KR20190079244A - 첨가제가 포함된 가스센서용 전자소자 및 박막트랜지스터 - Google Patents

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KR20190079244A
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Abstract

본 발명은 첨가제가 포함된 가스센서용 전자소자 및 박막트랜지스터에 관한 것으로, 전극 및 반도체층을 포함하는 가스센서용 전자소자로서, 상기 반도체층에 첨가제가 포함됨으로써 가스에 민감하게 반응하되, 상기 첨가제는 TCNQ 또는 ABN인 것을 특징으로 하는 가스센서용 전자소자 및 박막트랜지스터를 제공한다.

Description

첨가제가 포함된 가스센서용 전자소자 및 박막트랜지스터 {Electronic devices and thin film transistor for gas sensing using the additives}
본 발명은 첨가제가 포함된 가스센서용 전자소자 및 이를 포함한 박막트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스를 감지하는 가스센서용 전자소자 및 박막트랜지스터에 관한 것이다.
최근 인체 및 환경에 유해하고 위험한 화학가스에 대한 센서 연구가 많이 이루어지고 있는데 유기소재는 용액 공정을 통한 저비용 소자 제작 및 유연하고 초소용으로 제작이 가능하여 유망한 소재로 주목받고 있다.
이러한 유기반도체 물질을 이용한 가스센서는 검출하는 가스종류에 따라서 다양한 종류의 유기반도체재료가 사용되고 있으며 짧은 반응시간 높은 민감도 및 선택성 그리고 높은 복원력이 요구된다. 트랜지스터 타입의 가스센서에서 유기 반도체 물질의 채널 속을 전하가 얼마나 잘 이동하고, 타겟물질에 노출되었을 시 이동 전하가 얼마나 간섭을 받게 되는지에 따라 짧은 반응시간 높은 민감도 및 선택성이 결정되며 타겟물질에 노출된 후 공기 중에서 다시 채널 속의 전하 이동성이 원래 상태로 되돌아가는 것으로 복원력을 확인할 수 있다.
다만 고분자로 이루어진 유기반도체물질은 대부분 공기안정성이 낮고 가스센서에 적용 시 가스 노출 후 복원력이 매우 낮아 가스센서를 공기 중에서 재사용 하는데 한계를 가지고 있다. 따라서 유연 가스센서의 공기 중 안정성을 높이고 가스노출 후 복원력을 높이기 위해 유기 반도체 물질에 대한 소재 및 공정 기술에 대한 많은 연구 개발이 필요하다. 최근에 무기물인 ZnO와 전이금속 칼코겐 화합물인 MoS2 등에 유기물 반도체 물질인 P3HT 등을 일정한 비율로 혼합하여 가스센서의 센싱 감도와 가스 노출 후 복원력을 향상시키는 보고들이 있었다.
하지만 이러한 유-무기 복합 반도체 층은 센싱 감도와 공기 중 복원력을 향상시킬 수 있으나 유연한 디스플레이에 적합하지 않고 가스노출 후 복원을 위해 고온의 조건을 필요로 하는 단점을 가지고 있다.
한국등록특허 제0799577호, 한국공개특허 제2016-0142264호
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 본 발명은 유연한 가스센서를 구현하기 위해서 적용되는 유기고분자박막의 공기 중 수분안정성을 높일 수 있는 전자소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 가스노출 후 가스센서 성능 복원을 효과적으로 향상시키기 위한 가스센서용 전자소자를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전극 및 반도체층을 포함하는 가스센서용 전자소자로서, 상기 반도체층에 첨가제가 포함됨으로써 가스에 민감하게 반응하되, 상기 첨가제는 TCNQ 또는 ABN인 것을 특징으로 하는 가스센서용 전자소자를제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 첨가제는 반도체층에서 수분을 제거하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 전자소자를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 반도체층은 반도체 물질 75~98 wt% 및 첨가제 2~25 wt%로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스센서용 전자소자를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판; 상기 기판 상 일부영역에 위치하는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상의 전면에 위치하는 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상의 전면에 위치하는 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터로서, 상기 반도체층에 첨가제가 포함됨으로써 가스에 민감하게 반응하되, 상기 첨가제는 TCNQ 또는 ABN인 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 실버나노와이어(silver nanowire), 갈륨인듐유태틱(gallium indium eutectic), PEDOT:PSS 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 게이트 절연층은 유기절연막 또는 무기절연막을 포함하되, 상기 유기절연막은 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하며, 상기 무기절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, PZT 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 반도체층은 N형 유기반도체 또는 P형 유기반도체를 사용하되, 상기 N형 유기반도체는 아센계 물질, 완전 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 올리고티오펜(oligothiophene)계 물질, 플러렌(fullerene)계 물질, 치환기를 갖는 플러렌계 물질, 완전 불화된 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 물질, 부분 불화된 프탈로시아닌계 물질, 페릴렌 테트라카르복실릭 디이미드(perylene tetracarboxylic diimide)계 물질, 페릴렌 테트라카르복실 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride)계 물질, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디이미드(naphthalene tetracarboxylic