KR20210074487A - Transparent electrode or transistor semiconductor active layer comprising organic―nonorganic hybid superlattice structure - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a transparent electrode including an organic-inorganic hybrid superlattice structure and a transistor semiconductor active layer including an organic-inorganic hybrid superlattice structure. The present invention relates to an organic-inorganic hybrid superlattice structure body in which a crystalline metal oxide layer and a self-assembled organic material layer are alternately stacked so as to overcome a mechanical limitation of crystalline oxide while maintaining and improving electrical properties thereof. It has been confirmed that an ITO-based organic-inorganic hybrid superlattice structure body electrode according to the present invention has high electrical conductivity which is maintained up to 555 S/cm under severe mechanical stress for up to 300 cycles at a 2 mm bend diameter. The hybrid superlattice body maintains compatibility in terms of surface properties and electrical performance of ITO widely applied in existing industries, and has the advantage of being manufactured through a solution process with low manufacturing costs and high production efficiency. In addition, it has been confirmed that a superlattice structure of an indium-gallium-oxide (IGO) TFT showed mechanical flexibility and high electrical stability, and showed a high mobility of 12.9 cm^2/Vs.

Description

유무기 하이브리드 초격자 구조를 포함한 투명 전극 또는 트랜지스터용 반도체 활성층 {TRANSPARENT ELECTRODE OR TRANSISTOR SEMICONDUCTOR ACTIVE LAYER COMPRISING ORGANIC―NONORGANIC HYBID SUPERLATTICE STRUCTURE}Transparent electrode or semiconductor active layer for transistor including organic-inorganic hybrid superlattice structure {TRANSPARENT ELECTRODE OR TRANSISTOR SEMICONDUCTOR ACTIVE LAYER COMPRISING ORGANIC―NONORGANIC HYBID SUPERLATTICE STRUCTURE}

본 발명은 유무기 하이브리드 초격자 구조를 포함한 투명 전극 그리고 유무기 하이브리드 초격자 구조를 포함한 트랜지스터용 반도체 활성층에 관한 것이다. 본 발명은 결정질 산화물의 기계적 한계를 극복하면서 동시에 전기적 특성을 유지및 개선하기 위해 결정질 금속 산화물층 및 자가조립 유기물층을 교번적으로 적층한 유무기 하이브리드 초격자 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent electrode including an organic-inorganic hybrid superlattice structure and a semiconductor active layer for a transistor including an organic-inorganic hybrid superlattice structure. The present invention relates to an organic-inorganic hybrid superlattice structure in which crystalline metal oxide layers and self-assembled organic material layers are alternately stacked in order to overcome the mechanical limitations of crystalline oxide while maintaining and improving electrical properties.

금속 산화물 반도체는 다양한 광전자 소자에서 평판 디스플레이용 투명전극, 박막 태양전지용 투명전극, 또는 박막 트랜지스터 (TFT) 백플레인 용 반도체 활성층과 같은 주요 구성 요소로 널리 사용되고 있다. 특히 결정질 투명 산화물 소재인 ZnO, ITO (In2O3:Sn), FTO (SnO2:F)등은 높은 가시광 투과도와 높은 전기 전도성으로 인해 높은 광전자 성능을 나타내지만, 기계적 응력에 취약하여 플렉시블 전자 응용 분야에서의 응용에는 부적합한 특성을 보인다. 이러한 결정질 산화물 소재가 취성을 보이는것과는 대조적으로, 유기 소재는 비교적 낮은 전기적 특성을 가지면서 기계적유연성을 보인다. 도 1에서 보는 것처럼 결정질 산화물의 기계적 한계를 나타내므로, 본 발명에서는 이러한 한계를 개선하고 금속 산화물 반도체의 전기적 특성을 개선하기 위하여, 금속 산화물과 자기 조립 단층으로 구성된 다양한 유무기 하이브리드 나노 구조를 제안한다.Metal oxide semiconductors are widely used as major components in various optoelectronic devices, such as transparent electrodes for flat panel displays, transparent electrodes for thin film solar cells, or semiconductor active layers for thin film transistor (TFT) backplanes. In particular, crystalline transparent oxide materials such as ZnO, ITO (In2O3:Sn), and FTO (SnO2:F) exhibit high optoelectronic performance due to their high visible light transmittance and high electrical conductivity, but are vulnerable to mechanical stress, so they can be used in flexible electronic applications. It exhibits unsuitable characteristics for application. In contrast to the brittleness of these crystalline oxide materials, organic materials exhibit mechanical flexibility with relatively low electrical properties. As shown in FIG. 1, since the mechanical limit of the crystalline oxide is indicated, the present invention proposes various organic-inorganic hybrid nanostructures composed of a metal oxide and a self-assembled single layer to improve these limitations and improve the electrical properties of the metal oxide semiconductor .

ITO와 같은 투명 결정질 산화물 반도체는 높은 가시광 투명도와 우수한 전기적 특성을 보여주나, 기계적 응력에 취약하여 플렉시블 전자기기의 응용 분야에서 이러한 소재의 적용은 많은 문제점을 보여준다. 비정질 금속 산화물은 결정질 소재에 대비하여 높은 기계적 안정성을 가지나 일반적으로 전기적 특성의 저하를 야기한다. 일례로 비정질 IGZO가 플렉서블 소자로 응용시 1000 사이클 밴딩 후 양호한 성능을 보여주나 최적화된 IGZO는 10 cm2V-1s-1 미만의 비교적 낮은 이동 도로 인해 전기적 성능이 결정질 소재에 대비하여 떨어진다. Transparent crystalline oxide semiconductors such as ITO show high visible light transparency and excellent electrical properties, but are vulnerable to mechanical stress, so the application of these materials in the field of flexible electronic devices presents many problems. Amorphous metal oxides have high mechanical stability compared to crystalline materials, but generally cause deterioration of electrical properties. For example, when amorphous IGZO is applied as a flexible device, it shows good performance after 1000 cycles of bending, but the optimized IGZO has a relatively low mobility of less than 10 cm 2 V -1 s -1, and the electrical performance is inferior to that of the crystalline material.

결정질 산화물이 취성을 보여주는것과는 대조적으로, 유기소재는 약한 분자간 상호 작용으로 인해 유연성을 나타낸다. 산화물 소재는 유기 재료보다 가혹한 조건 하에서의 안정성 및 우수한 전기 성능을 보여주나, 유기소재는 일반적으로 낮은 안정성 및 전기적 특성을 보인다. 따라서 하이브리드 시스템을 제조 할 수 있다면 유망한 조합이 될 것이며 이것이 본 발명에서 구현하고자 하는 내용이다. In contrast to crystalline oxides showing brittleness, organic materials exhibit flexibility due to weak intermolecular interactions. Oxide materials show stability under harsh conditions and superior electrical performance than organic materials, but organic materials generally show low stability and electrical properties. Therefore, if a hybrid system can be manufactured, it will be a promising combination, and this is what we want to implement in the present invention.

본 발명은 기존 투명 산화물소재에 대비하여 기계적 특성과 전기적 특성이 향상된 자가조립 유기나노구조체층과 금속 산화물 박막의 적층으로 이루어진 유무기 하이브리드 초격자 구조체를 제시하고자 한다.The present invention intends to present an organic-inorganic hybrid superlattice structure composed of a self-assembled organic nanostructure layer and a metal oxide thin film with improved mechanical and electrical properties compared to the existing transparent oxide material.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연 전극은, 하나 이상의 결정질 금속 산화물 박막층; 및 하나 이상의 자가조립 유기물층을 포함하고, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조(hybrid superlattice structure)를 이룬다.Flexible electrode according to an embodiment of the present invention, one or more crystalline metal oxide thin film layer; and at least one self-assembled organic material layer, wherein the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물이다.The crystalline metal oxide thin film layer is an In 2 O 3 based metal oxide, a ZnO based metal oxide, or a SnO 2 based metal oxide.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성된다.The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method.

상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진다.The self-assembled organic material layer includes a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, and pentacene. (pentacene), hexacene (hexacene), perylene (perylene), is made of any one of stilbazolium (stilbazolium), the functional group at both ends of the phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, hydroxyl group made of one

상기 자가조립 유기물층은 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시킨다.The self-assembled organic material layer is formed by immersing the self-assembled organic material precursor in a solution dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor.

