KR20180074857A - Substrate for Thin Film Transistor And Display Device Of The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor array substrate and a display device including the same.
최근, 표시장치(FPD: Flat Panel Display)는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display: FED), 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 여러 가지의 디스플레이가 실용화되고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, the importance of a flat panel display (FPD) has been increasing with the development of multimedia. In response to this, a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), a field emission display (FED), an organic light emitting display Various displays are put into practical use.
표시장치를 구동하는 방식에는 수동 매트릭스(passive matrix) 방식과 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 이용한 능동 매트릭스(active matrix) 방식이 있다. 수동 매트릭스 방식은 양극과 음극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는데 비해, 능동 매트릭스 방식은 박막트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하여 온/오프 스위칭하는 것에 따라 구동하는 방식이다.A passive matrix method and an active matrix method using a thin film transistor are used for driving the display device. In the passive matrix method, an anode and a cathode are formed so as to be orthogonal to each other and a line is selected and driven. In contrast, the active matrix method is a method in which a thin film transistor is connected to each pixel electrode to perform on / off switching.
박막트랜지스터는 전자이동도, 누설전류 등과 같은 기본적인 박막트랜지스터의 특성뿐만 아니라, 오랜 수명을 유지할 수 있는 내구성 및 전기적 신뢰성이 매우 중요하다. 여기서, 박막트랜지스터의 액티브층은 주로 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체로 형성될 수 있다. 그러나, 비정질 실리콘은 성막 공정이 간단하고 생산 비용이 적은 장점이 있지만, 전자이동도가 0.5㎠/Vs로 낮은 단점이 있다. 산화물 반도체는 온/오프비가 약 108 정도이고 누설 전류가 낮지만, 전자이동도가 10㎠/Vs로 다결정 실리콘 대비 낮은 단점이 있다. 다결정 실리콘은 100㎠/Vs 정도의 전자이동도가 빠르나, 산화물 반도체 대비 온/오프비가 낮고 대면적에 적용하기에는 비용이 많이 소비되는 단점이 있다. 따라서, 박막트랜지스터의 전자이동도, 누설전류, 온/오프비 등의 특성을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다. Thin film transistors are important not only for the basic characteristics of thin film transistors such as electron mobility and leakage current, but also for durability and electrical reliability that can maintain a long lifetime. Here, the active layer of the thin film transistor may be formed mainly of amorphous silicon, polycrystalline silicon, or oxide semiconductor. However, amorphous silicon is advantageous in that the film forming process is simple and the production cost is low, but the electron mobility is as low as 0.5
본 발명은 탄소 동소체를 포함하는 액티브층을 형성하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.The present invention provides a thin film transistor array substrate and a display device including the thin film transistor array substrate, which can improve an element characteristic by forming an active layer including a carbon isotope.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판, 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극, 드레인 전극, 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극 및 드레인 전극은 액티브층에 각각 컨택한다. 제1 보조전극은 액티브층과 게이트 절연막 사이에 배치되며, 액티브층 하면 중 일부에 컨택하고, 제2 보조전극은 액티브층 하면 중 일부에 컨택한다.In order to achieve the above object, a thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode, an active layer, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode . The gate electrode is located on the substrate. The active layer is opposite the gate electrode and comprises a first carbon isotope and a semiconductor material. A gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and the drain electrode respectively contact the active layer. The first auxiliary electrode is disposed between the active layer and the gate insulating film and contacts a part of the lower surface of the active layer, and the second auxiliary electrode contacts a part of the lower surface of the active layer.
액티브층은 제1 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제1 영역, 제2 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제2 영역, 및 게이트 절연막에 컨택하는 제3 영역을 포함한다.The active layer includes a first region which contacts and overlaps with the first auxiliary electrode, a second region which contacts and overlaps with the second auxiliary electrode, and a third region which is in contact with the gate insulating film.
액티브층의 평면 면적 대비 제1 영역과 제2 영역의 평면 면적은 30 내지 60%의 비율을 차지한다.The plane area of the first region and the second region is 30 to 60% of the plane area of the active layer.
제3 영역은 액티브층의 채널과 중첩된다.The third region overlaps the channel of the active layer.
제1 보조전극은 소스 전극과 컨택하고 제2 보조전극은 드레인 전극과 컨택한다.The first auxiliary electrode contacts the source electrode and the second auxiliary electrode contacts the drain electrode.
제1 보조전극은 소스 전극 및 액티브층 하부에 배치되고, 제2 보조전극은 드레인 전극 및 액티브층 하부에 배치된다.The first auxiliary electrode is disposed below the source electrode and the active layer, and the second auxiliary electrode is disposed below the drain electrode and the active layer.
제1 보조전극은 소스 전극 상부에 배치되고, 제2 보조전극은 드레인 전극 상부에 배치된다.The first auxiliary electrode is disposed above the source electrode, and the second auxiliary electrode is disposed above the drain electrode.
제1 보조전극 및 제2 보조전극은 제2 탄소 동소체로 이루어진다.The first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are made of a second carbon isotope.
제1 탄소 동소체 및 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.The first carbon isotope and the second carbon isotope are any one or a mixture of reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene, graphene nanoribbon or carbon nanotube (CNT).
반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.The semiconductor material is any one of a ceramic semiconductor, an organic semiconductor, a transition metal chalcogenide compound, or an oxide semiconductor, or a mixture thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판, 게이트 전극, 액티브층, 게이트 절연막, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판 상에 위치한다. 액티브층은 게이트 전극과 대향하며, 금속나노입자, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함한다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 액티브층 사이에 개재된다. 소스 전극 및 드레인 전극은 액티브층에 각각 컨택한다. A thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode, an active layer, a gate insulating film, a source electrode, and a drain electrode. The gate electrode is located on the substrate. The active layer is opposed to the gate electrode and comprises metal nanoparticles, a first carbon isotope and a semiconductor material. A gate insulating film is interposed between the gate electrode and the active layer. The source electrode and the drain electrode respectively contact the active layer.
복수의 금속나노입자는 일정 간격으로 이격되어 배치된다.The plurality of metal nanoparticles are spaced apart at regular intervals.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 박막트랜지스터 어레이 기판; 박막트랜지스터 어레이 기판 상에 위치하는 유기절연막, 및 유기절연막 상에 위치하는 화소 전극을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a display device including: a thin film transistor array substrate; An organic insulating film located on the thin film transistor array substrate, and a pixel electrode located on the organic insulating film.
화소 전극과 전기적으로 연결된 유기발광 다이오드, 유기발광 다이오드 상에 위치하는 봉지층, 및 봉지층 상에 위치하는 커버윈도우를 더 포함한다.An organic light emitting diode electrically connected to the pixel electrode, an encapsulation layer disposed on the organic light emitting diode, and a cover window disposed on the encapsulation layer.
화소 전극과 동일 평면 상 또는 하부에서 이격되어 위치하는 공통 전극, 및 공통 전극 상에 위치하는 액정층을 더 포함한다.A common electrode spaced from the pixel electrode in the same plane or lower region, and a liquid crystal layer disposed on the common electrode.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 반도체 물질 내에 도전성을 띠는 탄소 동소체와 금속나노입자를 포함함으로써, 캐리어들이 탄소 동소체와 금속나노입자를 타고 이동하여 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a carbon isotope and conductive metal nanoparticles which are conductive in a semiconductor material and thus carriers can move along the carbon isotope and the metal nanoparticles to improve the charge mobility There is an advantage.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon isotope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, Layer is provided, there is an advantage that the contact resistance between the source electrode and the drain electrode and the active layer can be reduced and the charge mobility can be improved.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 액티브층을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 액티브층의 전하 이동 경로를 나타낸 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조공정을 나타낸 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도.
도 12는 비교예 1, 2 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 나타낸 그래프.
도 13은 비교예 1, 2 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전하이동도를 나타낸 그래프.
도 14는 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 전하이동도와 점멸비를 나타낸 그래프.
도 15는 도 8의 A 영역의 SEM 이미지.
도 16은 도 8의 B 영역의 SEM 이미지.
도 17은 도 16의 C 영역을 나타낸 SEM 이미지.
도 18은 도 16의 D 영역을 나타낸 SEM 이미지.
도 19 내지 도 21은 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터를 라만 분석한 그래프.1 is a cross-sectional view of a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of the active layer of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a charge transfer path of the active layer of the present invention.
