KR20200053663A - 공액고분자 바인더가 포함된 탄소나노튜브 반도체층 및 이를 이용한 박막트랜지스터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공액고분자 바인더가 포함된 탄소나노튜브 반도체층 및 이를 이용한 박막트랜지스터에 관한 것으로, 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브와 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열 및 NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질로 된 공액고분자 바인더가 포함된 층으로, 상기 플루오렌 또는 티오펜 고분자는 반도체성질을 갖는 단일벽 탄소나노튜브만을 선택적으로 랩핑하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 반도체층 및 이를 이용한 박막트랜지스터를 제공한다.
Description
본 발명은 공액고분자 바인더가 포함된 탄소나노튜브 반도체층 및 이를 이용한 박막트랜지스터에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 트랜지스터의 반도체층에 탄소나노튜브가 포함되어 전자소자의 성능을 향상시킨 박막트랜지스터에 관한 것이다.
최근 들어 휠 수 있는 디스플레이(flexible display)가 많은 관심을 받고 있다. 사람들은 어디서나 가지고 다닐 수 있으면서도 좀 더 큰 화면을 원하기 때문에 접거나 구부리거나, 말수 있는 디스플레이의 개발이 요구되고 있다. 또한 용액공정 및 롤투롤(Roll to Roll) 공정이 가능해지면 이러한 유연 디스플레이를 보다 낮은 제조 원가로 생산이 가능하게 된다. 하지만 이를 위해서는 플라스틱이나 스테인리스 스틸과 같이 휠 수 있는 기판을 사용해야 하는데 이를 위해서는 공정온도를 300℃ 이하의 온도로 낮추어줄 필요가 있다. 이러한 낮은 온도에서 제작이 가능한 구동회로용 트랜지스터로 최근 박막트랜지스터 (Organic Thin Film Transistor, OTFT)가 활발히 연구되고 있다. 특히 OTFT에서 활성 층으로 사용되는 공액분자는 대체적으로 일반적인 유기용매에 용해가 가능하여 인쇄나 용액공정을 통해서 소자의 제작이 가능하다. 또한 화학적인 구조를 물질의 설계단계에서 변경하여 원하는 전기적 특성을 제어할 수 있는 능력을 지니고 있다.
한편, 탄소나노튜브는 독특한 광학적, 기계적, 전기적 특성을 지녀서 다양한 분야로의 적용이 가능함에 따라 지난 25년간 활발히 연구되어 왔다. 특히 뛰어난 전기적 특성으로 인해 다양한 전자소자에 응용이 가능할 것으로 기대된다. 현재의 기술수준으로 보고된 용액공정이 가능한 반도체성 잉크 중에서 sc-SWCNT는 가장 높은 전하 이동도를 보인다. 잘 정렬된 한 가닥의 sc-SWCNT의 전하이동도는 이론적인 한계가 10,000cm2/Vs 으로 결정성 Si보다 훨씬 높다. 이와 같이 sc-SWCNT는 실리콘 소자에 비해 매우 우수한 전하이동도를 보유하기 때문에 차세대 초고속 트랜지스터를 만드는 것이 가능하다.
이러한 탄소나노튜브를 이용하여 박막트랜지스터를 제조함에 있어서 전자이동도 등이 좋아져 전자소자의 성능이 향상된 박막트랜지스터의 개발이 요구되었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 반도체 층의 트랩이 줄어들고, 랩핑된 단일벽 탄소나토튜브를 정렬하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 반도체층에는 단일벽 탄소나노튜브가 잘 분산시킬 수 있도록 하여 균일성이 향상된 박막트랜지스터를 제공하는데 있다.