diimide)계 물질 또는 나프탈렌 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(naphthalene tetracarboxylic dianhydride)계 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되며, 상기 P형 유기반도체는 아센(acene), 폴리-티에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylene), 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophen), 알파-헥사티에닐렌(α-hexathienylene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜(α-6-thiophene), 알파-4-티오펜 (α-4-thiophene), 루브렌(rubrene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플로렌(polyfluorene), 폴리티오펜비닐렌(polythiophenevinylene), 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체(polythiophene-heterocyclicaromatic copolymer), 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 첨가제는 반도체층에서 수분을 제거하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 반도체층은 반도체 물질 75~98 wt% 및 첨가제 2~25 wt%로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따른 첨가제가 포함된 가스센서용 전자소자 및 박막트랜지스터는 구동안정성과 공기 안정성이 낮은 고분자인 IDT-BT 등의 반도체 물질에 첨가제 물질인 TCNQ 또는 ABN 물질을 소량 첨가하여 반도체층의 박막내에 있는 빈공간(void)에 채워주어 수분을 제거함으로써 가스센서의 공기 및 구동안정성을 높이는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 첨가제가 포함된 가스센서용 전자소자 및 박막트랜지스터는 암모니아 가스 등의 가스 노출 후 암모니아 분자를 고분자 표면에서 효과적으로 제거하여 가스센서의 복원성을 향상시키는 효과가 있다.
이러한 수분 제거는 특정 혼합 농도에서 가능하여 적절한 비율 조절이 안정적인 유기반도체 박막 형성에 매우 중요하며, 공기 중 안정한 성능을 나타내고 가스노출 후 질소와 공기 중에서 성능을 100% 가까이 복원시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스센서용 박막트랜지스터의 제조 공정도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스센서용 박막트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 실시예 1로 제조된 트랜지스터에 대하여 암모니아 가스를 노출시켰을 때의 전류변화를 측정한 것이다.
도 4는 비교예 1로 제조된 트랜지스터에 대하여 암모니아 가스를 노출시켰을 때의 전류변화를 측정한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1로 제조된 트랜지스터를 (a)공기 중 전이곡선, (b)암모니아 가스 노출시 전이곡선 (c)암모니아 가스 노출 후 질소상태에서의 전이곡선을 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 1로 제조된 트랜지스터를 (a)공기 중 전이곡선, (b)암모니아 가스 노출시 전이곡선 (c)암모니아 가스 노출 후 질소상태에서의 전이곡선을 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 가스센서용 전자소자에 적용이 가능한 기술로, 가스센서의 민감도를 높이기 위해 반도체층에 특별한 기술을 형성한 것으로, 본 발명은 반도체층과 전극이 형성된 유기박막트랜지스터, 산화물박막트랜지스터, CNT 트랜지스터, MoS2 트랜지스터, 퀀텀닷 트랜지스터 등의 전자소자에서도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 가스센서용 박막트랜지스터는 BGTC(Bottom Gate Top Contact)구조에 대하여 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 TGBC(Top Gate Bottom Contact)구조 등에서도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스센서용 박막트랜지스터의 제조 공정도를 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스센서용 박막트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판을 제공하고, 상기 기판 상의 일부에 게이트 전극을 형성한다.
상기 기판은 n-형이나 p-형으로 도핑된 실리콘 웨이퍼, 유리기판, 폴리에테르술폰(polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드 (polyetherimide), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethyeleneterepthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate) 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 플라스틱 필름을 이용하거나, 이들 플라스틱 필름에 인듐틴옥사이드 (indium tin oxide) 가 코팅된 유리기판 또는 플라스틱 필름을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
기판 상의 일부영역에는 게이트 전극을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 실버나노와이어(silver nanowire), 갈륨인듐유태틱(gallium indium eutectic), PEDOT;PSS 중에서 선택되는 어느 하나로 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극은 위 물질들을 잉크로 사용하여 잉크젯 프린팅 또는 스프레이 등의 인쇄공정을 이용하여 게이트 전극을 제조할 수 있다. 이러한 인쇄공정을 통해서 게이트 전극을 형성하며 진공공정을 배제할 수 있어서 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다.
