KR20200114749A - Method for suppressing dopant molecule diffusion on organic semiconductor film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor, and more particularly, to a method for inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film.
유기 반도체 재료로 이루어진 채널층을 포함하는 박막 트랜지스터인 유기 반도체 트랜지스터가 주목받고 있다. 유기 박막 트랜지스터는 경량· 플렉시블화가 가능해져, 내충격성, 휴대성이 뛰어난 차세대 디스플레이로의 응용이 기대되고 있다. 유기 박막 트랜지스터는 가용성 저분자 유기 반도체 및 고분자 유기 반도체를 도포하여 반도체로서 이용할 수 있다. 인쇄법을 이용함으로써 대면적 프로세스를 적용할 수 있어, 대폭적인 비용 절감을 기대할 수 있다. 유기 반도체는 저온 형성이 가능하기 때문에 플라스틱 기판 등의 플렉시블 기판을 이용할 수 있다는 이점도 있다.An organic semiconductor transistor, which is a thin film transistor including a channel layer made of an organic semiconductor material, is drawing attention. Organic thin-film transistors can be made lightweight and flexible, and are expected to be applied to next-generation displays with excellent impact resistance and portability. The organic thin film transistor can be used as a semiconductor by coating a soluble low molecular organic semiconductor and a high molecular organic semiconductor. By using a printing method, a large area process can be applied, and significant cost reduction can be expected. Since the organic semiconductor can be formed at a low temperature, there is also an advantage that a flexible substrate such as a plastic substrate can be used.
이러한 유기 반도체 트랜지스터는, 채널층을 형성하는 유기 반도체 패턴과, 유기 반도체 패턴에 접속되는 금속의 소스 전극 및 드레인 전극을 구비하고 있다. 그런데, 유기 반도체 물질과 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 높은 컨택저항(contact resistance)으로 인해 유기 전자 소자의 성능에 제한점이 있다. 이를 개선하기 위해서 여러 방법론 중에 유기 반도체 영역에 도판트 분자(dopant molecule)로 도핑을 하여 컨택 저항을 줄여주는 방법이 있다. Such an organic semiconductor transistor includes an organic semiconductor pattern for forming a channel layer, and a metal source electrode and a drain electrode connected to the organic semiconductor pattern. However, there is a limitation in the performance of an organic electronic device due to a high contact resistance between an organic semiconductor material and a source electrode and a drain electrode. To improve this, among several methodologies, there is a method of reducing contact resistance by doping an organic semiconductor region with a dopant molecule.
이와 유사하게 기존 실리콘 기반 전자 소자에서 도핑에 의한 컨택 저항 향상 기술들이 발명되어 왔지만, 실리콘과 달리 유기 반도체에서는 호스트(유기 반도체 분자)와 도판트 분자 사이의 약한 결합으로 인한 도판트 분자의 확산이 유기전자소자의 신뢰도에 지대한 영향을 미친다. 특히, 유기반도체박막 안에서 도판트 분자의 확산은 주로 이온화되지 않은 중성 도판트에 의해 발생한다고 알려져 있어서 도판트 분자의 확산을 제어하기 어렵다고 알려져 있다. 즉, 유기반도체박막 위에 도판트 분자를 증착할 경우 이온화 되지 않은 중성 도판트 분자들은 주로 반도체 박막 표면에 남아있을 것으로 예상되는데, 이렇게 박막 표면에 남아있는 중성 도판트 분자들은 증착 이후에 확산되어 유기 반도체 박막에서 도핑을 원치 않는 영역까지 도핑하게 된다. Similarly, technologies for improving contact resistance by doping have been invented in conventional silicon-based electronic devices, but unlike silicon, diffusion of dopant molecules due to weak bonding between the host (organic semiconductor molecule) and the dopant molecule is organic. It has a great influence on the reliability of electronic devices. In particular, it is known that diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film is mainly caused by non-ionized neutral dopants, so it is known that it is difficult to control diffusion of dopant molecules. In other words, when dopant molecules are deposited on an organic semiconductor thin film, neutral dopant molecules that are not ionized are expected to remain mainly on the surface of the semiconductor thin film, and the neutral dopant molecules remaining on the thin film surface are diffused after deposition to form organic semiconductors. In the thin film, doping is done to the undesired regions.
