[논문]PVA 배열층을 이용한 펜타신 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성

전현성; 오환술

doi:10.4313/jkem.2010.23.3.177

PVA 배열층을 이용한 펜타신 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성
An Electrical Characteristics on the Pentacene-Based Organic Thin-Film Transistors using PVA Alignment Layer 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.23 no.3, 2010년, pp.177 - 182

Abstract ▼ AI-Helper

The pentacene-based organic thin film transistors(OTFTs) using polyvinylalcohol(PVA) alignment layer were fabricated on the $SiO_2$ evaporated to n-type (111) Si substrates. The pentacene film was deposited by thermally evaporated at $10^{-7}$ torr. X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope(AFM) measurement showed pentacene film which deposited on rubbed PVA layers were partially crystallized at (001) plane. The pentacene OTFTs with PVA layers rubbed perpendicular to the direction of current flow was shown to align better orientation than parallel rubbed case and thus to enhance the mobility and saturation current by a factor of 2.3 respectively. We obtained mobility by 0.026 $cm^2$/Vs and on-off current ratio by ${\sim}10^8$.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문은 펜타신 기반 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상 시키기 위하여 BC구조 OTFT 소자를 제작하였다. 이를 위하여 산화막이 증착된 실리콘 기판위에 고분자 물질인 PVA(polyvinylalcohol)를 게이트 절연층으로 스핀코팅 한 후, 펜타신 박막의 분자 배열을 좋게 하기 위해 표면을 러빙(rubbing)한 후, 펜타신 박막을 진 공증착 하였다.
본 연구는 이동도를 향상하기 위해 BC구조 펜타신 기반 OTFTs를 제작하였다. 소자 제작은 고농도로 도핑한 n형 (111) 실리콘 기판위에 절연층으로 산화막(두께 400 nm)을 진공증착 한 후, PT72 RIE 장비로 플라즈마 분위기에서 식각 하였다.

제안 방법

PVA층의 유·무에 따른 펜타신 박막의 표면특성을 XRD법과 AFM 장비로 조사하였다.
소자 제작은 고농도로 도핑한 n형 (111) 실리콘 기판위에 절연층으로 산화막(두께 400 nm)을 진공증착 한 후, PT72 RIE 장비로 플라즈마 분위기에서 식각 하였다. 그 위에 전극을 형성하기 위해 금(Au)을 새도우 마스크를 사용하여 패턴닝하였다. 게이트, 소스, 드레인 전극은 모두 50 nm 두께로 진공증착 하였다.
한편, 펜타신 박막을 성장하기 전, 산화막이 성장된 기판위에 절연체인 PVA(polyvinylalcohol, Aldrich)층(두께 120 nm)을 스핀 코팅한 후, 120℃에서 2시간동안 오븐에 넣어 휘발성 물질을 제거하였다. 그 후, PVA박막의 표면처리는 소스/드레인간 찬넬내 전류흐름에 수평방향과 수직방향으로 LCBM장비(Optron Systems, Inc.)로 러빙(rubbing)하였다. 러빙 방법은 레이온천(섬유길이, ～600 um, 섬유 직경, 15 um)을 사용하였고 롤러의 회전반경은 3 cm이고 속도는 1000 rpm로 회전시켰다.
그후, 배열층인 PVA층의 유 · 무에 따른 펜타신 OTFTs를 제작하여 전기적 특성을 분석한 후, 이동도를 향상시키는 새로운 방법을 제시하였다.
배열층인 PVA층을 러빙 한 후, 펜타신 박막을 ～10-7 torr에서 진공증착 하였다.
게이트, 소스, 드레인 전극은 모두 50 nm 두께로 진공증착 하였다. 소스/드레인간 찬넬길이와 찬넬폭은 각각 20 um와 220 um로 설계 하였다. 그리고 활성층으로 유기 반도체인 펜타신(두께 50 nm)을 상온에서 진공증착 하였다.
본 연구는 이동도를 향상하기 위해 BC구조 펜타신 기반 OTFTs를 제작하였다. 소자 제작은 고농도로 도핑한 n형 (111) 실리콘 기판위에 절연층으로 산화막(두께 400 nm)을 진공증착 한 후, PT72 RIE 장비로 플라즈마 분위기에서 식각 하였다. 그 위에 전극을 형성하기 위해 금(Au)을 새도우 마스크를 사용하여 패턴닝하였다.
2종류는 PVA층을 러빙한 소자이고 나머지 1종류는 PVA층을 러빙하지 않은 소자이다. 여기서 2종류의 러빙은 소스/드레인간 찬넬내 전류흐름에 수직 방향으로 러빙한 소자(원형)와 수평방향으로 러빙한 소자(삼각형)로 구분하였다.
본 논문은 펜타신 기반 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상 시키기 위하여 BC구조 OTFT 소자를 제작하였다. 이를 위하여 산화막이 증착된 실리콘 기판위에 고분자 물질인 PVA(polyvinylalcohol)를 게이트 절연층으로 스핀코팅 한 후, 펜타신 박막의 분자 배열을 좋게 하기 위해 표면을 러빙(rubbing)한 후, 펜타신 박막을 진 공증착 하였다. 먼저 PVA층의 러빙 유.

