KR20180020764A - 반도체 전구체용액, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체층 - Google Patents

반도체 전구체용액, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체층 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 전구체용액, 이의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 반도체층 및 박막트랜지스터를 제공하는 것으로, 본 발명의 반도체 전구체용액은 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브 및 금속산화물 전구체를 포함한다.

Description

반도체 전구체용액, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체층{semiconductor precursor solution, preparation method thereof and a semiconductor layer prepared by using this}
본 발명은 반도체 전구체용액, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체층에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정한 물질로 개질된 탄소나노튜브를 첨가한 반도체 전구체용액과 이의 제조방법 및 본 발명의 반도체 전구체용액을 이용하여 제조된 반도체층 및 이를 채용한 박막트랜지스터에 관한 것이다.
현재 박막 트랜지스터(Thin film transistor)는 디스플레이 분야의 스위칭 및 구동 소자등의 다양한 응용 분야에 이용되고 있다.
특히 TV용 디스플레이로서 대형화된 TV, DID(Digital Information Display), 저가격, 밝기, 명암비, 색재현력 고해상도 등의 고화질등의 요구를 충족시키기위해 많은 연구가 진행되고 있다.
박막 트랜지스터의 반도체층의 재질로서는 비정질 실리콘이나 폴리실리콘 등의 Si계 반도체가 이용되는 것이 일반적이다.
그러나 Si계 반도체층을 형성할 때는 일반적으로 진공 프로세스에 의한 제막 공정이나 포토리소그래피 공정을 거칠 필요가 있다. 이들 방법은 대규모 장치를 필요로 해, 비용이 많이 들고, 공정이 복잡하다고 하는 문제점이 있다. 게다가 이러한 방법은 높은 온도를 필요로 하기 때문에, Si계 반도체층을 이용한 경우, 내열성의 낮은 유연한 폴리머 필름을 기재로 이용하지 못하며, 유연한 박막 트랜지스터를 형성하기 어려운 단점이 있다.
따라서 고성능의 박막트랜지스터를 제조하기 위한 다양한 공정들이 연구되고 있다.
한편 탄소나노튜브(CNT)는 카본에서 제조된 현미경으로 밖에 안보이는 튜브모양의 구조이다. 이들은 실질적으로 풀러렌 혹은 흑연의 층과 유사하는 탄소에서 형성되고 상기 탄소 원자는 육각형과 각각의 경우에 3개의 결합 파트너를 가지는 허니컴 구조를 채용함으로, 이 구조는 탄소 원자의 sp2 혼성에 의해 제조된다.
탄소나노튜브의 직경은 수nm(예를 들면 1 내지 50nm)의 범위 내이지만 단지 0.4 nm의 튜브지름을 가지는 탄소 나노튜브도 이미 제조되어 있다. 각각의 튜브의 수μm에서 수mm의 길이 및 튜브 다발에 대해서 수cm까지의 길이를 가지는 탄소나노튜브도 제조가 가능한 것으로 알려지고 있다.
전도성 등의 특성을 가진 탄소나노튜브를 다양한 분야에 응용하고자 하는 다양한 연구가 진행되고 있으며, 일례로 한국특허공개공보 제2007-0025745호에 투명 전극 및 금속산화물층의 계면에 탄소나노튜브를 채용한 광전기화학 소자가 공지되어 있다.
그러나, 디스플레이의 대형화 및 고화질화 요구에 부합하는 고성능 소자의 필요성이 여전히 대두되고 있어 높은 이동도를 갖는 고성능 박막트랜지스터 및 이의 제조 기술이 요구된다.
한국특허공개공보 제2007-0025745호
본 발명은 다양한 소자의 반도체층으로 사용가능한 반도체 전구체용액 및 이의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 본 발명의 반도체 전구체용액을 이용하여 제조되는 반도체층 및 이을 이용하여 제조된 박막트랜지스터를 제공한다.
