Pentacene-Metal 구조의 제작과 접촉 특성에 관한 연구

김대식 弘益大學校 大學院 2001 국내석사

본 논문에서는 pentacene-metal 구조의 소자 제작을 위해 유기반도체인 pentacene박막을 유기 분자선 성막(organic molecular beam deposition)법으로 성막하고, 그 박막에 다양한 금속의 contact을 형성하여 pentacene-metal 및 pentacene 박막의 전기적 특성을 연구하였다. 제작된 소자들 중에서 전류-전압 특성을 분석한 결과 Cr/pentacene 구조에서 가장 좋은 전압-전류 특성을 나타냈으며, pentacene/metal 구조에서도 역시 크롬이 가장 좋은 전류-전압 특성을 나타냈는데, 상부 전극과 하부 전극 구조 모두 접촉 저항이 가장 낮았다. Pentacene의 전기 전도도는 평균적으로 4.538×10^-8S/㎝이었다. Al의 경우 구조에 따라 접촉 저항이 크게 차이를 보였는데, Al과 pentacene 사이에 형성된 Al_2O_3의 영향으로 생겨나는 것으로 추측된다. 결론적으로 Cr이 pentacene과 가장 안정적인 contact을 형성한다고 할 수 있다. In this paper, the current-voltage (I-V) characteristics of the pentacene-based devices with various meta1 eletrodes have been investigated to study the pentacene-metal contact properties. Among the devices with the bottom metal electrode, the devices with Cr/pentacene contact showed the lowest contact resistance properties, 11.37GΩ. Similarly, among the devices with the top metal electrode the devices with pentacene/Cr contact also showed the lowest contact resistance properties, 11.38GΩ. Significant differences between the top ant bottom contact structures were not observed for Au, Ag, Cr, In electrodes. For the Al electrode devices, there was quite substantial difference between two structures, which is thought to be due to the native Al₂O₃ layer between Al electrode and pentacene. The accurate reasons and mechanism can be revealed by set of well-planned experiments.

