유기 반도체 트랜지스터의 제작과 유기반도체의 계면 전자구조를 photoemission spectroscopy와 x-ray fluorescence를 이용하여 연구하였다. 먼저, perylene과 Au의 계면, pentacene과 OTS의 계면, pentacene과 hafnium의 계면 그리고 pentacene과 HfO2Al2O3의 계면의 전자구조를 연구하여 각각의 전자구조 다이어그램을 구하였다. 전자구조 다이어그램을 얻기 위하여 각 유기물들은 증착과 동시에 ultraviolet photoemission spectroscopy를 통하여 스펙트럼을 얻었다. 스펙트럼으로부터 highest occupied molecular orbital의 에너지 위치와 vacuum level의 에너지위치를 측정하여 전자구조 다이어그램을 연구하였다. 또한, 전자구조의 메커니즘을 규명하기 위하여 perylene, pentacene 그리고 fullerene의 전자구조를 ...
유기 반도체 트랜지스터의 제작과 유기반도체의 계면 전자구조를 photoemission spectroscopy와 x-ray fluorescence를 이용하여 연구하였다. 먼저, perylene과 Au의 계면, pentacene과 OTS의 계면, pentacene과 hafnium의 계면 그리고 pentacene과 HfO2Al2O3의 계면의 전자구조를 연구하여 각각의 전자구조 다이어그램을 구하였다. 전자구조 다이어그램을 얻기 위하여 각 유기물들은 증착과 동시에 ultraviolet photoemission spectroscopy를 통하여 스펙트럼을 얻었다. 스펙트럼으로부터 highest occupied molecular orbital의 에너지 위치와 vacuum level의 에너지위치를 측정하여 전자구조 다이어그램을 연구하였다. 또한, 전자구조의 메커니즘을 규명하기 위하여 perylene, pentacene 그리고 fullerene의 전자구조를 density functional theory를 이용하여 이론적인 계산을 하였다. 측정된 스펙트럼과 이론적으로 계산된 스펙트럼의 비교를 통하여 전자구조의 메커니즘을 연구하였다.또한, 유기반도체 트랜지스터의 특성을 높이기 위해 소자제작에 관해서 연구하였다. 유기반도체 트랜지스터의 field effect mobility의 향상을 위해 최초로 post-annealing 방법을 시도하였고, 실험결과 field effect mobility의 값이 증가함을 알 수 있었다. 동시에, 소자의 구동전압을 낮춰주고자 threshold voltage를 줄이기 위한 시도도 하였다. 게이트 인슐레이터를 high-k 유전체를 사용함으로써 threshold voltage를 줄일 수 있었다. High-k 물질인 HfO2Al2O3를 유기반도체 트랜지스터에 적용하였을 때, 가장 작은 threshold voltage값을 얻었다. 이는 HfO2Al2O3의 유용성을 보여주는 사실이다. 특히 pentacene이 HfO2Al2O3위에 증착 될 때 pentacene의 grain 크기가 급격히 커지는 것을 관찰하였다. HfO2Al2O3위에서 pentacene의 growth 메커니즘을 규명하기 위해 앞서 사용한 photoemission spectroscopy와 x-ray fluorescence 기술을 이용하여 계면의 chemical bonding state와 전자구조를 연구하여 HfO2가 유기반도체 트랜지스터 성능향상에 매우 중요한 물질임을 밝혔다.마지막으로, chemical bonding state와 전자구조 분석을 바탕으로 pentacene과 fullerene을 이용하여 ambipolar 유기반도체 트랜지스터를 제작하였다. Pentacene과 fullerene의 증착순서에 따른 전자구조의 변화를 관찰 하여 보다 소자에 적용될 가능성이 높은 유기트랜지스터 구조를 예상하였다. 또한, pentacenefullerene과 fullerenepentacene의 전자구조의 차이를 x-ray photoemission spectroscopy를 이용하여 그 원인을 규명하였다. 전자구조 연구 결과에 기초하여 성공적으로 ambipolar 유기박막 트랜지스터를 제작하였다. 실험결과 n-type으로 작동할 시 field effect mobility가 0.007 cm2Vs 이고 threshold voltage가 15.6 V임을 알 수 있었다. 또한, p-type으로 작동하였을 때 field effect mobility가 0.017 cm2Vs이고 threshold voltage가 -2 V임을 알 수 있었다. 이러한 실험결과는 단극 유기반도체 트랜지스터 소자와 비슷한 수준으로 매우 가치 있는 연구 결과이다. 특히, LiF를 capping layer로 사용함으로써 최초로 대기 중에서 fullerene을 이용한 소자의 특성측정에 성공하였다.