본 발명은 특히 이동도가 높고 용액공정으로 대면적 제조가 가능한 박막트랜지스터의 반도체층으로 사용되는 반도체 전구체용액을 제공하는 것으로, 본 발명의 반도체 전구체용액은 반도체 전구체용액은 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브 및 금속산화물 전구체를 포함한다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 카르복실산기를 가지는는 화합물은 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 개질된 탄소나노튜브의 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으며, 반도체 전구체용액에 전체에 대하여 0.01×10-5 내지 1×10-4 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 전구체는 금속염, 금속염 수화물 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 반도체 전구체용액내에 0.01 내지 1M농도로 존재할 수 있으며, 금속산화물 전구체의 금속은 인듐, 아연, 티타늄, 갈륨 또는 주석일 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 반도체 전구체용액을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 반도체 전구체용액의 제조방법은,
금속산화물 전구체용액을 제조하는 단계,
카르복실산기를 가지는 화합물, 특히 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물로 개질된 탄소나노튜브용액을 제조하는 단계, 및
상기 금속산화물 전구체용액 및 개질된 탄소나노튜브용액을 혼합하여 반도체 전구체용액을 제조하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명은 본 발명의 반도체 전구체용액을 이용하여 제조된 반도체층 및 이를 포함하는 박막트랜지스터를 제공한다.
본 발명의 반도체 전구체용액을 금속산화물 전구체와 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브를 포함함으로써 이동도가 높으면서도 용액공정으로 대면적 제조가 가능하다.
본 발명의 반도체 전구체용액의 제조방법은 간단한 공정으로 이동도가 높고 용액공정이 가능한 반도체 전구체용액의 제조가 가능하여 상용화가 용이한 장점을 가진다.
본 발명의 반도체층은 본 발명의 반도체 전구체용액을 이용함으로써 이동도가 높으며, 이를 포함하는 박막트랜지스터는 성능이 우수하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제작된 소자의 이동도를 나타낸 그래프이며,
도 2는 본 발명의 실시예 5에서 제작된 소자의 이동도 분포를 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 비교예 2에서 제작된 소자의 이동도 분포를 나타낸 도면이다.
본 발명은 이동도가 높은 산화물 반도체층을 제조하기위한 반도체 전구체용액을 제공하는 것으로, 본 발명의 반도체 전구체용액은,
카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브및 금속산화물 전구체를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카르복실산기를 가지는 화합물은 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 반도체 전구체용액은 카르복실산기를 가지는 화합물, 특히 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물로 개질된 탄소나노튜브를 포함함으로써 이를 이용하여 제조되는 반도체층 및 박막트랜지스터는 이동도가 매우 높다.
본 발명의 개질된 탄소나노튜브는 카르복실산기를 가지는 화합물인 특정한 작용기를 가지는 화합물로 개질된 것으로 산화물 반도체층의 제조에 사용되는 용매인 알코올계 용매에 용이하게 분산되며, 이를 채용한 산화물 반도체층의 이동도를 현저하게 향상시킨다.
구체적으로 본 발명의 반도체 전구체용액은 특정한 작용기를 가지는 화합물인 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브 및 산화물 전구체를 포함함으로써 이를 이용하여 제조되는 반도체층은 용액공정으로 용이하게 대면적 소자의 제조가 가능하며, 소자의 이동도 또한 현저하게 향상시킨다.
보다 구체적으로 본 발명의 반도체 전구체용액은 카르복실산기를 가지는 화합물, 특히 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물인 특정한 물질로 개질된 탄소나노튜브와 산화물 전구체를 물 또는 알코올계 용매, 특히 2-메톡시에탄올에 용해 및 분산시킨 것으로 개질된 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시켜 이동도를 높이면서도 용액공정으로 소자의 제조가 가능하다.