게이트 전극의 상부에는 전면에 걸쳐서 게이트 절연층을 형성할 수 있다.
상기 게이트 절연층은 유기절연막 또는 무기절연막의 단일막 또는 다층막으로 포함되거나 유-무기 하이브리드 막으로 포함된다. 상기 유기절연막으로는 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용한다. 상기 무기절연막으로는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, PZT 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용한다.
상기 게이트 절연층 상에는 반도체층을 형성할 수 있다. 상기 반도체층은 반도체 물질 및 첨가제의 혼합으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체 물질은 유기반도체 뿐만 아니라 산화물반도체도 가능하다.
상기 유기반도체로는 N형 유기반도체 또는 P형 유기반도체를 사용할 수도 있다. 상기 N형 유기반도체는 아센계 물질, 완전 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 올리고티오펜(oligothiophene)계 물질, 플러렌(fullerene)계 물질, 치환기를 갖는 플러렌계 물질, 완전 불화된 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 물질, 부분 불화된 프탈로시아닌계 물질, 페릴렌 테트라카르복실릭 디이미드(perylene tetracarboxylic diimide)계 물질, 페릴렌 테트라카르복실 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride)계 물질, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디이미드(naphthalene tetracarboxylic diimide)계 물질 또는 나프탈렌 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(naphthalene tetracarboxylic dianhydride)계 물질 중에서 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 아센(acene)계 물질은 안트라센, 테트라센, 펜타센, 페릴렌 또는 코노렌 중에서 선택될 수 있다.
또한 상기 P형 유기반도체는 아센(acene), 폴리-티에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylene), 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophen), 알파-헥사티에닐렌(α-hexathienylene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜(α-6-thiophene), 알파-4-티오펜 (α-4-thiophene), 루브렌(rubrene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플로렌(polyfluorene), 폴리티오펜비닐렌(polythiophenevinylene), 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체(polythiophene-heterocyclicaromatic copolymer), 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택될 수 있는 데, 여기서 상기 아센족 물질은 펜타센(pentacene), 페릴렌(perylene), 테트라센(tetracene) 또는 안트라센(anthracene) 중에서 어느 하나이다.
또한, 본 발명의 반도체 물질은 구동안정성과 공기 안정성이 낮으나, 성능이 우수한 고분자를 이용하는 것이 더 바람직하다. 그러한 대표적인 물질로 IDT-BT 등을 들 수 있는 데, 이러한 고분자에 추가적인 첨가제가 추가됨으로써 구동안정성 및 공기 안정성을 적용할 수 있다.
상기 반도체층에는 첨가제가 혼합되는 데, 상기 첨가제는 TCNQ(tetracyanoquinodimethane) 또는 ABN(4-aminobenzonitrile)일 수 있다.
상기 첨가제의 역할은 반도체층에서 반도체 물질의 박막내에 있는 빈공간(void)에 채워지는 수분을 TCNQ 또는 ABN 물질로 제거함으로써 가스센서의 공기 및 구동 안정성 효과를 얻을 수 있게 하는 역할을 한다.
TCNQ는 하기 화학식 1과 같으며, ABN은 하기 화학식 2와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
이들 화학식은 반도체층 내에서 빈공간에 채워질 수 있는 수분을 효율적으로 제거하는 역할을 한다. 이렇게 수분이 제거됨으로써 가스센서로 활용되는 박막트랜지스터는 구동안정성을 가질 수 있다.
특히 이러한 수분 제거는 특정 혼합 농도에서 가능하여 적절한 비율 조절이 안정적인 유기반도체 박막 형성에 중요하다. 상기 반도체 물질 및 첨가제의 비율은 반도체 물질 75~98 wt% 및 첨가제 2~25 wt%로 혼합하는 것이 바람직하다.
반도체층을 형성시 상기 범위로 혼합될 때 가스 센서의 공기안정성과 가스노출 후 복원력을 향상시키는 안정적인 유기반도체 박막을 얻을 수 있다.