따라서 유기반도체의 전자소자로의 활용성을 증대, 특히 금속전극과 유기반도체물질간의 컨택저항 감소를 위한 도핑방법론의 응용을 위하여 도판트 분자의 확산을 억제할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to suppress the diffusion of dopant molecules in order to increase the utility of an organic semiconductor as an electronic device, in particular, to apply a doping methodology to reduce contact resistance between a metal electrode and an organic semiconductor material.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 유기반도체 박막 전도성 및 전기적 특성 변화를 위해 도판트 물질을 주입하여 도핑을 할 때, 유기 반도체 박막 표면에 남아있는 중성 도판트 분자들은 증착 이후에 확산되어 도핑을 원치 않는 영역까지 도핑하는 것을 억제하기 위한 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법을 제안한다. The present invention was conceived to solve the above problems, and the present invention is a neutral dopant molecule remaining on the surface of the organic semiconductor thin film when doping by injecting a dopant material to change the conductivity and electrical properties of the organic semiconductor thin film. They propose a method of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film to suppress doping to an undesired region by diffusion after deposition.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.The above and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.
본 발명은 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법으로, 기판 상에 유기 반도체 박막을 형성하는 단계와, 유기 반도체 박막의 상부에 도판트 분자를 열증착 단계와, 유기 반도체 박막의 상부를 플라즈마 에칭하는 단계를 포함하되, 도판트 분자 및 유기 반도체는 도판트 분자가 유기 반도체 내에서 고체상 확산(solid-state diffusion)되는 물질 조합이다. The present invention is a method of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film, comprising: forming an organic semiconductor thin film on a substrate, thermally depositing dopant molecules on an upper portion of the organic semiconductor thin film, and plasma Including the step of etching, wherein the dopant molecule and the organic semiconductor are a combination of materials in which the dopant molecule is solid-state diffusion in the organic semiconductor.
본 발명에 따르면, 유기반도체 박막 표면 위의 중성 도판트 분자들을 제거하기 위해 유기반도체의 성능에 큰 영향을 미치지 않는 비활성 물질인 아르곤(Ar) 플라즈마 에칭을 도입하여 표면의 중성 도판트 분자를 제거하고 도판트 확산을 억제할 수 있다. 또한, 남아있는 중성 도판트 분자들의 확산을 억제하기 위해서 유기반도체박막에 손상을 주지 않는 불소화폴리머로 반도체박막위에 보호층을 형성할 경우 도판트의 확산이 억제할 수 있다. According to the present invention, in order to remove the neutral dopant molecules on the surface of the organic semiconductor thin film, the neutral dopant molecules on the surface are removed by introducing argon (Ar) plasma etching, which is an inert material that does not significantly affect the performance of the organic semiconductor. Dopant diffusion can be suppressed. In addition, when a protective layer is formed on the semiconductor thin film with a fluorinated polymer that does not damage the organic semiconductor thin film in order to suppress diffusion of the remaining neutral dopant molecules, diffusion of the dopant can be suppressed.
이를 통해서 도핑을 사용하는 유기전자소자의 안정성을 향상시킬 수 있어, 유기반도체의 컨택저항 개선 방법론 중 하나인 도판트 분자를 활용한 유기반도체박막의 도핑이 확대된다. 이를 통해 유기전자소자인 유기트랜지스터 및 유기태양전지 등이 보다 더 실용성을 갖추게 될 것으로 기대된다.Through this, the stability of the organic electronic device using doping can be improved, and the doping of the organic semiconductor thin film using the dopant molecule, which is one of the methodologies for improving the contact resistance of the organic semiconductor, is expanded. Through this, it is expected that organic transistors and organic solar cells, which are organic electronic devices, will be more practical.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 공정 예를 도시한 도면이다.
도 3a는 아르곤 에칭 처리되지 않은 유기 반도체 표면에서의 도판트 분자의 확산을 도시한 도면이다.
도 3b는 아르곤 에칭 처리된 유기 반도체 표면에서의 도판트 분자의 확산을 도시한 도면이다.
도 4a는 아르곤 에칭 처리되지 않은 유기 반도체 표면에서의 중성 도판트 분자 농도를 시뮬레이션한 도면이다.