4 to 6 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention;
7 and 8 are cross-sectional views illustrating a thin film transistor array substrate according to a second embodiment of the present invention.
9 is a sectional view showing a thin film transistor array substrate according to a third embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating an organic light emitting display according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing drain currents according to gate voltages of thin film transistors manufactured according to Comparative Examples 1 and 2 and Example.
13 is a graph showing the charge mobility of the thin film transistor manufactured according to Comparative Examples 1 and 2 and Example.
14 is a graph showing the charge mobility and flicker ratio of the thin film transistor manufactured according to the embodiment.
15 is a SEM image of region A of Fig.
16 is an SEM image of region B in Fig. 8;
17 is a SEM image showing the C region in Fig.
18 is an SEM image showing the area D in Fig.
19 to 21 are graphs of Raman analysis of the thin film transistor manufactured according to the embodiment.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected." In the same context, when an element is described as being formed on an "upper" or "lower" side of another element, the element may be formed either directly or indirectly through another element As will be understood by those skilled in the art.
하기에서 개시하는 본 발명에 따른 표시장치는 유기발광표시장치, 액정표시장치, 전기영동표시장치 등일 수 있다. 본 발명에서는 액정표시장치를 예로 설명한다. 액정표시장치는 박막트랜지스터 상에 화소 전극과 공통 전극이 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판, 이 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통 전극과 화소 전극에서 수직 또는 수평으로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동한다. 또한, 본 발명에 따른 표시장치는 유기발광표시장치에도 사용 가능하다. 예를 들어, 유기발광표시장치는 박막트랜지스터에 연결된 제1 전극과, 제2 전극, 및 이들 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 포함한다. 따라서, 제1 전극으로부터 공급받는 정공과 제2 전극으로부터 공급받는 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광한다. 후술하는 본 발명의 탄소 동소체를 포함하는 액티브층은 전술한 표시장치의 박막트랜지스터에 사용할 수 있다. The display device according to the present invention described below may be an organic light emitting display device, a liquid crystal display device, an electrophoretic display device, or the like. In the present invention, a liquid crystal display device will be described as an example. The liquid crystal display device includes a thin film transistor array substrate on which a pixel electrode and a common electrode are formed on a thin film transistor, a color filter substrate, and a liquid crystal layer interposed between the two substrates. In such a liquid crystal display device, The liquid crystal is driven by an electric field which is horizontally applied. The display device according to the present invention can also be used in an organic light emitting display. For example, an organic light emitting display includes a first electrode connected to a thin film transistor, a second electrode, and a light emitting layer made of organic material therebetween. Therefore, the holes supplied from the first electrode and the electrons supplied from the second electrode are combined in the light emitting layer to form an exciton as a hole-electron pair, and the excitons emit light by energy generated as they return to the ground state. The active layer containing the carbon isotope of the present invention described later can be used in the thin film transistor of the above-described display device.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 개시하고, 구체적으로 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층이 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판를 개시한다. 박막트랜지스터는 표시장치의 스위칭 소자 또는 구동 소자로 사용한다.The present invention discloses an active layer comprising a carbon isotope and a semiconductor material, and specifically discloses a thin film transistor array substrate on which an active layer comprising a carbon isotope and a semiconductor material is formed. The thin film transistor is used as a switching element or a driving element of a display device.
탄소 동소체Carbon allotrope
본 발명에서 개시하는 탄소 동소체는 서로 공유결합된 탄소 원자의 다환 방향족 분자를 나타낸다. 공유결합된 탄소 원자는 반복되는 단위로서 6개의 구성요소로 된 고리를 형성할 수 있으며, 또한 5개의 구성요소로 된 고리 및 7개의 구성요소로 된 고리 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 단일층일 수 있으며, 또는 탄소 동소체의 다른 층 상에 적층된 다수의 탄소 동소체 층을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 1차원 또는 2차원 구조를 가진다. 탄소 동소체는 약 100nm의 최대 두께를 가지며, 구체적으로 약 10nm 내지 약 90nm, 더 구체적으로는 약 20nm 내지 약 80nm의 두께를 가진다.The carbon isotope disclosed in the present invention represents a polycyclic aromatic molecule having carbon atoms covalently bonded to each other. A covalently bonded carbon atom may form a ring of six constituent units as a repeating unit, and may also include at least one of a ring of five constituent units and a ring of seven constituent unit. The carbon isotope may be a single layer or it may comprise a plurality of carbon isotope layers stacked on different layers of the carbon isotope. The carbon isotope has a one-dimensional or two-dimensional structure. The carbon isomer has a maximum thickness of about 100 nm, specifically about 10 nm to about 90 nm, and more specifically about 20 nm to about 80 nm.
탄소 동소체의 제조방법은 물리적 박리법, 화학 기상 증착법, 화학적 박리법 또는 에피텍셜 합성법 등 크게 4가지가 있다. 물리적 박리법은 그래파이트 시료에 스카치 테이프를 붙인 후 이를 떼어내게 되어 스카치 테이프 표면에 그래파이트로부터 떨어져 나온 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 화학 기상 증착법은 탄소 동소체를 성장시키고자 하는 기판 표면에 높은 운동 에너지를 가진 기체 또는 증기 형태의 탄소 전구체를 흡착-분해시켜 탄소 원자로 분리시키고 해당 탄소원자들이 서로 원자간 결합을 이루게 하여 결정질의 탄소 동소체를 성장시키는 방식이다. 화학적 박리법은 흑연의 산화-환원 특성을 이용한 것으로, 흑연을 황산과 질산 혼합물에 넣어 탄소 동소체 판들의 가장자리에 카르복실 화합물을 붙인다. 염화 티놀에 의해 산염화물로 바뀌고 다시 옥타데실아민을 써서 탄소 동소체 아미드를 만든다. 이것을 테트라히드로푸란과 같은 용액을 이용하여 환수하면 분쇄가 일어나 개별의 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 에피텍셜 합성법은 실리콘 카바이드(SiC)를 1,500℃의 고온으로 가열하여, 실리콘(Si)이 제거되고 남아 있는 카본(C)에 의하여 탄소 동소체를 얻는 방식이다. There are four methods for producing the carbon isotope, such as a physical exfoliation method, a chemical vapor deposition method, a chemical exfoliation method, or an epitaxial synthesis method. In the physical exfoliation method, a scotch tape is attached to a graphite sample, and then the scotch tape is peeled off to obtain an allotment sheet of carbon off the graphite on the surface of the scotch tape. The chemical vapor deposition method adsorbs and decomposes carbon precursor in gas or vapor form with high kinetic energy on the surface of the substrate on which the carbon isotope is to be grown, separates the carbon precursor into carbon atoms and causes the carbon atoms to bond to each other, . The chemical stripping method utilizes the oxidation-reduction properties of graphite. The graphite is put into a mixture of sulfuric acid and nitric acid, and a carboxyl compound is attached to the edges of the carbon homogeneous plates. It is converted to the acid chloride by the chlorinated thinol, and again the octadecylamine is used to make the carbon isomer amide. When this is recycled using a solution such as tetrahydrofuran, pulverization occurs to obtain individual carbon isotope sheets. In the epitaxial synthesis method, silicon carbide (SiC) is heated to a high temperature of 1,500 ° C to remove silicon (Si), and carbon isotope is obtained by the remaining carbon (C).
