KR20190113563A - 그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법. - Google Patents

그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법. Download PDF

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Abstract

전자 소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 전자 소자의 제조 방법은 지지 기판(support substrate)을 준비하는 단계, 상기 지지 기판 상에 그래핀 산화물을 포함하는 소스 용액을 제공하여, 희생막을 형성하는 단계, 상기 희생막 상에 베이스 기판(base substrate)을 형성하는 단계, 상기 베이스 기판 상에, 금속 산화물을 포함하는 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 트랜지스터를 형성하는 단계, 및 상기 희생막에 희생막 용해액을 제공하여, 상기 지지 기판으로부터 상기 베이스 기판을 분리시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법. {An electronic device comprising a sacrificial film containing graphene oxide and manganese oxide, and a manufacturing method thereof}
본 발명은 그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 희생막에 희생막 용해액을 제공하여 지지 기판과 베이스 기판을 분리시키는 그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
플렉시블 디스플레이(flexible display)와 같은 플렉시블 소자(flexible device)는 스마트 왓치(smart watch), 스마트 안경(smart glass)와 같은 웨어러블 장치(wearable device)가 대두됨에 따라, 그 필요성이 증가되고 있는 추세이다.
특히, 플렉시블 디스플레이와 같은 플렉시블 소자를 구현하기 위해서는, 플렉시블 기판, 구동 소자, 표시 소자, 박막 봉지 등의 구성요소들의 개발이 중요하다. 이러한 구성 요소들 중에서 플렉시블 기판은 플라스틱 재료, 금속 박막 기판, 얇은 유리 기판 등을 이용하여 제조되고 있다.
플렉시블 기판의 재료로 주로 사용되는 플라스틱 기판의 경우, 온도에 따른 열팽창 정도가 커서, 소자 공정 시 에 가해지는 열에 의해 발생하는 플라스틱 기판의 치수 변화로 인하여 미세 패턴의 불일치가 발생하는 문제, 또는 플라스틱 기판과 이를 지지하는 기판 사이의 열 팽창 계수의 차이에 의해 플라스틱 기판의 휨 현상이 발생하기도 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 10-2005-0064883(출원번호 10-2003-0096493, 출원인: 삼성전자)에는, 플라스틱 기판의 열 팽창계수의 불일치로 인한 플라스틱 기판의 휨 현상의 방지 및 스트레스 발생을 최소화하기 위해, (a) 플라스틱 기판의 열 평창계수와 상응하는 열 팽창계수를 갖는 캐리어 기판 상에 상기 플라스틱 기판을 적층하는 단계, (b) 상기 플라스틱 기판의 표면에 표시 소자를 형성하는 단계, 및 (c) 상기 플라스틱 기판으로부터 상기 캐리어 기판을 분리시키는 단계를 포함하는 유연한 디스플레이 장치의 제조 방법이 개시되어 있다.
또한, 이외에도, 유기물을 이용하여 플라스틱 기판을 지지 기판에 부착시킨 후 레이저를 이용하여 플라스틱 기판을 분리시키는 경우 지지 기판에 유기물이 잔존되어 지지 기판이 오염되는 문제, 점착제를 이용하여 플라스틱 기판을 지지 기판에 부착시키는 경우 점착제로 인해 고온 공정이 제한되는 문제 등이 있다. 이러한 기술적 문제들을 해결하기 위한 연구 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 특허 공개 번호 10-2005-0064883
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 플렉서블 디스플레이의 제조공정에서 지지 기판과 고분자 필름을 용이하게 분리할 수 있는 그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 트랜지스터의 이동도(mobility)가 향상된 그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 생산 공정이 간소화되고, 대면적 공정이 용이한 그래핀 산화물과 망간 산화물을 포함하는 희생막을 포함하는 전자 소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 전자 소자의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자의 제조 방법은 지지 기판(support substrate)을 준비하는 단계, 상기 지지 기판 상에 그래핀 산화물을 포함하는 소스 용액을 제공하여, 희생막을 형성하는 단계, 상기 희생막 상에 베이스 기판(base substrate)을 형성하는 단계, 상기 베이스 기판 상에, 금속 산화물을 포함하는 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 트랜지스터를 형성하는 단계, 및 상기 희생막에 희생막 용해액을 제공하여, 상기 지지 기판으로부터 상기 베이스 기판을 분리시키는 단계를 포함하되, 상기 지지 기판으로부터 상기 베이스 기판이 분리되는 동안, 상기 희생막 용해액에 의해 상기 트랜지스터의 이동도(mobility)가 향상되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액은 탈착 조절제를 더 포함하고, 상기 탈착 조절제는, 상기 희생막 용해액과 반응하여 기포(bubble)를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 탈착 조절제는, 