한편, 상기 반도체층은 스핀코팅, 스프레이(Spray), 잉크젯(Inkjet), 플렉소그라피(Flexography), 스크린(Screen), 딥코팅(Dip-Coating) 및 그라비아(Gravure) 등의 방법을 통해 형성될 수 있다. 이는 전극 상 및 기판의 국부적인 영역에 패턴을 형성할 수 있으며, 반도체층 형성 후 반도체 결정성 및 안정성 등의 소자 성능을 향상시키기 위해 열처리나 광학적 노출(exposure) 등을 시행할 수 있다.
또한, 상기 반도체층 상의 일부 영역에는 서로 이격되어 있는 소스/드레인 전극을 형성한다.
상기 소스/드레인 전극은 Au, Al, Ag, Mg, Ca, Yb, Cs-ITO 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 단일층으로 형성될 수 있으며, 기판과의 접착성을 향상시키기 위하여 Ti, Cr 또는 Ni과 같은 접착 금속층을 더욱 포함하여 다중층으로 형성될 수 있다. 또한 그라핀(graphene), 카본나노튜브(CNT), PEDOT:PSS 전도성 고분자 실버나노와이어(silver nanowire) 등을 이용하여 기존의 금속보다 탄성에 더욱 유연한 소자를 제조할 수 있으며 위 물질들을 잉크로 사용하여 잉크젯 프린팅 또는 스프레이 등의 인쇄공정을 이용하여 소스/드레인 전극을 제조할 수 있다. 이러한 인쇄공정을 통해서 소스/드레인 전극을 형성하며 진공공정을 배제할 수 있어서 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다.
이로써 본 발명의 일실시예에 따른 첨가제가 포함된 가스센서용 박막트랜지스터를 완성할 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예 1
기판으로 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate, PEN)을 이용하였으며, 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하였는 데, 알루미늄(Al)을 증착에 의하여 형성하였다.
게이트 전극의 상부에는 전면에 걸쳐 게이트 절연층을 형성하는 데, 게이트 절연층은 폴리이미드(polyimide)로 형성하였다.
이후 반도체층을 형성하는 데 바코팅 공정을 통해 반도체층을 형성하며, 상기 반도체층 물질로는 IDT-BT에 첨가제 TCNQ를 혼합하였다. 혼합비율은 IDT-BT 75wt% 및 TCNQ 25wt%로 혼합하여 제조하였다.
상기 반도체층 상에 서로 이격되도록 소스/드레인 전극을 Au를 이용하여 형성함으로써, 가스센서용 박막트랜지스터를 완성하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되,
첨가제로 TCNQ 대신 ABN을 혼합하였으며, 혼합비율은 IDT-BT 90wt% 및 ABN 10wt%로 혼합하여 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 박막트랜지스터를 제조하되, 반도체층으로 IDT-BT만을 이용하여 제조하였다.
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1로 제조된 트랜지스터를 이용하여 암모니아 가스에 대한 민감도를 알아보기 위해 실험을 하였다.
도 3는 본 발명의 실시예 1로 제조된 트랜지스터에 대하여 암모니아 가스를 노출시켰을 때의 전류변화를 측정한 것이다.
도 4는 비교예 1로 제조된 트랜지스터에 대하여 암모니아 가스를 노출시켰을 때의 전류변화를 측정한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예 1 및 비교예 1의 트랜지스터는 1mm 채널넓이와 100 um 채널길이를 지닌 가스센서용 트랜지스터로 제조하였으며, 10ppm 암모니아에 노출시켰다. 즉, 약 10분간 공기 중에 노출시킨 후 약 1시간 동안 10ppm 암모니아 가스를 공급하여 노출시키고, 이후 10분간 암모니아 가스의 공급을 멈춘 후, 다시 약 1시간동안 질소가스를 공급하고 약 10분간 질소 공급을 멈추었다. (도 3의 (a) 및 도 4의 (a) 참조)
또한, 실시예 1 및 비교예 1의 트랜지스터로 약 5분간 질소공급 후, 약 5분간 10ppm 암모니아에 노출시키는 작업을 4회 반복하였다. (도 3의 (b) 및 도 4의 (b) 참조)
이 결과 실시예 1의 경우 암모니아 가스에 대한 가스센서 민감도는 15%이면서, 암모니아 가스노출 후 가스센서의 복원력이 비교예 1에 비해 확실히 향상됨을 알 수 있었다.