상기 유연 전극은 디스플레이용 전극 또는 태양전지용 전극으로 이용된다.The flexible electrode is used as an electrode for a display or an electrode for a solar cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터용 반도체 활성층은, 하나 이상의 결정질 금속 산화물 박막층; 및 하나 이상의 자가조립 유기물층을 포함하고, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이룬다.A semiconductor active layer for a transistor according to an embodiment of the present invention, one or more crystalline metal oxide thin film layer; and at least one self-assembled organic material layer, wherein the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물이다.The crystalline metal oxide thin film layer is an In 2 O 3 based metal oxide, a ZnO based metal oxide, or a SnO 2 based metal oxide.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성된다.The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method.

상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진다.The self-assembled organic material layer includes a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, and pentacene. (pentacene), hexacene (hexacene), perylene (perylene), is made of any one of stilbazolium (stilbazolium), the functional group at both ends of the phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, hydroxyl group made of one

상기 자가조립 유기물층은, 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시킨다.The self-assembled organic material layer is formed by immersing in a solution in which a self-assembling organic material precursor is dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연 전극을 형성하는 방법은, 기판을 준비하고, a) 상기 기판 상에 결정질 금속 산화물 박막층을 형성시키는 단계; 및 b) 상기 금속 산화물 박막층 상에 자가조립 유기물층을 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 기판 상에 a) 및 b) 단계를 1회 이상 교번적으로 수행하여, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이룬다.A method of forming a flexible electrode according to an embodiment of the present invention, preparing a substrate, a) forming a crystalline metal oxide thin film layer on the substrate; and b) forming a self-assembled organic material layer on the metal oxide thin film layer, wherein steps a) and b) are alternately performed on the substrate one or more times, so that the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer These are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물이다.The crystalline metal oxide thin film layer is an In 2 O 3 based metal oxide, a ZnO based metal oxide, or a SnO 2 based metal oxide.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성된다.The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method.

상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진다.The self-assembled organic material layer includes a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, and pentacene. (pentacene), hexacene (hexacene), perylene (perylene), is made of any one of stilbazolium (stilbazolium), the functional group at both ends of the phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, hydroxyl group made of one

상기 자가조립 유기물층은, 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시킨다.The self-assembled organic material layer is formed by immersing in a solution in which a self-assembling organic material precursor is dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor.

본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법은, 기판을 준비하고, a) 상기 기판 상에 결정질 금속 산화물 박막층을 형성시키는 단계; 및 b) 상기 금속 산화물 박막층 상에 자가조립 유기물층을 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 기판 상에 a) 및 b) 단계를 1회 이상 교번적으로 수행하여, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이룬다.A method of forming a semiconductor active layer for a transistor according to an embodiment of the present invention, preparing a substrate, a) forming a crystalline metal oxide thin film layer on the substrate; and b) forming a self-assembled organic material layer on the metal oxide thin film layer, wherein steps a) and b) are alternately performed on the substrate one or more times, so that the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer These are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물이다.The crystalline metal oxide thin film layer is an In 2 O 3 based metal oxide, a ZnO based metal oxide, or a SnO 2 based metal oxide.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성된다.The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method.

상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진다.The self-assembled organic material layer includes a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, and pentacene. (pentacene), hexacene (hexacene), perylene (perylene), is made of any one of stilbazolium (stilbazolium), the functional group at both ends of the phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, hydroxyl group made of one

상기 자가조립 유기물층은, 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시킨다.The self-assembled organic material layer is formed by immersing in a solution in which a self-assembling organic material precursor is dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor.

본 발명에 따른 ITO 기반 유무기 하이브리드 초격자 구조체 전극은 2mm 굽힘 직경에서 최대 300 사이클까지 가혹한 기계적 응력 하에서 최대 555 S/cm의 높은 전기 전도성을 유지함을 확인하였다(저항 변화 26% 이내).It was confirmed that the ITO-based organic-inorganic hybrid superlattice structure electrode according to the present invention maintains high electrical conductivity of up to 555 S/cm under severe mechanical stress up to 300 cycles at a bending diameter of 2 mm (resistance change within 26%).

이러한 하이브리드 초격자체는 기존 산업에서 널리 적용되는 ITO의 표면 특성 및 전기 성능 측면에서 호환성을 유지하며, 낮은 생산단가와 높은 생산효율을 가지는 솔루션 프로세스를 통해 제조될 수 있다는 장점을 갖는다.This hybrid superlattice maintains compatibility in terms of surface properties and electrical performance of ITO widely applied in existing industries, and has the advantage of being able to be manufactured through a solution process with low production cost and high production efficiency.

또한, 초격자 구조의 결정질 Indium-Gallium-Oxide(IGO) TFT는 기계적 유연성과 높은 전기적 안정성을 보이며 12.9 cm2/Vs의 높은 이동도를 보여줌을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the crystalline Indium-Gallium-Oxide (IGO) TFT with a superlattice structure showed mechanical flexibility and high electrical stability, and showed a high mobility of 12.9 cm 2 /Vs.

도 1은 유무기 하이브리드 초격자 구조체를 사용한 박막의 물리적 특성 강화에 대한 모식도를 도시한다.
도 2는 유무기 하이브리드 초격자 구조체의 투과주사현미경 단면 이미지와 모식도를 도시한다.
도 4a는 ITO 필름 및 유무기초격자 구조체 ITO 필름의 전도도를 도시하고, 도 4b는 2mm 곡률반경에 따른 ITO 초격자 필름과 일반 ITO 필름의 저항값 변화도를 나타내며, 도 4c는 용액상 적층된 일반 ITO필름의 2전극 전도도 측정 모식도이고, 도 4d는 용액상 적층된 초격자 ITO필름의 2전극 전도도 측정 모식도이며, 도 4e는 4c의 모식도 구조에 따른 일반 ITO 필름의 응력분포의 이론적 해석이고, 도 4f는 4d의 모식도 구조에 따른 초격자ITO 필름의 응력분포의 이론적 해석이다.
도 5a는 IGO 필름을 이용한 박막 트랜지스터의 전달, 출력곡선 분석과 이동도 분포를 나타내고, 도 5b는 유무기초격자 구조체 IGO 필름을 이용한 박막 트랜지스터의 전달, 출력곡선 분석과 이동도 분포를 나타낸다.
도 6a는 2mm 곡률반경을 이용한 기계적 스트레스하에서의 PI 기판상 IGO 필름을 이용한 박막 트랜지스터의 전달곡선 변화를 도시하고, 6b는 2mm 곡률반경을 이용한 기계적 스트레스하에서의 PI 기판상 유무기초격자 구조체 IGO 필름을 이용한 박막 트랜지스터의 전달곡선 변화를 도시하며, 6c는 전기적 스트레스 하에서 PI 기판상 IGO 필름을 이용한 박막 트랜지스터의 전달곡선 변화 (스트레스 인가조건 : VDS = 25 V, VG = 50 V)를 나타내며, 도 6d는 전기적 스트레스 하에서 PI 기판상 유무기초격자 구조체 IGO 필름을 이용한 박막 트랜지스터의 전달곡선 변화 (스트레스 인가조건 : VDS = 25 V, VG = 50 V)를 나타낸다.
도 7a는 일반 IGO 필름 혹은 유무기 하이브리드 초격자 구조체 IGO 필름을 이용한 7단 링-오실레이터 회로 모식도와 동작 frequency 및 지연시간을 도시하고, 도 7b는 일반 IGO 필름 (ref) 혹은 유무기 하이브리드 초격자 구조체 IGO 필름(2layer)의 아웃풋 웨이브 형태를 나타낸다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. 1 shows a schematic diagram for strengthening the physical properties of a thin film using an organic-inorganic hybrid superlattice structure.
2 is a transmission scanning microscope cross-sectional image and schematic diagram of the organic-inorganic hybrid superlattice structure.
Figure 4a shows the conductivity of the ITO film and the organic-inorganic superlattice structure ITO film, Figure 4b shows the resistance value change of the ITO superlattice film and the general ITO film according to the radius of curvature of 2mm, Figure 4c is a solution-phase laminated general It is a schematic diagram of the two-electrode conductivity measurement of the ITO film, Figure 4d is a schematic diagram of the two-electrode conductivity measurement of the superlattice ITO film stacked in the solution phase, and Figure 4e is a schematic diagram of 4c A theoretical analysis of the stress distribution of the general ITO film according to the structure, Fig. 4f is a theoretical analysis of the stress distribution of the superlattice ITO film according to the schematic structure of 4d.
Figure 5a shows the transfer, output curve analysis and mobility distribution of the thin film transistor using the IGO film, and Figure 5b shows the transfer, the output curve analysis and the mobility distribution of the thin film transistor using the organic-inorganic superlattice structure IGO film.
Figure 6a shows the transfer curve change of a thin film transistor using an IGO film on a PI substrate under mechanical stress using a 2 mm radius of curvature, and 6b is a thin film using an organic-inorganic superlattice structure IGO film on a PI substrate under mechanical stress using a 2 mm radius of curvature. Figure 6d shows the change in the transfer curve of the transistor under electrical stress (stress application condition: V DS = 25 V, V G = 50 V) of the thin film transistor using the IGO film on the PI substrate under electrical stress. The transfer curve change of the thin film transistor using the organic-inorganic superlattice structure IGO film on the PI substrate under electrical stress (stress application conditions: V DS = 25 V, V G = 50 V) is shown.
7a is a 7-stage ring-oscillator circuit schematic diagram using a general IGO film or an organic-inorganic hybrid superlattice structure IGO film and shows the operating frequency and delay time, and FIG. 7b is a general IGO film (ref) or organic-inorganic hybrid superlattice structure The output wave shape of the IGO film (2layer) is shown.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like elements throughout. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the present invention. However, it is apparent that these embodiments may be practiced without these specific descriptions. In other instances, well-known structures and devices are presented in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, and includes one or more other features or steps. , it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of , operation, components, parts, or combinations thereof.

