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.

Herein, we describe the effect of the cooling-off condition of a solution-processed 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)-pentacene (TIPS-pentacene) film on its molecular distribution and the resultant electrical properties. Since the solvent in a TIPS-pentacene droplet gradually evaporates from the rim to the center exhibiting a radial form of solute, for a quenched case, domains of the TIPS-pentacene film are aboriginally spread showing original features of radial shape due to suppressed molecular rearrangement during the momentary cooling period. For the slowly cooled case, however, TIPS-pentacene molecules are randomly rearranged during the long cooling period. As a result, in the lopsided electrodes structure proposed in this work, the charge transport generates more effectively under the case for radial distribution induced by the quenching technique. It was found that the molecular redistribution during the cooling-period plays an important role on the magnitude of the mobility in a solution-processed organic transistor. This work provides at least a scientific basis between the molecular distribution and electrical properties in solution-processed organic devices.

본 논문에서는 6,13-bis (triisopropylsily lethynyl)-pentacene (TIPS-pentacene) 유기 박막 트랜지스터에 니켈 버퍼층을 적층했을 때의 효과를 연구하였다. 니켈 (Nickel) / 은(Silver) 소스 드레인 전극은 은 (Silver) 전극이 단독으로 쓰일 때 보다 에너지 레벨차이를 줄여 캐리어의 주입이 더 잘되도록 도와주므로써 전기적 특성을 향상 시켜준다. 또한 유기 게이트 절연체의 추가로 TIPS-pentacene 은 규칙적 배열된 형태를 가지므로써 소자 성능의 향상을 가지고 온다. 제작한 유기박막트랜지스터 에서 0.01 cm2의 포화영역 이동도를 얻을 수 있었으며, 또한 드레인 전압을 50 V로 하고 게이트 전압을 20 V에서 -50 V 까지 인가하였을 때 2×104의 전멸 비를 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 polyethylene terephthalate (PET) 기판을 이용한 유연한 OTFTs 에 적용시켜본 결과 유리기판위에 제작했을 때와 비슷한 성능을 얻음을 확인하였다.

본 논문에서는 용액 공정을 이용한 고분자 절연층을 갖는 top-gate 구조의 펜타센 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)의 특성을 연구하였다. Top-gate 구조의 펜타센 TFT 제작에 앞서 유기 반도체인 펜타센의 결정성 성장을 돕기 위해서 가교된 PVP (cross-linked poly(4-vinylphenol))를 유리 기판 상에 스핀 코팅을 이용하여 형성한 후, 노광 공정을 통해 니켈/은 구조를 갖는 채널 길이 10μm의 소오스, 드레인 전극을 형성하였다. 그리고 열 증착을 이용하여 60 nm 두께의 펜타센 층을 성막하였고, 고분자 절연체로서 PVA(polyvinyl alchol) 또는 가교된 PVA를 용액공정인 스핀 코팅을 이용하여 형성한 후 열 증착으로 알루미늄 게이트 전극을 성막하였다. 이로써 제작된 소자들의 전기적 특성을 확인한 결과 가교된 PVA를 사용한 펜타센 TFT 보다 PVA를 게이트 절연체로 사용한 소자가 전기적 특성이 우수한 것으로 관찰되었다. 이는 PVA의 가교 공정에 의한 펜타센 박막의 성능 퇴화에 기인한 것으로 사료된다. 실험 결과 0.9μm 두께의 PVA 게이트 절연막을 사용한 top-gate 구조의 펜타센 TFT의 전계 효과 이동도와 문턱전압, 그리고 전류 점멸비는 각각, 약 3.9×10-3 cm2/Vs, -11.5 V, 3×105으로써 본 연구에서 제안된 소자가 용액 공정형 top-gate 유기 TFT 소자로서 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있었다.

Organic semiconductors based on vacuum-deposited films of fused-ring polycyclic aromatic hydrocarbon have great potential to be utilized as an active layer for electronic and optoelectronic devices. In this study, pentacene thin films and electrode materials were deposited by Organic Molecular Beam Deposition (OMBD) and vacuum evaporation respectively. For the gate dielectric layer, photoacryl (OPTMER PC403 from JSR Co.) was spin-coated and cured at 220℃. Electrical characteristics of the device were investigated, where the channel length and width was 50 μm and 5 mm. It was found that field effect mobility was 0.039 cm2V-1s-1, threshold voltage was -8 V, and on/off current ratio was 106. Further details will be discussed.