망간(Mn) 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자의 제조 방법은 상기 희생막 용해액의 농도에 따라, 상기 희생막의 용해 속도가 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자의 제조 방법은 상기 희생막 용해액의 농도가 증가할수록, 상기 희생막의 용해 속도가 증가되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자의 제조 방법은 상기 희생막 내의 상기 그래핀 산화물 함량에 따라, 상기 희생막의 용해 속도가 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자의 제조 방법은, 상기 희생막 내의 상기 그래핀 산화물 함량이 증가할수록, 상기 희생막의 용해 속도가 증가되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 희생막 용해액은, 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 전자 소자를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자는, 고분자를 포함하는 베이스 기판, 및
상기 베이스 기판 상에 배치되고, 활성층, 금속 산화물 게이트 전극, 금속 산화물 소스 전극, 및 금속 산화물 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터를 포함하고, 지지 기판 상에 배치되고, 비교 활성층, 비교 게이트 전극, 비교 소스 전극, 및 비교 드레인 전극을 포함하는 비교 트랜지스터가 정의되되, 상기 비교 활성층, 상기 비교 게이트 전극, 상기 비교 소스 전극, 및 상기 비교 드레인 전극은, 상기 활성층, 상기 게이트 전극, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극과 각각 동일한 원소 및 동일한 두께로 형성되고, 상기 활성층은 상기 비교 활성층과 비교하여 산소 비율이 높아, 상기 트랜지스터는 상기 비교 트랜지스터와 비교하여 높은 이동도(mobility)를 갖는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 트랜지스터의 이동도는, 상기 비교 트랜지스터의 이동도 보다 1.7배 이상 높은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법은, 지지 기판을 준비하는 단계, 상기 지지 기판 상에 그래핀 산화물을 포함하는 소스 용액을 제공하여, 희생막을 형성하는 단계, 상기 희생막 상에 베이스 기판을 형성하는 단계, 상기 베이스 기판 상에, 금속 산화물을 포함하는 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 트랜지스터를 형성하는 단계, 및 상기 희생막에 희생막 용해액을 제공하여, 상기 지지 기판으로부터 상기 베이스 기판을 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법은, 플렉서블 디스플레이의 제조 과정에서 고분자 필름에 변형, 손상 등을 발생시키지 않고, 지지 기판으로부터 용이하게 분리시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법은, 고분자 필름을 용이하게 분리시킬 수 있을 뿐만 아니라, 분리에 사용되는 상기 희생막 용해액이 상기 활성층과 반응되어, 상기 활성층의 이동도(mobility)를 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 성능이 향상된 전자 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 형성되는 희생막을 촬영한 사진이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 H2O2와 반응된 희생막을 촬영한 사진이다.
도 11 및 도 12는 H2O2 용액에 의한 유리 기판 및 PI 필름의 분리 현상을 확인하기 위해 촬영된 사진이다.
도 13 및 도 14는 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 이후 PI 필름에 남아있는 잔유물을 촬영한 사진이다.
도 15 및 도 16은 H2O2용액이 본 발명의 비교 예에 따른 전자 소자에 미치는 영향을 촬영한 사진이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정에서 희생막이 포함하는 그래핀 산화물의 농도가, 유리 기판 및 PI 필름의 분리에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 18 및 도 19는 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 및 분리된 후의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20 및 도 21은 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 및 분리된 후의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 신뢰성을 비교하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 지지 기판(110, support substrate)이 준비된다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 지지 기판(110)은 유리 기판일 수 있다. 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 지지 기판(110)은 반도체 기판, 금속 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 지지 기판(110)은 유연하지 않은(inflexible)한 기판일 수 있다. 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 지지 기판(110)은 유연한(flexible) 기판 일 수 있다.
