TFE-HFP) 및 P(VDF-TFE-CDFE)를 포함하는 PVDF 기재 공중합체인 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서.The pyroelectric polymer thin film is PVDF, or P (VDF-CTFE), P (VDF-CFE), P (VDF-HFP), P (VDF-CDFE), P (VDF-TrFE-CTFE), P (VDF- TrFE-CFE), P (VDF-TrFE-HFP), P (VDF-TrFE-CDFE), P (VDF-TFE-CTFE), P (VDF-TFE-CFE), P (VDF-TFE-HFP) and An organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor, characterized in that it is a PVDF based copolymer comprising P (VDF-TFE-CDFE). 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 초전기 나노입자가 BaTiO3, PbTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3 및 (Pb,Zr)TiO3로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서.Wherein the second electrical nanoparticles BaTiO 3, PbTiO 3, SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 and (Pb, Zr) TiO 3 Organic second electrical sensor integrated in the thin film transistor characterized in that the member selected from the group consisting of . 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 초전기 폴리머가 PVDF, 또는 P(VDF-CTFE), P(VDF-CFE), P(VDF-HFP), P(VDF-CDFE), P(VDF-TrFE- CTFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-HFP), P(VDF-TrFE-CDFE), P(VDF- TFE-CTFE), P(VDF-TFE-CFE), P(VDF-TFE-HFP), 및 P(VDF-TFE-CDFE)로 이루어지는 군에서 선택되는 폴리머인 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서.The pyroelectric polymer is PVDF, or P (VDF-CTFE), P (VDF-CFE), P (VDF-HFP), P (VDF-CDFE), P (VDF-TrFE-CTFE), P (VDF-TrFE -CFE), P (VDF-TrFE-HFP), P (VDF-TrFE-CDFE), P (VDF-TFE-CTFE), P (VDF-TFE-CFE), P (VDF-TFE-HFP), and An organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor, which is a polymer selected from the group consisting of P (VDF-TFE-CDFE). 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 초전기 무기 게이트 유전층이 BaTiO3, PbTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, and (PbZr)TiO3로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서.The second electric inorganic gate dielectric is BaTiO 3, PbTiO 3, SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3, and (PbZr) an organic second electrical sensor integrated in the thin film transistor characterized in that the member selected from the group consisting of TiO 3 . 기판 위에 전기도금에 의해 Ni 게이트 전극을 필름 위에 증착하는 단계;Depositing a Ni gate electrode on the film by electroplating on the substrate; 상기 Ni 게이트 전극 위에 P(VDF-TrFE) 층을 도포하여 유전층을 형성하는 단계; Applying a P (VDF-TrFE) layer on the Ni gate electrode to form a dielectric layer; 상기 유전층을 어닐링하여 용해한 뒤 재결정하여 결정성을 향상시키는 단계;Annealing and dissolving the dielectric layer to recrystallize to improve crystallinity; 상기 유전층 위에 반도체 층, 소스 및 드레인 전극층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법. Depositing a semiconductor layer, a source and a drain electrode layer over the dielectric layer. 제7항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE)가 스핀 코팅에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법. 8. A method according to claim 7, wherein said P (VDF-TrFE) is applied by spin coating. 제8항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE)가 디메틸포름아미드 용매에 10wt% 농도로 용해되어 도포되는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법. The method according to claim 8, wherein the P (VDF-TrFE) is dissolved and applied at a concentration of 10 wt% in a dimethylformamide solvent. 제7항에 있어서, 상기 기판의 재질이 폴리이미드인 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법. The method according to claim 7, wherein the substrate is made of polyimide. 제7항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 층의 두께가 400nm 이상인 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법. The method according to claim 7, wherein the thickness of the P (VDF-TrFE) layer is 400 nm or more. 제7항에 있어서, 상기 반도체층의 재질이 펜타센인 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법.The method of manufacturing an organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor according to claim 7, wherein the semiconductor layer is made of pentacene. 제7항에 있어서, 소스/드레인 전극을 접지하고, 상기 게이트 전극에 음의 바이어스를 인가함으로써 폴링을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법.8. The method of claim 7, further comprising the step of grounding the source / drain electrodes and applying a negative bias to the gate electrodes to perform polling. 제13항에 있어서, 80MV/cm의 폴링 전기장이 인가되는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법.The method of manufacturing an organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor according to claim 13, wherein a polling electric field of 80 MV / cm is applied. 제13항에 있어서, 상기 폴링이 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법.The method of manufacturing an organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor according to claim 13, wherein the polling is performed continuously. 제13항에 있어서, 상온에서 일정 온도까지 가열하고 이 온도에서 일정 시간 동안 유지한 뒤, 최종적으로 다시 상온까지 냉각시켜서 폴링을 함으로써 폴링 효과를 극대화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법.The thin film transistor of claim 13, further comprising maximizing a polling effect by heating to room temperature at a constant temperature, maintaining the temperature for a predetermined time, and finally cooling to room temperature to perform polling. The manufacturing method of the organic pyroelectric sensor integrated in the inside. 제16항에 있어서, 상기 가열이 80℃까지 이루어지고, 그 상태에서 2시간 동안 유지되는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터 내에 집적된 유기 초전기 센서 제조방법.17. The method of manufacturing an organic pyroelectric sensor integrated in a thin film transistor according to claim 16, wherein the heating is performed up to 80 DEG C and maintained for 2 hours in the state.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102928473A (en) * 2012-11-23 2013-02-13 电子科技大学 Low-pressure flexible OTFT ammonia sensor and manufacturing method thereof
CN107365152A (en) * 2017-09-04 2017-11-21 苏州云舒新材料科技有限公司 A kind of preparation method of the sub- ceramic membrane material of pyroelectricity
KR20190046422A (en) 2017-10-26 2019-05-07 한국전력공사 protrusion-type pyroelectric sensor, apparatus for monitoring state of electric power equipment and method for 3D-printing protrusion-type pyroelectric sensor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111040212A (en) * 2019-12-11 2020-04-21 南京航空航天大学 PVDF (polyvinylidene fluoride) -based composite film and preparation method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910005406B1 (en) * 1988-10-25 1991-07-29 삼성전관 주식회사 Thin film transistor with pural gate insulating layer
JP3317117B2 (en) * 1995-12-21 2002-08-26 株式会社村田製作所 Pyroelectric infrared sensor
KR100397603B1 (en) 1997-01-21 2004-02-11 삼성전자주식회사 Thin film transistor ferroelectric random access memory and manufacturing method thereof
KR100741072B1 (en) * 2005-01-17 2007-07-19 삼성에스디아이 주식회사 A thin film transistor, a method for prepairng the same and a flat panel display device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102928473A (en) * 2012-11-23 2013-02-13 电子科技大学 Low-pressure flexible OTFT ammonia sensor and manufacturing method thereof
CN102928473B (en) * 2012-11-23 2015-11-11 电子科技大学 Flexible OTFT ammonia gas sensor of a kind of low pressure and preparation method thereof
CN107365152A (en) * 2017-09-04 2017-11-21 苏州云舒新材料科技有限公司 A kind of preparation method of the sub- ceramic membrane material of pyroelectricity
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