본 발명의 반도체 전구체용액은 용이하게 분산되면서도 반도체층의 이동도를 높이기위해 바람직하게 알코올계 용매, 물 또는 이들의 혼합용매에 카르복실산기를 가지는 화합물인 특정한 화합물로 개질된 탄소나노튜브와 산화물 전구체를 용해시켜 제조될 수 있다.
본 발명에 기재된 반도체 전구체용액은 산화물 반도체층을 제조하기위한 용액으로, 구체적으로 반도체 전구체용액을 당업자가 인식할 수 있는 방법(일례로, 스핀코팅, 바코팅, 인쇄공정등)으로 기재에 막을 형성한 후 건조 소성하여 얻어지는 산화물 반도체층을 제조하기위한 용액을 의미한다.
또한 본 발명의 반도체층은 산화물 반도체층을 의미하는 것이다.
본 발명에 기재된 개질된 탄소나노튜브는 다른 기재가 없는 한 카르복실산기(-COOH)를 가지는 화합물로 개질된 것을 의미하며, 바람직한 일례로, 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물로 개질된 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아크릴산 및 폴리메타아크릴산의 중량평균분자량은 1,000 내지 100,000일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 전구체용액에 포함되는 개질된 탄소나노튜브의 탄소나노튜브는 이동도를 높이기위한 측면에서 바람직하게 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으며, 반도체 전구체용액 전체에 대해 0.01×10-5 내지 1×10- 4중량%로 포함될 수 있으며, 개질된 탄소나노튜브가 이동도를 높이면서도 반도체성격을 가질 수 있도록 하기위한 측면에서 바람직하게 0.01×10-5 내지 1×10-5 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 전구체용액에 포함되는 금속산화물 전구체는 금속염, 금속염 수화물 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 금속염 수화물일 수 있다.
금속산화물 전구체는 두 종류의 금속염 또는 금속 수화물이 보다 바람직하며, 금속산화물 전구체의 금속은 인듐, 아연, 티타늄, 갈륨 또는 주석일 수 있으며, 인듐을 포함하는 염 및 수화물과 아연을 포함하는 염 및 수화물이 바람직하며, 구체적으로 인듐염 수화물과 아연염 수화물의 혼합물이 좋다.
금속염 및 수산화물은 인듐염 및 인듐 수산화물, 아연염 및 아연 수산화물, 티타늄염 및 티타늄 수산화물, 갈륨염 및 갈륨 수산화물 또는 주석염 및 주석 수산화물일 수 있으며, 본 발명의 반도체 전구체용액에 포함되는 금속염 및 수산화물은 바람직하게 상이한 두 종류의 금속수화물의 혼합물이 바람직하며, 구체적으로 인듐 나이트레이트와 아연 아세틸아세토네이트의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 본 발명의 개질된 탄소나노튜브와 바람직한 조합의 금속산화물은 인듐아연 산화물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 전구체는 반도체 전구체용액에 0.01 내지 1M, 바람직하게는 0.05 내지 0.3M의 농도로 존재할 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 반도체 전구체용액의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 반도체 전구체용액은 금속산화물 전구체용액을 제조하는 단계; 카르복실산기를 가지는 화합물, 구체적으로 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물로 개질된 탄소나노튜브용액을 제조하는 단계; 및 상기 금속산화물 전구체용액 및 개질된 탄소나노튜브용액을 혼합하여 반도체 전구체용액을 제조하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 반도체 전구체용액은 간단한 공정으로 반도체 전구체용액을 제조할 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 반도체 전구체용액을 이용하여 제조된 반도체층을 제공한다.
본 발명의 반도체층은 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브 및 산화물 전구체를 포함하는 본 발명의 반도체 전구체용액을 통상의 방법으로 박막을 형성하고 건조 소성하여 제조될 수 있으며, 높은 이동도를 가진다.
본 발명의 반도체층을 제조하는 방법은 통상의 당업자가 인식할 수 있는 용액공정이라면 모두 가능하며, 바람직하게 스핀코팅 또는 바코팅일 수 있다.