TIPS-Pentacene 결정의 입계경계 방향 제어를 통한 OTET의 성능개선

이응관 동아대학교 대학원 2012 국내석사

TIPS-Pentacene 결정의 입계경계방향 제어를 통한 OTFT의 성능개선 Performance Improvement of TIPS-Pentacene TFTs by Controlling Grain Boundary Direction 전자공학과 이 응 관 지 도 교 수 송 정 근 유기 반도체는 OLED, OTFT 그리고 Organic solar cell과 같은 디바이스에 널리 사용되어 진다. 최근 유기 반도체 제조에 있어 유기물의 중요한 성질인 약한 반데르 발스 결합으로 녹는 점이 낮고 유기 용매에 잘 녹을 수 있다는 장점을 이용한 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅과 같은 용액 공정이 차세대 플렉시블 디스플레이의 구동 소자 및 전자종이(e-paper)와 전자정보태그(RFID)등 적용분야가 광범위 하여 각광을 받고 있다. 용액 공정은 기존의 진공 증착 및 포토 리소그래피와 같은 과정을 거치지 않아도 되므로 제작 과정이 덜 복잡하고 대 면적 공정이 용이하며 플렉서블 기판에 적용할 수 있고, 무엇보다도 초저가 제작이 가능하다. 일반적으로 유기박막트랜지스터는 게이트전극, 절연층, 소스-드레인, 반도체 층으로 층상구조를 이루고 있다. 모든 계면이 소자 구동에 중요한 영향을 미치지만 특히 절연층과 반도체 층 계면은 전하 이동 통로이므로 전자특성을 결정짓는 중요한 부분이다. 절연층의 표면 특성에 따라 계면에 인접한 수 nm 반도체 층의 분자배향이 영향을 받기 때문에 절연층의 표면 특성을 조절하여 반도체 분자의 정렬을 향상시키는 것은 중요하다. 유기반도체인 공액 분자들의 정렬을 향상시킬수록 분자 간 π­π 오비탈 충첩이 두꺼워지고 전하의 hopping 확률이 높아져 전하이동도가 향상한다. 또한 소스에서 드레인으로 효율적인 전하이동이 이루어지기 위해서는 공액분자가 평면에서 소스-드레인 방향으로 일차원 정렬되는 것이 필요하다. 본 논문에서는 결정성 개선을 위해 기판온도를 가하여 TIPS-Pentacene 결정의 입계경계방향이 전하의 이동도에 미치는 영향을 연구하였고 그에 대한 물리적인 메카니즘을 제시하였다. 이와 동시에 채널에서 전하가 최단거리로 이동 할 수 있도록 전류방향으로 일정하게 결정을 배향시키기 위해 입계경계방향을 채널과 같은 방향으로 Linear하게 형성 되도록 제어하였으며 Grain 접합의 위치에 따른 OTFT를 제작하고 성능을 추출하였다. 기존에 보고되고 있는 결정성 개선을 위한 연구는 공정이 복잡하거나 공정이 추가되고 그로인한 소자성능저하의 가능성이 있었으나 본 논문에서는 별도의 추가 공정 없이 입계경계방향의 물리적 메카니즘을 이용해 액적이 증발되는 속도와 관련있는 온도와 결정이 생성되는 방향를 조절하여 결정성을 높이고 성능을 개선시키는 연구를 하였다. 이러한 메카니즘에 반도체 성막 시 Inkjet printing 기술 공정을 접목하여 기판의 온도별로 TIPS-Pentacene의 모폴로지를 분석하였고, 그 결과 기판온도 46℃에서 가장 높은 결정성을 획득할 수 있었으며 이를 입계경계방향의 메카니즘과 연관 지어 해석하였다. 기판 온도를 인가함과 동시에 TIPS-Pentacene의 결정모양을 채널의 전류방향으로 결정이 형성되도록 입계경계방향을 제어하는 연구를 하였다. 입계경계방향이 채널과 같은 방향이 되도록 Linear하게 형성하였을 때 결정이 일정하게 채널과 같은 방향으로 형성되는 것을 확인 하였고 이를 OTFT로 제작한 이동도는 0.44(±0.08)㎠/V∙s, 전류점멸비는 8.88(±5.76)×106, 문턱전압은-0.57(±0.29)V, 부 문턱전압 기울기는 0.33(±0.09) V/dec 그리고 오프 전류는 0.0053(±0017)㎀/㎛의 성능을 나타내었다. 하지만Grain 접합 부분이 채널에 형성되게 되면 소자의 성능이 매우 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 입계경계의 trap에 의해서 전류가 감소하는 것을 메카니즘으로 설명하였고 이를 실험으로 증명할 수 있었다. OTFT로 제작한 이동도는 0.09㎠/V∙s, 전류점멸비는 5.3×105, 문턱전압은-0.2V, 부 문턱전압 기울기는 0.4 V/dec 그리고 오프 전류는 0.0032㎀/㎛의 성능을 나타내었다. 이처럼 기판가열과 입계경계의 방향을 제어하는 단순한 공정을 이용해 TIPS-Pentacene 결정의 균일성 확보와 결정방향을 제어하는 등, 소자의 성능 향상을 위한 연구를 진행 하였다. 주요어 : Bis(triisopropylsilylethynyl)-pentacene (TIPS-Pentacene), OTFT, 입계경계방향, Inkjet printing

Electrical characterization of Organic Thin Film Transistor based on Pentacene with annealing temperature