본 발명의 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀 또는 그래핀 나노리본, 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 등을 사용할 수 있다. 환원 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드(GO)를 환원시킨 것으로, 흑연에 강산을 가하면 산화시키고 화학적으로 작은 입자 상태로 형성하여 그래핀 옥사이드를 제조하고 그래핀 옥사이드를 환원시켜 제조된다. 비산화 그래핀은 전술한 탄소 동소체의 제조방법 중 산화-환원 공정을 제외한 방법으로 제조된 탄소 동소체를 말한다. 그래핀 나노리본은 그래핀을 폭이 나노미터(nm)인 리본 형태로 잘라낸 것으로, 폭에 따라 일정 에너지 밴드갭을 가진다. 그래핀 나노리본은 탄소 동소체를 포함하는 모노머로부터 합성하거나 탄소나노튜브를 잘라 평면으로 펼쳐 제조될 수 있다. 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-wall CNT, SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall CNT, MWCNT) 등을 사용할 수 있으며, 반도체 특성을 갖는 경우나 메탈릭(metallic) 특성을 갖는 탄소나노튜브도 사용할 수 있다. 전술한 탄소 동소체의 종류 외에도 본 발명의 탄소 동소체는 그래핀 나노메쉬 등의 공지된 탄소 동소체 구조들을 적용할 수 있다. The carbon isotope of the present invention can use reduced graphene oxide (rGO), non-oxidized graphene or graphene nanoribbon, carbon nanotube (CNT), or the like. Reduced graphene oxide is produced by reducing graphene oxide (GO). When a strong acid is added to graphite, it is oxidized and formed into a chemically small particle state to produce graphene oxide and reduce graphene oxide. Non-oxidized graphene refers to a carbon isotope prepared by a method other than the oxidation-reduction process among the above-mentioned methods for producing an isotopic carbon. Graphene nanoribbons are graphenes cut into nanometer (nm) wide ribbon, with a constant energy bandgap along the width. The graphene nanoribbons can be synthesized from monomers containing carbon isotopes or can be prepared by cutting and flattening carbon nanotubes. The carbon nanotubes can be single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) or multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs). The carbon nanotubes can be semiconducting or metallic Carbon nanotubes can also be used. In addition to the above-mentioned types of carbon isotopes, the carbon isotopes of the present invention can employ known carbon isotopic structures such as graphene nanomesh.
본 발명의 탄소 동소체는 플레이크(flake) 형태로 사용된다. 탄소 동소체 플레이크는 탄소 동소체가 용매에 분산된 분산액을 이용하여 기판 상에 분산액을 코팅하고 용매를 건조한 후 물리적인 힘을 가해 제조될 수 있다. 물리적인 힘을 가하는 방법으로는 볼밀, 비드밀, 초음파 균질기, 스터링(stirring) 등의 방법을 이용하여 탄소 동소체 플레이크를 얻을 수 있다.The carbon isotope of the present invention is used in the form of flakes. The carbon isotopic flakes can be prepared by coating the dispersion on a substrate using a dispersion in which the carbon isotope is dispersed in a solvent, drying the solvent, and then applying physical force. As a method of applying a physical force, a carbon isotopic flake can be obtained by a method such as a ball mill, a bead mill, an ultrasonic homogenizer, and stirring.
반도체 물질Semiconductor material
본 발명의 반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체로 용액으로 코팅이 가능한 재료들을 사용할 수 있다. The semiconductor material of the present invention may be a ceramic semiconductor, an organic semiconductor, a transition metal chalcogenide compound or a material capable of being coated with a solution with an oxide semiconductor.
세라믹 반도체는 세라믹의 전기적인 성질을 이용한 것으로, 세라믹은 전자가 어떤 이온이나 원자에 속박되어 있기 때문에 자유롭게 움질일 수 없어 전기가 거의 통하지 않으나, 외부로부터 전계가 가해지면 이에 반응하여 속박된 전자가 재배열을 일으켜 상태가 변하면서 전자가 움직이게 된다. 세라믹 반도체는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 셀레늄(Se), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속원소가 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 등과 결합하여 만든 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진다. 대표적인 세라믹 반도체로는 티타늄산바륨(BaTiO3)을 들 수 있다.Ceramic semiconductors are based on the electrical properties of ceramics. Since ceramics are bound to certain ions or atoms, they can not move freely, so electricity is hardly conducted. When an electric field is applied from the outside, The electrons move as the state is changed by generating an array. Ceramic semiconductors are made of metal elements such as silicon (Si), germanium (Ge), selenium (Se), aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr) ), And the like, and is made of an oxide, a carbide, and a nitride. A typical ceramic semiconductor is barium titanate (BaTiO 3 ).
유기 반도체는 반도체 특성을 가진 유기화합물로, 고분자 유기 반도체 또는 저분자 유기반도체를 들 수 있다. 고분자 유기 반도체로는 F8T2(Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene]), PBDTBOTPDO(Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-C]pyrrole-1,3-diyl){4,8-bis[(2-butyloctyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}]), PBDT-TPD(Poly[[5-(2-ethylhexyl)-5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl][4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT-CF(Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone]), PCDTBT(Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT(Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA(Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl)[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], F8BT(Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)]), P3DDT(Poly(3-dodecylthiophene-2,5-diyl)), P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), MDMOPPV(Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), MEH-PPV(Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3OT(Poly(3-octylthiophene-2,5-diyl)), PTB7(Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})) 등을 들 수 있다. An organic semiconductor is an organic compound having semiconductor characteristics, and may be a polymer organic semiconductor or a low molecular weight organic semiconductor. Examples of the polymer organic semiconductor include F8T2 (Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co-bithiophene], PBDTBOTPDO (Poly [(5,6-dihydro- 4H-thieno [3,4-C] pyrrole-1,3-diyl) {4,8-bis [(2-butyloctyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5- b '] dithiophene- , 6-diyl}], PBDT-TPD (Poly [[5- (2-ethylhexyl) -5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno [ 2,6-diyl]), PBDTTT-CF (Poly [1, 2-biphenyl- - (6- {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4,5- bithiothiophen-2-yl} -3-fluoro-4- [3,4-b] thiophen-2-yl) -1-octanone]), PCDTBT (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7- di [2-thienyl] -2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)], Poly [[9- (1-octylononyl) -9H- , 3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT (Poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b; 3,4-b '] dithiophene) -tallow-4,7 (2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT (Poly [2,7- (9,9-dioctylfluorene) -bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA (Poly [(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno [3,4- c] pyrrole-1,3-diyl) [4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5- b '] dithiophene-2,6-diyl] (Poly [(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) -tallow- (benzo [2,1,3] thiadiazol-4,8-diyl)], P3DDT (Poly (3- dodecylthiophene -2,5-diyl), P3HT (Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl)), MDMOPPV (Poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy) ), MEH-PPV (Poly (3-octylthiophene-2,5-diyl), PTB7 (Poly (2-methoxy-5- 2,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl {3-fluoro-2- ] thieno [3,4-b] thiophenediyl})).
저분자 유기 반도체로는 예를 들어, TIPS-pentacene(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene), TESPentacene(6,13-Bis((triethylsilyl)ethynyl)pentacene), DH-FTTF(5,5′-Bis(7-hexyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2′-bithiophene), diF-TES-ADT(2,8-Difluoro-5,11-bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene), DH2T(5,5′-Dihexyl-2,2′-bithiophene), DH4T(3,3′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene), DH6T(5,5′′′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′:5′′′,2′′′′:5′′′′,2′′′′′-sexithiophene), DTS(PTTh2)2(4,4′-[4,4-Bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]bis[7-(5′-hexyl-[2,2′-bithiophen]-5-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine], 5,5′-Bis{[4-(7-hexylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl]-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine}-3,3′-di-2-ethylhexylsilylene-2,2′-bithiophene), SMDPPEH(2,5-Di-(2-ethylhexyl)-3,6-bis-(5′′-n-hexyl-[2,2′,5′,2′′]terthiophen-5-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione), TES-ADT(5,11-Bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene) 등을 들 수 있다.Examples of low-molecular organic semiconductors include TIPS-pentacene (6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene), TESPentacene (6,13-Bis (triethylsilyl) ethynyl) pentacene, DH-FTTF (2,8-Difluoro-5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene), DH2T (5,5-hexafluorophenyl) -Dihexyl-2,2'-bithiophene), DH4T (3,3 '' - Dihexyl-2,2 ': 5', 2 '': 5 '', 2 '' '- quaterthiophene), DH6T , 5 '' '' - Dihexyl-2,2 ': 5', 2 '': 5 '', 2 '' ': 5' '', 2 ' (2-ethylhexyl) -4H-silolo [3,2-b: 4,5-b '] dithiophene-2-carboxylate, DTS (PTTh2) 2 (4,4' 2,6-diyl] bis [7- (5'-hexyl- [2,2'-bithiophen] -5- yl) - [1,2,5] thiadiazolo [ 2 ', 5'-Bis {[4- (7-hexylthiophen-2-yl) thiophen-2-yl] - [1,2,5] thiadiazolo [3,4- c] pyridine} -3,3'- -ethylhexylsilylene-2,2'-bithiophene), SMDPPEH (2,5-Di- (2-ethylhexyl) -3,6-bis- (5'-n-hexyl- [2,2 ', 5', 2 5-yl) -pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-d] pyrimidin- ion and TES-ADT (5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene).