상기 지지 기판(110) 상에 그래핀 산화물(graphene oxide)을 포함하는 소스 용액을 제공하여, 희생막(120)이 형성될 수 있다(S200). 상기 소스 용액은, 그래핀 산화물 외에, 탈착 조절제(debonding control agent)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 희생막(120)은 그래핀 산화물 및 탈착 조절제를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물은 modified Hummer's 방법으로 제조된 것일 수 있다. 또는, 이와는 달리, 상기 그래핀 산화물은 다양한 방법으로 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 탈착 조절제는, 금속, 금속 산화물 또는 카탈라제(catalase) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탈착 조절제에 포함된 상기 금속은, 망간(Mn), 칼륨(K), 리튬(Li), 바륨(Ba), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 철(Fe), 카드뮴(Cd), 코발트(Co), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 또는 납(Pb) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물은 망간산화물(MnO)을 포함할 수 있다.
상기 희생막(120)을 형성하는 단계는, 상기 그래핀 산화물을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물에 상기 탈착 조절제를 첨가하여 상기 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액을 상기 지지 기판(110) 상에 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 용액은, 드롭 캐스팅(drop-casting), 스핀 코팅(spin-coating), 스프레이 코팅(spray-coating), 또는 랑뮤어 블러겟(Langmuir blodgette) 등의 방법으로, 상기 지지 기판(110) 상에 코팅될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 희생막(120) 상에 베이스 기판(130, base substrate)가 형성될 수 있다(S300). 상기 베이스 기판(130)은 플렉시블(flexible)할 수 있다. 상기 베이스 기판(130)은 상기 지지 기판(110)보다 더 플렉시블 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판(130)은 고분자 필름(polymer film)일 수 있다. 이와는 달리, 상기 베이스 기판(130)은 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 기판(130)은 폴리이미드(polyimide) 기판, 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 기판일 수 있다. 이와는 달리, 상기 베이스 기판(130)은 반도체 기판, 유리 기판, 또는 금속 기판일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판(130)은, 상기 희생막(120) 상에 제공된 용액이 경화되어 생성된 것일 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 희생막(120)이 용액 공정으로 형성되어, 상기 베이스 기판(130)이 형성되는 상기 희생막(120)의 상부면이 실질적으로(substantially) 평평(flat)할 수 있다. 이로 인해, 용액 공정으로 형성된 상기 베이스 기판(130)의 표면 조도가 최소화될 수 있다. 결과적으로, 상기 베이스 기판(130) 상에 형성되는 후술되는 트랜지스터의 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 베이스 기판(130) 상에 트랜지스터가 형성될 수 있다(S400). 상기 트랜지스터는 버퍼층(buffer layer, 140), 소스 및 드레인 전극(S, D), 활성층(active layer, 150), 게이트 절연층(160), 및 게이트 전극(170)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 버퍼층(140)은 상기 베이스 기판(130) 상에 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 버퍼층(140)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(140)은 Al2O3를 포함할 수 있다.
상기 소스 및 드레인 전극(S, D)은 상기 버퍼층(140) 상에 형성될 수 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(S, D)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 소스 및 드레인 전극(S, D)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 및 드레인 전극(S, D)은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있다.
상기 활성층(150)은 상기 버퍼층(140) 상에 형성될 수 있다. 상기 활성층(150)은, 상기 소스 전극(S)의 적어도 일부분 및 상기 드레인 전극(D)의 적어도 일 부분과 접촉되도록, 상기 소스 전극(S)과 상기 드레인 전극(D)의 사이 및 상기 버퍼층(140) 상에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 활성층(150)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(150)은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)를 포함할 수 있다.