본 발명의 반도체층을 제조하기위해 본 발명의 반도체 전구체 용액을 스핀코팅 또는 바코팅으로 박막을 형성한 후 100 내지 200℃에서 1 내지 10분동안 건조한 후 300 내지 400℃에서 30분 내지 4시간동안 건조하여 얻어질 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터를 제공한다.
본 발명이 트랜지스터는 카르복실산기를 가지는 화합물, 특히 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물로 개질된 탄소나노튜브 및 산화물 전구체를 포함하는 본 발명의 반도체 전구체용액을 이용하여 제조된 반도체층을 채용함으로써 높은 이동도를 가진다.
이하의 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 범위가 이에 따라 한정되는 것은 아니다.
[제조예] 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브 분산액(poly acrylic acid-multi-walled carbon nanotube, PAA-MWCNT)의 제조
증류수(deionize water) 49.925g에 폴리아크릴산(poly acrylic acid, Mw; 15,000, 35wt% in water) 0.021g을 넣어 교반한 후 다중벽카본나노튜브(MWCNT)를 0.075g를 첨가하고 초음파를 이용하여 혼합하였다. 여기에 질산용액을 사용하여 pH 3으로 맞춘 후 초음파혼합을 진행하여 분산용액을 제조하였다. 용매를 치환해 주기 위해 21000rpm에서 30분 동안 원심분리시켜 상등액을 제거하고 침전물을 얻었다. 에탄올(ethanol)을 용매로 이용하여 침전물을 재분산시킨 후 원심분리를 이용하여 침전물을 얻는 작업을 반복하였다. 얻어진 침전물을 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)을 용매로 이용하여 침전물을 분산시켜 분산용액을 제조하였다.
[실시예 1]
IZO 산화물 형성을 위한 용액을 만들기 위해 용매인 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 6g에 금속산화물을 0.1M의 농도로 녹였다. 우선 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 0.0902g 넣어준 후 80℃ 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통하여 녹였다. 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)가 완전히 용해되면 징크 아세틸아세토네이트 하이드레이트(zinc acetylacetonate hydrate)를 0.0791g 넣어준 후 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통해 녹였다. 잉크 합성이 끝난 후 상온에서 교반을 해주면서 24시간 이상 충분한 안정화 시간을 거쳤다.
증류수(deionize water) 49.925g에 폴리아크릴산(poly acrylic acid, Mw; 15,000, 35wt% in water) 0.021g을 넣어 교반한 후 MWCNT를 0.075g를 넣고 초음파혼합을 진행한다. 위의 용액에 질산용액을 사용하여 pH 3으로 맞춘 후 초음파혼합을 진행하여 분산용액을 만들어 준다. 용매를 치환해 주기 위해 21000rpm에서 30분 동안 원심분리시켜 상등액을 제거하고 침전물을 얻는다. 에탄올(ethanol)을 용매로 이용하여 침전물을 재분산시킨 후 원심분리를 이용하여 침전물을 얻는 작업을 반복한다. 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)을 용매로 이용하여 침전물을 분산시켜 분산용액을 완성한다.
상기의 제조예에서 제조된 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)에 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브(poly acrylic acid-multi-walled carbon nanotube, PAA-MWCNT)가 분산된 용액을 0.001wt%로 농도를 맞춘 후 0.0062g을 제조된 산화물 전구체용액에 첨가하여 반도체 전구체용액을 제조하였다. 제조된 반도체 전구체용액에서의 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브 농도는 0.000001wt% 이다.
