KR20120130149A - Flexible field-effect transistor and manufacturing method of the same - Google Patents

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KR20120130149A
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안종현
조정호
홍병희
장호욱
이승기
김범준
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숭실대학교산학협력단
성균관대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A flexible field effect transistor and a manufacturing method thereof are provided to implement a low voltage operation graphene FET array on a plastic base material using ion gel as a gate insulator. CONSTITUTION: A source electrode, a drain electrode(308), and a gate electrode(312) are provided. A carbon nano structure semiconductor layer(304) is arranged to form a channel region between the source electrode and the drain electrode. An ion gel layer(310) forms insulator layers between the carbon nano structure semiconductor layer and the gate electrode and between the channel region and the gate electrode.

Description

플렉시블 전계효과 트랜지스터 및 이의 제조 방법 {FLEXIBLE FIELD-EFFECT TRANSISTOR AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}FLEXIBLE FIELD-EFFECT TRANSISTOR AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME

본원은 플렉시블 전계효과 트랜지스터 및 이의 제조 방법, 그리고 상기를 포함하는 집적 회로에 관한 것으로서, 구체적으로, 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층 및 이온겔 절연층을 포함하는 플렉시블 전계효과 트랜지스터 및 이의 제조 방법, 그리고 상기 플렉시블 전계효과 트랜지스터를 포함하는 집적 회로에 관한 것이다.The present application relates to a flexible field effect transistor and a method for manufacturing the same, and an integrated circuit including the above. Specifically, a flexible field effect transistor including a semiconductor layer and an ion gel insulating layer including a carbon nanostructure, and a method for manufacturing the same, And an integrated circuit comprising the flexible field effect transistor.

탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene), 탄소 나노섬유(nanofiber) 등의 탄소 나노구조체는 나노전자공학, 나노전자기계 시스템(NEMS), 센서, 컨택트 전극(contact electrode), 나노포토닉스(nanophotonics) 및 나노바이오 기술(nanobiotechnology) 등에 있어서의 미래 성장을 위한 가장 장래성 있는 후보들 중의 일부라고 고려되고 있다. 이는 기본적으로 탄소 나노구조체의 일차원적인 성질, 독특한 전기적, 광학적, 기계적 특성 때문이다.Carbon nanostructures such as carbon nanotubes (CNT), graphene, and carbon nanofibers are used in nanoelectronics, nanoelectromechanical systems (NEMS), sensors, contact electrodes, and nanophotonics. ) And some of the most promising candidates for future growth in nanobiotechnology and the like. This is primarily due to the one-dimensional properties, unique electrical, optical and mechanical properties of the carbon nanostructures.

한편, 상기 탄소 나노구조체들 중 그래핀(graphene)은 육각형 구조의 탄소 한 층, 즉 흑연의 (0001)면 단층을 말하는데, 이러한 그래핀은 탄소나노튜브보다 더 뛰어난 물성을 갖는 것으로 알려져 있다. 특히, 그래핀은 실리콘에 비해 50배 내지 100배의 전기 전도도를 가지고 있어 실리콘과 같은 반도체를 대체할 수 있는 신물질로서 많은 연구가 진행되고 있다.Meanwhile, graphene of the carbon nanostructures refers to a single layer of carbon having a hexagonal structure, that is, a single layer of (0001) cotton of graphite, and such graphene is known to have better physical properties than carbon nanotubes. In particular, since graphene has an electrical conductivity of 50 to 100 times that of silicon, much research is being conducted as a new material that can replace a semiconductor such as silicon.

그래핀은 그것의 예외적인 전자 및 광전자 특성 때문에 디스플레이, 태양 전지 및 센서와 같은, 전자 응용의 범위에서 주목을 끌고있다. 고품질 그래핀 필름의 대면적 합성에 대한 최근 기술 개발은 고주파 디바이스로서 그래핀의 응용을 위한 새로운 경로를 만들었다. 대면적 위에서 그래핀 디바이스를 제조하기 위한 두 가지 일반적 접근법이 있다. 하나는 SIC 웨이퍼 상에 직접 성장한 그래핀을 사용하는 것이고, 또 다른 하나는 금속층 상에서 합성된 그래핀 필름을 다른 유용한 기재로 전사시키는 것이다. 후자의 접근법은 플렉시블/스트레처블 디바이스 제조 및 대면적 위에서 제조의 가능성과 같은, 그래핀 필름의 특별한 특성 때문에 주목한다. 이 접근법은 단단한 절연성 웨이퍼 상에 디바이스 어레이를 생산하고, 웨이퍼 크기에 따라 기준화할 수 있다. 여러 연구가 플라스틱 기재 상에서 그래핀 전계효과 트랜지스터(FETs)를 보고했을지라도, 대규모로 제조함에 있어서, 플렉시블 그래핀 FETs는 여전히 중요한 도전이다.Graphene has attracted attention in a range of electronic applications, such as displays, solar cells and sensors because of its exceptional electronic and optoelectronic properties. Recent technological developments in large-area synthesis of high quality graphene films have created new pathways for the application of graphene as high frequency devices. There are two general approaches to fabricating graphene devices over large areas. One is to use graphene grown directly on the SIC wafer, and the other is to transfer the graphene film synthesized on the metal layer to another useful substrate. The latter approach draws attention to the particular properties of graphene films, such as flexible / stretchable device fabrication and the possibility of fabrication over large areas. This approach can produce device arrays on rigid insulating wafers and base them on wafer size. Although several studies have reported graphene field effect transistors (FETs) on plastic substrates, flexible graphene FETs are still an important challenge in large scale manufacturing.

플렉시블 전자공학을 위한 그래핀 연구는 용액-가공성, 플라스틱 시트로 전사된 그래핀 필름과 좋은 인터페이스로 저온에서 형성될 수 있는 고용량 게이트 절연체를 요구한다. HfO2, Al2O3 및 ZrO2와 같은, 여러 높은-k(유전상수) 무기성 절연체가 그래핀 FETs의 제조에 적용되었을지라도, 그들의 높은 성장 온도 때문에 플라스틱 기재 상에서 기반으로 한 플렉시블 디바이스에는 이용할 수 없다.Graphene research for flexible electronics requires high-capacity gate insulators that can be formed at low temperatures with good interfaces with graphene films transferred to solution-processable, plastic sheets. Although many high-k (dielectric constant) inorganic insulators, such as HfO 2 , Al 2 O 3 and ZrO 2 have been applied in the manufacture of graphene FETs, they are not available for flexible devices based on plastic substrates because of their high growth temperature. Can't.

본원은, 탄소 나노구조체 반도체층 및 이온겔 절연층을 포함하는 플렉시블 전계효과 트랜지스터 및 이의 제조 방법을 개발하여 고성능 저전압-구동 플렉시블 전계효과 트랜지스터를 제공하고자 하며, 또한, 상기 플렉시블 전계효과 트랜지스터를 집적 회로에 이용하는 용도를 제공하고자 한다. The present application is to provide a high performance low voltage-driven flexible field effect transistor by developing a flexible field effect transistor including a carbon nanostructure semiconductor layer and an ion gel insulating layer and a manufacturing method thereof, and further comprising the integrated circuit It is intended to provide a use for the present invention.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 하기를 포함하는, 플렉시블 전계효과 트랜지스터를 제공한다:A first aspect of the present application provides a flexible field effect transistor, comprising:

소스 전극(source electrode) 및 드레인 전극(drain electrode);A source electrode and a drain electrode;

상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에 채널 영역을 형성하기 위해 배치된 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층; A semiconductor layer including carbon nanostructures disposed to form a channel region between the source electrode and the drain electrode;

게이트 전극: 및Gate electrode: and

상기 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에, 상기 채널 영역과 상기 게이트 전극 사이에서 절연체층을 형성하는 이온겔층.An ion gel layer forming an insulator layer between the channel region and the gate electrode between the semiconductor layer including the carbon nanostructure and the gate electrode.

예시적 구현예에 있어서, 상기 탄소 나노구조체는 그래핀(graphene), 탄소나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 나노와이어, 탄소 나노콘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the carbon nanostructure may include one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanowires, carbon nanocones, and combinations thereof. It is not limited to this.

예시적 구현예에 있어서, 상기 탄소 나노구조체는 탄소 나노구조체는 그래핀을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예시적 구현예에 있어서, 상기 그래핀은 금속촉매층 상에서 화학기상증착방법에 의하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속촉매층은 박막 또는 후막일 수 있으며, 상기 금속촉매층은 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, Fe, 황동(brass), 청동(bronze), 스테인레스 스틸(stainless steel), Ge 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 또는 그의 합금을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 상기 화학기상증착방법은 상압 또는 저압에서 수행될 수 있으며, 플라즈마를 이용하여 수행될 수 있으며, 당업계에 공지된 화학기상증착방법을 이용한 그래핀 제조 방법을 모두 이용할 수 있다.In an exemplary embodiment, the carbon nanostructures may include, but are not limited to, carbon nanostructures. In an exemplary embodiment, the graphene may be formed by a chemical vapor deposition method on the metal catalyst layer, but is not limited thereto. For example, the metal catalyst layer may be a thin film or a thick film, the metal catalyst layer is Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Rh, Si, Ta, Ti, W, U , V, Zr, Fe, brass (brass), bronze (bronze), stainless steel (stainless steel), may include one or more metals or alloys thereof selected from the group consisting of, and combinations thereof, but is not limited thereto. It doesn't happen. The chemical vapor deposition method may be carried out at atmospheric pressure or low pressure, may be carried out using a plasma, it can be used for all the graphene manufacturing method using a chemical vapor deposition method known in the art.

예시적 구현예에 있어서, 상기 이온겔층은 이온성 액체, 및 적어도 3 블록을 포함하는 블록 코폴리머를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 여기서, 상기 블록 코폴리머는 상기 이온성 액체 중에서 자기조립 폴리머를 형성할 수 있다.In an exemplary embodiment, the ion gel layer may include, but is not limited to, an ionic liquid and a block copolymer including at least three blocks. Here, the block copolymer may form a self-assembled polymer in the ionic liquid.

일 구현예에 있어서, 상기 블록 코폴리머는 적어도 A 블록 및 B 블록을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 일 구현예에 있어서, 상기 A 블록은 이온성 액체에서 거의 녹지 않는 낮은 극성 폴리머를 포함하는 것일 수 있고, 상기 A 블록은 상온에서 적어도 부분적으로 유리질(glassy)인 것일 수 있다. 일 구현예에 있어서, 상기 B 블록은 이온성 액체와 혼화성인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 A 블록은 폴리스티렌(polystyrene) 및 폴리(N-이소프로필 아크릴아민)[poly(N-isopropyl acrylamide)]에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 B 블록은 폴리(메틸메타크릴레이트)[poly(methylmethacrylate)], 폴리(에틸아크릴레이트)[poly(ethyl acrylate)] 및 폴리(에틸렌옥사이드)[poly(ethylene oxide)]에서 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. In one embodiment, the block copolymer may include at least A block and B block, but is not limited thereto. In one embodiment, the A block may comprise a low polar polymer that is hardly soluble in an ionic liquid, and the A block may be at least partially glassy at room temperature. In one embodiment, the B block may be miscible with the ionic liquid. For example, the A block includes at least one of polystyrene and poly (N-isopropyl acrylamide), and the B block is poly (methylmethacrylate) [ poly (methylmethacrylate)], poly (ethylacrylate) [poly (ethyl acrylate)] and poly (ethylene oxide) [poly (ethylene oxide)] but may include at least one, but is not limited thereto.

일 구현예에 있어서, 상기 블록 코폴리머는 폴리(스티렌-블록-에티렌옥사이드-블록-스티렌)[poly(styrene-block-ethylene oxide-block-styrene)]을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In one embodiment, the block copolymer may include poly (styrene-block-ethylene oxide-block-styrene), but is not limited thereto. It is not.

일 구현예에 있어서, 상기 블록 코폴리머는 폴리(N-이소프로필아크릴아미드-블록-에틸렌옥사이드-블록-N-이소프로필아크릴아미드) [poly(N-isopropyl acrylamide-block-ethylene oxide-block-N-isopropyl acrylamide)]를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In one embodiment, the block copolymer is poly (N-isopropylacrylamide-block-ethyleneoxide-block-N-isopropylacrylamide) [poly (N-isopropyl acrylamide-block-ethylene oxide-block-N -isopropyl acrylamide)], but is not limited thereto.

일 구현예에 있어서, 상기 이온성 액체는 [BMIM][PF6], [EMIM][TFSI], [EMIM][OctSO4] 로 구성되는 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In one embodiment, the ionic liquid may be selected from the group consisting of [BMIM] [PF 6 ], [EMIM] [TFSI], [EMIM] [OctSO 4 ], but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 게이트 전극은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로부터 오프셋(offset)되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the gate electrode may be offset from the source electrode and the drain electrode, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 금속 및/또는 전도성 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전도성 고분자는 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3-알킬티오펜), 폴리아닐린, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리푸란, 폴리이소-티아나프텐, 폴리(p-페틸렌비닐렌, 폴리(p-페닐렌), 폴리(3,4-에틸렌디오시티오펜), 폴리(에틸렌클리콜)디아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the source electrode and the drain electrode may include a metal and / or a conductive polymer, but is not limited thereto. For example, the conductive polymer may be polypyrrole, polythiophene, poly (3-alkylthiophene), polyaniline, polyphenylene sulfide, polyfuran, polyiso-thianaphthene, poly (p-petylenevinylene, poly (p-phenylene), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (ethylene glycol) diacrylate, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone and combinations thereof It may be, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 게이트 전극은 금속 및/또는 전도성 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전도성 고분자는 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3-알킬티오펜), 폴리아닐린, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리푸란, 폴리이소-티아나프텐, 폴리(p-페틸렌비닐렌, 폴리(p-페닐렌), 폴리(3,4-에틸렌디오시티오펜), 폴리(에틸렌클리콜)디아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the gate electrode may include a metal and / or a conductive polymer, but is not limited thereto. For example, the conductive polymer may be polypyrrole, polythiophene, poly (3-alkylthiophene), polyaniline, polyphenylene sulfide, polyfuran, polyiso-thianaphthene, poly (p-petylenevinylene, poly (p-phenylene), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (ethylene glycol) diacrylate, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone and combinations thereof It may be, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함하며, 상기 게이트 전극과 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층 사이에 절연체층을 형성하기 위해 이온겔층을 형성하는 것을 포함하는, 플렉시블 전계효과 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present application is a flexible electric field comprising a source electrode, a drain electrode and a gate electrode, comprising forming an ion gel layer to form an insulator layer between the gate electrode and a semiconductor layer comprising a carbon nanostructure. A method of manufacturing an effect transistor is provided.

예시적 구현예에 있어서, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 금속 및/또는 전도성 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전도성 고분자는 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3-알킬티오펜), 폴리아닐린, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리푸란, 폴리이소-티아나프텐, 폴리(p-페틸렌비닐렌, 폴리(p-페닐렌), 폴리(3,4-에틸렌디오시티오펜), 폴리(에틸렌클리콜)디아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the source electrode and the drain electrode may include a metal and / or a conductive polymer, but is not limited thereto. For example, the conductive polymer may be polypyrrole, polythiophene, poly (3-alkylthiophene), polyaniline, polyphenylene sulfide, polyfuran, polyiso-thianaphthene, poly (p-petylenevinylene, poly (p-phenylene), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (ethylene glycol) diacrylate, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone and combinations thereof It may be, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 게이트 전극은 금속 및/또는 전도성 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전도성 고분자는 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3-알킬티오펜), 폴리아닐린, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리푸란, 폴리이소-티아나프텐, 폴리(p-페틸렌비닐렌, 폴리(p-페닐렌), 폴리(3,4-에틸렌디오시티오펜), 폴리(에틸렌클리콜)디아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the gate electrode may include a metal and / or a conductive polymer, but is not limited thereto. For example, the conductive polymer may be polypyrrole, polythiophene, poly (3-alkylthiophene), polyaniline, polyphenylene sulfide, polyfuran, polyiso-thianaphthene, poly (p-petylenevinylene, poly (p-phenylene), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (ethylene glycol) diacrylate, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone and combinations thereof It may be, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 소스전극, 드레인 전극, 이온겔층 및 게이트 전극은 프린팅 방법에 의해 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the source electrode, the drain electrode, the ion gel layer and the gate electrode may be formed by a printing method, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 이온겔층은 노즐을 이용한 프린팅 방법을 이용하여 패터닝하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the ion gel layer may include patterning using a printing method using a nozzle, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 이온겔층은 이온성 액체 및 자외선에 의해 경화되어 겔화되는 특성을 가진 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 이러한 이온겔층은 포토패터닝 공정을 이용하여 도포될 수 있다. 예를 들어, 포토패터닝 공정에서, 자외선에 의해 경화되어 겔화되는 특성을 가진 고분자 단량체, 개시제, 및 이온성 액체를 포함하는 이온겔 잉크를 패터닝된 반도체층이 형성된 기재 상에 적가하고, 패터닝된 마스크를 상기 이온겔 층 위에 위치시킨 후 UV 를 노광킴으로써, 상기 UV 노광으로 의해, 상기 개시제는 라디칼을 생성하여 상기 올리고머 분자들 내 반응성시들과 반응하며, 각 올리고머 분자 내 반응성 말단기들의 중합반응은 화학적으로 교차-결합된 이온겔을 형성항 수 있다. In an exemplary embodiment, the ion gel layer may include a polymer having a characteristic of being gelled by curing with an ionic liquid and ultraviolet rays, but is not limited thereto. This ion gel layer can be applied using a photopatterning process. For example, in a photopatterning process, an ion gel ink including a polymer monomer, an initiator, and an ionic liquid, which is cured and gelled by ultraviolet rays, is added dropwise onto a substrate on which a patterned semiconductor layer is formed, and the patterned mask By placing UV on the ion gel layer and then exposing UV, by the UV exposure, the initiator generates radicals and reacts with reactive times in the oligomer molecules, and polymerization of the reactive end groups in each oligomer molecule It is possible to form chemically cross-linked ion gels.

