KR20170034853A - Thin film transistor, and a flat panel display therewith - Google Patents
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Abstract
Description
박막 트랜지스터 및 이를 구비한 평판표시장치가 개시되며, 상기 박막 트랜지스터는 반도체층으로서 그라펜을 사용함으로써 전기적 특성을 개선할 수 있게 된다.A thin film transistor and a flat panel display device having the thin film transistor are disclosed. In the thin film transistor, electrical characteristics can be improved by using graphen as a semiconductor layer.
액정 디스플레이 소자나 유기 전계 발광 디스플레이 소자 또는 무기 전계 발광 디스플레이 소자 등 평판 표시 장치에 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하, TFT라 함)는 각 픽셀의 동작을 제어하는 스위칭 소자 및 픽셀을 구동시키는 구동 소자로 사용된다.2. Description of the Related Art Thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) used in flat panel display devices such as liquid crystal display devices, organic electroluminescent display devices, and inorganic electroluminescent display devices include a switching device for controlling the operation of each pixel, And is used as a driving element.
이러한 TFT는 고농도의 불순물로 도핑된 소스/드레인 영역과, 이 소스/드레인 영역의 사이에 형성된 채널 영역을 갖는 반도체층을 가지며, 이 반도체층과 절연되어 상기 채널 영역에 대응되는 영역에 위치하는 게이트 전극과, 상기 소스/드레인 영역에 각각 접촉되는 소스/드레인 전극을 갖는다. Such a TFT has a semiconductor layer having a source / drain region doped with a high concentration of impurities and a channel region formed between the source / drain regions, and a gate insulated from the semiconductor layer, And source / drain electrodes respectively contacting the source / drain regions.
그런데, 상기 소스/드레인 전극은 통상 전하의 흐름이 원활하게 이뤄지도록 일함수가 낮은 금속으로 이뤄지는데, 이러한 금속과 반도체층이 접촉된 영역의 높은 접촉 저항으로 인하여, 소자의 특성이 저하되고, 나아가 소비전력이 증가되는 문제점이 있다.However, the source / drain electrodes are usually made of a metal having a low work function so that the flow of charges is smoothly performed. Due to the high contact resistance of the region where the metal and the semiconductor layer are in contact with each other, There is a problem that power consumption is increased.
이에 일구현예에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 반도체층의 구조를 개선하여 전기적 특성이 개선된 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.Accordingly, one object of the present invention is to provide a thin film transistor having improved electrical characteristics by improving the structure of a semiconductor layer.
일구현예에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 박막 트랜지스터를 구비한 평판표시장치를 제공하는 것이다.Another embodiment of the present invention provides a flat panel display device including the thin film transistor.
일태양에 따르면, 적어도 기판상에 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극의 3단자, 절연체층 및 반도체층이 설치되고, 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 소스-드레인 사이 전류를 제어하는 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 반도체층이 그라펜층 및 조절층을 구비하는 박막 트랜지스터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film transistor for controlling a source-drain current by applying a voltage to a gate electrode, at least three terminals of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, And the semiconductor layer includes a graphene layer and a control layer.
일태양에 따르면, 적어도 기판상에 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극의 3단자, 절연체층 및 반도체층이 설치되고, 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 소스-드레인 사이 전류를 제어하는 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 반도체층이 그라펜층 및 조절층을 구비하는 박막 트랜지스터; 및 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 발광소자;를 구비하는 평판 표시장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film transistor for controlling a source-drain current by applying a voltage to a gate electrode, at least three terminals of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, A thin film transistor in which the semiconductor layer has a graphene layer and a control layer; And a light emitting device electrically connected to the thin film transistor.
상기 박막 트랜지스터는 반도체층으로서 그라펜 함유층을 사용함으로써 전기적 특성을 개선하는 것이 가능해진다.The thin film transistor can improve the electrical characteristics by using the graphene-containing layer as the semiconductor layer.
도 1 내지 4는 일구현예에 따른 박막 트랜지스터의 일예를 나타낸다.
도 5는 그라펜층 및 조절층을 구비한 박막 트랜지스터의 일예를 나타낸다.
도 6은 그라펜층 및 조절층 사이에 금속원자층을 구비하는 박막 트랜지스터의 일예를 나타낸다.1 to 4 show an example of a thin film transistor according to one embodiment.
5 shows an example of a thin film transistor having a graphene layer and a control layer.
6 shows an example of a thin film transistor having a metal atom layer between the graphene layer and the control layer.
본 명세서에서 사용되는 "그라펜"이라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것으로서, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 그 결과 상기 그라펜은 서로 공유결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그라펜은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 최대 100nm까지의 두께를 형성할 수 있다.As used herein, the term "graphene" refers to a molecule in which a plurality of carbon atoms are linked together by a covalent bond to form a polycyclic aromatic molecule, wherein the carbon atoms linked by the covalent bond form a 6-membered ring as the basic repeat unit, It is also possible to further include a 5-membered ring and / or a 7-membered ring. As a result, the graphene appears as a single layer of covalently bonded carbon atoms (usually sp 2 bonds). The graphene may be composed of a single layer, but they may be stacked to form a plurality of layers, and a thickness of up to 100 nm may be formed.
상기 그라펜은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 가지며, 또한 현재까지 알려진 그라펜의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000cm2/Vs의 높은 값을 가진다고 알려져 있다. 아울러 소정 두께의 그라펜층의 결정 방향성에 따라서 전기적 특성이 변화하므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있으므로 소자를 쉽게 디자인 할 수 있다는 장점이 있다.The graphen has an unusual half-integer quantum Hall effect on electrons and holes, and the electron mobility of graphenes known to date has a high value of about 20,000 to 50,000 cm 2 / Vs It is known. In addition, since electrical characteristics change according to the crystal orientation of the graphene layer of a predetermined thickness, the user can express the electrical characteristics in the selection direction, and thus the device can be designed easily.
이하, 일구현예에 따른 박막 트랜지스터의 소자 구성에 대하여 설명한다. Hereinafter, an element configuration of a thin film transistor according to one embodiment will be described.
일구현예에 따른 박막 트랜지스터의 소자 구성으로는, 적어도 기판상에 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극의 3단자, 절연체층 및 반도체층이 설치되고, 소스-드레인 사이 전류를 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 제어하는 박막 트랜지스터라면 한정되지 않고, 공지된 소자 구성을 갖는 것이어도 무방하다. 이들 중, 대표적인 박막트랜지스터의 소자 구성으로서 소자 A 내지 D를 도 1 내지 4에 도시한다. 이와 같이, 전극의 위치, 층의 적층 순서 등에 따라 몇개의 구성이 알려져 있고, 상기 박막 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 구조를 갖고 있다. 박막 트랜지스터는 반도체층(그라펜층 및 조절층)과, 서로 소정의 간격을 두어 대향하도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과, 소스 전극, 드레인 전극으로부터 각각 소정의 거리를 두어 형성된 게이트 전극을 갖고, 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 소스-드레인 전극 사이에 흐르는 전류를 제어한다. 여기서, 소스 전극과 드레인 전극의 간격은 상기 박막 트랜지스터를 이용하는 용도에 따라 결정되고, 통상은 O.1㎛ 내지 1㎜, 예를 들어 1㎛ 내지 100㎛, 또는 5㎛ 내지 100㎛이다. In an element configuration of a thin film transistor according to an embodiment, three terminals of a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, an insulator layer and a semiconductor layer are provided on at least a substrate, and a current between the source and the drain is applied to the gate electrode The present invention is not limited as long as it is a thin film transistor to be controlled by a thin film transistor. Among these, elements A to D are shown in Figs. 1 to 4 as typical element configurations of thin film transistors. As described above, there are several known structures according to the positions of the electrodes and the stacking order of layers, and the thin film transistor has a field effect transistor (FET) structure. The thin film transistor has a semiconductor layer (graphene layer and control layer), a source electrode and a drain electrode formed so as to face each other with a predetermined gap therebetween, and a gate electrode formed at a predetermined distance from the source electrode and the drain electrode, To control the current flowing between the source and drain electrodes. Here, the distance between the source electrode and the drain electrode is determined depending on the use of the thin film transistor, and is usually 0.1 mu m to 1 mm, for example, 1 mu m to 100 mu m, or 5 mu m to 100 mu m.
