KR20110007680A - Transparent thin film transistor and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 투명 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 용액 공정에 의하여 형성되는 투명 전극 및 이를 포함하는 투명 박막 트랜지스터를 제안한다.The present invention relates to a transparent thin film transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a transparent electrode formed by a solution process and a transparent thin film transistor including the same.
액정 표시 장치, 유기 발광 다이오드 등의 박막형 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가되면서, 최근에는 양질의 디바이스를 얻기 위한 노력이 급증하고 있다. 그 동안 디스플레이 구동 소자로 실리콘이 주를 이루고 있으나, 최근 산화물 반도체의 등장으로 실리콘을 대체 하고자 하는 노력이 이어지고 있다. As demand and interest in thin-film displays, such as liquid crystal displays and organic light emitting diodes, have increased, in recent years, efforts to obtain high-quality devices have increased rapidly. Silicon has been mainly used as a display driving device, but efforts to replace silicon have been continued with the advent of oxide semiconductors.
산화물 반도체는 새로운 박막트랜지스터 재료로서 에너지 밴드갭이 넓고 광투과도가 우수하여 박막트랜지스터에서 활성 영역의 채널층으로 이용하는데 큰 관심을 받고 있다. 또한, 기존의 실리콘이 가지고 있는 단점인 균일도와 이동도 향상에 미래의 재료로서 많은 연구가 진행되어 오고 있다. 이동도가 커서 최근 OLED의 백플레인(backplane)으로도 이용되고 있다.Oxide semiconductors are a new thin film transistor material, which has a wide energy band gap and excellent light transmittance, which has attracted much attention as a channel layer of an active region in a thin film transistor. In addition, much research has been conducted as a material of the future to improve the uniformity and mobility, which is a disadvantage of the conventional silicon. Due to its high mobility, it has recently been used as a backplane of OLEDs.
산화물 반도체의 일례로서 연구되어온 ZnO의 경우, 우수한 디바이스 특성에 도 불구하고, 박막을 형성하기 위해서는 여전히 스퍼터링, 펄스 레이저 증착(PLD) 등의 고 비용 진공 공정이 요구되는 단점이 있다. 이렇게 진공공정을 이용한 산화물 반도체 디바이스의 제작은 포토 리소그래피의 공정을 진행하고, 이에 따른 식각(etch) 및 감광층 제거(PR strip) 공정이 추가되어야 한다. 이와 같은 광학적 패터닝 방법은 TFT 특성적 저하를 가지고 오며 장기적인 신뢰성에 취약한 단점이 있다. 또한, 진공 증착 방법은 아몰퍼스 실리콘과 같이 넓은 영역대에 걸쳐서 균일한 특성을 얻을 수 없어서 제조 공정이 협소한 영역에 제한되는 단점이 있고, 제조설비의 교체 및 작업 처리량(throughput)에도 단점이 있다. In the case of ZnO, which has been studied as an example of an oxide semiconductor, despite the excellent device characteristics, there is still a disadvantage that a high cost vacuum process such as sputtering and pulsed laser deposition (PLD) is still required to form a thin film. As described above, in the fabrication of the oxide semiconductor device using a vacuum process, a photolithography process is performed, and an etching and photoresist strip process must be added. Such an optical patterning method has a TFT characteristic degradation and has a disadvantage in long-term reliability. In addition, the vacuum deposition method has a disadvantage in that a uniform manufacturing process cannot be obtained over a wide area such as amorphous silicon, so that the manufacturing process is limited to a narrow area, and there is a disadvantage in replacement of manufacturing equipment and throughput.
이런 진공 공정의 단점을 극복하기 위해서 대량 생산이 가능하고 제조 비용을 낮추기 위한 저 비용의 용액 기반 기술인 잉크젯 프린팅 및 나노임프린트 등의 공정이 연구되어 오고 있다. In order to overcome the disadvantages of the vacuum process, processes such as inkjet printing and nanoimprint, which are mass-produced and low-cost solution-based technologies for lowering manufacturing costs, have been studied.