예시적 구현예에 있어서, 상기 이온겔 형성 방법은, 적어도 3개의 블록을 포함하는 블록 코폴리머를 이온성 액체에 혼합 또는 도포하여 상기 블록 코폴리머가 상기 이온성 액체 내에서 자기조립 중합 네트워크를 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 이온겔은 열가역적인 것일 수 있으며, 이에, 상기 이온겔 형성 방법은, 상기 이온겔의 임계 용액 온도 이상으로 상기 이온겔의 온도를 높여 액체 용액을 형성하는 것을 추가 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the method of forming an ion gel comprises mixing or applying a block copolymer comprising at least three blocks to an ionic liquid such that the block copolymer forms a self-assembled polymerization network in the ionic liquid. It may include, but is not limited to. The ion gel may be thermally reversible, and thus, the ion gel forming method may further include forming a liquid solution by increasing the temperature of the ion gel above a critical solution temperature of the ion gel.

일 구현예에 있어서, 상기 플렉시블 전계효과 트랜지스터의 제조 방법은,In one embodiment, the manufacturing method of the flexible field effect transistor,

기재 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 형성하고;Forming a source electrode, a drain electrode and a gate electrode on the substrate;

상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 상에 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층을 형성하고;Forming a semiconductor layer including carbon nanostructures on the source electrode and the drain electrode;

상기 게이트 전극과 상기 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층 사이에 절연체층을 형성하기 위해, 상기 게이트 전극과 상기 탄소 나노구조체 를 포함하는 반도체층 상에 이온겔층을 형성하는 것:Forming an ion gel layer on the semiconductor layer comprising the gate electrode and the carbon nanostructures to form an insulator layer between the gate electrode and the semiconductor layer comprising the carbon nanostructures:

을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.It may be to include, but is not limited thereto.

다른 구현예에 있어서, 상기 플렉시블 전계효과 트랜지스터의 제조 방법은,In another embodiment, the method of manufacturing the flexible field effect transistor,

기재 상에 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층을 형성하고;Forming a semiconductor layer comprising carbon nanostructures on the substrate;

상기 반도체층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고;Forming a source electrode and a drain electrode on the semiconductor layer;

절연체층을 형성하기 위해, 상기 반도체층, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 상에 이온겔층을 형성하고;Forming an ion gel layer on the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode to form an insulator layer;

상기 이온겔층 상에 게이트 전극을 형성하는 것:Forming a gate electrode on the ion gel layer:

을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.It may be to include, but is not limited thereto.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 플렉시블 전계효과 트랜지스터의 제조 방법은,In another embodiment, the method of manufacturing the flexible field effect transistor,

기재 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고;Forming a source electrode and a drain electrode on the substrate;

상기 기재, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 상에 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층을 형성하고;Forming a semiconductor layer including carbon nanostructures on the substrate, the source electrode and the drain electrode;

상기 절연층 형성을 위해, 상기 반도체층, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 상에 이온겔층을 형성하고;Forming an ion gel layer on the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode to form the insulating layer;

상기 이온겔층 상에 게이트 전극을 형성하는 것:Forming a gate electrode on the ion gel layer:

을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.It may be to include, but is not limited thereto.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 플렉시블 전계효과 트랜지스터의 제조 방법은,In another embodiment, the method of manufacturing the flexible field effect transistor,

기재에 게이트 전극을 형성하고;Forming a gate electrode on the substrate;

절연체층을 형성하기 위해 상기 기재 및 상기 게이트 전극 상에 이온겔 층을 형성하고;Forming an ion gel layer on the substrate and the gate electrode to form an insulator layer;

이온겔층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고;Forming a source electrode and a drain electrode on the ion gel layer;

상기 이온겔층, 상기 소스 전극 및 상기 게이트 전극 상에 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층을 형성하는 것:Forming a semiconductor layer including carbon nanostructures on the ion gel layer, the source electrode and the gate electrode:

을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.It may be to include, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 탄소 나노구조체는 그래핀(graphene), 탄소나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 나노와이어, 탄소 나노리본, 탄소 나노콘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the carbon nanostructures include those selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanowires, carbon nanoribbons, carbon nanocones, and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 탄소 나노구조체는 탄소 나노구조체는 그래핀을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예시적 구현예에 있어서, 상기 그래핀은 금속촉매층 상에서 화학기상증착방법에 의하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속촉매층은 박막 또는 후막일 수 있으며, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, Fe, 황동(brass), 청동(bronze), 스테인레스 스틸(stainless steel), Ge 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 또는 그의 합금을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.
In an exemplary embodiment, the carbon nanostructures may include, but are not limited to, carbon nanostructures. In an exemplary embodiment, the graphene may be formed by a chemical vapor deposition method on the metal catalyst layer, but is not limited thereto. For example, the metal catalyst layer may be a thin film or a thick film, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr , Fe, brass (bronze), bronze (bronze), stainless steel (stainless steel), may include one or more metals or alloys thereof selected from the group consisting of, and combinations thereof, but is not limited thereto.

*예시적 구현예에 있어서, 상기 이온겔층은 이온성 액체 및 적어도 3 블록 코폴리머를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 적어도 3블록 코폴리머는 폴리(스티렌-블록-에티렌옥사이드-블록-스티렌)[poly(styrene-block-ethylene oxide-block-styrene)]을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 적어도 3블록 코폴리머는 폴리(N-이소프로필아크릴아미드-블록-에틸렌옥사이드-블록-N-이소프로필아크릴아미드)[poly(N-isopropyl acrylamide-block-ethylene oxide-block-N-isopropyl acrylamide)]를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the ion gel layer may include an ionic liquid and at least three block copolymers, but is not limited thereto. For example, the at least three block copolymer may include poly (styrene-block-ethylene oxide-block-styrene), but is not limited thereto. It is not. For example, the at least triblock copolymer is poly (N-isopropylacrylamide-block-ethyleneoxide-block-N-isopropylacrylamide) [poly (N-isopropyl acrylamide-block-ethylene oxide-block-N -isopropyl acrylamide)], but is not limited thereto.

일 구현예에 있어서, 상기 이온성 액체는 [BMIM][PF6], [EMIM][TFSI], [EMIM][OctSO4] 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.In one embodiment, the ionic liquid may be selected from the group consisting of [BMIM] [PF 6 ], [EMIM] [TFSI], [EMIM] [OctSO 4 ], and combinations thereof, but is not limited thereto. It doesn't happen.

본원의 제 3 측면은, 상기 제조 방법으로 제조된 플렉시블 전계효과 트랜지스터를 포함하는 집적회로를 제공할 수 있다.According to a third aspect of the present disclosure, an integrated circuit including a flexible field effect transistor manufactured by the manufacturing method may be provided.

예시적 구현예에 있어서, 상기 집적회로는 발광 다이오드(light emitting diode)를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the integrated circuit may further include a light emitting diode, but is not limited thereto.

본원에 의하여, 게이트 절연체로서 이온겔을 이용하여 플라스틱 기재 상에 저전압 작동 그래핀 FET 어레이를 제조할 수 있다. 상기 이온겔은 상온 이온성 액체와 겔화 3블록 코폴리머 (gelating triblock copolymer)를 포함하여 형성되며, 이러한 그래핀 FETs에서 이온겔 게이트 절연체의 고용량(높은 정전용량)은 높은 온커런트(on-current) 및 저전압 작동 모두를 가능하게 한다. 게다가, 플라스틱 기재 상에서 제조된 이온겔 게이트를 가지는 그래핀 FETs는 매우 좋은 기계적 유연성을 나타낸다. The present application allows fabrication of low voltage actuated graphene FET arrays on plastic substrates using ion gels as gate insulators. The ion gel is formed of a room temperature ionic liquid and a gelling triblock copolymer, and the high capacity (high capacitance) of the ion gel gate insulator in these graphene FETs is high on-current. And low voltage operation. In addition, graphene FETs with iongel gates fabricated on plastic substrates exhibit very good mechanical flexibility.

도 1는 본원의 일 구현예에 따른 폴리머 겔을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이고,
도 2은 본원의 일 구현예에 따른 열가역적 이온겔을 처리하는 예시적 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 TFT의 단면도이고,
도 4는 도 3의 TFT 제조하는 방법을 만드는 방법을 나타내는 순서도이고,
도 5는 본원의 다른 구현예에 따른 TFT를 나타내는 단면도이고,
도 6은 도 5의 TFT를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본원의 또 다른 구현예에 따른 TFT를 나타내는 단면도이고,
도 8는 도 7의 TFT를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이고,
도 9은 본원의 또 다른 구현예에 따른 TFT를 나타내는 단면도이고,
도 10은 도 9의 TFT를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이고,
도 11a는 본원의 일 실시예에 따른 단단한 기재 상에서 제조된 전계효과 트랜지스터의 전류-전압 전이 특성을 나타내는 그래프이고,
도 11b는 본원의 일 실시예에 따른 단단한 기재 상에 제조된 전계효과 트랜지스터의 다섯 가지 상이한 게이트 전압에서 디바이스의 출력 특성을 나타내는 그래프이고,
도 11c는 본원의 일 실시예에 따른 단단한 기재 상에 제조된 전계효과 트랜지스터의 다섯 가지 상이한 드레인 전압에서 디바이스의 전이 특성을 나타내는 그래프이고,
도 11d는 본원의 일 실시예에 따른 이온겔 게이트 디바이스의 출력 특성을 나타내는 그래프이고,
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 이온겔 게이트 트랜지스터를 제조하는 과정을 나타내는 도면이고,
도 13a는 본원의 일 실시예에 따른 플라스틱 기재 상에 디바이스의 배열 이미지이고,
도 13b는 본원의 일 실시예에 따른 플라스틱 기재 상에 FET의 전이 및 출력 특성을 나타내는 그래프이고,
도 13c는 본원의 일 실시예에 따른 FET의 홀 및 전자 이동도의 분포를 나타내는 그래프이고,
도 13d는 본원의 일 실시예에 따른 FETs의 벤딩-유도된 벤딩 반경의 함수로서 정규화된 효과적인 캐리어 이동도(μ/μ0)를 나타내는 그래프이고,
도 14는 본원의 다른 실시예에 따른 FET 제조 과정을 나타내는 도면이고,
도 15a는 본원의 다른 실시예에 따른 포토 패터닝 공정에 의해 제조된 투명한 그래핀 FET 어레이의 사진이고,
도 15b는 본원의 다른 실시예에 따른 적층된 필름의 광 투명성을 나타내는 NIR 스펙트럼이고,
도 15c는 본원의 다른 실시예에 따른 투명한 그래핀 FETs의 드레인전류(ID)-드레인 전압(VD) 특성 그래프이고,
도 15d는 본원의 다른 실시예에 따른 게이트 전압(VG)의 함수로서 다양한 VD에서 ID를 나타낸 그래프이고,
도 15e는 본원의 다른 실시예에 따른 다양한 배치(batch)에서 프린팅된 그래핀 FET 50의 홀 및 전자 이동도의 분포를 나타낸 그래프이고,
도 16a는 본원의 다른 실시예에 따른 에어로졸 젯 프린팅 공정에 의해 제조된 투명한 그래핀 FET 어레이의 사진이고,
도 16b는 본원의 다른 실시예에 따른 세 가지 상이한 드레인 전압에서 전하 밀도-전도도 특성을 나타내는 그래프이고,
도 16c는 본원의 다른 실시예에 따른 굽혀지지 않은 상태(μ/μ0)에서 정상화된 효과 홀/전자 이동도의 변화를 나타내는 그래프이고,
도 16d는 본원의 다른 실시예에 따른 디바이스에서 인장 응력 0 % 및 2 % 사이에서 변경하도록 야기된 수백 벤딩 싸이클 후에 μ/μ0 변화를 나타내는 그래프이고,
도 17a는 본원의 다른 실시예에 따른 플라스틱 상에 모두 프린팅된 그래핀 FET 어레이를 나타내는 사진이고,
도 17b는 본원의 다른 실시예에 따른 플라스틱 상에 모두 프린팅된 그래핀 FET 어레이의 전하 밀도에 따른 전도도를 나타내는 그래프이다.
1 is a flow chart illustrating a method of preparing a polymer gel according to an embodiment of the present application,
2 is a flow chart illustrating an exemplary method of treating a thermoreversible ion gel in accordance with an embodiment of the present disclosure.
3 is a cross-sectional view of a TFT according to an embodiment of the present application;
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the TFT manufacturing method of FIG. 3;
5 is a cross-sectional view illustrating a TFT according to another embodiment of the present application;
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the TFT of FIG. 5.
7 is a cross-sectional view illustrating a TFT according to another embodiment of the present application;
8 is a flowchart showing a method of manufacturing the TFT of FIG.
9 is a cross-sectional view illustrating a TFT according to another embodiment of the present application;
10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the TFT of FIG. 9,
11A is a graph showing current-voltage transition characteristics of a field effect transistor manufactured on a rigid substrate according to an embodiment of the present disclosure;
11B is a graph showing the output characteristics of a device at five different gate voltages of a field effect transistor fabricated on a rigid substrate according to one embodiment of the present disclosure;
FIG. 11C is a graph showing the transition characteristics of a device at five different drain voltages of a field effect transistor fabricated on a rigid substrate in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG.
11D is a graph showing output characteristics of an ion gel gate device according to an embodiment of the present application,
12 is a view showing a process of manufacturing an ion gel gate transistor according to an embodiment of the present application;
13A is an arrangement image of a device on a plastic substrate, in accordance with an embodiment of the present disclosure;
13B is a graph showing the transition and output characteristics of a FET on a plastic substrate according to one embodiment of the present disclosure,
FIG. 13C is a graph illustrating a distribution of holes and electron mobility of the FET according to an embodiment of the present disclosure; FIG.
13D is a graph showing the effective carrier mobility (μ / μ 0 ) normalized as a function of bending-induced bending radius of FETs according to one embodiment of the present disclosure,
14 is a view showing a FET manufacturing process according to another embodiment of the present application,
15A is a photograph of a transparent graphene FET array manufactured by a photo patterning process according to another embodiment of the present disclosure.
15B is an NIR spectrum showing light transparency of a laminated film according to another embodiment of the present application,
15C is a graph illustrating drain current (I D ) -drain voltage (V D ) of transparent graphene FETs according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
15D is a graph showing I D at various V D as a function of gate voltage V G according to another embodiment of the present disclosure,
15E is a graph showing the distribution of holes and electron mobility of graphene FET 50 printed in various batches according to another embodiment of the present disclosure,
16A is a photograph of a transparent graphene FET array manufactured by an aerosol jet printing process according to another embodiment of the present disclosure.
16B is a graph showing charge density-conductivity characteristics at three different drain voltages according to another embodiment of the present disclosure;
16C is a graph showing the change in normalized effect hole / electron mobility in an unbent state (μ / μ 0 ) according to another embodiment of the present disclosure,
16D is a graph showing μ / μ 0 change after hundreds of bending cycles caused to vary between 0% and 2% of tensile stress in a device according to another embodiment of the present disclosure;
17A is a photograph showing a graphene FET array all printed on plastic according to another embodiment of the present application.
17B is a graph showing conductivity versus charge density of graphene FET arrays all printed on plastic according to another embodiment of the present disclosure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments and examples of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재와 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Throughout this specification, when a member is located "on" with another member, this includes not only when a member is in contact with another member, but also when there is another member between the two members. In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이온겔은 규정된 온도 범위에서 이온성 액체에서 거의 녹지 않는 화학적으로 유사한 두 개의 A 블록(총괄하여 "코폴리머 체인")을 포함하는 3블록 공중합체(총괄하여 "B 블록")를 포함할 수 있다. 상기 코폴리머 체인은 또한 이온성 액체와 혼화가능한 이온성 액체에서 용해될 수 있는 B 블록(총괄하여 "B 블록"을 포함할 수 있다. 임계 겔화 농도 (즉, 삼투성 네트워크 형태가 형성되는 코폴리머의 농도) 초과의 3블록 코폴리머의 양이 상기 이온성 액체에 첨가될 때, 본질적으로 녹지 않는 A 블록에 의해 형성되고 혼화가능한 B 블록에 의해 연결된(bridged) 마이셀(micelles)(총괄하여 "마이셀")을 포함하는 폴리머 네트워크가 상기 이온성 액체 중에 형성되어, 3블록 공중합체와 이온성 액체를 포함하는 이온겔을 형성한다. In one embodiment of the invention, the ion gel is a triblock copolymer comprising two chemically similar A blocks (collectively " copolymer chains ") that are almost insoluble in ionic liquids in a defined temperature range (collectively "B blocks"). The copolymer chain may also comprise a B block (collectively “B block”) that can be dissolved in an ionic liquid miscible with the ionic liquid.The critical gelation concentration (ie, the copolymer from which the osmotic network form is formed When an amount of triblock copolymer greater than 3) is added to the ionic liquid, micelles (collectively referred to as "microcells") formed by insoluble A blocks and bridged by miscible B blocks A polymer network comprising ") is formed in the ionic liquid to form an ion gel comprising a triblock copolymer and an ionic liquid.

