KR20120080060A - Organic thin film transistor and method of manufacturing the same and electronic device including the same - Google Patents

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KR20120080060A KR1020110001505A KR20110001505A KR20120080060A KR 20120080060 A KR20120080060 A KR 20120080060A KR 1020110001505 A KR1020110001505 A KR 1020110001505A KR 20110001505 A KR20110001505 A KR 20110001505A KR 20120080060 A KR20120080060 A KR 20120080060A
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film transistor
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organic
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이지열
최원묵
진용완
구본원
최재영
신현진
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: An organic thin film transistor and a manufacturing method thereof, an electric component including the same are provided to prevent electrical characteristics of a thin film transistor to be demoralized by reducing contact resistance between an organic semiconductor and an electrode. CONSTITUTION: A gate electrode(124) is formed on a substrate(110). A gate insulating layer(140) is formed on the gate electrode. A source electrode(173) and a drain electrode(175) are formed on the gate insulating layer. An organic semiconductor(154) is formed on the source electrode and the drain electrode. Graphene layers(163, 165) are formed between the organic semiconductor and the source electrode, and between the organic semiconductor and the drain electrode. The graphene layers have work function value between the organic semiconductor and metal.

Description

유기 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법과 상기 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 소자{ORGANIC THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}An organic thin film transistor, a method for manufacturing the same, and an electronic device including the organic thin film transistor TECHNICAL FIELD

유기 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법과 상기 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to an organic thin film transistor, a method of manufacturing the same, and an electronic device including the organic thin film transistor.

액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display), 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기 광학 활성층을 포함한다. 액정 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 유기 발광층을 포함한다.A flat panel display device such as a liquid crystal display (LCD), an organic light emitting diode display (OLED display), an electrophoretic display, and the like, may be provided with a plurality of pairs of field generating electrodes and It contains an electro-optical active layer. The liquid crystal display device includes a liquid crystal layer as the electro-optical active layer, and the organic light emitting display device includes an organic light emitting layer as the electro-optical active layer.

한 쌍을 이루는 전기장 생성 전극 중 하나는 통상 스위칭 소자에 연결되어 전기 신호를 인가받고, 전기 광학 활성층은 이 전기 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.One of the pair of field generating electrodes is typically connected to a switching element to receive an electrical signal, and the electro-optical active layer converts the electrical signal into an optical signal to display an image.

평판 표시 장치에서는 스위칭 소자로서 삼단자 소자인 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 사용하며, 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(gate line)과 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선(data line)이 평판 표시 장치에 구비된다.In the flat panel display device, a thin film transistor (TFT), which is a three-terminal element, is used as a switching element, and a gate line and a signal to be applied to the pixel electrode for transmitting a scan signal for controlling the thin film transistor are used. A data line to be transmitted is provided in the flat panel display.

이러한 박막 트랜지스터 중에서, 규소(Si)와 같은 무기 반도체 대신 유기 반도체를 포함하는 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistor, OTFT)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Among these thin film transistors, studies on organic thin film transistors (OTFTs) including organic semiconductors instead of inorganic semiconductors such as silicon (Si) have been actively conducted.

유기 박막 트랜지스터는 유기 물질의 특성상 섬유(fiber) 또는 필름(film)과 같은 형태로 만들 수 있어서 가요성 표시 장치(flexible display device)의 핵심 소자로 주목받고 있다.The organic thin film transistor is attracting attention as a core element of a flexible display device because the organic thin film transistor may be formed in a fiber or film form due to the nature of the organic material.

또한 유기 박막 트랜지스터는 잉크젯 인쇄와 같은 용액 공정(solution process)으로 제작할 수 있어서 증착 공정 만으로 한계가 있는 대면적 평판 표시 장치에도 쉽게 적용할 수 있다.
In addition, the organic thin film transistor may be manufactured by a solution process such as inkjet printing, and thus may be easily applied to a large area flat panel display device having a limitation only by the deposition process.

