KR20130080309A - 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터가 개시된다. 개시된 박막 트랜지스터는 파이버와 파이버 상에 형성된 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극과 제 1전극 및 제 2전극 사이에 형성된 채널을 포함하며, 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극 상에는 형성된 게이트 절연층 및 게이트 절연층을 봉지하는 봉지재를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예는 파이버 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 자세하게는 파이버 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전자소자의 응용 분야가 넓어지면서 종래의 Si, 글래스 등의 기판 위에 존재하는 전자소자의 한계를 극복할 수 있는 플렉서블한 구조를 지닌 전자소자에 대한 요구가 커지고 있다. 유연한 디스플레이, 스마트 의복, 유전체 엘라스토머 액츄에이터(DEA), 생체적합성 전극, 생체내 전기적 신호 감지 등과 같은 분야에 사용되는 박막 트랜지스터는 유연하고 접을 수 있는 형태가 요구되기도 한다. 특히 접을 수 있는 박막 트랜지스터를 형성하기 위하여 트랜지스터를 이루는 각 요소들의 유연성이 요구된다.
본 발명의 일 측면은 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에서는,
파이버;
상기 파이버 상에 형성된 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극;
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 형성된 채널;
상기 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연층; 및
상기 게이트 절연층을 봉지하는 봉지재;를 포함하는 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터를 제공한다.
상기 파이버는 천연 섬유, 화학 섬유 또는 이들의 혼합물로 형성된 것일 수 있다.
상기 파이버는 단일 섬유로 형성된 것일 수 있다.
상기 채널은 유기 반도체 물질로 형성된 반도체 박막이나 섬유 형태의 나노 구조체로 형성된 것일 수 있다.
상기 유기 반도체 물질은 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐 비닐리덴(polythienyl vinylidene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylene vinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플루로렌(polyfluorene) 또는 폴리티오펜비닐렌(polythiovinylene)일 수 있다.
상기 게이트 절연층은 이온성 액체(ionic liquids) 또는 전해질 물질(eletrolytes) 중 적어도 어느 하나와 수지의 혼합물로 형성된 것일 수 있다.
상기 봉지재는 수지나 몰드용 물질로 형성된 것일 수 있다.
상기 수지는 열경화 가능하거나 UV 경화가 가능한 아크릴계 수지, 열경화가 가능한 에폭시 수지, 또는 탄성체 수지일 수 있다.
또한, 개시된 실시예에서는, 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서,
파이버 상에 전도성 물질을 도포하고 이를 패터닝하여 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 채널을 형성하는 단계;
상기 파이버, 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극 상면의 게이트 절연층이 형성되는 영역의 외주부를 둘러싸도록 봉지재의 측벽을 형성하는 단계; 및
상기 봉지재의 측벽 내에 게이트 절연층을 형성한 뒤, 상기 게이트 절연층 상에 봉지재의 덮개부를 형성하는 단계;를 포함하는 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 파이버 상에 형성되며, 안정된 특성을 지닌 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 파이버 상에 박막 트랜지스터를 용이하게 제조할 수 있는 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파이버 상에 형성된 박막 트래지스터의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파이버 상에 형성된 박막 트래지스터의 구조를 나타낸 평면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터에 대해 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 실시예에 따른 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 도면으로, 도 1-(a)는 단면도를 나타낸 것이며, 도 1-(b)는 평면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터(100)는 파이버(10) 및 파이버(10) 상에 서로 이격되어 형성된 제 1전극(11), 제 2전극(12) 및 게이트 전극(13)을 포함한다. 제 1전극(11) 및 제 2전극(12)은 각각 드레인(drain) 전극 및 소스(source) 전극일 수 있으며, 또한 그 반대일 수 있다. 제 1전극(11) 및 제 2전극(12) 사이에는 채널(14)이 형성되어 있다. 파이버(10), 제 1전극(11), 제 2전극(12) 및 게이트 전극(13) 상에는 게이트 절연층(15)이 형성될 수 있으며, 게이트 절연층(15)은 파이버(10), 제 1전극(11), 제 2전극(12) 및 게이트 전극(13) 상에 형성된 봉지재(encapsulant)(16)에 의해 봉지될 수 있다.
여기서, 파이버(10)는 기판 역할을 할 수 있는 것으로 가요성을 지닌 천연 섬유, 화학 섬유 또는 이들의 혼합물로 형성된 것을 포함하며, 평활성, 내수성, 인장 강도, 접이성이 우수한 것이다. 예를 들어, 천연 섬유는 목재 펄프, 마, 라미, 삼베, 또는 모로부터 생성된 것일 수 있으며, 화학 섬유는 비닐론, 나일론, 아크릴, 레이온, 폴리프로필렌, 또는 아스베스토 섬유로부터 생성된 것일 수 있다. 파이버(10)는 단일 섬유로 형성된 것일 수 있으며, 그 단면은 원형, 타원형, 사각형을 포함하는 다각형 등 다양한 형태를 지닌 것일 수 있다. 파이버(10) 단면의 폭(width)에 비해 그 길이가 수배 또는 수십배 이상, 예를 들어 100 내지 1000배인 월등히 긴 것일 수 있다.