전술한 유기 반도체는 고분자 유기 반도체와 저분자 유기 반도체 중 두 종류 이상을 사용하거나 서로 다른 고분자 유기 반도체들을 사용할 수도 있고, 서로 다른 저분자 유기 반도체들을 사용할 수도 있다.The organic semiconductor may use two or more kinds of polymer organic semiconductors and low molecular weight organic semiconductors, different polymer organic semiconductors, or different low molecular organic semiconductors.
전이금속 칼코겐 화합물(transition metal dichalcogenides)은 반도체 특성을 가진 재료로 예를 들면 전이금속 황화물, 전이금속 셀렌화물, 전이금속 텔루르화물 등일 수 있다. 전이금속 칼코겐 화합물로는 예를 들어, SnSe2, CdSe, ZnSe, ZnTe, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2 등을 사용할 수 있다. Transition metal dichalcogenides are materials having semiconductor properties such as transition metal sulfides, transition metal selenides, transition metal tellurides, and the like. As the transition metal chalcogen compound, for example, SnSe 2 , CdSe, ZnSe, ZnTe, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 and the like can be used.
산화물 반도체(Oxide semi-conductor)는 반도체 특성을 가진 재료로 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 주석(Sn), 실리콘(Si), 지르코늄(Zr) 등의 금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 산화물 반도체의 예로서, IGZO, In2O3, ZnO, IZO, IGO 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 공지된 재료를 사용할 수 있다.Oxide semiconductors are materials having semiconductor properties and include metals such as gallium (Ga), indium (In), zinc (Zn), tin (Sn), silicon (Si), and zirconium (Zr) Oxide. As an example of the oxide semiconductor, IGZO, In 2 O 3 , ZnO, IZO, IGO and the like can be used, but known materials can be used without being limited thereto.
이하, 전술한 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 표시장치에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a thin film transistor array substrate and a display device including the above-mentioned carbon isotope and a semiconductor material will be described.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 액티브층을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 액티브층의 전하 이동 경로를 나타낸 단면도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조공정을 나타낸 단면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the active layer of FIG. 1, FIG. 3 is a cross- And FIGS. 4 to 6 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention.
박막트랜지스터Thin film transistor 어레이 기판 Array substrate
본 발명에서 개시하는 박막트랜지스터 어레이 기판은 액티브층 하부에 게이트 전극이 위치하는 바텀 게이트형(bottom-gate type) 박막트랜지스터를 예로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 게이트 전극이 액티브층 상부에 위치하는 탑 게이트형(top-gate type) 박막트랜지스터 등 공지된 박막트랜지스터의 구조를 모두 적용할 수 있다.The thin film transistor array substrate disclosed in the present invention will be described by taking as an example a bottom-gate type thin film transistor in which a gate electrode is located under an active layer. However, the present invention is not limited thereto, and all structures of known thin film transistors such as a top-gate type thin film transistor in which a gate electrode is located on an active layer can be applied.
도 1을 참조하면, 기판(110) 상에 게이트 전극(120)이 위치한다. 기판(110)은 투명하거나 불투명한 유리, 플라스틱 또는 금속으로 이루어진다. 게이트 전극(120)은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금의 단층이나 다층으로 이루어진다. 게이트 전극(120) 상에 게이트 전극(120)을 절연시키는 게이트 절연막(130)이 위치한다. 게이트 절연막(130)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어진다. Referring to FIG. 1, a
게이트 절연막(130) 상에 액티브층(140)이 위치한다. 액티브층(140)은 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함하여 구성된다. An
도 2를 참조하면, 본 발명의 액티브층(140)은 반도체 물질(OC), 복수의 탄소 동소체(CNT) 및 복수의 금속나노입자(MN)를 포함한다. 반도체 물질(OC)은 액티브층(140)의 메인 바디(body)를 이루는 것으로 액티브층(140)이 반도체로서 작용할 수 있도록 하여 문턱 전압을 조절한다. 복수의 탄소 동소체(CNT)는 전하(carrier)들이 도전성의 탄소 동소체(CNT)를 통해 빠르게 이동할 수 있도록 하여 액티브층(140)의 전하이동도를 빠르게 한다. 복수의 금속나노입자(MN)는 전하들이 도전성을 띠는 금속나노입자(MN)를 통해 빠르게 이동할 수 있도록 하여 액티브층(140)의 전하이동도를 빠르게 한다. Referring to FIG. 2, the
금속나노입자(MN)는 금속 재료 예를 들어 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 금속나노입자(MN)는 이에 한정되지 않으며 공지된 금속재료라면 모두 사용 가능하다. The metal nanoparticles MN may be made of a metal material such as molybdenum (Mo), aluminum (Al), chrome (Cr), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), nickel (Ni), neodymium ), Copper (Cu), or an alloy thereof. However, the metal nanoparticles (MN) of the present invention are not limited thereto, and any known metal materials can be used.
또한, 금속나노입자(MN)는 수 내지 수백 나노미터의 입경으로 이루어져 액티브층(140) 내에 분산될 수 있다. 이때, 금속나노입자(MN)는 액티브층(140) 내에서 균일한 전하이동도를 나타내기 위해, 일정 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. In addition, the metal nanoparticles (MN) can be dispersed in the
다시 도 1을 참조하면, 액티브층(140) 상에 액티브층(140)의 일측에 컨택하는 소스 전극(150a)과, 액티브층(140)의 타측에 컨택하는 드레인 전극(150b)이 위치한다. 소스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)은 단일층 또는 다층으로 이루어질 수 있으며, 단일층일 경우에는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 소스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)이 다층일 경우에는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴, 몰리브덴/알루미늄 또는 티타늄/알루미늄의 2중층이거나 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴/몰리브덴, 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴 또는 티타늄/알루미늄/티타늄의 3중층으로 이루어질 수 있다.Referring again to FIG. 1, a
도 3을 참조하면, 본 발명의 액티브층(140)은 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b)에 전압이 걸리면 액티브층(140)의 채널로 캐리어인 전자와 정공이 이동한다. 이때, 액티브층(140)이 탄소 동소체(CNT), 금속나노입자(MN) 및 반도체 물질(OC)로 이루어져 있으므로, 전자와 정공이 탄소 동소체(CNT)와 금속나노입자(MN)를 타고 매우 빠르게 이동하고 반도체 물질(OC)에서 반도체 물질(OC)의 전하이동도에 따라 이동하게 된다. 따라서, 전자와 정공은 반도체 물질(OC) 내에서 탄소 동소체(CNT)와 금속나노입자(MN)들을 따라 이동하여 전하이동도가 매우 향상될 수 있다. Referring to FIG. 3, when the
전술한 액티브층(140)을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판은 다음과 같이 제조될 수 있다. A thin film transistor array substrate including the above-described
도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 게이트 전극 물질을 증착하고 패터닝하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 게이트 전극(120)을 포함하는 기판(110) 전면에 게이트 절연막 물질을 증착하여 게이트 절연막(130)을 형성한다. 다음, 게이트 절연막(130) 상에 금속나노입자(MN)들이 혼합된 용액을 코팅하고 건조함으로써 금속나노입자(MN)들을 형성한다. 이때, 금속나노입자(MN)들은 추후 액티브층(140)으로 제조되는 영역에만 형성되도록 한다.Referring to FIG. 4, a gate electrode material is deposited on a
이어, 도 5를 참조하면, 탄소 동소체(CNT)와 반도체 물질(OC)이 혼합된 반도체 용액을 제조한다. 반도체 용액은 분말 형태의 탄소 동소체와 반도체 물질을 용매에 넣어 혼합하여 제조되거나, 반도체 전구체 용액에 탄소 동소체 분산액을 혼합하여 제조될 수도 있다. 탄소 동소체와 반도체 물질을 양호하게 분산시키기 위해, 기타 첨가물을 첨가하거나 초음파를 조사할 수 있다. 탄소 동소체가 혼합된 반도체 용액에 초음파를 조사하는 경우, 초음파를 수 차례 분할하여 조사하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 탄소 동소체를 반도체 전구체 용액에 혼합하고, 초음파 파쇄기로 강한 초음파(약 250W)를 약 30분간 조사한다. 이와 같은 공정을 반복함으로써 탄소 동소체가 양호하게 분산된 반도체 용액을 제조할 수 있다. Next, referring to FIG. 5, a semiconductor solution in which a carbon isotope (CNT) and a semiconductor material (OC) are mixed is manufactured. The semiconductor solution may be prepared by mixing powdery carbon isotopes and semiconductor materials in a solvent, or may be prepared by mixing a carbon precursor solution with a semiconductor precursor solution. To better disperse the carbon isotope and the semiconductor material, other additives may be added or an ultrasonic wave may be applied. In the case of irradiating the semiconductor solution mixed with the carbon isotope with ultrasonic waves, it is preferable to irradiate ultrasonic waves several times. For example, the carbon isotope is mixed with the semiconductor precursor solution and irradiated with a strong ultrasonic wave (about 250 W) with an ultrasonic wave crusher for about 30 minutes. By repeating such a process, a semiconductor solution in which carbon isotopes are well dispersed can be produced.