그러나 유기 박막 트랜지스터는 유기 반도체와 금속 전극 사이에 직접 접촉하는 경우 접촉 저항이 높아질 수 있다. 또한 이와 같은 이유로 전극으로 사용될 수 있는 금속의 종류가 한정적이어서 비교적 보편적으로 사용되는 저저항 금속들은 사용이 제한되고 금(Au)과 같은 고가의 금속들이 사용되어 제조 비용의 상승을 초래한다.However, the organic thin film transistor may have high contact resistance when the organic thin film transistor is in direct contact between the organic semiconductor and the metal electrode. In addition, because of the limited number of metals that can be used as electrodes for this reason, low resistance metals that are relatively commonly used are limited in use, and expensive metals such as gold (Au) are used to increase manufacturing costs.

본 발명의 일 측면은 유기 반도체와 금속 전극 사이의 접촉 저항을 낮추어 박막 트랜지스터의 특성을 개선하면서도 제조 비용을 줄일 수 있는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.One aspect of the present invention provides an organic thin film transistor which can reduce manufacturing costs while improving the characteristics of the thin film transistor by lowering the contact resistance between the organic semiconductor and the metal electrode.

본 발명의 다른 측면은 상기 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing the organic thin film transistor.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
Another aspect of the invention relates to an electronic device comprising the organic thin film transistor.

본 발명의 일 측면에 따르면, 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체, 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극, 그리고 상기 유기 반도체와 상기 소스 전극 사이 및 상기 유기 반도체와 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 그래핀(graphene) 층을 포함하는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a gate electrode, an organic semiconductor overlapping the gate electrode, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the organic semiconductor, and between the organic semiconductor and the source electrode and between the organic semiconductor and the An organic thin film transistor including a graphene layer positioned between a drain electrode is provided.

상기 그래핀 층은 상기 유기 반도체의 하부에서 상기 유기 반도체와 접촉하는 하부 접촉 구조(bottom contact)로 되어 있다.The graphene layer has a bottom contact structure in contact with the organic semiconductor under the organic semiconductor.

상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.The source electrode and the drain electrode may include at least one selected from gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tantalum (Ta), and titanium (Ti). It may comprise one metal.

상기 그래핀 층은 상기 유기 반도체와 상기 금속 사이의 일 함수 값을 가질 수 있다.The graphene layer may have a work function value between the organic semiconductor and the metal.

상기 그래핀 층은 약 4.5 내지 4.6 eV의 일 함수를 가질 수 있다.The graphene layer may have a work function of about 4.5 to 4.6 eV.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체를 형성하는 단계, 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 유기 반도체와 상기 소스 전극 사이 및 상기 유기 반도체와 상기 드레인 전극 사이에 그래핀 층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, forming a gate electrode, forming an organic semiconductor overlapping the gate electrode, forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the organic semiconductor, and the organic A method of manufacturing an organic thin film transistor comprising forming a graphene layer between a semiconductor and the source electrode and between the organic semiconductor and the drain electrode is provided.

상기 그래핀 층을 형성하는 단계는 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 그래핀을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.Forming the graphene layer may include growing graphene on the source electrode and the drain electrode.

상기 그래핀을 성장시키는 단계는 에피택셜 성장법에 의해 수행할 수 있다.The graphene may be grown by an epitaxial growth method.

상기 그래핀 층을 형성하는 단계는 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 그래핀을 적용하는 단계, 그리고 상기 적용된 그래핀을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.Forming the graphene layer may include applying graphene on the source electrode and the drain electrode, and patterning the applied graphene.

상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 그래핀을 적용하는 단계는 화학기상증착 방법으로 수행할 수 있다.Applying graphene on the source electrode and the drain electrode may be performed by a chemical vapor deposition method.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 소자를 제공한다.According to another aspect of the present invention, an electronic device including the organic thin film transistor is provided.

상기 전자 소자는 액정 표시 장치, 유기 발광 장치, 태양 전지 및 유기 센서를 포함할 수 있다.
The electronic device may include a liquid crystal display, an organic light emitting device, a solar cell, and an organic sensor.

