본 실험에서는 잉크젯 프린팅 방식을 적용하여 실버나노입자 잉크에 의한 박막형성과 저분자 유기 반도체인 TIPS pentacene (6,13-bis(triisopropylsilyl ethynyl) pentacene)을 사용하여 유기박막 트랜지스터 제작의 최적화 조건을 연구하였다. 1. 실버 나노입자 잉크를 잉크젯 프린팅 방식을 적용하여 ...
본 실험에서는 잉크젯 프린팅 방식을 적용하여 실버나노입자 잉크에 의한 박막형성과 저분자 유기 반도체인 TIPS pentacene (6,13-bis(triisopropylsilyl ethynyl) pentacene)을 사용하여 유기박막 트랜지스터 제작의 최적화 조건을 연구하였다. 1. 실버 나노입자 잉크를 잉크젯 프린팅 방식을 적용하여 박막을 형성하는데 있어서 각 입자간의 연결을 위해 열처리 과정은 필수적이며, 200도에서 약 1시간의 열처리를 거쳐 8 μΩcm의 비저항을 나타내는 실버 박막을 형성하였다. 이를 통해 Ag line 및 패터닝을 하는데 있어서 하부막의 표면 에너지가 감소할수록 Ag line 폭을 감소시킬 수 있었으며, 하부막의 조건이 무기막일 때보다 유기막일 때의 토착된 line 폭의 감소가 두드러졌으며 유기 절연막 위에 PFOTS로 표면처리를 한 후, 형성한 Ag line 폭은 ~ 30 μm 수준으로 미세 패턴을 형성하였다. 2. 잉크헤드와 잉크의 적합성 및 용해도를 고려하여 1,2-dichlorobenzene를 이용하여 농도 1.0 wt%의 유기 반도체 용액을 제작하여, 기판온도 60도에서 오버랩 방식을 적용하여 최적화된 잉크젯 프린팅 조건을 확립하였다. 그 결과, 문턱전압 -2 V, 점멸비 107, subthreshold slope 0.6 V/dec, 전계효과 이동도 0.24 cm2/Vs 의 우수한 특성의 유기박막 트랜지스터를 제작할 수 있었다. 또한, 제작된 유기박막 트랜지스터의 유기 반도체 층을 외기로부터 보호하고 소자의 수명을 늘이기 위해 기상증착방식을 적용하여 페릴린(Parylene-C)을 유기 반도체의 보호막으로 적용하였다. On-current의 감소와 포화영역에서의 전하 이동도는 약 30 % 정도의 감소를 보였으며, 음의 방향으로 turn on 전압의 이동이 있었다. 페릴린으로 보호된 소자의 보호막은 유기 반도체층을 외기로부터 보호되는 것을 확인하였다. 실험에서 제작된 유기박막 트랜지스터는 일반적 유기 절연막을 사용했음에도 불구하고 양의 게이트 바이어스 스트레스 하에서 안정된 특성을 보여주었다. 3. 유기 반도체의 균일한 박막과 두께확보를 위해, TIPS pentacene의 용매를 1,2-dichlorobenzene보다 끓는 점이 높은 1,2,4-trichlorobenzene과 점도가 큰 Cyclohexanol을 사용하여 잉크를 제작하였다. 끓는 점이 높은 용매를 사용하였을 때 용매 증발시간이 길어짐에 따라 결정성이 우수하고 이동도의 향상을 보이지만, 잉크젯 프린팅시 용매의 증발을 위한 기판 온도로 60도임을 감안하였을 때 끓는 점의 차이는 제작된 TIPS pentaceme 유기박막 트랜지스터의 전기적 특성 변화를 보이지 않았다. Trichlorobenzene을 점도가 큰 Cyclohexanol과 혼합(mixing)하여 TIPS pentacene의 용매로 사용하였을 때, 사용한 Cyclohexanol 용매가 유기 절연막에 있어서 표면 에너지가 낮을 뿐만 아니라 끓는 점이 높은 trichlorobenzene에 의해 용매의 증발 시간 또한 길어짐에 따라 프린팅된 TIPS pentacene 드랍이 채널 바깥 쪽으로 이동하여, 기판온도를 90도로 하여 유기박막 트랜지스터를 제작하였다. 제작된 유기박막 트랜지스터는 on current의 감소와 이동도의 감소를 보였다. 이를 해결하기 위해 유기 절연막 표면을 Octyl-SAM 표면처리 이후에 반도체 층을 형성하였을 때 두껍고 균일한 반도체 층을 형성할 수 있었고, 제작된 유기박막 트랜지스터는 균일한 전기적 특성을 보였다. 보호막을 형성하지 않았는데도 불구하고 대기 중에서 매우 안정적인 전기적 특성을 보인다. 위와 같이 잉크젯 프린팅 방식을 사용하여 전기전도도가 뛰어나고 ~30 μm의 좁은 선폭을 형성할 수 있었으며, 대기 중에서 매우 안정적인 전기적 특성을 보이는 TIPS pentacene 유기박막 트랜지스터를 제작할 수 있었다.