상기 코폴리머 체인의 상기 이온성 액체, A 블록 및 B 블록 사이의 상호작용은 상기 이온성 액체 및 블록 코폴리머를 선택할 때 고려될 수 있다. 상기 이온성 액체는 우선적으로 B 블록을 용해하고, A 블록은 용해하지 않는다. 이러한 형상이 발생할 때, 상기 A 블록 비-공유적으로 연결되어 마이셀을 형성한다. 상기 B 블록의 적어도 일부는 마이셀들 사이를 연결하여, 상이한 마이셀에서 같은 코폴리머 체인의 A 블록을 연결한다. 상기 B 블록에 의한 개별 마이셀의 연결은 겔에 기계적 강도를 부여하고, 더 많은 B 블록이 상기 마이셀들 사이의 간격을 연결할수록, 상기 겔의 기계적 강도는 더 커진다.Interactions between the ionic liquids, A blocks and B blocks of the copolymer chain can be considered when selecting the ionic liquids and block copolymers. The ionic liquid preferentially dissolves B blocks, but does not dissolve A blocks. When this shape occurs, the A blocks are non-covalently linked to form micelles. At least a portion of the B block connects between micelles, connecting A blocks of the same copolymer chain in different micelles. The connection of individual micelles by the B blocks imparts mechanical strength to the gel, and the more B blocks bridge the gap between the micelles, the greater the mechanical strength of the gel.

그러나, 일부 코폴리머 체인은 같은 마이셀 내에 위치한 A 블록을 가지고 있을 수 있다. 그리고 나성, 이러한 코폴리머 체인의 상기 B 블록은, 마이셀의 주변에 위치하지만, 두 마이셀(108)사이를 연결하지 않는다. 그러므로, 상기 두 A 블록이 같은 마이셀에 위치할 때, 코폴리머 체인이 이온겔의 강도에 별로 기여하지 않는다. However, some copolymer chains may have A blocks located within the same micelle. And the B block of this copolymer chain is located around the micelle, but does not connect between the two micelles 108. Therefore, when the two A blocks are located in the same micelle, the copolymer chain does not contribute much to the strength of the ion gel.

더욱이, 상기에 간략하게 언급된 것처럼, 상기 B 블록은 본질적으로 이온성 액체에서 잘 용해된다. 주어진 이온성 액체에서 상기 B 블록의 용해도는 상기 B 블록의 구성 단량체의 선택에 의해 맞춤화될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 B 블록은 상기 이온성 액체가 상기 B 블록과 충분히 혼화되지 않는 경우 발생할 수 있는, 상기 이온성 액체에서 어떤 결정성 도메인(domain)을 형성하지 않는다는 것이 바람직하다. 결정성 B 블록 도메인은, 상기 B 블록의 부분 역학을 감소시킬 수 있으며, 이는 이온겔에서 상기 이온성 액체의 이동도를 차례로 감소시킬 수 있다. 이온겔에서 상기 이온성 액체의 이동도를 감소시키는 것은 이온겔의 이온 전도도를 바람직하지 않게 감소시킬 수 있다. 그러므로, 상기 B 블록이 이온성 액체와 혼화 가능하여, 결정성 B 블럭 도메인이 형성되지 않는 것이 바람직하다.Moreover, as briefly mentioned above, the B blocks are inherently well soluble in ionic liquids. The solubility of the B block in a given ionic liquid can be customized by the selection of the constituent monomers of the B block. More specifically, it is preferable that the B block does not form any crystalline domains in the ionic liquid, which may occur if the ionic liquid is not sufficiently mixed with the B block. The crystalline B block domain can reduce the partial dynamics of the B block, which in turn can reduce the mobility of the ionic liquid in the ion gel. Reducing the mobility of the ionic liquid in the ion gel may undesirably reduce the ionic conductivity of the ion gel. Therefore, it is preferable that the B block is miscible with the ionic liquid so that no crystalline B block domain is formed.

일 구현예에 있어서, 상기 B 블록은 낮은 유리 전이 온도(Tg)를 가지는 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 겔의 사용 온도 미만의 Tg가 바람직하며, 상기 B 블록이 사용 온도에서 거의 고무질이거나 점성 액체이다. 일 구현예에서, 상기 B 블록은 약 220 K(약 -53℃)의 Tg를 가진다. 낮은 Tg는 빠른 분절 역학을 나타내며, 이는 상기 이온성 액체에서 이온의 이동도에 영향을 미칠 것이다.In one embodiment, the B block may comprise a polymer having a low glass transition temperature (T g ). For example, T g below the service temperature of the gel is preferred, and the B block is almost rubbery or viscous liquid at the service temperature. In one embodiment, the B block has a T g of about 220 K (about -53 ° C.). Low T g indicates fast segment kinetics, which will affect the mobility of ions in the ionic liquid.

상기 이온겔의 특성은 상기 B 블록의 분자량을 선택함으로써 특정 응용을 위해 더 맞춤화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 B 블록은 상기 A 블록에 의해 형성된 상기 마이셀들 사이의 연결을 형성한다. 그러므로, 더 높은 분자량(더 긴)의 B 블록이 자기조립된 A 블록에 의해 형성된 마이셀들 사이에서 증가된 평균 거리로 유도할 수 있다. 상기 마이셀들 사이에서 거리 측정의 하나는 상기 겔의 메쉬 크기이다. 상기 메쉬 크기가 더 클수록, 인접한 마이셀들 사이의 평균 거리가 더 크다. 따라서, 더 긴 B 블록이 더 큰 메쉬 크기를 가진 겔을 유도하고, 더 짧은 B 블록이 더 작은 메쉬 크기를 가진 겔을 유도한다.The properties of the ion gel can be further customized for a particular application by selecting the molecular weight of the B block. As described above, the B block forms a connection between the micelles formed by the A block. Therefore, higher molecular weight (longer) B blocks can lead to increased average distances between micelles formed by self-assembled A blocks. One distance measurement between the micelles is the mesh size of the gel. The larger the mesh size, the larger the average distance between adjacent micelles. Thus, longer B blocks lead to gels with larger mesh sizes, and shorter B blocks lead to gels with smaller mesh sizes.

상기 B 블록의 바람직한 분자량은 약 10,000 g/mol 내지 약 100,000 g/mol, 더욱 바람직하게는 약 20,000 g/mol 내지 약 50,000 g/mol 범위이다. 일부 구현예들에서, 더 큰 B 블록은 겔화를 야기하는 상기 이온겔에서 요구된 공중합체의 더 작은 중량 백분율(wt%)을 유도한다.Preferred molecular weights of the B blocks range from about 10,000 g / mol to about 100,000 g / mol, more preferably from about 20,000 g / mol to about 50,000 g / mol. In some embodiments, larger B blocks lead to a smaller weight percentage (wt%) of the copolymer required in the ion gel causing gelation.

또한, 상기 B 블록은 상기 이온성 액체에서 용해되는 구성 단량체를 또한, 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 이것은, 예를 들어, 카르보닐기, 에테르기, 아민기 등을 포함하는, 영구적 극성 기능기 또는 분극화 될 수 있는 작용기를 가지는 B 블록을 의미한다. 일부 바람직한 B 블록은 폴리(메틸메타크릴리에트), 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리(에틸아크릴레이트) 등을 포함할 수 있다.In addition, the B block may also include a constituent monomer dissolved in the ionic liquid. In some cases, this means B blocks with permanent polar functional groups or functional groups that can be polarized, including, for example, carbonyl groups, ether groups, amine groups, and the like. Some preferred B blocks may include poly (methylmethacrylate), poly (ethyleneoxide), poly (ethylacrylate), and the like.

한편, 상기 A 블록이 상기 이온성 액체에서 본질적으로 용해되지 않는 것으로서 선택할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 상기 A 블록은 이온겔에 의해 경험된 모든 온도 (예를 들어, 공정 온도, 사용 온도, 저장 온도, 등)에서 이온성 액체 중에 본질적으로 녹지 않는 것을 선택한다. 다른 구현예에서, 블록 코폴리머/이온성 액체 계의 상부 임계 용액 온도(Upper Critical Solution Temperature, UCST) 미만의 일정 온도에서 이온성 액체 중에 용해되지 않는 것과, 블록 코폴리머/이온성 액체 계의 UCST 초과의 이온성 액체에서 용해되는 A 블록이 선택된다. 상기 UCST는 블록 코폴리머와 이온성 액체의 혼합물이 마이셀 현탁액에서 분자성 용액으로 변화하는 온도이다. 이러한 방식으로, 열가역적 이온겔이 제조될 수 있다.On the other hand, the A block may be selected as essentially insoluble in the ionic liquid. In one embodiment, the A block selects one that is essentially insoluble in the ionic liquid at all temperatures experienced by the ion gel (eg, process temperature, use temperature, storage temperature, etc.). In another embodiment, do not dissolve in the ionic liquid at a temperature below the Upper Critical Solution Temperature (UCST) of the block copolymer / ionic liquid system and UCST of the block copolymer / ionic liquid system A block is selected that dissolves in more ionic liquid. The UCST is the temperature at which a mixture of block copolymer and ionic liquid changes from a micelle suspension to a molecular solution. In this way, a thermoreversible ion gel can be prepared.

열가역적 겔은 많은 경우에서 바람직할 수 있다. 예를 들어, 열가역성은 이온겔이 높은 온도에서 점성 용액으로서 처리된 후, 더 낮은 사용 온도로 냉각되어, 상기 이온겔이 형성되도록 할 수 있다. 이것은 열가역적 겔이, 예를 들어, 스크린 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅, 그라비어 프린팅, 에어로졸 젯 프린팅, 잉크젯 프린팅 등과 같은 프린팅 응용; 코팅 응용 등을 포함하는 공정들에서 광범위하게 사용되도록 허용할 수 있다.Thermoreversible gels may be desirable in many cases. For example, thermoreversibility can be treated as a viscous solution at a high temperature and then cooled to a lower use temperature to allow the ion gel to form. This means that thermoreversible gels can be used in printing applications such as, for example, screen printing, flexographic printing, gravure printing, aerosol jet printing, inkjet printing, and the like; It may be allowed to be used extensively in processes including coating applications and the like.

열가역성은 상기 A 블록의 구성 단량체의 선택, 상기 A 블록의 분자량, 그리고 이온성 액체의 선택, 등을 통하여 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 상기 A 블록은 이온성 액체와 더 혼화가능할수록, UCST는 더 낮을 것이다. 반대로, 덜 혼화가능한 상기 A 블록은 블록 코폴리머/이온성 액체 계의 UCST를 증가시킬 것이다. 또 다른 예로서, 상기 A 블록의 분자량(그리고 길이)이 증가함에 따라, UCST는 또한 증가할 것으로 예상한다. Thermoreversibility can be customized through the selection of the constituent monomers of the A block, the molecular weight of the A block, and the selection of the ionic liquid. For example, the more miscible the A block is with the ionic liquid, the lower the UCST will be. In contrast, the less miscible A block will increase the UCST of the block copolymer / ionic liquid system. As another example, as the molecular weight (and length) of the A block increases, UCST is also expected to increase.

각 A 블록의 바람직한 분자량 범위는 약 2,000 g/mol 내지 약 20,000 g/mol, 더욱 바람직하게는 약 5,000 g/mol 내지 약 10,000 g/mol 을 포함한다. Preferred molecular weight ranges for each A block include about 2,000 g / mol to about 20,000 g / mol, more preferably about 5,000 g / mol to about 10,000 g / mol.

이온겔이 열가역적인지 아닌지에 상관없이, 이온겔이 사용 온도에서 겔인 것이 일반적으로 바람직하다. 간략하게 상기에 기술된 것처럼, 겔의 형성은 임계 겔화 농도를 넘는 코폴리머의 농도를 요구한다. 3블록 코폴리머의 자기조립에 의해 형성된 본원의 이온겔은 상기 이온성 액체에서 분지된 호모폴리머로 단량체의 in situ 중합반응에 의해 형성된 겔 보다 더 낮은 임계 겔화 농도를 가질 수 있다. 예를 들어, in situ 중합반응에 의해 형성된 겔은 일반적으로, 약 10 wt% 에서 약 30 wt%의 겔 형성을 위한 폴리머를 요구한다. 대조적으로, 본원에서의 겔은 10 wt% 미만의 3블록 코폴리머, 일반적으로 약 4 wt% 내지 약 5 wt% 3블록 코폴리머에서 자기조립된 겔을 형성한다. 상기 이온겔에서 코폴리머의 더 낮은 농도는 벌크 이온성 액체의 이온성 전도도에 더 가까운 이온겔의 이온성 전도도의 결과를 가져온다. 그러므로, 상기 이온겔에서 코폴리머의 더 낮은 농도는, in situ 중합반응에 의해 형성된 같은 이온성 액체를 포함하는 이온겔과 비교할 때, 상승된 이온성 전도도를 가능하게 할 수 있다. Regardless of whether the ion gel is thermoreversible, it is generally preferred that the ion gel is a gel at the temperature of use. As briefly described above, the formation of a gel requires a concentration of copolymer above the critical gelation concentration. Ion gels of the present application formed by self-assembly of triblock copolymers may have lower critical gelation concentrations than gels formed by in situ polymerization of monomers with homopolymers branched from the ionic liquid. For example, gels formed by in situ polymerization generally require a polymer for gel formation from about 10 wt% to about 30 wt%. In contrast, the gels herein form self-assembled gels at less than 10 wt% triblock copolymer, generally from about 4 wt% to about 5 wt% triblock copolymer. Lower concentrations of the copolymer in the ion gel result in ionic conductivity of the ion gel that is closer to the ionic conductivity of the bulk ionic liquid. Therefore, lower concentrations of the copolymer in the ion gel may enable elevated ionic conductivity when compared to ion gels containing the same ionic liquid formed by in situ polymerization.

상기 A 블록은 임의의 상대적으로 비극성 폴리머를 포함할 수 있다. 바람직한 A 블록은 폴리스티렌(PS), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리이소부틸렌 및 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드)(PNIPAm)를 포함할 수 있다. The A block may comprise any relatively nonpolar polymer. Preferred A blocks may comprise polystyrene (PS), polybutadiene, polyisoprene, polyethylene, polydimethylsiloxane, polyisobutylene and poly (N-isopropyl acrylamide) (PNIPAm).

바람직한 블록 코폴리머는 비열가역 이온겔에서 폴리(스티렌-블록-에틸렌옥사이드-블록-스티렌)(S-O-S), 및 폴리(N-이소프로필아크릴아미드-블록-에틸렌옥사이드-블록-N-이소프로필 아크릴아미드)(PNIPAm-PEO-PNIPAm)를 포함할 수 있다. Preferred block copolymers are poly (styrene-block-ethyleneoxide-block-styrene) (SOS), and poly (N-isopropylacrylamide-block-ethyleneoxide-block-N-isopropyl acrylamide in non-thermo-reversible ion gels. ) (PNIPAm-PEO-PNIPAm).

상기 3블록 공중합체의 바람직한 분자량은 약 10,000 g/mol보다 더 크고, 더 바람직하게는 약 14,000 g/mol 내지 약 140,000 g/mol, 그리고 더욱 바람직하게는 약 30,000 g/mol 내지 약 70,000 g/mol 일 수 있다. 이온겔은 당업계에 공지된 임의의 이온성 액체를 포함할 수 있다. 이온성 액체는 바람직한 이온 전도도, 정전용량, 전기적 파괴 (즉, 이온성 액체가 전기적으로 안정한 범위 초과하에 양(positive) 및 음(negative) 사이에 인가된 바이어스 사이에서 윈도우)에 대한 저항 및 블록 코폴리머계와의 혼화성 중에 적어도 하나를 제공하는 것으로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 이온 전도도를 가진 이온성 액체를 선택하는 것은 인가된 전기장에 대하여 겔의 분극 반응 시간을 감소시킬 수 있다. 더 높은 이온 전도도를 가진 이온성 액체를 선택하는 것은 또한, 더 낮은 이온 전도도를 가진 같은 두께의 이온성 액체와 비교하여 상대적으로 주어진 두께의 이온겔의 정전용량을 증가시킬 수 있다. The preferred molecular weight of the triblock copolymer is greater than about 10,000 g / mol, more preferably from about 14,000 g / mol to about 140,000 g / mol, and more preferably from about 30,000 g / mol to about 70,000 g / mol Can be. The ion gel may comprise any ionic liquid known in the art. Ionic liquids have a desirable resistance to block ionic conductivity, capacitance, and electrical breakdown (i.e., a window between the bias applied between positive and negative above a range in which the ionic liquid is electrically stable). And at least one of miscibility with the polymer system. For example, selecting an ionic liquid with higher ionic conductivity can reduce the polarization reaction time of the gel with respect to the applied electric field. Choosing an ionic liquid with higher ionic conductivity can also increase the capacitance of an ion gel of a given thickness relative to ionic liquids of the same thickness with lower ionic conductivity.