잉크젯 프린팅은 잉크(재료), 설비(노즐 포함) 그리고 공정에 대한 혼합적인 기술이다. 이 중에서도 잉크에 대한 기술은 매우 중요한 역할을 차지한다. 특성 향상과 잉크젯 프린팅을 위해서 재료 자체가 용액 공정이 가능한 재료이어야 되며, 특성 측면에서도 영향을 주지 않는 그런 재료이어야 한다.Inkjet printing is a hybrid technique for ink (material), equipment (including nozzles) and processing. Among these, the technology for ink plays a very important role. In order to improve properties and inkjet printing, the material itself must be a material capable of solution processing, and such a material does not affect properties.
일반적으로 디스플레이에 사용되는 박막 트랜지스터는 도 1에서와 같이 하부 게이트(bottom gate) 구조로서, 기판(10) 위에 게이트(11), 게이트 절연막(13), 활성층(16), 소스/드레인(12a, 12b), 패시베이션(18), 그리고 픽셀 전극(20)으로 구성되어 있으며, 픽셀 전극은 투명 전극(ITO)을 이용하여 표시소자를 형성한다. In general, a thin film transistor used for a display has a bottom gate structure, as shown in FIG. 1, and includes a
이와 같은 기존의 박막 트랜지스터는 활성층, 게이트 절연막, 보호층 등의 영역이 투명하다 할지라도 게이트 금속에 의해서 개구율(opening ratio)의 이득(gain)이 거의 없으며, 투명 디바이스의 이점(利點)을 많이 얻을 수가 없다. 실제로 디바이스의 개구율에 영향을 주는 부분은 금속 부분이며 박막 트랜지스터에서는 게이트와 소스/드레인에 해당된다. Such a conventional thin film transistor has almost no gain in opening ratio due to the gate metal even though the regions of the active layer, the gate insulating film, and the protective layer are transparent, and have many advantages of the transparent device. I can't get it. In practice, the part that affects the aperture ratio of the device is the metal part, and in the thin film transistor, it corresponds to the gate and the source / drain.
투명 전극에 대한 기술은 오래전부터 연구되어 왔지만, 진공 증착에 대한 기술이 대부분이다. 또한, 기존의 투명 전극 물질은 낮은 저항에 초점이 맞추어졌으며, 용액을 이용한 투명 박막 트랜지스터용 전극에 대한 연구는 거의 없었다. 투명 박막 트랜지스터용 투명 전극은 투명 반도체와의 접촉 저항 및 투명 반도체의 이동도 등의 특성을 향상시킬 수 있어야 하며, 공정 측면에서도 마스크를 줄이는 미래지향적 방향의 개선이 요망된다. The technique for transparent electrodes has been studied for a long time, but the technique for vacuum deposition is mostly. In addition, conventional transparent electrode materials have been focused on low resistance, and little research has been conducted on electrodes for transparent thin film transistors using a solution. The transparent electrode for the transparent thin film transistor should be able to improve characteristics such as contact resistance with the transparent semiconductor and mobility of the transparent semiconductor, and it is desirable to improve the future-oriented direction of reducing the mask in terms of processes.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 투명 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.The present invention has been made under the foregoing technical background, and an object of the present invention is to provide a transparent thin film transistor.
본 발명의 다른 목적은 산화물 반도체 층과의 접촉 저항 및 이동도 등이 우수한 투명 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a transparent electrode having excellent contact resistance and mobility with an oxide semiconductor layer.