한대희 서울시립대학교 2011 국내석사

Pentacene 울 이용한 Au/Pentacene/SiO2/Si 및 Au/Pentacene/PVDF-TrFE/Al/plastic 구조의 유기 박막트랜지스터를 제작하였다. 이 연구에서 활성층의 열처리 온도가 결정 체인의 길이와 그레인의 크기에 있어서 내재적인 영향을 줄 것으로 가정하였다. 박막 표면의 특징을 통해서 측정된 이동도와 Pentacene의 열처리 온도와의 상호관계를 설명하였다. MIS 구조 에서는 가장 높은 열처리 온도에서 8.15*10-3 cm2v-1s-1 의 이동도를 보였으며, MFS 구조의 트랜지스터 에서는 열처리 하지 않은 소자에서 1.14*10-2 cm2v-1s-1 의 이동도를 보였다. We fabricated Organic Thin Film Transistors (OTFTs) based on Pentacene, Au/ Pentacene /SiO2/Si (MIS) and Au/ Pentacene /PVDF-TrFE/Al/Plastic (MFS) structures. In this study we assume that annealing temperature would have inherent effects on the chain length or grain size, which are important causes to the charge transport mechanism. Morphological characteristic has been used to explain the correlation between measured field effect mobility of thin film transistors and several conditions of annealing temperature of Pentacene film. Modifying the annealing temperature (20 ~ 60 °C) for a constant thickness strongly affects the mobility and current on/off ratio. We achieved value of 8.15*10-3 cm2v-1s-1 mobility at high temperature in the MIS structure, but value of 1.14*10-2 cm2v-1s-1 mobility at non-annealed in the MFS structure, respectively. Keywords: OTFT, Pentacene, flexible, mobility, current on/off ratio, annealing temperature, AFM.

TIPS-Pentacene을 이용한 전기영동 디스플레이용 OTFT-backplane 제작

황정원 동아대학교 대학원 2012 국내석사

TIPS-Pentacene을 이용한 전기영동 디스플레이용 OTFT-backplane 제작 Fabrication of OTFT-backplane for Electrophoretic Display Using TIPS-Pentacene 전자공학과 황 정 원 지 도 교 수 송 정 근 유기 박막 트랜지스터 (Organic Thin Film Transistor : OTFT)는 저가격화, 대면적화, 유연성 등의 장점을 갖추고 있기 때문에 활용도가 높은 디스플레이의 핵심 소자이다. 특히, 능동 구동형 플렉시블 디스플레이 구현을 위한 OTFT 기술은 이미 많은 연구 개발이 진행되어 왔으며 단위 소자 수준에서는 기존의 비정질 실리콘 TFT와 유사한 수준 혹은 그 이상의 수준에 이르렀다. 하지만 대면적에서 성능 균일성 확보의 난제와 진공증착 및 리소그라피 공정에 의한 높은 공정비용, 유기물의 불안정에 의한 소자 성능의 열화 문제 등 실상용화를 실현하기 위해서는 해결해야 할 문제가 아직도 많이 남아 있다. 본 논문에서는 저가격화 실현과 공정의 단순화를 위해 대면적 기판에 인쇄 공정을 적용하여 EPD(Electrophoretic display)용 OTFT-Backplane 제작하는 연구를 하였다. 먼저 기판온도가 TIPS-pentacene의 결정성에 미치는 영향에 대하여 연구 하였고, 물리적인 메카니즘을 제시 하였다. 또한 기존의 보고되고 있는 결정성 개선 연구와 달리 별도의 추가 공정 없이 단순히 온도 제어만으로 결정성을 높였고, 이를 소자에 적용 하였을 때 균일한 성능을 얻을 수 있었다. 이 결과를 토대로 대면적 6inch OTFT-backplane을 inkjet printing 공정을 적용하여 제작 하였고, 균일한 성능을 확보할 수 있었다. 또한 기존의 진공 증착 공정과 비교하여 더 나은 성능을 보였으며, passivation 공정 후 일어나는 성능 변화 역시 최소화 되었다. 제작된 OTFT-backplane의 해상도는 150 × 192 으로 1-OTFT, 1-Cap. 으로 구성되어 있고, OTFT-backplane 제작공정은 크게 기판 세척 공정, 게이트 전극과 스캔 배선라인 공정, 게이트 유기 절연막 형성공정, 소스/드레인 전극과 데이터 배선라인 공정, Inkjet Printing 공정을 이용한 TIPS-Pentacene 성막 공정, ILD(Interlayer Dielectric) 성막 및 via hole 형성 공정, 픽셀 전극 형성 공정으로 총 7개 단계로 나눈다. 기판에 제작되어진 OTFT-Backplane에서 트랜지스터는 28,800개이며, 특성을 분석한 결과 전계 이동도는 0.21 (± 0.05) cm2/V·sec, 전류 점멸비는 3.96 (± 1.45) × 107, 차단상태의 전류는 6.61 (± 3.08) × 10-4 pA/um 로써 성능편차가 25%로 우수한 성능을 나타내었다. 더욱이 본 논문에서 형성한 ILD은 유기 반도체의 보호층 역할까지 수행하여 시간이 지난 후에도 안정적으로 동작 하였다. 최종적으로 OTFT-backplane에 EPD 패널과 구동 드라이버를 결합시켜 다양한 형태의 이미지를 구현하는데 성공하였다. 이와 같이 TIPS-pentacene OTFT를 이용하여 EPD용 backplane을 인쇄공정으로 제작하고 그 동작특성을 확인함으로써 인쇄공정을 이용한 플렉시블 디스플레이의 실현과 유기물의 균일한 성능 확보 가능성을 확인 하였다. 이러한 연구 결과들은 EPD 뿐만 아니라 LCD 혹은 OLED에도 적용이 가능하며, 대면적에 저렴한 공정을 적용하여 RFID, 스마트 카드, 센서와 같은 다양한 분야에도 적용이 가능하다. 주요어:유기박막트랜지스터(OTFT), 기판온도, morphology, OTFT- backplane, Bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS pentacene), EPD(Electrophoretic Display)

