[논문]유기 전계효과 트랜지스터 구동 안정성 향상 기술 동향

이승구; 최현호

doi:10.17702/jai.2019.20.4.162

유기 전계효과 트랜지스터 구동 안정성 향상 기술 동향
Overview of Electrical Stability in Organic Field-Effect Transistors 원문보기

접착 및 계면 = Journal of adhesion and interface, v.20 no.4, 2019년, pp.162 - 168

이승구 (울산대학교 화학과) , 최현호 (경상대학교 나노신소재공학부)

초록이 없습니다.

표/그림 (8)

그림 Figure 1. (a) Device structure of organic field-effect transistors, OFETs: top-contact bottom-gate, TCBG (top), bottom-contact top-gate, BCTG (bottom). Charge carriers accumulated by gate-bias are shown as black circles, which are located at the interface between organic semiconductor and gate dielectric. (b) A picture of OFETs array rolled on a rod with radius of 2 mm. Reproduced with permission from ref [2]. Copyright 2016 Wiley. (c) Transfer characteristics of OFET based on rubrene semiconductor.
그림 Figure 2. (a) Typical transfer characteristics of pentacene OFETs subjected to a prolonged period of gate-bias stress (V_G = -80 V). (b) In situ measurements of the drain current of a pentacene OFET as a function of the bias-stress time for a fixed V_G = -60 V, V_D = -5 V.
그림 Figure 3. Bias-stress stability measured at V_D = -80 V prior to the stress sequence (full black line), after 2 h of gate bias stress at V_G = -70 V (dashed red line), and after subsequent gate bias stress at V_G = +70 V for 2 h (dotted green line) for a rubrene single crystal OFET.
그림 Figure 4. (a) Charge of average field-effect mobility as a function of molecular weight and annealing temperature of PQTBTz-C12 thin film. (b) Threshold voltage shift (ΔV_th) of PQTBTz-C12 OFETs as a function of molecular weight under inert conditions (H₂O < 1 ppm and O₂ < 1 ppm): gate bias V_G = -20 V and drain bias V_D = -1 V).
그림 Figure 5. (a) Left: UPS spectra of rubrene (red), TIPS-pen (blue), and tetracene (green). Right: UPS spectrum of ultrathin (10 nm) parylene-N on gold. The inset is a UV-visible optical absorption spectrum of parylene-N, showing a∼1.5 eV-wide tail of states below the 280 nm absorption edge. (b) Normalized bias stress curves, I_SD(t)/I₀ of several single-crystal OFETs (V_G = -80 V, V_SD = 25 V, C_i = 2.35 nFcm^-2).
그림 Figure 6. Linear (top) and semilog (bottom) plots of the I_D(V_G) of a rubrene OFET, measured at a fixed V_D = 5 V in the dark after illumination of the device with a white light.
그림 Figure 7. Time-dependent I_D characteristics of pentacene OFETs with variable curing time of PVP gate dielectric under a gate bias stress of V_G = V_D = -15 V.
그림 Figure 8. (a) Time-dependent threshold voltage shifts for pentacene OFETs with different electrodes (Au or Cu). Inset: transfer characteristics measured prior to the bias stress, after 1000 s of bias stress at V_D = −1 V. (b) Normalized contact resistance shifts of pentacene OFETs with Au or Cu electrodes as a function of the bias stress time. (c) Contact resistance of C60 OFETs with different gold electrodes, before and after bias stress at V_D = 10 V and V_G = 20 V for 1 h. (d) Transfer characteristics for contact-doped OFETs, before and after bias stress.

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 총설에서는 유기반도체/절연체 계면에서의 전하이동을 이용한 유기 전계효과 트랜지스터를 소개하고,소자 불안정성에 기여하는 핵심 원인인 바이어스 스트레스 효과를 소개하였다. 특히, 바이어스 스트레스 효과에 의해 소자성능을 저하시키는 전하트랩을 분석하고 전하트래핑 메커니즘을 규명한 연구결과를 중심으로 소개하였다.
본 총설에서는 유기트랜지스터의 유기반도체/절연체 계면에서 일어나는 바이어스 스트레스 효과에 대한 이론적 소개와 현재까지 밝혀진 전하트래핑 현상을 소개하고자 한다.
본 총설에서는 유기반도체/절연체 계면에서의 전하이동을 이용한 유기 전계효과 트랜지스터를 소개하고,소자 불안정성에 기여하는 핵심 원인인 바이어스 스트레스 효과를 소개하였다. 특히, 바이어스 스트레스 효과에 의해 소자성능을 저하시키는 전하트랩을 분석하고 전하트래핑 메커니즘을 규명한 연구결과를 중심으로 소개하였다. 전하트랩은 유기반도체, 절연체, 유기반도체/절연체 계면에 다양한 원인으로 분포하고 있으며, 이 원인들의 제어가 고안정성 유기트랜지스터 개발에 중요한 요소로 판단된다.