본 발명의 또 다른 목적은 투명 전극으로 적용 가능하면서 용액 공정이 가능한 복합 산화물 전구체 용액을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a complex oxide precursor solution which is applicable as a transparent electrode and capable of solution processing.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 위에 형성된 게이트 전극, 게이트 산화막, 활성층, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터로서, 상기 활성층은 산화물 반도체이고, 상기 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극은 다음의 용액 물질; a) 아연(Zn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 인듐(In) 복합산화물 전구체로서, 아연을 포함하는 경우 조성비로 34:66 mol% ~ 14:86 mol% 의 범위로 아연과 인듐을 포함하고, 주석을 포함하는 경우 조성비로 20:80 mol% ~ 1:99 mol% 의 범위로 주석과 인듐을 포함하는 금속 전구체와, b) 2-methoxyethanol, isopropanol, ethanol, ethylene glycol, butanediol, 1-butandiol, 2-butandiol 중에서 선택되는 어느 하나로서, 전체 용액 100 몰 기준으로 90 ~ 99.9 몰의 용매와, c) ethanolamine, dimethyl amine, triethanol amine, acetylacetone, acetic acid 중에서 선택되는 어느 하나로서, 2 ~ 10 몰의 착화제를 포함하는 용액으로 형 성된 것을 특징으로 하는 투명 박막 트랜지스터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a thin film transistor comprising a gate electrode, a gate oxide film, an active layer, a source electrode, a drain electrode formed on a substrate, the active layer is an oxide semiconductor, the gate electrode, source electrode, drain electrode The following solution materials; a) an indium composite oxide precursor containing zinc (Zn) or tin (Sn), comprising zinc and indium in the range of 34:66 mol% to 14:86 mol% A metal precursor containing tin and indium in a composition ratio of 20:80 mol% to 1:99 mol% when it contains tin, b) 2-methoxyethanol, isopropanol, ethanol, ethylene glycol, butanediol, and 1-butandiol , 2-butandiol, 90 to 99.9 moles of solvent based on 100 moles of the total solution, c) ethanolamine, dimethyl amine, triethanol amine, acetylacetone, acetic acid, 2 to 10 moles It provides a transparent thin film transistor, characterized in that formed into a solution containing a complexing agent of.
상기 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극은 전도율이 수 S/cm 이상이며, 광투과율이 우수하다. 상기 용액으로 트랜지스터의 버스 라인 및 픽셀 전극도 함께 형성할 수 있다. The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode have a conductivity of several S / cm or more and excellent light transmittance. The solution may also form a bus line and a pixel electrode of the transistor.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터는 Bottom gate-Bottom contact, Bottom gate-Top contact, Top gate-Top contact, Top gate-Bottom contact 구조 중의 어느 하나로 설계될 수 있다. The thin film transistor according to the present invention may be designed as any one of a bottom gate-bottom contact, a bottom gate-top contact, a top gate-top contact, and a top gate-bottom contact structure.
본 발명은 또한, 기판 위에 형성된 게이트 전극, 게이트 산화막, 활성층, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 상기 활성층은 산화물 반도체로 형성하고, 상기 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극은 다음의 용액; a) 아연(Zn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 인듐(In) 복합산화물 전구체로서, 아연을 포함하는 경우 조성비로 34:66 mol% ~ 14:86 mol% 의 범위로 아연과 인듐을 포함하고, 주석을 포함하는 경우 조성비로 20:80 mol% ~ 1:99 mol% 의 범위로 주석과 인듐을 포함하는 금속 전구체와, b) 2-methoxyethanol, isopropanol, ethanol, ethylene glycol, butanediol, 1-butandiol, 2-butandiol 중에서 선택되는 어느 하나로서, 전체 용액 100 몰 기준으로 90 ~ 99.9 몰의 용매와, c) ethanolamine, dimethyl amine, triethanol amine, acetylacetone, acetic acid 중에서 선택되는 어느 하나로서, 2 ~ 10 몰의 착화제를 포함하는 용액으로 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 박막 트랜지스터 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a thin film transistor including a gate electrode, a gate oxide film, an active layer, a source electrode, and a drain electrode formed on a substrate, wherein the active layer is formed of an oxide semiconductor, and the gate electrode, source electrode, and drain electrode Silver is the following solution; a) an indium composite oxide precursor containing zinc (Zn) or tin (Sn), comprising zinc and indium in the range of 34:66 mol% to 14:86 mol% A metal precursor containing tin and indium in a composition ratio of 20:80 mol% to 1:99 mol% when it contains tin, b) 2-methoxyethanol, isopropanol, ethanol, ethylene glycol, butanediol, and 1-butandiol , 2-butandiol, 90 to 99.9 moles of solvent based on 100 moles of the total solution, c) ethanolamine, dimethyl amine, triethanol amine, acetylacetone, acetic acid, 2 to 10 moles It provides a method for producing a transparent thin film transistor, characterized in that formed in a solution containing a complexing agent.