소자 A 내지 D 중, 도 2의 소자 B를 예로 더욱 상세히 설명하면, 소자 B의 박막 트랜지스터는 기판상에 게이트 전극 및 절연체층을 이 순서로 갖고, 절연체층상에 소정의 간격을 두어 형성된 한쌍의 소스 전극 및 드레인 전극을 갖고, 그 위에 반도체층이 형성된다. 상기 반도체층이 채널 영역을 이루고 있고, 게이트 전극에 인가되는 전압으로 소스 전극과 드레인 전극의 사이에 흐르는 전류가 제어됨으로써 온/오프 동작한다.2, the thin film transistor of the element B has a gate electrode and an insulator layer in this order on a substrate, and has a pair of sources formed on the insulator layer at a predetermined interval An electrode and a drain electrode, and a semiconductor layer is formed thereon. The semiconductor layer forms a channel region, and the current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by a voltage applied to the gate electrode, thereby turning on / off the semiconductor layer.
(반도체층)(Semiconductor layer)
상기 반도체층은 그라펜층 및 조절층(control layer)으로 구성된다.The semiconductor layer is composed of a graphene layer and a control layer.
상기 반도체층에 사용된 그라펜층은 1mm2 이상의 면적을 가질 수 있으며, 예를 들어 1mm2 내지 3cm2의 면적을 가질 수 있다. 상기 그라펜층의 막 두께는 특별히 제한되지 않지만, 0.5㎚ 내지 1㎛ 또는 2㎚ 내지 250㎚을 예로 들 수 있다.The graphene layer used for the semiconductor layer may have an area of 1 mm 2 or more, for example, an area of 1 mm 2 to 3 cm 2 . The thickness of the graphene layer is not particularly limited, but may be 0.5 nm to 1 탆 or 2 nm to 250 nm, for example.
상기 반도체층을 구비한 일예를 도 5에 도시한다. 도 5에 도시한 바와 같이 상기 조절층은 상기 반도체층에 인접하여 설치되며, 산화물, 질화물, 및 황화물 중 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 황화물로서는, 황화아연(ZnS), 황화카드뮴(CdS), 황화칼슘(CaS), 황화이트륨(Y2S3), 황화갈륨(Ga2S3), 황화스트론튬(SrS), 황화바륨(BaS) 등을 들 수 있고, 산화물로서는, 산화아연(ZnO), 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 들 수 있다. 또한, 질화물로서는, 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 등을 들 수 있다.An example in which the semiconductor layer is provided is shown in Fig. As shown in FIG. 5, the adjusting layer is provided adjacent to the semiconductor layer and may include at least one selected from oxides, nitrides, and sulfides. Examples of the sulfide include zinc sulfide (ZnS), cadmium sulfide (CdS), calcium sulfide (CaS), yttrium sulfide (Y 2 S 3 ), gallium sulfide (Ga 2 S 3 ), strontium sulfide (SrS) ), And the like. Examples of the oxide include zinc oxide (ZnO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the like. Examples of the nitride include aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), and the like.
상기 그라펜층과 조절층 사이에는 금속 원자층이 더 형성될 수 있으며, 그 예를 도 6에 도시한다. 이와 같은 원자층은 원자를 기준으로 1층 내지 3층의 두께를 가질 수 있다.A metal atom layer may further be formed between the graphene layer and the control layer, and an example thereof is shown in Fig. Such an atomic layer may have a thickness of 1 to 3 layers based on atoms.
상기 그라펜층은 그라펜 시트를 제조한 후 이를 소정 크기로 절단하여 사용할 수 있으며, 또는 기판 상에서 직접 성장시켜 제조하는 것도 가능하다. 이와 같은 그라펜 시트의 제조방법은 한국특허출원번호 10-2008-0023457호에 개시되어 있으며, 본 명세서에 통합되어 있다.The graphene layer may be prepared by preparing a graphene sheet and then cutting it to a predetermined size. Alternatively, the graphene layer may be directly grown on a substrate. Such a method of producing a graphene sheet is disclosed in Korean Patent Application No. 10-2008-0023457, which is hereby incorporated herein by reference.
이와 같은 그라펜 상에 상기 조절층과 같은 형태의 막을 형성하기 위해서는 예를 들어 초고진공법(ultra high vacuum)을 사용하여 그라펜층 상에 금속 원자층을 형성한 후 이를 산화시켜 형성할 수 있다. 예를 들어 초고진공법을 사용하여 Al을 그라펜층 상에 1층 내지 3층으로 형성한 후, 이를 산화분위기하에 산화시켜 산화물로 구성된 조절층을 형성할 수 있다.In order to form a film having the same shape as the control layer on the graphen, a metal atom layer may be formed on the graphene layer using, for example, an ultra high vacuum method and then oxidized. For example, Al may be formed on the graphene layer by one layer to three layers using ultra-vacuum method, and then oxidized in an oxidizing atmosphere to form a control layer composed of an oxide.
상기 그라펜층 및 조절층의 적층 순서는 사용하고자 하는 소자에 따라 달라질 수 있으며, 그라펜층-조절층의 순서로 적층하거나, 조절층-그라펜층의 순서로 적층하는 것도 가능하다.The stacking order of the graphene layer and the control layer may vary depending on the device to be used and may be stacked in the order of the graphene layer-control layer or in the order of the control layer-graphene layer.
(기판)(Board)
상기 박막 트랜지스터에 있어서의 기판은, 박막 트랜지스터의 구조를 지지하는 역할을 하는 것이고, 재료로는 유리 외에 금속 산화물이나 질화물 등의 무기 화합물, 플라스틱 필름(PET, PES, PC)이나 금속 기판 또는 이들 복합체나 적층체 등도 이용하는 것이 가능하다. 또한, 기판 이외의 구성 요소에 의해 박막 트랜지스터의 구조를 충분히 지지할 수 있는 경우에는, 기판을 사용하지 않는 것도 가능하다. 또한, 기판의 재료로는 실리콘(Si) 웨이퍼가 사용되는 것이 많다. 이 경우, Si 자체를 게이트 전극겸 기판으로 이용할 수 있다. 또한, Si의 표면을 산화하고, SiO2를 형성하여 절연층으로서 활용하는 것도 가능하다. 이 경우, 기판겸 게이트 전극의 Si 기판에 리드선 접속용 전극으로서, Au 등의 금속층을 성막하는 것도 있다.The substrate in the thin film transistor serves to support the structure of the thin film transistor. Examples of the material include glass, an inorganic compound such as a metal oxide or a nitride, a plastic film (PET, PES, PC) A laminate or the like can also be used. In addition, when the structure of the thin film transistor can be sufficiently supported by constituent elements other than the substrate, it is also possible not to use the substrate. Further, silicon (Si) wafers are often used as the material of the substrate. In this case, Si itself can be used as both the gate electrode and the substrate. It is also possible to oxidize the surface of Si to form SiO 2 and use it as an insulating layer. In this case, a metal layer such as Au may be formed as an electrode for lead wire connection to the Si substrate of the substrate and the gate electrode.