이온 전도도가 두 단위(two orders)보다 크게 변화하는 이온성 액체가 알려져 있으며, 다른 이온성 액체가 더 작거나 더 큰 이온 전도도를 가지는 것으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 n-옥틸술페이트 ([EMIM][OctSO4])의 이온 전도도는 약 0.66 mS/cm이고, 1,3-디메틸이미다졸륨 플루오로하이드로겐네이트의 이온 전도도는 약 110 mS/cm 이다. 그러므로, 이온겔의 이온 전도도는 적절한 이온성 액체의 선택을 통하여 간단하게 넓은 범위의 값들에 걸쳐 맞춤화될 수 있다. Ionic liquids in which the ionic conductivity varies more than two orders are known, and other ionic liquids can be synthesized to have smaller or greater ionic conductivity. For example, the ionic conductivity of 1-ethyl-3-methylimidazolium n-octylsulfate ([EMIM] [OctSO 4 ]) is about 0.66 mS / cm and 1,3-dimethylimidazolium fluorohydro The ionic conductivity of genate is about 110 mS / cm. Therefore, the ion conductivity of the ion gel can be customized over a wide range of values simply through the selection of an appropriate ionic liquid.

당업계에 공지된 임의의 이온성 액체가 특별히 제한없이 본원의 상기 이온겔에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 이온성 액체는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드([EMIM][TFSI]), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오르포스페이트([BMIM][PF6]), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 n-옥틸설페이트([EMIM][OctSO4]) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Any ionic liquid known in the art can be used in the ion gel herein without particular limitation. For example, the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ([EMIM] [TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium hexa Fluorophosphate ([BMIM] [PF 6 ]), 1-ethyl-3-methylimidazolium n-octylsulfate ([EMIM] [OctSO 4 ]), and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

다른 구현예에서, 이온겔은 또한 펜타블록 이상의 공중합체에 의해 형성될 수도 있다. In another embodiment, the ion gel may also be formed by a copolymer of pentablock or more.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 폴리머 겔을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다. 우선, 블록 코폴리머를 합성한다(102). 상기 3블록 코폴리머를 위해, 상기 합성은, 리빙 양이온성 중합(living anionic polymerization), 리빙 음이온성 중합(living cationic polymerization), 제어된 라디칼 중합(controlled radical polymerization), RAFT(가역적 첨가/단편화 전이, Reversible Addition/Fragmentation Transfer), ATRP(원자 전이 라디칼 중합, Atom Transfer Radical Polymerization), NMP(나이트록시드 조정 중합, Nitroxide Mediated Polymerization) 등과 같은, 적절히 제어된 중합 합성 방법을 따른다. 1 is a flow chart illustrating a method of preparing a polymer gel according to an embodiment of the present application. First, a block copolymer is synthesized (102). For the triblock copolymer, the synthesis may include living anionic polymerization, living cationic polymerization, controlled radical polymerization, RAFT (reversible addition / fragmentation transition, Appropriate controlled polymerization synthesis methods are followed, such as Reversible Addition / Fragmentation Transfer), ATRP (Atom Transfer Radical Polymerization), NMP (Nitoxide Mediated Polymerization), and the like.

그리고 나서, 상기 블록 코폴리머는 이온성 액체에 첨가된다(104). 일 구현예에서, 상기 블록 코폴리머는 보조용매(co-solvent)와 함께 상온에서 이온성 액체 중에 첨가된다. 예를 들어, 폴리(스티렌-블록-에틸렌옥사이드-블록-스티렌)은 메틸렌 클로라이드와 함께 [BMIM][PF6]에 첨가될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 블록 코폴리머는 추가적인 용매의 사용 없이 상기 이온성 액체에 직접적으로 첨가할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 코폴리머는 이온 용액을 형성하기 위해 상승된 온도에서 상기 이온성 액체에 첨가될 수 있다. 상기 이온성 액체에 상기 코폴리머 첨가의 방법에 상관없이, 상기 혼합물은 본질적으로 균질 혼합물을 형성하기 위해 충분한 시간 동안 교반될 수 있다(예를 들어, 약 1 내지 약 24 시간).The block copolymer is then added 104 to the ionic liquid. In one embodiment, the block copolymer is added in an ionic liquid at room temperature with a co-solvent. For example, poly (styrene-block-ethyleneoxide-block-styrene) can be added to [BMIM] [PF6] with methylene chloride. In other embodiments, the block copolymer can be added directly to the ionic liquid without the use of additional solvent. In another embodiment, the copolymer can be added to the ionic liquid at elevated temperature to form an ionic solution. Regardless of the method of adding the copolymer to the ionic liquid, the mixture may be stirred for a sufficient time to form an essentially homogeneous mixture (eg, about 1 to about 24 hours).

일단 균질 혼합물이 형성되면, 상기 겔이 형성되도록 방치한다(106). 이것은 상기 블록 코폴리머가 초기에 상기 이온성 액체에서 용액을 형성하는 온도에서 첨가될 때 그 온도를 변화시킴으로써 발생할 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 겔은 간단하게 상기 혼합물의 교반을 끝냄으로써, 또는 상기 보조용매를 증발시킴으로써 형성될 수 있다. Once the homogeneous mixture is formed, the gel is left to form (106). This can occur by changing the temperature of the block copolymer when it is initially added at a temperature that forms a solution in the ionic liquid. In another embodiment, the gel can be formed by simply ending the stirring of the mixture, or by evaporating the cosolvent.

도 2는 열가역적 이온겔을 처리하는 예시적 방법을 나타내는 순서도이다. 우선, 이온겔을 제공한다(202). 그리고 나서, 상기 이온겔은 UCST 초과에서 가열하여 이온성 용액을 형성한다(204). 2 is a flow chart illustrating an exemplary method of treating a thermoreversible ion gel. First, an ion gel is provided (202). The ion gel is then heated above UCST to form an ionic solution (204).

상기 방법의 다른 구현예에서, 상기 이온성 액체는 먼저 UCST 초과로 가열하고, 상기 가열된 이온성 액체에 상기 블록 코폴리머를 첨가한다. 이러한 구현예에서, 상기 이온성 액체 중 상기 블록 코폴리머 용액이 직접적으로 형성된다.In another embodiment of the method, the ionic liquid is first heated above UCST and the block copolymer is added to the heated ionic liquid. In this embodiment, the block copolymer solution in the ionic liquid is formed directly.

이어서, 상기 액체 용액은, 에어로졸 젯 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스크린 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅, 프린팅의 다른 방법, 코팅 방법 등과 같은, 공정에 의하여 처리될 수 있다(206).The liquid solution may then be processed by a process, such as aerosol jet printing, inkjet printing, gravure printing, screen printing, flexographic printing, other methods of printing, coating methods, and the like (206).

일단 상기 액체 용액에 바람직한 처리를 했으면, 상기 액체 용액은 이온겔을 형성하기 위해 상부 임계 용해 온도 미만으로 냉각시킨다(208).Once the liquid solution has been subjected to the desired treatment, the liquid solution is cooled (208) below the upper critical dissolution temperature to form an ion gel.

본원의 이온겔은, 예를 들어, 전자 공학 산업을 포함하는 많은 산업에서 폭넓은 범위의 응용성을 발견할 수 있다. 전자 공학 산업의 하나의 응용예로서, 트랜지스터에서 전자 절연층으로서 본원의 이온의 겔의 사용은 하기에 더욱 상세히 기술될 것이다. 하기의 설명이 주로 트랜지스터에 관한 것이지만, 본원은 단지 트랜지스터에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본원의 이온겔은 또한 커패시터와 같은, 다른 전자 부품에서의 사용을 발견할 수 있다. 예를 들어, 이온겔 전자 절연체를 포함한 트랜지스터 및 커패시터를 포함하는 집적 회로는 어떠한 종래 디바이스와 비교하여 향상된 성능을 제공할 수 있고, 또한 제조 또는 공정의 장점을 제공할 수 있다. The ion gels of the present disclosure can find a wide range of applications in many industries, including, for example, the electronics industry. As one application of the electronics industry, the use of a gel of ions herein as an electronic insulating layer in transistors will be described in more detail below. Although the following description mainly concerns transistors, the present application is not limited to only transistors. For example, the iongels herein can also find use in other electronic components, such as capacitors. For example, integrated circuits comprising transistors and capacitors, including iongel electronic insulators, can provide improved performance compared to any conventional device, and can also provide manufacturing or process advantages.

전형적인 트랜지스터는 소스 전극과 드레인 전극에 연결된 반도체층을 포함하고, 상기 반도체층 위에 전기 절연층, 및 상기 절연층 위에 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 말단은 상기 소스 및 드레인 전극의 에지와 정렬한다. A typical transistor includes a semiconductor layer connected to a source electrode and a drain electrode, an electrically insulating layer over the semiconductor layer, a gate electrode over the insulating layer, and ends of the gate electrode align with edges of the source and drain electrodes.

트랜지스터에서 사용된 전자 절연층은 고유전 상수를 가지며, 그것은 상기 절연층이 작은 두께에서 높은 정전용량 값을 가지도록 허용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 높은 정전용량은 턴-온(turn-on) 전압 이상의 전압이 게이트 전극으로 인가될 때, 상기 소스 및 드레인 전극 사이에서 반도체층 중에 높은 전류 흐름이 들어오는 것을 허용한다. 이것은 또한, 전자 절연층이 인가된 게이트 전압에 대한 빠른 응답 시간을 가져, 상기 트랜지스터가 바람직하게 짧은 시간 내에, off 상태에서 on 상태, 그리고 on 상태에서 off 상태로 전환할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The electronic insulating layer used in the transistor has a high dielectric constant, which is generally desirable to allow the insulating layer to have a high capacitance value at a small thickness. High capacitance allows high current flow in the semiconductor layer between the source and drain electrodes when a voltage above a turn-on voltage is applied to the gate electrode. It is also desirable for the electronic insulating layer to have a fast response time to the applied gate voltage so that the transistor can be switched from the off state to the on state and from the on state to the off state, preferably within a short time.

상술한 바와 같이, 본원에서의 이온겔은 상대적으로 높은 이온 전도도를 제공하며, 그것은 이온겔의 높은 분극률의 결과가 된다. 하기에 더욱 상세히 기술된 것처럼, 상기 높은 분극률은 이온겔이 트랜지스터에서 절연체층으로서 사용될 때 높은 정전용량으로 이어진다. 이온겔의 높은 이온 전도도는 또한 인가된 게이트 전압에 대한 상대적으로 빠른 반응 시간으로 이어질 수 있다. As mentioned above, the ion gel herein provides a relatively high ionic conductivity, which results in high polarization of the ion gel. As described in more detail below, the high polarization rate leads to high capacitance when the ion gel is used as an insulator layer in the transistor. The high ion conductivity of the ion gel can also lead to a relatively fast reaction time for the applied gate voltage.

도 3은 본원의 일 구현예에 따른 TFT(thin film transistor)의 단면도이고, 도 4는 도 3의 TFT를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, TFT(300)는 기재(302)과 상기 기재(302) 상에 증착된 탄소 나노구조체 반도체층(304)을 포함한다. 상기 TFT(300)는 또한 상기 반도체층(304)에 부착된 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)을 포함한다. 상기 소스 전극(306) 및 상기 드레인 전극(308)은 공통 전압 소스(VSD)(314)의 정반대 터미널에 연결된다. 상기 반도체층(304), 상기 소스 전극(306) 및 상기 드레인 전극(308)은 이온겔층(310)에 의해 부분적으로 또는 완전히 커버된다. 최종적으로, 제 2 전압 원(316)에 연결된 게이트 전극(312)은 상기 이온겔층(310) 상에 위치한다.3 is a cross-sectional view of a thin film transistor (TFT) according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the TFT of FIG. 3. 3 and 4, the TFT 300 includes a substrate 302 and a carbon nanostructure semiconductor layer 304 deposited on the substrate 302. The TFT 300 also includes a source electrode 306 and a drain electrode 308 attached to the semiconductor layer 304. The source electrode 306 and the drain electrode 308 are connected to opposite terminals of the common voltage source (V SD ) 314. The semiconductor layer 304, the source electrode 306 and the drain electrode 308 are partially or completely covered by the ion gel layer 310. Finally, the gate electrode 312 connected to the second voltage source 316 is located on the ion gel layer 310.

상기 소스 전극(306)과 상기 드레인 전극(308) 및 상기 게이트 전극(312)은 금, 은, 구리, 전도성 합금, 전도성 고분자 등을 포함하는, 임의의 적절한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 게이트 전극(312)은 상기 이온겔층(310) 위에 놓여지는 폴리에스테르 필름에 의해 지지될 수 있다.The source electrode 306 and the drain electrode 308 and the gate electrode 312 may comprise any suitable conductive material, including gold, silver, copper, conductive alloys, conductive polymers, and the like. In one embodiment, the gate electrode 312 may be supported by a polyester film placed on the ion gel layer 310.

상기 기재(302)는, 예를 들어, 폴리머, 또는 폴리머의 혼합물, 파이버, 또는 기타 플렉시블 소재를 포함할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 상기 기재(302)는 유연성 투명 기재일 수 있으며, 이러한 유연성 투명 기재는 당업계에 알려진 물질을 당업자가 적의 선택하여 사용할 수 있으며, 그의 비제한 예로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET), 폴리카보네이트 (Polycarbonate PC), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone,PES), 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리비닐, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate PEN) 을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The substrate 302 may include, for example, a polymer, or a mixture of polymers, fibers, or other flexible materials. In one embodiment, the substrate 302 may be a flexible transparent substrate, such a flexible transparent substrate can be used by a person skilled in the art to choose a material known in the art, non-limiting example, polyethylene terephthalate (Polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate PC, polyethersulfone (PES), polyimide, polyacrylate, polyester, polyvinyl, polycarbonate, polyethylene, or polyethylene naphthalate PEN It may be, but is not limited thereto.

본원에서 기술된 트랜지스터가 특히 플렉시블 회로를 플렉시블 기재에 형성하기에 유용할 수 있는, 예를 들어, 잉크젯 프린팅을 포함하는 공정을 통하여 생산에 잘 적용된 것처럼, 플렉시블 기재가 일반적으로 선호된다.  Flexible substrates are generally preferred, as the transistors described herein can be particularly useful for forming flexible circuits on flexible substrates, such as those well adapted to production through processes including, for example, inkjet printing.

상기 반도체층(304)은 탄소 나노구조체를 포함하며, 상기 탄소 나노구조체는 그래핀(graphene), 풀러렌, 탄소나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 나노와이어, 탄소 나노콘 등을 포함할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 나노구조체는 탄소나노튜브를 전사시키거나 성장시켜 사용할 수 있다. 상기 탄소 나노구조체는 탄소나노튜브를 전사시키거나 성장시키는 방법은 당업계에 공지된 방법을 이용하여 당업자가 적의 수행할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 나노구조체는 그래핀을 포함할 수 있으며, 이러한 그래핀은 금속촉매층 상에서 화학기상증착방법에 의하여 형성된 것을 기재 상에 전사시키거나 기재 상에 상기한 방법에 의하여 직접 성장시킨 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속촉매층은 박막 또는 후막일 수 있으며, 상기 금속촉매층은 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, Fe, 황동(brass), 청동(bronze), 스테인레스 스틸(stainless steel), Ge 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 또는 그의 합금을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 상기 화학기상증착방법은 상압 또는 저압에서 수행될 수 있으며, 플라즈마를 이용하여 수행될 수 있으며, 당업계에 공지된 화학기상증착방법을 이용한 그래핀 제조 방법을 모두 이용할 수 있다.The semiconductor layer 304 may include carbon nanostructures, and the carbon nanostructures may include graphene, fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanowires, carbon nanocones, and the like. In one embodiment, the carbon nanostructure may be used to transfer or grow carbon nanotubes. The carbon nanostructure is a method of transferring or growing carbon nanotubes can be appropriately performed by those skilled in the art using methods known in the art. In another embodiment, the carbon nanostructures may include graphene, which graphene is formed by chemical vapor deposition on a metal catalyst layer or transferred onto a substrate or directly by the method described above. It may be grown, but is not limited thereto. For example, the metal catalyst layer may be a thin film or a thick film, the metal catalyst layer is Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Rh, Si, Ta, Ti, W, U , V, Zr, Fe, brass (brass), bronze (bronze), stainless steel (stainless steel), may include one or more metals or alloys thereof selected from the group consisting of, and combinations thereof, but is not limited thereto. It doesn't happen. The chemical vapor deposition method may be carried out at atmospheric pressure or low pressure, may be carried out using a plasma, it can be used for all the graphene manufacturing method using a chemical vapor deposition method known in the art.