상기 게이트 절연막(160) 또한 상기 버퍼층(140) 상에 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(160)은, 상기 소스 전극(S), 상기 드레인 전극(D), 및 상기 활성층(150)을 모두 덮도록, 상기 버퍼층(140) 상에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 게이트 절연막(160)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 절연막(160)은 Al2O3를 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극(170)은 상기 게이트 절연막(160) 상에 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 게이트 전극(170)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극(170)은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 게이트 전극(170)이 ITO를 포함하는 경우, 후술되는 베이스 기판(130) 분리 단계에서, 상기 게이트 전극(170)은 희생막 용해액에 의하여 산화되지 않을 수 있다. 이와 달리, 상기 게이트 전극(170)이 Mo와 같은 금속을 포함하는 경우, 후술되는 베이스 기판(130) 분리 단계에서, 상기 게이트 전극(170)이 희생막 용해액에 의하여 산화될 수 있다. 이에 따라, 트랜지스터에 damage가 발생되어 성능이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 트랜지스터가 형성된 후, 상기 희생막(120)에 희생막 용해액을 제공하여, 상기 희생막(120)을 용해시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 지지 기판(110)으로부터 상기 베이스 기판(130) 및 상기 트랜지스터가 분리될 수 있다(S500). 상기 희생막 용해액은, 상기 희생막(120)에 포함된 상기 그래핀 산화물을 용해하기 용이한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 희생막 용해액은, 암모니아(NH3) 및/또는 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 희생막 용해액이 상기 희생막(120)에 제공되는 경우, 상기 희생막(120)이 포함하는 상기 탈착 조절제와 상기 희생막 용해액이 반응되어, 기포(bubble)가 형성될 수 있다. 이 경우, 기포가 발생된 공간으로 상기 희생막 용해액이 침투하여, 상기 희생막(120)의 용해가 가속될 수 있다. 이에 따라, 상기 탈착 조절제의 함량이 증가될수록, 상기 희생막(120)의 용해 속도가 증가될 수 있다.
상기 탈착 조절제에 의해 발생되는 기포는 산소 가스 및/또는 수소 가스일 수 있다. 예를 들어, 상기 탈착 조제가 MnO2, Ki, 또는 catalase를 포함하고, 상기 희생막 용해액이 과산화수소를 포함하는 경우, 산소 가스가 발생될 수 있다. 이와는 달리, 다른 예를 들어, 상기 탈착 조절제가 금속을 포함하고 상기 희생막 용해액이 산성 용매를 포함하는 경우, 상기 금속과 상기 산성 용매의 산화 환원 반응에 의해 수소 가스가 발생될 수 있다. 이 경우, 상기 산성 용매는, 예를 들어, HCl, CH3CO2H, H2SO4, C6H5COOH, HNO3, H3PO4, CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH, H3BO3, HClO4, HBr, Cl3CCOOH, CH3(CH2)14COOH, CH3CH2COOH, (O2N)3C6H2OH, HOOCCOOH, CH2(COOH)2, CH3(CH2)6COOH, CH3(CH2)4COOH, CH3(CH2)8COOH, CH3(CH2)6COOH, 또는 CH3(CH2)7COOH 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 희생막(120)의 용해 속도는 상기 희생막 용해액의 농도에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 희생막 용해액의 농도가 증가할수록, 상기 희생막(120)의 용해 속도가 증가될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 희생막(120)의 용해 속도는 상기 희생막(120) 내의 상기 그래핀 산화물의 함량에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 희생막(120) 내의 상기 그래핀 산화물의 함량이 증가할수록, 상기 희생막(120)의 용해 속도가 증가될 수 있다.
상기 지지 기판(110)으로부터 상기 베이스 기판(130)이 분리되는 동안, 상기 희생막 용해액에 의해 상기 트랜지스터의 이동도(mobility)가 향상될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 지지 기판(110) 및 상기 베이스 기판(130)의 분리는, 상기 지지 기판(110), 상기 희생막(120), 상기 베이스 기판(130), 및 상기 트랜지스터를 상기 희생막 용해액에 침지시키는 방법으로 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 희생막 용해액에 의하여 상기 지지 기판(110) 및 상기 베이스 기판(130)이 분리되는 동안, 상기 트랜지스터의 상기 활성층(150) 또한 상기 희생막 용해액과 반응될 수 있다. 상기 활성층(150)이 상기 희생막 용해액과 반응되는 경우, 상기 활성층(150)은 산화될 수 있다. 산화된 상기 활성층(150)은 산화되기 전의 상기 활성층(150)과 비교하여 이동도(mobility)가 향상될 수 있다. 결과적으로, 상기 희생막 용해액에 의하여 상기 지지 기판(110)으로부터 분리된 상기 트랜지스터는 이동도가 향상될 수 있다.