가설 설정

하지만, 드레인 전류 감소가 문턱전압 변화, 전하이동도 감소둘 중 어떤 요인에 의한 것인지 명확하게 밝혀내는데 한계가 있다. 따라서, 이 방법에서는 문턱전압 변화가 주요인이라 가정(전하이동도는 고정이라 가정)하고 정량적 분석을 수행한다.

제안 방법

바이어스 스트레스 효과의 정량 분석을 위해 많은 수학적 모델이 제시되었고, Fig. 2에서 보는 바와 같이 문턱전압 이동에 의한 드레인 전류 변화를 주로 해석하였다. 가장 유효한 모델은 늘어진 지수 함수(stretched exponential function)로 비정질 실리콘 트랜지스터의 바이어스 스트레스 효과를 설명하기 위해 최초로 제안되었다[14, 15].

성능/효과

6). 또한, 광유도에 의한 계면간 전하이동 속도는 흡수계수, 빛의 밝기, 게이트 전압이 가장 큰 영향을 준다. 흥미로운 점은 인가된 게이트 전압의 극성에 따라 계면 간 이동하는 전하 종류를 결정할 수 있다는 것이다: 게이트 전압 극성이 양(음)이면 전자(홀)전하가 계면을 통과하여 이동한다.
Podzorov 연구팀은 유기반도체가 가진 이동가능전하의 에너지 준위와 절연체가 가진 이동불가능 상태 에너지 준 위 간의 차이가 계면 간 전하이동속도(charge transfer rate)를 결정짓는다고 보고하였다[11]. 바이어스 스트레스에 의한 드레인 전류 변화 관찰과 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위를 관찰할 수 있는 UPS(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy) 측정을 통해, 유기반도체의 HOMO 준위와 절연체의 편재화 에너지 준위 간의 겹쳐짐이 커질수록 계면 간 전하이동이 빨라지고, 바이어스 스트레스 효과가 상승함을 증명하였다 (Fig. 5). 이를 해결하기 위해 Cytop과 같은 불소화 절연체 고분자를 유기반도체/절연체 계면층으로 도입하여 절연체 표면의 이온화 포텐셜(ionization potential)을 높이거나 계면 간 전하터널링을 막기 위한 나노크기수준의 다양한 물리적 배리어를 삽입하는 방법이 제시되고 있다[22, 26-28].
Kalb 연구팀은 유기반도체 단결정을 이용한 유기트랜지스터의 바이어스 스트레스 안정성을 연구하였다[22]. 특히, 루브렌(rubrene) 단결정 유기트랜지스터(유기반도체: 루브렌 단결정, 절연체: Cytop)의 경우, 불활성 분위기에서 두 시간 동안의 바이어스 스트레스에도 소자의 전기적 특성 변화가 거의 없음을 관찰하였다(문턱전압 변화 0.3% 이하) (Fig. 3). 이와 반대로 비정립계를 가진 다결정계 유기트랜지스터(유기반도체: pentacene, 절연체: Cytop)는 같은 바이어스 스트레스 환경에서 명확한 불안정성이 관찰되었다(문턱전압 변화 7.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유기트랜지스터가 구동소자로 관심을 받는 이유는 무엇인가?	플렉서블 디스플레이 분야에서 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistors (OFETs), 이하 유기트랜지스터)는 디스플레이 소자를 제어하는 스위칭 기능을 수행하면서 저온 공정을 통해 휘어질 수 있는 플라스틱 기판에 제작할 수 있는 가장 적합한 소자 중 하나로 평가받고 있다. 유기트랜지스터가 구동소자로 관심을 받는 이유는 종이처럼 얇고 유연한 기판 위에 소자 구현이 가능하며, 유기물의 특성상 무기물에 비해 충격에 강하고 기계적 변형이 용이하기 때문이다. 또한, 고비용의 진공 공정보다 산업적으로 저렴한 용액 공정이 가능한 장점이 있다.
	유기트랜지스터가 상용화되기 위해서는 무엇이 확보되어야 하는가?	유기트랜지스터가 상용화되기 위해서는 충분한 전하이동도(field-effect mobility)가 확보되어야 한다. 지난 15년간 유기트랜지스터의 전하이동도는 수천배의 향상을 이루어 왔고, 현재는 1-10 cm2V-1s-1 수준의 전하이동도가 보고되고 있어, 비정질 실리콘 트랜지스터의 전하이동도(0.
	지난 15년간 전하이동도 향상에 비해, 유기트랜지스터는 무엇의 개선이 요구되는가?	5-1 cm2V-1s-1)를 뛰어넘었다[4]. 하지만 아쉽게도 소자 안정성은 전하이동도 향상에 비해 추가적인 개선이 요구된다[5]. 소자 안정성은 크게 환경 안정성(environmental stability)과 바이어스 스트레스 안정성(bias-stress stability)로 구분할 수 있다.