본 발명의 반도체 용액에 사용되는 탄소 동소체의 양은 반도체 전구체 용액 100 중량%에 대해 0.0001 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 여기서, 탄소 동소체가 반도체 전구체 용액 100 중량%에 대해 0.0001 중량% 이상이면, 전하이동도 특성이 향상된 효과를 나타낼 수 있고, 탄소 동소체가 반도체 전구체 용액 100 중량%에 대해 1 중량% 이하이면, 탄소 동소체의 분산성을 향상시키고 코팅성을 향상시킬 수 있다. The amount of the carbon isotope used in the semiconductor solution of the present invention may be 0.0001 to 1% by weight based on 100% by weight of the semiconductor precursor solution. Here, if the carbon isotope is 0.0001 wt% or more based on 100 wt% of the semiconductor precursor solution, the charge mobility characteristics can be improved. If the carbon isotope is 1 wt% or less based on 100 wt% of the semiconductor precursor solution, Can be improved and the coating property can be improved.
제조된 반도체 용액을 금속나노입자(MN)가 형성된 기판(110) 상에 코팅하고 건조하여, 금속나노입자(MN)를 포함하는 액티브층(140)을 형성한다. 반도체 용액을 코팅하는 방법으로는 스핀 코팅(spin coating), 슬릿 코팅(slit coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 등의 방법을 사용할 수 있으며 용액을 코팅하는 방법이라면 어떠한 방법도 적용 가능하다. 그리고 코팅막을 250℃에서 2시간 동안 열처리를 수행하여 용매를 제거한 후, 포토리소그래피법으로 패터닝함으로써 본 발명의 액티브층(140)을 제조한다. 이렇게 제조된 액티브층(140)은 금속나노입자(MN)와 탄소 동소체(CNT)가 반도체 물질(OC) 내에 분산된 구조로 이루어질 수 있다.The semiconductor solution thus prepared is coated on the
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 반도체 물질 내에 도전성을 띠는 탄소 동소체와 금속나노입자를 포함함으로써, 캐리어들이 탄소 동소체와 금속나노입자를 타고 이동하여 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention includes the carbon isotope and the metal nanoparticles which are conductive in the semiconductor material, so that the carriers move along the carbon isotope and the metal nanoparticles, There is an advantage that the degree of freedom can be improved.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 단면도이다. 하기에서는 전술한 제1 실시예와 동일한 구성에 대해 그 설명을 생략하기로 한다.FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views illustrating a thin film transistor array substrate according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a thin film transistor array substrate according to a third embodiment of the present invention. The description of the same configuration as that of the first embodiment described above will be omitted.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판(210) 상에 게이트 전극(220)이 배치되고, 게이트 전극(220) 상에 게이트 절연막(230)이 배치된다.7, in the thin film transistor array substrate according to the second embodiment of the present invention, a
게이트 절연막(230) 상에 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)이 배치된다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 서로 이격되어 배치된다.제1 보조전극(260a) 상에 소스 전극(250a)이 배치되고, 제2 보조전극(260b) 상에 드레인 전극(250b)이 배치된다. 제1 보조전극(260a)과 제2 보조전극(260b), 및 게이트 절연막(230) 상에 액티브층(240)이 배치된다. 액티브층(240)은 제1 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240)의 일측은 소스 전극(250a)과 컨택하고 타측은 드레인 전극(250b)과 컨택한다.A first
보다 자세하게, 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 제2 탄소 동소체로 이루어진다. 액티브층(240)의 제1 탄소 동소체(CNT)와 제2 탄소 동소체는 동종의 탄소 동소체로 이루어진다. 예를 들어, 제1 탄소 동소체(CNT) 및 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 액티브층(240)에 포함된 제1 탄소 동소체(CNT)는 탄소나노튜브이고, 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene) 또는 그래핀 나노리본 중 선택된 그래핀이다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 1 내지 50nm의 두께로 이루어져 소스 전극(250a)과 액티브층(240) 사이 및 드레인 전극(250b)과 액티브층(240) 사이의 컨택 저항을 낮출 수 있고 캐리어의 이동을 빠르게 하여 전하이동도를 향상시킬 수 있다. More specifically, the first
액티브층(240)은 제1 보조전극(260a)과 컨택하여 중첩하는 제1 영역(AT1), 제2 보조전극(260b)과 컨택하여 중첩하는 제2 영역(AT2) 및 게이트 절연막(230)과 컨택하는 제3 영역(AT3)을 포함한다. 본 발명의 제1 보조전극(260a)은 액티브층(240)의 제1 영역(AT1)의 하면에 컨택하면서 소스 전극(250a)과 컨택한다. 특히, 제1 보조전극(260a)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)은 채널(channel)에 해당하는 영역이다. 소스 전극(250a)으로부터 주입되는 캐리어는 제1 보조전극(260a)을 통해 액티브층(240)의 채널인 제3 영역(AT3)으로 이동할 수 있다. The
본 발명의 제2 보조전극(260b)은 액티브층(240)의 제2 영역(AT2)의 하면에 컨택하면서 드레인 전극(250b)과 컨택한다. 특히, 제2 보조전극(260b)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 채널을 통해 이동되는 캐리어는 제2 보조전극(260b)을 통해 드레인 전극(250b)으로 이동할 수 있다. 또한, 본 발명의 액티브층(240)은 복수의 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240) 내부에서 이동하는 캐리어들은 탄소 동소체(CNT)를 타고 매우 빠르게 이동할 수 있고 반도체 물질(OC)에서는 반도체 물질(OC)의 전하이동도에 따라 이동할 수 있다.The second
도 8을 참조하면, 본 발명의 박막트랜지스터 어레이 기판에서 캐리어의 이동경로(TP)는 다음과 같다. 소스 전극(250a)으로부터 주입된 캐리어들은 도체에 가까운 그래핀으로 이루어진 제1 보조전극(260a)에서 매우 빠르게 이동하여 액티브층(240)으로 주입된다. 액티브층(240)의 채널(CH)에서는 복수의 탄소 동소체(CNT)와 반도체 물질(OC)을 포함하기 때문에 주입된 캐리어들이 탄소 동소체(CNT)를 타고 매우 빠르게 이동한다. 액티브층(240)의 채널(CH)을 통과한 캐리어들은 다시 한번 도체에 가까운 그래핀으로 이루어진 제2 보조전극(260b)에서 매우 빠르게 이동하여 드레인 전극(250b)으로 이동한다.Referring to FIG. 8, the movement path TP of the carrier in the thin film transistor array substrate of the present invention is as follows. The carriers injected from the
본 발명의 액티브층(240)은 전체 액티브층(240)의 평면 면적 대비 제1 보조전극(260a)과 컨택하여 중첩하는 제1 영역(AT1)과, 제2 보조전극(260b)과 컨택하여 중첩하는 제2 영역(AT2)의 평면 면적이 30 내지 60%의 비율을 차지할 수 있다. 여기서, 전체 액티브층(240)의 평면 면적 대비 제1 영역(AT1)과 제2 영역(AT2)의 평면 면적이 30% 이상이면 액티브층의 전하이동도를 향상시킬 수 있고, 전체 액티브층(240)의 평면 면적 대비 제1 영역(AT1)과 제2 영역(AT2)의 평면 면적이 60% 이하이면 액티브층(240)의 거의 도통되어 스위칭 역할을 못하는 것을 방지할 수 있다. The
전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The thin film transistor array substrate according to the second embodiment of the present invention includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon isotope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, By providing the active layer, there is an advantage that the contact resistance between the source electrode and the drain electrode and the active layer can be reduced and the charge mobility can be improved.
