KR20120083057A - Preparation method of crystalline rubrene thin film using abrupt heating - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of crystalline rubrene thin film is provided to manufacture a crystalline rubrene thin film having high performances by a rapid heating process. CONSTITUTION: A manufacturing method of crystalline rubrene thin film comprises the following step: rapid heating the amorphous rubrene thin film. The rapid heating is operated at a temperature of 150-250 deg. Celsius. The rapid heating is processed by exposing the amorphous rubrene thin film to a pre-heated plate or a preheated furnace, or by directly or indirectly heating the amorphous rubrene thin film. The crystalline rubrene thin film has a thickness of 10-50 nano meters. The organic thin film transistor comprises an organic thin film transistor in which the substrate/active layer/source and drain metal electrode are successively laminated. The active layer is the crystalline rubrene thin film.

Description

급속가열법을 이용한 결정질 루브렌 박막의 제조방법{Preparation method of crystalline rubrene thin film using abrupt heating}Preparation method of crystalline rubrene thin film using abrupt heating

본 발명은 급속가열법을 이용한 결정질 루브렌 박막의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a crystalline rubrene thin film using a rapid heating method.

1960년대에 유기물이 반도체 성질을 가질 수 있다는 것이 밝혀지면서 유기물을 이용하여 유기박막 박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor, OTFT)를 제조하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 유기물의 특성상 무기 반도체와는 달리 휘어지는 성질이 있어 플랙서블 소자를 만들기에 유용하고, 적절한 용매에 녹일 수 있어 액상공정이 가능하여 대면적의 반도체 박막이나 트랜지스터 소자 어레이를 제조할 수 있다. 또한 유기 반도체 물질은 무기반도체에 비해 재료의 가격 및 박막 트랜지스터(TFT) 소자를 제작하기 위한 공정의 단가가 저렴하다. 따라서 무기물 반도체로 제조되어 소자의 높은 가격으로 인한 가격 경쟁력이 좋지 않았던 다양한 전자제품 등에 적용되어 가격경쟁력을 구비시켜줄 것으로 관측된다.
In the 1960s, it has been found that organic materials can have semiconductor properties, and many studies have been conducted to fabricate organic thin film transistors (OTFTs) using organic materials. Unlike inorganic semiconductors, organic materials have a bending property, which is useful for making a flexible device, and can be dissolved in a suitable solvent to enable a liquid phase process to manufacture a large-area semiconductor thin film or a transistor device array. In addition, the organic semiconductor material is cheaper than the inorganic semiconductor material and the cost of the process for manufacturing a thin film transistor (TFT) device. Therefore, it is expected to be applied to various electronic products, which are manufactured with inorganic semiconductors, and whose price competitiveness is not good due to the high price of devices.

하지만 이와 같은 유기박막트랜지스터의 장점에도 불구하고 현재까지 상용화되지 못하고 있는 실정이다. 이는 유기박막트랜지스터의 개발이 몇 가지 기술적 측면에서 한계에 부딪혔기 때문으로, 가장 대표적인 문제로는 대부분의 유기 반도체의 전기적 특성이 실리콘과 같은 무기 반도체의 전기적 특성에 비해 떨어진다는 점이다. 일부 단결정 유기 반도체 물질을 사용하여 제작된 트랜지스터의 경우 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(TFT)의 성능을 능가하는 경우도 있지만, 단결정을 기판상부에 임의로 성장시키기 어려운 문제가 있다. 이에 최근에는 단분자 형태의 유기 반도체 물질을 다결정상태로 기판 상부에 성장시켜 박막 트랜지스터(TFT)를 제작하고 전기적인 특성을 향상시키고자 하는 연구가 전세계적으로 활발히 이루어지고 있으며, 높은 전하이동도에 의한 유기박막트랜지스터의 특성 향상을 위해 불순물이 도핑된 유기반도체 재료에 관한 연구가 진행되고 있다.
However, despite the advantages of the organic thin film transistor, it has not been commercialized to date. This is because the development of the organic thin film transistor hit a limit in some technical aspects, the most representative problem is that the electrical properties of most organic semiconductors are inferior to the electrical properties of inorganic semiconductors such as silicon. Transistors fabricated using some single crystal organic semiconductor materials may sometimes outperform amorphous silicon thin film transistors (TFTs), but there is a problem that single crystals cannot be grown arbitrarily on a substrate. Recently, researches to fabricate thin film transistors (TFTs) and improve electrical properties by growing monomolecular organic semiconductor materials on top of a substrate in a polycrystalline state have been actively conducted worldwide. In order to improve the characteristics of the organic thin film transistor, research on an organic semiconductor material doped with impurities is being conducted.