유기 반도체와 전극 사이의 접촉 저항을 낮추어 전하 이동성을 높이는 동시에 전극 표면이 산화되는 것을 방지하여 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기와 같이 유기 반도체와 전극 사이의 접촉 저항을 낮추고 전극 표면이 산화되는 것을 방지함으로써 전극으로 사용되는 금속의 종류를 넓힘으로써 비교적 저렴한 저저항 금속을 적용할 수 있어서 제조 비용을 절감할 수 있다.
The contact resistance between the organic semiconductor and the electrode may be lowered to increase charge mobility and to prevent the electrode surface from being oxidized, thereby preventing the thin film transistor from deteriorating its electrical characteristics. In addition, by lowering the contact resistance between the organic semiconductor and the electrode as described above and preventing the electrode surface from being oxidized, a relatively inexpensive low-resistance metal can be applied by increasing the type of metal used as the electrode, thereby reducing manufacturing costs.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이고,
도 2는 그래핀을 도시한 개략도이고,
도 3 내지 도 6은 도 1의 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이고,
도 7은 다른 구현예에 따른 유기 박막 트랜지스터를 보여주는 단면도이고,
도 8 내지 도 11은 도 7의 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an organic thin film transistor according to an embodiment;
2 is a schematic diagram showing graphene,
3 to 6 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the organic thin film transistor of FIG. 1,
7 is a cross-sectional view illustrating an organic thin film transistor according to another embodiment;
8 to 11 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the organic thin film transistor of FIG. 7.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.

그러면 일 구현 예에 따른 유기 박막 트랜지스터에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.Next, an organic thin film transistor according to an exemplary embodiment will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 일 구현 예에 따른 유기 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an organic thin film transistor according to an exemplary embodiment.

투명한 유리, 실리콘 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(110) 위에 게이트 전극(124)이 형성되어 있다. The gate electrode 124 is formed on a substrate 110 made of transparent glass, silicon, or plastic.

게이트 전극(124)은 게이트 신호를 전달하는 게이트선(도시하지 않음)과 연결되어 있다.The gate electrode 124 is connected to a gate line (not shown) that transmits a gate signal.

게이트 전극(124) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. The gate insulating layer 140 is formed on the gate electrode 124.

게이트 절연막(140)은 유기 물질 또는 무기 물질로 만들어질 수 있으며, 유기 물질의 예로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)계 화합물, 폴리이미드(polyimide)계 화합물, 폴리아크릴(polyacryl)계 화합물, 폴리스티렌(polystyrene)계 화합물, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB) 따위의 용해성 고분자 화합물을 들 수 있고, 무기 물질의 예로는 질화규소(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화규소(SiO2)를 들 수 있다.The gate insulating layer 140 may be made of an organic material or an inorganic material. Examples of the organic material may include a polyvinyl alcohol compound, a polyimide compound, a polyacryl compound, and a polystyrene ( soluble polymer compounds such as polystyrene compounds and benzocyclobutane (BCB). Examples of the inorganic materials include silicon nitride (SiN x ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and silicon oxide (SiO 2 ). Can be mentioned.

게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. The source electrode 173 and the drain electrode 175 are formed on the gate insulating layer 140.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 게이트 전극(124)을 중심으로 마주하고 있다. 소스 전극(173)은 데이터 신호를 전달하는 데이터선(도시하지 않음)과 연결되어 있다.The source electrode 173 and the drain electrode 175 face each other with respect to the gate electrode 124. The source electrode 173 is connected to a data line (not shown) that transmits a data signal.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.The source electrode 173 and the drain electrode 175 include gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tantalum (Ta), and titanium (Ti). Or at least one metal selected from alloys thereof.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에는 유기 반도체(154)가 형성되어 있다. The organic semiconductor 154 is formed on the source electrode 173 and the drain electrode 175.