유기 반도체 트랜지스터의 제작과 유기반도체의 계면 전자구조를 photoemission spectroscopy와 x-ray fluorescence를 이용하여 연구하였다. 먼저, perylene과 Au의 계면, pentacene과 OTS의 계면, pentacene과 hafnium의 계면 그리고 pentacene과 HfO2Al2O3의 계면의 전자구조를 연구하여 각각의 전자구조 다이어그램을 구하였다. 전자구조 다이어그램을 얻기 위하여 각 유기물들은 증착과 동시에 ultraviolet photoemission spectroscopy를 통하여 스펙트럼을 얻었다. 스펙트럼으로부터 highest occupied molecular orbital의 에너지 위치와 vacuum level의 에너지위치를 측정하여 전자구조 다이어그램을 연구하였다. 또한, 전자구조의 메커니즘을 규명하기 위하여 perylene, pentacene 그리고 fullerene의 전자구조를 density functional theory를 이용하여 이론적인 계산을 하였다. 측정된 스펙트럼과 이론적으로 계산된 스펙트럼의 비교를 통하여 전자구조의 메커니즘을 연구하였다.또한, 유기반도체 트랜지스터의 특성을 높이기 위해 소자제작에 관해서 연구하였다. 유기반도체 트랜지스터의 field effect mobility의 향상을 위해 최초로 post-annealing 방법을 시도하였고, 실험결과 field effect mobility의 값이 증가함을 알 수 있었다. 동시에, 소자의 구동전압을 낮춰주고자 threshold voltage를 줄이기 위한 시도도 하였다. 게이트 인슐레이터를 high-k 유전체를 사용함으로써 threshold voltage를 줄일 수 있었다. High-k 물질인 HfO2Al2O3를 유기반도체 트랜지스터에 적용하였을 때, 가장 작은 threshold voltage값을 얻었다. 이는 HfO2Al2O3의 유용성을 보여주는 사실이다. 특히 pentacene이 HfO2Al2O3위에 증착 될 때 pentacene의 grain 크기가 급격히 커지는 것을 관찰하였다. HfO2Al2O3위에서 pentacene의 growth 메커니즘을 규명하기 위해 앞서 사용한 photoemission spectroscopy와 x-ray fluorescence 기술을 이용하여 계면의 chemical bonding state와 전자구조를 연구하여 HfO2가 유기반도체 트랜지스터 성능향상에 매우 중요한 물질임을 밝혔다.마지막으로, chemical bonding state와 전자구조 분석을 바탕으로 pentacene과 fullerene을 이용하여 ambipolar 유기반도체 트랜지스터를 제작하였다. Pentacene과 fullerene의 증착순서에 따른 전자구조의 변화를 관찰 하여 보다 소자에 적용될 가능성이 높은 유기트랜지스터 구조를 예상하였다. 또한, pentacenefullerene과 fullerenepentacene의 전자구조의 차이를 x-ray photoemission spectroscopy를 이용하여 그 원인을 규명하였다. 전자구조 연구 결과에 기초하여 성공적으로 ambipolar 유기박막 트랜지스터를 제작하였다. 실험결과 n-type으로 작동할 시 field effect mobility가 0.007 cm2Vs 이고 threshold voltage가 15.6 V임을 알 수 있었다. 또한, p-type으로 작동하였을 때 field effect mobility가 0.017 cm2Vs이고 threshold voltage가 -2 V임을 알 수 있었다. 이러한 실험결과는 단극 유기반도체 트랜지스터 소자와 비슷한 수준으로 매우 가치 있는 연구 결과이다. 특히, LiF를 capping layer로 사용함으로써 최초로 대기 중에서 fullerene을 이용한 소자의 특성측정에 성공하였다.
The organic thin film transistors have been fabricated based on the electronic structures and the chemical bonding states of the organic semiconductors. Moreover, the ambipolar organic thin film transistors were fabricated based on the results of electronic structure…s studies.The electronic structu...