본 발명은 기존 금속 산화물 반도체의 취약한 기계적 응력으로 인한 플렉시블 전자 소재에서의 응용에 제한이 있다는 단점을 극복하고자 기존 상용화된 고성능의 결정질 금속 산화물과 자기 조립 단층으로 구성된 다양한 유무기 하이브리드 나노 구조를 제안한다. 또한 기존 결정질 산화물의 전기적 특성의 개선을 위하여 유기물 자가조립단층과 결정질 산화물로 구성된 유무기 하이브리드 나노 구조를 도입한다. 이렇게 함으로써 금속 산화물 반도체의 높은 가시광 투과도와 전기 전도성으로 인한 좋은 광전자 성능과 동시에 유기 소재의 기계적 유연성의 장점을 동시에 취할 수 있다.The present invention proposes a variety of organic-inorganic hybrid nanostructures composed of high-performance crystalline metal oxide and self-assembled monolayers that have been commercialized in order to overcome the disadvantage of being limited in application in flexible electronic materials due to the weak mechanical stress of existing metal oxide semiconductors. . In addition, an organic-inorganic hybrid nanostructure composed of a self-assembled organic monolayer and crystalline oxide is introduced to improve the electrical properties of the existing crystalline oxide. In this way, it is possible to simultaneously take advantage of the good optoelectronic performance due to the high visible light transmittance and electrical conductivity of the metal oxide semiconductor, as well as the mechanical flexibility of the organic material.

도 1은 유무기 하이브리드 초격자 구조체를 사용한 박막의 물리적 특성 강화에 대한 모식도를 도시하고, 도 2는 유무기 하이브리드 초격자 구조체의 투과주사현미경 단면 이미지와 모식도를 도시한다.1 shows a schematic diagram for strengthening the physical properties of a thin film using an organic-inorganic hybrid superlattice structure, and FIG. 2 shows a transmission scanning microscope cross-sectional image and a schematic diagram of the organic-inorganic hybrid superlattice structure.

도 1 및 도 2에서 보는 것처럼, 본 발명의 유무기 하이브리드 초격자 구조는 하나 이상의 결정질 금속 산화물 박막층 및 하나 이상의 자가조립 유기물층이 서로 교번적으로 적층된 형태를 나타낸다. 이와 같이 서로 교번적으로 적층된 형태를 이룸으로써 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이루고, 따라서 전기 전도성이 유지되면서도 플렉서블한 특성을 나타낼 수 있게 된다.1 and 2, the organic-inorganic hybrid superlattice structure of the present invention shows a form in which one or more crystalline metal oxide thin film layers and one or more self-assembled organic material layers are alternately stacked with each other. By forming the alternately stacked shapes in this way, an organic-inorganic hybrid superlattice structure is formed, and thus, it is possible to exhibit flexible characteristics while maintaining electrical conductivity.

본 명세서에서 초격자 구조(hybrid superlattice structure)란 자연에는 존재하기 어려운 물질 상태로서, 구조체가 이종의 물질이 서로 교대로 적층되되 그 두께를 원자층 두께로 제어하여 만든 구조체를 의미한다. 따라서, 본 명세서에서 초격자 구조는 나노 사이즈 두께의 층들이 서로 교번적으로 적층된 형태를 의미하며, 따라서 본 명세서에서 유무기 하이브리드 구조체는 유무기 하이브리드 나노 구조체를 의미한다.In the present specification, a hybrid superlattice structure is a material state that is difficult to exist in nature, and the structure refers to a structure in which heterogeneous materials are alternately stacked and the thickness is controlled to the atomic layer thickness. Therefore, in the present specification, the superlattice structure refers to a form in which layers having a thickness of nanosize are alternately stacked with each other, and thus, in the present specification, the organic-inorganic hybrid structure means an organic-inorganic hybrid nanostructure.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연 전극은, 하나 이상의 결정질 금속 산화물 박막층; 및 하나 이상의 자가조립 유기물층을 포함하고, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이룬다.Flexible electrode according to an embodiment of the present invention, one or more crystalline metal oxide thin film layer; and at least one self-assembled organic material layer, wherein the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물로 이루어진다. 구체적으로, In2O3기반 소재는 In2O3, In2O3:Ga (Ga = 0 - 30 at% In+Ga 기준), InGaO3, In2-2xZnxSnxO3 (x = 0 - 0.4), In2O3(ZnO)m (m= 1 - 9), InGaO3(ZnO)m (m= 1 - 9), In2O3:Sn (Sn = 0 - 30 at% In+Sn 기준), In2O3:TM (TM=Zr, Sc, Hf; TM = 0 - 30 at% In+TM 기준)을 포함하고, ZnO 기반 소재는 ZnO, Zn(1-x)Mg(x)O (x =0.. 0.5), ZnO:Mx (M=Al or Ga, x= 0 - 30 at% Zn+M 기준)를 포함하며, SnO2 기반 소재는 Zn(x)-Ga(y)-Sn(1-x-y)-O (x = 0 - 0.5; y = 0 - 0.5)를 포함할 수 있다.The metal oxide thin film layer is made of an In 2 O 3 based metal oxide, a ZnO based metal oxide, or a SnO 2 based metal oxide. Specifically, In 2 O 3 based materials are In 2 O 3 , In 2 O 3 :Ga (Ga = 0 - 30 at% In+Ga basis), InGaO 3 , In 2-2x Zn x Sn x O 3 (x = 0 - 0.4), In 2 O 3 (ZnO)m (m= 1 - 9), InGaO 3 (ZnO)m (m= 1 - 9), In 2 O 3 :Sn (Sn = 0 - 30 at% In+Sn), In 2 O 3 :TM (TM =Zr, Sc, Hf; based on TM = 0 - 30 at% In+TM), ZnO-based materials include ZnO, Zn (1-x) Mg (x) O (x = 0.. 0.5), ZnO :Mx (based on M=Al or Ga, x= 0 - 30 at% Zn+M), SnO 2 based material is Zn(x)-Ga(y)-Sn(1-xy)-O (x = 0 - 0.5; y = 0 - 0.5).

이러한 금속 산화물 박막층은 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성될 수 있다.The crystalline metal oxide thin film layer may be formed using one of sputtering, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), and a sol-gel-based solution method.