대상 데이터

소스/드레인간 찬넬길이와 찬넬폭은 각각 20 um와 220 um로 설계 하였다. 그리고 활성층으로 유기 반도체인 펜타신(두께 50 nm)을 상온에서 진공증착 하였다. 한편, 펜타신 박막을 성장하기 전, 산화막이 성장된 기판위에 절연체인 PVA(polyvinylalcohol, Aldrich)층(두께 120 nm)을 스핀 코팅한 후, 120℃에서 2시간동안 오븐에 넣어 휘발성 물질을 제거하였다.
이것은 PVA층이 없기에 펜타신 박막의 분자 배열이 정열되지 않았기 때문이라 사료된다. 본 실험에서 PVA층을 약하게 러빙한 시료에서 펜타신 박막내 (001)면에 29개 내지 31개의 분자 평면들이 배열되어 있음을 발견하였다.
산화막이 증착된 (111) 실리콘 기판위에 절연체인 PVA 배열층이 코팅된 펜타신 기반 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다. PVA층의 유·무에 따른 펜타신 박막의 표면특성을 XRD법과 AFM 장비로 조사하였다.

이론/모형

먼저 PVA층의 러빙 유.무에 따른 박막의 표면구조와 표면 형태(surface morphology)를 분석하기 위해 X-선 회절법과 AFM장비로 측정하였다. 그후, 배열층인 PVA층의 유 · 무에 따른 펜타신 OTFTs를 제작하여 전기적 특성을 분석한 후, 이동도를 향상시키는 새로운 방법을 제시하였다.
산화막이 성장된 (111) 실리콘 기판위에 ～10^-7 torr 분위기에서 진공증착한 펜타신 박막의 표면 형태(surface morphology)를 분석하기 위하여 XRD법과 AFM으로 측정하였다. 그림 1은 X-선을 펜타신 박막(두께 50 nm)의 표면에 쬐일 때 박막의 분자 배열 방향에 수직방향과 수평 방향에서 광학적 밀도(optical density)를 측정한 값이다.

성능/효과

배열층인 PVA층을 러빙 한 후, 펜타신 박막을 ～10^-7torr에서 진공증착 하였다. PVA층을 소스/드레인간 찬넬내 전류흐름과 수직방향으로 러빙하였을 때가 수평방향으로 러빙한 경우보다 포화전류가 2.3배 높았고 이동도도 2.3배 증가됨을 보였다. 이것은 그레인 경계가 부분적으로 제거되어 그레인 크기가 넓어 진 것 만큼 결정화가 이뤄졌기 때문이다.
그림 1은 X-선을 펜타신 박막(두께 50 nm)의 표면에 쬐일 때 박막의 분자 배열 방향에 수직방향과 수평 방향에서 광학적 밀도(optical density)를 측정한 값이다. 본 실험에서 펜타신 박막이 쬐인 광에 의해 수평과 수직방향에서 미약하지만 잘 배열되어 있음을 볼 수 있다.
TFTs의 주된 파라미터들은 이동도, 전류 점멸비, 그리고 subthreshold slopes이다. 전압을 인가할 때 전하의 이동속도는 이동도에 영향을 받으며, 이동도가 클수록 소자의 이동속도가 빨라져 전류값도 크짐을 실험으로 보였다. 그림 5는 산화막(두께 400 nm)이 증착된 (111) 실리콘 기판 위에 펜타신(두께 50 nm)을 증착한 BC형 OTFT에서 게이트 길이와 폭이 각각 20 um, 220 um일 때, 게이트 전압과 드레인 전압을 변화시킬때 드레인 전류를 나타낸 곡선이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	OTFT의 장점은?	유기 박막 트랜지스터(organic thin-film transistors: OTFTs)는 최근 수년간 상당한 관심을 끌고 있는 반도체 소자이다. 종래의 수소를 첨가한 아몰퍼스 실리콘을 활성층으로 갖는 TFT와 비교하면, OTFT는 가격이 저렴하고, 공정이 간단하며, 화학적으로 안정하며, 플라스틱 기판과 호환성이 있는 장점을 가지고 있다. 이들은 AMOLEDs, 모든 유 기 디스플레이들의 집적화한 화소 소자 그리고 스마트 카드 등에 매우 적합하다[1,2].
	BC구조 OTFT 소자를 제작하기 위한 행동으로 제시된 것은?	본 논문은 펜타신 기반 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상 시키기 위하여 BC구조 OTFT 소자를 제작하였다. 이를 위하여 산화막이 증착된 실리콘 기판위에 고분자 물질인 PVA (polyvinylalcohol)를 게이트 절연층으로 스핀코팅 한 후, 펜타신 박막의 분자 배열을 좋게 하기 위해 표면을 러빙(rubbing)한 후, 펜타신 박막을 진 공증착 하였다. 먼저 PVA층의 러빙 유.무에 따른 박막의 표면구조와 표면 형태(surface morphology)를 분석하기 위해 X-선 회절법과 AFM장비로 측정하였다. 그후, 배열층인 PVA층의 유․무에 따른 펜타신 OTFTs를 제작하여 전기적 특성을 분석한 후, 이동도를 향상시키는 새로운 방법을 제시하였다.
	OTFTs 소자 구조의 종류는?	최근에는 모든 공정을 용해하여 잉크젯 프린팅한 OTFT도 발표된 바 있다 [9]. 일반적으로 OTFTs 소자 구조는 2종류이며, 하나는 소스와 드레인이 활성층 아래에 있는 bottom contact(BC) 구조이며, 다른 하나는 소스와 드레인이 활성층 위에 있는 top contact(TC) 구조이다.