MWCNT가 첨가된 소면적 바코팅을 통한 소자를 만들기 위해 비소(Arsenic, As)가 고도로 도핑 된 실리콘기판에 건식증착을 통해 100nm의 SiO2가 형성된 2cm x 2cm 크기의 기판을 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 증류수(deionize water)에 각각 5분씩 초음파세정(sonication)하였다. 코팅 전, 자외선 오존생성기(UV-ozone treatment)를 통해 5분 동안 오존처리를 진행하였다. 소면적 바코팅 공정을 진행하기 위해 바코터 위에 세척 된 웨이퍼를 올려 10mm/sec 속도로 바코팅을 진행하였다. 그 후 150℃ 핫플레이트 위에서 5분 동안 용매를 건조 시켜 준 후 350℃ 핫플레이트 위에서 2시간 동안 열처리를 진행하면서 IZO 산화물 층을 형성시켜주었다. 열처리가 끝난 후 열기상증착법을 이용하여 상부전극으로 50nm 두께의 Al을 형성시켰다. 소자의 전기적 특성을 평가하기 위하여 프로브스테이션(probe station)을 사용하여 전류-전압 곡선을 측정하였으며 드레인 전압 40V, 게이트 전압 -20~40V를 인가하여 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
[실시예 2]
IZO 산화물 형성을 위한 용액을 만들기 위해 용매인 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 6g에 금속산화물을 0.1M의 농도로 녹였다. 우선 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 0.0902g 넣어준 후 80℃ 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통하여 녹였다. 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)가 완전히 용해되면 징크 아세틸아세토네이트 하이드레이트(zinc acetylacetonate hydrate)를 0.0791g 넣어준 후 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통해 녹였다. 잉크 합성이 끝난 후 상온에서 교반을 해주면서 24시간 이상 충분한 안정화 시간을 거쳤다.
상기의 제조예에서 제조된 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)에 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브(poly acrylic acid-multi-walled carbon nanotube, PAA-MWCNT)가 분산된 용액을 0.001wt%로 농도를 맞춘 후 0.031g을 제조된 산화물 전구체용액에 첨가하여 반도체 전구체용액을 제조하였다. 제조된 반도체 전구체용액에서의 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브 농도는 0.000005wt% 이다.
MWCNT가 첨가된 소면적 바코팅을 통한 소자를 만들기 위해 비소(Arsenic, As)가 고도로 도핑 된 실리콘기판에 건식증착을 통해 100nm의 SiO2가 형성된 2cm x 2cm 크기의 기판을 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 증류수(deionize water)에 각각 5분씩 초음파세정(sonication)하였다. 코팅 전, 자외선 오존생성기(UV-ozone treatment)를 통해 5분 동안 오존처리를 진행하였다. 소면적 바코팅 공정을 진행하기 위해 바코터 위에 세척 된 웨이퍼를 올려 10mm/sec 속도로 바코팅을 진행하였다. 그 후 150℃ 핫플레이트 위에서 5분 동안 용매를 건조 시켜 준 후 350℃ 핫플레이트 위에서 2시간 동안 열처리를 진행하면서 IZO 산화물 층을 형성시켜 주었다. 열처리가 끝난 후 열기상증착법을 이용하여 상부전극으로 50nm 두께의 Al을 형성하였다. 소자의 전기적 특성을 평가하기 위하여 프로브스테이션(probe station)을 사용하여 전류-전압 곡선을 측정하였으며 드레인 전압 40V, 게이트 전압 -20~40V를 인가하여 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
[실시예 3]
IZO 산화물 형성을 위한 용액을 만들기 위해 용매인 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 6g에 금속산화물을 0.1M의 농도로 녹였다. 우선 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 0.0902g 넣어준 후 80℃ 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통하여 녹였다. 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)가 완전히 용해되면 징크 아세틸아세토네이트 하이드레이트(zinc acetylacetonate hydrate)를 0.0791g 넣어준 후 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통해 녹였다. 잉크 합성이 끝난 후 상온에서 교반을 해주면서 24시간 이상 충분한 안정화 시간을 거친다.
상기의 제조예에서 제조된 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)에 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브(poly acrylic acid-multi-walled carbon nanotube, PAA-MWCNT)가 분산된 용액을 0.001wt%로 농도를 맞춘 후 0.062g을 제조된 산화물 전구체용액에 첨가하여 반도체 전구체용액을 제조하였다. 제조된 반도체 전구체용액에서의 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브 농도는 0.00001wt% 이다.