고분자 배향막에 증착된 Pentacene 분자의 배향 연구

김도회 경희대학교 2008 국내석사

Pentacene is one of the good material for organic thin film transistors(OTFT) due to its large mobility. The electronic characteristics of pentacene thin film are dependent on the structure such as its molecular orientation and morphology. In this study, we have investigated the orientation of pentacene thin film by polymer alignment layer. The orientations of deposited pentacene molecules on alignment polymer films were found using polarized FTIR spectroscopic technique. Pentacene molecules are arranged with their molecular axes perpendicular to the substrate surface while the ring plane in a pentacene molecule is arranged parallel to the rubbing direction of polyimide alignment film. On the other hand, no significant changes in molecular arrangements were found when pentacene molecules were deposited on a photo-aligned PVCN film. Furthermore, it was shown that pentacene molecules is arranged parallel to the rubbing direction when pentacene molecules were deposited on rubbed PVCN film. These results indicate that the orientation in pentacene molecules is not affected intermolecular interactions between pentacene molecules and polymer alignment layer, but microgrooves of surface on polymer alignment layer. 유기 트랜지스터 활성 층으로 쓰이는 pentacene은 진공 상태에서 열 증착방법으로 박막의 결정 형태로 실리콘 등의 기판 위에 성장시키는데, 성장된 박막 내 pentacene 분자들의 배열 방향과 유기 트랜지스터 전기적 특성과의 상관관계는 유기 TFT 제조에 관한 매우 중요한 문제로써 x-ray와 spectroscopy 등을 이용하여 연구가 진행되어 왔다. 하지만 분자간의 배열 방향을 정확히 알 수 있는 진동분광법인 FTIR에 대한 실험은 많이 보고되지 않고 있다. 본 실험에서는 LCD 제조시 사용되는 액정 배향방법으로 고분자 배향막을 제조하여 그 고분자 배향막에 증착되는 pentacene 분자간의 성장 mechanism을 편광 FTIR을 사용하여 규명해보았다. Pentacene 분자들을 polyimide 필름 위에 증착하면 수직으로 올라가는 것을 편광 FTIR 실험을 통하여 증명하였고, rubbing하지 않은 polyimide 필름 위에 증착될 때는 특정한 방향성이 없이 배열되는 반면, rubbing한 polyimide 필름 위에 증착될 때는 그 배열 방향이 rubbing 방향에 평행하게 따라가는 것을 확인하였다. Pentacene 분자들의 배향 mechanism을 좀 더 조사하기 위하여 광배향한 PVCN 필름 위에 pentacene을 증착한 시료를 편광 FTIR 실험으로 확인하였는데, 그 결과에서는 pentacene이 광배향으로 형성된 PVCN 필름의 광학적 이방성을 따라가지 않고 특정한 방향이 없는 등방성의 배열 상태를 보여주었다. 이와 같은 실험 결과는 광배향시 액정이 배향되는 경우와는 상반된 현상으로 pentacene의 배향이 단순히 광학적 이방성을 가지고 있는 기판과 pentacene 분자 간의 상호 인력에 의한 것이 아님을 의미한다. 따라서 pentacene 분자들의 배향 현상을 좀 더 알아보고자 PVCN 필름을 rubbing하여 그 위에 pentacene 분자들을 증착시킨 뒤 UV/Vis dichroism을 조사하였다. 그 결과, rubbing으로 이방성을 가지고 있는 PVCN 필름 위에 증착된 pentacene 분자들이 rubbing방향과 평행하게 배열한다는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 편광 FTIR과 UV/Vis 실험결과들은 pentacene이 고분자 배향막에 증착될 때 rubbing 방법을 사용하는 것이 pentacene 분자들의 배향에 효과적이라는 것을 말해준다. 그리고 pentacene 분자들은 polyimide 기판과의 상호 인력이 매우 작아 증착될 때 기판에 수직한 형태로 배열하게 되며 pentacene 분자들이 rubbing 방향과 평행하게 배열되는 이유는 pentacene 분자들은 증착될 때 기판과의 인력에 의한 상호작용이 아니라 rubbing시에 rubbing 방향과 평행하게 형성된 고분자 배향막 표면의 microgroove들을 따라 평행하게 pentacene 분자들이 배열되었기 때문이다.