제 1전극(11), 제 2전극(12) 및 게이트 전극(13)은 전도성 물질로 형성된 것일 수 있으며, 금속, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 고분자로 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 금속은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 또는 이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 전도성 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등을 포함할 수 있다. 전도성 고분자 물질은 PEDOT:PSS(polyethylene dioxythiophene: polystyrene sulphonate), 폴리아닐린, 폴리피롤 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
채널(14)은 제 1전극(11) 및 제 2전극(12) 사이에 형성된 것으로 유기 반도체 물질로 형성된 반도체 박막이나 섬유 형태의 나노 구조체로 형성될 수 있다. 나노 구조체의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어 1차원 구조로 그 단면 형상이 원형, 다각형일 수 있다. 예를 들어 유기 반도체 물질로 형성된 것일 수 있으며, 유기 반도체로는 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐 비닐리덴(polythienyl vinylidene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylene vinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플루로렌(polyfluorene) 또는 폴리티오펜비닐렌(polythiovinylene) 등을 포함할 수 있다.
게이트 절연층(15)은 파이버(10) 및 파이버 상에 형성된 제 1전극(11), 제 2전극(12), 게이트 전극(13) 상에 형성된 것으로, 이온성 액체(ionic liquids) 또는 전해질 물질(eletrolytes) 등과 수지의 혼합물로 형성된 것일 수 있으며, 겔형 폴리머 물질(gel-like polymer)로 형성된 것일 수 있다. 이와 같이, 이온성 액체와 혼합된 수지는 유전체 성질을 가지면서 유연성이 있고 기재에 대한 밀착성이 우수한 특성일 지닐 수 있다.
여기서 이온성 액체는 양이온과 음이온으로 이루어진 액체상태의 염이다. 예를 들어, 이온성 액체의 양이온은 이미다졸륨(imidazolium), 피라졸륨(pyrazolium), 트리아졸륨(triazolium), 티아졸륨(thiazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피라지늄(pyrazinium), 암모늄(ammonium), 포스포늄(phosphonium), 구아니디늄(guanidinium), 유로늄(uronium), 티오유로늄(thiouronium), 피리디늄(pyridinium), 피롤리디늄(pyrroldinium) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 그리고, 이온성 액체의 음이온은 할라이드, 보레이트계 음이온, 포스페이트계 음이온, 포스피네이트계 음이온, 이미드계 음이온, 술포네이트계 음이온, 아세테이트계 음이온, 설페이트계 음이온, 시아네이트계 음이온, 티오시아네이트계 음이온, 탄소계 음이온, 착물계 음이온 또는 ClO4- 일 수 있다.
그리고, 게이트 절연층(15) 형성에 사용되는 수지는 UV 경화가 가능한 아크릴계 수지, 열경화가 가능한 에폭시 수지, 또는 탄성체 수지일 수 있다. 예를 들어, 수지는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol) diacrylate), 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Triacrylate), 디펜타에리치올 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol Hexa Acrylate)를 포함할 수 있다. 이온성 액체와 수지 혼합물은 경화되어 신축성을 갖는 게이트 절연막으로 형성될 수 있다. 게이트 절연층(15)이 이온성 액체과 수지의 혼합물로 이루어짐으로써 가요성을 지닐 수 있다.
봉지재(16)는 게이트 절연층(15)의 물질을 봉지할 수 있으며, 수지나 몰드용 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 수지는 열경화 가능하거나 UV 경화가 가능한 아크릴계 수지, 열경화가 가능한 에폭시 수지, 또는 탄성체 수지일 수 있으며, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol) diacrylate), 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Triacrylate), 디펜타에리치올 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol Hexa Acrylate)를 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대해 설명하고자 한다. 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저 파이버(10)를 준비한다. 파이버(10)는 천연 섬유, 화학 섬유 또는 이들의 혼합물로 형성된 것일 수 있으며, 파이버(10)는 그 폭에 비해 길이가 월등히 긴 것을 준비할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 박막 트랜지스터는 단일 가닥의 파이버(10) 상에 형성시킬 수 있다. 파이버(10) 상에 전도성 물질을 도포하고 이를 패터닝하여 제 1전극(11), 제 2전극(12) 및 게이트 전극(13)을 형성한다. 전도성 물질은 금속, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 고분자 물질로 형성된 것일 수 있다. 전도성 물질은 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 사용하여 파이버(10) 상에 증착할 수 있으며 그 방법은 제한은 없다. 제 1전극(11), 제 2전극(12) 및 게이트 전극(13)은 동일한 물질로 동시에 형성시킬 수 있으며 이는 임의로 선택할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 1전극(11) 및 제 2전극(13) 사이에 채널(14)을 형성한다. 유기 반도체 물질로 형성된 반도체 박막이나 섬유 형태의 나노 구조체로 형성될 수 있다. 유기 반도체로는 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐 비닐리덴(polythienyl vinylidene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylene vinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플루로렌(polyfluorene) 또는 폴리티오펜비닐렌(polythiovinylene) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 전기방사법으로 P3HT(poly-3(hexylthiophene))의 나노 섬유로 채널(14)을 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 1의 게이트 절연층(15)을 형성하기 위하여 우선 봉지재(16)의 측벽(16a)을 형성한다. 측벽(16a)은 액상 또는 겔 형태의 게이트 절연층(15) 물질이 외부로 누설되는 것을 방지하기 위한 것으로, 도 1-(b)와 같이 파이버(10), 제 1전극(11), 제 2전극(12) 및 게이트 전극(13) 상면에서 게이트 절연층(16)이 형성되는 영역의 외주부를 둘러싸도록 형성한다. 봉지재(16)는 수지나 몰드용 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어 수지는 UV 경화가 가능한 아크릴계 수지, 열경화가 가능한 에폭시 수지, 또는 탄성체 수지일 수 있으며, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol) diacrylate), 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Triacrylate), 디펜타에리치올 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol Hexa Acrylate)를 사용하여 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 측벽(16a) 내에 게이트 절연층(15)을 형성한다. 게이트 절연층(15)는 이온성 액체(ionic liquids) 또는 전해질 물질(eletrolytes) 등과 수지의 혼합물로 형성된 것일 수 있으며, 겔형 폴리머 물질(gel-like polymer)로 형성된 것일 수 있다.