MWCNT가 첨가된 소면적 바코팅을 통한 소자를 만들기 위해 비소(Arsenic, As)가 고도로 도핑 된 실리콘기판에 건식증착을 통해 100nm의 SiO2가 형성된 2cm x 2cm 크기의 기판을 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 증류수(deionize water)에 각각 5분씩 초음파세정(sonication)하였다. 코팅 전, 자외선 오존생성기(UV-ozone treatment)를 통해 5분 동안 오존처리를 진행하였다. 소면적 바코팅 공정을 진행하기 위해 바코터 위에 세척 된 웨이퍼를 올려 10mm/sec 속도로 바코팅을 진행하였다. 그 후 150℃ 핫플레이트 위에서 5분 동안 용매를 건조 시켜 준 후 350℃ 핫플레이트 위에서 2시간 동안 열처리를 진행하면서 IZO 산화물 층을 형성시켜 주었다. 열처리가 끝난 후 열기상증착법을 이용하여 상부전극으로 50nm 두께의 Al을 형성하였다. 소자의 전기적 특성을 평가하기 위하여 프로브스테이션(probe station)을 사용하여 전류-전압 곡선을 측정하였으며 드레인 전압 40V, 게이트 전압 -20~40V를 인가하였으며, 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
[실시예 4]
IZO 산화물 형성을 위한 용액을 만들기 위해 용매인 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 6g에 금속산화물을 0.1M의 농도로 녹였다. 우선 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 0.0902g 넣어준 후 80℃ 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통하여 녹였다. 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)가 완전히 용해되면 징크 아세틸아세토네이트 하이드레이트(zinc acetylacetonate hydrate)를 0.0791g 넣어준 후 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반시켜 녹였다. 잉크 합성이 끝난 후 상온에서 교반을 해주면서 24시간 이상 충분한 안정화 시간을 거쳤다.
상기의 제조예에서 제조된 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)에 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브(poly acrylic acid-multi-walled carbon nanotube, PAA-MWCNT)가 분산된 용액을 0.001wt%로 농도를 맞춘 후 0.31g을 제조된 산화물 전구체용액에 첨가하여 반도체 전구체용액을 제조하였다. 제조된 반도체 전구체용액에서의 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브 농도는 0.00005wt% 이다.
MWCNT가 첨가된 소면적 바코팅을 통한 소자를 만들기 위해 비소(Arsenic, As)가 고도로 도핑 된 실리콘기판에 건식증착을 통해 100nm의 SiO2가 형성된 2cm x 2cm 크기의 기판을 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 증류수(deionize water)에 각각 5분씩 초음파세정(sonication)하였다. 코팅 전, 자외선 오존생성기(UV-ozone treatment)를 통해 5분 동안 오존처리를 진행하였다. 소면적 바코팅 공정을 진행하기 위해 바코터 위에 세척 된 웨이퍼를 올려 10mm/sec 속도로 바코팅을 진행하였다. 그 후 150℃ 핫플레이트 위에서 5분 동안 용매를 건조 시켜 준 후 350℃ 핫플레이트 위에서 2시간 동안 열처리를 진행하면서 IZO 산화물 층을 형성시켜 주었다. 열처리가 끝난 후 열기상증착법을 이용하여 상부전극으로 50nm 두께의 Al을 형성하였다. 소자의 전기적 특성을 평가하기 위하여 프로브스테이션(probe station)을 사용하여 전류-전압 곡선을 측정하였으며 드레인 전압 40V, 게이트 전압 -20~40V를 인가하였으며, 측정된 결과는 도 1에 나타내었다.
도 1에서 보이는 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제작된 소자의 이동도가 비교예 1에서 제조된 소자의 이동도와 대비하여 현저하게 높은 것을 알 수 있다.