상기 용액은 잉크젯 패터닝, 스핀 코팅, 레이저 프린팅, 임프린트, 나노임프 린트, 나노트랜스퍼, 그라비아, 오프셋 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 기판 위에 전극을 형성할 수 있다. 또한, 스핀 코팅의 경우 포토 리소그래피 공정을 더 포함할 수 있다. The solution may form an electrode on the substrate by any one method selected from inkjet patterning, spin coating, laser printing, imprint, nanoimprint, nanotransfer, gravure, and offset. In addition, the spin coating may further include a photolithography process.
상기 용액으로 전극을 형성한 후 마이크로웨이브를 이용하여 열처리를 수행할 수 있으며, 이 경우 파장이 1㎛ ~ 1mm 의 범위에 해당되는 전자기파를 이용하여 열처리를 수행하는 것이 바람직하다. After the electrode is formed of the solution, heat treatment may be performed using microwaves. In this case, heat treatment may be performed using electromagnetic waves having a wavelength in the range of 1 μm to 1 mm.
본 발명에 따르면, 구성 요소가 모두 광학적으로 투명한 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 박막 트랜지스터용 투명 전극은 용액 공정에 의하여 형성 가능하며 전기적 특성이 우수하고, 박막 형성 온도를 낮출 수 있어 유리, 반도체, 고분자 필름, 기타 다양한 기판에 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 박막 트랜지스터의 제조 시간 및 비용을 크게 절감시킬 수 있다.According to the present invention, a thin film transistor can be manufactured in which all the components are optically transparent. The transparent electrode for a thin film transistor according to the present invention can be formed by a solution process, has excellent electrical characteristics, and can lower the thin film formation temperature, thereby forming a thin film transistor on glass, a semiconductor, a polymer film, and various other substrates. In addition, the present invention can greatly reduce the manufacturing time and cost of the thin film transistor.
본 발명은 박막 트랜지스터를 구성하는 전극 요소들, 게이트, 소스, 드레인, 버스 라인, 픽셀 전극 등을 용액 공정에 의하여 형성하며, 형성된 전극들이 광학적으로 투명한 점에 특징이 있다. 본 발명은 특히 In 산화물 기반의 반도체로서 Zn 또는 Sn 이 도핑된 용액 공정 기반의 투명 전도성 박막을 제공한다.The present invention forms the electrode elements constituting the thin film transistor, the gate, the source, the drain, the bus line, the pixel electrode, and the like by a solution process, and is characterized in that the formed electrodes are optically transparent. The present invention particularly provides a transparent conductive thin film based on a solution process doped with Zn or Sn as an In oxide based semiconductor.
본 발명의 투명 전극의 형성을 위한 용액은, 아연(Zn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 인듐(In) 복합산화물 전구체로서, 아연을 포함하는 경우 조성비로 34:66 mol% ~ 14:86 mol% 의 범위로 아연과 인듐을 포함하고, 주석을 포함하는 경우 조성 비로 20:80 mol% ~ 1:99 mol% 의 범위로 주석과 인듐을 포함하는 금속 전구체를 포함한다. 상기 용액에는 용매로서 2-methoxyethanol, isopropanol, ethanol, ethylene glycol, butanediol, 1-butandiol, 2-butandiol 중에서 선택되는 어느 하나를 포함한다. The solution for forming the transparent electrode of the present invention is an indium (In) composite oxide precursor containing zinc (Zn) or tin (Sn), in the case of containing zinc in a composition ratio of 34:66 mol% to 14:86 mol It includes zinc and indium in the range of%, and includes a metal precursor containing tin and indium in the range of 20:80 mol% to 1:99 mol% in the case of containing tin. The solution includes any one selected from 2-methoxyethanol, isopropanol, ethanol, ethylene glycol, butanediol, 1-butandiol and 2-butandiol as a solvent.