자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어진다. 구체적으로, 알킬 체인 (-CnH2n-, n = 1-24), 알켄체인 (-CnH(2n-2)-, n = 1-24), 알킨체인 (-CnH(2n-4)-, n = 1-24), 할로겐화알킬 체인 (-CnH(2n-x)X(x)-; X = F, Cl, Br, I; n = 1-24; x = 1 - 2n), , thiophene oligomer [(thiophen)n, n= 1 ..10] 이 이용될 수 있다.The self-assembled organic layer consists of a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure is an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, an alkyl halide chain, a thiophene oligomer, tetracene, and pentacene. ), hexacene, perylene, and stilbazolium. Specifically, the alkyl chain (-C n H 2n -, n = 1-24), the alkene chain (-C n H (2n-2 ) -, n = 1-24), alkynyl chain (-C n H (2n -4) -, n = 1-24), an alkyl halide chain (-C n H (2n-x) X(x)-; X = F, Cl, Br, I; n = 1-24; x = 1 - 2n), , thiophene oligomer [(thiophen)n, n= 1 ..10] may be used.

양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진다. 양 말단의 작용기는 서로 동일해도 되고 서로 상이해도 무방하다.The functional group at both terminals consists of any one of a phosphonic acid, a silane group, a carboxylic acid, and a hydroxyl group. The functional groups at both terminals may be the same as or different from each other.

자가조립 유기물층은 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시킨다. The self-assembled organic material layer is formed by immersing the self-assembled organic material precursor in a solution dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor.

도 2에서 처럼 금속 산화물 박막층 사이에 자가 조립 유기물층이 배치되며 자가조립 유기물층의 양 말단의 작용기를 통해 금속 산화물 박막층에 자가조립 유기물층이 형성됨을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2 , it can be confirmed that the self-assembled organic material layer is disposed between the metal oxide thin film layers, and the self-assembled organic material layer is formed on the metal oxide thin film layer through functional groups at both ends of the self-assembled organic material layer.

본 발명에서는 결정질 금속 산화물 박막층과 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층이 이루어지는 형태를 가지며, 그 적층의 개수는 무관하며, 일반적으로 금속 산화물 박막층 1개와 유기물층 1개를 한세트로 볼 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer have a form in which the layers are alternately stacked, the number of the stacking is irrelevant, and in general, one metal oxide thin film layer and one organic material layer can be viewed as a set, but this is not necessarily limited it is not

위와 같은 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이루는 유연 전극은 기계적 유연성과 높은 전기적 안정성을 나타내며, 디스플레이용 투명 전극, 태양전지용 투명 전극 등으로 이용이 가능하다.The flexible electrode forming the organic-inorganic hybrid superlattice structure according to the present invention as described above exhibits mechanical flexibility and high electrical stability, and can be used as a transparent electrode for a display, a transparent electrode for a solar cell, and the like.

한편, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 초격자 구조체는 트랜지스터용 반도체 활성층으로도 이용이 가능하다. 트랜지스터용 반도체 활성층으로의 이용시에도 위에서 설명한 유연 투명 전극으로 이용할 경우와 그 구성은 동일하므로 이하에서 동일 내용에 대한 반복 설명은 생략하도록 하겠다.On the other hand, the organic-inorganic hybrid superlattice structure according to the present invention can be used as a semiconductor active layer for a transistor. Even when used as a semiconductor active layer for a transistor, the configuration is the same as that of the flexible transparent electrode described above, so a repeated description of the same content will be omitted below.

본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터용 반도체 활성층은, 하나 이상의 결정질 금속 산화물 박막층; 및 하나 이상의 자가조립 유기물층을 포함하고, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이룬다.A semiconductor active layer for a transistor according to an embodiment of the present invention, one or more crystalline metal oxide thin film layer; and at least one self-assembled organic material layer, wherein the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물이 이용될 수 있다. 상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성된다.As the crystalline metal oxide thin film layer, an In 2 O 3 based metal oxide, a ZnO based metal oxide, or a SnO 2 based metal oxide may be used. The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method.

상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진다. 상기 자가조립 유기물층은 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시킨다.The self-assembled organic material layer includes a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, and pentacene. (pentacene), hexacene (hexacene), perylene (perylene), is made of any one of stilbazolium (stilbazolium), the functional group at both ends of the phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, hydroxyl group made of one The self-assembled organic material layer is formed by immersing the self-assembled organic material precursor in a solution dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이루는 유연전극 및 트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법에 대해서 차례대로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a method of forming a flexible electrode and a semiconductor active layer for a transistor constituting an organic-inorganic hybrid superlattice structure according to an embodiment of the present invention will be described in turn.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연 전극을 형성하는 방법은, 기판을 준비하고, a) 기판 상에 결정질 금속 산화물 박막층을 형성시키는 단계; 및 b) 금속 산화물 박막층 상에 자가조립 유기물층을 형성시키는 단계를 포함하고, 기판 상에 a) 및 b) 단계를 1회 이상 교번적으로 수행한다.A method of forming a flexible electrode according to an embodiment of the present invention, preparing a substrate, a) forming a crystalline metal oxide thin film layer on the substrate; and b) forming a self-assembled organic material layer on the metal oxide thin film layer, wherein steps a) and b) are alternately performed one or more times on a substrate.

이에 의해 결정질 금속 산화물 박막층 및 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이룬다.Thereby, the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

a) 기판 상에 결정질 금속 산화물 박막층을 형성시키는 단계는, In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물을 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성함에 의해 이루어진다.a) The step of forming the crystalline metal oxide thin film layer on the substrate is, In 2 O 3 based metal oxide, ZnO based metal oxide or SnO 2 based metal oxide sputtering method, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD) and forming using one of a sol-gel-based solution method.

b) 금속 산화물 박막층 상에 자가조립 유기물층을 형성시키는 단계는, 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시켜 형성한다. 이 경우 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진다.b) The step of forming the self-assembled organic material layer on the metal oxide thin film layer is formed by immersing the self-assembling organic material precursor in a solution dissolved in a solvent. In this case, the self-assembled organic material layer consists of a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, and penta Consists of any one of pentacene, hexacene, perylene, and stilbazolium, and the functional groups at both ends are phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, hydroxyl group made in one of

상기 기판 상에 a) 및 b) 단계를 1회 이상 교번적으로 수행하여, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이루게 된다.By alternately performing steps a) and b) one or more times on the substrate, the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

마찬가지로 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법은, 기판을 준비하고, a) 상기 기판 상에 결정질 금속 산화물 박막층을 형성시키는 단계; 및 b) 상기 금속 산화물 박막층 상에 자가조립 유기물층을 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 기판 상에 a) 및 b) 단계를 1회 이상 교번적으로 수행하여, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이룬다.Similarly, a method of forming a semiconductor active layer for a transistor according to an embodiment of the present invention includes preparing a substrate, a) forming a crystalline metal oxide thin film layer on the substrate; and b) forming a self-assembled organic material layer on the metal oxide thin film layer, wherein steps a) and b) are alternately performed on the substrate one or more times, so that the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer These are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure.

상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물이고, 상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성된다.The crystalline metal oxide thin film layer is an In 2 O 3 based metal oxide, a ZnO based metal oxide, or a SnO 2 based metal oxide, and the crystalline metal oxide thin film layer is a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD) and a sol -Formed using one of the gel-based solution methods.

상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고, 상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 자가조립 유기물층은 용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시킨다.The self-assembled organic material layer includes a body skeleton structure and functional groups at both ends, and the body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, and pentacene. (pentacene), hexacene (hexacene), perylene (perylene), is made of any one of stilbazolium (stilbazolium), the functional group at both ends of the phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, hydroxyl group Consists of any one, and the self-assembling organic material layer is formed by immersion in a solution in which a self-assembling organic precursor is dissolved in a solvent or by exposing it to a gas containing the precursor.

이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the content of the present invention will be further described along with specific examples.