유기박막트랜지스터에 사용되는 유기 반도체 재료는 저분자인 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene) 등의 폴리아센(polyacene) 계열과 구리 페로사이닌(copper phthalocyanine), 페릴렌(perylene), C60 등이 사용되고 있고, 고분자 물질인 폴리티오펜(polythiophene) 계열이 주로 사용되고 있지만 저분자보다는 박막의 무질서도가 높아 이동도가 낮은 편이다. Organic semiconductor materials used in organic thin film transistors include polyacene series such as low molecular weight pentacene and tetratracene, copper phthalocyanine, perylene, and C60. Polythiophene series, which is a high molecular material, is mainly used, but its mobility is low due to the disorder of the thin film rather than the low molecule.

한편, 현재 연구되고 있는 물질 중에 유기박막트랜지스터(OTFT)의 활성층으로 사용했을 경우 가장 높은 전하 이동도를 나타내는 물질은 루브렌(rubrene)이다. 하지만 루브렌(rubrene)의 경우 다른 유기반도체 물질에 비해 고품질의 결정질 박막을 만들기가 어려운 단점이 있다. 현재 루브렌 박막의 제조는 유전체 표면을 자기조립단분자막(self-assembled monolayer, SAM)으로 표면 처리하고, 유기 기상 증착(organic vapor phase deposition)을 이용하여 박막을 성장시키는 방법이 주로 이용되고 있다. 하지만 이 경우 루브렌(rubrene) 박막의 결정성이 고르지 않고 표면처리라는 추가적 공정이 요구된다.
On the other hand, when used as the active layer of the organic thin film transistor (OTFT) of the currently studied material is the material showing the highest charge mobility (rubrene) (rubrene). However, in the case of rubrene, it is difficult to make high quality crystalline thin films compared to other organic semiconductor materials. Currently, the production of rubrene thin films is mainly used to surface-treat the dielectric surface with a self-assembled monolayer (SAM) and grow the thin film using organic vapor phase deposition. However, in this case, the crystallinity of the rubrene thin film is uneven and an additional process of surface treatment is required.

이에 본 발명자들은 결정성을 향상시켜 우수한 전기적 특성을 나타내는 루브렌 박막의 제조방법을 연구하던 중, 순수한 루브렌 분말을 기판 상부로 증착시키고 이를 급속가열함으로써 높은 결정성 및 우수한 전기적 특성을 가지는 결정질 루브렌 박막의 제조방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
Therefore, while the present inventors are studying a method of manufacturing a rubrene thin film exhibiting excellent electrical properties by improving crystallinity, crystalline silica having high crystallinity and excellent electrical properties by depositing pure rubrene powder on a substrate and rapidly heating it We have developed a method for producing a thin film and completed the present invention.

본 발명의 목적은 급속가열법을 이용한 결정질 루브렌 박막의 제조방법을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention to provide a method for producing a crystalline rubrene thin film using a rapid heating method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비정질 루브렌 박막을 급속가열하여 제조하는 것을 특징으로 하는 결정질 루브렌 박막의 제조방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a crystalline rubrene thin film, characterized in that the amorphous rubrene thin film is prepared by rapid heating.

본 발명에 따른 급속가열법을 이용한 결정질 루브렌 박막의 제조방법은 종래의 고품질 결정질 필름으로 제조가 어려웠던 루브렌(rubrene)을 급속가열하는 간단한 공정만으로 고성능 박막 트랜지스터(TFT) 특성을 보이는 결정질 필름으로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조되는 결정질 루브렌 박막은 우수한 전하 이동도를 나타냄으로써 박막 트랜지스터(TFT)의 제조에 적용되어 고성능 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.
The method for manufacturing a crystalline rubrene thin film using the rapid heating method according to the present invention is a crystalline film showing high performance thin film transistor (TFT) characteristics by a simple process of rapidly heating rubrene, which was difficult to manufacture with a conventional high quality crystalline film. It can manufacture. In addition, the crystalline rubrene thin film manufactured according to the present invention exhibits excellent charge mobility, and thus may be applied to the manufacture of thin film transistors (TFTs) to manufacture high performance thin film transistors.