본 특허는 중소기업청에서 지원하는 2017년도 산학연협력 기술개발사업(No. C0531529)의 연구수행으로 인한 결과물임을 밝히는 바임. 또한 2017년도 미래창조과학부 여성과학기술인 R&D경력복귀 지원사업(WIESET-2017-510호)으로 한국연구재단과 한국여성과학기술인지원센터의 지원을 받아 연구되었음.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 탄소나노튜브 반도체층으로, 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브와 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열 및 NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질로 된 공액고분자 바인더가 포함된 층으로, 상기 플루오렌 또는 티오펜 고분자는 반도체성질을 갖는 단일벽 탄소나노튜브만을 선택적으로 랩핑하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 반도체층을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 공액고분자 바인더는 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 물질 대비 0.1 ~ 25질량%가 포함된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 반도체층을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 위치한 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극; 상기 소스/드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 탄소나노튜브 반도체층; 상기 탄소나노튜브 반도체층 상의 전면에 위치하는 게이트 절연막; 및 상기 게이트 절연막 상에 위치한 게이트 전극; 을 포함하되, 상기 탄소나노튜브 반도체층은 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브와 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열, NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질로 된 공액고분자 바인더가 포함된 층으로, 상기 플루오렌 또는 티오펜 고분자는 반도체성질을 갖는 단일벽 탄소나노튜브만을 선택적으로 랩핑하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 공액고분자 바인더는 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 물질 대비 0.1 ~ 25질량%가 포함된 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 게이트 절연막은 유기절역막 또는 무기절연막으로 이루어지되, 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 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 박막트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터는 반도체 층의 트랩이 줄어들고, 균일하게 랩핑된 단일벽 탄소나토튜브를 정렬하여 소자의 성능향상과 균일성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터는 탄소나노튜브 반도체층으로 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 및 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열 및 NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질을 일부 포함된 것으로,랩핑된 단일벽 탄소나노튜브의 가닥과 가닥 사이에 유기물질이 존재하여 장벽을 낮춰줄 뿐만 아니라, 유기물질로 인해 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브가 일정하게 정렬됨에 따라 전류의 흐름이 좋아져 소자 성능이 증가하며, 균일성 또한 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 반도체층에는 단일벽 탄소나노튜브가 잘 분산되어 있음을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조 공정도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 반도체층의 제조공정도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 반도체층의 제조공정도를 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 발명의 박막트랜지스터는 TGBC(Top Gate Bottom Contact)구조에 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 BGTC(Bottom Gate Top Contact)구조 등에서도 적용될 수 있다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조 공정도를 나타낸 것이다.
탑게이트 형태의 박막트랜지스터는 기판을 제공하고, 상기 기판 상에 서로 이격되게 소스/드레인 전극을 형성시킨 후, 상기 소스/드레인 전극을 덮도록 탄소나노튜브 반도체층을 형성하고, 상기 탄소나노튜브 반도체층 위에 게이트 절연막을 형성하고, 그리고 상기 게이트 절연막 상의 일부 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계로 구성된다.
도 1을 참조하면, 기판을 제공하고, 상기 기판 상에 서로 이격되어 있는 소스/드레인 전극을 형성한다.
상기 기판은 n-형이나 p-형으로 도핑된 실리콘 웨이퍼, 유리기판, 폴리에테르술폰(polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드 (polyetherimide), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이드 (polyethyeleneterepthalate), 폴리에틸렌 나프탈렌 (polyethylene naphthalate) 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 플라스틱 필름과 인듐틴옥사이드 (indium tin oxide) 가 코팅된 유리기판 및 플라스틱 필름을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
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.
상기 소스/드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 반도체층인 탄소나노튜브 반도체층을 형성할 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑되어 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 플루오렌 또는 티오펜 고분자에 단일벽 탄소나노튜브가 가 포함될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 반도체층의 제조공정도를 나타낸 것이다.
탄소나노튜브 반도체층의 제조방법은 용매에 플루오렌 또는 티오펜 고분자와 단일벽 탄소나노튜브를 혼합하는 혼합단계; 혼합된 용액을 초음파로 처리하는 초음파처리단계; 원심분리기로 분리하여 부유용액을 취하는 분리단계; 및 상기 부유용액을 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열 및 NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질과 혼합하여 탄소나노튜브 반도체층을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.