참고문헌 (39)

https://www.medgadget.com/2018/07/wearable-medical-device-market-analysis-2018-growth-by-top-companies-and-trends-by-types-and-application-forecast-analysis-to-2027.html
A. Reuveny, S. Lee, T. Yokota, H. Fuketa, C. M. Siket, S. Lee, T. Sekitani, T. Sakurai, S. Bauer, and T. Someya. Adv. Mater., 28, 3298 (2016).

상세보기
J. Rogers, G. Malliaras, and T. Someya. Science Advances, 4, eaav1889 (2018).

상세보기
A. F. Paterson, S. Singh, K. J. Fallon, T. Hodsden, Y. Han, B. C. Schroeder, H. Bronstein, M. Heeney, I. McCulloch, and T. D. Anthopoulos. Adv. Mater., 30, 1801079 (2018).

상세보기
H. Sirringhaus. Adv. Mater., 21, 3859 (2009).

상세보기
H. T. Yi, Z. Chen, A. Facchetti, and V. Podzorov. Adv. Funct. Mater., 26, 2365 (2016).

상세보기
M. Nikolka, I. Nasrallah, B. Rose, M. K. Ravva, K. Broch, A. Sadhanala, D. Harkin, J. Charmet, M. Hurhangee, A. Brown, S. Illig, P. Too, J. Jongman, I. McCulloch, J.-L. Bredas, and H. Sirringhaus. Nat. Mater., 16, 356 (2017).

상세보기
J. D. Wood, S. A. Wells, D. Jariwala, K.-S. Chen, E. Cho, V. K. Sangwan, X. Liu, L. J. Lauhon, T. J. Marks, and M. C. Hersam. Nano Lett., 14, 6964 (2014).

상세보기
S. Park, S. H. Kim, H. H. Choi, B. Kang, and K. Cho. Adv. Funct. Mater., n/a, 1904590).
H. H. Choi, W. H. Lee, D. H. Kim, and K. Cho. Adv. Mater., 26, 1660 (2014).

상세보기
B. Lee, A. Wan, D. Mastrogiovanni, J. E. Anthony, E. Garfunkel, and V. Podzorov. Phys. Rev. B, 82, 085302 (2010).

상세보기
V. Podzorov, E. Menard, A. Borissov, V. Kiryukhin, J. A. Rogers, and M. E. Gershenson. Phys. Rev. Lett., 93, 086602 (2004).

상세보기
M. Fahlman, S. Fabiano, V. Gueskine, D. Simon, M. Berggren, and X. Crispin. Nature Reviews Materials, 4, 627 (2019).

상세보기
S. G. J. Mathijssen, M. Kemerink, A. Sharma, M. Colle, P. A. Bobbert, R. A. J. Janssen, and D. M. de Leeuw. Adv. Mater., 20, 975 (2008).

상세보기
Y. Chen, and V. Podzorov. Adv. Mater., 24, 2679 (2012).

상세보기
W. B. Jackson, J. M. Marshall, and M. D. Moyer. Phys. Rev. B, 39, 1164 (1989).

상세보기
F. R. Libsch, and J. Kanicki. Appl. Phys. Lett., 62, 1286 (1993).