이어서, 반도체304)을 식각하여 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 이러한리소그래피와 식각을 이용하여 수행될 수 있다. 한편, 여기서, "원하는 패턴" 이란, 예를 들어, TFT를 구성하는 도전성 패턴의 형태이거나, 또는 칩 온 기재(chip on substrate)에 형성된 칩을 구성하는 도전성 패턴의 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Subsequently, the semiconductor 304 may be etched to form a desired pattern. This can be done using lithography and etching. Here, the "desired pattern" may be, for example, in the form of a conductive pattern constituting a TFT or in the form of a conductive pattern constituting a chip formed on a chip on substrate, but is not limited thereto. It is not.

구체적으로 예를 들어, 우선, 반도체층(304) 상에 포토레지스트 층(photoresist layer)을 형성한 후, 설정된 패턴이 형성되어 있는 마스크를 통해 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 상기 설정된 패턴에 해당하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이 때, 포토레지스트 패턴은 식각하고자 하는 반도체층(304) 부분을 노출하게 된다. 다음, 포토레지스트 패턴을 마스크로서 이용하여 포토레지스트 패턴을 통해 노출된 반도체층(304)을 식각하여 기재(302) 상에 반도체층(304)을 포함하는 원하는 패턴을 형성한다. 이 후, 에싱(ashing) 공정 또는 리프트 오프(lift off) 공정을 이용하여 마스크층으로부터 포토레지스트 패턴을 제거한다. 한편, 필요에 따라 포토레지스트 패턴을 제거하지 않을 수도 있다.Specifically, for example, first, a photoresist layer is formed on the semiconductor layer 304, and then the photoresist layer is exposed and developed through a mask in which the set pattern is formed to correspond to the set pattern. A photoresist pattern is formed. In this case, the photoresist pattern exposes a portion of the semiconductor layer 304 to be etched. Next, using the photoresist pattern as a mask, the semiconductor layer 304 exposed through the photoresist pattern is etched to form a desired pattern including the semiconductor layer 304 on the substrate 302. Thereafter, the photoresist pattern is removed from the mask layer using an ashing process or a lift off process. On the other hand, the photoresist pattern may not be removed if necessary.

상기 이온겔층(310)은 상기에 기술된 어떠한 이온겔을 포함하며, 임의의 유용한 이온겔을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비열가역 이온겔은 S-O-S/[EMIM] [TFSI], S-O-S/[BMIM][PF6] 및 S-O-S/[EMIM][OctSO4]를 포함할 수 있다. 상기 이온겔층(310)은 또한 예를 들어, PNIPAm-PEO-PNIPAm/[EMIM][TFSI], PNIPAm-PS-PEO-PS-PNIPAm/[EMIM][TFSI] 또는 그 외의 열가역적 이온겔을 포함할 수 있다.The ion gel layer 310 includes any ion gel described above and may include any useful ion gel. For example, the non-thermally reversible ion gel may comprise SOS / [EMIM] [TFSI], SOS / [BMIM] [PF 6 ] and SOS / [EMIM] [OctSO 4 ]. The ion gel layer 310 also includes, for example, PNIPAm-PEO-PNIPAm / [EMIM] [TFSI], PNIPAm-PS-PEO-PS-PNIPAm / [EMIM] [TFSI] or other thermoreversible ion gels. can do.

도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(312)에 대한 전압인가는 이온겔층(310)에서 전기장을 유도한다. 일 구현예에서, 음(negative)으로 인가된 전압은, 게이트 전극으로 끌어 당겨지는 양이온과 게이트 전극으로부터 반발된 이온성 액체 중 음이온으로상기 이온겔층(310)을 분극화하는 것을 야기하는 전기장을 유도한다. 상기 이온겔층(310)의 분극은 종래 유전성 절연체 층의 정전 효과와 유사한, 반도체층(304)과 이온겔층(310)의 인터페이스 근처에 음의 캐리어의 전하 충진(build-up)을 유도한다.As shown in FIG. 3, voltage application to the gate electrode 312 induces an electric field in the ion gel layer 310. In one embodiment, a negatively applied voltage induces an electric field that causes polarization of the ion gel layer 310 with cations attracted to the gate electrode and anions in the ionic liquid repelled from the gate electrode. . Polarization of the ion gel layer 310 induces charge build-up of negative carriers near the interface of the semiconductor layer 304 and the ion gel layer 310, similar to the electrostatic effect of conventional dielectric insulator layers.

반대로, 게이트 전극(312)에 인가된 양의 전압은, 이온겔층(310)과 반도체층(304)의 인터페이스에서의 이온겔층(310) 내 양전하의 축적과, 상기 반도체층(304)의 인접 인터페이스 영역의 음 전하의 축적의 결과를 유도한다.In contrast, the positive voltage applied to the gate electrode 312 causes accumulation of positive charges in the ion gel layer 310 at the interface between the ion gel layer 310 and the semiconductor layer 304, and the adjacent interface of the semiconductor layer 304. Induces the result of the accumulation of negative charge in the region.

이어서, 높은 이온성 전도도는 높은 분극률을 제공하며, 주어진 전압에 대하여 반도체층(304)의 인접 인터페이스 영역에서 많은 양의 전하 축적의 결과가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 본원의 자기조립된 이온겔은 종래의 폴리머 전해질에 비교하여 매우 상승된 이온 전도도를 제공한다. 높은 이온 전도도는 트랜지스터에 대하여 상승된 스위칭 속도를 제공하기 위해 또한 바람직하다. 스위칭 속도는 이온겔층(310)과 반도체층(304)의 인터페이스에서 전하를 축적 및/또는 소멸 시키기 위해 요구되는 시간에 의해 효과적으로 제한된다.High ionic conductivity then provides a high polarization rate and is desirable to result in a large amount of charge accumulation in the adjacent interface region of semiconductor layer 304 for a given voltage. As noted above, the self-assembled ion gels of the present disclosure provide very elevated ionic conductivity compared to conventional polymer electrolytes. High ion conductivity is also desirable to provide elevated switching speeds for transistors. The switching speed is effectively limited by the time required to accumulate and / or dissipate charge at the interface of the ion gel layer 310 and the semiconductor layer 304.

본원에 의해 제조된 이온겔을 포함하는 트랜지스터에 의해 달성된 스위칭 속도는 변화되지만, 일반적으로 폴리머 전해질을 이용하는 트랜지스터보다 현저하게 높다. 예를 들어, S-O-S/[BMIM][PF6] 이온겔을 포함하는 이온겔층(310)을 이용한 트랜지스터는 100 Hz 이상의 스위칭 속도에서 작동할 수 있다. 더 높은 스위칭 속도는, 더 이온 전도성이 있는 다른 이온겔을 사용하여 달성할 수 있다. 스위칭 속도는, 더 큰 이온 전도성 이온성 액체, 블록 코폴리머의 낮은 농도, 더 높은 작동 온도,낮은 Tg를 가져 더 빠른 부분적 역학을 가진 B 블록을 가지는 블록 코폴리머를 이용하는 것과 같은, 이온 전도도를 증가시키는 임의의 방법에 의하여 증가될 수 있다. 상기 스위칭 속도는 또한 채널폭과 길이, 이온겔층(310) 두께 등을 포함하여, 디바이스의 크기에 의존할 수 있다. The switching speeds achieved by transistors comprising ion gels made by the present application vary, but are generally significantly higher than transistors using polymer electrolytes. For example, a transistor using an ion gel layer 310 containing SOS / [BMIM] [PF 6 ] ion gel may operate at a switching speed of 100 Hz or higher. Higher switching speeds can be achieved using other ion gels that are more ionically conductive. The switching speed can be achieved by using ionic conductivity, such as using block copolymers having larger ion conductive ionic liquids, lower concentrations of block copolymers, higher operating temperatures, lower T g and B blocks with faster partial dynamics. Can be increased by any method of increasing. The switching speed may also depend on the size of the device, including channel width and length, ion gel layer 310 thickness, and the like.

반도체층(304)의 인접 인터페이스 영역에서 전하 축적의 양은 반도체층(304)에서 주어진 전류 흐름을 생성시키는 데서 필요한 소스-드레인 전압과 직접적으로 관련된다. 그러므로, 이온겔층(310)의 높은 이온 전도도가 트랜지스터의 작동 전압을 낮추게 하여, 짐작컨대, 본원의 이온겔층(310)을 포함하는 트랜지스터를 이용한 디바이스의 소비 전력을 낮추게 한다. 이것은 종종 제한된 정전용량을 가진 배터리에 의존하는 휴대용 전자 디바이스를 위해 특히 유리할 수 있다.The amount of charge accumulation in the adjacent interface region of semiconductor layer 304 is directly related to the source-drain voltage needed to produce a given current flow in semiconductor layer 304. Therefore, the high ion conductivity of the ion gel layer 310 lowers the operating voltage of the transistor, presumably lowering the power consumption of the device using the transistor comprising the ion gel layer 310 of the present application. This may be particularly advantageous for portable electronic devices that often rely on batteries with limited capacitance.

도 4는 도 3의 TFT 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다. 우선, 기재(302)을 준비한다(402). 상술한 바와 같이, 상기 기재(302)은, 예를 들어, 폴리머, 또는 폴리머의 혼합물, 파이버 및 기타 등등을 포함하는 플렉시블 소재를 포함할 수 있다. 현재 공개에서 기술된 트랜지스터가 특히 플렉시블 회로를 플렉시블 기재에 형성하기에 유용할 수 있는 예를 들어, 잉크젯 프린팅을 포함하는 공정을 통하여 생산에 잘 적용된 것처럼, 플렉시블 기재가 일반적으로 선호된다. 플렉시블 기재는 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리비닐, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리아세테이트, 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것 일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 기재는 수십억, 또는 더 많은 TFTs(300)와 같은 회로를 형성하기 위해 충분한 TFTs(300)를 수용하기에 충분히 클 수 있다. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a TFT of FIG. 3. First, the substrate 302 is prepared (402). As noted above, the substrate 302 may comprise a flexible material, including, for example, a polymer, or a mixture of polymers, fibers, and the like. Flexible substrates are generally preferred, as the transistors described in the present disclosure are particularly well suited for production through processes that include inkjet printing, which may be particularly useful for forming flexible circuits on flexible substrates. The flexible substrate is selected from the group consisting of, for example, polyester, polyvinyl, polycarbonate, polyethylene, polyacetate, polyimide, polyethersulfone, polyacrylate, polyethylenenaphthalate, polyethylene terephthalate, and combinations thereof. Can be one. In one embodiment, the substrate may be large enough to accommodate enough TFTs 300 to form a circuit, such as billions, or more TFTs 300.

이어서, 상기 기재 위에 반도체층(304)을 증착한다(404). 상기 반도체층(304)은 탄소 나노구조체를 포함하며, 상기 탄소 나노구조체는 그래핀(graphene), 풀러렌, 탄소나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 나노와이어, 탄소 나노콘 등을 포함할 수 있다. 상기 그래핀과 같은 탄소 나노구조체는 금속촉매층 상에 의해 성장될 수 있으며, 상기 금속촉매층은, 예를 들어, Cu, Fe, Ni, Co, Pt, Ir, Pd 및 Ru 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속 또는 그의 합금을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속촉매층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 원하는 전기 전자 소자의 특성에 적절한 범위에서 당업자가 적의 선택할 수 있다. 상기 금속촉매층은 비제한적 예로서, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 스퍼터링, 전자빔증착법(e-beam evaporation), 금속 혼합물의 졸-겔(sol-gel) 연소를 이용하는 방법, 금속 전구체를 이용한 이온 교환 침전법, 전기도금법(Electroplating), 무전해도금법(Electroless Plating) 등을 이용하여 형성할 수 있다.Subsequently, a semiconductor layer 304 is deposited on the substrate (404). The semiconductor layer 304 may include carbon nanostructures, and the carbon nanostructures may include graphene, fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanowires, carbon nanocones, and the like. Carbon nanostructures such as graphene can be grown on the metal catalyst layer, the metal catalyst layer, for example, one selected from the group consisting of Cu, Fe, Ni, Co, Pt, Ir, Pd and Ru It may be to include a metal or an alloy thereof, but is not limited thereto. The thickness of the metal catalyst layer is not particularly limited and may be appropriately selected by those skilled in the art in a range suitable for the characteristics of the desired electric and electronic device. Examples of the metal catalyst layer include, but are not limited to, chemical vapor deposition (CVD), sputtering, e-beam evaporation, sol-gel combustion of a metal mixture, and metal precursors. It can be formed by using the ion exchange precipitation method, electroplating, electroless plating (Electroless Plating) used.

구체적으로 예를 들어, 상기 패턴의 금속촉매층에 그래핀을 화학기상증착 방법을 이용하여 성장시킨다. 아세틸렌(C2H2) 또는 메탄(CH4) 등의 탄소를 포함하는 전구체(precursor)를 열 에너지를 이용하여 분해하는 열 화학 증착법 또는 플라즈마 에너지를 이용하여 분해하는 플라즈마 화학 증착법 등에 의하여 금속 촉매층 막에 그래핀을 선택적으로 성장시킨다. 또한, 그래핀은 비제한적 예로서, 전기 방전법(Arcdischarge), 레이저 증착법(Laser vaporization), 전기분해 방법, 플레임(Flame) 합성 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다.Specifically, for example, the graphene is grown on the metal catalyst layer of the pattern by using a chemical vapor deposition method. Metal catalyst layer film by a thermal chemical vapor deposition method that decomposes a precursor containing carbon such as acetylene (C 2 H 2 ) or methane (CH 4 ) using thermal energy or a plasma chemical vapor deposition method that decomposes using plasma energy. Selectively grow graphene. In addition, as a non-limiting example, graphene may be formed using an arc discharge, laser vaporization, electrolysis, flame synthesis, or the like.

이어서, 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)을 상기 반도체층(304) 위에 증착한다(406). 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)은, 금속 또는 전도성 고분자를 포함하는 것으로 당업계에서 사용되는 재료 및 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 금속의 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)은, 예를 들어, AZO(Al doped zinc oxide), ITO(Indium tin oxide), 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 주석(Sn), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 팔라듐 (Pd) 및 카드뮴(Cd)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 형성할 수 있다. 또한, 전도성 고분자는 예를 들어, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3-알킬티오펜), 폴리아닐린, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리푸란, 폴리이소-티아나프텐, 폴리(p-페틸렌비닐렌, 폴리(p-페닐렌), 폴리(3,4-에틸렌디오시티오펜), 폴리(에틸렌클리콜)디아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)을 형성할 수 있다. A source electrode 306 and a drain electrode 308 are then deposited over the semiconductor layer 304 (406). The source electrode 306 and the drain electrode 308 include a metal or a conductive polymer and may be formed using materials and methods used in the art. The metal source electrode 306 and the drain electrode 308 are, for example, Al doped zinc oxide (AZO), indium tin oxide (ITO), cobalt (Co), iron (Fe), nickel (Ni), chromium, and the like. (Cr), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), tin (Sn), tungsten (W), ruthenium (Ru), palladium (Pd) and cadmium It can be formed from one or more selected from the group consisting of (Cd). In addition, the conductive polymer is, for example, polypyrrole, polythiophene, poly (3-alkylthiophene), polyaniline, polyphenylene sulfide, polyfuran, polyiso-thianaphthene, poly (p-petylenevinylene, Poly (p-phenylene), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (ethylene glycol) diacrylate, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone and combinations thereof The source electrode 306 and the drain electrode 308 can be formed.

이들은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 물리기상증착법(Physical vapor deposition, PVD) 또는 프린팅 방법으로 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)을 형성한다. 상기 화학기상증착법은 금속유기화학기상증착법(MOCVD), 상압화학적기상증착법(APCVD), 저압 화학기상증착법(LPCVD), 플라즈마가속화학증착법(PECVD) 및 원자층증착법(ALD) 중 하나일 수 있다. 상기 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)을 형성한 후 예를 들어, 리소그래피 공정으로 패터닝하여 상기 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층과 전기적으로 접촉하는 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)을 형성할 수 있다.They form the source electrode 306 and the drain electrode 308 by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) or printing methods. The chemical vapor deposition may be one of metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), atmospheric chemical vapor deposition (APCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma accelerated chemical vapor deposition (PECVD) and atomic layer deposition (ALD). After the source electrode 306 and the drain electrode 308 are formed, the source electrode 306 and the drain electrode 308 which are in electrical contact with a semiconductor layer including the carbon nanostructure by patterning, for example, by a lithography process. Can be formed.

계속해서, 상기 이온겔층(310)을 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)을 포함하는 반도체층(304)의 영역 위에 형성한다(408). 상기 이온겔층(310)은 부분적으로 또는 완전히 소스 전극(306)과 드레인 전극(308)을 커버할 수 있고, 또는 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308) 사이에서 전체 반도체층(304)을 실질적으로 커버할 수 있다.Subsequently, the ion gel layer 310 is formed on the region of the semiconductor layer 304 including the source electrode 306 and the drain electrode 308 (408). The ion gel layer 310 may partially or completely cover the source electrode 306 and the drain electrode 308, or substantially cover the entire semiconductor layer 304 between the source electrode 306 and the drain electrode 308. Can be covered.