도 1은 루브렌 박막 제조방법을 개략적으로 나타낸 개략도이고;
도 2는 루브렌 박막 표면의 편광광학 현미경사진이고;
도 3은 루브렌 박막 표면의 원자현미경사진이고;
도 4는 루브렌 박막의 2차원 스침각 X-선 회절분석(Grazing-Incidence X-ray Diffraction) 및 제한시야 회절분석(Selected area diffraction)결과이고; 및
도 5는 본 발명에 따른 유기박막트랜지스터의 전달특성 및 출력특성 그래프이다.1 is a schematic diagram schematically showing a method for manufacturing a rubrene thin film;
2 is a polarization optical micrograph of the surface of a rubrene thin film;
3 is an atomic force micrograph of the surface of the rubrene thin film;
FIG. 4 shows two-dimensional grazing-angled X-ray diffraction and selected area diffraction results of the rubrene thin film; FIG. And
5 is a graph illustrating transmission characteristics and output characteristics of an organic thin film transistor according to the present invention.

본 발명은 비정질 루브렌 박막을 급속가열하여 제조하는 것을 특징으로 하는 결정질 루브렌 박막의 제조방법을 제공한다.
The present invention provides a method for manufacturing a crystalline rubrene thin film, which is prepared by rapid heating the amorphous rubrene thin film.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 급속가열법을 이용한 결정질 루브렌 박막의 제조방법은 비정질 루브렌 박막을 급속가열하여 결정질 루브렌 박막을 제조한다. 루브렌(5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene)은 하기 구조식 1과 같은 사방정계 결정구조를 나타내며, 광발광 다이오드, 태양전지, 전계 효과 트랜지스터 등의 장치에 적용되는 유기 전자 재료로 루브렌의 홀 전계 효과 이동도(hole field-effect mobillity)는 유기 반도체(organic semiconductors, OSCs)에 사용되는 물질 중 가장 높은 것으로 알려져있다. 특히 광기전성 전지에서 루브렌은 도펀트(dopant)와 광 흡수 안테나 물질로 작용하며 높은 전하이동도 등의 우수한 특성을 나타낸다. 루브렌 분말은 열 증착 방법을 이용하여 기판 상부로 증착하여 비정질 박막으로 제조할 수 있다. 상기 열 증착은 금속 박막을 증착하는 데 일반적으로 사용되는 공정으로, 고진공 상태에서 물질의 증기압이 낮아지는 현상을 이용하여 금속을 가열하여 증발시킨 뒤, 증발된 금속입자를 시편에 붙이는 공정으로 가열원으로는 저항 가열, 전자빔 가열, 레이저 가열 등이 이용될 수 있다. 상기 열 증착을 이용하여 비정질 루브렌 박막을 간단한 공정으로 매우 빠르게 제조할 수 있으나, 본 발명에 따른 결정질 루브렌 박막 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 비정질 루브렌 박막을 제조할 수 있는 다양한 수단 또는 방법이 이용될 수 있다.
In the method for preparing a crystalline rubrene thin film using the rapid heating method according to the present invention, the amorphous rubrene thin film is rapidly heated to prepare a crystalline rubrene thin film. Lubrene (5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene) exhibits a tetragonal crystal structure as shown in the following structural formula 1, and is an organic electronic material applied to devices such as light emitting diodes, solar cells, and field effect transistors. The hole field-effect mobillity is known to be the highest among materials used in organic semiconductors (OSCs). Particularly, in photovoltaic cells, rubrene acts as a dopant and a light absorbing antenna material and exhibits excellent properties such as high charge mobility. The rubrene powder may be deposited on the substrate using a thermal vapor deposition method to prepare an amorphous thin film. The thermal evaporation is a process generally used to deposit a metal thin film. In the high vacuum state, a vapor pressure of a material is lowered to heat and evaporate a metal, and then attach the evaporated metal particles to a specimen. As the resistance heating, electron beam heating, laser heating and the like can be used. Although the amorphous rubrene thin film may be manufactured very quickly by the simple process using the thermal deposition, the method of manufacturing the crystalline rubrene thin film according to the present invention is not limited thereto, and various means capable of manufacturing the amorphous rubrene thin film or The method can be used.