도 4b는 아르곤 에칭 처리된 유기 반도체 표면에서의 중성 도판트 분자 농도를 시뮬레이션한 도면이다.
도 5a는 아르곤 에칭 처리되지 않은 유기 반도체 물질의 도핑 정도를 시뮬레이션한 도면이다.
도 5b는 아르곤 에칭 처리된 유기 반도체 물질의 도핑 정도를 시뮬레이션한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 CYTOP 보호층 도입 여부에 따른 트랜지스터의 ON/OFF 비율 변화도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of a process of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention.
3A is a diagram showing diffusion of dopant molecules on the surface of an organic semiconductor that has not been subjected to argon etching.
3B is a diagram illustrating diffusion of dopant molecules on the surface of an organic semiconductor subjected to an argon etching process.
4A is a diagram simulating the concentration of neutral dopant molecules on the surface of an organic semiconductor not subjected to argon etching.
4B is a diagram illustrating a simulation of the concentration of neutral dopant molecules on the surface of an organic semiconductor subjected to argon etching.
5A is a diagram simulating the degree of doping of an organic semiconductor material not subjected to an argon etching process.
5B is a diagram illustrating a degree of doping of an organic semiconductor material subjected to argon etching.
6 is a diagram illustrating a change in an ON/OFF ratio of a transistor according to whether a CYTOP protective layer is introduced according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention and drawings. These examples are only illustratively presented to illustrate the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples. .
달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control.
본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.Although methods and materials similar or equivalent to those described herein may be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described herein.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 공정 예를 도시한 도면이다.1 is a flow chart for explaining a method of suppressing diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flow chart for suppressing diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention. It is a figure showing an example of a process.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법에서 기판의 상부에 유기 반도체 박막을 형성하는 단계(S110)와, 유기 반도체 박막의 상부에 도판트 분자를 열층착 단계(S120)와, 열증착 단계(S120) 이후에, 유기 반도체 박막의 상부를 플라즈마 에칭하는 단계(S130)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 에칭된 유기 반도체 박막의 상부에 보호막을 형성하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, in the method of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention, forming an organic semiconductor thin film on an upper portion of a substrate (S110), and a dopant on an upper portion of the organic semiconductor thin film. After the step of thermally depositing the molecules (S120) and after the thermally depositing step (S120), a step (S130) of plasma etching an upper portion of the organic semiconductor thin film may be included. Additionally, the step of forming a protective layer on the etched organic semiconductor thin film (S140) may be further included.
여기서, 유기 반도체 박막이 형성되는 기판은 게이트 전극(10)의 상부에 게이트 절연층(20)이 형성되어 있는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, 게이트 전극(10)은 채널층인 유기 반도체 박막(40)의 전기적 특성을 제어하기 위한 것으로, 도전성을 가지는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 실리콘(Si)이나 금속을 포함할 수 있다. 금속은, 예를 들어 알루미늄(Al), 금(Au), 베릴륨(Be), 비스무트(Bi), 코발트(Co), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 인듐(In), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 레늄(Re), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 텔륨(Te), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 지르코늄(Zr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the substrate on which the organic semiconductor thin film is formed may be one in which the