먼저 혼합단계는 용매에 플루오렌 또는 티오펜 고분자와 단일벽 탄소나노튜브를 혼합할 수 있다. 상기 혼합단계는 용매 1㎖ 당 플루오렌 또는 티오펜 고분자 1~3mg 및 단일벽 탄소나노튜브 1~2 mg이 포함시키며, 상기 플루오렌 또는 티오펜 고분자와 단일벽 탄소나노튜브의 혼합비율은 0.5:1~3:1인 것이 바람직하다.
상기 범위로 혼합할 경우 용매에 플루오렌 또는 티오펜 고분자와 단일벽 탄소나노튜브가 잘 분산되어 혼합될 수 있다.
상기 용매의 종류로는 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트리클로로벤제, 자일렌 등을 이용할 수 있다.
혼합된 용액은 초음파로 처리를 하는 데, 초음파 처리는 15 내지 50Hz로 처리할 수 있으며, 초음파 처리 시간으로는 30 ~ 60분정도 처리할 수 있다.
혼합된 용액을 초음파처리하게 되면 반도체성의 단일벽 탄소나노튜브에 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 구조로 이루어진다.
단일벽 탄소나노튜브는 두 가지 성질을 나타내는 데, 반도체성 및 금속성의 성질을 갖는다. 본 발명은 반도체성의 단일벽 탄소나노튜브만을 선택적으로 골라내어 이를 활용할 수 있다. 초음파로 처리된 물질은 단일벽 탄소나노튜브에 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 구조로 이루어지는 데, 이때 단일벽 탄소나노튜브 중 반도체성 성질을 갖는 탄소나노튜브만이 플루오렌 또는 티오펜 고분자와 랩핑된 구조를 띄게 된다.
플루오렌 또는 티오펜 고분자가 단일벽 탄소나노튜브를 감싸게 되는 데, 도 3과 같이 고분자가 꼬여서 형성될 수 있다.
플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 탄소나노튜브는 다른 탄소나노튜브에 비해 비중이 낮아져서 이를 분리해 낼 수 있는 데, 분리단계를 통해 분리해 낼 수 있다.
분리단계는 원심분리기를 통해 랩핑된 탄소나노튜브 위로 부유하게 되는 데, 부유하게 된 부유용액을 걸러내어 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 탄소나노튜브를 분리할 수 있다.
부유용액에 분산되어 있는 단일벽 탄소나노튜브는 반도체성의 탄소나노튜브가 플루오렌 또는 티오펜 고분자로 랩핑된다.
원심분리는 8,000 ~ 80,000g로 실시하는 것이 바람직하며, 상기 원심분리를 통해 부유하게 되는 부유용액을 취하여 유기물질과 혼합하여 유기반도체층을 형성할 수 있다.
이 때 부유용액은 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브이며 여기에 공액고분자인 바인더를 미량 혼합할 수 있는 데, 상기 공액고분자 바인더 역할을 하는 물질은 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열 및 NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 공액고분자 바인더는 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 물질 대비 0.1 ~ 25질량%가 포함되도록 하여 탄소나노튜브 반도체층을 형성할 수 있다.
즉 본 발명은 탄소나노튜브 반도체층으로 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 및 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열 및 NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질을 사용한 공액고분자 바인더가 혼합됨으로써, 탄소나노튜브의 가닥과 가닥 사이에 공액고분자 바인더가 존재하여 장벽을 낮춰줄 뿐만 아니라, 공액고분자 바인더로 인해 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브가 일정하게 분산 정렬됨에 따라 전류의 흐름이 좋아져 소자 성능이 증가하며, 균일성 또한 향상될 수 있다. 만일, 고분자를 랩핑한 단일벽 탄소나노튜브만을 반도체층으로 형성하게 되면, 단일벽 탄소나노튜브가 랜덤하게 형성되고, 이를 통해 전류가 흐르게 되는데 소자마다 형성된 랩핑된 탄소나노튜브가 일정하지 않고, 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 가닥과 가닥 사이의 장벽으로 인해 전류의 흐름이 원활하지 못하고 소자 특성이 불균일하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 반도체층은 스핀코팅, 스프레이(Spray), 잉크젯(Inkjet), 플렉소그라피(Flexography), 스크린(Screen), Dip-Coating 및 Gravure 등의 방법을 통해 소스/드레인 전극위에 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.