또한, 상기 용액은 ethanolamine, dimethyl amine, triethanol amine, acetylacetone, acetic acid 중에서 선택되는 어느 하나로서, 2 ~ 10 몰의 착화제를 포함할 수 있고, 코팅성 향상 첨가제로서 2 ~ 15 몰의 formamide 을 더 포함할 수 있다.In addition, the solution is any one selected from ethanolamine, dimethyl amine, triethanol amine, acetylacetone, acetic acid, may include 2 to 10 moles of complexing agent, and 2 to 15 moles of formamide as a coating improving additive. It may include.
도 2를 참조하면, 본 발명의 투명 전극용 전구체 용액의 제조 공정이 도시되어 있다. 소정의 용매와 착화제를 준비하여 교반하고(단계 S10), 용매 혼합물에 Zn염 또는 Sn염을 혼합하여 교반한다(단계 S20). 본 발명의 실시예에서는 Zn 아세테이트 또는 Sn 아세테이트를 전구체의 용액의 출발 물질로 사용하였다. 다음으로 In 염을 혼합하고 열을 가하면서 교반한다(단계 S30). 본 발명의 실시예에서는 In 질화물을 사용하였다. 출발 물질을 혼합한 후, 추가적으로 첨가제를 더 혼합할 수 있다(단계 S40). 최종적으로 투명 전극용 전구체 용액을 얻는다(단계 S50).Referring to Figure 2, the manufacturing process of the precursor solution for transparent electrodes of the present invention is shown. A predetermined solvent and a complexing agent are prepared and stirred (step S10), and the Zn salt or Sn salt is mixed and stirred in the solvent mixture (step S20). In the examples of the present invention Zn acetate or Sn acetate was used as starting material of the solution of the precursor. Next, the In salts are mixed and stirred while applying heat (step S30). In the embodiment of the present invention used In nitride. After mixing the starting materials, the additives may be further mixed (step S40). Finally, the precursor solution for transparent electrodes is obtained (step S50).
이렇게 얻어진 전구체 용액은 스핀 코팅, 프린팅 등의 용액 공정을 통해 기판에 금속 패턴을 형성할 수 있다. 상기 용액으로 전극을 형성한 후 열처리 공정을 수행한다. 열처리 방법에는 특별한 제한이 없지만, 낮은 온도에서 열처리가 가능하도록 마이크로웨이브를 이용하여 열처리를 수행할 수 있으며, 이 경우 파장이 1㎛ ~ 1mm 의 범위에 해당되는 전자기파를 이용하여 열처리를 수행할 수 있다. The precursor solution thus obtained may form a metal pattern on the substrate through a solution process such as spin coating or printing. After forming an electrode with the solution, a heat treatment process is performed. There is no particular limitation on the heat treatment method, but heat treatment may be performed by using a microwave to enable heat treatment at a low temperature, and in this case, heat treatment may be performed using electromagnetic waves having a wavelength ranging from 1 μm to 1 mm. .
본 발명에 있어서, 용액 공정의 종류에 따라서, 그리고 최종적인 디바이스에 요구되는 전기적인 특성에 따라서 출발 물질의 비율, 첨가제 및 착화제의 양을 조절할 수 있다. In the present invention, the proportion of starting materials, the amount of additives and complexing agents can be adjusted according to the type of solution process and the electrical properties required for the final device.
본 발명에 따른 투명 전극용 용액은 특히 잉크젯 프린팅용 잉크로 사용될 수 있다. 잉크젯 프린팅을 위한 잉크 용액은 뉴튼 유체성(Newtonian fluid), 점도, 표면에너지, 파티클-라덴 유체성(Particle Laden Fluids : particle size, ideal nanoparticle, stable dispersion) 등이 요구된다. 이중에서 일반적으로 적절한 점도(0.5 ~ 40 cP)와 표면장력(20 ~ 70 dynes/cm)은 매우 중요한 지표이다. The solution for transparent electrodes according to the invention can in particular be used as ink for inkjet printing. Ink solutions for inkjet printing require Newtonian fluid, viscosity, surface energy, particle laden fluids (particle size, ideal nanoparticle, stable dispersion), and the like. In general, the appropriate viscosity (0.5 to 40 cP) and surface tension (20 to 70 dynes / cm) are very important indicators.
