Amorphous In-Ga-Zn-O (a-IGZO) thin film transistors (TFTs) with a coplanar structure were fabricated to investigate the feasibility of their potential application in large size organic light emitting diodes (OLEDs). Drain currents, used as functions of the gate voltages for the TFTs, showed the output currents had slight differences in the saturation region, just as the output currents of the etch stopper TFTs did. The maximum difference in the threshold voltages of the In-Ga-Zn-O (a-IGZO) TFTs was as small as approximately 0.57 V. After the application of a positive bias voltage stress for 50,000 s, the values of the threshold voltage of the coplanar structure TFTs were only slightly shifted, by 0.18 V, indicative of their stability. The coplanar structure TFTs were embedded in OLEDs and exhibited a maximum luminance as large as 500 nits, and their color gamut satisfied 99 % of the digital cinema initiatives, confirming their suitability for large size and high resolution OLEDs. Further, the image density of large-size OLEDs embedded with the coplanar structure TFTs was significantly enhanced compared with OLEDs embedded with conventional TFTs.

휘어지며 투명한 전자기기의 개발을 위해서 최근 유기반도체, 탄소기반 나노소재, 금속산화물 반도체등의 다양한 신소재 반도체 개발에 대한 연구가 관심을 받으며 지속적으로 발전하고 있다. 그러나, 이러한 신소재 반도체 기술의 꾸준하고 지속적인 발전에도 불구하고 트랜지스터를 구성하는 주요 소재중 하나인 유전체에 대한 연구는 반도체의 개발속도에 크게 미치지 못하여, 기계적인 휘어짐의 특성을 갖추고, 높은 캐패시턴스와 좋은 누전전류 특성을 갖는 새로운 유전체 개발에 대한 요구가 지속적으로 커지고 있다. 이에 본 연구는 저전압에서 구동 가능한 박막트랜지스터를 위한 유기-무기 하이브리드소재 박막을 개발하며 이를 저전압 구동이 가능한 유기박막트랜지스터에 적용하였다. 상대적으로 높은 유전상수를 갖는 염화하프늄 (HfO2)과 소수성기를 갖고 있으며 금속산화물과 공유결합이 가능한 실란산 기반의 유기물 (octadecyltrimethoxysilane)을 혼합한 전구체 용액을 합성하며 상대적으로 낮은 온도에서 열처리를 통해 얻을 수 있었다. 제조된 하이브리드 게이트 유전체 박막은 우수한 절연 및 유전체 특성과 함께 소수성 표면 특성을 가질 수 있었고 펜타센 유기박막트랜지스터로 응용하여 저전압에서 구동이 되며 우수한 트랜지스터 성능을 갖는 소자를 개발하였다.

본 논문에서는 유연/인쇄 전자 기술을 활용해 고성능의 유기물 반도체 기반 트랜지스터를 개발하고, 이를 통해 인공지능용 반도체 및 폴리모픽 전자회로에 응용하기 위해 공액구조 고분자 반도체 소재의 광파 어닐링 방법에 따른 특성 향상 효과를 연구하였다. 일반적으로 열처리를 위해 가장 많이 활용되는 핫플레이트의 경우 반도체 소자 특성의 균일도 문제와 높은 온도 및 열-용량으로 인한 플라스틱 기판 사용의 제한, 긴 어닐링 시간 등의 문제로 인해 실제 산업에서 활용하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 광파를 활용한 효과적인 유기물 반도체 필름의 열처리 공정을 개발함으로써 Roll-to-Roll 방식의 고속/대면적 인쇄 공정에 적합한 열처리 방법과 반도체 층 전체의 높은 결정화도 유도를 통한 성능 향상과 소자 균일도 개선을 위한 방법을 개발하였다.

본 연구에서는 전도성 고분자인 polystyrene sulfonic acid doped poly~3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT:PSS)을 소스/드레인 전극으로 사용한 펜타센 단분자 유기 반도체 기반의 전계효과 트랜지스터를 제작하고, 금을 소스/드레인 전극으로 하는 기준소자와 전기적 특성을 비교하여 평가하였다. 전기적 특성을 측정한 결과, PEDOT:PSS 박막은 금 박막에 비해 상대적으로 낮은 전도도를 가짐에도 불구하고 PEDOT:PSS 소스/드레인 전극을 갖는 펜타센 유기 트랜지스터는 금을 소스/드레인 전극으로 갖는 기준 소자와 비교할 만한 성능을 보였다. 이는 PEDOT:PSS와 펜타센 사이의 접촉저항이 금과 펜타센 사이의 접촉저항보다 낮아 상대적으로 낮은 전기전도도에 의한 성능 저하를 보상하기 때문으로 추측된다.