<구조식 1><Structure 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

한편, 루브렌 박막은 결정질 상태일 때 매우 우수한 전기적 특성을 나타내며, 결정도가 높을수록 전하 이동도 등의 전기적 특성이 향상된다. 결정질 루브렌 박막을 제조하기 위해서는 약 80 ℃ 의 온도에서 10시간 이상 열처리를 수행하여 제조될 수 있으나, 제조된 박막의 결정도가 높지 않은 문제가 있으며, 결정도의 향상을 위하여 추가적으로 루브렌 박막을 표면처리 하는 공정이 수행되어야 하는 문제가 있다. 반면 본 발명에 따른 급속가열법을 이용한 결정질 루브렌 박막의 제조방법은 비정질 루브렌 박막을 급속가열하여 간단하고 빠르게 결정질 박막을 제조할 수 있고, 추가적인 표면처리 공정을 수행하지 않아도 된다.On the other hand, the rubrene thin film has excellent electrical properties when in a crystalline state, and the higher the crystallinity, the higher the electrical properties such as charge mobility. In order to prepare a crystalline rubrene thin film may be prepared by performing a heat treatment for 10 hours or more at a temperature of about 80 ℃, there is a problem that the crystallinity of the prepared thin film is not high, additionally surface treatment of the rubren thin film to improve the crystallinity There is a problem that the process to be performed. On the other hand, the method of manufacturing a crystalline rubrene thin film using the rapid heating method according to the present invention can quickly and easily prepare a crystalline thin film by rapidly heating the amorphous rubrene thin film, and does not need to perform an additional surface treatment process.

이때, 상기 급속가열은 150 내지 250 ℃의 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 급속가열이 150 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우 루브렌 결정이 삼사정계(triclinic)구조를 나타내며, 결정들이 불규칙하게 배열되어 전기적 특성이 저하되는 문제가 있고, 250 ℃를 초과하는 온도에서 급속가열이 수행되는 경우 루브렌 박막의 물성이 변화되는 문제가 있다. At this time, the rapid heating is preferably carried out in the range of 150 to 250 ℃. When the rapid heating is carried out at a temperature of less than 150 ℃ rubrene crystals show a triclinic (triclinic) structure, the crystals are irregularly arranged, there is a problem that the electrical properties are deteriorated, rapid heating at a temperature exceeding 250 ℃ In this case, there is a problem in that physical properties of the rubrene thin film are changed.

상기 급속가열은 예를 들어 170 ℃의 온도에서 수행되는 경우 30 초 내지 2분 동안 수행되는 것이 바람직하나, 급속가열이 수행되는 온도에 따라 상기 급속가열이 수행되는 시간은 적절히 변경될 수 있으며, 본 발명에 따른 급속가열법을 이용한 결정질 루브렌 박막의 제조방법이 이에 제한되는 것은 아니다. The rapid heating is preferably performed for 30 seconds to 2 minutes, for example, when performed at a temperature of 170 ° C., the time for which the rapid heating is performed may be appropriately changed according to the temperature at which rapid heating is performed. The manufacturing method of the crystalline rubrene thin film using the rapid heating method according to the invention is not limited thereto.

또한, 상기 급속가열은 예열된 플레이트 또는 가열로에 비정질 루브렌 박막을 노출시키거나 비정질 루브렌 박막을 직접 또는 간접적으로 가열시켜 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
In addition, the rapid heating may be performed by exposing the amorphous rubrene thin film to a preheated plate or a heating furnace or by heating the amorphous rubrene thin film directly or indirectly, but is not limited thereto.

본 발명은 비정질 루브렌 박막을 급속가열하여 제조되는 전하 이동도 및 온/오프 전류비(on/off current ratios)가 우수한 결정질 루브렌 박막을 제공한다.The present invention provides a crystalline rubrene thin film having excellent charge mobility and on / off current ratios prepared by rapidly heating an amorphous rubrene thin film.

본 발명에 따른 결정질 루브렌 박막은 전하 이동도 및 전도성이 우수하며, 특히 높은 결정도로 인한 높은 전하 이동도를 나타내어 유기박막트랜지스터(OTFT), 유기발광다이오드(OLED), 유기태양전지 등 유기 반도체 소자에 이용될 수 있다. The crystalline rubrene thin film according to the present invention has excellent charge mobility and conductivity, and in particular, exhibits high charge mobility due to high crystallinity, and thus an organic semiconductor device such as an organic thin film transistor (OTFT), an organic light emitting diode (OLED), and an organic solar cell. It can be used to.