즉, 상기 지지 기판(110)으로부터 분리된 상기 베이스 기판(130), 및 상기 트랜지스터를 포함하는 실시 예에 따른 전자 소자는, 비교 지지 기판 및, 상기 비교 지지 기판 상에 배치되는 비교 트랜지스터를 포함하는 비교 전자 소자와 비교하여, 이동도(mobility)가 높을 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 비교 트랜지스터는, 비교 활성층, 비교 게이트 전극, 비교 소스 전극, 비교 드레인 전극, 및 비교 게이트 절연막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 비교 트랜지스터는, 상기 비교 활성층, 상기 비교 게이트 전극, 상기 비교 소스 전극, 상기 비교 드레인 전극, 및 상기 비교 게이트 절연막이, 상기 실시 예에 따른 트랜지스터의 상기 활성층(150), 상기 게이트 전극(170), 상기 소스 전극(S), 상기 드레인 전극(D), 및 상기 게이트 절연막(160)과 각각 동일한 원소 및 동일한 두께로 형성될 수 있다.
다시 말해, 상기 비교 트랜지스터는 상기 지지 기판(110)으로부터 분리되기 전 상태의 상기 트랜지스터 일 수 있다. 또는, 이와는 달리, 상기 비교 트랜지스터는, 본 발명의 실시 예에 따른 트랜지스터와 동일한 공정으로 유리 기판 상에 제조되어, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 기판 분리 공정이 필요 없는 트랜지스터일 수 있다.
이 경우, 상기 실시 예에 따른 트랜지스터가 포함하는 상기 활성층(150)은, 상기 비교 트랜지스터가 포함하는 활성층과 비교하여, 산소 비율이 높을 수 있다. 즉, 상기 활성층(150)의 경우, 상기 희생막 용해액에 의하여 산화됨에 따라, 상기 비교 활성층과 비교하여 산화도가 높은 상태일 수 있다. 이 때, '산화도'란 산화된 정도를 의미하며, '산화도가 높은 상태'란 더욱 많이 산화되었음을 의미한다. 결과적으로, 상기 활성층(150)이 상기 비교 활성층 보다 산화도가 높음에 따라, 상기 트랜지스터의 이동도가, 상기 비교 트랜지스터의 이동도보다 높을 수 있다. 구체적으로, 상기 트랜지스터의 이동도는, 상기 비교 트랜지스터의 이동도와 비교하여 최소 1.7배 이상 높을 수 있다.
최근, 시장의 규모가 점점 증가하고 있는 플렉서블(flexible) 디스플레이의 경우, 이를 제조하는 과정에서 폴리이미드(polyimide)와 같은 고분자 필름을 지지 기판으로부터 용이하게 분리시키기 어려운 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위한 종래의 방법으로서는, 단순히 물리적으로 힘을 가해 분리시키는 방법, 레이저를 이용하는 방법 등이 있는데, 이들 모두 고분자 필름이 변형되거나 손상되는 치명적인 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법은, 상기 지지 기판(110)을 준비하는 단계, 상기 지지 기판(110) 상에 그래핀 산화물을 포함하는 소스 용액을 제공하여, 상기 희생막(120)을 형성하는 단계, 상기 희생막(120) 상에 상기 베이스 기판(130)을 형성하는 단계, 상기 베이스 기판(130) 상에, 금속 산화물을 포함하는 상기 게이트 전극(170), 상기 소스 전극(S), 및 상기 드레인 전극(D) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 트랜지스터를 형성하는 단계, 및 상기 희생막(120)에 상기 희생막 용해액을 제공하여, 상기 지지 기판(110)으로부터 상기 베이스 기판(130)을 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법은, 플렉서블 디스플레이의 제조 과정에서 고분자 필름에 변형, 손상 등을 발생시키지 않고, 지지 기판으로부터 용이하게 분리시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 방법은, 고분자 필름을 용이하게 분리시킬 수 있을 뿐만 아니라, 분리에 사용되는 상기 희생막 용해액이 상기 활성층(150)과 반응되어, 상기 활성층(150)의 이동도(mobility)를 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 성능이 향상된 전자 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 상기 실시 예에 따른 전자 소자 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 전자 소자 제조
유리 기판이 준비된다. 유리 기판 상에, 그래핀 산화물 및 망간 산화물을 포함하는 소스 용액을 코팅하여, 그래핀 산화물 및 망간 산화물을 포함하는 희생막을 코팅하였다.