본 연구에서는 용액 공정으로 제작된 단분자 기반의 유기 반도체 전계효과 트랜지스터에 적용된 보호막이 유기 트랜지스터의 전기적 안정성에 미치는 영향에 대해여 살펴보았다. Solvay社에서 제공한 용액 공정형 유기 단분자 반도 체를 채널로 사용하여 제작한 유기 트랜지스터는 약 1 cm2/Vs의 상대적으로 높은 이동도를 보였으며, 대략 2.5 ~ 20 k Ωcm 범위의 낮은 접촉저항을 가진 것으로 측정되었다. 무엇보다 중요한 것은, 제작한 유기 트랜지스터에 불소원자가 함유된 Hyflon AD를 보호막으로 적용하였을 때, 보호막을 적용하기 전에 비해 훨씬 더 향상된 전기적 안정성을 보였 다. 이는 불소원자가 함유된 Hyflon AD 고분자막이 대기 중의 수분을 효과적으로 차단하기 때문으로 추측된다.

We analysed interfacial traps in organic thin-film transistors (TFTs) in which pentacene and 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)-pentacene (TIPS-pentacene) organic semiconductors were deposited by means of vacuum-thermal evaporation and drop-coating methods, respectively. The thermally-deposited pentacene film consists of dentritic grains with the average grain size of around 1 ?m, while plate-like crystals over a few hundred microns are observed in the solution-processed TIPS-pentacene film. From the transfer characteristics of both TFTs, lower subthreshold slope of 1.02 V/decade was obtained in the TIPS-pentacene TFT, compared to that (2.63 V/decade) of the pentacene transistor. The interfacial trap density values calculated from the subthreshold slope are about 3.4×1012/cm2 and 9.4×1012/cm2 for the TIPS-pentacene and pentacene TFTs, respectively. Herein, lower subthreshold slope and less interfacial traps in TIPS-pentacene TFTs are attributed to less domain boundaries in the solution-processed TIPS-pentacene film.

유기 박막 트랜지스터 (organic thin-film transistors; OTFTs)는 유기 반도체 그리고 디스플레이와 같은 분야에 그들의 잠재적인 응용 가능성 때문에 많은 주목을 받고 있다. 하지만 급격한 산화 혹은 낮은 전기 이동도와 같은 단점으로 인하여 n-형 물질은 p-형 물질에 비해서 상대적으로 많은 연구가 진행되지 못한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 n-형 반도체 물질인 [6,6]-phenyl-C61-butyricacidmethylester (PCBM)과 Poly(4-vinylphenol) (PVP)을 유기 절연막으로 이용하여 o-dichlorobenzene, toluene and chloroform과 같은 다양한 유기 용매를 사용한 플라스틱 기판에 유기트랜지스터를 제작하였고 유기 용매가 ODCB 경우 전계 효과 이동도는 약 0.034 cm2/Vs 그리고 점멸비(on/off ratio)는 ~1.3×105 으로 향상 되었다. 다양한 유기 용매의 휘발성에 따라서 PCBM TFT의 전기적 특성에 미치는 영향을 규명하였다.

본 논문은 메탈 이중층 전극을 이용한 유기 박막 트랜지스터를 제작하여 Au나 Ag 금속만으로 제작한 일반적인 유기 박막 트랜지스터와의 전기적 특성을 비교하였다. 전기적 특성에서 게이트 절연층은 높은 K 값을 갖는 Al2O3를 사용하였고, 유기 반도체층은 펜타센을 사용하였다. 본 실험에서 제작한 유기 박막 트랜지스터는 1.6 × 10-1 cm2의 포화영역 이동도를 얻을 수 있었으며, 또한 드레인 전압을 -5V로 하고, 게이트 전압을 3 V에서 -10 V 까지 인가하였을 때 3×105의 전멸 비를 얻을 수 있었다.

이 논문에서는 게이트 절연막 위에 vapor deposition polymerization(VDP)방법을 사용하여 성막한 유기 점착층을 진공 열증착하여 유기 박막 트랜지스터(OTFTs)소자를 제작할 수 있음을 증명하였다. 우리가 제작한 Staggered-inverted top-contact 구조를 사용한 유기 박막 트랜지스터는 전기적 output 특성이 포화 영역안에서는 포화곡선을, triode 영역에서는 비선형적인 subthreshold를 확실히 볼 수 있음을 발견했다. 0.2μm 두께를 가진 게이트 절연막위에 유기 점착층을 사용한 OTFTs의 장 효과 정공의 이동도와 문턱전압, 그리고 절멸비는 각각, 약 0.4cm2/Vs, -0.8V, 106 이 측정되었다. 게이트 절연막의 점착층으로써 폴리이미드의 성막을 위해, 스핀코팅 방법 대신 VDP 방법을 도입하였다. 폴리이미드 고분자막은 2,2bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride(6FDA)와 4,4'-oxydianiline(ODA)을 고진공에서 동시에 열 증착 시킨 후, 그리고 150℃에서 1시간, 다시 200℃에서 1시간 열처리하여 고분자화된 막을 형성하였다. 그리고 점착층이 OTFTs의 전기적 특성에 주는 영향을 설명하기 위해 비교 연구하였다.