* 실시예 1에 사용한 재료 목록* List of materials used in Example 1

Indium(III) nitrate hydrate (99.999%), Tin(IV) chloride pentahydrate (98%), Gallium nitrate hydrate (99.9%), ammonium nitrate (98%), 2-methoxyethanol (anhydrous, 99.8%), methanol (anhydrous, 99.8%) and (12-Phosphonododecyl)phosphonic acid (97%) (P12) Indium(III) nitrate hydrate (99.999%), Tin(IV) chloride pentahydrate (98%), Gallium nitrate hydrate (99.9%), ammonium nitrate (98%), 2-methoxyethanol (anhydrous, 99.8%), methanol (anhydrous , 99.8%) and (12-Phosphonododecyl)phosphonic acid (97%) (P12)

* 전구체의 준비* Preparation of precursors

Indium tin oxide (ITO) 전구체 용액은 10 mL 2-methoxyethanol에 186.4 mg indium nitrate hydrate를 용해시켜 준비하였다. 94.8 mg tin chloride 및 40.05 mg Ammonium nitrate를 10 mL 2-methoxyethanol에 용해시키고, 이후 상온에서 12시간 동안 에이징(aged) 시켰다. 사용 전에 1시간 동안 ITO (Sn 10% molar concentration)를 혼합시키고 저어주었다.Indium tin oxide (ITO) precursor solution was prepared by dissolving 186.4 mg indium nitrate hydrate in 10 mL 2-methoxyethanol. 94.8 mg tin chloride and 40.05 mg Ammonium nitrate were dissolved in 10 mL 2-methoxyethanol, and then aged at room temperature for 12 hours. ITO (Sn 10% molar concentration) was mixed and stirred for 1 hour before use.

자가 조립 모노레이어(Self-assembly monolayer (SAM)) 전구체 용액은 30 mL methanol (MeOH)에서 29.7 mg (12-Phosphonododecyl)phosphonic acid를 용해시킴에 의해 준비되었다. 용액은 투명한 용액이 얻어질 때까지 초음파 처리되었다.A self-assembly monolayer (SAM) precursor solution was prepared by dissolving 29.7 mg (12-Phosphonododecyl)phosphonic acid in 30 mL methanol (MeOH). The solution was sonicated until a clear solution was obtained.

Indium gallium oxide (IGO) 전구체 용액은 10 mL 2-methoxyethanol에 139 mg indium nitrate hydrate, 10 mg gallium nitrate hydrate를 용해시킴에 의해 준비되었고, 이후 상온에서 12시간 동안 에이징시켰다.Indium gallium oxide (IGO) precursor solution was prepared by dissolving 139 mg indium nitrate hydrate and 10 mg gallium nitrate hydrate in 10 mL 2-methoxyethanol, and then aged at room temperature for 12 hours.

* 유연 투명 전극의 제조* Fabrication of flexible transparent electrodes

유연한 폴리이미드(polyimide (PI))(from 2611 project) 기판의 준비: PI 용액을 Si 웨이퍼에 500 rpm으로 40초 동안 스핀코팅하였고, 이후 40초 동안 2500rpm으로 스핀코팅하였다. 이후, 기판은 90도 동안 90℃에서 소프트-베이크(soft-baked) 되었으며 이후 90초 동안 150℃에서 소프트 베이크 되었으며 이후 점진적으로 350℃까지 온도를 올렸다. 최종적으로 기판은 상온으로 냉각되었다.Preparation of flexible polyimide (PI) (from 2611 project) substrate: PI solution was spin-coated on a Si wafer at 500 rpm for 40 seconds, and then spin-coated at 2500 rpm for 40 seconds. Thereafter, the substrate was soft-baked at 90°C for 90°C, then soft-baked at 150°C for 90 seconds, and then gradually raised to 350°C. Finally, the substrate was cooled to room temperature.

하이브리드 슈퍼래티스 ITO-P12 박막의 제조: 헤비하게(heavily) n-도핑된 Si기판을 이소프로필 알코올(IPA)으로 세정하고, 이후 O2 플라즈마로 처리하여 유기 불순물을 제거하고 습윤성(wettability)을 향상시켰다. 다음으로, 0.05 M ITO 전구체 용액이 30초동안 3500rpm으로 스핀코팅되었고, 5분 간 350℃에서 어닐링이 이루어졌으며, 하나의 ITO층에 대해 20분간 이루어졌다. 이후, 유기 카운터파트가 P12 용액 (3 mM in MeOH)에 침지함에 의해 증착되었다. 이 프로세스는 슈퍼래티스층의 원하는 숫자를 얻을때까지 반복된다. 이후 장치는 보호 필름으로 웨트-에칭(wet-etching)되었다. 보호되지 않은 구역은 1분 동안 12M HCl에 필름을 딥핑(dipping)함에 의해 에칭되며, 나머지 잔여물은 초음파 배스에서 IPA를 이용하여 씻어냈고, 이후 헥산 소니케이션을 하였다. 마지막으로 진공에서 열증착법에 의해 50nm 두께의 Au 전극을 증착하였다(base pressure: ~10-6Torr).Preparation of Hybrid Superlattice ITO-P12 Thin Film: A heavily n-doped Si substrate was cleaned with isopropyl alcohol (IPA) and then treated with O 2 plasma to remove organic impurities and improve wettability did it Next, a 0.05 M ITO precursor solution was spin-coated at 3500 rpm for 30 seconds, annealed at 350° C. for 5 minutes, and 20 minutes for one ITO layer. The organic counterpart was then deposited by immersion in P12 solution (3 mM in MeOH). This process is repeated until the desired number of superlattice layers is obtained. The device was then wet-etched with a protective film. The unprotected areas were etched by dipping the film in 12M HCl for 1 minute, and the remaining residue was washed with IPA in an ultrasonic bath followed by hexane sonication. Finally, an Au electrode having a thickness of 50 nm was deposited by thermal evaporation in vacuum (base pressure: ~10 -6 Torr).

* 트랜지스터 반도체 활성층의 제조* Fabrication of transistor semiconductor active layer

헤비하게 n-도핑된 Si위에 200nm SiO2를 가진 기판위에 이소프로필 알코올(IPA)으로 세정하고, 이후 O2 플라즈마로 처리하여 유기 불순물을 제거하고 습윤성을 향상시켰다. 다음으로 0.05M IGO (7.5% mol of Ga) 전구체 용액을 15초 동안 4500rpm으로 스핀코팅하였고, 이후 5분간 350℃에서 어닐링하였으며 이후 금속 산화물층을 증착하기 위해 20분간 어닐링하였다. 이후, 유기 카운터파트가 P12 용액 (3 mM in MeOH)에 침지함에 의해 증착되었다. 이 프로세스는 슈퍼래티스층의 원하는 수자를 얻을때까지 반복된다. 이후 장치는 보호 필름으로 웨트-에칭되었다. 보호되지 않은 구역은 1분 동안 12M HCl에 필름을 딥핑함에 의해 에칭되며, 나머지 잔여물은 초음파 배스에서 IPA를 이용하여 씻어냈고, 이후 헥산 소니케이션을 하였다. TFT 소자를 표현하기 위해 하부 게이트 소자 구조를 이용하였다. 50nm(Ti 5nm)의 Ti접합층과 함께 Au로 이루어진 소스 전극 및 드레인 전극은 금속 쉐도우 마스크를 통해 진공(base pressure: ~10-6Torr)에서 열증착법에 의해 증착되었으며, 이는 50 μm (length, L) x 1000 μm (width, W)의 채널 치수를 나타낸다.After washing with isopropyl alcohol (IPA) on a substrate having 200 nm SiO 2 on heavily n-doped Si , it was then treated with O 2 plasma to remove organic impurities and improve wettability. Next, a 0.05M IGO (7.5% mol of Ga) precursor solution was spin-coated at 4500 rpm for 15 seconds, followed by annealing at 350° C. for 5 minutes, followed by annealing for 20 minutes to deposit a metal oxide layer. The organic counterpart was then deposited by immersion in P12 solution (3 mM in MeOH). This process is repeated until the desired number of superlattice layers is obtained. The device was then wet-etched with a protective film. The unprotected areas were etched by dipping the film in 12M HCl for 1 min, and the remaining residue was washed with IPA in an ultrasonic bath followed by hexane sonication. A lower gate device structure was used to represent the TFT device. A source electrode and a drain electrode made of Au together with a Ti junction layer of 50 nm (Ti 5 nm) were deposited by thermal evaporation at a vacuum (base pressure: ~10 -6 Torr) through a metal shadow mask, which was 50 μm (length, L ) represents the channel dimension of 1000 μm (width, W).