Pentacene organic thin-film transistors inserting the wide bandgap organic material layer

정성호 Graduate School, Yonsei University 2009 국내석사

In this study, pentacene organic thin-film transistor (OTFT) inserted 2,4,6-tri(9H-carbazol-9-yl)-1,3,5-triazine (TCT) layer was researched. A normal pentacene OTFT consisted of pentacene (50 nm) for active layer, Au for electrodes and SiO2 on Si wafer for gate insulator. With increasing the TCT layer (0 nm, 1 nm, 5 nm, 10 nm), we have observed the electrical characteristics on pentacene OTFT and considered the physical meaning about it.First, through current-voltage measurement, the electrical characteristics including drain current, hole mobility and drain current on/off ratio of pentacene OTFT inserted TCT layer from 0 nm to 5 nm were more improved than those of the normal pentacene OTFT under the same gate voltage. Especially, drain current of pentacene OTFT inserted TCT layer (5 nm) was increased two times more than that of the normal pentacene OTFT, and hole mobility of the former device was also increased two times than that of the latter device under the same conditions.In order to analyze this effect, x-ray and ultraviolet photoelectron spectroscopy (XPS and UPS) experiments were done. After the shift of binding energy was confirmed with this, we could obtain energy band diagram of this result. The highest occupied molecular orbital (HOMO) of pentacene was more closed to the Fermi level in the case of pentacene OTFT inserted TCT layer, which was resulted in the effective carrier transport. Thus, the pentacene OTFT inserted TCT layer has not only the high mobility but also the increased drain current under the same conditions. 본 연구는 pentacene을 이용한 Top-contact 유기 박막 트랜지스터에 밴드갭이 큰 유기물질(TCT)을 전극과 활성층 사이에 삽입하여 소자 특성을 연구하였다. wet oxidation방법으로 산화실리콘막을 100nm성장시킨 p-Si 기판에 effusion cell을 이용하여 pentacene 50nm을 증착시키고, 마스크를 이용 채널길이가 0.1mm가 되는 Au전극을 성장시켜 기본소자를 제작하였다. 유기물질이 적용된 소자는 pentacene 증착 후 마스크를 이용하여 1nm, 5nm, 10nm로 유기물질을 증착하고, Au전극을 성장시켰다.적용된 유기물은 큰 에너지 갭을 갖는 물질로써 PL(Photoluminescence) 측정결과380nm(∼3.2eV)에서 최대 intensity peak을 보였다. 전류-전압측정 결과, 적용된 유기물을 0.1nm부터 10nm까지 삽입하여 소자를 구동시킬 경우 pentacene/Au 구조의 유기 박막 트랜지스터에 비해 동일 게이트 전압에서 드레인 전류가 증가하고 홀 이동도가 향상되는 것을 보았다. 특히 5nm로 삽입한 유기박막 트랜지스터가 pentacene/Au 구조의 유기 박막 트랜지스터에 비해 동일 게이트 전압에서 드레인 전류가 2배 증가하였다. 이 실험에서 두드러지게 나타난 현상은 유기물이 삽입된 소자의 포화영역에서의 홀 이동도가 두께가 증가할수록 그 정도가 눈에 띄게 나타났다. 최종적으로 5nm 삽입한 경우 0.17cm2/Vs 증가하였다.in-situ UPS(ultraviolet photoemission spectroscopy) 실험을 통해 I.P(Ionization potential energy)를 측정하였으며, hole injection barrier height가 낮아져 HOMO level 위치가 페르미 준위 쪽으로 더 가까이 있게 되었다.이러한 결과 기존의 유기박막 트랜지스터의 소자 특성을 향상시켰으며 새로운 유기물의 기능적인 특성을 바탕으로 응용소자까지 기대된다.

