초록 ▼

연구의 목적 및 내용
- 플렉서블 투명전도성 CNT-Polymer 박막의 기반기술을 확보하고, 이러한 박막을 이용한 플렉서블 투명 CNT-TFT 소자(on/off ratio 106 이상, 전자이동도 10.0 cm2/Vs 이상, 동작 전압 3V 이하, 투명도 85% 이상, bending 횟수 이만 번 후 전기적 특성 변화 10% 이내)를 구현한다
연구결과
- CNT-TFT 소자의 채널 영역에 사용하는 반도체성 SWCNT 합성기술을 개발하기 위하여 Ni, Fe, Fe-Bi, Fe-Mo/MgO 및 Fe-FeS 등의 다양한

연구의 목적 및 내용
- 플렉서블 투명전도성 CNT-Polymer 박막의 기반기술을 확보하고, 이러한 박막을 이용한 플렉서블 투명 CNT-TFT 소자(on/off ratio 106 이상, 전자이동도 10.0 cm2/Vs 이상, 동작 전압 3V 이하, 투명도 85% 이상, bending 횟수 이만 번 후 전기적 특성 변화 10% 이내)를 구현한다
연구결과
- CNT-TFT 소자의 채널 영역에 사용하는 반도체성 SWCNT 합성기술을 개발하기 위하여 Ni, Fe, Fe-Bi, Fe-Mo/MgO 및 Fe-FeS 등의 다양한 촉매를 사용하여 직경, 구조 및 결정성을 제어하고, 저저항 소오스/드레인 전극을 개발하기 위해 소오스/드레인 전극에 사용하는 고전도성 DWCNT와 thin-MWCNT의 합성 및 물성을 제어하였다.
- 기상합성법과 전기방전법으로 합성된 SWCNT의 정제 공정을 최적화하였고 $H_{2}O_{2}$를 이용하여 저손상 CNT정제를 하였다. 또한 초임계 산화법을 이용하여 저손상, 고효율의 CNT를 분산하여 CNT의 손상을 적게 하면서 CNT표면을 개질할 수 있는 기술을 개발하였다. CNT를 이용한 TFT 소자를 제작하기 위해서는 반도체성 CNT만을 추출해 낼 기술이 필요한데 컬럼 크로마토그래피법을 이용하여 금속성과 반도체성 SWCNT의 분리를 하였고 비율에 따라 금속성과 반도체성 특성이 변화하는 것을 알 수 있었다.
- 플렉서블 투명 CNT-TFT에서 n-type과 p-type TFT를 구현할 수 있도록 CNT에 유기물 또는 전기화학법을 이용하여 도핑을 하였다. TMPD, TMP 및 BDPP의 경우 뚜렷한 n-type도핑효과를 보였으며 전기화학법을 이용한 경우 도펀트의 농도를 정확히 조절하고 사용하는 전해질$(LiClO_{4}, KMnO_{4)}$에 따라 강자성 도핑까지 구현할 수 있었다.
- 플렉서블 투명전도성 CNT-Polymer 박막기술에서는 스프레이 코팅법과 전사법을 이용하여 투명전도성 박막을 제작하여 CNT-TFT 소자를 제작하였다. 채널에 사용되는 반도체성 SWCNT 박막을 일정한 방향으로 정렬하기 위하여 교류 유전이동법을 이용하여 우수한 전기적 특성을 유도하였다. 채널의 길이에 따라 소자의 특성을 평가한 결과 40um 이상으로 증가하면 TFT 소자의 on/off 구간이 명확해지며 on 구간에서 소스-드레인 전류값의 포화현상이 뚜렷하게 나타났다. 320um의 채널에서 TFT의 최대 성능이 나타났으며 on/off ratio는 $10^{3}$, 전하의 이동도는 $6.7cm^{2}$/Vs 을 보였다. 또한 all carbon 구조에서의 CNT-TFT를 제작하여 특성을 평가한 결과 $10^{4}$의 on/off ratio를 보여 투명 플렉서블 소자로써는 매우 높은 수준으로 나타났다.
연구결과의 활용계획
- 맞춤형 SWCNT를 합성하여 chirality, 직경, 구조 및 결정성을 제어하게 되면 TFT 소자에 필요한 반도체성 CNT를 선택적으로 사용하여 소자의 특성을 극대화 할 수 있다.
플렉서블 투명 CNT-TFT 기술은 플렉서블 디스플레이, 플렉서블 터치패널, RFID, 플렉서블 센서, 플렉서블 유기 태양전지, 플렉서블 전자부품, 플렉서블 안테나, 플렉서블 MEMS, wearable PC, mobile 정보통신 시스템 등에서 핵심 기술로 적용이 예상된다.
상기의 결과를 발전시켜 on/off ratio와 전하의 이동도를 높이면 플렉서블 일렉트로닉스 분야의 원천기술을 확보하게 되고 신규시장 창출 및 시장선점의 효과를 기대할 수 있다.