이후, 희생막 상에 PI(polyimide) 필름을 형성하고, PI 필름 상에 Al2O3 버퍼층, ITO 소스 및 드레인 전극, IGZO 활성층, Al2O3 게이트 절연막, 및 ITO 게이트 전극을 순차적으로 제조하여, 트랜지스터를 제조하였다. 이에 따라, 유리 기판, 희생막, PI 필름, 및 트랜지스터가 순차적으로 적층된 구조체가 제조되었다.
제조된 구조체를 H2O2 용액에 침지시켜, 희생막을 용해시킴에 따라 유리 기판 및 PI 필름을 분리시켰다. 결과적으로, PI 필름 및 트랜지스터를 포함하는 상기 실시 예에 따른 전자 소자가 제조되었다.
비교 예에 따른 전자 소자 제조
상기 실시 예에 따른 전자 소자를 제조하되, 트랜지스터가 포함하는 게이트 전극을 몰리브덴(Mo)을 이용하여 제조하였다. 이에 따라, 비교 예에 따른 전자 소자가 제조되었다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 형성되는 희생막을 촬영한 사진이다.
도 5를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 형성되는 희생막을 40 μm의 배율에서 SEM(scanning electron microscope)촬영하여 나타내었고, 도 6을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 형성되는 희생막을 5 μm의 배율에서 SEM촬영하여 나타내었고, 도 7을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 형성되는 희생막의 구성 성분을 분석하기 위해 SEM 분석 사진을 촬영하여 나타내었고, 도 8을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 형성되는 희생막을 AFM(atomic force microscopy) 촬영하여 나타내었다.
도 5 내지 도 8을 통해 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 형성되는 희생막은, 탄소 및 망간을 모두 포함하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 그래핀 산화물 및 망간 산화물을 포함하는 소스 용액을 통해, 유리 기판 상에 코팅이 용이하게 이루어졌음을 알 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중 H2O2와 반응된 희생막을 촬영한 사진이다.
도 9를 참조하면, H2O2 용액에 의해 희생막이 용해되기 전 상태의 전자 소자가 포함하는 희생막을 일반 사진 촬영하여 나타내었고, 도 10을 참조하면, H2O2 용액에 의해 희생막이 용해되는 과정에서 희생막에 발생되는 현상을 일반 사진 촬영하여 나타내었다.
도 9 및 도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정 중, H2O2 용액과 희생막이 반응되는 경우 수많은 기포(bubble)들이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 유리 기판과 PI 필름이 분리되는 원인이, H2O2 용액과의 희생막의 반응에 따른 기포 발생이라는 것을 알 수 있었다.
도 11 및 도 12는 H2O2 용액에 의한 유리 기판 및 PI 필름의 분리 현상을 확인하기 위해 촬영된 사진이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, H2O2용액에 의해 유리 기판 및 PI 필름이 분리 전 상태에 있는 전자 소자를 촬영하여 도 11에 도시하였고, H2O2 용액에 의해 유리 기판 및 PI 필름이 분리 된 상태에 있는 전자 소자를 촬영하여 도 12에 도시하였다.
도 11 및 도 12를 통해 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 방법을 통해 제조된 전자 소자의 경우, PI필름이 손상되지 않고 용이하게 분리되는 것을 확인할 수 있었다.
도 13 및 도 14는 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 이후 PI 필름에 남아있는 잔유물을 촬영한 사진이다.