또한, 게이트 절연층(20)은, 절연물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등을 포함할 수 있다.Further, the
제조 용이성 측면에서 게이트 전극(10)은 실리콘(Si), 게이트 절연층(20)은 실리콘 산화물(예를 들어, SiO2)인 것이 바람직하다. In terms of ease of manufacture, it is preferable that the
또한, 부가적으로, S110 단계를 수행하기 이전에, 게이트 절연층(20)이 성장된 후, 클리닝 과정을 거치게 된다. 이는 실리콘 기판의 불순물 제거를 위한 것으로, 일 예로, 실리콘 기판은 탈 이온수(Deionized Water), 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol, IPA), 아세톤(Acetone)과 같은 세척 용매를 사용하여 초음파 방식으로 약 10분 간 세척된다.In addition, before performing step S110, after the
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 기판은 트랜지스터 제조를 위해 게이트 절연층(20)의 상부에, 서로 이격된 접촉하는 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되어 있을 수 있다. 일 실시 예에 따라, 소스 전극 및 드레인 전극은 Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Ti, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 전도성 산화물 등을 사용하여 형성될 수 있다. 그리고, 일 실시 예에 따라, 전극은 금속에 따라 각각 상이한 두께로 형성될 수 있는데, 예컨대 티타늄(Ti)일 경우 2nm, 금(Au)의 경우 30 nm 두께로 형성될 수 있다. 또한, 소스 전극 및 드레인 전극은 진공 전자빔 증착기(electron beam evaporator) 등을 이용하여 기판 상에 쉐도우 마스크를 가지고 증착될 수 있는데, 이때 진공 전자빔 증착기의 압력은 10-7 Torr이고, 증착 속도 0.5 Å/s일 수 있다. In addition, although not shown in the drawings, the substrate may have a source electrode and a drain electrode that are spaced apart from each other in contact with each other on the
또한, 도 2를 참조하면, 기판에는 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS)(30)으로 자기조립박막(Self-assembled monolayer (SAM)))(30)이 형성되어 있는 것일 수 있다. 예컨대, 기판 표면성질의 최적화를 위해서 산소(O2) 플라즈마 에칭(50W, 2분) 처리된 후, 기판을 질소 환경의 글러브 박스 안에서 OTS 30 mM(anhydrous toluene) 용액에 12 시간 가량 담가 놓아, 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS)으로 자기조립박막(Self-assembled monolayer, SAM)(30)이 형성될 수 있다. 이는 추후 형성되는 유기 반도체 층의 결정화도(crystallinity)를 높여서 유기 반도체 박막의 전기적 성질을 향상시키기 위함이다. 이때, OTS가 형성된 기판을 무수 톨루엔(anhydrous toluene) 용매에 담겨진 상태로 글러브 박스에서 꺼낸 후, 잔여 OTS 분자를 제거하기 위해 세척한다. 예컨대, 기판은 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol, IPA), 아세톤(acetone), 톨루엔(toluene)을 포함하는 세척 용매를 이용하여 초음파 방식으로 10분간 세척된다. 세척 후, 소자는 세척 용매를 제거하기 위하여 진공에서 약 2시간 동안 보관된다. In addition, referring to FIG. 2, a self-assembled monolayer (SAM) 30 formed of octadecyltrichlorosilane (OTS) 30 may be formed on a substrate. For example, after oxygen (O 2 ) plasma etching (50W, 2 minutes) to optimize the surface properties of the substrate, the substrate is immersed in a 30 mM (anhydrous toluene) solution of OTS in a glove box in a nitrogen environment for about 12 hours. A self-assembled monolayer (SAM) 30 may be formed of decyltrichlorosilane (OTS). This is to improve the electrical properties of the organic semiconductor thin film by increasing the crystallinity of the organic semiconductor layer to be formed later. At this time, the substrate on which OTS is formed is removed from the glove box while immersed in anhydrous toluene solvent, and then washed to remove residual OTS molecules. For example, the substrate is washed for 10 minutes in an ultrasonic manner using a cleaning solvent including isopropyl alcohol (IPA), acetone, and toluene. After cleaning, the device is kept in vacuum for about 2 hours to remove the cleaning solvent.