(전극)(electrode)
일구현예에 따른 박막 트랜지스터에 있어서의 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 재료로는 도전성 재료이면 특별히 한정되지 않고, 백금, 금, 은, 니켈, 크로뮴, 구리, 철, 주석, 안티몬납, 탄탈럼, 인듐, 팔라듐, 텔루륨, 레늄, 이리듐, 알루미늄, 루테늄, 저마늄, 몰리브데넘, 텅스텐, 산화주석ㅇ안티몬, 산화인듐ㅇ주석(ITO), 불소 도핑 산화 아연, 아연, 탄소, 흑연, 유리상 탄소, 은 페이스트 및 카본 페이스트, 리튬, 베릴륨, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 스칸듐, 타이타늄, 망간, 지르코늄, 갈륨, 니오븀, 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 알루미늄, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화 알루미늄 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물 등이 이용되고, 이들을 이용하는 경우는 스퍼터법 또는 진공 증착법에 의해 성막하여 전극을 형성할 수 있다. The material of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode in the thin film transistor according to one embodiment is not particularly limited as long as it is a conductive material and may be platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, Tin oxide (ITO), fluorine doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, tin oxide, tin oxide, tantalum oxide, Glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / , A magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, a magnesium / indium mixture, an aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture and the like are used. A sputtering method or a vacuum deposition method to form an electrode.
일구현예에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 소스 전극, 드레인 전극으로는, 상기 도전성 재료를 포함하는 용액, 페이스트, 잉크, 분산액 등의 유동성 전극 재료를 이용하여 형성한 것도 이용 가능하다. 또한, 용매나 분산 매체로는, 유기 반도체로의 손상을 억제하기 위해, 물을 60질량% 이상, 바람직하게는 90질량% 이상 함유하는 용매 또는 분산 매체인 것이 바람직하다. 금속 미립자를 함유하는 분산물로는, 예컨대 공지된 도전성 페이스트 등을 이용할 수도 있지만, 통상 입자 직경이 0.5㎚ 내지 50㎚, 1㎚ 내지 10㎚의 금속 미립자를 함유하는 분산물이면 바람직하다. 이 금속 미립자의 재료로는, 예컨대 백금, 금, 은, 니켈, 크로뮴, 구리, 철, 주석, 안티몬납, 탄탈럼, 인듐, 팔라듐, 텔루륨, 레늄, 이리듐, 알루미늄, 루테늄, 저마늄, 몰리브데넘, 텅스텐, 아연 등을 이용할 수 있다. In the thin film transistor according to one embodiment, the source electrode and the drain electrode may be formed using a fluidic electrode material such as a solution containing the conductive material, a paste, an ink, or a dispersion liquid. The solvent or dispersion medium is preferably a solvent or dispersion medium containing 60 mass% or more, preferably 90 mass% or more of water, in order to suppress damage to the organic semiconductor. As the dispersion containing the metal fine particles, for example, a known conductive paste or the like may be used, but it is preferable that the dispersion is a dispersion containing metal fine particles having a particle diameter of 0.5 nm to 50 nm and 1 nm to 10 nm. Examples of the material of the metal fine particles include platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, Ribbedene, tungsten, zinc, and the like.
이들의 금속 미립자를, 주로 유기 재료로 이루어지는 분산 안정제를 이용하여, 물이나 임의의 유기 용제인 분산매 중에 분산한 분산물을 이용하여 전극을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 미립자의 분산물의 제조 방법으로는, 가스중 증발법, 스퍼터링법, 금속 증기 합성법 등의 물리적 생성법이나, 콜로이드법, 공침법 등의 액상으로 금속 이온을 환원하여 금속 미립자를 생성하는 화학적 생성법을 예로 들 수 있다.It is preferable to form the electrode using a dispersion in which these fine metal particles are dispersed in water or a dispersion medium of an optional organic solvent by using a dispersion stabilizer mainly composed of an organic material. Examples of the method for producing such a dispersion of fine metal particles include a physical production method such as evaporation method in gas, sputtering method and metal vapor synthesis method, and a chemical production method in which metal ions are reduced in a liquid phase such as a colloid method or coprecipitation method to produce metal fine particles For example.
이들 금속 미립자 분산물을 이용하여 상기 전극을 성형하고, 용매를 건조시킨 후, 필요에 따라 100℃ 내지 300℃, 예를 들어 150℃ 내지 200℃의 범위에서 형상대로 가열함으로써 금속 미립자를 열융착시켜 목적하는 형상을 갖는 전극 패턴을 형성할 수 있다.The electrode is formed by using the dispersion of fine metal particles, the solvent is dried, and if necessary, the metal fine particles are thermally fused by heating in the range of 100 占 폚 to 300 占 폚, for example, 150 占 폚 to 200 占 폚 An electrode pattern having a desired shape can be formed.
또한, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 재료로서, 도핑 등으로 도전율을 향상시킨 공지된 도전성 폴리머를 이용할 수 있고, 예컨대 도전성 폴리아닐린, 도전성 폴리피롤, 도전성 폴리싸이오펜(폴리에틸렌다이옥시싸이오펜과 폴리스타이렌설폰산의 착체 등), 폴리에틸렌다이옥시싸이오펜(PEDOT)과 폴리스타이렌설폰산의 착체 등도 적합하게 사용된다. 이들 재료에 의해 소스 전극과 드레인 전극의 반도체층과의 접촉 저항을 저감할 수 있다. As a material for the gate electrode, the source electrode and the drain electrode, a known conductive polymer having improved conductivity by doping or the like can be used. For example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene (polyethylene dioxythiophene and polystyrene A complex of a poly (ethylene dioxythiophene) (PEDOT) with a polystyrenesulfonic acid, and the like are also suitably used. The contact resistance between the source electrode and the drain electrode and the semiconductor layer can be reduced by these materials.
소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 재료는, 상술한 예 중에서도 반도체층과의 접촉면에서 전기 저항이 적은 것이 바람직하다. 이 때의 전기 저항은, 즉 전류 제어 디바이스를 제작했을 때 전계 효과 이동도와 대응하고 있으며, 큰 이동도를 얻기 위해서는 가능한 한 저항이 작은 것이 필요하다. 이것은 일반적으로 전극 재료의 일함수와 유기 반도체층의 에너지 준위와의 대소 관계로 결정된다. Among the examples described above, it is preferable that the material forming the source electrode and the drain electrode has a low electrical resistance on the contact surface with the semiconductor layer. The electric resistance in this case corresponds to the electric field effect mobility when the current controlling device is manufactured, and it is necessary that the resistance is as small as possible in order to obtain a large mobility. This is generally determined by the relationship between the work function of the electrode material and the energy level of the organic semiconductor layer.
전극 재료의 일함수(W)를 a, 반도체층의 이온화 포텐셜(Ip)을 b, 반도체층의 전자 친화력(Af)을 c라고 하면, 이하의 관계식을 만족시키는 것이 좋다. 여기서, a, b 및 c는 모두 진공 준위를 기준으로 하는 양의 값이다. It is preferable that the following relation is satisfied when the work function W of the electrode material is a, the ionization potential Ip of the semiconductor layer is b, and the electron affinity Af of the semiconductor layer is c. Here, a, b and c are positive values based on the vacuum level.
p형 박막트랜지스터의 경우에는, b-a<1.5eV인 것 또는 b-a<1.0eV인 것을 예로 들 수 있다. 반도체층과의 관계에 있어서 상기 관계를 유지할 수 있으면 고성능의 디바이스를 얻을 수 있지만, 특별히 전극 재료의 일함수는 가능한 한 큰 것을 선택할 수 있으며, 일함수 4.0eV 이상 또는 일함수 4.2eV 이상인 것을 사용할 수 있다.In the case of a p-type thin film transistor, b-a < 1.5 eV or b-a < 1.0 eV can be exemplified. If the above relationship can be maintained in the relationship with the semiconductor layer, a high-performance device can be obtained. Particularly, the work function of the electrode material can be selected to be as large as possible and a work function of 4.0 eV or more or a work function of 4.2 eV or more can be used have.
