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제안 방법
- Baker)를 사용하였다. ALD 공정으로 증착 된 Al2O3막이 매우 얇기 때문에 습식 식각 공정에서 온도와 시간이 매우 중요한데 이를 위해 BOE의 온도를 25℃가 되도록 유지하면서 2초간 식각하여 포토레지스트가 남아있는 부분은 제외한 나머지 부분의 알루미늄 산화막을 제거하였다. 용매를 이용한 식각 후 펜타신을 제거하기 위하여 건식 식각 공정을 하였다.
- 본 연구를 통해 두 가지 포토레지스트를 이용하여 채널 폭이 2, 5그리고 10 μm의 펜타신 소자를 만들 수 있었다.
- 특히, 알루미늄 산화막은 유기 전계 효과 소자에서 게이트 절연막으로 사용되어 왔으나 [12,13], 최근 들어 이를 유기 반도체의 보호막으로 사용하여 주위 환경에 영향을 많이 받는 유기 반도체 소자의 수명을 길게 유지할 수 있다는 연구 결과가 보고되었다 [14]. 본 연구에서는 산화 알루미늄막을 저온에서 원자층 증착 방법을 이용하여 유기 반도체 위에 보호막으로 증착한 후 기존의 포토 혹은 이빔 리소그래피 공정을 이용하여 펜타신을 패터닝하거나 전극의 접촉 위치를 조절하여 소자의 전기적 특성을 조사하였다.
- 건식 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정(reactive ion etching, RIE)을 통해 진행하였으며 산소 가스를 이용하였다. 산소를 50 sccm을 흘려주면서 식각기 내부의 압력을 50 mTorr로 유지하여 라디오 주파수의 전력을 90 W로 가하여 90초간 식각하여 남아있는 포토레지스트와 주위의 펜타신 층을 제거하였다.
- 펜타신을 용액 코팅 공정에서 보호하기 위한 보호막으로 알루미늄 산화막(Al2O3)를 선택하였다. 알루미늄 산화막 증착을 위해서 자체 제작한 원자층 증착기(atomic layer depostion, ALD)를 이용하였다. 알루미늄 산화막 성장 시 펜타신이 증착된 기판의 온도는 펜타신이 손상되지 않도록 100°C에서 진행하였으며, Al2O3 성장을 위한 알루미늄 전구체는 트리메틸알루미늄(trimetyhlaluminum, TMA, Al(CH3)3, Mechatronics, 99.
- 알루미늄 산화막을 펜타신 보호막으로 이용하여 기존의 포토 리소그래피 방법으로 제작된 펜타신 소자를 Agilent사의 4140B semiconductor paramter analyzer를 이용하여 전기 특성을 측정하였다. Fig.
- ALD 공정으로 증착 된 Al2O3막이 매우 얇기 때문에 습식 식각 공정에서 온도와 시간이 매우 중요한데 이를 위해 BOE의 온도를 25℃가 되도록 유지하면서 2초간 식각하여 포토레지스트가 남아있는 부분은 제외한 나머지 부분의 알루미늄 산화막을 제거하였다. 용매를 이용한 식각 후 펜타신을 제거하기 위하여 건식 식각 공정을 하였다. 건식 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정(reactive ion etching, RIE)을 통해 진행하였으며 산소 가스를 이용하였다.
- 우리는 본 연구에서 알루미늄 산화막을 펜타신의 보호층으로 도입하고 기존의 포토 및 이빔 리소그래피 공정을 통하여 마이크로미터 크기의 펜타신 소자를 제작하였다. 포토리소그래피 공정을 이용하여 만들어진 펜타신 소자는 채널 길이가 50 μm, 폭을 5 μm로 만들었으며, 전기 특성이 0.
- 포토 리소그래피를 이용한 공정은 이빔 리소그래피를 이용한 공정으로의 확장이 가능하다. 우선 비교적 쉬운 공정을 위하여 유기 반도체와 기판 사이에 전극을 접촉시키는 공정(bottom-contact)을 진행하였다. 이를 위해 포토 리소그래피 공정을 통해 원하는 크기의 전극 모양을 만들고 이빔 증착 공정을 이용하여 티타늄 10 nm와 금 100 nm의 전극을 만들었다.
- 우선 비교적 쉬운 공정을 위하여 유기 반도체와 기판 사이에 전극을 접촉시키는 공정(bottom-contact)을 진행하였다. 이를 위해 포토 리소그래피 공정을 통해 원하는 크기의 전극 모양을 만들고 이빔 증착 공정을 이용하여 티타늄 10 nm와 금 100 nm의 전극을 만들었다. 이후 공정은 펜타신 증착, 알루미늄 산화막 증착, 이빔 리소그래피, 습식 및 건식 식각의 과정을 Fig.
- 이를 위해 포토 리소그래피 공정을 통해 원하는 크기의 전극 모양을 만들고 이빔 증착 공정을 이용하여 티타늄 10 nm와 금 100 nm의 전극을 만들었다. 이후 공정은 펜타신 증착, 알루미늄 산화막 증착, 이빔 리소그래피, 습식 및 건식 식각의 과정을 Fig. 1 및 3의 설명과 동일하게 진행하였다. 포토 리소그래피를 이용할 경우 대면적 노광이 가능하기 때문에 포지티브형 및 네거티브형의 레지스트 이용 시 적절한 마스크를 이용하면 레지스트에 크게 영향을 받지 않는 것이 특징이나 이빔 리소그래피의 경우 원하는 부분만 펜타신을 남기기 위한 공정을 진행하기 위해서는 포지티브형의 레지스트 보다 네거티브형 레지스트를 이용하여 이빔의 노광 시간을 줄이는 것이 공정상 매우 유리하다.
