[논문]투명 유연 박막 트랜지스터의 구현을 위한 열처리된 산화아연 박막의 전사방법 개발

권순열; 정동건; 최영찬; 이재용; 공성호

doi:10.5369/jsst.2018.27.3.182

투명 유연 박막 트랜지스터의 구현을 위한 열처리된 산화아연 박막의 전사방법 개발
Transfer of Heat-treated ZnO Thin-film Plastic Substrates for Transparent and Flexible Thin-film Transistors 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.27 no.3, 2018년, pp.182 - 185

권순열 (경북대학교 전자공학부) , 정동건 (경북대학교 전자공학부) , 최영찬 (경북대학교 전자공학부) , 이재용 (경북대학교 전자공학부) , 공성호 (경북대학교 전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Zinc oxide (ZnO) thin films have the advantages of growing at a low temperature and obtaining high charge mobility (carrier mobility) [1]. Furthermore, the zinc oxide thin film can be used to control application resistance depending on its oxygen content. ZnO has the desired physical properties, a transparent nature, with a flexible display that makes it ideal for use as a thin-film transistor. Though these transparent flexible thin-film transistors can be manufactured in various manners, manufacturing large-area transistors using a solution process is easier owing to the low cost and flexible substrate. The advantage of being able to process at low temperatures has been attracting attention as a preferred method. However, in the case of a thin-film transistor fabricated through a solution process, it is reported that charge mobility is lower. To improve upon this, a method of improving the crystallinity through heat treatment and increasing electron mobility has been reported. However, as the heat treatment temperature is relatively high at $500^{\circ}C$, an application where a flexible substrate is absent would be more suitable.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 연구에서는 연마된 구리 기판 용액에 용액공정을 통해 산화아연 박막을 제작 한 후 열처리 과정을 통해 결정성을 향상시키고, 열처리가 끝난 후에 유연 기판 위로 전사 하는 연구를 진행 하였다.
본 연구에서는 연마된 구리 기판 위에 용액공정을 통해 산화아연 박막을 제작한 후 열처리 과정을 통해 결정성을 향상시키고, 열처리가 끝난 후에 유연 기판 위로 전사하는 연구를 진행하였다. 실험은 용액공정을 이용하여 산화 아연 박막을 제작하였고, 열처리에 따른 구조적 변화를 확인 하였다.

제안 방법

다음은 highly p-type 으로 도핑 되어 있는 실리콘 기판에 ZnO/polysilazane을 전사하여 전기적 특성을 확인한 결과와 유연하고 투명한 polyethylene terephthalate (PET)위에 전사하여 투과도를 확인하였다. TFT의 제작은 도핑된 실리콘을 bottom gate로 이용하였고, 전사된 polysilazane을 gate insulator로 ZnO를 채널층으로 이용하였다.
본 연구에서는 용액공정을 이용하여 산화아연 박막을 제작 하기 위해 먼저 zinc acetate dihydrate(Zn(CH₃COO)2·2H₂O)를 methoxyethanol에 0.05 M을 70^oC를 1시간 동안 희석시켰다. 구리박막(Sigma Aldrich社)을 chemical mechanical polishing(CMP)를 이용하여 표면을 연마 하였다.
본 연구에서는 연마된 구리 기판 위에 용액공정을 통해 산화아연 박막을 제작한 후 열처리 과정을 통해 결정성을 향상시키고, 열처리가 끝난 후에 유연 기판 위로 전사하는 연구를 진행하였다. 실험은 용액공정을 이용하여 산화 아연 박막을 제작하였고, 열처리에 따른 구조적 변화를 확인 하였다. 박막의 균열에 의한 문제로 인하여 여러 방법으로 실험을 진행하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 polysilazane이라는 물질을 protective layer로 insulating layer를 이용함으로써 이를 바로 소자의 gate insulator를 이용하고 산화아연을 채 채널층으로 이용하고자 사용하였다. Fig.

이론/모형

열처리가 끝난 구리기판을 투명한 기판에 전사 하기 위해 다음과 같이 실험을 진행하였다. 이 실험에서는 일반적으로 그래핀을 전사하는 방법인 poly(methyl methacrylate) (PMMA)-assisted wet transfer 방법으로 전사를 하였다. Fig.

성능/효과

이러한 결과는 산화아연에 형성된 전사과정에서 야기되는 미세한 틈으로 인해 소자 특성에 영향을 준 것으로 생각된다. PET위에 형성된 박막의 투과도를 측정한 결과 550 nm의 파장에서 약 89%이며 비교적 우수한 광학 투과도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
그 결과 polysilazane을 gate insulator로 사용하여 박막의 갈라지는 현상을 낮추고 전기적 특성을 분석하였다. 그 결과 통해 n-type behavior를 보이는 것을 확인 할 수 있고 on-off ratio가 약 10⁵인 것을 확인 할 수 있었고 박막의 투과도를 측정한 값도 550nm의 파장에서 약89%의 우수한 광학 투과도를 가지고 있음을 확인하였다.