고일함수 금속은 주로 Ag(4.26, 4.52, 4.64, 4.74eV), Al(4.06, 4.24, 4.41eV), Au(5.1, 5.37, 5.47eV), Be(4.98eV), Bi(4.34eV), Cd(4.08eV), Co(5.0eV), Cu(4.65eV), Fe(4.5, 4.67, 4.81eV), Ga(4.3eV), Hg(4.4eV), Ir(5.42, 5.76eV), Mn(4.1eV), Mo(4.53, 4.55, 4.95eV), Nb(4.02, 4.36, 4.87eV), Ni(5.04, 5.22, 5.35eV), Os(5.93eV), Pb(4.25eV), Pt(5.64eV), Pd(5.55eV), Re(4.72eV), Ru(4.71eV), Sb(4.55, 4.7eV), Sn(4.42eV), Ta(4.0, 4.15, 4.8eV), Ti(4.33eV), V(4.3eV), W(4.47, 4.63, 5.25eV), Zr(4.05eV)을 사용할 수 있다. 예를 들어 귀금속(Ag, Au, Cu, Pt), Ni, Co, Os, Fe, Ga, Ir, Mn, Mo, Pd, Re, Ru, V, W을 사용할 수 있다. 금속 이외에는 ITO, 폴리아닐린이나 PEDOT : PSS와 같은 도전성 폴리머 및 탄소를 사용할 수 있다. 전극 재료로는 이들 고일함수의 물질을 1종 또는 복수 포함하고 있어도, 일함수가 상기 식을 만족시키면 특별히 제한을 받지 않는다. (4.6 eV), Be (4.98 eV), Bi (4.34 eV), Cd (4.6 eV), Au (4.8 eV), Co (5.0 eV), Cu (4.65 eV), Fe (4.5, 4.67, 4.81 eV), Ga (4.3 eV), Hg eV), Mo (4.53, 4.55, 4.95 eV), Nb (4.02, 4.36, 4.87 eV), Ni (5.04, 5.22, 5.35 eV), Os (5.93 eV), Pb (4.25 eV) (4.55 eV), Pb (5.55 eV), Re (4.72 eV), Ru (4.71 eV), Sb (4.55, 4.7 eV), Sn (4.42 eV), Ta (4.0, 4.15, 4.8 eV) (4.3 eV), W (4.47, 4.63, 5.25 eV) and Zr (4.05 eV). For example, noble metals (Ag, Au, Cu, Pt), Ni, Co, Os, Fe, Ga, Ir, Mn, Mo, Pd, Re, Ru, V and W can be used. Other than metals, conductive polymers such as ITO, polyaniline, PEDOT: PSS, and carbon may be used. As the electrode material, even if one or more of these materials having a high solubility function is contained, there is no particular limitation as long as the work function satisfies the above formula.
n형 박막트랜지스터의 경우에는 a-c<1.5eV 또는 a-c<1.0eV인 것을 사용할 수 있다. 반도체층과의 관계에 있어서 상기 관계를 유지할 수 있으면 고성능의 디바이스를 얻을 수 있지만, 특히 전극 재료의 일함수는 가능한 한 작은 것을 선택할 수 있고, 일함수 4.3eV 이하인 것 또는 3.7eV 이하인 것을 사용할 수 있다.In the case of an n-type thin film transistor, a-c <1.5 eV or a-c <1.0 eV can be used. The work function of the electrode material can be selected as small as possible and a work function of 4.3 eV or less or 3.7 eV or less can be used .
저일함수 금속의 구체예로는, Ag(4.26eV), Al(406, 4.28eV), Ba(2.52eV), Ca(2.9eV), Ce(2.9eV), Cs(1.95eV), Er(2.97eV), Eu(2.5eV), Gd(3.1eV), Hf(3.9eV), In(4.09eV), K(2.28eV), La(3.5eV), Li(2.93eV), Mg(3.66eV), Na(2.36eV), Nd(3.2eV), Rb(4.25eV), Sc(3.5eV), Sm(2.7eV), Ta(4.0, 4.15eV), Y(3.1eV), Yb(2.6eV), Zn(3.63eV) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, Ba, Ca, Cs, Er, Eu, Gd, Hf, K, La, Li, Mg, Na, Nd, Rb, Y, Yb, Zn을 예로 들 수 있다. 전극 재료로는 이들 저일함수의 물질을 1종 또는 복수 포함하고 있어도, 일함수가 상기 식을 만족시키면 특별히 제한을 받지 않는다. 단, 저일함수 금속은 대기 중의 수분이나 산소에 접촉되면 용이하게 열화되므로, 필요에 따라 Ag나 Au와 같은 공기 중에서 안정된 금속으로 피복하는 것이 바람직하다. 피복에 필요한 막 두께는 1O㎚ 이상 필요하고, 막 두께가 뜨거워질수록 산소나 물로부터 보호할 수 있지만, 실용상, 생산성을 높이는 등의 이유로 1㎛ 이하로 할 수 있다.Specific examples of low-function hydride metals include Ag (4.26 eV), Al (406, 4.28 eV), Ba (2.52 eV), Ca (2.9 eV), Ce (2.9 eV), Cs eV), Eu (2.5 eV), Gd (3.1 eV), Hf (3.9 eV), In (4.09 eV), K (2.28 eV), La (3.5 eV), Li (2.93 eV) (2.36 eV), Nd (3.2 eV), Rb (4.25 eV), Sc (3.5 eV), Sm (2.7 eV), Ta (4.0, 4.15 eV), Y (3.1 eV) , Zn (3.63 eV), and the like. Among them, Ba, Ca, Cs, Er, Eu, Gd, Hf, K, La, Li, Mg, Na, Nd, Rb, Y, Yb and Zn are exemplified. As the electrode material, even if one or more substances having these low-temperature functions are included, there is no particular limitation as long as the work function satisfies the above formula. However, since the low-function metal easily deteriorates when it comes into contact with moisture or oxygen in the atmosphere, it is preferable to coat the metal with a stable metal such as Ag or Au in air. The film thickness required for coating is required to be 10 nm or more, and the film thickness can be protected from oxygen and water as the film becomes hot, but for practical reasons, productivity can be increased to 1 탆 or less.