Abstract ▼

Purpose& contents
Our final goal is establishment of the base technology for a flexible transparent conductive CNT-Polymer film and realization of the CNT-TFT device (with on/off ratio over $10^{6}$ of the on/off ratio, more than $10cm^{2}$/Vs of the mobility, under 3 V of t

Purpose& contents
Our final goal is establishment of the base technology for a flexible transparent conductive CNT-Polymer film and realization of the CNT-TFT device (with on/off ratio over $10^{6}$ of the on/off ratio, more than $10cm^{2}$/Vs of the mobility, under 3 V of the threshold voltage, more than 85% of transparency, less than 10% change of electric characteristic after 20,000 times of bending).
Result
In order to achieve a synthesis method of semiconducting SWCNT which will be used for the channel layer of CNT-TFT device, we have synthesized CNTs with various catalysts such as Ni, Fe, Fe-Bi, Fe-Mo/MgO and Fe-FeS, and controlled the diameter, structure and crystalline quality. The synthesis of DWCNT and thin-MWCNT was performed and the physical properties were controlled for the electrode of low-resistance source/drain.
We have optimized the best purification process of synthesized SWCNT by arc-discharge and chemical vapor deposition system. $H_{2}O_{2}$ treated CNT purification was developed in a high quality and low loss efficiency. Surface modification of CNT for the low loss was obtained with the supercritical oxidation method to disperse a high efficiency of CNT. Separation between metallic and semiconducting SWCNTs is important for the TFT device, which is used in a channel layer. the Chromatography method was used for the separation of metallic and semiconducting SWCNTs and their own properties was shown according to the ratio.
Organic and electrochemical doping was done for the n-type or the p-type doping of SWCNTs. TMPD, TMP and BDPP show n-type doping effects clearly. The control of concentration of dopant and the ferromagnetic doping due to the electrolytes$(LiClO_{4}, KMnO_{4})$ were performed by electrochemical method. For the flexible transparent CNT-Polymer thin film, CNT-TFT devices were made by spray coating method and filtration transfer method. AC dielectrophoresis was introduced to make a good alignment for the superb electrical property to be used in a channel of SWCNT of CNT-TFT. From the device performance of various channels of TFT, 40 um channel has a apparent saturation tendency of source/drain current in a on state and on/off behavior as the channel length increases. 320 um channel shows the best device performance such as on/off ratio of $10^{3}$ and $6.7cm^{2}$/Vs of mobility. In addition, the device performance of all carbon structure of TFT was estimated. $10^{4}$ of on/off ratio was achieved as a fairly good performance of the tansparent flexible device.
Expected Contribution
- Flexible electronics are predicted as one of the key issues of next generation of electronic markets. The technologies of flexible transparent conductive CNT-Polymer film and flexible transparent CNT-TFT give domestic companies global competitive power which makes preoccupation possible for the expected high value-added market.

목차 Contents

• 도약연구사업(舊 국가지정연구실) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 81
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 82
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 83
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 84
• 8. 참고문헌 ... 84
• 9. 연구성과 ... 86
• 10. 기타사항 ... 104