상기 이온겔층(310)은 임의의 유용한 공정을 통해 증착될 수 있고, 겔 또는 액체 형태로 증착될 수 있다. 이온겔층(310)을 겔 형태로 증착할 때, 이온겔층(310)은 압력을 이용하여 반도체층(310) 위에 간단하게 적용될 수 있다. 액체 형태로 이온겔층(310)을 증착할 수도 있다. 일 구현예에서, 열가역적 이온겔층(310)을 포함하여 이온겔은 그것의 상한 임계 용해 온도(UCST) 이상으로 가열하여 액체 형태로 증착될 수 있다. 그리고 나서, 상기 이온겔층(310)은 겔화를 야기하는 상기 UCST 이하로 냉각할 수 있다. 비열가역 이온겔층(310)을 포함하는 다른 구현예에서, 블록 코폴리머 및 이온성 액체는 용매와 보조용매에서 용해되어, TFT 상에 증착되고, 상기 보조용매는 이온겔층(310)으로 부터 제거하기 위해 증발시킬 수 있다. 또한, 이온겔층(310)은 자외선에 의해 경화되어 겔화되는 특성을 가진 고분자를 포함할 수 있어, 이온겔 증착 후 자외선을 조사하여 경화시키는 공정을 포함할 수 있다.The ion gel layer 310 may be deposited through any useful process and may be deposited in gel or liquid form. When the ion gel layer 310 is deposited in a gel form, the ion gel layer 310 may be simply applied on the semiconductor layer 310 by using pressure. The ion gel layer 310 may be deposited in a liquid form. In one embodiment, the ion gel including the thermoreversible ion gel layer 310 may be deposited in liquid form by heating above its upper limit critical dissolution temperature (UCST). Then, the ion gel layer 310 can be cooled to below the UCST causing gelation. In another embodiment that includes a non-thermally reversible ion gel layer 310, the block copolymer and the ionic liquid are dissolved in a solvent and a cosolvent, deposited onto the TFT, and the cosolvent is removed from the ion gel layer 310. Can be evaporated. In addition, the ion gel layer 310 may include a polymer having a characteristic of being cured by ultraviolet rays and gelled, and may include a process of irradiating ultraviolet rays and curing the ion gel after deposition.

액체 형태로 이온겔층(310)을 증착하는 것은, 예를 들어, 프린팅을 포함하는 연속적 증착 공정을 사용하여 허용될 수 있다. 프린팅의 임의의 적절한 방법은, 예를 들어, 에어로졸 젯 프린팅, 잉크젯 프린팅, 로토그라비어 프린팅, 스크린 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅 코팅 방법등을 포함하여 이용할 수 있다. 또한, 상기 이온겔층(310)은 노즐을 이용한 프린팅 방법을 이용하여 패터닝하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Depositing the ion gel layer 310 in liquid form may be acceptable, for example, using a continuous deposition process that includes printing. Any suitable method of printing may be used, including, for example, aerosol jet printing, inkjet printing, rotogravure printing, screen printing, flexographic printing coating methods, and the like. In addition, the ion gel layer 310 may include patterning using a printing method using a nozzle, but is not limited thereto.

마지막으로, 게이트 전극(312)을 이온겔층(310) 상에 증착한다(410). 상기 게이트 전극(312)은 소스 전극(306) 및 드레인 전극(308)에 관하여 기술된 임의의 증착법을 포함하여, 임의의 적절한 공정을 사용하여 증착될 수 있다. 더욱이, 게이트 전극(312)은 선택적으로, 예를 들어, 폴리머 필름과 같은, 필름에 의해서 지지될 수 있다. 그리고 나서, 상기 폴리머 필름은 게이트 전극(312)을 TFT(300)와 정렬시킴으로써, 이온겔층(310)에 부착될 수 있다. Finally, the gate electrode 312 is deposited on the ion gel layer 310 (410). The gate electrode 312 may be deposited using any suitable process, including any deposition method described with respect to the source electrode 306 and the drain electrode 308. Moreover, gate electrode 312 may optionally be supported by a film, such as, for example, a polymer film. Then, the polymer film may be attached to the ion gel layer 310 by aligning the gate electrode 312 with the TFT 300.

도 5는 본원의 다른 구현예에 있어서, 예시적 TFT를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 TFT를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 5의 TFT(500)는 도 3의 TFT(300)와 유사하다. 그러나, 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508)은 기재(502)에 인접하여 위치하고, 탄소 나노구조체 반도체층(504)은 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508) 사이에 형성된다. 그리고, 상기 소스 전극(506), 드레인 전극(508) 및 탄소 나노구조체 반도체층(504) 상에 이온겔층(510)이 형성되고, 상기 이온겔층(510) 상에 게이트 전극(512)을 형성하여 TFT(500)를 제조한다. 이러한 TFT(500)의 구조는 기재(502) 상에 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508)이 반도체층(504)의 증착 전에 증착되도록 하여, 처리 공정상 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(504)의 증착 공정 이전에 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508)의 증착은 소스 전극(506)과 드레인 전극(508)을 증착하기 위해 사용된 고온과 같은, 임의의 극단적 공정 조건으로부터 반도체층(504)을 보호한다. 그리고 나서, 전체 제조 방법(600)은 기재(502)을 제공하고(602), 상기 기재(502) 상에 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508)을 증착하는 것을 포함한다(604). 이어서, 반도체층(504)이 기재(502), 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508) 상에 도 4에 대하여 상기에 기술된 임의의 방법을 사용하여 증착한다. 상기 반도체층(504)은 기재(502), 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508)의 적어도 일부 영역을 완전히 커버한다. 소스 전극(506) 및 드레인 전극(508) 사이의 반도체층(504)의 영역이 TFT(500)의 채널 길이와 채널폭을 규정한다. 그리고 나서, 이온겔층(510)을 반도체층(504) 상에 형성한다(608). 상기 이온겔층(510)은 적어도 상기 채널의 길이와 폭을 확장하여, 전술한 어떠한 공정 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 마지막으로, 상기 이온겔층(510) 상에 게이트 전극을 증착한다(610).5 is a cross-sectional view illustrating an exemplary TFT in another embodiment of the present application, and FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the TFT of FIG. 5. TFT 500 of FIG. 5 is similar to TFT 300 of FIG. However, source electrode 506 and drain electrode 508 are positioned adjacent substrate 502, and carbon nanostructure semiconductor layer 504 is formed between source electrode 506 and drain electrode 508. An ion gel layer 510 is formed on the source electrode 506, the drain electrode 508, and the carbon nanostructure semiconductor layer 504, and a gate electrode 512 is formed on the ion gel layer 510. The TFT 500 is manufactured. The structure of the TFT 500 allows the source electrode 506 and the drain electrode 508 to be deposited prior to the deposition of the semiconductor layer 504 on the substrate 502, thereby providing an advantage in the processing process. For example, the deposition of the source electrode 506 and the drain electrode 508 prior to the deposition process of the semiconductor layer 504 may be any, such as the high temperature used to deposit the source electrode 506 and the drain electrode 508. The semiconductor layer 504 is protected from extreme process conditions. The entire manufacturing method 600 then includes providing 602 a substrate 502 and depositing a source electrode 506 and a drain electrode 508 on the substrate 502 (604). Subsequently, a semiconductor layer 504 is deposited on the substrate 502, the source electrode 506 and the drain electrode 508 using any of the methods described above with respect to FIG. 4. The semiconductor layer 504 completely covers at least a portion of the substrate 502, the source electrode 506, and the drain electrode 508. The region of the semiconductor layer 504 between the source electrode 506 and the drain electrode 508 defines the channel length and channel width of the TFT 500. Then, an ion gel layer 510 is formed on the semiconductor layer 504 (608). The ion gel layer 510 can be deposited using any of the process techniques described above, extending at least the length and width of the channel. Finally, a gate electrode is deposited on the ion gel layer 510 (610).

도 7은 본원의 또 다른 구현예에 있어서, TFT를 나타내는 단면도이고, 도 8은 도 7의 TFT를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 기재(702)을 제공하고(802), 그리고 상기 기재(702) 상에 게이트 전극(712)을 증착한다(804). 그리고 나서, 이온겔층(710)을 게이트 전극(712)과 기재(702)의 적어도 일부 영역 위에 증착한다(806). 소스 전극(706) 및 드레인 전극(708)은 상기 이온겔층(710) 상에 증착된다(808). 마지막으로, 탄소 나노구조체 반도체층(704)을 소스 전극(706) 및 드레인 전극(708) 사이에서 확장되어 있는 이온겔층(710)의 적어도 일부 영역 상에 증착한다(810). 상기 소스 전극(706) 및 드레인 전극(708)은 공통 전압 소스(714)(common voltage source, VSD) 에 연결되고, 게이트 전극(712)은 전압 소스(716)(voltage source, VG)에 연결된다.7 is a cross-sectional view illustrating a TFT in another embodiment of the present application, and FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the TFT of FIG. 7. 7 and 8, a substrate 702 is provided 802, and a gate electrode 712 is deposited 804 on the substrate 702. An ion gel layer 710 is then deposited over at least a portion of the gate electrode 712 and the substrate 702 (806). A source electrode 706 and a drain electrode 708 are deposited 808 on the ion gel layer 710. Finally, a carbon nanostructure semiconductor layer 704 is deposited 810 on at least a portion of the ion gel layer 710 extending between the source electrode 706 and the drain electrode 708. The source electrode 706 and drain electrode 708 is a common voltage source 714 is coupled to (common voltage source, V SD), a gate electrode 712 is a voltage source (716) (voltage source, V G) Connected.

종래 트랜지스터에서 일반적인 것처럼, 도 7은 게이트 전극(712)이 소스 전극(706) 및 드레인 전극(708) 사이에서 상기 채널과 일직선으로 정렬될 필요가 없는 것을 도시한다. 이온겔층(710)의 높은 분극률은 이온겔층(710)이 강하게 분극화되도록 허용하여, 이온겔층(710) 및 반도체층(704)의 계면은 상기 게이트 전극(712)의 정확한 배치에 상관없이 분극화될 것이다. 이것은 결함이 있는 TFTs(700)의 수를 감소시키거나, 또는 TFTs(700)의 제조 동안 증가된 처리량을 허용할 수 있도록 감소된 제조 정밀을 허용할 수 있다.As is common with conventional transistors, FIG. 7 shows that the gate electrode 712 need not be aligned in line with the channel between the source electrode 706 and the drain electrode 708. The high polarization of the ion gel layer 710 allows the ion gel layer 710 to be strongly polarized such that the interface of the ion gel layer 710 and the semiconductor layer 704 can be polarized regardless of the exact arrangement of the gate electrode 712. will be. This may reduce the number of defective TFTs 700, or may allow for reduced manufacturing precision to allow for increased throughput during the manufacture of TFTs 700.

도 9는 본원의 또 다른 구현예에 있어서, TFT를 나타내는 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, TFT(900) 구성은 제조공정의 속도 증가를 허용할 수 있다. 특히, TFT(900)는 기재(902)의 표면에 위치하는 게이트 전극(912), 소스 전극(906) 및 드레인 전극(908)을 특징으로 한다. 탄소 나노구조체 반도체층(904)은 기재(902) 상에 위치하고, 부분적으로 또는 완전히 소스 전극(906) 및 드레인 전극(908)을 커버한다. 게이트 전극(912), 소스 전극(906), 드레인 전극(908) 및 반도체층(904)이 위치한 기재(902)의 적어도 일 부분은 이온겔층(910)에 의해 부분적으로 또는 완전히 커버된다. 소스 전극(906) 및 드레인 전극(908)은 공통 전압 소스(914)(common voltage source, VSD)에 연결되고, 게이트 전극(912)은 분리된 전압 소스(916)(VG)에 연결된다.9 is a cross-sectional view illustrating a TFT in another embodiment of the present application. As shown in Fig. 9, the TFT 900 configuration can allow an increase in the speed of the manufacturing process. In particular, the TFT 900 is characterized by a gate electrode 912, a source electrode 906, and a drain electrode 908 located on the surface of the substrate 902. The carbon nanostructure semiconductor layer 904 is located on the substrate 902 and partially or completely covers the source electrode 906 and the drain electrode 908. At least a portion of the substrate 902 on which the gate electrode 912, the source electrode 906, the drain electrode 908, and the semiconductor layer 904 are located is partially or completely covered by the ion gel layer 910. The source electrode 906 and the drain electrode 908 are connected to a common voltage source 914 (V SD ), and the gate electrode 912 is connected to a separate voltage source 916 (V G ). .

도 10은 도 9의 TFT를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 10을 참조하면, 먼저, 기재(902)을 제공한다(1002). 그리고 나서, 상기 기재(902) 상에 소스 전극(906), 드레인 전극(908) 및 게이트 전극(912)을 증착한다(1004). 전극 증착은, 예를 들어, 스텐실(stencil)을 통한 열 증발 등과 같은 종래의 방법을 통할 수 있거나, 전극(906, 908, 912)은 기재(902)에 프린팅될 수 있다. 계속해서, 반도체층(904)을 상기 기재(902) 상에 증착하고(1006), 상기 소스 전극(906) 및 드레인 전극(908)의 적어도 일 부분 위에, 예를 들어, 스핀 코팅, 프린팅, 용매 증발 등을 포함하는 임의의 유용한 방법을 사용하여, 증착한다. 마지막으로, 이온겔층(910)은 게이트 전극(912)의 적어도 일부분과 소스 전극(906) 및 드레인 전극(908) 사이에 반도체층(904)의 적어도 일 부분을 포함하여 기재(902)의 영역 위에 증착한다(1008).10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the TFT of FIG. 9. Referring to FIG. 10, first, a substrate 902 is provided (1002). A source electrode 906, a drain electrode 908, and a gate electrode 912 are then deposited on the substrate 902 (1004). Electrode deposition may be via conventional methods, such as, for example, thermal evaporation through a stencil, or the electrodes 906, 908, 912 may be printed on the substrate 902. Subsequently, a semiconductor layer 904 is deposited (1006) on the substrate 902 and over at least a portion of the source electrode 906 and the drain electrode 908, for example, spin coating, printing, solvent Deposition is carried out using any useful method including evaporation and the like. Finally, the ion gel layer 910 includes at least a portion of the semiconductor layer 904 between at least a portion of the gate electrode 912 and the source electrode 906 and the drain electrode 908 over the area of the substrate 902. Deposit (1008).

동일한 공정 단계에서 소스 전극(906), 드레인 전극(908) 및 게이트 전극(912)을 증착하는 것은 TFT(900)의 제조를 단순화할 수 있다. 예를 들어, 이러한 기하학적 구조가 상기 이온겔 층의 증착 전에 모든 세 전극의 증착 공정을 허용하고, 또한 모든 세 전극(906,908,912)의 증착을 허용한다. 이것은 바람직하지 않을 수 있는, 임의의 공정 매개변수로(예를 들어, 고온)부터 상기 전극(906,908,912)을 증착하기 위해 사용된 이온겔층(910)을 보호할 수 있다.Depositing the source electrode 906, the drain electrode 908 and the gate electrode 912 in the same process step can simplify the fabrication of the TFT 900. For example, this geometry allows the deposition process of all three electrodes prior to the deposition of the ion gel layer and also the deposition of all three electrodes 906, 908, 912. This may protect the ion gel layer 910 used to deposit the electrodes 906, 908, 912 from any process parameter (eg, high temperature), which may be undesirable.

상기 기술된 TFTs 중 하나는 집적 회로를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 집적 회로는, 수십, 수백, 수천 또는 더 많은 TFTs를 포함할 수 있고, 또한 예를 들어, 레지스터, 커패시터, LEDs, 다른 트랜지스터 등과 같은 다른 성분을 포함할 수 있다. 상기 TFTs가 동일한 기재 상에 증착될 수 있고, 상기 거의 같은 평면에 있거나, 상기 기재 상에서 다층으로 증착될 수 있다. 개별 TFTs는 본원에서 기술된 임의의 본 방법에 의해 형성될 수 있다.One of the TFTs described above can be used to form an integrated circuit. Integrated circuits may include tens, hundreds, thousands or more TFTs, and may also include other components such as, for example, resistors, capacitors, LEDs, other transistors, and the like. The TFTs may be deposited on the same substrate and may be on the same plane or in multiple layers on the substrate. Individual TFTs can be formed by any of the present methods described herein.

이하, 본원의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하며, 본 실시예에 의하여 본원의 범위가 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited by these Examples.