이에 반해 비교예 1의 경우는 암모니아 가스에 대한 가스센서 민감도는 15%이지만, 공기 중 가스센서의 전류가 크게 변화하여 복원력이 거의 없음을 알 수 있었다.
도 5는 본 발명의 실시예 1로 제조된 트랜지스터를 (a)공기 중 전이곡선, (b)암모니아 가스 노출시 전이곡선 (c)암모니아 가스 노출 후 질소상태에서의 전이곡선을 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 1로 제조된 트랜지스터를 (a)공기 중 전이곡선, (b)암모니아 가스 노출시 전이곡선 (c)암모니아 가스 노출 후 질소상태에서의 전이곡선을 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 탑컨텍바텀게이트 구조의 가스센서용 트랜지스터에서 공기중, 암모니아 노출시 및 암모니아 노출 후 질소와 공기 상태에서 측정하는 데, 트랜지스터의 드레인 전류와 VT 값의 변화로 가스를 센싱할 수 있다. 도 5 (b) 및 도 6의 (b)는 각기 다른 색의 그래프는 암모니아 노출시간을 1분, 5분, 10분, 35분 등으로 구분하여 노출시킨 그래프이다.
도 5를 참조하면, 실시예 1의 트랜지스터는 공기 중 드레인 전류와 VT 의 변화가 전혀 일어나지 않음 공기 중에서 가스에 대한 성능 변화에 대한 신뢰성을 가짐을 알 수 있었다. 즉, 암모니아 가스 노출 시 드레인 전류와 VT 의 변화가 네거티브 방향으로 발생하고 암모니아 가스 노출 후 질소와 공기 상태에서 처음의 가스 노출 전의 상태로 드레인 전류와 VT 의 값이 복원되었다.
이로부터 공기 중 안정하고 가스노출 후 질소와 공기중에서 복원력이 향상됨을 알 수 있는 데, 이는 TCNQ 첨가제가 IDT-BT 유기반도체 박막내의 수분을 제거하여 이러한 결과를 나타냄을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 비교예 1의 트랜지스터는 공기 중에서 드레인 전류와 VT 값이 네거티브 방향으로 조금 변화하고 암모니아 가스 노출 시 드레인 전류와 VT 값이 네거티브 방향으로 크게 변화함을 알 수 있으며, 암모니아 가스 노출 후 드레인 전류와 VT 값이 포지티브 방향으로 조금 변화하지만 처음상태로 복원되지 않음을 알 수 있다.
도 7을 실시예 2의 트랜지스터에 대하여 암모니아 가스를 노출시켰을 때의 전류변화를 측정한 것이다.
실시예 2의 트랜지스터는 1mm 채널넓이와 100 um 채널길이를 지닌 가스센서용 트랜지스터로 제조하였으며, 10ppm 암모니아에 노출시켰다. 즉, 약 10분간 공기 중에 노출시킨 후 약 1시간 동안 10ppm 암모니아 가스를 공급하여 노출시키고, 이후 10분간 암모니아 가스의 공급을 멈춘 후, 다시 약 1시간동안 질소가스를 공급하고 약 10분간 질소 공급을 멈추었다.
실시예 2의 경우 암모니아 가스에 대한 가스센서 민감도는 15%이면서, 암모니아 가스노출 후 가스센서의 복원력이 향상됨을 알 수 있었다.
또한, 도 8은 본 발명의 실시예 1로 제조된 트랜지스터를 (a)공기 중 전이곡선, (b)암모니아 가스 노출시 전이곡선 (c)암모니아 가스 노출 시 질소상태에서의 전이곡선을 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 첨가제 ABN이 혼합된 실시예 2로 제조된 트랜지스터는 (a)공기중에서 드레인 전류와 VT 값이 네거티브 방향으로 조금 변화하고 (b)암모니아 가스 노출 시 드레인 전류와 VT 값이 네거티브 방향으로 크게 변화함을 확인할 수 있다. (c)암모니아 가스 노출 후 드레인 전류와 VT 값이 포지티브 방향으로 변화하여 처음상태로 복원됨을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (9)

  1. 전극 및 반도체층을 포함하는 가스센서용 전자소자로서,
    상기 반도체층에 첨가제가 포함됨으로써 가스에 민감하게 반응하되,
    상기 첨가제는 TCNQ 또는 ABN인 것을 특징으로 하는 가스센서용 전자소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 반도체층에서 수분을 제거하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 전자소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 반도체 물질 75~98 wt% 및 첨가제 2~25 wt%로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스센서용 전자소자.