본 실험에서는 잉크젯 프린팅 방식을 적용하여 실버 나노입자 잉크에 의한 박막형성과 저분자 유기 반도체인 TIPS pentacene (6,13-bis(triisopropylsilyl ethynyl) pentacene)을 사용하여 유기박막 트랜지스터 제작의 최적화 조건을 연구하였다. 1. 실버 나노입자 잉크를 잉크젯 프린팅 방식을 적용하여 박막을 형성하는데 있어서 각 입자간의 연결을 위해 열처리 과정은 필수적이며, 200도에서 약 1시간의 열처리를 거쳐 8 μΩcm의 비저항을 나타내는 실버 박막을 형성하였다. 이를 통해 Ag line 및 패터닝을 하는데 있어서 하부막의 표면 에너지가 감소할수록 Ag line 폭을 감소시킬 수 있었으며, 하부막의 조건이 무기막일 때보다 유기막일 때의 토착된 line 폭의 감소가 두드러졌으며 유기 절연막 위에 PFOTS로 표면처리를 한 후, 형성한 Ag line 폭은 ~ 30 μm 수준으로 미세 패턴을 형성하였다. 2. 잉크헤드와 잉크의 적합성 및 용해도를 고려하여 1,2-dichlorobenzene를 이용하여 농도 1.0 wt%의 유기 반도체 용액을 제작하여, 기판온도 60도에서 오버랩 방식을 적용하여 최적화된 잉크젯 프린팅 조건을 확립하였다. 그 결과, 문턱전압 -2 V, 점멸비 107, subthreshold slope 0.6 V/dec, 전계효과 이동도 0.24 cm2/Vs 의 우수한 특성의 유기박막 트랜지스터를 제작할 수 있었다. 또한, 제작된 유기박막 트랜지스터의 유기 반도체 층을 외기로부터 보호하고 소자의 수명을 늘이기 위해 기상증착방식을 적용하여 페릴린(Parylene-C)을 유기 반도체의 보호막으로 적용하였다. On-current의 감소와 포화영역에서의 전하 이동도는 약 30 % 정도의 감소를 보였으며, 음의 방향으로 turn on 전압의 이동이 있었다. 페릴린으로 보호된 소자의 보호막은 유기 반도체층을 외기로부터 보호되는 것을 확인하였다. 실험에서 제작된 유기박막 트랜지스터는 일반적 유기 절연막을 사용했음에도 불구하고 양의 게이트 바이어스 스트레스 하에서 안정된 특성을 보여주었다. 3. 유기 반도체의 균일한 박막과 두께확보를 위해, TIPS pentacene의 용매를 1,2-dichlorobenzene보다 끓는 점이 높은 1,2,4-trichlorobenzene과 점도가 큰 Cyclohexanol을 사용하여 잉크를 제작하였다. 끓는 점이 높은 용매를 사용하였을 때 용매 증발시간이 길어짐에 따라 결정성이 우수하고 이동도의 향상을 보이지만, 잉크젯 프린팅시 용매의 증발을 위한 기판 온도로 60도임을 감안하였을 때 끓는 점의 차이는 제작된 TIPS pentaceme 유기박막 트랜지스터의 전기적 특성 변화를 보이지 않았다. Trichlorobenzene을 점도가 큰 Cyclohexanol과 혼합(mixing)하여 TIPS pentacene의 용매로 사용하였을 때, 사용한 Cyclohexanol 용매가 유기 절연막에 있어서 표면 에너지가 낮을 뿐만 아니라 끓는 점이 높은 trichlorobenzene에 의해 용매의 증발 시간 또한 길어짐에 따라 프린팅된 TIPS pentacene 드랍이 채널 바깥 쪽으로 이동하여, 기판온도를 90도로 하여 유기박막 트랜지스터를 제작하였다. 제작된 유기박막 트랜지스터는 on current의 감소와 이동도의 감소를 보였다. 이를 해결하기 위해 유기 절연막 표면을 Octyl-SAM 표면처리 이후에 반도체 층을 형성하였을 때 두껍고 균일한 반도체 층을 형성할 수 있었고, 제작된 유기박막 트랜지스터는 균일한 전기적 특성을 보였다. 보호막을 형성하지 않았는데도 불구하고 대기 중에서 매우 안정적인 전기적 특성을 보인다. 위와 같이 잉크젯 프린팅 방식을 사용하여 전기전도도가 뛰어나고 ~30 μm의 좁은 선폭을 형성할 수 있었으며, 대기 중에서 매우 안정적인 전기적 특성을 보이는 TIPS pentacene 유기박막 트랜지스터를 제작할 수 있었다.