IGO 반도체에 기초한 유연한 하이브리드 슈퍼래티스(SL) TFT를 위해, PI는 유리 기판 상에 코팅되고, 이후 게이트 전극을 위한 45nm 두께의 Au 및 5nm 두께의 Cr의 접합층이 순차적으로 진공에서 열증착법을 통해 증착된다. 다음으로 게이트 유전체로서 알루미나(AlOx)가 약 55nm의 두께로 ALD 방법을 이용해 증착되고, 이후 채널이 뒤따르며 채널은 IGO-P12를 이루는 하이브리드 슈퍼래티스 구조는 위의 실험과 유사하게 증착된다. 이후 채널 및 유전체는 패턴화된다. 마지막으로 소스 및 드레인 전극이 Au/Ti(45nm/5nm 두께)로 증착되고, 포토리소그래피 및 리프트-오프 프로세스에 의해 패턴화되며, 채널(W/L)은 100/10μm이다.For flexible hybrid superlattice (SL) TFTs based on IGO semiconductors, PI is coated on a glass substrate, and then a bonding layer of 45 nm thick Au and 5 nm thick Cr for the gate electrode is sequentially subjected to thermal evaporation in vacuum. is deposited Next, alumina (AlO x ) as a gate dielectric is deposited using an ALD method to a thickness of about 55 nm, followed by a channel, and a hybrid superlattice structure in which the channel forms IGO-P12 is deposited similarly to the above experiment. The channels and dielectric are then patterned. Finally, the source and drain electrodes are deposited with Au/Ti (45 nm/5 nm thick), patterned by photolithography and lift-off process, and the channel (W/L) is 100/10 μm.

* 관찰* observe

유무기 하이브리드 초격자의 구조를 확인하기 위해 X선 회절(GIXRD)을 분석하였고, 도 3a에서 21.8o, 30.9o, 35.7o에서 보이는 피크는 다층 구조의 유기층과의 결정화 구속으로 인해 넓어지기는 하지만 결정질 구조가 남아 있다고 보기 충분하게 높다. X-ray diffraction (GIXRD) was analyzed to confirm the structure of the organic-inorganic hybrid superlattice, and the peaks shown at 21.8 o , 30.9 o , and 35.7 o in FIG. It is high enough to suggest that a crystalline structure remains.

또한, 도 3b와 같이 UV-Vis를 통하여 동일한 ITO 및 P12 중간 분자층으로 구성된 다수의 층(2, 3, 4 층)을 분석했을 때, 550nm 파장에서 Topt = 86.9 %를 나타낸 참조 ITO 샘플과 비교하여, P12 SAM을 갖는 ITO의 2, 3 및 4층을 갖는 하이브리드 SL 구조는 90.5, 89.0 및 86.2 %의 충분히 높은 Topt를 나타내었다. 즉 전극의 투명도는 ITO의 투명도와 매우 유사함을 알 수 있었다.In addition, when multiple layers (2, 3, 4 layers) composed of the same ITO and P12 intermediate molecular layers were analyzed through UV-Vis as shown in FIG. 3b, the reference ITO sample showing T opt = 86.9% at 550 nm wavelength and In comparison, the hybrid SL structure with 2, 3 and 4 layers of ITO with P12 SAM showed sufficiently high T opt of 90.5, 89.0 and 86.2%. That is, it was found that the transparency of the electrode was very similar to that of ITO.

도 4a를 보면 ITO는 550 S/cm이상의 높은 전도도를 보였으며, 유기 SAM을 도입한 후에도 SL 층, 특히, SL 층의 수가 2층에서 3층으로 증가함에 따라, 전기 전도도는 540에서 600 S/cm로 약간 증가하였고, 더 큰 SL 두께에서는 더 개선되지 않았으며, 오히려 580 S/cm로 감소함을 알 수 있었다. 또한, 도 4(b)에서 굽힘 응력 조건에서의 기계적 안정성 분석을 위해 반복 굽힘 시험과 동시에 저항변화(ΔR)를 측정하였으며, 각각 4 mm 및 2 mm에서 300 사이클의 굽힘 후, 레퍼런스인 ITO 필름은 2 mm 직경의 굽힘 실험에서 초기 값보다 상대 저항이 800% 증가한 현저한 열화를 나타냈다. 대조적으로 2층 또는 4층의 ITO와 P12 SAM으로 구성된 무유기 하이브리드 필름의 경우 동일한 굽힘 응력 시험에서 우수한 신뢰성 및 안정성을 나타냈다. 2 mm 직경의 굽힘 조건에서도 저항 변화가 8%미만으로 효과적으로 저항의 변화가 줄어듦을 알 수 있었다. 더 나아가 1000 사이클 굽힘 후에도 전기적 특성은 크게 줄지 않는 유연성을 확인하였다. 다음으로 이러한 응력 억제 현상을 이해하기 위해 COMSOL 멀티피직스에 의한 시뮬레이션을 수행하였는데, 영스모듈러스(E), 밀도 (ρ) 및 포이슨 비 (μ)는 137 GPa, 7120 kg/m3 및 0.36의 값으로 일반적인 ITO 재료에 대한 값을 설정 후 계산하였다. 또한, 굽힘 시뮬레이션은 양쪽 하단 모서리를 고정하여 수행하였으며, 고정 모서리에 평행한 중심선을 통해 z 방향으로 변위하였다. 선형 탄성 재료와 같은 기계적 물성 연구를 위한 능동 물리 모델에서의 자유 및 초기 값을 기본 값으로 설정하였다. 그 후 시뮬레이션 결과, 레퍼런스인 ITO는 굽힘 응력 조건에서 구조물에 가장 높은 응력이 가해졌으며 굽힘 곡선의 중심 영역에 1.61 MPa 값으로 집중되어 있음을 보여주었다. 한편 유무기 하이브리드 구조는 전체 필름 표면에 작은 응력이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.4a, ITO showed a high conductivity of 550 S/cm or more, and even after the introduction of organic SAM, as the number of SL layers, especially SL layers, increased from 2 to 3 layers, the electrical conductivity increased from 540 to 600 S/cm. cm, and did not improve further at a larger SL thickness, but rather decreased to 580 S/cm. In addition, the resistance change (ΔR) was measured at the same time as the repeated bending test for the analysis of mechanical stability under the bending stress condition in FIG. 4(b), and after 300 cycles of bending at 4 mm and 2 mm, respectively, the reference ITO film was In the bending experiment of 2 mm diameter, the relative resistance increased by 800% compared to the initial value, showing significant deterioration. In contrast, the organic-free hybrid film composed of two or four layers of ITO and P12 SAM showed good reliability and stability in the same bending stress test. Even under the bending condition of 2 mm diameter, it was found that the change in resistance was effectively reduced to less than 8%. Furthermore, it was confirmed that the electrical properties do not significantly decrease even after 1000 cycles of bending. Next, in order to understand this stress suppression phenomenon, a simulation by COMSOL multiphysics was performed. Youngs modulus (E), density (ρ), and Poisson ratio (μ) were 137 GPa, 7120 kg/m 3 , and values of 0.36. was calculated after setting values for general ITO materials. In addition, bending simulation was performed by fixing both lower corners, and displaced in the z direction through a center line parallel to the fixed corners. The free and initial values in the active physics model for the study of mechanical properties such as linear elastic materials were set as default values. After that, the simulation results showed that the reference ITO had the highest stress on the structure under the bending stress condition and was concentrated at the center region of the bending curve with a value of 1.61 MPa. On the other hand, in the organic-inorganic hybrid structure, it was confirmed that a small stress appeared on the entire film surface.