도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판의 상부에 유기 반도체 박막(40)을 형성한다(S110). 여기서, 본 발명에 따라, 유기 반도체는 도판트 분자가 유기 반도체 내에서 고체상 확산(Solid-state diffusion)되는 물질이어야 한다. 일 실시 예에 따라, 유기 반도체 물질은 poly 2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene (PBTTT)이 사용될 수 있다. 상세하게는, 폴리머 반도체 물질인 poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene] (PBTTT)는 1,2-dichlorobenzene을 용매로 하여 9mg/ml 용액으로 준비한다. 그런 후, 스핀코팅을 하기 전에 PBTTT 용액은 섭씨 110도까지 가열하여 균일한 PBTTT 필름을 형성하도록 한다. PBTTT 필름은 질소 환경의 글러브박스 안에서 1500rpm으로 45초 동안 스핀코팅하고, 180℃에서 20분 동안 가열하고 천천히 식힌다. Referring to FIG. 2A, an organic semiconductor
그런 후, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 유기 반도체 박막(40)의 상부에 도판트 분자(50a, 50b)를 열층착한다(S120). Then, as shown in FIG. 2B,
본 발명에 따라, 도판트 분자(50a, 50b)는 유기 반도체 유기 반도체 박막(40) 내에서 고체상 확산(Solid-state diffusion)되는 물질이어야 한다. 일 실시 예에 따라, 도판트 물질은 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane(F4-TCNQ)가 사용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 도판트 분자(50a, 50b)를 열증착기를 이용하여 유기 반도체 박막(40) 상면의 선택 영역에 10nm 두께로 0.5 ~ 1.5 Å/s 및 10-6 Torr 조건에서 증착한다. 그러면, 도판트 분자(50a, 50b)는 유기 반도체 박막(40) 내부로 확산되어 확산 주입부(51a, 51b)가 형성된다. According to the present invention, the
예컨대, 소스 전극 및 드레인 전극 각각이 유기 반도체 박막(40)에 접촉되는 위치의 상부에 도판트 분자(50a, 50b)가 이격된 형태로 열증착될 경우, 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉되는 영역까지 도판트 분자(50a, 50b)가 확산되어, 소스 전극 및 드레인 전극과 유기 반도체 박막(40)의 접촉부에서 전극으로부터 전하주입이 향상되어 컨택저항을 감소시킬 수 있다. For example, when the
여기서, 도판트 분자(50a, 50b)는 유기 반도체 박막(40) 상부에 이격된 형태로 열증착되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도판트 분자가 증착되는 영역은 하나 또는 둘 이상일 수도 있다. Here, the
다음으로, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 유기 반도체 박막(40)의 상면은 플라즈마 에칭 처리될 수 있다(S130). 이는 도판트 분자의 확산으로 인해 트랜지스터 소자의 안정성이 악화되는 것을 방지하기 위함이다. 일 실시 예에 따라, 도핑 종료 직후, 유기 반도체 박막(40)의 상면을 신속히 아르곤(Ar) 플라즈마로 에칭한다(50W, 1초).Next, as shown in (c) of FIG. 2, the upper surface of the organic semiconductor
도 3a 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명의 플라즈마 에칭에 따른 도판트 분자 확산 억제 효과를 명확히 알 수 있다. Referring to FIGS. 3A to 5B, the effect of suppressing diffusion of dopant molecules according to the plasma etching of the present invention can be clearly seen.
도 3a는 아르곤 에칭 처리되지 않은 유기 반도체 표면에서의 도판트 분자의 확산을 도시한 도면이고, 도 3b는 아르곤 에칭 처리된 유기 반도체 표면에서의 도판트 분자의 확산을 도시한 도면이다. FIG. 3A is a diagram showing diffusion of dopant molecules on the surface of an organic semiconductor that has not been subjected to argon etching, and FIG. 3B is a diagram showing diffusion of dopant molecules on the surface of an organic semiconductor subjected to argon etching.
도 3a 및 도 3b에서 짙게 표시된 막대 영역이 유기 반도체 박막에서 도판트 분자에 의해 도핑된 영역이다. 여기서, 막대 영역들 사이의 간격은 50 μm일 수 있다. In FIGS. 3A and 3B, the darkly marked bar regions are regions doped by dopant molecules in the organic semiconductor thin film. Here, the spacing between the bar regions may be 50 μm.
도 3a에 도시된 아르곤 에칭 처리되지 않은 유기 반도체 표면에서 도판트 분자를 확산시킨 대조군의 경우, 초기에 직사각형의 경계가 뚜렷한 도핑 영역이 시간이 경과될수록 도판트 분자의 확산으로 인해 직사각형의 경계 밖으로 도핑 영역이 확산됨을 알 수 있다. 즉, 7일이 경과된 시점에서는 도핑된 막대 영역들 간의 간격이 현저히 감소된다. In the case of the control group in which the dopant molecules are diffused on the surface of the organic semiconductor that is not subjected to argon etching as shown in FIG. 3A, the dopant region with a clear rectangular boundary initially is doped out of the rectangular boundary due to diffusion of the dopant molecules as time elapses. It can be seen that the area is diffused. That is, when 7 days have elapsed, the spacing between the doped rod regions is significantly reduced.