상기 전극의 형성 방법으로는, 예컨대 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링, 대기압 플라즈마법, 이온 플레이팅, 화학 기상 증착, 전착, 무전해 도금, 스핀 코팅, 인쇄 또는 잉크 젯 등의 수단에 의해 형성된다. 또한, 필요에 따라 패터닝하는 방법으로는, 상기 방법을 이용하여 형성한 도전성 박막을, 공지된 포토리소그래프법이나 리프트 오프법을 이용하여 전극 형성하는 방법, 알루미늄이나 구리 등의 금속박상에 열 전사, 잉크 젯 등에 의해, 레지스트를 형성하여 에칭하는 방법이 있다. 또한, 도전성 폴리머의 용액 또는 분산액, 금속 미립자를 함유하는 분산액 등을 직접 잉크젯법에 의해 패터닝할 수도 있고, 도공막으로부터 리소그래피나 레이저 연마 등에 의해 형성할 수도 있다. 또한 도전성 폴리머나 금속 미립자를 함유하는 도전성 잉크, 도전성 페이스트 등을 볼록판, 오목판, 평판, 스크린 인쇄 등의 인쇄법으로 패터닝하는 방법도 이용할 수 있다. The electrode is formed by a method such as evaporation, electron beam evaporation, sputtering, atmospheric pressure plasma method, ion plating, chemical vapor deposition, electrodeposition, electroless plating, spin coating, printing or ink jet. Examples of the method of patterning according to need include a method of forming an electrode by a known photolithographic method or a lift-off method using a conductive thin film formed by the above method, a method of forming a metal thin film such as aluminum or copper by thermal transfer , Ink jet or the like, and then etching is performed. The solution or dispersion of the conductive polymer, the dispersion containing the metal fine particles, and the like may be directly patterned by the inkjet method, or may be formed from the coating film by lithography, laser polishing, or the like. In addition, a method of patterning a conductive ink or conductive paste containing a conductive polymer or metal fine particles by a printing method such as a convex plate, a concave plate, a flat plate, or a screen printing method may also be used.
이렇게 하여 형성된 전극의 막 두께는 전류가 통하면 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 0.2㎚ 내지 10㎛ 또는 4㎚ 내지 300㎚의 범위이다. 이 범위내이면, 막 두께가 얇음에 따라 저항이 높아져 전압 강하를 발생시키지 않는다. 또한, 지나치게 두껍지 않기 때문에 막 형성에 시간이 걸리지 않고, 보호층이나 유기 반도체층 등 다른 층을 적층하는 경우에 단차가 생기지 않고 적층막을 원활히 만들 수 있다. The film thickness of the electrode thus formed is not particularly limited as long as the current can flow, and is, for example, in the range of 0.2 nm to 10 탆 or 4 nm to 300 nm. If it is within this range, the resistance increases as the film thickness becomes thinner, and the voltage drop does not occur. Further, since the film is not too thick, it does not take much time to form the film, and when the protective layer, the organic semiconductor layer, or other layers are laminated, the lamination film can be made smooth without a step.
또한, 일구현예에 따른 박막 트랜지스터에서는, 예컨대 주입 효율을 향상시킬 목적으로, 반도체층과 소스 전극 및 드레인 전극의 사이에 버퍼층을 설치할 수도 있다. 버퍼층으로는 n형 박막트랜지스터에 대해서는 유기 EL 소자의 음극에 사용되는 LiF, Li2O, CsF, NaCO3, KCl, MgF2, CaCO3 등의 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 이온 결합을 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 또한, Alq(트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 착체) 등 유기 EL 소자로 전자 주입층, 전자 수송층으로서 사용되는 화합물을 삽입할 수도 있다.In addition, in the thin film transistor according to one embodiment, a buffer layer may be provided between the semiconductor layer and the source electrode and the drain electrode, for example, for the purpose of improving injection efficiency. As the buffer layer, a compound having an alkali metal or alkaline earth metal ion bond such as LiF, Li 2 O, CsF, NaCO 3 , KCl, MgF 2 or CaCO 3 used for the cathode of the organic EL element is used for the n- . Further, an organic EL device such as Alq (tris (8-quinolinol) aluminum complex) may be used to insert a compound used as an electron injection layer or an electron transport layer.
p형 박막트랜지스터에 대해서는 FeCl3, TCNQ, F4-TCNQ, HAT 등의 사이아노 화합물, CFx나 GeO2, SiO2, MoO3, V2O5, VO2, V2O3, MnO, Mn3O4, ZrO2, WO3, TiO2, In2O3, ZnO, NiO, HfO2, Ta2O5, ReO3, PbO2 등의 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 이외의 금속 산화물, ZnS, ZnSe 등의 무기 화합물이 바람직하다. 이들 산화물은 대부분의 경우, 산소 결손을 일으키고, 이것이 정공 주입에 적합하다. 또한 TPD(N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민)이나 NPD(4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐) 등의 아민계 화합물이나 CuPc(구리프탈로사이아닌) 등 유기 EL 소자에 있어서 정공 주입층, 정공 수송층으로서 사용되는 화합물일 수도 있다. 또한, 상기 화합물 2종류 이상으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.For the p-type thin film transistor, a cyano compound such as FeCl 3 , TCNQ, F 4 -TCNQ and HAT, and a compound such as CF x , GeO 2 , SiO 2 , MoO 3 , V 2 O 5 , VO 2 , V 2 O 3 , 3 O 4, ZrO 2, WO 3, TiO 2, in 2 O 3, ZnO, NiO, HfO 2, Ta 2 O 5, ReO 3, PbO 2 , such as an alkali metal, a metal other than alkaline earth metal oxide, of ZnS, And inorganic compounds such as ZnSe are preferable. These oxides cause oxygen deficiency in most cases, which is suitable for hole injection. In addition, it is also possible to use TPD (N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenyl- (1,1'-biphenyl) -4,4'- diamine) or NPD An amine compound such as [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl) or a compound used as a hole injecting layer or a hole transporting layer in an organic EL device such as CuPc (copper phthalocyanine) have. Further, a compound comprising two or more of the above compounds may be used.
버퍼층은 캐리어의 주입 장벽을 내림으로써 임계값 전압을 내리고, 트랜지스터를 저전압 구동시키는 효과가 있다. 상기 버퍼층은 전극과 유기 반도체층의 사이에 얇게 존재하면 무방하고, 그 두께는 0.1㎚ 내지 30㎚, 또는 0.3㎚ 내지 20㎚이다. The buffer layer has an effect of lowering the threshold voltage by lowering the carrier injection barrier, and driving the transistor with low voltage. The buffer layer may be thinly present between the electrode and the organic semiconductor layer, and the thickness thereof is 0.1 nm to 30 nm, or 0.3 nm to 20 nm.
*(절연체층)* (Insulator layer)
일구현예에 따른 박막 트랜지스터에 있어서의 절연체층의 재료로는, 전기 절연성을 갖고 박막으로서 형성할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 금속 산화물(규소의 산화물을 포함한다), 금속 질화물(규소의 질화물을 포함한다), 고분자, 유기 저분자 등 실온에서의 전기 저항율이 1OΩ㎝ 이상인 재료를 이용할 수 있으며, 예를 들어 비유전율이 높은 무기 산화물 피막을 사용할 수 있다.The material of the insulator layer in the thin film transistor according to one embodiment is not particularly limited as long as it is electrically insulative and can be formed as a thin film, and may be a metal oxide (including an oxide of silicon), a metal nitride ), A polymer, and an organic low-molecular material having a resistivity at room temperature of 10 OMEGA cm or more can be used. For example, an inorganic oxide film having a high dielectric constant can be used.
상기 무기 산화물로는 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 주석, 산화 바나듐, 타이타늄산 바륨스트론튬, 지르코늄산 타이타늄산 바륨, 지르코늄산 타이타늄산 납, 타이타늄산 납 란타늄, 타이타늄산 스트론튬, 타이타늄산 바륨, 불화 바륨 마그네슘, 란타늄 산화물, 불소 산화물, 마그네슘 산화물, 비스무트 산화물, 타이타늄산 비스무트, 니오븀 산화물, 타이타늄산 스트론튬 비스무트, 탄탈럼산 스트론튬 비스무트, 오산화 탄탈럼, 탄탈럼산 니오븀산 비스무트, 트라이옥사이드이트륨 및 이들을 조합한 것을 들 수 있고, 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 탄탈럼, 산화 티타늄을 예로 들 수 있다.Examples of the inorganic oxide include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, tin oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium titanate strontium, barium titanate zirconate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Barium titanate, barium magnesium fluoride, lanthanum oxide, fluorine oxide, magnesium oxide, bismuth oxide, bismuth titanate, niobium oxide, strontium bismuth titanate, strontium bismuth titanate, tantalum pentoxide, bismuth tantalum niobate, yttrium trioxide And a combination thereof, and examples thereof include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide.