도 6을 참조하면, 측벽(16a) 내에 게이트 절연층(15)을 형성한 후, 게이트 절연층(15) 상면에 봉지재(16)의 덮개부(16b)를 형성한다. 봉지재(16)의 덮개부(16b)는 수지나 몰드용 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어 열경화 가능하거나 UV 경화가 가능한 아크릴계 수지, 열경화가 가능한 에폭시 수지, 또는 탄성체 수지로 형성할 수 있다.
도 7은 다수의 파이버 중 하나의 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터(200)를 나타낸 평면도이다.
도 7을 참조하면, 다수의 파이버 중 하나의 파이버(20) 상에 제 1전극(21), 제 2전극(22) 및 게이트 전극(23)이 형성되어 있으며, 제 1전극(21) 및 제 2전극(22) 상에 채널(24)이 형성되어 있다. 그리고, 파이버(20), 제 1전극(21), 제 2전극(22) 및 게이트 전극(23) 상에는 게이트 절연층(25)이 형성되어 있으며, 게이트 절연층(25)은 봉지재(26)에 의해 봉지되어 있다. 제 1전극(21) 및 제 2전극(22)은 각각 외부 버스 라인인 제 1전극 버스라인(210) 및 제 2전극 버스 라인(220)과 전기적으로 연결되어 있으며, 게이트 전극(23)은 게이트 연결 라인(230)과 전기적으로 연결된 구조를 지니고 있다.
100, 200: 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터
10, 20: 기판 11, 21: 제 1전극
12, 22: 제 2전극 13, 23: 게이트 전극
14, 24: 채널 15, 25: 게이트 절연층
16, 26: 봉지재
10, 20: 기판 11, 21: 제 1전극
12, 22: 제 2전극 13, 23: 게이트 전극
14, 24: 채널 15, 25: 게이트 절연층
16, 26: 봉지재
Claims (9)
- 파이버;
상기 파이버 상에 형성된 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극;
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 형성된 채널;
상기 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연층; 및
상기 게이트 절연층을 봉지하는 봉지재;를 포함하는 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 제 1항에 있어서,
상기 파이버는 천연 섬유, 화학 섬유 또는 이들의 혼합물로 형성된 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 제 2항에 있어서,
상기 파이버는 단일 섬유로 형성된 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 제 1항에 있어서,
상기 채널은 유기 반도체 물질로 형성된 반도체 박막이나 섬유 형태의 나노 구조체로 형성된 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 제 4항에 있어서,
상기 유기 반도체 물질은 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐 비닐리덴(polythienyl vinylidene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylene vinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플루로렌(polyfluorene) 또는 폴리티오펜비닐렌(polythiovinylene)인 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 제 1항에 있어서,
상기 게이트 절연층은 이온성 액체(ionic liquids) 또는 전해질 물질(eletrolytes) 중 적어도 어느 하나와 수지의 혼합물로 형성된 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 제 1항에 있어서,
상기 봉지재는 수지나 몰드용 물질로 형성된 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 제 8항에 있어서,
상기 수지는 열경화 가능하거나 UV 경화가 가능한 아크릴계 수지, 열경화가 가능한 에폭시 수지, 또는 탄성체 수지인 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터. - 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서,
파이버 상에 전도성 물질을 도포하고 이를 패터닝하여 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 채널을 형성하는 단계;
상기 파이버, 제 1전극, 제 2전극 및 게이트 전극 상면의 게이트 절연층이 형성되는 영역의 외주부를 둘러싸도록 봉지재의 측벽을 형성하는 단계; 및
상기 봉지재의 측벽 내에 게이트 절연층을 형성한 뒤, 상기 게이트 절연층 상에 봉지재의 덮개부를 형성하는 단계;를 포함하는 파이버 상에 형성된 박막 트랜지스터의 제조 방법.
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