특히 표면장력은 잉크젯 프린팅을 진행하면서 나타나는 커피얼룩효과(coffee stain effect) 및 잉크젯 프린팅 후에 퍼짐성 등에 직접적인 영향을 준다. 이런 잉크젯 프린팅 후의 물리적인 파라미터에 의해서 잉크젯 프린팅으로 형성한 디바이스 특성에도 직접적인 영향이 나타나게 된다. In particular, the surface tension directly affects the coffee stain effect during inkjet printing and the spreadability after inkjet printing. Such physical parameters after inkjet printing directly affect the device characteristics formed by inkjet printing.
본 발명에서는 첨가제 및 착화제, 그리고 기본 용매를 이용해서 잉크젯 프린팅이 가능하도록 표면장력의 범위를 40 mN/m ~ 70 mN/m 로 제어한 투명 전극용 잉크를 제공한다. 본 발명에서 제안하는 IZO 및 ITO 투명 전극에 사용되는 용매 및 첨가제에 대한 표면장력의 일례를 비교하면 다음과 같다. The present invention provides an ink for transparent electrodes in which a range of surface tension is controlled to 40 mN / m to 70 mN / m to enable inkjet printing using an additive, a complexing agent, and a basic solvent. Comparing an example of the surface tension of the solvent and the additive used in the IZO and ITO transparent electrode proposed in the present invention are as follows.
용매: 2-MethoxyEthanol (2ME) : 28.6 mN/mSolvent: 2-MethoxyEthanol (2ME): 28.6 mN / m
착화제: MonoEthanolamine (MEA) : 48.89 mN/mComplexing agent: MonoEthanolamine (MEA): 48.89 mN / m
첨가제: Foramide (FA) : 59.1 mN/mAdditive: Foramide (FA): 59.1 mN / m
이 중에서 표면장력이 가장 큰 물질은 첨가제로서 패턴 형성이 용이한 물질 이다. 물질 A와 물질 B를 혼합할 때 혼합 규칙(mixing rule)을 적용하여 표면장력이 가장 큰 물질을 적절히 포함하여 표면 에너지를 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 투명 전극용 용액의 액적 내지 패턴의 접촉각은 10°~ 50°의 범위인 것이 바람직하다.Among them, the material with the largest surface tension is an additive that is easy to form patterns. When mixing material A and material B, a mixing rule may be applied to control the surface energy by appropriately including the material having the largest surface tension. It is preferable that the contact angle of the droplet thru | or pattern of the solution for transparent electrodes which concerns on this invention is a range of 10 degrees-50 degrees.
위 각각의 용매, 착화제, 첨가제에 대하여 혼합 규칙을 적용하여 표면장력을 계산하고 잉크젯 프린팅이 가능한 용액으로 설계한 후, 패터닝한 사진을 도 3에 나타내었다. After applying the mixing rules for each of the above solvents, complexing agents, additives to calculate the surface tension and designing a solution capable of inkjet printing, the patterned picture is shown in FIG.
도 3에서, 각각의 패턴은 용액 공정으로 형성된 투명 반도체층 위에 잉크젯 프린팅으로 형성한 소스 및 드레인 전극에 해당한다. 각 패턴들은 간격별로 여러 라인을 동시에 형성하였으며, 패턴의 길이는 약 2mm, 간격은 120 ~ 900 ㎛ 범위 이었다. 이와 같이, 본 발명에 따른 투명 전극 용액은 용매 및 첨가제 등의 함량을 조절하여 용액의 표면에너지를 제어함으로써 잉크젯 프린팅에 의하여 전극 패턴이 용이함을 알 수 있다.In FIG. 3, each pattern corresponds to a source and a drain electrode formed by inkjet printing on a transparent semiconductor layer formed by a solution process. Each pattern formed several lines at the same time at intervals, the length of the pattern was about 2mm, the interval was in the range of 120 ~ 900 ㎛. As described above, the transparent electrode solution according to the present invention can be seen that the electrode pattern is easy by inkjet printing by controlling the surface energy of the solution by adjusting the content of the solvent and additives.