또한, 질화 규소(Si3N4, SixNy (x, y〉0)), 질화 알루미늄 등의 무기 질화물도 적합하게 이용할 수 있다. In addition, inorganic nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 , Si x N y (x, y> 0)) and aluminum nitride can also be suitably used.
또한, 절연체층은 알콕시드 금속을 포함하는 전구 물질로 형성될 수도 있고, 이 전구 물질의 용액을, 예컨대 기판에 피복하고, 이것을 열처리를 포함하는 화학 용액 처리를 함으로써 절연체층이 형성된다. Further, the insulator layer may be formed of a precursor material containing an alkoxide metal, and an insulator layer is formed by coating a solution of the precursor material, for example, on a substrate and subjecting the solution to a chemical solution treatment including a heat treatment.
상기 알콕시드 금속에 있어서의 금속으로는, 예컨대 전이 금속, 란타노이드, 또는 주족 원소로부터 선택되고, 구체적으로는, 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 타이타늄(Ti), 비스무트(Bi), 탄탈럼(Ta), 지르코늄(Zr), 철(Fe),니켈(Ni), 망간(Mn), 납(Pb), 란타늄(La), 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니오븀(Nb), 탈륨(Tl), 수은(Hg), 구리(Cu), 코발트(Co), 로듐(Rh), 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 알콕시드 금속에 있어서의 알콕시드로는, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아이소프로판올, 뷰탄올, 아이소뷰탄올 등을 포함하는 알코올류, 메톡시 에탄올, 에톡시 에탄올, 프로폭시 에탄올, 뷰톡시 에탄올, 펜톡시 에탄올, 헵톡시 에탄올, 메톡시 프로판올, 에톡시 프로판올, 프로폭시 프로판올, 뷰톡시 프로판올, 펜톡시 프로판올, 헵톡시 프로판올을 포함하는 알콕시 알코올류 등으로부터 유도되는 것을 들 수 있다. As the metal in the alkoxide metal, for example, a transition metal, a lanthanoid, or a principal element is selected. Specifically, barium (Ba), strontium (Sr), titanium (Ti), bismuth (Bi) (La), lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), nickel (Ni), manganese (Mn), lead (Pb), tantalum (Ta), zirconium (Zr) (Rb), cesium (Cs), francium (Fr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), niobium (Nb), thallium (Tg), mercury Cobalt (Co), rhodium (Rh), scandium (Sc), and yttrium (Y). Examples of the alkoxide in the alkoxide metal include alcohols including methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, etc., methoxyethanol, ethoxyethanol, propoxyethanol, And those derived from alkoxy alcohols such as ethanol, pentoxyethanol, heptoxyethanol, methoxypropanol, ethoxypropanol, propoxypropanol, butoxypropanol, pentoxypropanol, and heptoxypropanol.
일구현예에 따른 절연체층을 상기한 바와 같은 재료로 구성하면, 절연체층 중에 분극이 발생하기 용이해지고, 트랜지스터 동작의 임계 전압을 저감할 수 있다. 또한, 상기 재료 중에서도 Si3N4, SixNy, SiONx (x, y〉0) 등의 질화 규소로 절연체층을 형성하면, 공핍층이 한층 더 발생하기 용이해지며, 트랜지스터 동작의 임계 전압을 더욱 저감시킬 수 있다. When the insulator layer according to an embodiment is made of the above-described material, polarization is easily generated in the insulator layer, and the threshold voltage of the transistor operation can be reduced. Among these materials, Si 3 N 4 , Si x N y , SiON x (x, y > 0) or the like, the depletion layer is more likely to be generated, and the threshold voltage of the transistor operation can be further reduced.
유기 화합물을 이용한 절연체층으로는 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 광라디칼 중합계, 광 양이온 중합계의 광경화성 수지, 아크릴로나이트릴 성분을 함유하는 공중합체, 폴리바이닐페놀, 폴리바이닐알코올, 노볼락 수지 및 사이아노에틸풀루란 등을 이용할 수도 있다. Examples of the insulating layer using an organic compound include polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization type, photocurable resin of photo cationic polymerization type, copolymer containing acrylonitrile, polyvinyl phenol, Polyvinyl alcohol, novolac resin, and cyanoethylpullulan may be used.
그 밖에, 왁스, 폴리에틸렌, 폴리클로로피렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리바이닐클로라이드, 폴리불화바이닐리덴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드사이아노에틸 풀룰란, 폴리(바이닐페놀)(PVP), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스타이렌(PS), 폴리올레핀, 폴리아크릴아마이드, 폴리(아크릴산), 노볼락 수지, 레졸 수지, 폴리이미드, 폴리자일렌, 에폭시 수지에 더하여, 풀룰란 등의 높은 유전율을 갖는 고분자 재료를 사용하는 것도 가능하다. In addition, a wax, a polyethylene, a polychloroprene, a polyethylene terephthalate, a polyoxymethylene, a polyvinyl chloride, a polyvinylidene fluoride, a polymethyl methacrylate, a polysulfone, a polycarbonate, a polyimide cyanoethyl pullulan, (PVP), poly (methyl methacrylate) (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyolefin, polyacrylamide, poly (acrylic acid), novolac resin, It is also possible to use a polymer material having a high dielectric constant such as pullulan, in addition to poly-xylene and epoxy resin.
절연체층에 이용하는 유기 화합물 재료, 고분자 재료로서, 발수성을 갖는 유기 화합물이고, 발수성을 가짐으로써 절연체층과 유기 반도체층과의 상호 작용을 억제하며, 유기 반도체가 원래 보유하고 있는 응집성을 이용하여 유기 반도체층의 결정성을 높여서 디바이스 성능을 향상시킬 수 있다.As the organic compound material and polymer material used for the insulator layer, it is an organic compound having water repellency and has water repellency, thereby suppressing the interaction between the insulator layer and the organic semiconductor layer, and by using the cohesiveness originally possessed by the organic semiconductor, The crystallinity of the layer can be increased and the device performance can be improved.
또한, 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같은 탑 게이트 구조를 이용할 때에, 이러한 유기 화합물을 절연체층의 재료로서 이용하면, 유기 반도체층에 주는 손상을 작게 하여 성막할 수 있기 때문에 효과적인 방법이다. In addition, when such a top gate structure as shown in Figs. 1 and 4 is used, if such an organic compound is used as the material of the insulator layer, it is an effective method because the damage to the organic semiconductor layer can be reduced and the film can be formed.
상기 절연체층은 상술한 바와 같은 무기 또는 유기 화합물 재료를 복수 이용한 혼합층일 수도 있고, 이들 적층 구조체일 수도 있다. 이 경우, 필요에 따라 유전율이 높은 재료와 발수성을 갖는 재료를 혼합하거나 적층함으로써 디바이스의 성능을 제어할 수도 있다. The insulator layer may be a mixed layer using a plurality of inorganic or organic compound materials as described above, or may be a laminate structure thereof. In this case, the performance of the device can be controlled by mixing or laminating a material having a high dielectric constant and a material having water repellency as needed.