이때, 본 발명에 따른 결정질 루브렌 박막은 10 내지 50 nm의 두께인 것이 바람직하다. 만약 상기 결정질 루브렌 박막의 두께가 10 nm 미만인 경우에는 박막의 단절이 발생되는 문제가 있고, 두께가 50 nm를 초과하는 경우에는 결정질 루브렌 박막에 크랙이 발생하는 문제가 있다.At this time, the crystalline rubrene thin film according to the present invention is preferably a thickness of 10 to 50 nm. If the thickness of the crystalline rubrene thin film is less than 10 nm, there is a problem that the thin film is broken, and if the thickness exceeds 50 nm, there is a problem that a crack occurs in the crystalline rubrene thin film.

상기 결정질 루브렌 박막은 유기박막트랜지스터의 활성층으로 이용될 수 있다. 유기박막트랜지스터의 전하 이동도와 같은 전기적 특성은 활성층의 결정화도와 같은 소자의 특성에 의해 가장 많은 영향을 받으며, 본 발명에 따른 결정질 루브렌 박막을 유기박막트랜지스터의 활성층으로 이용함으로써, 유기박막트랜지스터의 이동도 및 온/오프 전류비(on/off current ratios) 등의 특성이 향상된다.
The crystalline rubrene thin film may be used as an active layer of an organic thin film transistor. Electrical properties such as charge mobility of the organic thin film transistor are most affected by device characteristics such as crystallinity of the active layer, and by using the crystalline rubrene thin film according to the present invention as the active layer of the organic thin film transistor, the movement of the organic thin film transistor Characteristics such as degrees and on / off current ratios are improved.

또한, 본 발명은 기판/활성층/소스(source) 및 드레인(drain) 금속전극이 순차적으로 적층된 유기박막트랜지스터를 포함하고, 상기 활성층은 결정질 루브렌 박막인 유기박막트랜지스터를 제공한다.The present invention also provides an organic thin film transistor in which a substrate / active layer / source and a drain metal electrode are sequentially stacked, and the active layer is an organic thin film transistor which is a crystalline rubrene thin film.

본 발명에 따른 유기박막트랜지스터는 활성층으로 순수한 결정질 루브렌 박막을 사용하여 종래의 무기박막트랜지스터보다 전하 이동도, 온/오프 전류비(on/off current ratios), 전기전도도 등의 전기적 특성이 더욱 우수하다.
The organic thin film transistor according to the present invention has excellent electrical properties such as charge mobility, on / off current ratios, electrical conductivity, etc., using a pure crystalline rubrene thin film as an active layer, compared to conventional inorganic thin film transistors. Do.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1> 결정질 루브렌 박막의 제조Example 1 Preparation of Crystalline Rubrene Thin Film

순수한 루브렌 분말을 100 nm 두께의 유전체 실리카 기판 상부로 진공 분위기에서 열 증착하여 루브렌 박막을 제조한 후, 상기 루브렌 박막을 170 ℃의 온도에서 30초간 급속가열하여 결정질 루브렌 박막을 제조하였다.
A pure rubrene powder was thermally deposited on a 100 nm thick dielectric silica substrate in a vacuum atmosphere to prepare a rubrene thin film, and then the rubrene thin film was rapidly heated at a temperature of 170 ° C. for 30 seconds to prepare a crystalline rubrene thin film. .

<실시예 2> 유기박막트랜지스터의 제조Example 2 Fabrication of Organic Thin Film Transistor

상기 실시예 1에서 제조된 결정질 루브렌 박막 상부로 소스(source) 및 드레인(drain) 금속전극을 적층하여 상기 결정질 루브렌 박막을 활성층으로 이용하는 유기박막트랜지스터를 제조하였다.
An organic thin film transistor using the crystalline rubrene thin film as an active layer was prepared by stacking a source and a drain metal electrode on the crystalline rubrene thin film prepared in Example 1.

<비교예 1> &Lt; Comparative Example 1 &

루브렌 박막을 125 ℃의 온도에서 5 분간 가열하여 결정질 루브렌 박막을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 루브렌 박막을 제조하였다.
The rubrene thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the crystalline rubrene thin film was prepared by heating the rubrene thin film at a temperature of 125 ° C. for 5 minutes.