본 발명에 따른 투명 전극 용액으로 형성한 전극의 전기적 특성을 조사하여 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다. The electrical characteristics of the electrode formed of the transparent electrode solution according to the present invention were investigated and the results are shown in FIGS. 4 and 5.
도 4는 본 발명의 용액 공정에 의하여 형성한 InZnO 투명 전극에 대하여 In 전구체 조성에 따른 저항율, 캐리어 농도 및 Hall 이동도를 보이고 있다. In 함량이 클수록 전기적인 특성이 향상되며, In 조성이 66 ~ 86 mol% 의 범위에서 전기적 특성이 우수함을 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 용액 공정에 의하여 형성한 InSnO 투명 전극에 대하여 Sn 전구체 조성에 따른 면저항을 보이고 있다. 1 ~ 20 mol% 범 위에서 Sn 첨가에 따라 낮은 저항값을 보이고 있으며 5 mol%의 Sn 전구체가 포함된 ITO가 가장 낮은 저항값을 가지는 것으로 확인되었다. 이 조성에서의 저항값은 일반적인 ITO의 저항값과 유사한 값 가진다. Figure 4 shows the resistivity, carrier concentration and Hall mobility according to the In precursor composition for the InZnO transparent electrode formed by the solution process of the present invention. The larger the In content, the better the electrical properties, and the In composition is excellent in the electrical properties in the range of 66 ~ 86 mol%. 5 shows the sheet resistance according to the Sn precursor composition for the InSnO transparent electrode formed by the solution process of the present invention. It was found that the resistance value was lowered according to the Sn addition in the range of 1 to 20 mol%, and the ITO containing 5 mol% Sn precursor had the lowest resistance value. The resistance value in this composition has a value similar to that of general ITO.
또한, 본 발명의 IZO 용액 및 ITO 용액으로 형성한 투명전극의 전도율은 각각 30 S/cm 및 200 S/cm 정도의 값을 갖는 것으로 확인되었다. In addition, the conductivity of the transparent electrode formed of the IZO solution and the ITO solution of the present invention was confirmed to have values of about 30 S / cm and 200 S / cm, respectively.
본 발명에 따른 투명 전극 용액은 조성에 따라서 전기적 성질이 변화할 뿐만 아니라 열처리 방법 및 또는 열처리 분위기에 따라서도 전기적 성질에 영향을 받는 것을 확인하였다. The transparent electrode solution according to the present invention was confirmed that not only the electrical properties change depending on the composition but also the electrical properties depending on the heat treatment method and / or the heat treatment atmosphere.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제조 방법에 따른 IZO 및 ITO 투명 전극 용액의 전기적 성질의 변화를 나타내고 있다. IZO의 경우, 도 6에서와 같이 높은 열처리 온도와 진공 또는 환원(수소, 질소 혼합)분위기에서 낮은 저항값을 나타내며, ITO의 경우, 도 7에서와 같이 300℃ 열처리와 Ar 후처리 조건에서 가장 낮은 저항값을 나타내고 있다. 6 and 7 show the change in electrical properties of the IZO and ITO transparent electrode solution according to the manufacturing method. In the case of IZO, as shown in FIG. 6, it exhibits a low resistance value in a high heat treatment temperature and a vacuum or reducing (mixed hydrogen and nitrogen) atmosphere, and in the case of ITO, as shown in FIG. The resistance value is shown.
본 발명에 따른 IZO 용액으로 Zn0 .25In0 .75O 조성에 대하여 박막 트랜지스터를 제작하였다. 투명 반도체 용액을 이용하여 유리 기판에 활성층을 형성한 후, 소스-드레인 각각 하나의 라인만 다이렉트 라이팅(direct writing)으로 형성하여 단일 투명 박막 트랜지스터를 제작한 후, 전달 특성 및 출력 특성을 조사하였다. IZO as the solution according to the invention was produced in the thin-film transistor with respect to the Zn 0 .25 0 .75 O In the composition. After forming an active layer on a glass substrate using a transparent semiconductor solution, only one line of each source-drain was formed by direct writing to fabricate a single transparent thin film transistor, and then transfer and output characteristics were investigated.