유기물 게이트 절연층을 이용한 Pentacene 박막 트랜지스터의 전기적 특성에 관한 연구

김옥병 弘益大學校 大學院 2001 국내석사

본 논문에서는 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistor)의 제작 공정 단순화를 위해 유기물 게이트 절연층을 이용한 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다. 유리 기관 위에 알루미늄 게이트 전극을 형성하고, 스핀 코팅법에 의해 다양한 유기물 게이트 절연층을 형성하였다. 활성층으로 공액성 소중합체인 a-sexithiophene 박막과 pentacene 박막을 유기 분자선 성막법(Organic Molecular Beam Deposition)으로 형성하였다. 진공도는 10^-7 Torr, 성막 속도 는 0.1~0.3 A/sec를 유지하면서 성막을 하였다. 소스/드레인 전극으로는 금을 사용하였다. 제작된 박막 트랜지스터 중에서 높은 이동도 값과 높은 on/off ratio, 낮은 문턱 전압은 유기물 게이트 절연층으로 포토 아크릴(photo acryl) 이용한 역 스태거드(inverted staggered) 구조의 pentacene TFT에서 나타났다. 이는 활성충의 전기 전도 특성, 유기물 절연체의 유전율과 절연체와 할 성충간의 계면특성이 가장 좋기 때문이라고 생각된다. 제작된 소자들 중에서 가장 높은 이동도 값을 나타낸 것은 0.039 ㎠/Vs로 나타났으며, on/off 전류비(current ratio)는 10^6으로 나타났다. 차후에 활성층의 결정성을 개선시킬 수 있는 방법으로 높은 기판 온도와 낮은 진공도(>10^-9) Torr를 유지하면서 소자를 제작한다면 소자의 특성은 더욱 개선 될 것이며, 이는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 특성 값들과 비교하여 뒤지지 않는 특성을 나타낼 것이다. 그리고 유기 ELD(organic electroluminescence diode)를 구동시키기 위한 스위칭 소자로의 사용이 가능해질 것으로 전망된다. Organic thin film transistors(TFTs) are of interest for use in broad area electronic applications. For example, in active matrix liquid crystal displays (AMLCDs), organic TFTs would allow the use of inexpensive, lightweight, flexible, and mechanically rugged plastic substrates as an alternative to the glass substrates needed for commonly used hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H), Recently pentacene TFTs with carrier field effect mobility as large as 2 cm²/Vs have been reported for TFTs fabricated on silicon substrates, and it is higher than that of a-Si:H. But these TFTs are fabricated on silicon wafer and SiO₂was used as a gate insulator. SiO₂deposition process requires a high temperature. We fabricated TFTs at lower temperature by using organic material as a gate insulator which is polyimide and photo acryl. It was found that using the photo acryl as a gate insulator, threshold voltage decreased from -12.5 V to -7 V, and field effect mobility increased from 0.012 cm²/Vs to 0.039 cm²Vs. It seems that TFTs using photo acryl gate insulator is apt to form channel than TFTs using polyimide gate insulator. Further study of interface between organic gate insulator and pentacene are needed.