상기 탄소나노튜브 반도체층의 상부에는 전면에 걸쳐서 게이트 절연막을 형성할 수 있다.
상기 게이트 절연막은 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 절연막 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.
이로써 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 완성될 수 있다.
실시예 1
플루오렌 고분자가 랩핑된 탄소나노튜브 반도체층 형성
용매로 톨루엔을 준비하고, 단일벽 탄소나노튜브 및 플루오렌 고분자로 PFDD를 이용하였다.
톨루엔 1㎖ 당 PFDD 1mg, 단일벽 탄소나노튜브 1mg을 혼합하였다. 이때 단일벽 탄소나노튜브는 금속성 및 반도체성의 성질이 골고루 섞여 있는 탄소나노튜브를 이용하였다.(혼합단계) 혼합된 용액을 초음파 처리하는데 먼저 ultrasonication bath에서 20Hz로 10분간 실시한 후 Tip sonicator로 1시간 초음파 처리한다.(초음파처리단계)
초음파 처리된 물질을 원심분리기를 이용하여 원심분리하는 데, 원심분리는 80,000 g로 하여 30분간 실시하고 부유된 부유용액을 취하여 플루오렌이 랩핑된 탄소나노튜브를 제조하였다.
이 경우 초음파 처리단계 이후에 플루오렌 고분자에 랩핑된 탄소나노튜브는 모두 반도체성인 것을 확인할 수 있다.
플루오렌이 랩핑된 탄소나노튜브에 공액고분자 바인더로 사용할 물질 PFDD를 1질량%가 포함되도록 혼합하여 탄소나노튜브 반도체층에 사용할 물질을 제조하였다.
박막트랜지스터 제조
박막트랜지스터를 제조하는 데 있어, 상기 기판 상에 서로 이격되게 소스/드레인 전극을 형성시킨 후, 상기 소스/드레인 전극을 덮도록 형성된 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 게이트 절연막을 형성하고, 그리고 상기 게이트 절연막 상의 일부 영역에 게이트 전극을 형성하는 박막트랜지스터를 제조하였다.
상기 반도체층은 플루오렌 고분자가 랩핑된 탄소나노튜브가 포함되며, 여기에 공액고분자 바인더로 PFDD가 1질량% 포함되도록 하여 탄소나노튜브 반도체층을 형성하였다.
또한, 기판은 유리기판을 이용하였으며, 기판 상에 인쇄 공정을 통해서 소스/드레인 전극을 형성하였다. 소스/드레인 전극 상에 반도체층은 스핀코팅을 통해 형성하였다. 또한, 게이트 절연막으로는 PMMA, 게이트 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하여 박막트랜지스터를 완성하였다.
실시예 2 및 3
실시예 1과 동일하게 실시하되, 공액고분자 바인더로 사용된 PFDD가 5질량%(실시예 2) 및 10질량%(실시예 3)가 되도록 하여 박막트랜지스터를 완성하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 실시하되, 공액고분자 바인더를 사용하지 않고 오직 플루오렌이 랩핑된 탄소나노튜브만을 이용하여 반도체층을 형성하였다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 트랜지스터를 이용하여 이동도 및 on/off를 측정하였으며 측정결과는 아래의 표 1과 같다.