<비교예 2>Comparative Example 2

루브렌 박막을 150 ℃의 온도에서 5 분간 가열하여 결정질 루브렌 박막을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 루브렌 박막을 제조하였다.
The rubrene thin film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the crystalline rubrene thin film was prepared by heating the rubrene thin film at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

루브렌 박막을 125 ℃의 온도에서 30 분간 가열하여 결정질 루브렌 박막을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 루브렌 박막을 제조하였다.
The rubrene thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the crystalline rubrene thin film was heated by heating the rubrene thin film at a temperature of 125 ° C. for 30 minutes.

<실험예 1> 루브렌 박막 표면 분석Experimental Example 1 Rubene Thin Film Surface Analysis

(1) 편광광학 현미경을 이용한 표면 분석(1) Surface analysis using polarization optical microscope

상기 실시예 1과 비교예 1 및 2의 루브렌 박막 표면을 편광광학 현미경(Polarized optical microscope, POM)을 통하여 분석하였고, 결과를 도 2에 나타내었다. The surface of the rubrene thin films of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were analyzed by a polarized optical microscope (POM), and the results are shown in FIG. 2.

도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 루브렌 박막의 경우 가지유사(branch-like) 결정구조를 나타내었으며, 비교예 2의 루브렌 박막의 경우 직경이 수십 μm인 디스크 형태의 판형 구조 결정을 나타내었다. 반면, 본 발명에 따른 실시예 1의 루브렌 박막의 경우 연속적인 결정질 구조가 표면 전체에 걸쳐 나타났다. 또한, 단일영역 안에서 어떠한 색변이도 관찰되지 않았고, 각각의 단일영역은 단결정 입자(grain)로 구성된 것으로 관찰되었다. 이때, 상기 입자의 평균 크기는 약 80 μm 이고, 각각의 입자가 상호 연결되어 있는 것을 알 수 있다. 각각의 입자가 상호 연결됨으로써 본 발명에 따른 루브렌 박막이 유기박막트랜지스터에 이용하면 전달수단의 장벽(barrier)역할을 하는 입계(grain boundaries)가 저밀도로 분포하게 되고, 이를 통해 유기박막트랜지스터의 전하 이동도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 급속가열을 통해 제조된 루브렌 박막이 우수한 결정질 구조를 나타는 것을 확인하였고, 본 발명에 따른 결정질 루브렌 박막을 유기박막트랜지스터의 활성층으로 이용함으로써 전하 이동도와 같은 전기적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
As shown in FIG. 2, the rubrene thin film of Comparative Example 1 exhibited a branch-like crystal structure, and the rubrene thin film of Comparative Example 2 had a disk-shaped plate crystal having a diameter of several tens of μm. Indicated. On the other hand, in the rubrene thin film of Example 1 according to the present invention, a continuous crystalline structure appeared throughout the surface. In addition, no color shift was observed within a single region, and each single region was observed to be composed of single crystal grains. At this time, the average size of the particles is about 80 μm, it can be seen that each particle is interconnected. When the particles are interconnected, the rubrene thin film according to the present invention is used in the organic thin film transistor, so that the grain boundaries serving as a barrier of the transfer means are distributed at low density, and thus the charge of the organic thin film transistor is achieved. Mobility can be improved. Therefore, it was confirmed that the rubrene thin film prepared through rapid heating according to the present invention exhibited an excellent crystalline structure. By using the crystalline rubrene thin film according to the present invention as an active layer of an organic thin film transistor, electrical properties such as charge mobility were obtained. It can be seen that it can be improved.

(2) 원자현미경을 이용한 표면 분석(2) Surface analysis using atomic force microscope

본 발명에 따른 실시예 1의 루브렌 박막의 표면을 원자현미경(Atomic force microscope)을 통해 관찰하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The surface of the rubrene thin film of Example 1 according to the present invention was observed through an atomic force microscope, and the results are shown in FIG. 3.