게이트 절연체로서 이온겔을 이용하여 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 플라스틱 기재 상에 저전압 작동 그래핀 FET 어레이를 제조하였다. 상기 이온겔은 상온 이온성 액체와 겔화 3블록 코폴리머 (gelating triblock copolymer)를 포함하여 형성되며, 그것은 5.17 μF/cm2의 매우 고용량을 나타낸다. 그래핀 FETs에서 이온겔 게이트 절연체의 고용량은 높은 온커런트(on-current) 및 저전압 작동 모두를 가능하게 한다. 게다가, 플라스틱 기재 상에서 제조된 이온겔 게이트를 가지는 그래핀 FETs는 매우 좋은 기계적 유연성을 나타낸다. Low voltage actuated graphene FET arrays were fabricated on poly (ethylene terephthalate) (PET) plastic substrates using ion gels as gate insulators. The ion gel is formed comprising a room temperature ionic liquid and a gelating triblock copolymer, which exhibits a very high capacity of 5.17 μF / cm 2 . The high capacity of the ion gel gate insulator in graphene FETs enables both high on-current and low voltage operation. In addition, graphene FETs with iongel gates fabricated on plastic substrates exhibit very good mechanical flexibility.

비교예로서, SiO2/Si 웨이퍼 상에서 전형적 하부 게이트(bottom-gated) 그래핀 FETs 를 제조하였다. 본원의 실시예로서, 이온겔 게이트 절연체를 가진 상부 게이트(top-gated) 디바이스를 구축하여 그래핀 필름의 성능을 측정하고 SiO2와 이온겔 절연체의 특성을 비교하였다. 도 11a는 SiO2 절연체 (t~300 nm) 상에서 제조된 그래핀 FETs의 전사 특성(ID-VG)을 나타낸다. 채널폭(W) 및 길이(L)는 각각 10 ㎛ 및 20 ㎛ 이었다. 그래핀 필름은 화학 기상 증착(CVD) 방법에 의해 증착되었다; 홀 및 전자 이동도는 다음 식을 이용하여 전사 특성의 선형 방식으로부터 계산되었다:As a comparative example, typical bottom-gated graphene FETs were fabricated on SiO 2 / Si wafers. As an example of the present application, a top-gated device having an ion gel gate insulator was constructed to measure the performance of the graphene film and to compare the properties of SiO 2 and the ion gel insulator. 11A shows the transfer characteristics (I D -V G ) of graphene FETs fabricated on SiO 2 insulators (t-300 nm). Channel width W and length L were 10 m and 20 m, respectively. Graphene films were deposited by chemical vapor deposition (CVD) methods; Hall and electron mobility were calculated from a linear manner of transfer characteristics using the following equation:

Figure pat00001
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Figure pat00001
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여기서, Ci는 절연체의 비정전용량(specific capacitance), Vth는 임계 전압(문턱전압) (threshold voltage), 및 μ는 전계효과 이동도이다. 계산된 홀 및 전자 이동도는 VD = -1 V에서 각각, 828±58 및 189±42 cm2/(V?s) 이었다. 게다가, 그래핀 FETs의 전자 전도는 상당히 약했고, 디락(Dirac) 점은 약 +40 V 이었다. 상기 두 캐리어의 이동도에 있어서 그러한 비대칭성과 Dirac 점에서의 변위는 전자와 홀에 대한 상이한 산란 단면적과 SiO2 기재 상에 하전된 불순물에 의해 만들어진 전기장에 의해 각각 설명될 수 있다. 도 11b는 다섯 가지 상이한 게이트 전압(VG)에서 SiO2-게이트를 가지는 그래핀 FETs의 출력 특성(ID-VD)을 나타낸 그래프이다. 상기 디바이스는 게이트 전압과 완전한 선형적 거동에 의해 유도된 전도도에 있어서 분명한 증가를 나타냈는데, 이는 금속/제로 밴드 갭 반도체 접합에 기인된 것이다.Where C i is the specific capacitance of the insulator, V th is the threshold voltage, and μ is the field effect mobility. Calculated hole and electron mobility is V D = -1 V, respectively, 828 ± 58 and 189 ± 42 cm 2 / (V? S). In addition, the electron conduction of graphene FETs was quite weak, and the Dirac point was about +40 V. Such asymmetry in the mobility of the two carriers and the displacement at the Dirac point can be explained by the different scattering cross-sectional areas for electrons and holes and the electric field created by the impurities charged on the SiO 2 substrate, respectively. FIG. 11B is a graph showing the output characteristics I D -V D of graphene FETs having SiO 2 -gates at five different gate voltages V G. The device showed a clear increase in conductivity induced by gate voltage and perfect linear behavior due to the metal / zero band gap semiconductor junction.

상기 게이트 절연체는 작동 전압 범위를 결정함에 있어서 그것의 중요한 역할 때문에 그래핀 디바이스의 핵심 요소이다. 원자층 증착(ALD)에 의해 형성된 HfO2 또는 Al2O3이 자연적 선택일지라도, 플라스틱 기재의 열적 제한은 ALD 공정의 이용을 방해했다. 저온에서 형성될 수 있는 높은 정전용량을 가진 이온겔 게이트 절연체는 그래핀 트랜지스터에서 견고한 게이트 절연체로서 적합할 수 있다. 상기 이온겔은 300 nm 두께 SiO2 절연체에 대한 전형적인 값보다 더 큰 10 Hz에서 5.17 μF/cm2의 특정 정전용량을 제공했다. 상기 이온겔의 이러한 놀라운 높은 정전용량은 전기장 하에서 이온겔/그래핀 및 이온겔/게이트 전극 계면 에서 단지 나노미터 두께의 전기 이중층의 형성에 기인된다. 도 11c는 다섯 가지 상이한 VD에서 이온겔 게이트 절연체를 이용하여 제조된 상부 게이트 그래핀 트랜지스터의 전달(transfer) 특성을 나타낸 그래프이다. 특징적 V-형 양극성 r거동이 확인되었으며, 여기서 양(positive) 및 음(negative) VG 영역이 각각 전자와 정공 수송을 나타낸다. 평균 홀 및 전자 이동도는 VD= -1 V 에서 각각 320±35 및 135±26 cm2/(V?s) 이었다. 상기 이온겔 게이트를 가지는 그래핀 트랜지스터의 캐리어 이동도에서 이러한 감소는 두 가지 효과 때문일 수 있다. 하나는 상기 기재 상에서 그래핀의 전사 프린팅 후에 그래핀 표면 상에 남아 있는 폴리머 잔류물이다. 또 다른 하나는 그래핀 필름의 표면 거칠기인데, 그래핀/이온겔 계면은 그래핀/SiO2 계면보다 더 거칠다. 더욱이, SiO2 게이트 절연체와 비교하여, 홀 및 전자 전도도 사이에 비대칭 인자는 상당히 감소했고, Dirac 점은 이온겔에서 상대이온이 SiO2 기재 상에 트랩된 하전된 불순물을 중화하기 때문에 거의 0으로 변화했다. 상기 디바이스에서 이온겔 게이트를 가지는 그래핀 트랜지스터의 출력 특성은 VG와 드레인 전류 변조를 나타냈다(도 11d). VG=-4 V 및 VD= -1 V에서 드레인 전류는 약 2.4 mA였다. 이것은, SiO2-게이트를 가지는 트랜지스터 (VG=-40 V 및 VD=-1 V에서 ~0.4 mA) 보다 더 높고, 이온겔 게이트 절연체의 큰 정전용량의 직접적인 결과이다.The gate insulator is a key element of the graphene device because of its important role in determining the operating voltage range. Although HfO 2 or Al 2 O 3 formed by atomic layer deposition (ALD) is a natural choice, thermal limitations of plastic substrates have hindered the use of ALD processes. Ion gel gate insulators with high capacitances that can be formed at low temperatures may be suitable as solid gate insulators in graphene transistors. The ion gel provided a specific capacitance of 5.17 μF / cm 2 at 10 Hz which is greater than the typical value for a 300 nm thick SiO 2 insulator. This surprising high capacitance of the ion gel is due to the formation of an electric double layer only nanometers thick at the ion gel / graphene and ion gel / gate electrode interfaces under an electric field. FIG. 11C is a graph showing the transfer characteristics of an upper gate graphene transistor fabricated using an ion gel gate insulator at five different V D. A characteristic V-type bipolar r behavior has been identified, where the positive and negative V G regions represent electron and hole transport, respectively. Mean hole and electron mobility were 320 ± 35 and 135 ± 26 cm 2 / (V? S) at V D = −1 V, respectively. This decrease in carrier mobility of the graphene transistor with the ion gel gate may be due to two effects. One is a polymer residue remaining on the graphene surface after transfer printing of graphene on the substrate. Another is the surface roughness of the graphene film, where the graphene / iongel interface is rougher than the graphene / SiO 2 interface. Moreover, compared to SiO 2 gate insulators, the asymmetry factor between hole and electron conductivity was significantly reduced, and the Dirac point changed to almost zero because the counterion in the ion gel neutralized the charged impurities trapped on the SiO 2 substrate. did. The output characteristics of the graphene transistor with ion gel gate in the device showed V G and drain current modulation (FIG. 11D). At V G = -4 V and V D = -1 V, the drain current was about 2.4 mA. This is higher than transistors with SiO 2 -gates (˜0.4 mA at V G = -40 V and V D = −1 V) and is a direct result of the large capacitance of the ion gel gate insulator.

그래핀의 주요한 장점은 플렉시블 및 스트레처블 전자공학을 달성하기 위한 필수적인 매우 우수한 기계적 특성에 있다. 그래핀의 그러한 특성을 증명하기 위해, 이온겔 게이트를 가지는 그래핀 FET 어레이가 플렉시블 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 플라스틱 시트 상에 제조되었다. 도 12는 상기 플라스틱 기재 상에서 이온겔 게이트를 가지는 그래핀 트랜지스터 어레이의 제조 단계의 순서도를 나타낸다. 첫번째 단계에서, 대면적, 고품질 그래핀 필름은 화학기상증착법을 이용하여 금속 촉매로서 Cu 호일(25 ㎛ 두께)의 직사각형 시편에서 성장시켰다. 주로 그래핀의 단일 및 이중층은 상기 Cu 호일 상에서 성장되었다. 상기 Cu 호일로부터 상기 그래핀 필름을 상기 플라스틱 기재로 전사하기 위하여 폴리(메틸 메타아크릴레이트)(PMMA) 폴리머 지지체를 상기 Cu 호일 상에 형성된 그래핀 필름 상에 코팅하였다. 상기 호일에 부탁된 상기 지지체는 상기 금속층을 제거하기 위해 습식 식각 용액으로 침적시켰다. 이어서, 상기 필름을, 열증착에 의해 형성된 소스 전극 및 드레인 전극(Cr/Au, 10 nm/60 nm)을 포함하는 PET 시트로 전사 프린팅에 의해 전사시켰다. 상기 그래핀 필름의 디바이스 패턴은 포토리소그래피와 O2 플라즈마로 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 형성되었다. 이온겔 게이트 절연체 형성을 위해, 폴리(스티렌블록-메틸 메타크릴레이트-블록-스티렌)(PS-PMMA-PS) 3블록 코폴리머 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드([EMIM][TFSI]) 이온성 액체를 0.7:9.3:90 비율(w/w)로 메틸렌클로라이드 중에 용해한 후 Au 소스 및 드레인 컨택을 가지는 그래핀 패턴 위에 드롭-캐스팅하였다. 용매 제거 후에, 이온겔 필름이 상기 이온성 액체 중 PS 블록의 물리적 결합을 통하여 형성되었다. 상부 게이트 전극(Au, 100 nm)은 셰도우 마스크를 통하여 열적으로 증발시켰다.The main advantage of graphene lies in its very good mechanical properties, which are essential for achieving flexible and stretchable electronics. To demonstrate such properties of graphene, graphene FET arrays with ion gel gates were fabricated on flexible poly (ethylene terephthalate) (PET) plastic sheets. 12 shows a flow chart of the fabrication steps of a graphene transistor array having an ion gel gate on the plastic substrate. In the first step, large area, high quality graphene films were grown on rectangular specimens of Cu foil (25 μm thick) as metal catalysts using chemical vapor deposition. Primarily single and bilayers of graphene were grown on the Cu foil. A poly (methyl methacrylate) (PMMA) polymer support was coated onto the graphene film formed on the Cu foil to transfer the graphene film from the Cu foil to the plastic substrate. The support attached to the foil was deposited with a wet etching solution to remove the metal layer. The film was then transferred by transfer printing to a PET sheet comprising a source electrode and a drain electrode (Cr / Au, 10 nm / 60 nm) formed by thermal deposition. The device pattern of the graphene film was formed by photolithography and reactive ion etching (RIE) with O 2 plasma. Poly (styreneblock-methyl methacrylate-block-styrene) (PS-PMMA-PS) triblock copolymer and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethyl) for iongel gate insulator formation Sulfonyl) imide ([EMIM] [TFSI]) ionic liquids were dissolved in methylene chloride at a 0.7: 9.3: 90 ratio (w / w) and then drop-cast onto a graphene pattern with Au source and drain contacts. After solvent removal, an ion gel film was formed through the physical bonding of the PS blocks in the ionic liquid. The upper gate electrode (Au, 100 nm) was thermally evaporated through the shadow mask.

도 13a 및 도 13b는 PET 상에 그래핀 FETs의 전사와 출력 특성과 상기 수득된 디바이스 기재의 유연성을 나타낸다. Si 웨이퍼 상에서 제조된 것과 비교하여, 이동도 및 온-커런트에서 차이가 없었다. 상기 디바이스는 높은 온-커런트를 가지고 저전압(-3 V)에서 작동하고, Dirac 점이 거의 0이다. 도 13c는 PET 상의 그래핀 FET 어레이(총합 ~50개 디바이스)의 홀 및 전자 이동도의 분포를 나타낸 그래프이다. 가우시안 피팅 (Gaussian fitting) 은 -1 V의 드레인 바이어스에서, 각각, 203±57 및 91±50 cm2/V?s 의 홀 및 전자 이동도를 나타낸다. 모든 측정은 주변 조건 하에서 수행하였다.13A and 13B show the transfer and output characteristics of graphene FETs on PET and the flexibility of the device substrate obtained above. There was no difference in mobility and on-current compared to that produced on Si wafers. The device has a high on-current and operates at low voltage (-3 V) with a Dirac point of nearly zero. 13C is a graph showing the distribution of holes and electron mobility of graphene FET arrays (total-50 devices) on PET. Gaussian fitting shows hole and electron mobility of 203 ± 57 and 91 ± 50 cm 2 / V · s, respectively, at a drain bias of −1 V. All measurements were performed under ambient conditions.

기계적 유연성 및 견고성은 플렉시블 전자공학에서 그래핀 FET의 응용을 위한 중요한 특성이다. 대칭적 굽힘(bending) 테스트를 상기 그래핀 FET 어레이 에 대하여 수행하였다. 도 13d는 굽히지 않은 조건 하에서 상기 그래핀 FETs의 값에 대하여 보정된 (normalized), 유효 캐리어 이동도의 변화를 나타낸다. 굽힘 반경이 6 내지 0.6 cm로 변화됨에 따라 μ/μo 에서 단지 20%의 변화가 관찰되었다.Mechanical flexibility and robustness are important properties for the application of graphene FETs in flexible electronics. Symmetric bending test was performed on the graphene FET array. 13D shows the change in the effective carrier mobility, normalized to the value of the graphene FETs under unbending conditions. Only 20% change was observed at μ / μ o as the bending radius varied from 6 to 0.6 cm.

요약하면, 이온겔 절연체에 결합된 그래핀 필름은 기계적으로 플렉시블, 고성능 및 저전압 그래핀 디바이스로의 중요한 경로를 제공한다. 그래핀 기술은 기계적 유연성 또는 신축성(stretchability)과 같은 특이적 형태 인자를 요구하는 디바이스에 대한 기회를 창출할 수 있다. In summary, graphene films bonded to ion gel insulators provide an important route to mechanically flexible, high performance and low voltage graphene devices. Graphene technology can create opportunities for devices that require specific form factors such as mechanical flexibility or stretchability.

고성능 저전압 그래핀 전계효과 트랜지스터 어레이는 용액가공성(solution-processable)을 이용하여, 플렉시블 폴리머 기재 상에 고용량 이온겔 게이트 절연체를 제조하였다. 게이트 전압의 응용 하에서 전기 이중층의 형성으로부터 비롯된 이온겔의 고용량은 3 V 이하의 높은 온-커런트 및 저전압 작동을 만들었다. 플라스틱 기재 상에 제조된 그래핀 FETs는 -1 V의 드레인 바이어스에서 각각, 203±57 및 91±50 cm2/(V s)의 홀 및 전자 이동도를 나타낸다. 더욱이, 플라스틱 기재 상에 이온겔 게이트 그래핀 FETs는 뛰어나게 좋은 기계적 유연성을 나타냈다. 이 방법은 그래핀 응용에서 플렉시블하고 스트레쳐블한 전자공학으로 중요한 단계를 제시한다.
The high performance low voltage graphene field effect transistor array utilizes solution-processable to fabricate high capacity ion gel gate insulators on flexible polymer substrates. The high capacity of the ion gel resulting from the formation of the electrical double layer under the application of gate voltage resulted in high on-current and low voltage operation of 3 V or less. Graphene FETs fabricated on plastic substrates exhibit hole and electron mobility of 203 ± 57 and 91 ± 50 cm 2 / (V s), respectively, at a drain bias of −1 V. Moreover, ion gel gate graphene FETs on plastic substrates exhibited excellent mechanical flexibility. This method represents an important step towards flexible and stretchable electronics in graphene applications.