참고문헌 (14)

E. H. Jazaairi, T Trigaud, and J. P. Molton, "OTFT with silk printed drain and source", Micro and Nanosystems, Vol. 1, p. 46, 2009.
S. T. Kato, Y. Iba, S. Shinaoka, and S. T. Takagi, "Comfprmable flexiblee large-area networks of pressure and thermal sensors with organic transistor active matrixes", Alli. Phys. Lett., Vol. 86, p. 073511, 2005.

상세보기
H. Klauk, David J. Gundlach, M. Bonse, C.-C. Kuo, and Thomas N. Jackson, "A reduced complexity process for organic thin film transistors", Appl. Phys. Lett., Vol. 76, p. 1692, 1999.
Benor, A. Knipp, "Electrical stability of pentacene thin film transistors", Org. Electron., Vol. 9, p. 209, 2007.

상세보기
Y. Y. Lin, D. J. Gundlach, S. F. Nelson, and T. N. Jackson, "Pentacene-based organic thin-film transistors", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 44, No. 8, p. 1325, 1997.

상세보기
G. W. Kang, K. M. Park, J. H. Song, C. H. Lee, and D. H. Hwang, "The electrical characteristics of pentacene-based organic field effect transistors with polymer gate insulators", Curr. Appl. Phys., Vol. 5, p. 297, 2005.

상세보기
D. A. Bernards and G. G. Malliaras, “Steadystate and transient behavior of organic electrochemical transistors”, Adv. Funct. Mater., Vol. 17, p. 3538, 2007.

상세보기
S. Hong, A. Amassian, A. R. Woll, S. Bhargava, J. D. Ferguson, G. G. Malliaras, J. D. Brock, and J. R. Engstrom, “Real time monitoring of pentacene growth on $SiO_2$ from a supersonic source”, Appl. Phys. Lett., Vol. 92, p. 253304, 2008.

상세보기
J. Kim, J. Jeong, H. D. Cho, C. Lee, S. O. Kim, S. K. Kwon, and Y. Hong, "Allsolution-processed bottom-gate organic thinfilm transistor with improved subthreshold behaviour using functionalized pentacene active layer", J. Phys. D: Applied Phys., Vol. 42, p. 115107, 2009.

상세보기
H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M. Nielsen, K. Bechgaard, B. M. W. Langeveld-Voss, A. J. H. Spiering, R. A. J. Janssen, E. W. Meijer, P. Herwig, and D. M. de Leeuw, "Two-dimensional charge transport in self-organized, high-mobility conjugated polymers", Nature, Vol. 401, p. 685, 1999.

상세보기
M. M. Payne, S. R. parkin, J. E. Anthony, and C. C. Jackson, "Organic field effect transistors from solution deposited functionalized acenes with mobilities as high as 1 $cm^2$ /V.s", J. Am. Chem. Soc., Vol. 127, p. 4986, 2005.

상세보기
D. Shenoy, K. Grueneberg, J. Naciri, and R. Shashidhar, "Device properties and polar anchoring of nematic molecules at photodimerized surfaces", Proc. SPIE, Vol. 24, p. 3635, 1999.
S. F. Nelson, Y. Y. Lin, D. J. Gundlach, and T. N. Jackson, "Temperature-independent transport in high-mobility pentacene transistors", Appl. Phys. Lett., Vol. 72, p. 1854, 1998.

상세보기
J. Wang, D. J. Gundlach, C. C. Kuo, and T. N. Jackson "Improved contacts for organic electronic devices using self-assembled charge transfer materials", 41st Electronic Materials Conference Digest, p. 16, 1999.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증