한편, 본 발명의 박막트랜지스터 어레이 기판은 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)의 위치가 제2 실시예와 다르게 배치될 수 있다. Meanwhile, in the thin film transistor array substrate of the present invention, the positions of the first
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 기판(210) 상에 게이트 전극(220)이 배치되고, 게이트 전극(220) 상에 게이트 절연막(230)이 배치된다. 게이트 절연막(230) 상에 소스 전극(250a)과 드레인 전극(250b)이 서로 이격되어 배치된다. 소스 전극(250a) 상에 제1 보조전극(260a)이 배치되고 드레인 전극(250b) 상에 제2 보조전극(260b)이 배치된다. 제1 보조전극(260a)은 게이트 절연막(230) 상면에서부터 소스 전극(250a)의 상부를 따라 연장되어 배치되고, 제2 보조전극(260b)도 게이트 절연막(230) 상면에서부터 드레인 전극(250b)의 상부를 따라 연장되어 배치된다. 제1 보조전극(260a)과 제2 보조전극(260b)은 서로 이격되어 배치된다.9, in the thin film transistor array substrate according to the third embodiment of the present invention, a
제1 보조전극(260a)과 제2 보조전극(260b) 상에 액티브층(240)이 배치된다. 액티브층(240)은 제1 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240)의 일측은 제1 보조전극(260a)과 컨택하고 타측은 제2 보조전극(260b)과 컨택한다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 제2 탄소 동소체로 이루어지며, 제1 탄소 동소체(CNT) 및 제2 탄소 동소체는 전술한 제2 실시예와 동일하게 이루어진다. 제1 보조전극(260a) 및 제2 보조전극(260b)은 1 내지 50nm의 두께로 이루어져 소스 전극(250a)과 액티브층(240) 사이 및 드레인 전극(250b)과 액티브층(240) 사이의 컨택 저항을 낮출 수 있고 캐리어의 이동을 빠르게 하여 전하이동도를 향상시킬 수 있다. An
액티브층(240)은 제1 보조전극(260a)과 컨택하는 제1 영역(AT1), 제2 보조전극(260b)과 컨택하는 제2 영역(AT2) 및 게이트 절연막(230)과 컨택하는 제3 영역(AT3)을 포함한다. 본 발명의 제1 보조전극(260a)은 액티브층(240)의 제1 영역(AT1)의 하면에 컨택하면서 액티브층(240)의 일측면과 컨택한다. 또한, 제1 보조전극(260a)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 소스 전극(250a)으로부터 주입되는 캐리어는 제1 보조전극(260a)을 통해 액티브층(240)의 채널인 제3 영역(AT3)으로 이동할 수 있다. 본 발명의 제2 보조전극(260b)은 액티브층(240)의 제2 영역(AT2)의 하면에 컨택하면서 액티브층(240)의 타측면에 컨택한다. 제2 보조전극(260b)의 일측면은 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 측면에 컨택한다. 액티브층(240)의 제3 영역(AT3)의 채널을 통해 이동되는 캐리어는 제2 보조전극(260b)을 통해 드레인 전극(250b)으로 이동할 수 있다. 또한, 본 발명의 액티브층(240)은 복수의 탄소 동소체(CNT)가 분산된 반도체 물질(OC)을 포함한다. 액티브층(240) 내부에서 이동하는 캐리어들은 탄소 동소체(CNT)를 타고 매우 빠르게 이동할 수 있고 반도체 물질(OC)에서는 반도체 물질(OC)의 전하이동도에 따라 이동할 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 전술한 제2 실시예에 비해 제1 보조전극과 제2 보조전극의 위치만 다를 뿐 동일하게 작용한다.The
전술한 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The thin film transistor array substrate according to the third embodiment of the present invention includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon isotope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, By providing the active layer, there is an advantage that the contact resistance between the source electrode and the drain electrode and the active layer can be reduced and the charge mobility can be improved.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 박막트랜지스터 어레이 기판을 포함하는 표시장치에 대해 설명한다. 하기에서는 전술한 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 포함하는 표시장치를 개시하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 단면도이다. Hereinafter, a display device including the thin film transistor array substrate of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. In the following, a display device including a thin film transistor array substrate according to the above-described embodiment is disclosed, and a duplicate description will be omitted. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an organic light emitting display device according to an embodiment of the present invention.
표시장치Display device
도 10을 참조하면, 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b) 상에 유기절연막(160)이 위치한다. 유기절연막(160)은 하부의 단차를 평탄화하는 것으로, 포토아크릴(photo acryl), 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene resin), 아크릴레이트계 수지(acrylate) 등의 유기물로 이루어질 수 있다. 유기절연막(160)은 드레인 전극(150b)을 노출하는 비어홀(165)을 포함한다. 도시하지 않았지만, 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b) 상에 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어지는 패시베이션막이 위치할 수도 있다. Referring to FIG. 10, an organic insulating
유기절연막(160) 상에 화소 전극(170)과 공통 전극(180)이 위치한다. 화소 전극(170)은 유기절연막(160)에 형성된 비어홀(165)을 통해 드레인 전극(150b)과 연결된다. 화소 전극(170)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명하면서도 도전성을 가진 물질로 이루어진다. 공통 전극(180)은 화소 전극(170)과 동일한 물질로 이루어진다. 화소 전극(170)과 공통 전극(180)은 서로 교번하여 배치되어, 화소 전극(170)과 공통 전극(180) 사이에 수평 전계를 형성한다.The
기판(110)과 대향하는 상부기판(190)이 위치하고, 기판(110)과 상부기판(190) 사이에 액정층(LC)이 위치한다. 본 발명의 실시예에서는 화소 전극(170)과 공통 전극(180)이 동일 평면 상에 위치하는 IPS(in-plane switching) 액정표시장치를 예로 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 화소 전극(170) 하부에 공통 전극(180)이 위치할 수도 있고, 공통 전극(180)이 상부기판(190)에 위치할 수도 있다.An
한편, 도 11을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 유기발광 다이오드를 포함하는 유기발광표시장치일 수 있다. 보다 자세하게, 소스 전극(150a)과 드레인 전극(150b) 상에 유기절연막(160)이 위치한다. 유기절연막(160)은 드레인 전극(150b)을 노출하는 비어홀(165)을 포함한다. Meanwhile, referring to FIG. 11, the display device of the present invention may be an organic light emitting display device including an organic light emitting diode. More specifically, the organic insulating
유기절연막(160) 상에 화소 전극(170)이 위치한다. 화소 전극(170)은 유기절연막(160)에 형성된 비어홀(165)을 통해 드레인 전극(150b)과 연결된다. 화소 전극(170) 상에 뱅크층(175)이 위치한다. 뱅크층(175)은 화소 전극(170)의 일부를 노출하여 화소를 정의하는 화소정의막일 수 있다. 뱅크층(175) 및 노출된 화소 전극(170) 상에 유기막층(190)이 위치한다. 유기막층(190)은 전자와 정공이 결합하여 발광하는 발광층을 포함하고, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층을 포함할 수 있다. 유기막층(190)이 형성된 기판(110) 상에 대향 전극(200)이 위치한다. 대향 전극(200)은 캐소드 전극으로 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 따라서, 화소 전극(170), 유기막층(190) 및 대향 전극(200)을 포함하는 유기발광 다이오드(OLED)가 구성된다.A
유기발광 다이오드(OLED)가 형성된 기판(110) 상에 봉지층(210)이 위치한다. 봉지층(210)은 하부의 유기발광 다이오드(OLED)를 포함하는 기판(110)을 봉지하는 것으로 무기막, 유기막 또는 이들의 다층 구조로 이루어질 수 있다. 봉지층(210) 상에 커버윈도우(220)가 위치하여 유기발광표시장치를 구성한다. An
이하, 본 발명의 실시예에 따라 액티브층에 대한 실험예를 개시한다. 하기 실험예는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an experimental example of an active layer according to an embodiment of the present invention will be described. The following experimental examples are only examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
실험 1 : Experiment 1: 박막트랜지스터의Thin film transistor 특성 측정 Characterization
비교예Comparative Example 1 One
2×2㎝의 글라스 기판 상에 게이트 전극과 게이트 절연막을 형성하고, 산화물 반도체 용액을 코팅하고 350도 온도에서 1시간 동안 열처리하여 액티브층을 형성하였다. 액티브층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하여 바텀 게이트형 박막트랜지스터를 제조하였다.A gate electrode and a gate insulating film were formed on a 2 x 2 cm glass substrate, an oxide semiconductor solution was coated thereon, and heat treatment was performed at 350 DEG C for 1 hour to form an active layer. A source electrode and a drain electrode were formed on the active layer to produce a bottom gate type thin film transistor.