또한, 상기 절연체층은 양극 산화막 또는 상기 양극 산화막을 구성으로서 포함할 수도 있다. 양극 산화막은 봉공 처리되는 것이 바람직하다. 양극 산화막은 양극 산화가 가능한 금속을 공지된 방법에 의해 양극 산화함으로써 형성된다. 양극 산화 처리 가능한 금속으로는 알루미늄 또는 탄탈럼을 들 수 있고, 양극 산화 처리의 방법에는 특별히 제한은 없으며, 공지된 방법을 이용할 수 있다. 양극 산화 처리를 실행함으로써 산화 피막이 형성된다. 양극 산화 처리에 사용되는 전해액으로는, 다공질 산화 피막을 형성할 수 있는 것이면 어떠한 것이어도 사용할 수 있고, 일반적으로는 황산, 인산, 수산, 크로뮴산, 붕산, 설파민산, 벤젠설폰산 등 또는 이들을 2종류 이상 조합한 혼산 또는 그들의 염이 사용된다. 양극 산화의 처리 조건은 사용하는 전해액에 따라 각종 변화되기 때문에 일률적으로 특정할 수 없지만, 일반적으로는 전해액의 농도가 1 내지 80질량%, 전해액의 온도 5 내지 70℃, 전류 밀도 0.5 내지 60A/㎠, 전압 1 내지 100볼트, 전해 시간 1O초 내지 5분의 범위가 적당하다. 바람직한 양극 산화 처리는, 전해액으로서 황산, 인산 또는 붕산의 수용액을 이용하고, 직류 전류로 처리하는 방법이지만, 교류 전류를 이용할 수도 있다. 이들 산의 농도는 5 내지 45질량%을 예로 들 수 있고, 전해액의 온도 20 내지 50℃, 전류 밀도 0.5 내지 20A/㎠이며 20 내지 250초간 전해 처리할 수 있다.The insulator layer may include an anodic oxide film or an anodic oxide film as a constituent. The anodic oxide film is preferably subjected to a sealing process. The anodic oxide film is formed by anodizing the metal that can be anodized by a known method. As the metal which can be anodized, aluminum or tantalum can be exemplified, and there is no particular limitation on the method of the anodic oxidation treatment, and a known method can be used. An anodic oxidation treatment is carried out to form an oxide film. As the electrolytic solution used in the anodic oxidation treatment, any electrolyte capable of forming a porous oxide film can be used. Generally, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, chromic acid, boric acid, sulfamic acid, benzenesulfonic acid, Or a salt thereof is used. Generally, the concentration of the electrolytic solution is 1 to 80 mass%, the temperature of the electrolytic solution is 5 to 70 deg. C, the current density is 0.5 to 60 A / cm < 2 > , A voltage of 1 to 100 volts, and an electrolysis time of 10 seconds to 5 minutes. The preferable anodizing treatment is a method in which an aqueous solution of sulfuric acid, phosphoric acid or boric acid is used as an electrolytic solution and is treated with a direct current, but an alternating current may also be used. The concentration of these acids is, for example, 5 to 45 mass%, and the electrolytic treatment can be carried out at a temperature of 20 to 50 占 폚 and at a current density of 0.5 to 20 A / cm2 for 20 to 250 seconds.
상기 절연체층의 두께로는 층의 두께가 얇으면 유기 반도체에 인가되는 실효 전압이 커지기 때문에, 디바이스 자체의 구동 전압, 임계 전압을 내릴 수 있지만, 반대로 소스-게이트 사이의 리크 전류가 커지기 때문에, 적절한 막 두께를 선택할 필요가 있고, 예를 들어 10㎚ 내지 5㎛, 50㎚ 내지 2㎛, 또는 100㎚ 내지 1㎛이다. As the thickness of the insulator layer is thin, the effective voltage applied to the organic semiconductor becomes large, so that the drive voltage and the threshold voltage of the device itself can be lowered. On the contrary, since the leak current between the source and the gate becomes large, It is necessary to select the film thickness, for example, 10 nm to 5 탆, 50 nm to 2 탆, or 100 nm to 1 탆.
또한, 상기 절연체층과 반도체층의 사이에 임의의 배향 처리를 실시할 수도 있다. 그 예로는, 절연체층 표면에 발수화 처리 등을 실시하고 절연체층과 유기 반도체층의 상호 작용을 저감시켜 유기 반도체층의 결정성을 향상시키는 방법이고, 실레인 커플링제, 예컨대 옥타데실트라이클로로실레인, 트라이클로로메틸실라잔이나 알칸 인산, 알칸설폰산, 알칸카본산 등의 자기 조직화 배향막 재료를 액상 또는 기상 상태로 절연막 표면에 접촉시켜 자기 조직화막을 형성 후, 적절히 건조 처리를 실시하는 방법을 들 수 있다. 또한, 액정의 배향에 사용되도록 절연막 표면에 폴리이미드 등으로 구성된 막을 설치하며, 그 표면을 연마하는 방법도 사용할 수 있다.. In addition, an arbitrary alignment treatment may be performed between the insulator layer and the semiconductor layer. Examples thereof include a method of improving the crystallinity of the organic semiconductor layer by reducing the interaction between the insulator layer and the organic semiconductor layer by performing a water repellent treatment or the like on the surface of the insulator layer and a silane coupling agent such as octadecyl trichlorosilane A method in which a self-organizing oriented film material such as trichloromethylsilazane, an alkanephosphoric acid, an alkane sulfonic acid, an alkane carbonic acid or the like is brought into contact with the surface of an insulating film in a liquid phase or a vapor phase state to form a self- . It is also possible to use a method in which a film composed of polyimide or the like is provided on the surface of the insulating film so as to be used for alignment of the liquid crystal, and the surface thereof is polished.
상기 절연체층의 형성 방법으로는 진공 증착법, 분자선 에피택셜 성장법, 이온 클러스터빔법, 저에너지 이온빔법, 이온 플레이팅법, CVD법, 스퍼터링법, 대기압 플라즈마법 등의 건식 프로세스나, 스프레이 코팅법, 스핀 코팅법, 블레이드 코팅법, 딥 코팅법, 캐스팅법, 롤 코팅법, 바 코팅법, 다이 코팅법 등의 도포에 의한 방법, 인쇄나 잉크 젯 등의 패터닝에 의한 방법 등의 습식 프로세스를 들 수 있고, 재료에 따라 사용할 수 있다. 습식 프로세스는 무기 산화물의 미립자를 임의의 유기 용제 또는 물에 필요에 따라 계면 활성제 등의 분산 보조제를 이용하여 분산한 액을 도포, 건조하는 방법이나 산화물 전구체, 예컨대 알콕시드체의 용액을 도포, 건조하는 이른바 졸겔법이 사용된다. The insulator layer may be formed by a dry process such as a vacuum evaporation process, a molecular beam epitaxial growth process, an ion cluster beam process, a low energy ion beam process, an ion plating process, a CVD process, a sputtering process or an atmospheric pressure plasma process, a spray coating process, A wet coating method such as a spray coating method, a spray coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a roll coating method, a bar coating method and a die coating method, Can be used according to the material. The wet process is a method in which a solution prepared by dispersing fine particles of inorganic oxide in an optional organic solvent or water, using a dispersion aid such as a surfactant, is applied and dried, or a method in which an oxide precursor such as a solution of an alkoxide is applied and dried The so-called sol-gel method is used.