도 14는 본원의 다른 실시예에 따른 그래핀 패턴을 이용한 그래핀 FET 제조 과정을 나타내는 도면이다. 14 is a view showing a graphene FET manufacturing process using a graphene pattern according to another embodiment of the present application.

우선, 포토패터닝 공정에서, 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트(PEG-DA), 단량체, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(HOMPP) 개시제, 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드([EMIM][TFSI]) 이온성 액체를 포함하는 이온겔 잉크를 패터닝된 그래핀 기재 상에 적가하였다. 정사각형의 패터닝된 Cr 마스크를 상기 이온겔 층 위에 위치시켰다. UV(λ=365 nm, 100 mW/cm2)를 5 초 동안 노광시켰다. 상기 UV 노광으로 의해, 상기 개시제는 라디칼을 생성하여 상기 올리고머 분자들 내 아크릴레이트와 반응한다. 각 올리고머 분자 내 아크릴레이트 말단기들의 중합반응은 화학적으로 교차-결합된 이온겔을 형성하였다. 상기 노광되지 않은 이온 액체 용액은 클로로포름으로 세척하였다. 게이트 전극을 형성하기 위해, 상기 이온겔 패터닝된 기재를 PEDOT:PSS 박막 위에 위치시켰다. First, in the photopatterning process, poly (ethyleneglycol) diacrylate (PEG-DA), monomer, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HOMPP) initiator, and 1-ethyl-3-methylimidazolium An ion gel ink comprising bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ([EMIM] [TFSI]) ionic liquid was added dropwise onto the patterned graphene substrate. A square patterned Cr mask was placed on the ion gel layer. UV (λ = 365 nm, 100 mW / cm 2 ) was exposed for 5 seconds. By the UV exposure, the initiator generates radicals and reacts with acrylates in the oligomer molecules. The polymerization of acrylate end groups in each oligomer molecule formed chemically cross-linked ion gels. The unexposed ionic liquid solution was washed with chloroform. To form the gate electrode, the ion gel patterned substrate was placed on a PEDOT: PSS thin film.

에어로졸 젯 프린팅 공정에서, 에틸 아세테이트 중 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트 -스티렌)(PS-PMMA-PS) 및 [EMIM][TFSI]를 포함하는 이온겔 잉크를 패터닝된 그래핀 위에 프린팅하였다. 용매 증발에 의해, [EMIM][TFSI] 이온성 액체에서 PS-PMMA-PS 3블록 코폴리머는 상기 이온성 액체와 비혼화성인 PS 부분의 비공유 결합을 통하여 물리적 겔을 형성하였다. 마지막 단계에서, PEDOT:PSS 게이트 전극을 상기 채널 위에 프린팅하였다. 상기 프린팅된 PEDOT:PSS의 전도도는 100 S/cm 으로 측정되었다. In an aerosol jet printing process, an ion gel ink comprising poly (styrene-methylmethacrylate-styrene) (PS-PMMA-PS) and [EMIM] [TFSI] in ethyl acetate was printed onto the patterned graphene. By solvent evaporation, the PS-PMMA-PS triblock copolymer in the [EMIM] [TFSI] ionic liquid formed a physical gel through non-covalent bonding of the PS moiety that was immiscible with the ionic liquid. In the last step, a PEDOT: PSS gate electrode was printed on the channel. The conductivity of the printed PEDOT: PSS was measured at 100 S / cm.

도 15a는 상기 포토패터닝 공정에 의해 제조된 투명한 그래핀 FET 어레이의 사진을 나타낸다. 상기 그래핀 채널을 이온겔 게이트 절연체 아래 영역으로서 규정하였다. 그의 채널폭(W)과 길이(L)는 각각 100과 200 ㎛ 였다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 상기 적층된 필름의 광 투명성을 가시광선부터 NIR 스펙트럼 범위에서 나타내었다. 상기 그래핀 FETs의 밀도 효과를 제외하기 위해, 상기 층은 패터닝하지 않았다. 550 nm 에서, PET의 투명성은 약 88% 로서 약하게 파장에 의존하였다. 상기 투명성은 PET 위에 그래핀 전사 후에 약 3 % 만큼 감소되었다. 상기 이온겔, 그래핀 필름 및 PET는 조합하여 ~ 80 % 광 투명성을 가졌다. 15A shows a photograph of a transparent graphene FET array fabricated by the photopatterning process. The graphene channel was defined as the area under the ion gel gate insulator. Its channel width W and length L were 100 and 200 µm, respectively. As shown in FIG. 15B, the light transparency of the laminated film was shown in the visible to NIR spectral range. In order to exclude the density effect of the graphene FETs, the layer was not patterned. At 550 nm, the transparency of PET was weakly wavelength dependent, about 88%. The transparency was reduced by about 3% after graphene transfer onto PET. The ion gel, graphene film and PET in combination had ˜80% light transparency.

상기 투명한 그래핀 FETs의 전형적인 드레인전류(ID)-드레인 전압(VD) 특성은 도 15c에서 나타낸다. 상기 디바이스는 게이트 전압과 완전한 선형적 거동에 의해 유도된 전도성에서 분명한 증가를 보여줬다. VG = -4 V 및 VD= -1 V에서의 상기 드레인 전류는 약 2.0 mA였다. 이온겔 게이트 절연체의 매우 큰 정전용량은 저저압 및 고전류 작동을 가능하게 하였다. 도 15d는 게이트 전압(VG)의 함수로서 상이한 VD에서 ID를 나타낸다. 상기 디바이스는 높은 온-커런트를 가지며 3 V 미만의 저전압에서 작동하고 디락(Dirac) 점은 거의 0이다. 분명한 양극성 거동은 ID의 게이트 의존성에서 관찰될 수 있으며, 여기서 양(positive) 및 음(negative) VG 영역이 각각 전자 및 정공 수송(transport)을 나타낸다. Typical drain current (I D ) -drain voltage (V D ) characteristics of the transparent graphene FETs are shown in FIG. 15C. The device showed a clear increase in conductivity induced by gate voltage and complete linear behavior. The drain current at V G = -4 V and V D = -1 V was about 2.0 mA. The very large capacitance of the ion gel gate insulators enabled low low voltage and high current operation. 15D shows I D at different V D as a function of gate voltage V G. The device has a high on-current and operates at low voltages below 3 V and has a Dirac point of nearly zero. Clear bipolar behavior can be observed in the gate dependence of the I D , where the positive and negative V G regions represent electron and hole transport, respectively.

음 게이트 바이어스에 의해, 상기 게이트 전극에서 음 표면 전하는 양의 [EMIM] 이온을 끌어당기고, 상기 이온겔/게이트 계면에서 전기 이중층(electric double layer, EDL)을 형성하였다. 한편, 음의 [TFSI] 이온은 반대 이온겔/그래핀 계면에서 분리되었다. 상기 두 EDL은 그들 사이에서 전하-중성 확산층을 가지며 상기 게이트/이온겔과 상기 이온겔/그래핀 계면에서 형성되었다. 상기 무시할 만한 확산층 정전용량 때문에, 상기 이온겔의 계면 정전용량은 전기 이중층 정전용량 (electric double layer capacitance, CEDL)과 상기 그래핀의 양자 정전용량(Cq)의 일련 조합으로서 모델링될 수 있다. CEDL은 10 Hz에서 7.29 μF/cm2 로 측정되었고, 이것은 게이트 전위의 영향을 받지 않았다. Cq는 게이트 전위 또는 전하 밀도의 함수이다. 상기 두 커패시터 상에서 하강된 전위는 다음과 같이 주어진다:The negative gate bias attracted positive [EMIM] ions at the gate electrode and formed an electric double layer (EDL) at the ion gel / gate interface. On the other hand, negative [TFSI] ions were separated at the counter ion gel / graphene interface. The two EDLs formed at the gate / ion gel and the ion gel / graphene interface with a charge-neutral diffusion layer between them. Because of the negligible diffusion layer capacitance, the interfacial capacitance of the ion gel can be modeled as a series combination of electric double layer capacitance (CEDL) and quantum capacitance (Cq) of the graphene. CEDL was measured to be 7.29 μF / cm 2 at 10 Hz, which was not affected by gate potential. C q is a function of gate potential or charge density. The lowered potential on the two capacitors is given by:

Figure pat00002
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여기서, h는 환산 플랑크 상수 (reduced Planck' constant) 이고, νF은 페르미 속도이고(1.1 × 106 m/s), e는 전자 전하 값이고, n은 전하 밀도이다. 이 방정식을 기초로, 도 15d의 오른쪽에 도시된 바와 같이, VG는 n 으로 전환되고, 전도도는 전하 밀도의 함수로서 표시하였다. 세 가지 상이한 드레인 전압에서 획득된 곡선은 오차 범위에서 잘 중첩되었다. 선형 방식의 기울기로부터, 캐리어 이동도는 μ= (dσ/dn)/e 을 사용하여 계산하였다. 도 15e는 상이한 배치(batch)에서 프린팅된 50개 그래핀 FET의 홀 및 전자 이동도의 분포를 나타낸다. 가우시안 피팅은 각각 384±83 cm2/Vs 및 159±64 cm2/Vs의 홀 및 전자 이동도를 나타낸다. Where h is a reduced Planck 'constant, ν F is a Fermi velocity (1.1 × 10 6 m / s), e is an electron charge value, and n is the charge density. Based on this equation, as shown on the right side of FIG. 15D, V G is converted to n and the conductivity is expressed as a function of charge density. Curves obtained at three different drain voltages overlap well in the margin of error. From the slope of the linear scheme, carrier mobility was calculated using μ = (dσ / d n ) / e . FIG. 15E shows the distribution of holes and electron mobility of 50 graphene FETs printed in different batches. Gaussian fittings exhibit hole and electron mobility of 384 ± 83 cm 2 / Vs and 159 ± 64 cm 2 / Vs, respectively.

도 16a는 에어로졸 젯 프린팅 공정에 의해 제조된 투명한 그래핀 FET 어레이의 사진을 나타낸다. 상기 디바이스는 10 ㎛ 의 채널폭 및 150 ㎛ 의 길이를 가지고 있다. 도 16b는 세 가지 상이한 드레인 전압에서 전하 밀도-전도도 특성을 나타낸다. 상기 전도도는 전하 중성점에서 최소 값에 도달하였고, 양쪽에서 게이트 전위와 함께 급격하게 증가하였다. PS-PMMA-PS/[EMIM][TFSI] 기재-이온겔의 CEDL은 10 Hz에서 5.17 μF/cm2 로 측정되었다. 홀 및 전자 이동도는 각각 285±39 cm2/Vs 및 128±30 cm2/Vs 로 계산되었다. 에어로졸 젯-프린팅된 이온겔을 기반으로 하는 상기 그래핀 FETs의 캐리어 이동도의 약간의 감소는 PS-PMMA-PS 및 [EMIM][TFSI]를 용해하기 위해 사용된 잔류 에틸 아세테이트 때문일 수 있다. 광-패턴 가능한 이온겔 시스템(상기에 언급된)이 용매를 사용하지 않지만, 상기 그래핀/이온 겔 계면에서 상기 잔류 에틸 아세테이트 분자는 전하 트랩 사이트로서 역할을 할 수 있다. 또한 출력 특성은 도 16b의 삽도로서 나타내었다. 16A shows a photograph of a transparent graphene FET array made by an aerosol jet printing process. The device has a channel width of 10 μm and a length of 150 μm. 16B shows charge density-conductivity characteristics at three different drain voltages. The conductivity reached a minimum at the charge neutral point and increased rapidly with the gate potential on both sides. The C EDL of the PS-PMMA-PS / [EMIM] [TFSI] substrate-ion gel was determined to be 5.17 μF / cm 2 at 10 Hz. Hall and electron mobility were calculated to be 285 ± 39 cm 2 / Vs and 128 ± 30 cm 2 / Vs, respectively. The slight decrease in carrier mobility of the graphene FETs based on aerosol jet-printed ion gels may be due to residual ethyl acetate used to dissolve PS-PMMA-PS and [EMIM] [TFSI]. Although the photo-patternable ion gel system (mentioned above) does not use a solvent, the residual ethyl acetate molecules at the graphene / ion gel interface can serve as charge trap sites. In addition, the output characteristic is shown as the inset of FIG. 16B.

상기 투명한 그래핀 FETs의 기계적 유연성과 견고성은 정면과 후면 굽힘 시험을 수행함으로써 측정하였다. 도 16c는 굽혀지지 않은 상태(μ/μ0)에서의 홀/전자 이동도에 의하여 보정된(normalized) 유효 홀/전자 이동도의 변화를 나타낸다. 음 및 양 응력은 각각 인장과 압축에 해당된다. ±2%의 응력의 범위에서, 홀 및 전자 이동도 모두에서 단지 20% 변화를 관찰하였다. 또한 피로(fatigue) 시험을 상기 그래핀 FETs 상에서 실행하였다. 도 16d는 상기 디바이스에서 인장 응력이 0 % 내지 2 % 사이에서 변화하도록 하는 수백 굽힘 싸이클 후에 μ/μ0 변화를 나타낸다. 250 사이클 후에 μ/μ0 에서 단지 20 % 변화를 관찰했다. 여기서, 플라스틱 상에 모두 프린팅된 그래핀 FET 어레이를 제조하였다(도 17a). PEDOT:PSS 소스/드레인 전극은 에어로졸 젯 프린팅을 이용하여 상기 패터팅된 그래핀 채널 위에 프린팅하였다 (W 및 L은 20 및 100 ㎛ 였다). 상기 이온겔 및 게이트 전극은 상술한 바와 같이 같은 방식으로 프린팅하였다. 상기 그래핀 소스/드레인 전극에 기초한 것과 비교하여, 상기 이동도에서 큰 차이가 없었다. 상기 홀 및 전자 이동도는 각각 255±48 cm2/Vs 및 135±27 cm2/Vs 로 측정되었다.
The mechanical flexibility and robustness of the transparent graphene FETs were measured by performing front and back bending tests. FIG. 16C shows the change in effective hole / electron mobility normalized by hole / electron mobility in the unbent state (μ / μ 0 ). Negative and positive stresses correspond to tension and compression, respectively. In the range of stress of ± 2%, only 20% change in both hole and electron mobility was observed. A fatigue test was also run on the graphene FETs. FIG. 16D shows the μ / μ 0 change after several hundred bending cycles causing the tensile stress to vary between 0% and 2% in the device. Only 20% change was observed at μ / μ 0 after 250 cycles. Here, an array of graphene FETs all printed on plastics was prepared (FIG. 17A). PEDOT: PSS source / drain electrodes were printed onto the patterned graphene channels using aerosol jet printing (W and L were 20 and 100 μm). The ion gel and the gate electrode were printed in the same manner as described above. Compared with the graphene source / drain electrode based, there was no significant difference in the mobility. The hole and electron mobility were measured at 255 ± 48 cm 2 / Vs and 135 ± 27 cm 2 / Vs, respectively.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

300: TFT 302: 기재
304: 탄소 나노구조체 반도체층 306: 소스 전극
308: 드레인 전극 310: 이온겔층
312: 게이트 전극 314: 공통 전압 소스
500: TFT 502: 기재
504: 탄소 나노구조체 반도체층 506: 소스 전극
508: 드레인 전극 510: 이온겔층
700: TFT 702: 기재
704: 탄소 나노구조체 반도체층 706: 소스 전극
708: 드레인 전극 710: 이온겔층
712: 게이트 전극 714: 공통 전압 소스
716: 전압 소스 900: TFT
902: 기재 904: 탄소나노구조물 반도층
906: 소스 전극 908: 드레인 전극
910: 이온겔층 912: 게이트 전극
914: 공통 전압 소스
300: TFT 302: substrate
304: carbon nanostructure semiconductor layer 306: source electrode
308: drain electrode 310: ion gel layer
312: gate electrode 314: common voltage source
500: TFT 502: substrate
504: carbon nanostructure semiconductor layer 506: source electrode
508: drain electrode 510: ion gel layer
700: TFT 702: substrate
704 carbon nanostructure semiconductor layer 706 source electrode
708: drain electrode 710: ion gel layer
712: gate electrode 714: common voltage source
716: voltage source 900: TFT
902: substrate 904: carbon nanostructure semiconducting layer
906: source electrode 908: drain electrode
910: ion gel layer 912: gate electrode
914 common voltage source

Claims (1)

소스 전극(source electrode) 및 드레인 전극(drain electrode);
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에 채널 영역을 형성하기 위해 배치된 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층;
게이트 전극; 및
상기 탄소 나노구조체를 포함하는 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에, 상기 채널 영역과 상기 게이트 전극 사이에서 절연체층을 형성하는 이온겔층:
을 포함하는, 플렉시블 전계효과 트랜지스터.
A source electrode and a drain electrode;
A semiconductor layer including carbon nanostructures disposed to form a channel region between the source electrode and the drain electrode;
A gate electrode; And
An ion gel layer forming an insulator layer between the channel region and the gate electrode between the semiconductor layer including the carbon nanostructure and the gate electrode;
A flexible field effect transistor comprising a.
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