도 13이 (a) 및 (b)를 참조하면, 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 상태의 전자 소자가 포함하는 PI 필름을 AFM(atomic force microscopy) 촬영하여 RMS(root mean square) 값을 측정하고, 이를 도 13의 (a)에 도시하였다. 또한, 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 후 상태의 전자 소자가 포함하는 PI 필름을 AFM 촬영하여 RMS 값을 측정하고, 이를 도 13의 (b)에 도시하였다. 도 14는 도 13의 (b) 상태에 있는 PI 필름에 남아있는 잔유물(Residue) 양을 AFM 측정하여 나타낸 사진이다.
도 13 및 도 14에서 확인할 수 있듯이, H2O2에 의하여 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 경우, PI 필름 상에 8.6%의 낮은 잔유물이 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, H2O2에 의하여 유리 기판 및 PI 필름이 용이하게 분리되는 것을 알 수 있었다.
도 15 및 도 16은 H2O2용액이 본 발명의 비교 예에 따른 전자 소자에 미치는 영향을 촬영한 사진이다.
도 15를 참조하면, H2O2 용액에 의하여 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 상태의 상기 비교 예에 따른 전자 소자가 포함하는 게이트 전극을 촬영하여 나타내었고, 도 16의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 1.5 wt% 농도의 H2O2, 6 wt% 농도의 H2O2, 30 wt% 농도의 H2O2에 의하여 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 상태의 전자 소자가 포함하는 게이트 전극을 촬영하여 각각 도 16의 (a) 내지 (c)에 나타내었다.
도 15 및 도 16에서 확인할 수 있듯이, 몰리브덴(Mo) 게이트 전극을 포함하는 전자 소자의 경우, 몰리브덴(Mo) 게이트 전극이 H2O2와의 반응으로 인하여 산화되고, damage가 발생된 것을 확인할 수 있었다. 또한, H2O2의 농도가 증가함에 따라, 산화도가 높아지고, damage 또한 크게 발생되는 것을 확인할 수 있었다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정에서 희생막이 포함하는 그래핀 산화물의 농도가, 유리 기판 및 PI 필름의 분리에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 17을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 전자 소자를 준비하되, 희생막 제조 과정에서 그래핀 산화물(GO)의 농도를 0~2.0 mg/mL로 다르게 제어한 후, 각각의 농도에서 유리 기판 및 PI 필름이 분리되는 시간(Time, S)을 측정하여 나타내었다. 또한, 각각의 농도에서 희생막의 Coverage(%) 또한 측정하여 나타내었다.
도 17에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 전자 소자의 제조 과정에서, 희생막이 포함하는 그래핀 산화물(GO)의 농도가 증가함에 따라, 유리 기판 및 PI 필름의 분리 시간 또한 빨라지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 희생막이 포함하는 그래핀 산화물(GO)의 농도가 증가함에 따라, 희생막의 Coverage(%) 또한 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이와 달리, 상기 실시 예에 따른 전자 소자를 준비하되, H2O2 용액의 농도를 1.5 wt%, 6 wt%, 및 30 wt%로 각각 달리한 후, 유리 기판 및 PI 필름을 분리시키고, 분리되는데 걸리는 시간을 측정하였다. 측정된 결과는 아래 <표 1>을 통해 정리된다.
구분 1.5 wt% 6 wt% 30 wt%
유리 기판 및 PI필름의 분리 시간 10.5 min 9.5 min 7 min
도 17및 <표 1>을 통해 알 수 있듯이, 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 위해 희생막이 용해되는 속도는, H2O2 용액의 농도 및 희생막이 포함하는 그래핀 산화물의 함량에 따라 제어될 수 있음을 알 수 있었다.
도 18 및 도 19는 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 및 분리된 후의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 18을 참조하면, 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 상태의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 특성을 측정하여 나타내었고, 도 19를 참조하면, 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 후 상태의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 특성을 측정하여 나타내었다. 도 18 및 도 19에서 측정된 결과는 아래 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 Vth[V] μsat[cm2/Vs] S.S.[V/decade] ION/IOFF
분리 전 1.94±0.13 3.6±0.85 0.24±0.01 2.78E+10
분리 후 2.15±0.38 10.35±2.29 0.25±0.00 8.51E+09
도 18 및 도 19, <표 2>에서 알 수 있듯이, H2O2에 의하여 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 상태의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 이동도(mobility)는 10.35±2.29를 나타내고, 분리되기 전 상태의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 이동도는 3.6±0.85를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, H2O2에 의해 유리 기판 및 PI 필름이 분리되는 경우, 트랜지스터의 이동도 특성이 최고 1.7배에서 최대 4.51배까지 증가하는 것을 알 수 있었다.
