[논문]전극에 따른 CuPc Field-effect Transistor의 전기적 특성

이호식; 박용필; 천민우

doi:10.4313/jkem.2008.21.10.930

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Organic field-effect transistors (OFETs) are of interest for use in widely area electronic applications. We fabricated a copper phthalocyanine (CuPc) based field-effect transistor with different metal electrode. The CuPc FET device was made a top-contact type and the substrate temperature was room t...

Organic field-effect transistors (OFETs) are of interest for use in widely area electronic applications. We fabricated a copper phthalocyanine (CuPc) based field-effect transistor with different metal electrode. The CuPc FET device was made a top-contact type and the substrate temperature was room temperature. The source and drain electrodes were used an Au and Al materials. The CuPc thickness was 40 nm, and the channel length was $50{\mu}m$, channel width was 3 mm. We observed a typical current-voltage (I-V) characteristics in CuPc FET with different electrode materials.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 copper phthalocyanine (CuPc) 물질을 활성층으로 사용하고, source 와 drain 전극의 물질을 Au와 A1 을 사용하여 FET 소자를 제작하고 이에 대한 전기적 특성을 알아보고자 한다. 특히 CuPc FET 소자의 전압-전류 특성 (I-V), 그리고, 주파수 변화에 다른 전압-캐퍼시턴스 (C-V) 특성을 측정하여, CuPc FET 소자의 특성을 연구하였다.

제안 방법

본 연구에서는 CuPc를 활성층으로 사용하고, source와 drain 전극물질을 Au와 A1 을 사용하여 FET 소자를 제작하였다. 그 결과 Au를 전극으로 사용한 FET 소자에서는 전형적인 FET 소자의 전압-전류 특성 곡선을 얻을 수 있었으나, A1 전극을 사용한 CuPc FET 소자에서는 gate 전압이 증가 할수록 누설 전류 현상이 보이는 것을 알 수 있다.
실리콘 기판 위에 40 nm 두께의 CuPc 박막을 증착 기법으로 형성하고, 상온에서의 CuPc 박막의 AFM 이미지를 측정하였다. 그■림에서 보면, CuPc 분자들의 대부분이 기판에 평행하게 누워 있는 것을 알 수 있으며, 또한 CuPc 입자들을 확실하게 볼 수 있다.
한다. 특히 CuPc FET 소자의 전압-전류 특성 (I-V), 그리고, 주파수 변화에 다른 전압-캐퍼시턴스 (C-V) 특성을 측정하여, CuPc FET 소자의 특성을 연구하였다.

대상 데이터

게이트 전극은 Au를 사용하였고, 소스 전극, 그리고 드레인 전극은 Au와 A1 을 사용하여 각각 소자를 제작하였다.
본 연구에 사용한 CuPc는 유기 발광 소자 (Organic Light-emitting diode; OLED)의 정공 주입 층, 태양광 소자 (Solar c曲의 정공 주입층 등에 널리 사용되고 있는 물질 중의 하나로 알려져 있다. 특히 OFET의 연구는 1964년에 CuPc를 처음으로 사용하여 소자가 처음으로 제작되었으나, 기대할 만한 특성이 나오지 않고, 그 이후 1983년에 polyacethylene< 사용하여 약 10~5 정도의 이동 도가 보고되면서 OFET 연구의 새로운 전기가 시작되었다.
본 연구에 사용한 소자는 top-contact 형태의 구조를 가지고 있으며, 절연층으로 Si-wafer 위에 열 증착법으로 형성된 SiQj를 500 nm의 두께로 사용하였다. 게이트 전극은 Au를 사용하였고, 소스 전극, 그리고 드레인 전극은 Au와 A1 을 사용하여 각각 소자를 제작하였다.
활성층으로 사용한 CuPc 물질은 TCI (Tokyo Chemical Industry Co., Japan)로부터 구입을 하였으며, 역시 열 증착 방법을 이용하여 박막을 형성하였다.

이론/모형

또한 OFET의 전기적 특성 측정은 Keithley type-2400을 이용하여 SMU (Source measure unit) 방법을 이용하여 측정을 하였다. 또한 유기 활성층의 표면의 특성은 AFM (Atomic force microscopy) 방법으로 측정하였다.
방법을 이용하여 측정을 하였다. 또한 유기 활성층의 표면의 특성은 AFM (Atomic force microscopy) 방법으로 측정하였다.
전극 형성은 열 증착 방법을 이용하여 형성하였다. 활성층으로 사용한 CuPc 물질은 TCI (Tokyo Chemical Industry Co.

성능/효과

소자를 제작하였다. 그 결과 Au를 전극으로 사용한 FET 소자에서는 전형적인 FET 소자의 전압-전류 특성 곡선을 얻을 수 있었으나, A1 전극을 사용한 CuPc FET 소자에서는 gate 전압이 증가 할수록 누설 전류 현상이 보이는 것을 알 수 있다.
또한 캐패시턴스-전압특성 측정에서도 Au 전극을 사용한 소자에서는 gate 전압이 증가 할 수록충전 용량이 증가하는 모습을 볼 수 있으나, A1 전극을 사용한 소자에서는 gate 전압의 극성이 음에서 양으로 바뀌면서 충전된 캐패시턴스가 반대로 방전되는 현상을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (7)

장성근, "쌍극 폴리-금속 게이트를 적용한 CMOS 트랜지스터의 특성", 전기전자재료학회논문지, 15권, 3호, p. 233, 2002

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황한욱, 황성수, 김용상, "LDD 구조의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 특성", 전기전자재료학회논문지, 11권, 7호, p. 522, 1998

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김윤명, 표상우, 김준호, 심재훈, 김영관, 김정수, "Photoacryl을 게이트 절연층으로 사용한 유기 박막트랜지스터의 전기적 특성에 관한 연구", 전기전자재료학회논문지, 15권, 2호, p. 110, 2002

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송정근, "유기박막트랜지스터; 유기전자 공학의 핵심소자", 물리학과 첨단기술, 14권, 7/8호, 2005
이호식, "CuPc 두께 변화 및 채널 길이 변화에 따른 전계 효과 트랜지스터의 전기적 특성 연구", 전기전자재료학회논문지, 20권 1호, p. 47, 2007

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R. Ye, M. Baba, Y. Oishi, K. Mori, and K. Suzuki, "Air-stable ambipolar organic thin- film transistors based on an organic homostructure", Applied Physics Letters, Vol. 86, p. 253505, 2005

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H.-S. Lee, S.-H. Yang, Y.-P. Park, and E.-J. Lim, and M. Iwamoto, "Copper phthalocyanine field-effect transistor analysis using an maxwell-wagner model", Trans. EEM, Vol. 8, No. 3, p. 139, 2007

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