[실시예 5]
IZO 산화물 형성을 위한 용액을 만들기 위해 용매인 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 6g에 금속산화물을 0.1M의 농도로 녹였다. 우선 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 0.0902g 넣어준 후 80℃ 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통하여 녹였다. 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)가 완전히 용해되면 징크 아세틸아세토네이트 하이드레이트(zinc acetylacetonate hydrate)를 0.0791g 넣어준 후 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통해 녹였다. 잉크 합성이 끝난 후 상온에서 교반을 해주면서 24시간 이상 충분한 안정화 시간을 거쳤다.
상기의 제조예에서 제조된 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)에 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브(poly acrylic acid-multi-walled carbon nanotube, PAA-MWCNT)가 분산된 용액을 0.001wt%로 농도를 맞춘 후 0.062g을 제조된 산화물 전구체용액에 첨가하여 반도체 전구체용액에 제조하였다. 제조된 반도체 전구체용액에서의 폴리아크릴산-다중벽카본나노튜브 농도는 0.00001wt% 이다.
MWCNT가 첨가된 대면적 바코팅을 통한 소자를 만들기 위해 비소(Arsenic, As)가 고도로 도핑 된 실리콘기판에 건식증착을 통해 100nm의 SiO2가 형성된 4inch 크기의 기판을 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 증류수(deionize water)에 각각 5분씩 초음파세정(sonication)하였다. 코팅 전, 자외선 오존생성기(UV-ozone treatment)를 통해 5분 동안 오존처리를 진행하였다. 대면적 바코팅 공정을 진행하기 위해 바코터 위에 세척 된 웨이퍼를 올려 10mm/sec 속도로 바코팅을 진행하였다. 그 후 150℃ 핫플레이트 위에서 5분 동안 용매를 건조 시켜 준 후 350℃ 핫플레이트 위에서 2시간 동안 열처리를 진행하면서 IZO 산화물 층을 형성시켜 주었다. 열처리가 끝난 후 열기상증착법을 이용하여 상부전극으로 50nm 두께의 Al을 형성시켰다. 소자의 전기적 특성을 평가하기 위하여 프로브스테이션(probe station)을 사용하여 전류-전압 곡선을 측정하였으며 드레인 전압 40V, 게이트 전압 -20~40V를 인가하였다.
도 2에 실시예 5에서 제작된 소자의 이동도 분포를 나타내었으며, 본 발명의 비교예 2에서 제작된 소자의 이동도 분포를 나타낸 도 3과 대비하여 월등히 이동도가 높은 것을 알 수 있었다. 본 발명의 이동도 분포는 (드레인전류)1/2 및 게이트 전압 그래프의 기울기로부터 포화이동도를 계산하여 4 inch 웨이퍼상에서의 이동도 분포를 계산하여 나타낸 것이다.