반면, 도 3b에 도시된 아르곤 에칭 처리된 유기 반도체 표면에서 도판트 분자를 확산시킨 경우, 도판트 분자의 확산이 억제되어 도핑된 막대 영역이 시간이 경과된 이후에도 그 형태가 유지됨을 확인할 수 있다.On the other hand, when the dopant molecules are diffused on the surface of the organic semiconductor subjected to the argon etching treatment shown in FIG. 3B, diffusion of the dopant molecules is suppressed, and it can be seen that the dopant region retains its shape even after time elapses.
도 4a는 아르곤 에칭 처리되지 않은 유기 반도체 표면에서의 중성 도판트 분자 농도를 시뮬레이션한 도면이고, 도 4b는 아르곤 에칭 처리된 유기 반도체 표면에서의 중성 도판트 분자 농도를 시뮬레이션한 도면이고, 도 5a는 아르곤 에칭 처리되지 않은 유기 반도체 물질의 도핑 정도를 시뮬레이션한 도면이고, 도 5b는 아르곤 에칭 처리된 유기 반도체 물질의 도핑 정도를 시뮬레이션한 도면이다. FIG. 4A is a diagram that simulates the concentration of neutral dopant molecules on the surface of an organic semiconductor that has not been subjected to argon etching, FIG. 4B is a diagram that simulates the concentration of neutral dopant molecules on the surface of an organic semiconductor that has been subjected to argon etching, and FIG. 5A is It is a diagram that simulates the degree of doping of an organic semiconductor material that has not been subjected to argon etching, and FIG. 5B is a view that simulates the degree of doping of an organic semiconductor material that has undergone argon etching.
도 4a 내지 도 5b는 에칭으로 인해 중성 도판트 분자가 줄어들 경우 어느 정도의 도판트 확산이 억제되는지를 시뮬레이션 한 결과이다. 시뮬레이션은 1차원 선상에서 양 끝에 도판트를 도핑하고, 이의 확산을 Fick’s diffusion 방정식을 시스템에 맞게 변형하여 적용하였다. 동일한 시간 변화(Time scale)중에 도핑되지 않은 영역에서 대조군보다 아르곤 에칭 처리한 샘플이 명확하게 낮은 도핑정도를 보여준다. 이를 통해서 아르곤 플라즈마 에칭 방법론이 도판트 분자 확산의 억제에 명확한 효과가 있다는 것을 다시 확인할 수 있다.4A to 5B are simulation results of how much dopant diffusion is suppressed when neutral dopant molecules are reduced due to etching. In the simulation, dopants were doped at both ends on a one-dimensional line, and the diffusion was applied by modifying the Fick's diffusion equation to fit the system. During the same time scale, in the undoped region, the argon-etched sample clearly showed a lower degree of doping than the control. Through this, it can be confirmed again that the argon plasma etching methodology has a clear effect on suppressing the diffusion of dopant molecules.
부가적으로, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 에칭된 유기 반도체 박막(40)의 상부에 보호막(60)을 형성한다(S140). 구체적으로, 에칭한 유기 반도체 박막 소자를 질소 환경의 글러브 박스에서 불소화 폴리머(Cyclic Transparent Optical Polymer, CYTOP) 용액을 200rpm으로 90초 동안 스핀코팅한 후, 80 ℃에서 2분 동안 가열한다.Additionally, as shown in (d) of FIG. 2, a
본 발명을 통해서 증가하는 도핑 소자의 안정성은 CYTOP 보호층을 도입한 도핑된 유기트랜지스터의 안정성에서 확인할 수 있다. The increased stability of the doped device through the present invention can be confirmed from the stability of the doped organic transistor with the CYTOP protective layer introduced therein.
도 6은 본 발명에 따른 CYTOP 보호층 도입 여부에 따른 트랜지스터의 ON/OFF 비율 변화도이다. 6 is a diagram illustrating a change in an ON/OFF ratio of a transistor according to whether a CYTOP protective layer is introduced according to the present invention.
도 6을 참조하면, 채널 길이가 50 μm인 트랜지스터의 ON/OFF비율이 CYTOP을 보호층으로 활용했을 경우가 대조군에 비해서 보다 더 안정적인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the ON/OFF ratio of the transistor having a channel length of 50 μm is more stable than the control when CYTOP is used as a protective layer.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.In the present specification, only a few examples of various embodiments performed by the present inventors are described, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto, and it is obvious that it may be modified and variously implemented by those skilled in the art.