We have studied the metal electrode and the organic semiconductor of organic thin film transistors (OTFTs) fabricated by inkjet printing. First, the conductive metal nano particle ink, especially silver has been extensively used for inkjet printing metallization. We minimized spot dimension to get u...
We have studied the metal electrode and the organic semiconductor of organic thin film transistors (OTFTs) fabricated by inkjet printing. First, the conductive metal nano particle ink, especially silver has been extensively used for inkjet printing metallization. We minimized spot dimension to get uniform metal line and fine patterned metal line by optimization of substrate condition. Inkjet printed Ag film is composed of Ag nano particle (60 wt.%) and solvent, so it needed sintering process to evaporate non-conducting material such as solvent and remove the organic capping layer to get enough electrode property. And then the specific resistance of Ag film is about 10 uΩ.cm. By the PFOTS(Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane) treatment on poly-4-vinylphenol(PVP) gate insulator, we achieved single spot dimension 45 um and metal line width 30 um. Next, we have studied the fabrication of OTFT by inkjet printing with 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene as an active material. In order to improve smoothness and uniformity, it was printed at the substrate temperature of 60 ℃ by an overlapping method. The OTFT exhibited an on/off current ratio of ~107, a threshold voltage of -2 V, a gate voltage swing of 0.6 V/decade and a field-effect mobility of 0.24 cm2/Vs in the saturation region. It was passivated with parylene-C layer to protect it from O2 and H2O in ambient. The chemical or physical absorption of impurities in ambient air can change the electrical performance of OTFT and it is found that the reduction in mobility is compensated by the reduction in threshold voltage of the TIPS pentacene TFT passivated with Parylene-C. In result, the on-current was changed in proportion to t-0.02 and this value is lower than that of passivated pentacene TFT. The better stability compared with pentacene may be related with the lower HOMO level. Finally, to improve uniformity characteristics of TIPS pentacene TFT, we treated gate dielectric surface OTS (Otyltrichlorosilane) which was widely used SAM (self-assembly monolayer) materials for OTFT. And then we printed TIPS pentacene in co-solvent. The single droplet size of printed TIPS pentacene was much smaller than without SAM layer. So, we printed TIPS pentacene several times therefore relatively thick TIPS pentacene layer was formed. The OTFT exhibited uniform characteristics and the good environmental stability.
We have studied the metal electrode and the organic semiconductor of organic thin film transistors (OTFTs) fabricated by inkjet printing. First, the conductive metal nano particle ink, especially silver has been extensively used for inkjet printing metallization. We minimized spot dimension to get uniform metal line and fine patterned metal line by optimization of substrate condition. Inkjet printed Ag film is composed of Ag nano particle (60 wt.%) and solvent, so it needed sintering process to evaporate non-conducting material such as solvent and remove the organic capping layer to get enough electrode property. And then the specific resistance of Ag film is about 10 uΩ.cm. By the PFOTS(Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane) treatment on poly-4-vinylphenol(PVP) gate insulator, we achieved single spot dimension 45 um and metal line width 30 um. Next, we have studied the fabrication of OTFT by inkjet printing with 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene as an active material. In order to improve smoothness and uniformity, it was printed at the substrate temperature of 60 ℃ by an overlapping method. The OTFT exhibited an on/off current ratio of ~107, a threshold voltage of -2 V, a gate voltage swing of 0.6 V/decade and a field-effect mobility of 0.24 cm2/Vs in the saturation region. It was passivated with parylene-C layer to protect it from O2 and H2O in ambient. The chemical or physical absorption of impurities in ambient air can change the electrical performance of OTFT and it is found that the reduction in mobility is compensated by the reduction in threshold voltage of the TIPS pentacene TFT passivated with Parylene-C. In result, the on-current was changed in proportion to t-0.02 and this value is lower than that of passivated pentacene TFT. The better stability compared with pentacene may be related with the lower HOMO level. Finally, to improve uniformity characteristics of TIPS pentacene TFT, we treated gate dielectric surface OTS (Otyltrichlorosilane) which was widely used SAM (self-assembly monolayer) materials for OTFT. And then we printed TIPS pentacene in co-solvent. The single droplet size of printed TIPS pentacene was much smaller than without SAM layer. So, we printed TIPS pentacene several times therefore relatively thick TIPS pentacene layer was formed. The OTFT exhibited uniform characteristics and the good environmental stability.
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