The organic thin film transistors have been fabricated based on the electronic structures and the chemical bonding states of the organic semiconductors. Moreover, the ambipolar organic thin film transistors were fabricated based on the results of electronic structure…s studies.The electronic structures of perylene on clean Au, pentacene on octadecyltrichlorosilane (OTS), pentacene on hafnium, and pentacene on HfO2Al2O3, were analyzed to introduce the energy level alignments and chemical bonding states of each organic interface. The energy level alignments were studied by the onset of the highest occupied molecular orbital level and the shift of the vacuum level of the organic layer, which was deposited on a clean Au, hafnium, and HfO2Al2O3 surface in a stepwise manner. Also, x-ray fluorescence was used to investigate the ?-bonding and ?-bonding states. Furthermore, the density functional theory calculations have been performed to identify the valence band spectra and chemical states of perylene, pentacene and fullerene films.In the second subject of this dissertation, the pentacene thin film transistors used SiO2, Gd2O3 and HfO2Al2O3 gate insulators were fabricated to enhance the device properties. Also, the post-annealing treatment was adopted to increase the field effect mobility. Especially, the unusual large grain size of pentacene on HfO2Al2O3 was observed. The interface formation mechanism between pentacene and HfO2Al2O3 was investigated using photoemission spectroscopy and x-ray fluorescence. As a result, this dissertation suggests that the high performance pentacene thin film transistors could be obtained by inserting an ultrathin HfO2 layer between pentacene and gate insulator.For the last subject, based on the investigation of the electronic structures, chemical bonding states of organic semiconductors and optimization methods to fabricate the organic thin film transistors, Ambipolar organic thin film transistors (OTFTs) have been fabricated using C60 and pentacene successfully. The electronic structure of the interface was investigated by using ultraviolet photoelectron spectroscopy and x-ray photoelectron spectroscopy. The magnitude of interface dipole and band bendings were decided at the interface and the complete energy level diagram for C60pentaceneAu was obtained. For the results, the lowered band offsets due to the enhanced charge redistribution in C60pentaceneAu compare to pentaceneC60Au are favorable for the ambipolar OTFTs. The measured field effect mobilities were 0.017 cm2Vs for p-channel operation and 0.007 cm2Vs for n-channel operation. The threshold voltages were -2 V for p-channel and 15.6 V for n-channel, comparable to that of unipolar OTFTs using C60 or pentacene. The device was stable in atmosphere for more than 24 hours with a 100-nm-thick LiF capping layer.
The organic thin film transistors have been fabricated based on the electronic structures and the chemical bonding states of the organic semiconductors. Moreover, the ambipolar organic thin film transistors were fabricated based on the results of electronic structure…s studies.The electronic structures of perylene on clean Au, pentacene on octadecyltrichlorosilane (OTS), pentacene on hafnium, and pentacene on HfO2Al2O3, were analyzed to introduce the energy level alignments and chemical bonding states of each organic interface. The energy level alignments were studied by the onset of the highest occupied molecular orbital level and the shift of the vacuum level of the organic layer, which was deposited on a clean Au, hafnium, and HfO2Al2O3 surface in a stepwise manner. Also, x-ray fluorescence was used to investigate the ?-bonding and ?-bonding states. Furthermore, the density functional theory calculations have been performed to identify the valence band spectra and chemical states of perylene, pentacene and fullerene films.In the second subject of this dissertation, the pentacene thin film transistors used SiO2, Gd2O3 and HfO2Al2O3 gate insulators were fabricated to enhance the device properties. Also, the post-annealing treatment was adopted to increase the field effect mobility. Especially, the unusual large grain size of pentacene on HfO2Al2O3 was observed. The interface formation mechanism between pentacene and HfO2Al2O3 was investigated using photoemission spectroscopy and x-ray fluorescence. As a result, this dissertation suggests that the high performance pentacene thin film transistors could be obtained by inserting an ultrathin HfO2 layer between pentacene and gate insulator.For the last subject, based on the investigation of the electronic structures, chemical bonding states of organic semiconductors and optimization methods to fabricate the organic thin film transistors, Ambipolar organic thin film transistors (OTFTs) have been fabricated using C60 and pentacene successfully. The electronic structure of the interface was investigated by using ultraviolet photoelectron spectroscopy and x-ray photoelectron spectroscopy. The magnitude of interface dipole and band bendings were decided at the interface and the complete energy level diagram for C60pentaceneAu was obtained. For the results, the lowered band offsets due to the enhanced charge redistribution in C60pentaceneAu compare to pentaceneC60Au are favorable for the ambipolar OTFTs. The measured field effect mobilities were 0.017 cm2Vs for p-channel operation and 0.007 cm2Vs for n-channel operation. The threshold voltages were -2 V for p-channel and 15.6 V for n-channel, comparable to that of unipolar OTFTs using C60 or pentacene. The device was stable in atmosphere for more than 24 hours with a 100-nm-thick LiF capping layer.
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