도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 결정질 루브렌 박막의 표면은 평균평방근(root mean square) 거칠기가 약 0.36으로 나타났다. 또한, 몇몇의 평행한 막으로 구성된 긴 판상구조가 박막 표면에서 관찰되었다. 상기 평행한 막의 간격은 약 1.3 nm였으며, 이는 사방정계 루브렌 단위 셀(unit cell)의 C-축 길이 절반에 해당하는 길이이다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 급속가열을 통해 제조된 루브렌 박막이 사방정계 구조의 결정질 루브렌 박막으로 제조된 것을 확인하였다.
As shown in FIG. 3, the surface of the crystalline rubrene thin film of Example 1 had a root mean square roughness of about 0.36. In addition, an elongated plate structure composed of several parallel films was observed on the thin film surface. The parallel membrane spacing was about 1.3 nm, which is half the length of the C-axis length of the tetragonal rubrene unit cell. Through this, it was confirmed that the rubrene thin film prepared by rapid heating according to the present invention was made of a crystalline rubrene thin film having a tetragonal structure.

<실험예 2> 루브렌 박막의 결정구조 분석Experimental Example 2 Analysis of Crystal Structure of Rublen Thin Film

본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 3의 루브렌 박막의 결정구조를 2차원 스침각 X-선 회절분석(Grazing-Incidence X-ray Diffraction) 및 제한시야회절분석(Selected area diffraction)을 통하여 분석하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.The crystal structures of the rubrene thin films of Example 1 and Comparative Example 3 according to the present invention were analyzed by two-dimensional grazing-angled X-ray diffraction and selected area diffraction. The results are shown in FIG. 4.

도 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 루브렌 박막은 삼사정계(triclinic) 결정상을 가지는 가지유사(branch-like) 결정 구조를 나타내었으며, 상기 삼사정계 결정상의 격자 상수는 a=7.26Å, b=8.69Å, c=11.87Å, α=97.5°, β=104.7°, γ=98.8°로 나타났다. 반면, 실시예 1의 루브렌 박막은 사방정계 단결정상 구조를 나타내었으며, 상기 사방정계 결정상의 격자 상수는 a=14.14Å, b=6.86Å, c=25.91Å로 나타났다. 또한, 2차원 스침각 X-선 회절분석 결과 실시예 1에 의해 제조된 루브렌 박막은 여러개의 강한 반사점들이 주어진 q xy 에 대한 q z 축 상에 나타난 것을 알 수 있다. 이는 박막 표면의 수직 방향 및 수평 방향으로 고차원 결정이 형성된 것을 의미한다. 나아가, 2차원 스침각 X-선 회절분석 결과 실시예 1에 의해 제조된 루브렌 박막 모든 결정의 C-축은 기판 표면과 수직으로 정렬된 단축(uniaxial)인 것으로 나타났다. 이는 결정의 ab 면이 기판 표면과 수평한 것으로부터 알 수 있으며, 이에 따라 유기박막트랜지스터에 본 발명에 따른 루브렌 박막이 이용되었을 때 높은 전하 이동도를 얻을 수 있다. 상기 결과를 통하여 본 발명에 따른 급속가열을 통해 제조된 루브렌 박막이 연속적이고, 고차원인 결정질 박막인 것을 확인하였고, 이는 가열 시간 및 온도의 조절에 의해 달성될 수 있음을 확인하였다.
As shown in FIG. 4, the rubrene thin film of Comparative Example 1 exhibited a branch-like crystal structure having a triclinic crystal phase, and the lattice constant of the triclinic crystal phase was a = 7.26 Å, b = 8.69 kPa, c = 11.87 kPa, α = 97.5 °, β = 104.7 °, and γ = 98.8 °. On the other hand, the rubrene thin film of Example 1 exhibited a tetragonal single crystal phase structure, and the lattice constants of the tetragonal crystal phase were a = 14.14Å, b = 6.86Å, and c = 25.91Å. In addition, two-dimensional grazing rubrene thin film produced by the respective X- ray diffraction analysis results in Example 1 is q for q xy are given a number of strong reflection point z It can be seen on the axis. This means that high-dimensional crystals are formed in the vertical direction and the horizontal direction of the thin film surface. Furthermore, two-dimensional grazing angle X-ray diffraction analysis showed that the C-axis of all the crystals of the rubrene thin film prepared by Example 1 was uniaxially aligned with the substrate surface. This is the decision of It can be seen that the ab plane is parallel to the surface of the substrate, whereby a high charge mobility can be obtained when the rubrene thin film according to the present invention is used in the organic thin film transistor. Through the above results, it was confirmed that the rubrene thin film prepared through rapid heating according to the present invention was a continuous, high-dimensional crystalline thin film, which could be achieved by controlling the heating time and temperature.