유기 반도체(154)는 펜타센(pentacene)과 그 전구체, 테트라벤조포피린(tetrabenzoporphyrin)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)과 그 유도체, 폴리플러렌(polyfluorene)과 그 유도체, 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene)과 그 유도체, 폴리티오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리티에노티오펜(polythienothiophene)과 그 유도체, 폴리아릴아민(polyarylamine)과 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)과 그 유도체, 금속화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체, 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체 중에서 선택된 적어도 하나로 만들어질 수 있다.The organic semiconductor 154 includes pentacene and its precursors, tetrabenzoporphyrin and its derivatives, polyphenylenevinylene and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, and polytinylene vinyl. Polythienylenevinylene and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polythienothiophene and its derivatives, polyarylamine and its derivatives, phthalocyanine and its derivatives, metallized phthalocyanine (metallized phthalocyanine) or halogenated derivatives thereof, perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA) or imide derivatives thereof, perylene or It may be made of at least one selected from derivatives including coronene and their substituents. have.

유기 반도체(154)와 소스 전극(173) 사이 및 유기 반도체(154)와 드레인 전극(175) 사이에는 그래핀(graphene) 층(163, 165)이 형성되어 있다.Graphene layers 163 and 165 are formed between the organic semiconductor 154 and the source electrode 173 and between the organic semiconductor 154 and the drain electrode 175.

그래핀 층(163, 165)은 유기 반도체(154) 하부에서 유기 반도체(154)와 접촉하는 하부 접촉 구조(bottom contact)로 되어 있다.The graphene layers 163 and 165 have a bottom contact contacting the organic semiconductor 154 under the organic semiconductor 154.

그래핀 층(163, 165)은 유기 반도체(154)와 소스 전극(173) 사이 및 유기 반도체(154)와 드레인 전극(175) 사이에서 이들 사이의 접촉 저항을 낮출 수 있다.The graphene layers 163 and 165 may lower the contact resistance between the organic semiconductor 154 and the source electrode 173 and between the organic semiconductor 154 and the drain electrode 175.

그래핀 층(163, 165)은 그래핀을 성장 또는 패터닝하여 형성될 수 있다.The graphene layers 163 and 165 may be formed by growing or patterning graphene.

도 2는 그래핀을 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram showing graphene.

도 2에서 보는 바와 같이, 그래핀은 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 형성하는 물질로, 원자 한 층의 두께를 가질 수 있다. 그래핀은 가공 방법 등에 따라 반도체 또는 도전체 특성을 가질 수 있다.As shown in FIG. 2, graphene is a material in which carbon atoms form a honeycomb arrangement in two dimensions, and may have a thickness of one atom. Graphene may have semiconductor or conductor properties depending on the processing method.

그래핀 층(163, 165)은 이러한 반도체 또는 도전체 특성에 따라 유기 반도체(154)와 소스 및 드레인 전극(173, 175) 사이의 일 함수 값을 가지도록 조절할 수 있다. 이 때 그래핀 층(163, 165)은 약 4.5 내지 4.6 eV의 일 함수를 가질 수 있다.The graphene layers 163 and 165 may be adjusted to have a work function value between the organic semiconductor 154 and the source and drain electrodes 173 and 175 according to these semiconductor or conductor characteristics. In this case, the graphene layers 163 and 165 may have a work function of about 4.5 to 4.6 eV.

이에 따라 소스 전극(173)에서 방출된 전하가 유기 반도체(154)로 주입될 때 및 유기 반도체(154)를 통과한 전하가 드레인 전극(175)으로 주입될 때, 그래핀 층(163, 165)은 이들 사이에서 에너지 레벨 측면에서 중간 계단 역할을 하여 접촉 저항이 급격하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, when the charges emitted from the source electrode 173 are injected into the organic semiconductor 154, and the charges passing through the organic semiconductor 154 are injected into the drain electrode 175, the graphene layers 163 and 165 are formed. Can act as an intermediate step in terms of energy level between them to prevent a sharp increase in contact resistance.

즉, 그래핀 층(163, 165)은 유기 반도체(154)와 소스 전극(173) 사이 및 유기 반도체(154)와 드레인 전극(175) 사이에서 전하 주입층으로서 역할을 하여 접촉 저항을 낮추어 전하의 이동성을 높일 수 있다.In other words, the graphene layers 163 and 165 serve as charge injection layers between the organic semiconductor 154 and the source electrode 173, and between the organic semiconductor 154 and the drain electrode 175 to lower the contact resistance, thereby reducing charge. Mobility can be increased.