- 펜타신 증착 후 이빔 증착기를 이용하여 채널 길이가 50 μm가 되도록 쉐도우 마스크를 통과시켜 니켈과 금을 각각 10 nm와 100 nm 두께가 되도록 증착하였다.
- 포토 리소그래피에 사용된 포토레지스트로는 포지티브형은 AZ5214(Clariant)를 네거티브형은 SU8(Microchem)을 이용하였다. 포토레지스트 유형에 맞는 포토마스크를 이용하여 356 nm 파장의 자외선을 10초간 노광한 후 현상하였다. 포토 리소그래피 공정 후 불필요한 펜타신을 제거하기 위하여 먼저 알루미늄 산화막을 제거하여야 하는데 이를 위해 buffered oxide etchant (BOE 6:1, J.
대상 데이터
- 공정 과정을 통해 채널폭은 5 μm로 잘 유지되고 있음을 확인할 수 있다. Fig. 3의 공정은 포지티브형 포토레지스트인 AZ5214를 이용한 것이다. Fig.
- 1에 도식화하여 나타내었다. P 타입의 실리콘 위에 성장된 300 nm 두께의 실리콘 옥사이드 막을 기판으로 이용하였다. 기판은 아세톤/메탄올/초순수 순으로 각각 5분 씩 초음파세척을 하였다.
- 용매를 이용한 식각 후 펜타신을 제거하기 위하여 건식 식각 공정을 하였다. 건식 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정(reactive ion etching, RIE)을 통해 진행하였으며 산소 가스를 이용하였다. 산소를 50 sccm을 흘려주면서 식각기 내부의 압력을 50 mTorr로 유지하여 라디오 주파수의 전력을 90 W로 가하여 90초간 식각하여 남아있는 포토레지스트와 주위의 펜타신 층을 제거하였다.
- 포토 리소그래피를 이용할 경우 대면적 노광이 가능하기 때문에 포지티브형 및 네거티브형의 레지스트 이용 시 적절한 마스크를 이용하면 레지스트에 크게 영향을 받지 않는 것이 특징이나 이빔 리소그래피의 경우 원하는 부분만 펜타신을 남기기 위한 공정을 진행하기 위해서는 포지티브형의 레지스트 보다 네거티브형 레지스트를 이용하여 이빔의 노광 시간을 줄이는 것이 공정상 매우 유리하다. 따라서 본 연구에서는 이빔 리소그래피용 레지스트로 아자이드 작용기(azide, R-N-=N+=N-)가 불규칙하게 달린 폴리스티렌(polystyrene)을 합성하여 사용하였다. 아자이드 작용기는 자외선이나 이빔 등의 강한 에너지의 전달을 통해 교차결합(crosslinking)이 일어나 네거티브형 레지스트를 제작 [15,16]하는데 많이 이용된다.
- 알루미늄 산화막 성장 시 펜타신이 증착된 기판의 온도는 펜타신이 손상되지 않도록 100°C에서 진행하였으며, Al2O3 성장을 위한 알루미늄 전구체는 트리메틸알루미늄(trimetyhlaluminum, TMA, Al(CH3)3, Mechatronics, 99.99 %)를 산소 전구체로는 초순수수(H2O, Millipore Milli-Q, 18.2 MΩ)을 사용하였다.
- 펜타신은 Aldrich사 제품을 구입하였으며 후처리는 하지 않았다. 펜타신 증착은 자체 제작한 유기용 열 증착기를 이용하였다. 2×10-7 Torr 이하의 진공상태에서 기판의 온도를 60℃로 유지하면서 0.
- 세척한 기판에 4×8 mm2 크기의 쉐도우 마스크를 부착한 후 펜타신을 증착하였다. 펜타신은 Aldrich사 제품을 구입하였으며 후처리는 하지 않았다. 펜타신 증착은 자체 제작한 유기용 열 증착기를 이용하였다.
- 펜타신을 패터닝하기 위한 포토 리소그래피 공정을 위해서는 용액 상태의 포토레지스트를 이용해야 하는데 직접 펜타신 위에 포토레지스트를 코팅할 경우 증착한 펜타신 유기반도체 층이 손상되므로 이를 위한 보호막이 필요하다. 펜타신을 용액 코팅 공정에서 보호하기 위한 보호막으로 알루미늄 산화막(Al2O3)를 선택하였다. 알루미늄 산화막 증착을 위해서 자체 제작한 원자층 증착기(atomic layer depostion, ALD)를 이용하였다.
- 이를 통해 증착된 알루미늄 산화막의 두께가 약 17 nm인 것이 확인 가능하다. 포토 리소그래피에 사용된 포토레지스트로는 포지티브형은 AZ5214(Clariant)를 네거티브형은 SU8(Microchem)을 이용하였다. 포토레지스트 유형에 맞는 포토마스크를 이용하여 356 nm 파장의 자외선을 10초간 노광한 후 현상하였다.
- 포토리소그래피 공정을 이용하여 만들어진 펜타신 소자는 채널 길이가 50 μm, 폭을 5 μm로 만들었으며, 전기 특성이 0.58cm2/V·s의 전기이동도 및 104의 on/off 전류비를 보였다.
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