<실험예 3> 유기박막트랜지스터의 특성 분석Experimental Example 3 Characterization of Organic Thin Film Transistor

본 발명에 따른 실시예 2의 유기박막트랜지스터의 전달특성 및 출력특성을 공기 중에서 분석하였고, 채널 길이 및 폭은 각각 50 μm와 1000 μm로 고정하여 분석하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.The transmission and output characteristics of the organic thin film transistor of Example 2 according to the present invention were analyzed in air, and the channel length and width were fixed at 50 μm and 1000 μm, respectively, and the results are shown in FIG. 5.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 2의 유기박막트랜지스터의 출력특성인 온/오프 비(on/off ratio)는 106 으로 나타났으며, 전달 특성인 전하 이동도는 1.21 cm2V-1s- 1 로 나타났다. 이는 현재 상용화되고 있는 비정질 실리콘 트랜지스터의 전하 이동도 (약 0.7 cm2V-1s-1) 비교하여 성능이 향상된 것을 알 수 있다. 또한 기존의 가열방법으로 제조된 루브렌 박막트랜지스터의 전하이동도가 10-4cm2V-1s-1 인 점을 고려할 때 본 발명에 의해 제조된 유기박막트랜지스터의 성능이 매우 향상되었음을 알 수 있다. As shown in FIG. 5, the on / off ratio, which is an output characteristic of the organic thin film transistor of Example 2 according to the present invention, was found to be 10 6 , and the charge mobility, which is a transfer characteristic, was 1.21 cm 2. V- 1 s - 1 . This can be seen that the performance is improved compared to the charge mobility (about 0.7 cm 2 V -1 s -1 ) of the amorphous silicon transistor that is currently commercialized. In addition, it can be seen that the performance of the organic thin film transistor manufactured by the present invention is considerably improved considering the fact that the charge mobility of the rubrene thin film transistor manufactured by the conventional heating method is 10 -4 cm 2 V -1 s -1 . have.

Claims (7)

비정질 루브렌 박막을 급속가열하여 제조하는 것을 특징으로 하는 결정질 루브렌 박막의 제조방법.
A method for manufacturing a crystalline rubrene thin film, characterized in that the amorphous rubrene thin film is prepared by rapid heating.
제1항에 있어서, 상기 급속가열은 150 내지 250 ℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 결정질 루브렌 박막의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the rapid heating is performed at a temperature of 150 to 250 ° C. 3.
제1항에 있어서, 상기 급속가열은 예열된 플레이트 또는 가열로에 비정질 루브렌 박막을 노출시키거나 비정질 루브렌 박막을 직접 또는 간접적으로 가열시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 결정질 루브렌 박막의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the rapid heating is performed by exposing the amorphous rubrene thin film to a preheated plate or a heating furnace or by heating the amorphous rubrene thin film directly or indirectly.
비정질 루브렌 박막을 급속가열하여 제조되는 전하 이동도 및 온/오프 전류비(on/off current ratios)가 우수한 결정질 루브렌 박막.
A crystalline rubrene thin film having excellent charge mobility and on / off current ratios prepared by rapidly heating an amorphous rubrene thin film.
제4항에 있어서, 상기 결정질 루브렌 박막은 10 내지 50 nm의 두께인 것을 특징으로 하는 결정질 루브렌 박막.
The crystalline rubrene thin film according to claim 4, wherein the crystalline rubrene thin film has a thickness of 10 to 50 nm.
제4항에 있어서, 상기 결정질 루브렌 박막은 유기박막트랜지스터의 활성층으로 이용되는 것을 특징으로 하는 결정질 루브렌 박막.
The crystalline rubrene thin film according to claim 4, wherein the crystalline rubrene thin film is used as an active layer of an organic thin film transistor.
기판/활성층/소스(source) 및 드레인(drain) 금속전극이 순차적으로 적층된 유기박막트랜지스터를 포함하고, 상기 활성층은 제4항의 결정질 루브렌 박막인 것을 특징으로 하는 유기박막트랜지스터.An organic thin film transistor comprising a substrate / active layer / source and a drain metal electrode sequentially stacked, wherein the active layer is the crystalline rubrene thin film of claim 4.
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