한편, 그래핀 층(163, 165)은 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 상부에 형성되어 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 이루는 금속의 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)으로서 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)과 같은 산화성이 높은 금속을 적용하는 경우에도 금속 표면의 산화를 방지하여 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, the graphene layers 163 and 165 may be formed on the source electrode 173 and the drain electrode 175 to prevent the surface of the metal constituting the source electrode 173 and the drain electrode 175 from being oxidized. have. Accordingly, even when a highly oxidizing metal such as copper (Cu) or nickel (Ni) is used as the source electrode 173 and the drain electrode 175, the oxidation of the metal surface can be prevented to prevent the electrical characteristics from being lowered. have.

그러면 도 1의 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대하여 도 3 내지 도 6을 참고하여 설명한다.Next, a method of manufacturing the organic thin film transistor of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

도 3 내지 도 6은 도 1의 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.3 to 6 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the organic thin film transistor of FIG. 1.

도 3을 참고하면, 기판(110) 위에 도전층을 스퍼터링 따위로 적층한 후 사진 식각하여 게이트 전극(124)을 형성한다.Referring to FIG. 3, a gate electrode 124 is formed by stacking a conductive layer on the substrate 110 by sputtering and then etching the photo.

다음 도 4를 참고하면, 게이트 전극(124) 위에 게이트 절연막(140)을 형성한다. 게이트 절연막(140)은 예컨대 스핀 코팅과 같은 용액 공정으로 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 4, a gate insulating layer 140 is formed on the gate electrode 124. The gate insulating layer 140 may be formed by, for example, a solution process such as spin coating.

다음 도 5를 참고하면, 게이트 절연막(140) 위에 도전층을 스퍼터링 따위로 적층한 후 사진 식각하여 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.Next, referring to FIG. 5, the conductive layer is stacked on the gate insulating layer 140 by sputtering, and then etched to form a source electrode 173 and a drain electrode 175.

다음 도 6을 참고하면, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀 층(163, 165)을 형성한다.Next, referring to FIG. 6, graphene layers 163 and 165 are formed on the source electrode 173 and the drain electrode 175.

그래핀 층(163, 165)은 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에서 그래핀을 성장시킴으로써 형성할 수 있다. 예컨대 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 의해 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀을 성장시킬 수 있다.The graphene layers 163 and 165 may be formed by growing graphene on the source electrode 173 and the drain electrode 175. For example, graphene may be grown on the source electrode 173 and the drain electrode 175 by epitaxial growth.

또는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀을 적용한 후 패터닝하여 형성할 수 있다.Alternatively, graphene may be applied to the source electrode 173 and the drain electrode 175 and then patterned.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀을 적용하는 방법은 예컨대 용해성 그래핀(soluble grapheme)을 자기 조립 방법으로 적용하는 방법 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)으로 증착하는 방법 등을 들 수 있다. The method of applying graphene on the source electrode 173 and the drain electrode 175 may be, for example, a method of applying soluble graphene by a self-assembly method or a method of depositing by chemical vapor deposition (CVD). Etc. can be mentioned.

그래핀을 화학기상증착에 의해 형성하는 경우, 예컨대 카본 소스를 메탄 기체와 수소 기체를 함께 공급할 수 있다.When graphene is formed by chemical vapor deposition, for example, a carbon source may be fed together with methane gas and hydrogen gas.

다음 도 1을 참고하면, 그래핀 층(163, 165) 위에 유기 반도체(154)를 형성한다. 유기 반도체(154)는 화학기상증착과 같은 건식 공정 또는 스핀 코팅, 잉크젯과 같은 용액 공정으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1, an organic semiconductor 154 is formed on the graphene layers 163 and 165. The organic semiconductor 154 may be formed by a dry process such as chemical vapor deposition or a solution process such as spin coating or inkjet.

그러면 다른 구현예에 따른 유기 박막 트랜지스터에 대하여 도 7을 참고하여 설명한다.Next, an organic thin film transistor according to another embodiment will be described with reference to FIG. 7.