도 8의 전달 특성(Transfer curve)에 삽입된 사진은 실제로 소스-드레인을 잉크젯 패터닝한 사진이며, W/L은 2000/120 ㎛ 이었고, Vd는 20 V의 일정한 값을 제공하였다. 도 9의 출력 특성(Output curve)에 삽입된 사진은 낮은 드레인 전압에서의 특성을 보이고 있으며 서로 중첩(overlap)되지 않는 것을 볼 때 투명 용액 반도체와의 계면에서 접촉저항이 낮은 편임을 알 수 있다. 이러한 성능으로 볼 때, 제작된 투명 박막 트랜지스터의 이동도는 약 1cm2/Vs이며, Vth는 5V, 그리고 점멸비(Ion/Ioff)는 107 이하이다. The picture inserted in the transfer curve of FIG. 8 is actually an inkjet patterned picture of the source-drain, W / L was 2000/120 μm, and Vd provided a constant value of 20 V. FIG. The picture inserted in the output curve of FIG. 9 shows the characteristics at the low drain voltage, and it can be seen that the contact resistance is low at the interface with the transparent solution semiconductor when it is not overlapped with each other. In view of this performance, the mobility of the fabricated transparent thin film transistor is about 1 cm 2 / Vs, Vth is 5V, and the flashing ratio (Ion / Ioff) is 10 7 or less.
제조된 박막 트랜지스터의 광학적 성능을 도 10에 도시하였다. 본 발명에 따른 투명 전극 용액을 유리-투명반도체 위에 스핀 코팅하여 제조한 샘플을 UV/Vis광학장비를 이용해서 투과율을 측정하였다. 가시광선 영역에서는 약 90% 이상의 투과율을 보이고 있음을 알 수 있다. 도 10에 삽입된 사진은 제조된 박막 트랜지스터 하부에 놓인 실제 그림을 촬영한 사진으로서, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 투명성을 직접적으로 보여주고 있다. 10 shows the optical performance of the manufactured thin film transistor. Samples prepared by spin coating a transparent electrode solution according to the present invention on a glass-transparent semiconductor were measured using UV / Vis optical equipment. It can be seen that the visible light shows a transmittance of about 90% or more. The picture inserted in FIG. 10 is a picture of the actual picture placed under the manufactured thin film transistor, and directly shows the transparency of the thin film transistor according to the present invention.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.The present invention has been exemplarily described through the preferred embodiments, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various forms within the scope of the technical idea presented in the present invention, specifically, the claims. May be modified, changed, or improved.
도 1은 박막 트랜지스터의 구조를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a thin film transistor.
도 2는 본 발명의 투명 전극용 전구체 용액의 제조 공정을 보인 순서도.Figure 2 is a flow chart showing the manufacturing process of the precursor solution for transparent electrodes of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 투명 전극 용액으로 형성한 전극 패턴 사진.Figure 3 is an electrode pattern photo formed of a transparent electrode solution according to the present invention.
도 4는 IZO 용액의 전구체 조성에 따른 전기적 특성을 보인 그래프.Figure 4 is a graph showing the electrical properties according to the precursor composition of the IZO solution.
도 5는 ITO 용액의 전구체 조성에 따른 전기적 특성을 보인 그래프.5 is a graph showing the electrical properties according to the precursor composition of the ITO solution.
도 6은 제조 방법에 따른 IZO 투명 전극의 전기적 성질을 보인 그래프.6 is a graph showing the electrical properties of the IZO transparent electrode according to the manufacturing method.
도 7은 제조 방법에 따른 ITO 투명 전극의 전기적 성질을 보인 그래프.7 is a graph showing the electrical properties of the ITO transparent electrode according to the manufacturing method.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 투명 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 보인 그래프.8 and 9 are graphs showing the electrical characteristics of the transparent thin film transistor according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 투명 박막 트랜지스터의 광학적 특성을 보인 그래프.10 is a graph showing the optical characteristics of the transparent thin film transistor according to the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
11:게이트 12a,12b:소스/드레인11:
13:게이트 절연막 16:활성층13: gate insulating film 16: active layer
18:패시베이션 20:픽셀 전극18: passivation 20: pixel electrode
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