  4. 기판;
    상기 기판 상 일부영역에 위치하는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상의 전면에 위치하는 게이트 절연층;
    상기 게이트 절연층 상의 전면에 위치하는 반도체층; 및
    상기 반도체층 상에 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터로서,
    상기 반도체층에 첨가제가 포함됨으로써 가스에 민감하게 반응하되,
    상기 첨가제는 TCNQ 또는 ABN인 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 실버나노와이어(silver nanowire), 갈륨인듐유태틱(gallium indium eutectic), PEDOT:PSS 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 게이트 절연층은 유기절연막 또는 무기절연막을 포함하되,
    상기 유기절연막은 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하며,
    상기 무기절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, PZT 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 반도체층은 N형 유기반도체 또는 P형 유기반도체를 사용하되,
    상기 N형 유기반도체는 아센계 물질, 완전 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 올리고티오펜(oligothiophene)계 물질, 플러렌(fullerene)계 물질, 치환기를 갖는 플러렌계 물질, 완전 불화된 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 물질, 부분 불화된 프탈로시아닌계 물질, 페릴렌 테트라카르복실릭 디이미드(perylene tetracarboxylic diimide)계 물질, 페릴렌 테트라카르복실 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride)계 물질, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디이미드(naphthalene tetracarboxylic diimide)계 물질 또는 나프탈렌 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(naphthalene tetracarboxylic dianhydride)계 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되며,
    상기 P형 유기반도체는 아센(acene), 폴리-티에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylene), 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophen), 알파-헥사티에닐렌(α-hexathienylene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜(α-6-thiophene), 알파-4-티오펜 (α-4-thiophene), 루브렌(rubrene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플로렌(polyfluorene), 폴리티오펜비닐렌(polythiophenevinylene), 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체(polythiophene-heterocyclicaromatic copolymer), 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 반도체층에서 수분을 제거하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 반도체 물질 75~98 wt% 및 첨가제 2~25 wt%로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스센서용 박막트랜지스터.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110274936A (zh) * 2019-07-09 2019-09-24 济南大学 用于检测三乙胺的有机无机复合薄膜及气敏传感器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102213532B1 (ko) 2019-08-20 2021-02-05 아주대학교산학협력단 넓은 다이나믹 레인지를 갖는 트랜지스터 기반 가스 센서 및 광 센서
CN111551587A (zh) * 2020-04-13 2020-08-18 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 气体传感器及其制备方法和调控气体传感器性能的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1123508A (ja) * 1997-07-08 1999-01-29 Shimadzu Corp においセンサ
JP2002526769A (ja) * 1998-10-02 2002-08-20 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー 導電性有機センサー、アレイおよび使用方法
KR100799577B1 (ko) 2006-08-31 2008-01-30 한국전자통신연구원 가스 및 생화학물질 감지용 센서 제조 방법과 그 센서를포함하는 집적회로 및 그 제조 방법
JP2010175428A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Konica Minolta Holdings Inc 有機溶媒ガス濃度の検出方法、有機溶媒ガス濃度の調整方法、有機溶媒ガス濃度検出装置及び有機デバイスの製造方法
JP2016065746A (ja) * 2014-09-24 2016-04-28 富士フイルム株式会社 ガスセンサ、トランジスタ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1123508A (ja) * 1997-07-08 1999-01-29 Shimadzu Corp においセンサ
JP2002526769A (ja) * 1998-10-02 2002-08-20 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー 導電性有機センサー、アレイおよび使用方法
KR100799577B1 (ko) 2006-08-31 2008-01-30 한국전자통신연구원 가스 및 생화학물질 감지용 센서 제조 방법과 그 센서를포함하는 집적회로 및 그 제조 방법
JP2010175428A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Konica Minolta Holdings Inc 有機溶媒ガス濃度の検出方法、有機溶媒ガス濃度の調整方法、有機溶媒ガス濃度検出装置及び有機デバイスの製造方法
JP2016065746A (ja) * 2014-09-24 2016-04-28 富士フイルム株式会社 ガスセンサ、トランジスタ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110274936A (zh) * 2019-07-09 2019-09-24 济南大学 用于检测三乙胺的有机无机复合薄膜及气敏传感器
CN110274936B (zh) * 2019-07-09 2021-10-26 济南大学 用于检测三乙胺的有机无机复合薄膜及气敏传感器

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