도 7은 다른 구현예에 따른 유기 박막 트랜지스터를 보여주는 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating an organic thin film transistor according to another embodiment.

투명한 유리, 실리콘 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(110) 위에 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다.The source electrode 173 and the drain electrode 175 are formed on a substrate 110 made of transparent glass, silicon, or plastic.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 소정 간격을 두고 서로 마주하고 있다. 소스 전극(173)은 데이터 신호를 전달하는 데이터선(도시하지 않음)과 연결되어 있다.The source electrode 173 and the drain electrode 175 face each other at predetermined intervals. The source electrode 173 is connected to a data line (not shown) that transmits a data signal.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.The source electrode 173 and the drain electrode 175 include gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tantalum (Ta), and titanium (Ti). Or at least one metal selected from alloys thereof.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에는 유기 반도체(154)가 형성되어 있다.The organic semiconductor 154 is formed on the source electrode 173 and the drain electrode 175.

유기 반도체(154)는 펜타센(pentacene)과 그 전구체, 테트라벤조포피린(tetrabenzoporphyrin)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)과 그 유도체, 폴리플러렌(polyfluorene)과 그 유도체, 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene)과 그 유도체, 폴리티오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리티에노티오펜(polythienothiophene)과 그 유도체, 폴리아릴아민(polyarylamine)과 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)과 그 유도체, 금속화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체, 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체 중에서 선택된 적어도 하나로 만들어질 수 있다.The organic semiconductor 154 includes pentacene and its precursors, tetrabenzoporphyrin and its derivatives, polyphenylenevinylene and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, and polytinylene vinyl. Polythienylenevinylene and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polythienothiophene and its derivatives, polyarylamine and its derivatives, phthalocyanine and its derivatives, metallized phthalocyanine (metallized phthalocyanine) or halogenated derivatives thereof, perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA) or imide derivatives thereof, perylene or It may be made of at least one selected from derivatives including coronene and their substituents. have.

유기 반도체(154)와 소스 전극(173) 사이 및 유기 반도체(154)와 드레인 전극(175) 사이에는 그래핀 층(163, 165)이 형성되어 있다.Graphene layers 163 and 165 are formed between the organic semiconductor 154 and the source electrode 173 and between the organic semiconductor 154 and the drain electrode 175.

그래핀 층(163, 165)은 유기 반도체(154) 하부에서 유기 반도체(154)와 접촉하는 하부 접촉 구조(bottom contact)로 되어 있다.The graphene layers 163 and 165 have a bottom contact contacting the organic semiconductor 154 under the organic semiconductor 154.

그래핀 층(163, 165)은 유기 반도체(154)와 소스 전극(173) 사이 및 유기 반도체(154)와 드레인 전극(175) 사이에서 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 전하의 이동성을 높일 수 있다.The graphene layers 163 and 165 may increase the mobility of charge by lowering the contact resistance between the organic semiconductor 154 and the source electrode 173 and between the organic semiconductor 154 and the drain electrode 175.

한편, 그래핀 층(163, 165)은 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 상부에 형성되어 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 이루는 금속의 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)으로서 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)과 같은 산화성이 높은 금속을 적용하는 경우에도 금속 표면의 산화를 방지하여 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, the graphene layers 163 and 165 may be formed on the source electrode 173 and the drain electrode 175 to prevent the surface of the metal constituting the source electrode 173 and the drain electrode 175 from being oxidized. have. Accordingly, even when a highly oxidizing metal such as copper (Cu) or nickel (Ni) is used as the source electrode 173 and the drain electrode 175, the oxidation of the metal surface can be prevented to prevent the electrical characteristics from being lowered. have.

유기 반도체(154) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.The gate insulating layer 140 is formed on the organic semiconductor 154.