비교예Comparative Example 2 2
전술한 비교예 1과 동일한 조건하에, 탄소나노튜브와 산화물 반도체 물질이 혼합된 액티브층을 형성한 것만 달리하여 박막트랜지스터를 제조하였다.A thin film transistor was fabricated under the same conditions as in Comparative Example 1 except that an active layer in which carbon nanotubes and an oxide semiconductor material were mixed was formed.
실시예Example
2×2㎝의 글라스 기판 상에 게이트 전극과 게이트 절연막을 형성하고, 게이트 절연막 상에 그래핀 용액을 코팅하고 패터닝하여 제1 보조전극과 제2 보조전극을 형성하였다. 그 상부에 탄소나노튜브와 산화물 반도체 물질이 혼합된 액티브층을 형성한 다음 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 바텀 게이트형 박막트랜지스터를 제조하였다. A gate electrode and a gate insulating film were formed on a 2 x 2 cm glass substrate, a graphene solution was coated on the gate insulating film and patterned to form a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode. An active layer in which carbon nanotubes and an oxide semiconductor material are mixed is formed on the active layer, and then a source electrode and a drain electrode are formed to manufacture a bottom gate type thin film transistor.
전술한 비교예 1, 2 및 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정하여 도 12에 나타내었고, 전하이동도를 측정하여 도 13에 나타내었다. (측정장비 : 프로브 스테이션(MS-Tech, MST-8000CHC), 측정조건 : 게이트 전압(-40~40V), 드레인 전압(0.1V), 리니어 모빌리티 추출법에 의해 이동도 추출(채널 W/L=100), 점멸비 : 드레인 전류의 오프 대비 온 전류의 비율)The drain current according to the gate voltages of the thin film transistors manufactured according to the comparative examples 1 and 2 and the example described above was measured, and it was shown in FIG. 12, and the charge mobility was measured and shown in FIG. (Channel W / L = 100) was measured by a linear mobility extraction method (measurement equipment: probe station (MS-Tech, MST-8000CHC) ), Blink ratio: the ratio of the off current to the off current of the drain current)
도 12를 참조하면, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 박막트랜지스터는 온 전류가 증가하고 이동도가 증가하나, 문턱전압(Vth)이 이동되고 기울기(subthreshold swing)가 감소되었다. 반면, 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터는 문턱전압(Vth)이 오른쪽으로 이동되고 기울기가 증가하였으며, 전하이동도가 향상되었다.Referring to FIG. 12, in the thin film transistor manufactured according to Comparative Examples 1 and 2, the ON current was increased and the mobility was increased, but the threshold voltage (Vth) was shifted and the subthreshold swing was decreased. On the other hand, in the thin film transistor manufactured according to the embodiment, the threshold voltage (Vth) is shifted to the right, the slope is increased, and the charge mobility is improved.
이 결과를 통해, 비교예 1 및 2는 액티브층의 탄소 동소체에 의한 스캐터링 현상 및 액티브층과 소스/드레인 전극 간의 컨택 저항 등으로 인해 박막트랜지스터의 문턱전압과 기울기 특성이 저하된 것으로 나타났다. 반면, 본 발명의 실시예는 액티브층과 소스/드레인 전극 간에 그래핀의 보조전극들을 구비하여, 보조전극과 액티브층의 탄소 동소체가 동종 재료로 컨택 저항을 감소시킬 수 있었고 전하이동도를 향상시킬 수 있었다.As a result, in Comparative Examples 1 and 2, the threshold voltage and the slope characteristics of the thin film transistor were degraded due to the scattering phenomenon caused by the carbon isotope of the active layer and the contact resistance between the active layer and the source / drain electrode. On the other hand, the embodiment of the present invention has graphene auxiliary electrodes between the active layer and the source / drain electrodes, so that the auxiliary electrode and the carbon isotope of the active layer can reduce the contact resistance with the same material and improve the charge mobility. I could.
실험 2 : 보조 전극들의 면적에 따른 Experiment 2: Depending on the area of the auxiliary electrodes 박막트랜지스터의Thin film transistor 특성 측정 Characterization
전술한 실시예에서 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적에 달리하여 박막트랜지스터를 제조하였다. 제조된 박막트랜지스터의 전하이동도와 점멸비를 측정하여 도 14에 나타내었다.In the above-described embodiments, the thin film transistors are manufactured in different planar areas of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer with respect to the plane area of the entire active layer. The charge mobility and flicker ratio of the manufactured thin film transistor were measured and shown in Fig.
도 14를 참조하면, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적이 20%에서 80%로 증가할수록 전하이동도는 약 104에서 108으로 증가되고 점멸비는 약 105에서 101으로 감소하였다. Referring to FIG. 14, as the plane area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer is increased from 20% to 80% with respect to the plane area of the entire active layer, the charge mobility is changed from about 10 4 to 10 8 And the blink rate decreased from about 10 5 to 10 1 .
이 결과를 통해, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적이 30% 미만이면 제1 보조전극과 제2 보조전극에 의한 전하이동도 개선 및 통로 역할이 미비하고, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적이 60% 초과하면 액티브층이 스위칭 역할을 하지 못하게 되었다. 따라서, 전체 액티브층의 평면 면적 대비 액티브층과 중첩되는 제1 보조전극과 제2 보조전극의 평면 면적은 30 내지 60%가 바람직함을 알 수 있다.As a result, if the plane area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer is less than 30% of the total area of the active layer, the charge mobility can be improved by the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode, The active layer does not have a switching function when the plane area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer is more than 60% of the area of the entire active layer. Therefore, it is understood that the planar area of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode overlapping the active layer with respect to the plane area of the entire active layer is preferably 30 to 60%.
실험 3 : Experiment 3: 박막트랜지스터Thin film transistor SEMSEM 측정 Measure
실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터에서 도 8의 A 영역의 SEM 이미지를 도 15에 나타내었고, 도 8의 B 영역의 SEM 이미지를 도 16에 나타내었으며, 도 16의 C 영역을 도 17에 나타내었고 도 16의 D 영역을 도 18에 나타내었다. FIG. 15 shows an SEM image of the region A of FIG. 8 in the thin film transistor manufactured according to the embodiment, FIG. 16 shows an SEM image of the region B of FIG. 8, FIG. 17 shows the region C of FIG. The region D in Fig. 16 is shown in Fig.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 게이트 절연막(GI) 상에 제1 및 제2 보조전극(graphene)이 관찰되고, 탄소 동소체와 반도체 물질의 혼합(CNT+Oxide Composite)인 액티브층이 관찰된다. 도 18을 참조하면, 게이트 절연막(GI) 상에 제2 보조전극(graphene)과 드레인 전극(drain)이 관찰된다. 여기서, 그래핀은 SEM 이미지 상으로 플레이트(flake)가 겹겹이 쌓인 층상 구조를 이루는 부분으로 확인 가능하고, 액티브층 내의 탄소나노튜브는 SEM 이미지 상 반도체 물질과의 밝기 차이가 나므로 식별이 가능하다.Referring to FIGS. 15 to 17, first and second auxiliary electrodes (graphenes) are observed on the gate insulating layer GI, and an active layer in which a carbon isotope and a semiconductor material are mixed (CNT + oxide composite) is observed. Referring to FIG. 18, a second auxiliary electrode (graphene) and a drain electrode (drain) are observed on the gate insulating film GI. Here, the graphene can be identified as a portion forming a layered structure in which flakes are layered on the SEM image, and the carbon nanotubes in the active layer can be distinguished from each other due to the difference in brightness from the semiconductor material on the SEM image.
이 결과를 통해, 그래핀으로 제조된 제1 및 제2 보조전극이 액티브층 하부에 존재함을 확인할 수 있다.As a result, it can be seen that the first and second auxiliary electrodes made of graphenes exist under the active layer.