블록 공중합체를 이용한 게이트 절연막의 표면 특성 조절 및 이에 따른 Pentacene 증착 거동과 유기 박막 트랜지스터 성능 변화

조필성 연세대학교 대학원 2008 국내석사

본 연구에서는 블록 공중합체를 이용하여 표면 특성을 조절한 게이트 절연막 위에 열증착된 Pentacene의 핵 생성 및 성장 거동과 유기 박막 트랜지스터 성능과의 관련성을 살펴보았다. 게이트 절연막의 특성은 유기 반도체 물질인 Pentacene의 증착 거동과 그에 따른 유기 박막 트랜지스터 성능에 큰 영향을 주기 때문에 많은 연구가 필요하다. 열역학적 안정상에서 나노 크기의 규칙적 패턴이 형성되는 블록 공중합체는 다양한 특성의 표면을 형성할 수 있기 때문에 이번 연구에 적합한 재료라 할 수 있다.우선, 실린더 나노 구조를 가지는 블록 공중합체를 SiO2 절연막 위에 스핀코팅함로써 표면 특성을 조절하였다. 특히, 실린더 나노 구조의 종류와 배향을 조절한 다양한 표면 위에서 Pentacene의 증착 모습을 관찰하였고, 단위 트랜지스터를 제작하여 성능을 측정하였다. 블록 공중합체를 구성하는 각각의 고분자만을 따로 스핀코팅함으로써 표면 특성을 제어한 박막위에서도 동일한 실험을 진행하여 나노 구조의 효과를 관찰하였다. 또한, 블록 공중합체의 실린더 나노 구조를 수직 배향한 후 선택적으로 식각하여 표면 거칠기를 체계적으로 조절한 게이트 절연막을 제작하였다. 이렇게 제작된 절연막을 사용하여 표면 거칠기에 따른 Pentacene의 증착 거동과 트랜지스터 성능의 변화를 확인하였고, 다양한 크기의 1차원 패턴 위에서도 Pentacene을 열증착함으로써 패턴 크기에 의해 야기되는 Pentacene 핵 생성 거동의 차이점을 관찰하여 트랜지스터 성능 변화의 원인을 규명하였다.위 실험을 통하여 게이트 절연막이 무극성이고 표면 거칠기가 적을수록 Pentacene을 이용한 유기 박막 트랜지스터의 성능이 향상됨을 알 수 있었다. 트랜지스터 성능 차이의 원인은 각각의 절연막 특성이 야기하는 Pentacene 결정성의 차이와 관련이 있음을 알 수 있었다. 또한, Pentacene 핵 생성 위치와 단위 면적당 핵 생성 수의 상대적 차이로 인하여 나타나는 Pentacene 결정립의 불일치와 결정립계에 존재하는 결함에 의한 저항이 유기 박막 트랜지스터 성능과 관련이 있음을 확인하였다.