또한, 예컨대 대기 중에 포함되는 산소, 물 등의 반도체층에 대한 영향을 고려하여, 트랜지스터 소자의 외주면의 전면 또는 일부에 가스 배리어층을 형성할 수도 있다. 가스 배리어층을 형성하는 재료로는, 이 분야에서 상용되는 것을 사용할 수 있고, 예컨대 폴리바이닐알코올, 에틸렌-바이닐알코올 공중합체, 폴리염화바이닐, 폴리염화바이닐리덴, 폴리클로로트라이플루오로에틸렌 등을 들 수 있다. 또한, 상기 절연체층으로 예시한 절연성을 갖는 무기물도 사용할 수 있다. In addition, a gas barrier layer may be formed on the whole or part of the outer circumferential surface of the transistor element, for example, in consideration of the influence of oxygen and water contained in the atmosphere on the semiconductor layer. As the material for forming the gas barrier layer, those commonly used in this field can be used, and examples thereof include polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl chloride, polyvinyl chloride chloride, polychlorotrifluoroethylene, . An inorganic material having an insulating property exemplified by the above-mentioned insulator layer can also be used.
또한 상기 박막 트랜지스터에 있어서, 발광소자를 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결한 후, 소스-드레인 사이를 흐르는 전류를 이용하여 상기 발광소자를 제어할 수 있으며, 이를 이용하여 평판표시장치를 구성할 수 있다.Further, in the thin film transistor, after the light emitting element is electrically connected to the thin film transistor, the light emitting element can be controlled by using a current flowing between the source and the drain, and a flat panel display can be constructed using the same .
또한 상기 박막 트랜지스터에 있어서, 소스-드레인 사이를 흐르는 전류를 이용하여 발광을 얻고, 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 발광을 제어하는 박막발광 트랜지스터를 제공한다. Further, in the thin film transistor, a thin film light emitting transistor which emits light by using a current flowing between a source and a drain and controls the light emission by applying a voltage to the gate electrode is provided.
상기 박막 트랜지스터는 소스, 드레인 전극으로부터 주입한 전하를 이용하여 발광 소자로서 이용할 수도 있다. 즉, 박막트랜지스터를 발광 소자(유기 EL 소자)의 기능을 겸한 박막발광 트랜지스터로서 이용할 수 있다. 이것은 소스-드레인 전극 사이에 흐르는 전류를 게이트 전극으로 제어함으로써 발광 강도를 제어할 수 있다. 발광을 제어하기 위한 트랜지스터와 발광 소자를 통합할 수 있기 때문에, 디스플레이의 개구율 향상이나 제작 프로세스의 간이화에 따른 비용 절감이 가능해져 실용상의 큰 이점을 준다.The thin film transistor may be used as a light emitting element by using charges injected from a source electrode and a drain electrode. That is, the thin film transistor can be used as a thin film light emitting transistor serving also as a light emitting element (organic EL element). This can control the light emission intensity by controlling the current flowing between the source and drain electrodes to the gate electrode. It is possible to integrate the transistor for controlling the light emission and the light emitting element, so that it is possible to improve the aperture ratio of the display and to reduce the cost due to the simplification of the manufacturing process, thereby giving a great advantage in practical use.
Claims (6)
상기 반도체층이 그라펜층 및 조절층을 구비하고,
상기 조절층이 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함하고,
상기 황화물은 황화아연(ZnS), 황화카드뮴(CdS), 황화칼슘(CaS), 황화이트륨(Y2S3), 황화갈륨(Ga2S3), 황화스트론튬(SrS), 황화바륨(BaS) 또는 이들의 혼합물이고, 상기 산화물은 산화아연(ZnO), 산화이트륨(Y2O3) 또는 이들의 혼합물이고, 상기 질화물은 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 이들의 혼합물인 것인 박막 트랜지스터.1. A thin film transistor for controlling a source-drain current by applying a voltage to a gate electrode, at least three terminals of a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, an insulator layer and a semiconductor layer are provided on a substrate,
Wherein the semiconductor layer comprises a graphene layer and a control layer,
Wherein the control layer comprises an oxide, a nitride, a sulfide or a mixture thereof,
The sulfide is zinc sulfide (ZnS), cadmium sulfide (CdS), calcium sulfide (CaS), sulfide, yttrium (Y 2 S 3), sulfide, gallium (Ga 2 S 3), sulfide, strontium (SrS), sulfide, barium (BaS) or a mixture thereof, the oxide is zinc oxide (ZnO), yttrium oxide (Y 2 O 3) or mixtures thereof, and the nitride is aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), or And mixtures thereof.
상기 그라펜층의 면적이 1mm2 이상인 것인 박막 트랜지스터.The method according to claim 1,
Wherein an area of the graphene layer is 1 mm 2 or more.
상기 그라펜층 및 조절층 사이에 금속 원자층이 개재된 것인 박막 트랜지스터.The method according to claim 1,
Wherein a metal atom layer is interposed between the graphene layer and the control layer.
상기 금속 원자층이 Al 원자가 1층 내지 3층 구조로 적층된 구조체인 것인 박막 트랜지스터.The method of claim 3,
Wherein the metal atom layer is a structure in which Al atoms are stacked in a structure of one to three layers.
상기 반도체층이 그라펜층 및 조절층을 구비하고,
상기 조절층이 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함하며,
상기 황화물은 황화아연(ZnS), 황화카드뮴(CdS), 황화칼슘(CaS), 황화이트륨(Y2S3), 황화갈륨(Ga2S3), 황화스트론튬(SrS), 황화바륨(BaS) 또는 이들의 혼합물이고, 상기 산화물은 산화아연(ZnO), 산화이트륨(Y2O3) 또는 이들의 혼합물이고, 상기 질화물은 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 이들의 혼합물이고,
상기 소스-드레인 사이를 흐르는 전류를 이용하여 발광을 얻고, 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 발광을 제어하는 것인 박막 발광 트랜지스터.1. A thin film transistor for controlling a source-drain current by applying a voltage to a gate electrode, at least three terminals of a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, an insulator layer and a semiconductor layer are provided on a substrate,
Wherein the semiconductor layer comprises a graphene layer and a control layer,
Wherein the control layer comprises an oxide, a nitride, a sulfide or a mixture thereof,
The sulfide is zinc sulfide (ZnS), cadmium sulfide (CdS), calcium sulfide (CaS), sulfide, yttrium (Y 2 S 3), sulfide, gallium (Ga 2 S 3), sulfide, strontium (SrS), sulfide, barium (BaS) or a mixture thereof, the oxide is zinc oxide (ZnO), yttrium oxide (Y 2 O 3) or mixtures thereof, and the nitride is aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), or Mixtures thereof,
Wherein light emission is obtained by using a current flowing between the source and the drain, and light emission is controlled by applying voltage to the gate electrode.
상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 발광소자;를 구비하는 평판 표시장치.A thin film transistor in which three terminals of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, an insulator layer and a semiconductor layer are provided on at least a substrate and a voltage is applied to the gate electrode to control a current between the source and the drain, Wherein the control layer comprises an oxide, a nitride, a sulfide or a mixture thereof, wherein the sulfide is selected from the group consisting of zinc sulfide (ZnS), cadmium sulfide (CdS), calcium sulfide (CaS) 2 S 3), sulfide, gallium (Ga 2 S 3), sulfide, strontium (SrS), sulfide, barium (BaS), or a mixture thereof, the oxide of zinc (ZnO), yttrium oxide (Y 2 O 3), or their A thin film transistor in which the nitride is aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), or a mixture thereof; And
And a light emitting element electrically connected to the thin film transistor.
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|---|---|---|---|---|
| JP7388020B2 (en) | 2019-07-11 | 2023-11-29 | 富士電機株式会社 | Insulated gate semiconductor device |
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2017
- 2017-03-20 KR KR1020170034927A patent/KR20170034853A/en not_active Application Discontinuation
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