10 : 게이트 전극
20 : 게이트 절연층
30 : OTS 자기조립박막층
40 : 유기 반도체 박막
50a, 50b : 도판트 분자층
51a, 51b : 도판트 분자 주입부
60 : 보호막10: gate electrode
20: gate insulating layer
30: OTS self-assembled thin film layer
40: organic semiconductor thin film
50a, 50b: dopant molecular layer
51a, 51b: dopant molecule injection unit
60: protective film
Claims (7)
유기 반도체 박막의 상부에 도판트 분자를 열증착 단계; 및
유기 반도체 박막의 상부를 플라즈마 에칭하는 단계:를 포함하되,
도판트 분자 및 유기 반도체는
도판트 분자가 유기 반도체 내에서 고체상 확산(solid-state diffusion)되는 물질 조합인 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법.
Forming an organic semiconductor thin film on a substrate;
Thermally depositing dopant molecules on the organic semiconductor thin film; And
Including: plasma etching the upper portion of the organic semiconductor thin film,
Dopant molecules and organic semiconductors
A method of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film, which is a combination of substances in which dopant molecules are solid-state diffusion in an organic semiconductor.
poly 2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene (PBTTT)이고,
도판트 분자는
2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ)인 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법.
The method of claim 1, wherein the organic semiconductor
poly 2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene (PBTTT),
The dopant molecule is
2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) dopant molecule diffusion inhibition method in an organic semiconductor thin film.
에칭된 유기 반도체 박막의 상부에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법
The method of claim 1,
Method for inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film, further comprising the step of forming a protective film on the etched organic semiconductor thin film
에칭한 유기 반도체 박막 소자를 질소 환경의 글러브 박스에서 불소화 폴리머(CYTOP) 용액을 200rpm으로 90초 동안 스핀코팅한 후, 80℃에서 2분 동안 가열하는 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법
The method of claim 3, wherein forming the protective layer
A method of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film in which the etched organic semiconductor thin film device is spin coated with a fluorinated polymer (CYTOP) solution at 200 rpm for 90 seconds in a glove box in a nitrogen environment and then heated at 80°C for 2 minutes
유기 반도체 박막의 상부에 복수의 도판트 분자를 이격된 형태로 열증착하는 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법.
The method of claim 1, wherein the thermal evaporation step
A method of inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film by thermally depositing a plurality of dopant molecules on the organic semiconductor thin film in a spaced form.
유기 반도체 물질인 poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene] (PBTTT)을 1,2-dichlorobenzene을 용매로 하여 9mg/ml 용액으로 준비하는 단계와,
PBTTT 용액을 110도까지 가열하는 단계와,
PBTTT 필름을 질소 환경의 글러브 박스 안에서 1500rpm으로 45초 동안 스핀코팅하는 단계와,
스핀 코팅된 후, 180℃에서 20분 동안 가열한 후, 냉각시키는 단계를 포함하는 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법.
The method of claim 1, wherein forming the organic semiconductor thin film
An organic semiconductor material, poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene] (PBTTT), is prepared in a 9mg/ml solution using 1,2-dichlorobenzene as a solvent. Step and,
Heating the PBTTT solution to 110 degrees,
Spin coating the PBTTT film at 1500 rpm for 45 seconds in a glove box in a nitrogen environment, and
A method for inhibiting diffusion of dopant molecules in an organic semiconductor thin film comprising spin-coating, heating at 180° C. for 20 minutes, and cooling.
2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) 도판트 분자는 열증착기를 이용하여 10nm 두께로 0.5 ~ 1.5 Å/s 및 10-6 Torr 조건에서 증착하는 유기 반도체 박막에서의 도판트 분자 확산 억제 방법. The method of claim 1, wherein the thermal evaporation step
2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) dopant molecules are deposited at 0.5 ~ 1.5 Å/s and 10 -6 Torr at 10 nm thickness using a thermal evaporator Method for suppressing diffusion of dopant molecules in organic semiconductor thin films.
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- 2019-03-29 KR KR1020190037001A patent/KR102252433B1/en active IP Right Grant
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