상세보기
H. H. Choi, W. H. Lee, and K. Cho. Adv. Funct. Mater., 22, 4833 (2012).

상세보기
T. Miyadera, S. D. Wang, T. Minari, K. Tsukagoshi, and Y. Aoyagi. Appl. Phys. Lett., 93, 033304 (2008).

상세보기
P. A. Bobbert, A. Sharma, S. G. J. Mathijssen, M. Kemerink, and D. M. de Leeuw. Adv. Mater., 24, 1146 (2012).

상세보기
A. Sharma, S. G. J. Mathijssen, M. Kemerink, D. M. d. Leeuw, and P. A. Bobbert. Appl. Phys. Lett., 95, 253305 (2009).

상세보기
W. L. Kalb, T. Mathis, S. Haas, A. F. Stassen, and B. Batlogg. Appl. Phys. Lett., 90, 092104 (2007).

상세보기
R. A. Street. Phys. Rev. B, 77, 165311 (2008).

상세보기
D. H. Kim, J. Lee, J.-I. Park, J. W. Chung, W. H. Lee, G. Giri, B. Yoo, B. Koo, J. Y. Kim, Y. W. Jin, K. Cho, B.-L. Lee, and S. Lee. Adv. Funct. Mater., 21, 4442 (2011).

상세보기
S. G. Mathijssen, M. J. Spijkman, A. M. Andringa, P. A. van Hal, I. McCulloch, M. Kemerink, R. A. Janssen, and D. M. de Leeuw. Adv. Mater., 22, 5105 (2010).

상세보기
A. Virkar, S. Mannsfeld, J. H. Oh, M. F. Toney, Y. H. Tan, G.-y. Liu, J. C. Scott, R. Miller, and Z. Bao. Adv. Funct. Mater., 19, 1962 (2009).

상세보기
F. Gholamrezaie, A.-M. Andringa, W. S. C. Roelofs, A. Neuhold, M. Kemerink, P. W. M. Blom, and D. M. de Leeuw. Small, 8, 241 (2012).

상세보기
J. Park, W. H. Lee, S. Huh, S. H. Sim, S. B. Kim, K. Cho, B. H. Hong, and K. S. Kim. J. Phys. Chem. Lett., 2, 841 (2011).

상세보기
V. Podzorov, and M. Gershenson. Phys. Rev. Lett., 95, 016602 (2005).

상세보기
H. H. Choi, H. Najafov, N. Kharlamov, D. V. Kuznetsov, S. I. Didenko, K. Cho, A. L. Briseno, and V. Podzorov. ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 34153 (2017).

상세보기
H. H. Choi, J. Park, S. Huh, S. K. Lee, B. Moon, S. W. Han, C. Hwang, and K. Cho. ACS Photonics, (2017).
R. Di Pietro, I. Nasrallah, J. Carpenter, E. Gann, L. S. Kolln, L. Thomsen, D. Venkateshvaran, K. O'Hara, A. Sadhanala, M. Chabinyc, C. R. McNeill, A. Facchetti, H. Ade, H. Sirringhaus, and D. Neher. Adv. Funct. Mater., 26, 8011 (2016).

상세보기
R. A. Street, A. Salleo, and M. L. Chabinyc. Phys. Rev. B, 68, 085316 (2003).

상세보기
H. H. Choi, B. Kang, B. Moon, E. Song, and K. Cho. Adv. Electron. Mater., 2, 1500380 (2016).

상세보기
D. K. Hwang, K. Lee, J. H. Kim, S. Im, J. H. Park, and E. Kim. Appl. Phys. Lett., 89, 093507 (2006).

상세보기
D. K. Hwang, C. Fuentes-Hernandez, J. Kim, W. J. Potscavage Jr., S.-J. Kim, and B. Kippelen. Adv. Mater., 23, 1293 (2011).

상세보기
Y. Yan, X. J. She, H. Zhu, and S. D. Wang. Org. Electron., 12, 823 (2011).

상세보기
M. Robin, M. Harnois, Y. Molard, and E. Jacques. Org. Electron., 39, 214 (2016).

상세보기
F. Ante, D. Kalblein, U. Zschieschang, T. W. Canzler, A. Werner, K. Takimiya, M. Ikeda, T. Sekitani, T. Someya, and H. Klauk. Small, 7, 1186 (2011).

상세보기

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