[비교예 1]
IZO 산화물 형성을 위한 용액을 만들기 위해 용매인 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 6g에 금속산화물을 0.1M의 농도로 녹였다. 우선 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 0.0902g 넣어준 후 80℃ 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통하여 녹였다. 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)가 완전히 용해되면 징크 아세틸아세토네이트 하이드레이트(zinc acetylacetonate hydrate)를 0.0791g 넣어준 후 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통해 녹였다. 잉크 합성이 끝난 후 상온에서 교반을 해주면서 24시간 이상 충분한 안정화 시간을 거쳤다. 소면적 바코팅을 통한 소자를 만들기 위해 비소(Arsenic, As)가 고도로 도핑된 실리콘기판에 건식증착을 통해 100nm의 SiO2가 형성된 2cm x 2cm 크기의 기판을 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 증류수(deionize water)에 각각 5분씩 초음파세정(sonication)한다. 코팅 전, 자외선 오존생성기(UV-ozone treatment)를 통해 5분 동안 오존처리를 진행하였다. 소면적 바코팅 공정을 진행하기 위해 바코터 위에 세척된 웨이퍼를 올려 10mm/sec 속도로 바코팅을 진행하였다. 그 후 150℃ 핫플레이트 위에서 5분 동안 용매를 건조시켜 준 후 350℃ 핫플레이트 위에서 2시간 동안 열처리를 진행하면서 IZO 산화물 층을 형성시켜 주었다. 열처리가 끝난 후 열기상증착법을 이용하여 상부전극으로 50nm 두께의 Al을 형성시켰다. 소자의 전기적 특성을 평가하기 위하여 프로브스테이션(probe station)을 사용하여 전류-전압 곡선을 측정하였으며 드레인 전압 40V, 게이트 전압 -20~40V를 인가하여 측정하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
[비교예 2]
IZO 산화물 형성을 위한 용액을 만들기 위해 용매인 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 6g에 금속산화물을 0.1M의 농도로 녹였다. 우선 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)를 0.0902g 넣어준 후 80℃ 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통하여 녹였다. 인듐 나이트레이트 하이드레이트(indium nitrate hydrate)가 완전히 용해되면 징크 아세틸아세토네이트 하이드레이트(zinc acetylacetonate hydrate)를 0.0791g 넣어준 후 핫플레이트 위에서 40분 동안 교반을 통해 녹였다. 잉크 합성이 끝난 후 상온에서 교반을 해주면서 24시간 이상 충분한 안정화 시간을 거쳤다. 대면적 바코팅을 통한 소자를 만들기 위해 비소(Arsenic, As)가 고도로 도핑 된 실리콘기판에 건식증착을 통해 100nm의 SiO2가 형성된 4inch 크기의 기판을 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 메탄올(methanol), 증류수(deionize water)에 각각 5분씩 초음파세정(sonication)하였다. 코팅 전, 자외선 오존생성기(UV-ozone treatment)를 통해 5분 동안 오존처리를 진행하였다. 대면적 바코팅 공정을 진행하기 위해 바코터 위에 세척 된 웨이퍼를 올려 10mm/sec 속도로 바코팅을 진행하였다. 그 후 150℃ 핫플레이트 위에서 5분 동안 용매를 건조시켜 준 후 350℃ 핫플레이트 위에서 2시간 동안 열처리를 진행하면서 IZO 산화물 층을 형성시켜 주었다. 열처리가 끝난 후 열기상증착법을 이용하여 상부전극으로 50nm 두께의 Al을 형성시켰다. 소자의 전기적 특성을 평가하기 위하여 프로브스테이션(probe station)을 사용하여 전류-전압 곡선을 측정하였으며 드레인 전압 40V, 게이트 전압 -20~40V를 인가하여 측정하였다.
도 3에 비교예 2에서 제작된 소자의 이동도 분포를 나타내었다.

Claims (10)

  1. 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브 및 금속산화물 전구체를 포함하는 반도체 전구체용액.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 카르복실산기를 가지는 화합물은 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 또는 이들의 혼합물인 반도체 전구체용액.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브는 0.01×10-5 내지 1×10-4중량%로 포함된 반도체 전구체용액.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 카르복실산기를 가지는 화합물로 개질된 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브인 반도체 전구체용액.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 금속산화물 전구체는 0.01 내지 1M의 농도로 존재하는 반도체 전구체용액.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 금속산화물 전구체는 금속염, 금속염 수화물 또는 이들의 혼합물인 반도체 전구체용액.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 금속산화물 전구체는 인듐염 수화물 및 아연염 수화물인 반도체 전구체용액.
  8. 금속산화물 전구체용액을 제조하는 단계;
    개질된 탄소나노튜브용액을 제조하는 단계; 및
    상기 금속산화물 전구체용액 및 개질된 탄소나노튜브용액을 혼합하여 금속산화물 반도체용액을 제조하는 단계;를 포함하는 반도체 전구체용액의 제조방법.
  9. 제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한항의 반도체 전구체용액을 이용하여 제조된 반도체층.
  10. 제 9항의 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터.
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