도 5는 SiO2 기판에서 IGO TFT의 전달 곡선 (드레인 전류 Ids 대 게이트 전압 Vg)을 보여주며, 도 6에서 참조 IGO TFT는 전달 곡선에서 임계 전압 (VTh) 및 시작 전압 (Von)이 2 mm의 1000 사이클 후 84.37% 및 100% 이상 양의 방향으로 이동됨을 보여준다. 종래의 금속 산화물 박막의 단점과 달리, 하이브리드 SL은 문제를 해결할 수 있는 가능성을 보이는 유망한 결과를 보여주는 결과이다. 제조된 SL IGO TFT는 7.98 cm2/Vs의 높은 전자 이동도, 작은 VTh 및 큰 ON/OFF 전류 비 (ION/IOFF)를 109 나타냈으며, SL IGO TFT에 대해 동일한 굽힘 응력 테스트를 4번 수행한 경우, 계층화된 IGO 및 P12 SAM은 매우 안정적인 TFT 특성을 보여줌을 확인하였다. Figure 5 shows the transfer curve (drain current I ds versus gate voltage V g ) of an IGO TFT on a SiO 2 substrate, and the reference IGO TFT in Figure 6 shows the threshold voltage (V Th ) and the starting voltage (V on ) in the transfer curve. It shows that after 1000 cycles of 2 mm there is a shift in the positive direction of 84.37% and more than 100%. Unlike the disadvantages of the conventional metal oxide thin film, the hybrid SL is a result showing promising results showing the potential to solve the problem. The fabricated SL IGO TFT exhibited a high electron mobility of 7.98 cm 2 /Vs, a small V Th and a large ON/OFF current ratio (I ON /I OFF ) 10 9 , and the same bending stress test was performed for the SL IGO TFT. When performed 4 times, it was confirmed that the layered IGO and P12 SAM showed very stable TFT characteristics.

도 7에 도시 된 바와 같이, 기준 IGO TFT의 전자 이동성보다 높은 전자 이동성뿐만 아니라, VTh 및 Von은 1000회 이상의 주기의 굽힘 동안 값이 변하지 않는다. 하이브리드 SL 구조는 극한의 굽힘 조건에서도 유연한 TFT의 안정적인 작동을 위해 강성 IGO 산화물층 사이의 연질 유기 (P12) 연결을 사용하여 변형을 완화하는 데 기여하였으며, 하이브리드 SL 플랫폼은 기존 TFT 장치보다 성능, 유연성 및 안정성이 향상되었을뿐만 아니라 패시베이션 층으로서 중요한 역할을 수행할 수 있음을 확인하였다. 도 7의 기준 IGO TFT의 경우, 이동 곡선이 양의 방향으로 점진적으로 이동하였다.(3600초 동안의 VDS = 25V, VG = 50 V의 양의 바이어스 응력(PBS)이 가해졌을 때, ΔVTh = -10 V 및 ΔVon = -9.0 V의 큰 파라미터 변화.) 하지만 이와 반대로, 하이브리드 SL 구조는 바이어스 안정성을 크게 향상시킴을 확인하였다. 특히, IGO 필름 내에 P12 SAM을 혼입 한 후, 1 시간 넘는 바이어스를 적용 후에도 IGO TFT의 모든 파라미터는 거의 동일하였고, 이러한 흥미로운 결과는 주로 종래의 금속 산화막 표면이 일반적으로 열적 및 전기적 스트레스 조건하에서 심각한 파라미터 시프트를 야기하는 다수의 결함을 갖는 것에 기인하며, 그럼에도 불구하고, 이러한 결함은 포스포네이트 결합의 코디네이션에 의해 바이어스의 안정성이 향상되며, 결과적으로 금속 산화물의 바이어스 안정성을 개선시킴을 알 수 있었다. 또한, 자체 조립된 P12 유기 단층은 조밀한 분자 구조를 형성하여, 긴 소수성 탄소 사슬 (C12)로 인해 산소 및 수분 가스가 IGO 금속 산화물 활성층으로 침투하는 것을 효과적으로 차단함을 확인하였다. 더욱이, 이 무기-유기 하이브리드 SL 구조는 ß 비율이 2. (W/Ldrive = 40/20 μm, W/Lload = 20/20 μm 인 7 단계 링 발진기 회로에도 적용 할 수 있음) 게이트와 소스 / 드레인 전극 사이의 오버랩 거리는 10 ㎛. 22.5 V의 유연한 전압 (VDD)으로, 7단계 링 발진기는 약 1 MHz의 높은 발진 주파수와 스테이지 당 40 ns 미만의 해당 전파 지연을 나타내었으며, 이러한 결과는 넓은 면적에 걸친 용액 처리 제조의 안정성과 실제 회로 애플리케이션에서 SL 하이브리드 구조의 구현을 확실하게 보여준다.As shown in Fig. 7, in addition to the electron mobility higher than that of the reference IGO TFT, V Th and V on do not change values during bending of more than 1000 cycles. The hybrid SL structure contributed to relieve the deformation by using a soft organic (P12) connection between the rigid IGO oxide layers for stable operation of the flexible TFT even under extreme bending conditions, and the hybrid SL platform has better performance and flexibility than conventional TFT devices. And it was confirmed that not only the stability was improved, but also it could play an important role as a passivation layer. In the case of the reference IGO TFT in Fig. 7, the shift curve gradually shifted in the positive direction. (When a positive bias stress (PBS) of V DS = 25V, V G = 50 V for 3600 seconds was applied, ΔV Large parameter changes of Th = -10 V and ΔV on = -9.0 V.) However, on the contrary, it was confirmed that the hybrid SL structure greatly improved the bias stability. In particular, after the incorporation of P12 SAM into the IGO film, all parameters of the IGO TFT were almost the same even after applying a bias of over 1 h, and these interesting results are mainly due to the fact that the conventional metal oxide film surface is generally a severe parameter under the conditions of thermal and electrical stress. It is due to having a number of defects causing shift, nevertheless, it was found that these defects improve the stability of the bias by the coordination of the phosphonate bond, and consequently the stability of the bias of the metal oxide. In addition, it was confirmed that the self-assembled P12 organic monolayer formed a dense molecular structure, effectively blocking the penetration of oxygen and water gases into the IGO metal oxide active layer due to the long hydrophobic carbon chain (C12). Furthermore, this inorganic-organic hybrid SL structure is also applicable to a seven-stage ring oscillator circuit with a ß ratio of 2. (W/L drive = 40/20 µm, W/L load = 20/20 µm) gate and source / The overlap distance between the drain electrodes is 10 μm. With a flexible voltage (V DD ) of 22.5 V, the seven-stage ring oscillator exhibited a high oscillation frequency of about 1 MHz and a corresponding propagation delay of less than 40 ns per stage, which is consistent with the stability of solution processing fabrication over large areas and It clearly shows the implementation of the SL hybrid architecture in real circuit applications.

본 발명에서 ITO (Crystal Indium Thin Oxide) 기반의 하이브리드 투명 전도성 전극은 2mm 굽힘 직경에서 최대 300 사이클까지 가혹한 기계적 응력 하에서 최대 555 S/cm의 높은 전기 전도성을 유지하였다(저항 변화 26% 이내). 이러한 하이브리드 초격자체는 기존 산업에서 널리 적용되는 ITO의 표면 특성 및 전기 성능 측면에서 호환성을 유지하며, 낮은 생산단가와 높은 생산효율을 가지는 솔루션 프로세스를 통해 제조될 수 있었다. 또한, 초격자 구조의 Indium-Gallium-Oxide (IGO) TFT는 기계적 유연성과 높은 전기적 안정성을 보이며 12.9 cm2/Vs의 높은 이동도를 보여주었다.In the present invention, the hybrid transparent conductive electrode based on ITO (Crystal Indium Thin Oxide) maintained high electrical conductivity of up to 555 S/cm under severe mechanical stress up to 300 cycles at a 2 mm bending diameter (resistance change within 26%). This hybrid superlattice body maintains compatibility in terms of surface properties and electrical performance of ITO widely applied in existing industries, and could be manufactured through a solution process with low production cost and high production efficiency. In addition, the superlattice structure of the Indium-Gallium-Oxide (IGO) TFT showed mechanical flexibility and high electrical stability, and showed a high mobility of 12.9 cm2/Vs.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.

