[논문]유기박막트랜지스터의 기술현황 및 전망

송정근

유기박막트랜지스터의 기술현황 및 전망 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.11 no.2, 2010년, pp.7 - 13

송정근 (동아대학교 전자공학과)

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문제 정의

본 논문에서는 상기한 유기반도체의 특성 즉 저온 용액공정의 장점을 극대화하는 연구를 중심으로 최근 OTFT의 연구동향을 살펴보고 응용분야를 전망해본다.

제안 방법

그러나 최근 소니는 2007년에 의미있는 시제품을 소개하였다. 플라스틱 기판에 OTFT로 구동하는 QQVGA급 풀컬러 AMOLED (2.5 인치, 80 ppi) 패널을 제작하여 OTFT 기반의AMOLED의가능성을보여주었다[그림6]^[31].

대상 데이터

OTFT로 구동하는 AMEPD의 시제품은 여러 번 소개되었다. 첫 사례는 2001년 Lucent와 e-ink 사가 34x34 해상도의 시제품을 발표하였다 [그림 5-a]^[29]. 폴리머 비젼은 5인치 크기에 QVGA 해상도, 반경 7.
첫 사례는 2001년 Lucent와 e-ink 사가 34x34 해상도의 시제품을 발표하였다 [그림 5-a]^[29]. 폴리머 비젼은 5인치 크기에 QVGA 해상도, 반경 7.5 mm로 구부릴수 있고 흑백의 16 그레이 레벨의 AMEPD 패널을 장착한 전자책을 선보였다 [그림 5-b]^[30]. 플라스틱 로직은 e-ink사와 함께 대면적 A5 크기에 120만개의 OTFT로 150 ppi 해상도를 구현한 전자책을 출시할 예정이다 [그림 5-c].

성능/효과

. Polystylene (PS) 고분자 유전체를 사용한 OTFT를 진공과 공기 중에서 각각 바이어스 스트레스를 인가하였을 때 [그림 4-b]와 같이 진공 소자들의 전류는 변화가 없었으나 공기 소자들은 고분자의 분자량이 작을수록 문턱전압이 이동하여 전류가 감소하였다. 이것은 고분자의 분자량이 작을수록 수분이 흡착하기 용이한 고분자 말단의 밀도가 증가함으로써 유전체의 수분 흡수량이 증가하여 변화가 크게 나타난 것이다.
이것은 유기 유전체의 수분 흡착이 성능의 불안정 및 열화의 원인이될 수 있음을 보여준 것이다. 따라서 소자의 신뢰도를 높이려면 OH 페놀기가 없고 분자량이 큰 고분자를 유전체로 사용하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다.
쌍극자의 영향은 [그림 3-b]와 같이 유전체의 유전율에 대한 비정질 유기반도체 PTAA의 전계이동도를 살펴보면 잘 알 수 있다. 쌍극자 크기가 증가할수록 즉 유전율이 증가할수록 전계이동도는 감소함으로써 쌍극자의 영향을 확인할 수 있다. 그러나 이러한 쌍극자의 영향은 계면으로부터 멀어질수록 급격히 감소한다.

후속연구

그러나 OTFT를 무기반 도체 소자를 대체하여 무어의 법칙을 이어갈 차세대 반도체소자로 개발하는 것은 이론적으로 가능할 지라도 바른 방향은 아니라고 생각된다. OTFT는 무기반도체로써 구현하기 어려운 유기반도체의 고유 특성 즉 어떤 종류의 기판에도 손쉽게 대면적 박막을 성형할 수 있는 점, 그리고 저온 용액공정이 가능한 점을 극대화할 수 있는 분야에 적용한다면 디스플레이, 조명, 태양전지, RFID, 광통신 등에서 새로운 응용분야를 창출할 수 있을 것으로 기대한다.
현재의 성능은 대체적으로 a-Si TFT에 버금가는 정도이고, 2010년에 OTFT를 기반으로한 AMEPD 패널을 장착한 최초의 상용화 제품으로서 전자책이 출시될 정도로 개선되었다. 유기재료 고유의 특성인 150 ^oC 이하의 저온 용액공정기술을 잘 활용하면 플라스틱 기판에 대면적 코팅과, 동일한 유기재료를 사용하는 기능이 다른 여러 종류의 소자를 동일기판에 쉽게 집적할 수 있으므로 새로운 응용분야를 창출할 수 있을 것으로 기대한다. 아직 이러한 응용은 개념 확인 단계이며 상용화에는 이르지 못 하고 있는데, 상용화를 위해서는 성능이 더 개선되어야 하고, 신뢰도 문제가 해결되어야 한다.
sec이고 대기 안정도도 우수한 것으로 보고되었다 ^[23]. 현재는 제품에 적용하기 위해서는 성능과 대기 안정도 측면에서 n형보다 p형 반도체를 선택하는 것이 바람직하지만, 분자 특성을 조절할 수 있는 유기화학의 기술이 탁월하므로 조만간 성능과 대기 안정도 모두 뛰어난 n형 반도체가 개발될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전계이동도를 결정하는 가장 중요한 요소는?	OTFT의 성능지표로서 인가된 게이트 전압에 대한 드레인 전류의 크기를 결정하는 전계이동도를 흔히 사용하므로 전계이동도는 유기반도체의 중요한 물성 파라미터이다. 전계이동도를 결정하는 가장 중요한 요소는 유기반도체의 분자구조와 이웃한 분자간의 π-π 중첩도를 높이는 재료의 특성이다. 이와 더불어 넓은 면적에 걸쳐 ππ 중첩이 이루어지도록 하여 전류의 흐름을 원활히 할수 있는 박막 공정기술이 더해져야 높은 전계이동도를 얻을 수 있다.
	높은 전계이동도를 얻기 위해 요구되는 것은?	전계이동도를 결정하는 가장 중요한 요소는 유기반도체의 분자구조와 이웃한 분자간의 π-π 중첩도를 높이는 재료의 특성이다. 이와 더불어 넓은 면적에 걸쳐 ππ 중첩이 이루어지도록 하여 전류의 흐름을 원활히 할수 있는 박막 공정기술이 더해져야 높은 전계이동도를 얻을 수 있다.
	TIPS 펜타센의 전계이동도 값은 얼마인가?	TIPS 펜타센은 분자의 용해도를 조절하여 결정 핵자의 형성과 박막의 균일도를 조절할 수 있는 특징이 있다. 전계이동도가 1 cm2/V.sec로서 용액성 유기반도체로서는 아주 우수한 성능을 나타내었다. 그 이유는 [그림 1-b]에서 보듯이 결정의 형태가 진공증착한 펜타센의 헤링본 (Herringbone) 결정구조와 달리 펜타센 분자가 면과 면이 겹침으로써 (slip-stack) π-π 중첩도가 증가하기 때문이다.

참고문헌 (31)

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