후속연구

본 연구에서의 결과를 바탕으로 향후 다른 실험과 이러한 문제점들을 개선한다면 투명하고 유연한 기판에 고효율 TFT 소자를 제작 하여 여러 방면에서 다양한 소자와 뿐 아니라 다양한 센서에도 응용 할 수 있을 거라 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용액공정을 통해 제작된 박막 트랜지스터의 문제점은?	이러한 투명 유연 박막 트랜지스터는 다양한 방법으로 제작이 가능하지만 용액공정을 통한 제작은 저비용에 대면적의 제작이 용이하며 낮은 온도에서 공정이 가능하다는 장점으로 인해 유연한 기판에 적용 가능한 방법으로 각광받고 있다. 하지만 용액공정을 통해 제작된 박막 트랜지스터의 경우 전하 이동도가 낮다고 보고되고 있다[7,8]. 이를 개선하기 위해서 열처리를 통해 결정성을 향상시키고 전자 이동도를 증가시키는 방법이 보고 된 바 있지만 열처리 온도가 500oC 로 비교적 높기 때문에 유연 기판에 적용하기에는 적합하지 않다.
	산화아연(ZnO)박막의 장점은?	유연하고 투명한 플라스틱 기판의 전자소자에 대한 산화아연 박막 트랜지스터는 최근 경량화, 저비용, 고효율, 투명성 및 유연성을 위해 많은 주목을 받고 있다[1]. 산화아연(ZnO)박막은 낮은온도에서성장이가능하며높은전하이동도 (carrier mobility)를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 산화아연박막은 산소함량에 따라 저항을 제어 할 수 있기 때문에 원하는 물성을 얻기에 매우 용이하게 사용되며 투명한 성질은 투명 유연 디스플레이의 박막 트랜지스터로 응용을 할 수 있다는 장점을 지닌다[2,3].
	산화아연박막의 단점은?	또한, 산화아연박막은 산소함량에 따라 저항을 제어 할 수 있기 때문에 원하는 물성을 얻기에 매우 용이하게 사용되며 투명한 성질은 투명 유연 디스플레이의 박막 트랜지스터로 응용을 할 수 있다는 장점을 지닌다[2,3]. 그러나 용액 처리 ZnO thin film transistors (TFTs)의 병목 현상은 낮은 캐리어 이동성이라는 것이 널리 알려져 있다. 이 문제를 극복하기 위해 다양한 금속으로 금속 산화물을 도핑하는 것과 관련된 막대한 노력과 연구가 진행 되어 왔고 진행되고 있다[4-6].

참고문헌 (9)

K. Song, J. Noh, T. Jun, Y. Jung, H.-Y. Kang, and J. Moon, "Flexible solution-deposited ZnO thin-film transistors", Adv. Mater., Vol. 22(38), pp. 4308-4312, 2010.

상세보기
A. R. Brown, C. P. Jarrett, D. M. de Leeuw, M. Matters, "Field-effect Transistors made from solution-process organic semiconductors", Synth. Met., Vol. 88(1), pp. 37-55, 1997.

상세보기
C. R. Kagan, D. B. Mitzi, C. D. Dimitrakopoulos, "Organic-inorganic hybrid materials as semiconducting channels in thin-film field-effect transistors", Science., Vol. 286(5441), pp. 945-947, 1999.

상세보기
G. Adamopoulos, A. Bashir, S. Thomas, W. P. Gillin, S. Georgakopoulos, M. Shkunov, M. A. Baklar, N. Stingelin, R. C. Maher, L. F. Cohen, D. D. C. Bradley, and T. D. Anthopoulos, "High-mobility low-voltage ZnO and Li-doped ZnO transistors based on ZrO2 high-k dielectric grown by spray pyrolysis in ambient air", Adv. Mater., Vol. 23(16), pp. 1894-1898, 2011.

상세보기
G. Adamopoulos, S. Thomas, P. H. Wobkenberg, D. D. C. Bradley, M. A. McLachlan, and T. D. Anthopoulos, "High-mobility low-voltage ZnO and Li-doped ZnO transistors based on ZrO2 high-k dielectric grown by spray pyrolysis in ambient air", Adv. Mater., Vol. 23(16), pp. 1894-1898, 2011.

상세보기
S. Y. Park, K. Kim, K.-H. Lim, B. J. Kim, E. Lee, J. H. Cho, and Y. S. Kim, "The structural, optical, and electrical characterization of highperformance, low- temperature and solution-processed alkali metal-doped ZnO TFTs", J. Mater. Chem. C, Vol. 1(7), pp. 1383-1391, 2013.

상세보기
R. R. Nair, P. Blake, A. N. Grigorenko, K. S. Novoselov, T. J. Booth, T. Stauber, N. M. R. Pere, and A. K. Geim, "Fine structure constant defines visual transparency of graphene", Science, Vol. 320(5881), pp. 1308-1308, 2008.

상세보기
K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J.-H. Ahn, P. Kim, J.-Y. Choi, and B. H. Hong, "Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes", Nature, Vol. 457(7230), pp. 706-710, 2009.

상세보기
Yutaca Ohya, Tsukas Niwa, Takayuki Ban , and Yasutaka Takahashi, "Thin film transistor of ZnO fabricated by chemical solution deposition", Jpn.J.Appl.Phys., Vol. 40(1), pp. 297-298, 2001.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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