| 공액고분자 바인더 | 이동도 | on/off | |
| 실시예 1 | 1질량% | 13.510 | 2.09×103 |
| 실시예 2 | 5질량% | 11.716 | 7.53×103 |
| 실시예 3 | 10질량% | 9.656 | 3.00×104 |
| 비교예 1 | 0질량% (사용안함) | 10.077 | 6.77×102 |
측정결과 본 발명에 의해 제조된 트랜지스터의 경우 첨가된 공액고분자 바인더가 랜덤 네트워크로 형성되는 단일벽탄소나노튜브를 박막트랜지스터 계면에 밀착시켜주는 효과에 의해 함량에 따라 이동도가 증가하는 특징이 있다. 또한 적당히 첨가된 양의 공액고분자 바인더에 의해서 점멸비(on/off 비율)가 10~100배 증가하는 현상을 보였다. 이에 반해 공액고분자 바인더가 포함되지 않은 박막트랜지스터는 이동도가 75% 수준을 보이며 점멸비 또한 102 레벨로 트랜지스터의 스위칭 역할을 하기에는 부족한 특징이 있다. 따라서 공액고분자 바인더를 적정량 첨가하면 이동도 및 점멸비 모두의 성능 향상이 있는 강점을 가지고 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 명백할 것이다.
Claims (6)
- 탄소나노튜브 반도체층으로,
플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브와 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열 및 NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질로 된 공액고분자 바인더가 포함된 층으로,
상기 플루오렌 또는 티오펜 고분자는 반도체성질을 갖는 단일벽 탄소나노튜브만을 선택적으로 랩핑하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 반도체층.
- 제1항에 있어서,
공액고분자 바인더는 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 물질 대비 0.1 ~ 25질량%가 포함된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 반도체층.
- 기판;
상기 기판 상에 위치한 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극;
상기 소스/드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 탄소나노튜브 반도체층;
상기 탄소나노튜브 반도체층 상의 전면에 위치하는 게이트 절연막; 및
상기 게이트 절연막 상에 위치한 게이트 전극; 을 포함하되,
상기 탄소나노튜브 반도체층은 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브와 폴리플루오렌, 폴리티오펜, DPP(diketopyrrolopyrrole)계열, BDP(benzodipyrrolidone)계열, Benzopyrazine계열, NDI(naphthalene diimide)계열 중 어느 하나의 유기물질로 된 공액고분자 바인더가 포함된 층으로, 상기 플루오렌 또는 티오펜 고분자는 반도체성질을 갖는 단일벽 탄소나노튜브만을 선택적으로 랩핑하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제3항에 있어서,
상기 공액고분자 바인더는 플루오렌 또는 티오펜 고분자가 랩핑된 단일벽 탄소나노튜브 물질 대비 0.1 ~ 25질량%가 포함된 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제3항에 있어서,
상기 게이트 절연막은 유기절역막 또는 무기절연막으로 이루어지되,
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 박막트랜지스터.
- 제3항에 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 박막트랜지스터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180124406A KR20200053663A (ko) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 공액고분자 바인더가 포함된 탄소나노튜브 반도체층 및 이를 이용한 박막트랜지스터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180124406A KR20200053663A (ko) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 공액고분자 바인더가 포함된 탄소나노튜브 반도체층 및 이를 이용한 박막트랜지스터 |
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|---|---|
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ID=70913288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020180124406A KR20200053663A (ko) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 공액고분자 바인더가 포함된 탄소나노튜브 반도체층 및 이를 이용한 박막트랜지스터 |
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| KR (1) | KR20200053663A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220153785A (ko) * | 2021-05-12 | 2022-11-21 | 주식회사 포스코 | 반도체성 탄소나노튜브를 이용한 알츠하이머병 진단 센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 알츠하이머병 진단 센서 |
| KR102675070B1 (ko) * | 2023-08-04 | 2024-06-12 | 서울대학교산학협력단 | CNT/공액 유기 단분자 n-형 열전 소재 및 이의 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20090108459A (ko) | 2008-04-11 | 2009-10-15 | 삼성전자주식회사 | 탄소나노튜브를 구비한 트랜지스터의 도핑방법 및 도핑이온의 위치 제어방법 및 트랜지스터 |
-
2018
- 2018-10-18 KR KR1020180124406A patent/KR20200053663A/ko unknown
Patent Citations (1)
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