게이트 절연막(140)은 유기 물질 또는 무기 물질로 만들어질 수 있으며, 유기 물질의 예로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)계 화합물, 폴리이미드(polyimide)계 화합물, 폴리아크릴(polyacryl)계 화합물, 폴리스티렌(polystyrene)계 화합물, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB) 따위의 용해성 고분자 화합물을 들 수 있고, 무기 물질의 예로는 질화규소(SiNx) 및 산화규소(SiO2)를 들 수 있다.The gate insulating layer 140 may be made of an organic material or an inorganic material. Examples of the organic material may include a polyvinyl alcohol compound, a polyimide compound, a polyacryl compound, and a polystyrene ( soluble polymer compounds such as polystyrene compounds and benzocyclobutane (BCB). Examples of the inorganic materials include silicon nitride (SiN x ) and silicon oxide (SiO 2 ).

게이트 절연막(140) 위에는 게이트 전극(124)이 형성되어 있다. The gate electrode 124 is formed on the gate insulating layer 140.

이하 도 7의 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대하여 도 8 내지 도 11을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the organic thin film transistor of FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 8 to 11.

도 8 내지 도 11은 도 7의 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.8 to 11 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the organic thin film transistor of FIG. 7.

도 8을 참고하면, 기판(110) 위에 도전층을 스퍼터링 따위로 적층한 후 사진 식각하여 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.Referring to FIG. 8, the conductive layer is stacked on the substrate 110 by sputtering, and then etched to form a source electrode 173 and a drain electrode 175.

다음 도 9를 참고하면, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀 층(163, 165)을 형성한다.Next, referring to FIG. 9, graphene layers 163 and 165 are formed on the source electrode 173 and the drain electrode 175.

그래핀 층(163, 165)은 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에서 그래핀을 성장시킴으로써 형성할 수 있다. 예컨대 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 의해 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀을 성장시킬 수 있다.The graphene layers 163 and 165 may be formed by growing graphene on the source electrode 173 and the drain electrode 175. For example, graphene may be grown on the source electrode 173 and the drain electrode 175 by epitaxial growth.

또는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀을 적용한 후 패터닝하여 형성할 수 있다.Alternatively, graphene may be applied to the source electrode 173 and the drain electrode 175 and then patterned.

소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 그래핀을 적용하는 방법은 예컨대 용해성 그래핀(soluble grapheme)을 자기 조립 방법으로 적용하는 방법 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)으로 증착하는 방법 등을 들 수 있다. The method of applying graphene on the source electrode 173 and the drain electrode 175 may be, for example, a method of applying soluble graphene by a self-assembly method or a method of depositing by chemical vapor deposition (CVD). Etc. can be mentioned.

그래핀을 화학기상증착에 의해 형성하는 경우, 예컨대 카본 소스를 메탄 기체와 수소 기체를 함께 공급할 수 있다.When graphene is formed by chemical vapor deposition, for example, a carbon source may be fed together with methane gas and hydrogen gas.

다음 도 10을 참고하면, 그래핀 층(163, 165) 위에 유기 반도체(154)를 형성한다. 유기 반도체(154)는 화학기상증착과 같은 건식 공정 또는 스핀 코팅, 잉크젯과 같은 용액 공정으로 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 10, the organic semiconductor 154 is formed on the graphene layers 163 and 165. The organic semiconductor 154 may be formed by a dry process such as chemical vapor deposition or a solution process such as spin coating or inkjet.

다음 도 11을 참고하면, 유기 반도체(154) 위에 게이트 절연막(140)을 형성한다. 게이트 절연막(140)은 예컨대 스핀 코팅과 같은 용액 공정으로 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 11, a gate insulating layer 140 is formed on the organic semiconductor 154. The gate insulating layer 140 may be formed by, for example, a solution process such as spin coating.

다음 도 7을 참고하면, 게이트 절연막(140) 위에 도전층을 스퍼터링 따위로 적층한 후 사진 식각하여 게이트 전극(124)을 형성한다.Next, referring to FIG. 7, the conductive layer is stacked on the gate insulating layer 140 by sputtering and then etched to form the gate electrode 124.

상술한 유기 박막 트랜지스터는 예컨대 액정 표시 장치, 유기 발광 장치, 태양 전지 및 유기 센서를 포함한 다양한 전자 소자에서 스위칭 소자 또는 구동 소자로서 적용될 수 있다.
The above-described organic thin film transistors may be applied as switching elements or driving elements in various electronic devices including, for example, liquid crystal displays, organic light emitting devices, solar cells, and organic sensors.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.