도 20 및 도 21은 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 및 분리된 후의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 신뢰성을 비교하는 그래프이다.
도 20을 참조하면, 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 전 상태의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 PBTS(Positive Bias Temperature Stress)를 측정하여 나타내었고, 도 21을 참조하면, 유리 기판 및 PI 필름이 분리된 후 상태의 전자 소자가 포함하는 트랜지스터의 PBTS를 측정하여 나타내었다.
도 20 및 도 21에서 확인할 수 있듯이, 유리 기판 및 PI 필름이 분리되기 위해 H2O2 용액이 사용되는 경우, PI 필름 상에 배치된 트랜지스터의 신뢰성에 거의 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 지지 기판
120: 희생막
130: 베이스 기판
140: 버퍼층
150: 활성층
S, D: 소스 전극, 드레인 전극
160: 게이트 절연막
170: 게이트 전극

Claims (12)

  1. 지지 기판(support substrate)을 준비하는 단계;
    상기 지지 기판 상에 그래핀 산화물을 포함하는 소스 용액을 제공하여, 희생막을 형성하는 단계;
    상기 희생막 상에 베이스 기판(base substrate)을 형성하는 단계;
    상기 베이스 기판 상에, 금속 산화물을 포함하는 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 트랜지스터를 형성하는 단계; 및
    상기 희생막에 희생막 용해액을 제공하여, 상기 지지 기판으로부터 상기 베이스 기판을 분리시키는 단계를 포함하되,
    상기 지지 기판으로부터 상기 베이스 기판이 분리되는 동안, 상기 희생막 용해액에 의해 상기 트랜지스터의 이동도(mobility)가 향상되는 것을 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 용액은 탈착 조절제를 더 포함하고,
    상기 탈착 조절제는, 상기 희생막 용해액과 반응하여 기포(bubble)를 생성하는 것을 포함하는, 전자 소자의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 탈착 조절제는, 망간(Mn) 산화물을 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 희생막 용해액의 농도에 따라, 상기 희생막의 용해 속도가 제어되는 것을 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 희생막 용해액의 농도가 증가할수록, 상기 희생막의 용해 속도가 증가되는 것을 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 희생막 내의 상기 그래핀 산화물 함량에 따라, 상기 희생막의 용해 속도가 제어되는 것을 포함하는, 전자 소자의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 희생막 내의 상기 그래핀 산화물 함량이 증가할수록, 상기 희생막의 용해 속도가 증가되는 것을 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 희생막 용해액은, 과산화수소(H2O2)를 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  10. 고분자를 포함하는 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 상에 배치되고, 활성층, 금속 산화물 게이트 전극, 금속 산화물 소스 전극, 및 금속 산화물 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터를 포함하고,
    지지 기판 상에 배치되고, 비교 활성층, 비교 게이트 전극, 비교 소스 전극, 및 비교 드레인 전극을 포함하는 비교 트랜지스터가 정의되되,
    상기 비교 활성층, 상기 비교 게이트 전극, 상기 비교 소스 전극, 및 상기 비교 드레인 전극은, 상기 활성층, 상기 게이트 전극, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극과 각각 동일한 원소 및 동일한 두께로 형성되고,
    상기 활성층은 상기 비교 활성층과 비교하여 산소 비율이 높아, 상기 트랜지스터는 상기 비교 트랜지스터와 비교하여 높은 이동도(mobility)를 갖는 것을 포함하는 전자 소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 이동도는, 상기 비교 트랜지스터의 이동도 보다 1.7배 이상 높은 것을 포함하는 전자 소자.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은, ITO(Indium Tin Oxide)를 포함하는 전자 소자.
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