Polymer/TiOx double-layer를 유전층으로 사용한 저전압 구동 Pentacene 박막 트랜지스터

최경희 연세대학교 대학원 2007 국내석사

Pentacene-based thin-film transistors(TFTs) have been extensively investigated due to their potentials toward future low-cost plastic electronics and displays applications. Recently, low-voltage driven OTFTs have already been demonstrated by several research groups to speed up the advent of logic device electronics on plastics, adopting high-k oxide or ultrathin organic gate dielectrics. We report on the fabrication of low-voltage pentacene thin-film transistors (TFTs) adopting poly-4-vinylphenol (PVP)/titanium oxide (TiOx) double-layer dielectrics deposited on an indium-tin-oxide (ITO) glass substrate.The total capacitance of the 45 nm-thick PVP/100 nm-thick (or 200 nm-thick) TiOx double-layer dielectric was as high as 57~61 nF/cm2 while the k values turn out to be 25~34. Despite small dielectric strength (~0.6 MV/cm) of high-k TiOx layers, our pentacene TFT with the 45 nm-thick PVP/100 nm-thick TiOx double-layer dielectric exhibited an excellent mobility and a decent on/off current ratio of 1.52 cm2/V s and ~1x103, respectively, operating at a low gate voltage of -3 V. 유기 반도체는 합성 방법이 다양하고 가벼우며, 유연성이 있고, 저온 공정이 가능하여 생산비가 저렴하다. 또 대면적이 가능하고 생산성이 높은 장점이 있다. 뿐만 아니라 무기물과 같이 벌크 성질을 이용할 수 있고, 분자 자체가 기능성을 가져서 초박막의 형태에서도 기능성이 유지된다. 특히 pentacene 반도체는 이동도가 커서 기존의 디스플레이에 사용되는 비정질 실리콘을 대체할 수 있는 물질로 각광 받고 있으며 이를 이용하여 유기 박막 트랜지스터를 만들면 저가용 데이터 저장 장치에서 스위칭 장치로의 응용이 가능 할 것으로 예상된다. 하지만 유기 박막 트랜지스터를 구동하기 위해서는 20V 이상의 높은 구동 전압이 필요하다는 단점이 있다. 최근에 이 높은 구동 전압을 낮추기 위해서 pentacene 반도체를 활성층으로 사용 하고 high-k 무기물 얇은 유기물 또는 고분자 유기물 등을 게이트 유전층으로 써서 저전압 구동 pentacene 트랜지스터를 만드는 연구가 많이 되고 있다.본 연구에서는 indium-tin-oxide (ITO) glass 기판 위에 high-k 물질인 TiOx (100 nm), (200 nm)를 각각 증착하고 그 위에 PVP (45 nm)를 성막 하여 double-layer 유전층을 만들었다. 그리고 그것을 이용하여 pentacene 박막 트랜지스터를 만들고 그 전기적 특성을 측정하였다.먼저, PVP (45 nm)/TiOx (100 nm), and PVP (45 nm)/TiOx (200 nm) double-layer layer 유전층를 분석 해 보았는데 breakdown electric field는 ~0.6MV/cm이었고 정전용량은 57-61nF/cm2을 나타내었다. 이 유전층을 이용하여 pentacene 박막 트랜지스터를 만들어 본 결과 3V의 저전압에서 A 크기의 높은 drain 전류로 구동함을 확인 할 수 있었다. 또, 점멸 전류비는 대략 103 이었고, 1.52cm2/Vs의 높은 전계효과 이동도를 나타내었으며 문턱전압은 각각 0.85V, ~-1V를, 부 문턱 기울기는 0.5V/sec를 나타내는 등 좋은 전기적 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

Pentacene을 이용한 나노선의 제작과 특성 연구

조성기 고려대학교 대학원 2009 국내석사

π-공액 구조의 유기물질인 pentacene을 나노 직경의 다공성 무기 배경 물질(Al2O3)을 기반으로 유기 기상 전달(organic physical vapor transport;OPVT) 방법을 이용하여 나노선을 제작하였다. 성장시킨 pentacene 나노선은 주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscopy; SEM)과 투과 전자 현미경 (Transmission Electron Microscopy; TEM)을 이용하여 확인하였다. Pentacene 나노선의 지름은 200 ~ 250 nm 이고, 길이는 ~ 30 µm 정도임을 확인하였다. UV/Vis 흡수 실험과 PL 실험, X-선 회절 측정 실험을 통하여 pentacene 나노선들과 벌크상태의 pentacene 분말을 비교해 보았고, LASER Confocal Microscopy (LCM)-PL 실험을 통하여 pentacene 나노선 한 가닥의 발광 특성을 관찰하였다. 또한 pentacene 나노선들의 I-V 곡선을 측정하여 이들의 전기적 특성을 확인하였다. 측정 결과들을 통하여 pentacene 나노선의 형성과, 그 특성을 분석하였다. Pentacene nanowires with a π-conjugated structure were synthesized by using an organic physical vapor transport method, based on Al2O3 nanoporous templates. To confirm the length and diameter of pentacene nanowires, SEM was employed. Pentacene nanowires have a diameter of 200 ~ 250 nm and length of ~ 30 µm. To discern the optical characteristics of pentacene nanowires, UV/Vis absorption and PL spectra were measured and analyzed. The crystalline structure of pentacene nanowires was investigated X-Ray diffraction patterns. We compare the characteristics of pentacene nanowires with those of pentacene powder. For the electrical characteristics of pentacene nanowires, I-V characteristic was measured and analyzed.