110: 기판 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 유기 반도체
163, 165: 그래핀 층 173: 소스 전극
175: 드레인 전극110: substrate 124: gate electrode
140: gate insulating film 154: organic semiconductor
163 and 165: graphene layer 173: source electrode
175: drain electrode

Claims (12)

게이트 전극,
상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체,
상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극, 그리고
상기 유기 반도체와 상기 소스 전극 사이 및 상기 유기 반도체와 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 그래핀(graphene) 층
을 포함하는 유기 박막 트랜지스터.
Gate electrode,
An organic semiconductor overlapping the gate electrode;
A source electrode and a drain electrode electrically connected to the organic semiconductor, and
Graphene layer positioned between the organic semiconductor and the source electrode and between the organic semiconductor and the drain electrode
Organic thin film transistor comprising a.
제1항에서,
상기 그래핀 층은 상기 유기 반도체의 하부에서 상기 유기 반도체와 접촉하는 하부 접촉 구조(bottom contact)로 되어 있는 유기 박막 트랜지스터.
In claim 1,
And the graphene layer has a bottom contact structure in contact with the organic semiconductor under the organic semiconductor.
제1항에서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 유기 박막 트랜지스터.
In claim 1,
The source electrode and the drain electrode are gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tantalum (Ta) and titanium (Ti) titanium (Ti) Or at least one metal selected from alloys thereof.
제3항에서,
상기 그래핀 층은 상기 유기 반도체와 상기 금속 사이의 일 함수 값을 가지는 유기 박막 트랜지스터.
4. The method of claim 3,
And the graphene layer has a work function value between the organic semiconductor and the metal.
제4항에서,
상기 그래핀 층은 4.5 내지 4.6 eV의 일 함수를 가지는 유기 박막 트랜지스터.
5. The method of claim 4,
The graphene layer is an organic thin film transistor having a work function of 4.5 to 4.6 eV.
게이트 전극을 형성하는 단계,
상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체를 형성하는 단계,
상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 그리고
상기 유기 반도체와 상기 소스 전극 사이 및 상기 유기 반도체와 상기 드레인 전극 사이에 그래핀 층을 형성하는 단계
를 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법.
Forming a gate electrode,
Forming an organic semiconductor overlapping the gate electrode;
Forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the organic semiconductor, and
Forming a graphene layer between the organic semiconductor and the source electrode and between the organic semiconductor and the drain electrode
Method for manufacturing an organic thin film transistor comprising a.
제6항에서,
상기 그래핀 층을 형성하는 단계는
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 그래핀을 성장시키는 단계를 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 6,
Forming the graphene layer
Growing a graphene on the source electrode and the drain electrode.
제7항에서,
상기 그래핀을 성장시키는 단계는 에피택셜 성장법에 의해 수행하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법.
In claim 7,
The step of growing the graphene is a method of manufacturing an organic thin film transistor is performed by epitaxial growth method.
제6항에서,
상기 그래핀 층을 형성하는 단계는
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 그래핀을 적용하는 단계, 그리고
상기 적용된 그래핀을 패터닝하는 단계
를 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 6,
Forming the graphene layer
Applying graphene on the source electrode and the drain electrode, and
Patterning the applied graphene
Method for manufacturing an organic thin film transistor comprising a.
제9항에서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 그래핀을 적용하는 단계는 화학기상증착 방법으로 수행하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 9,
Applying graphene on the source electrode and the drain electrode is a method of manufacturing an organic thin film transistor is performed by a chemical vapor deposition method.
제1항에 따른 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 소자.
An electronic device comprising the organic thin film transistor according to claim 1.
제11항에서,
상기 전자 소자는 액정 표시 장치, 유기 발광 장치, 태양 전지 및 유기 센서를 포함하는 전자 소자.12. The method of claim 11,
The electronic device includes a liquid crystal display, an organic light emitting device, a solar cell, and an organic sensor.
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