고분자 유전체와 플라즈마를 이용한 플렉서블 유기박막트랜지스터 = Flexible Thin Film Transistors With Polymer Dielectrics and O2 Plasma treatment

국문 초록 (Abstract)

평판 디스플레이가 사용되기 시작하면서 소형 전자기기인 모바일에서부터 TV와 같은 대형 전자기기까지 짧은 기간 동안 빠른 진보와 함께 인간의 시감을 통한 빠른 인지정보를 제공하는 형태로 발전의 비중이 높게 진행되고 있다. 이러한 발전 추세와 함께 디스플레이의 고해상도를 구현하기 위한 부품의 하나로 능동 소자형 기판과 같은 반도체 소자도 많은 기술적인 발전이 진행되어 왔으며, 응용 분야로 유기 박막 트랜지스터 (Organic Thin Film Transistors, OTFT) 연구도 많은 개발이 진행되어 왔다.
유기 박막 트랜지스터는 아직까지 게이트 절연체로 SiO2와 같은 무기물을 이용한 연구가 많이 진행되고 있는데, 이와 같은 무기물을 플렉서블(flexible) 디스플레이 등에 적용하기에는 한계가 있고 유기 트랜지스터의 이점을 살리기에는 충분하지 못하다. 이러한 한계점을 다소 극복하고자 간단한 공정을 이용하여 박막층을 유기물로 구현하기 위하여 플라스틱 기판의 특성을 플라즈마를 통한 계면 특성화를 활용하였으며, 고분자 물질을 용액화 하였다. 고분자 물질은 Poly-vinyl alcohol(PVA)과 Poly(9-vinyl carbazole)(PVK)를 사용하였다. PVA는 유전상수 값이 크고, 감광성 물질이며, 용매로 증류수를 사용하기 때문에 flexible 디스플레이에 쓰일 유기 박막 트랜지스터 제작에 유용하다. 그리고 Poly(9-vinylca -rbazole)(PVK)는 박막 형성이 잘 되고 HOMO-LUMO 밴드갭이 큰 물질로, 계면특성 향상을 위해 사용하였다. 또한, 가장 많이 쓰이는 소스-드레인(source/drain) 전극인 금(Au)을 비용 절감을 위해 니켈(Ni)과 은(Ag)를 사용하여 금과 유사한 성능을 보이는 소자를 제작하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the interface properties were improved, it was remarkably developed the performance of organic thin film transistors (OTFTs). The basic electrical characteristics of OTFTs which adopted adhesion layer formed by solution process were investigated on the plastic substrate. It was found that PVK buffer layer promoted pentacene crystalline more densely packed than a bare pristine organic dielectrics, because of the characteristics for better morphology, smoother roughness, lower polarity and surface energy. The properties of the pentacene are closely correlated with the morphology of dielectrics and especially, in the case of PVK buffer layer, the roughness of dielectric is a critical factor for determining the growth of pentacene crystalline. Moreover, the surface energy and polarity have a strong influence on the growth of pentacene crystalline. The performances of OTFTs were improved by the modification of interface characteristics which has a more hydrophobic property and better morphology by inserting PVK adhesion layer. Moreover, Ag was suggested as source and drain electrode with Ni as an adhesion film for buffer layer and also as a hole injection film to pentacene layer in this presentation. Ag and Ni is currently available at production line for inexpensive and large size display. Top-contact pentacene TFT was fabricated using Ag as a source drain electrode and C-PVA film as a dielectric layer on the PES Plastic Substrates. To increase of mobility and improving stability between PES plastic Substrate between organic dielectric interface, oxygen plasma pre-reatment is processed.
We have obtained a mobility value of about 1.52 cm2/Vs as saturation mobility, The on-off current ratio (Ion/off) is about 106 in a gate voltage span between 1 and -6 V while the drain voltage set at -5 V. It was also found that inexpensive Ag with Ni as a source and drain electrodes and PVK buffer layer can be applicable for fabricating pentacene TFT having a good elelctric characteristics.
In this letter, we have demonstrated that Ag electrode itself as a S-D electrodes for OTFTs did not show good electrical characteristics. However, the insertion of the PVK buffer layer and Ni layer buffer layer conspicuously improved the electrical characteristics of OTFTs such as transfer and output characteristics. Moreover, we was found that oxygen plasma pre-reatment can be applicable for fabricating pentacene TFTs having good electrical characteristics.
we suggested that commercialization and flexibility of driving circuit devices, the electrical characteristics of OTFTs which have bottom-contact and top-gate structures adopting organic thin film will be kept investigating in the future.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 관계 이론 4
• 2-1. 공액성 고분자 4
• 2-1-1. 고분자의 정의 4
• 2-1-2. 공액성 고분자 5
• 2-1-3. 공액성 고분자의 전자적 구조 7
• 2-2. 박막 트랜지스터 12
• 2-2-1. 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 13
• 2-2-2. TFT의 기본구조 16
• 2-2-3. 박막 트랜지스터의 동작 특성 19
• 2-3. 유기 반도체 박막 트랜지스터 22
• 2-3-1. 유기 TFT 의 동작특성 23
• 2-4. 유기 반도체 박막의 형성 방법 26
• 2-4-1. 열 증착법(thermal evaporation) 26
• 2-4-2. 유기 분자선 증착법(organic molecular beam position) 27
• 2-4-3. 스핀 코팅법(spin coating) 28
• 2-4-4. 진공(vacuum) 30
• 2-5. 유기 반도체 박막의 분석법 31
• 2-5-1. 성막된 박막의 두께 측정 31
• 2-5-2. 광학적 특성 분석법 33
• 2-5-3. 원자현미경(scanning probe microscope) 34
• 2-5-4. AFM(atomic force microscopy) 36
• 2-5-5. 적외선 분광법(infrared spectroscopy) 41
• 2-5-6. 접촉각 측정법(contact angle) 41
• 제 3 장 실험 방법 43
• 3-1. 기판 세정 공정 43
• 3-2. 게이트 전극 형성 45
• 3-3. 플라즈마 처리 45
• 3-4. 게이트 절연체 형성 45
• 3-5. 버퍼층 형성 48
• 3-6. 활성층의 형성 49
• 3-7. 소스-드레인(source/drain) 전극 형성 50
• 제 4 장 실험 결과 및 검토 52
• 4-1. 플라즈마 처리를 통한 기판 특성 52
• 4-2. 게이트 절연층의 분석 55
• 4-3. AFM(atomic force microscope) 분석 57
• 4-4. 소스-드레인(source-drain) 전극의 특성 59
• 4-5. 소자의 전기적 특성 60
• 제 5 장 결론 70
• 참고문헌 72
• ABSTRACT 75