Claims (21)

하나 이상의 결정질 금속 산화물 박막층; 및
하나 이상의 자가조립 유기물층을 포함하고,
상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조(hybrid superlattice structure)를 이루는,
유연 전극.
at least one crystalline metal oxide thin film layer; and
One or more self-assembled organic material layers,
The crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure,
flexible electrode.
 제 1 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물인,
유연 전극.
The method of claim 1,
The crystalline metal oxide thin film layer is In 2 O 3 based metal oxide, ZnO based metal oxide or SnO 2 based metal oxide,
flexible electrode.
 제 1 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성되는,
유연 전극.
The method of claim 1,
The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method,
flexible electrode.
 제 1 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고,
상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진,
유연 전극.
The method of claim 1,
The self-assembled organic material layer consists of a body skeleton structure and functional groups at both ends,
The body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, pentacene, hexacene, perylene, and steel. Consists of any one of stilbazolium,
The functional group at both terminals consists of any one of phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, and hydroxyl group,
flexible electrode.
 제 1 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은,
용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시키는,
유연 전극.
The method of claim 1,
The self-assembled organic material layer,
Formed by immersing in a solution in which a self-assembling organic precursor is dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor,
flexible electrode.
 제 1 항에 있어서,
상기 유연 전극은 디스플레이용 전극 또는 태양전지용 전극으로 이용되는,
유연 전극.
The method of claim 1,
The flexible electrode is used as an electrode for a display or an electrode for a solar cell,
flexible electrode.
 하나 이상의 결정질 금속 산화물 박막층; 및
하나 이상의 자가조립 유기물층을 포함하고,
상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이루는,
트랜지스터용 반도체 활성층.
at least one crystalline metal oxide thin film layer; and
One or more self-assembled organic material layers,
The crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure,
A semiconductor active layer for a transistor.
 제 7 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물인,
트랜지스터용 반도체 활성층.
8. The method of claim 7,
The crystalline metal oxide thin film layer is In 2 O 3 based metal oxide, ZnO based metal oxide or SnO 2 based metal oxide,
A semiconductor active layer for a transistor.
 제 7 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성되는,
트랜지스터용 반도체 활성층.
8. The method of claim 7,
The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method,
A semiconductor active layer for a transistor.
 제 7 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고,
상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진,
트랜지스터용 반도체 활성층.
8. The method of claim 7,
The self-assembled organic material layer consists of a body skeleton structure and functional groups at both ends,
The body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, pentacene, hexacene, perylene, and steel. Consists of any one of stilbazolium,
The functional group at both terminals consists of any one of phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, and hydroxyl group,
A semiconductor active layer for a transistor.
 제 7 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은,
용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시키는,
트랜지스터용 반도체 활성층.
8. The method of claim 7,
The self-assembled organic material layer,
Formed by immersing in a solution in which a self-assembling organic precursor is dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor,
A semiconductor active layer for a transistor.
 기판을 준비하고,
a) 상기 기판 상에 결정질 금속 산화물 박막층을 형성시키는 단계; 및
b) 상기 금속 산화물 박막층 상에 자가조립 유기물층을 형성시키는 단계를 포함하고,
상기 기판 상에 a) 및 b) 단계를 1회 이상 교번적으로 수행하여, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이루는,
유연 전극을 형성하는 방법.
prepare the board,
a) forming a crystalline metal oxide thin film layer on the substrate; and
b) forming a self-assembled organic material layer on the metal oxide thin film layer,
By alternately performing steps a) and b) one or more times on the substrate, the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure,
A method of forming a flexible electrode.
 제 12 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물인,
유연 전극을 형성하는 방법.
13. The method of claim 12,
The crystalline metal oxide thin film layer is In 2 O 3 based metal oxide, ZnO based metal oxide or SnO 2 based metal oxide,
A method of forming a flexible electrode.
 제 12 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성되는,
유연 전극을 형성하는 방법.
13. The method of claim 12,
The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method,
A method of forming a flexible electrode.
 제 12 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고,
상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진,
유연 전극을 형성하는 방법.
13. The method of claim 12,
The self-assembled organic material layer consists of a body skeleton structure and functional groups at both ends,
The body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, pentacene, hexacene, perylene, and steel. Consists of any one of stilbazolium,
The functional group at both terminals consists of any one of phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, and hydroxyl group,
A method of forming a flexible electrode.
 제 12 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은,
용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시키는,
유연 전극을 형성하는 방법.
13. The method of claim 12,
The self-assembled organic material layer,
Formed by immersing in a solution in which a self-assembling organic precursor is dissolved in a solvent or exposing it to a gas containing the precursor,
A method of forming a flexible electrode.
 기판을 준비하고,
a) 상기 기판 상에 결정질 금속 산화물 박막층을 형성시키는 단계; 및
b) 상기 금속 산화물 박막층 상에 자가조립 유기물층을 형성시키는 단계를 포함하고,
상기 기판 상에 a) 및 b) 단계를 1회 이상 교번적으로 수행하여, 상기 결정질 금속 산화물 박막층 및 상기 자가조립 유기물층이 교번적으로 적층되어 유무기 하이브리드 초격자 구조를 이루는,
트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법.
prepare the board,
a) forming a crystalline metal oxide thin film layer on the substrate; and
b) forming a self-assembled organic material layer on the metal oxide thin film layer,
By alternately performing steps a) and b) one or more times on the substrate, the crystalline metal oxide thin film layer and the self-assembled organic material layer are alternately stacked to form an organic-inorganic hybrid superlattice structure,
A method of forming a semiconductor active layer for a transistor.
 제 17 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 In2O3 기반 금속 산화물, ZnO 기반 금속 산화물 또는 SnO2 기반 금속 산화물인,
트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법.
18. The method of claim 17,
The crystalline metal oxide thin film layer is In 2 O 3 based metal oxide, ZnO based metal oxide or SnO 2 based metal oxide,
A method of forming a semiconductor active layer for a transistor.
 제 17 항에 있어서,
상기 결정질 금속 산화물 박막층은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 및 졸-젤 기반의 용액법 중 하나를 이용하여 형성되는,
트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법.
18. The method of claim 17,
The crystalline metal oxide thin film layer is formed using one of a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), an atomic layer deposition method (ALD), and a sol-gel-based solution method,
A method of forming a semiconductor active layer for a transistor.
 제 17 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은 몸통 골격 구조 및 양 말단의 작용기로 이루어지고,
상기 몸통 골격 구조는 알킬 체인, 알켄 체인, 알킨 체인 할로겐화알킬 체인, 티오펜 올리고머(thiophene oligomer), 테트라센(tetracene), 펜타센(pentacene), 헥사센(hexacene), 페릴렌(perylene), 스틸바조리움(stilbazolium) 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 양 말단의 작용기는 포스포닉산, 실레인기, 카르복시산, 싸이올기, 하이드록실기 중 어느 하나로 이루어진,
트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법.
18. The method of claim 17,
The self-assembled organic material layer consists of a body skeleton structure and functional groups at both ends,
The body skeleton structure includes an alkyl chain, an alkene chain, an alkyne chain, a halogenated alkyl chain, a thiophene oligomer, tetracene, pentacene, hexacene, perylene, and steel. Consists of any one of stilbazolium,
The functional group at both terminals consists of any one of phosphonic acid, silane group, carboxylic acid, thiol group, and hydroxyl group,
A method of forming a semiconductor active layer for a transistor.
 제 17 항에 있어서,
상기 자가조립 유기물층은,
용매에 자가조립 유기물 전구체가 용해된 용액에 침지시키거나 전구체를 포함하는 기체에 노출시켜 형성시키는,
트랜지스터용 반도체 활성층을 형성하는 방법.18. The method of claim 17,
The self-assembled organic material layer,
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100074375A (en) * 2008-12-24 2010-07-02 한양대학교 산학협력단 N-type organic-inorganic nanohybrid superlattice transparent semiconductor thin film, method for preparing the same, and uses of the same for electronic devices
KR20130106181A (en) * 2012-03-19 2013-09-27 연세대학교 산학협력단 Composition for oxide thin film, method for forming oxide thin film, an electrical device using the low-temperature pressure annealing, and a thin film transistor

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KR20130106181A (en) * 2012-03-19 2013-09-27 연세대학교 산학협력단 Composition for oxide thin film, method for forming oxide thin film, an electrical device using the low-temperature pressure annealing, and a thin film transistor

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