[논문]특집: 유기광.전자 소재 및 소자 기술 - 양극성 유기 박막 트랜지스터

조신욱; 임동찬

특집: 유기광.전자 소재 및 소자 기술 - 양극성 유기 박막 트랜지스터 원문보기

반도체적 성질을 가지는 유기 전자 재료를 활성층으로 활용한 유기 박막 트랜지스터(OTFT)는 제작 공정이 간단하고 비용이 저렴하다는 장점과 더불어 유기 반도체 자체가 가지는 가공성, 유연성 등으로 인해 유연한(flexible) 전자기기를 구현 할 수 있다는 가능성으로 미래형 전자기기의 핵심 구동 소자로서 많은 관심을 받고 있다. 특히 한 소자에서 p-type과 n-type이 동시에 구현되는 양극성(abipolar) OTFT는 구동 회로의 설계 및 제작 공정을 단순화 시키고 다양한 가능을 부가 시킬 수 있어 좀 더 경량화, 소형화된 미래형 전자 기기를 구현 할 수 있도록 해준다. 본 논문에서는 이러한 ambipolar OTFT의 구조 및 구동 원리를 알아보고 소자에 사용되는 유기 반도체 소재와 소자 구현 기술에 대하여 살펴보고자 한다.

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문제 정의

. 더불어 한 물질에서 양극성 전하 소송 능력을 보여주는 신물질에 대해 소개하고자 한다.
본 논문에서 유기 전자 재료를 이용한 ambipolar OTFT의 제작과 소자 구동원리에 대해 소개하고, ambipolar OTFT 제작 예로 홀을 잘 전달시키는 물질인 P3HT와 전자를 잘 전달시키는 PCBM 두 가지 물질로 BHJ blend 방법을 이용해 제작한 ambipolar OTFT와 홀과 전자 전달층을 TiOx 물질을 이용해 분리한 bilayer 방법으로 제작된 ambipolar OTFT를 소개하였다. 더불어 홀과 전자가 모두 잘 전달되는 낮은 밴드갭을 가지는 신개발 물질 PDTDPP-alt-BTZ를 이용한 완전 대칭형 ambipolar OTFT에 대해서도 간략히 살펴보았다.
본 논문에서는 유기 반도체 재료를 이용한 양극성 OTFT의 구조 및 구동 원리를 알아보고 소자에 사용되는 소재와 소자 구현 기술에 대하여 살펴보고자 한디..
방법일 것이다. 본 단락에서는 홀과 전자가 모두 잘 전달되는 낮은 밴드갭을 가지는 Donor(D)-acceptor(A) 타입의 공액 고분자 Poly (diketopyrrolopyrrole-benzothiadiazole), 일명 PDTDPP-alt-BTZ로 불리는 신물질을 이용한 완전 대칭 전하 전달 특성을 보이는 ambipolar OTFT에 대해 소개하고자 한다.^[19]

제안 방법

FET의 전기적 특성은 source-drain 사이의 전압 Vds를 고정시키고 gate 전압 Vg$에 대한 source-drain 사이 전류 Ids의 변화를 나타내는 전달특성 (Transfer Characteristics) 과출력전압 V_ds에 대한 R의 변화를 각 V_gs에 대해서나 타내는 출력특성 (Output Characteristics)을 측정하여 평가한다. Ambipolar OTFT는 전자와 홀 모두를 한 소자에서 구동시킨다는 특징 때문에 단극성 FET와 다른 특이한 동작 특성을 보여준다.
OTFT를 소개하였다. 더불어 홀과 전자가 모두 잘 전달되는 낮은 밴드갭을 가지는 신개발 물질 PDTDPP-alt-BTZ를 이용한 완전 대칭형 ambipolar OTFT에 대해서도 간략히 살펴보았다.
받게 된다. 이러한 단점을 극복하기 위해 홀 channel과 전자 channel을 분리한 bilayer 방법을 P3HT와 PCBM을이용한 ambipolar OTFT에 적용시켜 보았다.^[18]

대상 데이터

그림 10에 bilayer ambipolar OTFT에 대한 기본 개념을 소개하였다. 홀 전달층과 전자 전달층을 완전히 분리하기 위해서는 전자나 홀 중에 하나만을 선택적으로 통과 시키는 특별한 분리층이 필요한데, 여기서는 이러한 기능성 삽입 층 물질로 TiOx 물질을 사용하였다. sol-gel법으로 합성된 TiOx는 용액상을 가지므로 간단한 스핀코팅만으로 박막을 형성할 수 있고, 일반적인 유기 용매에 녹지 않기 때문에 두 번째 반도체층을 형성시키기 위한 용액 공정 동안 아래층이 녹아 없어지는 것을 방지 할 수 있을 뿐만 아니라, 전자는 잘 전달 시키는 반면에 홀은 막아 버리는 비대칭적 전달특성을 가지고 있어 분리층으로 최적의 조건을 가지고 있다.

성능/효과

수송 능력을보여주고 있다. 가장 최적화된 조건으로 제작된 FET 소자에서 홀 이동도는 약 O.lcmV's"1, 전자이동도는 약 0.09cm²V^-1s^-1으로 아주 우수한 ambipolar OTFT특성을 보여주고 있다. PDTDPP-alt-BTZ를 이용한 ambipolar OTFT 두 개를 이용한 가장 간단한 형태의 논리 회로인 인버터 (invertor)를 제작한 결과가그림 14에 나타나 있다.
나타난다. 소자 제작 후 아무런 후처리를 하지 않은 경우에는 홀 이동도는 1.3 X lOeWV's-1, 전자 이동도는 2.2 X lOecmV'se1 이었으나, 약 15O℃에서 열처리 후에는 홀 이동도가 1.7X 10^-3cm²V^-1s^-1으로 약 10배 정도 증가하였으며, 전자 이동도는 2.0X10:, cm²V*"s*'으로 100배 정도 증가한 결과를 보여주고 있다. 열처리 온도에 따른 홀과 전자의 이동도 변화 그래프를 그림 8에 나타내었다.
후 열처리 효과 역시 출력 특성에서도 그대로 나타나고 있다. 열처리를 하지 않은 경우(그림 9(a): p-type 구동, 그림 9(b): n-type 구동), 가해준 최대 구동 전압(I V시 =60V와 I V세 =60V) 에서 나타나는 Ids 값이 열처리 후에 p-type 구동에서는 약 10배, n-type모드에서는 약 100배 증가한 것을 알 수 있다.
PDTDPP-alt-BTZ를 이용한 ambipolar OTFT 두 개를 이용한 가장 간단한 형태의 논리 회로인 인버터 (invertor)를 제작한 결과가그림 14에 나타나 있다. 제작된 인버터는 지금까지 고분자 반도체를 이용해 제작된 ambipolar OTFT를 이용한 인버터 중에서는 가장 높은 약 35정도의 이득값을 보여주었다.

후속연구

앞서 기술한 것처럼, 높은 성능을 가지는 ambipolar OTFT의 개발은 전자 기기 구동 회로의 디자인을 단순화하고 경량화 시킬 수 있는 장점을 가지고 있어 미래형 전자 소자의 핵심 소재가 될 것으로 기대되고 있다. 따라서 좋은 특성의 신규 소재 개발과 소자 최 적화 기술 개발을 위한 지속적인 연구와 투자가 계속 되 어야 할 것으로 생각된다.

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