실험 4 : Experiment 4: 박막트랜지스터Thin film transistor 라만 분석 Raman analysis
실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터를 라만 분석하여 도 19 내지 도 21에 각각 나타내었다.Raman analysis of the thin film transistor manufactured according to the embodiment is shown in FIGS. 19 to 21, respectively.
도 19를 참조하면, 소스 전극과 드레인 전극 자체는 라만 분석 시 탄소 동소체 피크(peak)가 나타나지 않았다.Referring to FIG. 19, no carbon isotope peaks were observed in the Raman analysis of the source electrode and the drain electrode itself.
도 20을 참조하면, 소스 전극과 드레인 전극 하부에서는 1360nm와 1580nm의 탄소 동소체 피크가 나타나 제1 및 제2 보조전극인 그래핀이 존재함을 확인하였다.Referring to FIG. 20, peaks of carbon isotopes of 1360 nm and 1580 nm were observed under the source electrode and the drain electrode, and it was confirmed that the first and second auxiliary electrodes were graphenes.
도 21을 참조하면, 액티브층에는 탄소나노튜브와 반도체 물질이 존재하므로 탄소 동소체 피크가 나타났다. Referring to FIG. 21, since carbon nanotubes and a semiconductor material are present in the active layer, peaks of carbon isotope are exhibited.
이때, 도 20의 그래핀의 피크와 도 21의 탄소나노튜브의 피크가 동일 위치에서 나타나나, 서로 다른 피크 강도(peak intensity)를 나타내므로 구분이 가능하다.At this time, the peak of graphene of FIG. 20 and the peak of carbon nanotube of FIG. 21 appear at the same position, but different peak intensities can be distinguished.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 반도체 물질 내에 도전성을 띠는 탄소 동소체와 금속나노입자를 포함함으로써, 캐리어들이 탄소 동소체와 금속나노입자를 타고 이동하여 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes the carbon isotope and the metal nanoparticles which are conductive in the semiconductor material, so that the carriers move along the carbon isotope and the metal nanoparticles, Can be improved.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판은 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이에 탄소 동소체로 이루어진 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 구비하고 탄소 동소체와 반도체 물질을 포함하는 액티브층을 구비함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 사이의 컨택 저항을 줄이고 전하이동도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The thin film transistor array substrate according to an embodiment of the present invention includes a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode made of a carbon isotope between a source electrode and a drain electrode and an active layer, Layer is provided, there is an advantage that the contact resistance between the source electrode and the drain electrode and the active layer can be reduced and the charge mobility can be improved.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
110 : 기판
120 : 게이트 전극
130 : 게이트 절연막
140 : 액티브층
150a : 소스 전극
150b : 드레인 전극110: substrate 120: gate electrode
130: gate insulating film 140: active layer
150a:
Claims (15)
상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 대향하며, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함하는 액티브층;
상기 게이트 전극과 상기 액티브층 사이에 개재된 게이트 절연막;
상기 액티브층에 각각 컨택하는 소스 전극 및 드레인 전극; 및
상기 액티브층과 상기 게이트 절연막 사이에 배치되며, 상기 액티브층 하면 중 일부에 컨택하는 제1 보조전극 및 상기 액티브층 하면 중 일부에 컨택하는 제2 보조전극을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판.Board;
A gate electrode disposed on the substrate;
An active layer opposing the gate electrode, the active layer comprising a first carbon isotope and a semiconductor material;
A gate insulating film interposed between the gate electrode and the active layer;
A source electrode and a drain electrode which respectively contact the active layer; And
A first auxiliary electrode disposed between the active layer and the gate insulating film and contacting a part of the lower surface of the active layer and a second auxiliary electrode contacting a part of the lower surface of the active layer.
상기 액티브층은 상기 제1 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제1 영역, 상기 제2 보조전극과 컨택하여 중첩하는 제2 영역, 및 상기 게이트 절연막에 컨택하는 제3 영역을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판.The method according to claim 1,
Wherein the active layer includes a first region which contacts and overlaps with the first auxiliary electrode, a second region which contacts and overlaps with the second auxiliary electrode, and a third region which is in contact with the gate insulating film.
상기 액티브층의 평면 면적 대비 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 평면 면적은 30 내지 60%의 비율을 차지하는 박막트랜지스터 어레이 기판.3. The method of claim 2,
Wherein the planar area of the first region and the second region is 30 to 60% of the planar area of the active layer.
상기 제3 영역은 상기 액티브층의 채널과 중첩되는 박막트랜지스터 어레이 기판.3. The method of claim 2,
And the third region overlaps the channel of the active layer.
상기 제1 보조전극은 상기 소스 전극과 컨택하고 상기 제2 보조전극은 상기 드레인 전극과 컨택하는 박막트랜지스터 어레이 기판.The method according to claim 1,
Wherein the first auxiliary electrode contacts the source electrode and the second auxiliary electrode contacts the drain electrode.
상기 제1 보조전극은 상기 소스 전극 및 상기 액티브층 하부에 배치되고, 상기 제2 보조전극은 상기 드레인 전극 및 상기 액티브층 하부에 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.6. The method of claim 5,
The first auxiliary electrode is disposed below the source electrode and the active layer, and the second auxiliary electrode is disposed below the drain electrode and the active layer.
상기 제1 보조전극은 상기 소스 전극 상부에 배치되고, 상기 제2 보조전극은 상기 드레인 전극 상부에 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.The method according to claim 1,
Wherein the first auxiliary electrode is disposed above the source electrode and the second auxiliary electrode is disposed over the drain electrode.
상기 제1 보조전극 및 상기 제2 보조전극은 제2 탄소 동소체로 이루어진 박막트랜지스터 어레이 기판.The method according to claim 1,
Wherein the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode comprise a second carbon isotope.
상기 제1 탄소 동소체 및 상기 제2 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 박막트랜지스터 어레이 기판.9. The method of claim 8,
Wherein the first carbon isotope and the second carbon isotope are selected from the group consisting of a reduced graphene oxide (rGO), a non-oxidized graphene, a graphene nanoribbon, or a carbon nanotube (CNT) Board.
상기 반도체 물질은 세라믹 반도체, 유기 반도체, 전이금속 칼코겐 화합물 또는 산화물 반도체 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 박막트랜지스터 어레이 기판.The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor material is any one of a ceramic semiconductor, an organic semiconductor, a transition metal chalcogenide compound, and an oxide semiconductor, or a mixture thereof.
상기 기판 상에 위치하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 대향하며, 금속나노입자, 제1 탄소 동소체 및 반도체 물질을 포함하는 액티브층;
상기 게이트 전극과 상기 액티브층 사이에 개재된 게이트 절연막; 및
상기 액티브층에 각각 컨택하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판.Board;
A gate electrode disposed on the substrate;
An active layer opposing the gate electrode, the active layer comprising metal nanoparticles, a first carbon isotope and a semiconductor material;
A gate insulating film interposed between the gate electrode and the active layer; And
And a source electrode and a drain electrode which respectively contact the active layer.
상기 복수의 금속나노입자는 일정 간격으로 이격되어 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판.12. The method of claim 11,
Wherein the plurality of metal nanoparticles are spaced apart from each other at regular intervals.
상기 박막트랜지스터 어레이 기판 상에 위치하는 유기절연막; 및
상기 유기절연막 상에 위치하는 화소 전극을 포함하는 표시장치.A thin film transistor array substrate according to any one of claims 1 to 10,
An organic insulating film disposed on the thin film transistor array substrate; And
And a pixel electrode located on the organic insulating film.
상기 화소 전극과 전기적으로 연결된 유기발광 다이오드;
상기 유기발광 다이오드 상에 위치하는 봉지층; 및
상기 봉지층 상에 위치하는 커버윈도우를 더 포함하는 표시장치.14. The method of claim 13,
An organic light emitting diode electrically connected to the pixel electrode;
An encapsulation layer disposed on the organic light emitting diode; And
And a cover window positioned on the sealing layer.
상기 화소 전극과 동일 평면 상 또는 하부에서 이격되어 위치하는 공통 전극; 및
상기 공통 전극 상에 위치하는 액정층을 더 포함하는 표시장치.14. The method of claim 13,
A common electrode disposed on the same plane as or spaced apart from the pixel electrode; And
And a liquid crystal layer disposed on the common electrode.
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |