KR20200028127A - The organic transistor and organic light-emitting transistor of using an electrode of materials with low dimensional electronic structures and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저차원 전자 구조의 물질로 구성되는 전극을 구비한 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평탄하고 쉽게 가공할 수 있는 저차원 전자 구조의 물질 전극을 소스 또는 드레인 전극으로 사용하는 수직형 유기 트랜지스터와 유기 발광 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and an organic light emitting transistor having an electrode composed of a material of a low-dimensional electronic structure, and more specifically, a flat and easily processable material electrode of a low-dimensional electronic structure as a source or drain electrode. It relates to a vertical type organic transistor used, an organic light emitting transistor and a method of manufacturing the same.
최근 수년간, 첨단 전자 공학 분야에서 유기 반도체 물질을 이용하는 유기 발광 다이오드(OLEDs), 태양 전지(solar cells), 트랜지스터(transistors), 센서(sensor)등과 같은 다양한 고급 디바이스를 개발하는데 성공하였다. 그 중에서도 고품질의 디스플레이, 조명 및 광 감지 장치를 위한 고휘도, 고효율, 풀 컬러 전계 발광(electroluminescence, EL) 방출을 구현하기 위해, OLED (organic light-emitting diode)와 이에 관련된 분야에 집중적인 개발이 진행되어 왔다. 이러한 OLED는 액정 디스플레이(LCD)와 같은 종래의 광전자 소자에 비해 시야각, 응답 시간, 두께 및 콘트라스트비(contrast ratio) 측면에서 우수한 특징을 갖는 것으로 잘 알려져 있다. 디스플레이 상품의 일 예로서, 우수한 소형 OLED 디스플레이가 픽셀의 상태를 제어할 수 있는 박막 트랜지스터(TFT) 스위치 어레이 상에 구축되어 생산되고 있다. 이러한 능동 매트릭스형(active matrix, AM) OLED(AM-OLED)에서, OLED는 전류 모드로 구동되기 때문에, 일반적으로 OLED 화소를 선택하는 스위칭 TFT 및 OLED를 동작시키는 구동 TFT를 포함하는, 적어도 2 개의 TFT가 한 화소에 요구된다. 이에 따라, AM-OLED의 관련된 주요 과제로서 구동 TFT와 OLED의 통합이 이슈로 남아있다. 비정질 실리콘 (amorphous Si, a-Si) TFT는 낮은 전하 이동도로 인해 OLED에 필요한 전류량을 충족시킬 수 없기 때문에, 고 이동도의 다결정 실리콘 (polycrystalline Si, poly-Si) TFT가 대안으로 사용될 수 있다. 그러나 poly-Si는 다결정 입자 크기, 결정 방위 및 입자 수에 따른 큰 특성 변화에 관련된 근본적인 한계로 인해 픽셀 간 재현성이 낮다. 따라서, AM-OLED에서 수 많은 진보가 이루어졌음에도 불구하고, 정교한 공정 절차로 제작되는 복잡한 TFT 디자인은 상당히 제한된 발광면적, 즉, 낮은 개구율(aperture ratio)을 갖게되며, 이는 디스플레이 크기의 제한뿐만 아니라, 장치 성능의 저하와 관련된 심각한 문제를 야기하고 있다.In recent years, it has been successful in the development of a variety of advanced devices such as organic light emitting diodes (OLEDs), solar cells, transistors, sensors using organic semiconductor materials in the field of advanced electronics. Among them, intensive development is underway in organic light-emitting diodes (OLEDs) and related fields to realize high-brightness, high-efficiency, full-color electroluminescence (EL) emission for high-quality displays, lighting, and light sensing devices. It has been. These OLEDs are well known to have excellent characteristics in terms of viewing angle, response time, thickness and contrast ratio compared to conventional optoelectronic devices such as liquid crystal displays (LCDs). As an example of a display product, an excellent small OLED display is built and produced on a thin film transistor (TFT) switch array capable of controlling the state of a pixel. In such an active matrix (AM) OLED (AM-OLED), at least two, including a switching TFT that typically selects an OLED pixel and a driving TFT that operates the OLED, because the OLED is driven in a current mode. TFT is required for one pixel. As a result, the integration of driving TFT and OLED remains a major issue related to AM-OLED. Since amorphous silicon (a-Si) TFTs cannot meet the amount of current required for OLEDs due to low charge mobility, a polycrystalline Si (poly-Si) TFT of high mobility can be used as an alternative. However, poly-Si has low inter-pixel reproducibility due to fundamental limitations related to large property changes with polycrystalline particle size, crystal orientation, and particle number. Therefore, despite many advances in AM-OLED, the complex TFT design produced by sophisticated process procedures has a fairly limited luminous area, i.e., a low aperture ratio, which is not only limited by the display size. , Causing serious problems related to deterioration of device performance.
AM-OLED의 이러한 문제를 극복하기 위해, 현재 다양한 구조의 소자들이 연구 개발되고 있다. 그 중에서도, 여러 가지 유기 발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor, OLET), 즉, 정전 유도 유기 발광 트랜지스터(SIT-OLET), 금속-절연체-반도체형 유기 발광 트랜지스터(MIS-OLET), 횡형 유기 발광 트랜지스터(lateral OLET) 및 수직형 유기 발광 트랜지스터(vertical OLET, VOLET)들이 OLED의 발광 기능과 트랜지스터의 스위칭 기능을 하나의 소자 구조에 통합하는 방향으로 개발되었다. 이러한 통합은 구동 TFT의 수를 획기적으로 감소시킬 수 있으므로, 유기 발광 트랜지스터는 AM형 디스플레이로 응용할 수 있는 획기적인 기술이 될 수 있다. To overcome this problem of AM-OLED, devices of various structures are currently being researched and developed. Among them, various organic light-emitting transistors (OLETs), namely, electrostatic induction organic light-emitting transistors (SIT-OLET), metal-insulator-semiconductor-type organic light-emitting transistors (MIS-OLET), horizontal organic light-emitting transistors (lateral OLET) and vertical organic light emitting transistors (vertical OLET, VOLET) were developed in a direction to integrate the light emitting function of the OLED and the switching function of the transistor into one device structure. Since this integration can drastically reduce the number of driving TFTs, the organic light emitting transistor can be a breakthrough technology that can be applied as an AM type display.
한편, 최근 탄소 나노 튜브 (carbon nanotube, CNT) 기반의 트랜지스터를 사용하여, 유기 발광 트랜지스터를 구성하는, CNT 기반의 유기 발광 트랜지스터 (CNT-VOLET) 소자가 개발되어 보고 되었다 (McCarthy, M. A. 등 Science 332, 570-573, 2011). 소스 전극으로 CNT 네트워크를 사용하는 CNT-VOLET 소자는 높은 온/오프 비율 등과 같은 몇 가지 개선 사항을 달성하였다. 이러한 소자의 특성은 소스 전극 표면에 횡 방향 (또는 수평 방향) 쇼트키 장벽 높이 (lateral or horizontal Schottky barrier height)의 게이트-전압-유도 변조에 기인한 것이다. 이와 관련된 특허인 대한민국 공개특허 제10-2013-0130011호에는 "액티브 매트릭스 감쇄 소스 인에이블형 수직 유기 발광 트랜지스터"를 기술하고 있지만, 이러한 종래 기술들은 탄소 나노 튜브의 응집으로 인해 (참조 문헌: Lee, B. 등 J. Appl. Phys. 116, 144503 2014), 평탄하고 균일한 표면을 갖는 CNT 네트워크 소스 전극의 제작이 어려워, 소자의 재현 생산이 곤란하며, CNT-VOLET 소자의 유효 개구율 (effective aperture ratio, AReff)이 98% 정도로 여전히 불충분하고, 그 소자의 기생 전력 소비가 6.2%로 더욱 감소되어야 하는 실정이다 (McCarthy, M. A. 등 Science 332, 570-573, 2011). 그러므로, 낮은 전력 소비와 높은 유효 개구율를 갖으며, 제조 신뢰성이 높은 유기 발광 트랜지스터의 개발은 이 분야에서 매우 중요한 과제로 남아 있다.Meanwhile, a CNT-based organic light-emitting transistor (CNT-VOLET) device constituting an organic light-emitting transistor using a carbon nanotube (CNT) -based transistor has recently been developed and reported (McCarthy, MA, etc. Science 332 , 570-573, 2011). The CNT-VOLET device using the CNT network as the source electrode achieved several improvements, such as a high on / off ratio. The characteristics of these devices are due to gate-voltage-induced modulation of the lateral or horizontal Schottky barrier height on the surface of the source electrode. Korean Patent Publication No. 10-2013-0130011, which is a related patent, describes an "active matrix attenuating source enable type vertical organic light emitting transistor", but these prior arts are due to the aggregation of carbon nanotubes (Ref: Lee, B. et al. J. Appl. Phys. 116 , 144503 2014), it is difficult to manufacture a CNT network source electrode having a flat and uniform surface, it is difficult to reproduce the device, and the effective aperture ratio of the CNT-VOLET device , AR eff ) is still insufficient at about 98%, and parasitic power consumption of the device should be further reduced to 6.2% (McCarthy, MA et al. Science 332 , 570-573, 2011). Therefore, the development of an organic light emitting transistor having low power consumption, high effective aperture ratio, and high manufacturing reliability remains a very important task in this field.
본 발명에서는 구동 TFT와 OLED의 통합을 위해 간결한 제조 공정을 갖는 저차원 전자구조의 물질로 구성되는 전극을 기반한 유기 트랜지스터와 유기 발광 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. In the present invention, to provide an organic transistor and an organic light emitting transistor based on an electrode composed of a material of a low-dimensional electronic structure having a concise manufacturing process for the integration of a driving TFT and an OLED, and a manufacturing method thereof.
종래 기술로서의 AM-OLED는 수 많은 진보가 이루어졌음에도 불구하고, 정교한 공정 과정을 통해 복잡한 TFT 디자인으로 제작되며, 상당히 제한된 개구율 (25~34%)과 관련될 뿐 아니라, 디스플레이 크기의 증가 및 장치 성능 수준의 개선과 관련된 심각한 문제를 야기하고 있다. AM-OLED as a prior art has been made into a complicated TFT design through a sophisticated process process, despite numerous advances, and is associated with a fairly limited aperture ratio (25-34%), as well as an increase in display size and device It is causing serious problems related to the improvement of performance level.
이를 해결하고자, 본 발명에서 제안하는 저차원 전자구조의 물질로 구성되는 전극을 구비한 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터는 근본적으로 평탄하고 쉽게 가공할 수 있는 저차원 전자 구조의 물질을 소스 또는 드레인 전극으로 사용하는 유기 (발광) 트랜지스터를 제공하며, 극도로 낮은 전력 손실 특성과 함께 높은 휘도에서도 고도로 향상된 유효 개구율 특성을 가지고, 저차원 전자구조체 전극으로부터 채널층으로 전하가 주입되는 터널링 과정을 게이트 전압으로 효율적으로 변조하는 메커니즘으로 동작하는 소자를 제공하고자 한다.In order to solve this, the organic transistor and the organic light emitting transistor provided with an electrode composed of a material of a low-dimensional electronic structure proposed in the present invention are essentially flat and easily processable materials of a low-dimensional electronic structure as a source or drain electrode. It provides an organic (light emitting) transistor to be used, has an extremely low effective power loss characteristic and a highly improved effective aperture ratio even at high luminance, and efficiently tunnels the process of injecting charge from a low-dimensional electronic structure electrode into a channel layer as a gate voltage. It is intended to provide a device that operates as a mechanism for modulating with.
그러나, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved in the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원발명은 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전극을 갖는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and an organic light emitting transistor having an electrode composed of a low-dimensional electronic structure material.
본원발명은 상기 저차원 전자구조 물질의 전극으로는 그래핀, 탄소나노튜브, 금속 나노선 (nanowire, NW), Ag-NW, 금속 칼로겐, MoS2, TiS2, WSe2 및 이들의 복합체에서 선택된 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention is a graphene, carbon nanotubes, metal nanowires (nanowire, NW), Ag-NW, metal calogen, MoS 2 , TiS 2 , WSe 2 and their complexes as electrodes of the low-dimensional electronic structure materials. It relates to an organic light emitting transistor characterized in that it is made of one selected material.
본원발명은 상기 저차원 전자구조 물질의 전극으로는 단일층 또는 다층 구조의 그래핀 기반인 소스 또는 드레인 인 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and an organic light emitting transistor characterized in that the electrode of the low-dimensional electronic structure material is a single layer or a multi-layered graphene-based source or drain.
본원발명은 상기 저차원 전자구조 물질의 전극으로는 단일층 그래핀 기반인 소스 또는 드레인 인 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다. 이후, 저차원 전자구조 물질의 소스 및 드레인 전극들을 대표하여 저차원 전자구조 물질의 소스 전극의 특성을 설명하도록 한다. The present invention relates to an organic transistor and an organic light emitting transistor, characterized in that the electrode of the low-dimensional electronic structure material is a single-layer graphene-based source or drain. Subsequently, the characteristics of the source electrode of the low-dimensional electronic structure material will be described as representative of the source and drain electrodes of the low-dimensional electronic structure material.
또한, 본원발명은 기판; 상기 기판 상에 적층된 전도층; 상기 전도층 상에 적층된 유전체층; 상기 유전체층 상에 적층된 저차원 전자구조 물질로 구성되는 정공 주입용 소스 전극; 상기 소스 상에 적층된 발광층; 및 상기 발광층 상에 적층된 전자 주입용 드레인;을 포함하는 유기 발광 트랜지스터일 수 있다.In addition, the present invention is a substrate; A conductive layer laminated on the substrate; A dielectric layer laminated on the conductive layer; A source electrode for hole injection composed of a low-dimensional electronic structure material laminated on the dielectric layer; A light emitting layer stacked on the source; And a drain for electron injection stacked on the light emitting layer.
본원발명은 그래핀 기반인 소스 전극으로부터 정공이 주입되는 터널링 과정을 게이트 전압으로 변조하는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and an organic light emitting transistor characterized in that the tunneling process in which holes are injected from the source electrode, which is graphene-based, is modulated with a gate voltage.
또한, 기판; 상기 기판 상에 적층된 전도층; 상기 전도층 상에 적층된 유전체층; 상기 유전체층 상에 적층된 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전자 주입용 소스 전극; 상기 소스 상에 적층된 발광층; 및 상기 발광층 상에 적층된 정공 주입용 드레인;을 포함하는 역구조의 유기 발광 트랜지스터일 수 있다.In addition, the substrate; A conductive layer laminated on the substrate; A dielectric layer laminated on the conductive layer; A source electrode for electron injection composed of a low-dimensional electronic structure material laminated on the dielectric layer; A light emitting layer stacked on the source; And It may be an organic light emitting transistor having an inverse structure including; a drain for hole injection stacked on the light emitting layer.
본원발명은 그래핀 기반인 소스 전극으로부터 전자가 주입되는 터널링 과정을 게이트 전압으로 변조하는 것을 특징으로 하는 역구조 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an inverted organic transistor and an organic light emitting transistor characterized by modulating a tunneling process in which electrons are injected from a graphene-based source electrode to a gate voltage.
이후, 순구조 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터 및 역구조 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터들을 대표하여 순구조 유기 발광 트랜지스터의 특성을 설명하도록 한다.Subsequently, characteristics of the net structure organic light emitting transistor will be described on behalf of the net structure organic transistor and the organic light emitting transistor and the inverse structure organic transistor and the organic light emitting transistors.
본원발명은 상기 그래핀 전극은 질소 도핑, Au 도핑, Cl 도핑, F 도핑, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride(바이올로젠) 도핑, 알칼리 금속 탄산화염 도핑, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) 도핑, fluoropolymer(CYTOP) 도핑 등의 물리 화학적으로 p-형 또는 n-형 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention is the graphene electrode is nitrogen doping, Au doping, Cl doping, F doping, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride (biogen) doping, alkali metal carbonate doping, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) An organic transistor and an organic light emitting transistor, characterized in that they are physically and chemically p-type or n-type doped, such as doping or fluoropolymer (CYTOP) doping.
본원발명은 상기 그래핀 전극은 FeCl3로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and an organic light emitting transistor characterized in that the graphene electrode is doped with FeCl 3 .
본원발명은 상기 FeCl3로 도핑된 그래핀은 FeCl3 수용액으로 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic light emitting transistor characterized in that the graphene doped with FeCl 3 is obtained by treatment with an aqueous solution of FeCl 3 .
본원발명은 상기 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전극은 종방향(수직 방향)으로 포텐셜 장벽의 전기 변조가 가능한 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and an organic light emitting transistor characterized in that the electrode composed of the low-dimensional electronic structure material is capable of electric modulation of a potential barrier in the longitudinal direction (vertical direction).
이후부터는 상기의 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터를 대표하여, 유기 발광 트랜지스터로 상세한 설명을 하도록 한다. Hereinafter, the organic transistor and the organic light emitting transistor will be described in detail.
본원발명은 상기 기판은 유리, 강화유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 경우에는 PET(polyethylenceterephthalate), PEN(pilyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PC(polycarbonate), PU(polyurethane) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.In the present invention, the substrate is glass, tempered glass, quartz, pyrex, silicon, polyethylenceterephthalate (PET), pilyethylenenaphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polyurethane (PU) and PTFE (polytetrafluoroethylene).
본원발명은 상기 전도층은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, carbon nanotube, graphene, Ag nanowire, metal nanowire, conducting polymer, 및 solid electrolye에서 선택된 어느 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention is characterized in that the conductive layer is made of any one material selected from ITO, IZO, SnO 2 , ATO, FTO, GZO, IGZO, carbon nanotube, graphene, Ag nanowire, metal nanowire, conducting polymer, and solid electrolye It relates to an organic light emitting transistor.
본원발명은 상기 유전체층은 SiOx(x≥1), Al2O3, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, HfO2, TiO2, In2O3, SiNx(x≥1), MgF2, CaF2, PET, PEN, PES, PI, PC, PU 및 PTFE 에서 선택된 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.In the present invention, the dielectric layer is SiOx (x≥1), Al 2 O 3 , ZnO, Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , TiO 2 , In 2 O 3 , SiNx (x≥1), MgF 2 , CaF 2 , PET, PEN, PES, PI, PC, and relates to an organic light emitting transistor, characterized in that it is made of one material selected from PTFE.
본원발명은 상기 유전체층은 Al2O3인 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic light emitting transistor, characterized in that the dielectric layer is Al 2 O 3 .
본원발명은 100 cd m-2의 발광휘도에서 유효 개구율이 100% 이상인, 유기 발광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic light emitting transistor having an effective aperture ratio of 100% or more at a light emission luminance of 100 cd m -2 .
본원발명은 기판 상에 게이트 전극용 전도층을 적층하는 단계; 상기 전도층 상에 유전체층을 적층하는 단계; 상기 유전체층 상에 저차원 전자 구조의 소스를 적층하는 단계; 상기 소스 상에 발광층을 적층하는 단계; 상기 발광층에 드레인을 적층하는 단계를 포함하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of laminating a conductive layer for a gate electrode on a substrate; Depositing a dielectric layer on the conductive layer; Depositing a source of a low-dimensional electronic structure on the dielectric layer; Depositing a light emitting layer on the source; It relates to an organic transistor and a method of manufacturing an organic light emitting transistor comprising the step of depositing a drain on the light emitting layer.
또한, 본원발명은 기판 상에 게이트 전극용 전도층을 적층하는 단계; 상기 전도층 상에 유전체층을 적층하는 단계; 상기 유전체층 상에 저차원 전자구조 물질로 구성되는 정공 주입용 소스전극을 적층하는 단계; 상기 소스 상에 발광층을 적층하는 단계; 상기 발광층에 전자 주입용 드레인을 적층하는 단계를 포함하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법일 수 있다.In addition, the present invention comprises the steps of laminating a conductive layer for a gate electrode on a substrate; Depositing a dielectric layer on the conductive layer; Depositing a source electrode for hole injection made of a low-dimensional electronic structure material on the dielectric layer; Depositing a light emitting layer on the source; It may be a method of manufacturing an organic light emitting transistor comprising the step of laminating an electron injection drain to the light emitting layer.
또한, 본원발명은 기판 상에 게이트 전극용 전도층을 적층하는 단계; 상기 전도층 상에 유전체층을 적층하는 단계; 상기 유전체층 상에 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전자 주입용 소스 전극을 적층하는 단계; 상기 소스 상에 발광층을 적층하는 단계; 상기 발광층에 정공 주입용 드레인을 적층하는 단계를 포함하는 역구조의 유기 발광 트랜지스터의 제조방법일 수 있다.In addition, the present invention comprises the steps of laminating a conductive layer for a gate electrode on a substrate; Depositing a dielectric layer on the conductive layer; Depositing a source electrode for electron injection composed of a low-dimensional electronic structure material on the dielectric layer; Depositing a light emitting layer on the source; It may be a method of manufacturing an organic light emitting transistor having an inverse structure, comprising laminating a hole injection drain in the light emitting layer.
본원발명은 상기 저차원 전자구조는 그래핀 기반인 소스인 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an organic light emitting transistor, wherein the low-dimensional electronic structure is a graphene-based source.
본원발명은 상기 저차원 전자구조 물질 전극은 종방향으로 포텐셜 장벽의 전기 변조가 가능한 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and a method of manufacturing an organic light emitting transistor, wherein the low-dimensional electronic structure material electrode is capable of electric modulation of a potential barrier in the longitudinal direction.
본원발명은 상기 그래핀은 FeCl3로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and a method of manufacturing an organic light emitting transistor, wherein the graphene is doped with FeCl 3 .
본원발명은 상기 그래핀 기반의 소스를 적층하는 단계는 FeCl3 수용액으로 도핑하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an organic transistor and an organic light emitting transistor, characterized in that the step of stacking the graphene-based source is obtained by doping with an aqueous solution of FeCl 3 .
본원발명은 상기 기판은 유리, 강화유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 경우에는 PET, PEN, PES, PI, PC, PU 및 PTFE 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an organic light emitting transistor, characterized in that the substrate is made of any one of glass, tempered glass, quartz, pyrex, silicon, PET, PEN, PES, PI, PC, PU and PTFE.
본원발명은 상기 전도층은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, CNT graphene, Ag-nanowire, metal nanowire, conducing polymer, 및 solid electrolyte에서 선택된 어느 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is characterized in that the conductive layer is made of any one material selected from ITO, IZO, SnO 2 , ATO, FTO, GZO, IGZO, CNT graphene, Ag-nanowire, metal nanowire, conducing polymer, and solid electrolyte. It relates to a method of manufacturing an organic light emitting transistor.
본원발명은 상기 유전체층은 SiOx(x≥1), Al2O3, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, HfO2, TiO2, In2O3, SiNx(x≥1), MgF2, CaF2, PET, PEN, PES, PI, PC 및 PTFE 에서 선택된 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터 및 유기 발광 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.In the present invention, the dielectric layer is SiOx (x≥1), Al 2 O 3 , ZnO, Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , TiO 2 , In 2 O 3 , SiNx (x≥1), MgF 2 , CaF 2 , PET, PEN, PES, PI, PC, and relates to a method for manufacturing an organic transistor and an organic light emitting transistor, characterized in that it is made of one material selected from PTFE.
본 발명에서는, 근본적으로 평탄하고 쉽게 가공할 수 있는 저차원 전자 구조의 물질을 소스 전극으로 사용하여 제작되는 유기 발광 트랜지스터를 제공 한다. 저차원 전자구조 재료의 하나로 사용할 수 있는 그래핀은 탄소 원자가 육각형 격자 구조의 sp2 형태로 결합한 2차원 물질로서, 평면 구조로 인하여 단일층 그래핀(SLG, single-layer graphene)은 뛰어난 광 투과율과 전기 전도성을 가진다. In the present invention, an organic light emitting transistor manufactured by using a material of a low-dimensional electronic structure that is essentially flat and easily processable as a source electrode is provided. Graphene, which can be used as one of the low-dimensional electronic structure materials, is a two-dimensional material in which carbon atoms are combined in a sp 2 form of a hexagonal lattice structure. Due to the planar structure, single-layer graphene (SLG) has excellent light transmittance and It has electrical conductivity.
또한, 본 발명에서는, 그래핀 전극 기반 수직형 유기 발광 트랜지스터(Gr-VOLET)에 게이트 전압 적용함으로써 소자 성능을 효율적으로 변조할 수 있다.In addition, in the present invention, device performance can be efficiently modulated by applying a gate voltage to a graphene electrode-based vertical organic light emitting transistor (Gr-VOLET).
또한, 본 발명의 Gr-VOLET는 극도로 낮은 전력 손실 특성과 함께, 높은 휘도에서도 150% 이상의 고도로 향상된 유효 개구율 특성을 가지며, 그래핀 소스 전극으로부터 채널층으로 정공이 주입되는 터널링 과정을 게이트 전압으로 효율적으로 변조하는 작동 메커니즘을 가진다. 이러한 우수한 소자의 동작원리를 가지는 본 발명은 차세대 디스플레이 디바이스, 일반 조명 응용 및 기타 분야의 실용적인 발광 트랜지스터 디바이스에 이용 가능하다.In addition, the Gr-VOLET of the present invention has an extremely low power loss characteristic, a highly improved effective aperture ratio characteristic of 150% or more even at high luminance, and a tunneling process in which holes are injected from the graphene source electrode to the channel layer as a gate voltage. It has an efficient modulation mechanism. The present invention having the principle of operation of such an excellent device can be used in next-generation display devices, general lighting applications, and practical light-emitting transistor devices in other fields.
도 1은 그래핀 기반 수직 유기 발광 트랜지스터(Gr-VOLETs)의 구조 및 제작단계의 개략도를 나타낸다. 단일층 그래핀(single layer graphene, SLG) 소스 및 유기 발광 채널층, Al 금속 드레인, 기능층을 갖는Gr-VOLET 구조 및 제조 단계의 개략도와 Gr-VOLET 단면 슬라이스의 SEM 이미지를 나타낸다. 투명 SLG 소스 및 Al2O3 게이트 유전체로 분리된 ITO 게이트의 상부에 배치되며, ITO는 인듐 주석 산화물이다.
도 2는 그래핀 기반 수직 유기 발광 트랜지스터(Gr-VOLETs)의 동작 특성을 나타낸다. 3.8 V의 고정 소스 - 드레인 전압 (VSD)에서 3개의 게이트 전압 (VG)에 대한 Gr-VOLET 의 발광 사진 (발광 픽셀 영역 : 4 mm x 2 mm, 흰색 사각형)이다. 왼쪽과 오른쪽의 이미지에서 Gr-VOLET은 각각 VG = -40 V와 + 40 V에서 완전히 켜지거나 꺼진 상태이다. 비교를 위해, 중간 도면은 VG = 0V에서 Gr-VOLET의 그레이 빛 방출을 보여준다.
도3은 그래핀 기반 수직 유기 발광 트랜지스터(Gr-VOLETs)의 동작 특성으로서 파장에 따른 전계 발광 (electroluminescence, EL) 스펙트럼 및 반응 시간과 인가 전압에 따른 휘도를 나타낸다. 여러 VG 및 대조표준 (control) ITO-OLED (점선)에 대한 Gr-VOLET (실선)의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸다. 최대 방출 피크는 550nm에서 나타난다. 발광 채널층에 사용된 Super Yellow (SY)의 분자 구조가 그래프 안 도면에 기재하였다.
도4는 3.8 V의 고정 VSD 에서 게이트에 인가된 스텝 전압 (VG = ± 40 V)에 대한 Gr-VOLET의 응답 시간 특성을 나타낸다.
도5는 Gr-VOLET의 출력 특성을 나타내며, SLG 소스의 종류가 다른 Gr-VOLETs의 게이트 전압 (VG) 의존성 전류 밀도 - 전압 (JSD-VSD) (왼쪽) 및 휘도 - 전압 (L-VSD) (오른쪽) 특성이다. SLG1은 (a)에 해당하며, SLG2는 (b)에 해당하며, SLG3은 (c)에 해당한다. 비교를 위해, 게이트-분리 Gr-VOLET (즉, Gr-OLED)의 특성도 또한 도시되어 있다. (점선으로 된 곡선은 OLED 동작을 의미한다.)
도 6은 Gr-VOLETs에서의 전하 주입 과정에 관한 것으로 (a)는 VG = 0V에서 SLG1 내지 SLG3의 Gr-VOLET에 대해, (b)는 다양한 VG 에서 SLG2의 Gr-VOLET2 에 대한 파울러 - 노르드하임 플롯, ln(J/V SD 2) 대 1/VSD의 그래프이다. VT는 정공 주입 메커니즘이 쇼트 키 열 이온 방출에서 터널링으로 변하는 전이 전압을 나타낸다. (a)는 SLG와 SY 채널 층 사이의 계면의 수직 방향을 따른 SLG / SY 계면에서의 열 이온 방출 및 터널링의 개략 에너지 밴드 다이어그램을 보여준다. 
도7은 SLG의 일함수의 게이트 바이어스 유도 변조 및 Gr-VOLETs의 동작 메커니즘을 나타낸다. (a)의 왼쪽 그림은 SLG의 일함수의 게이트 바이어스 유도 변조에 관한 것이며, (a)의 오른쪽 그림은 주어진 V SD에 대한 3개의 V GS에서 Gr-VOLET2의 에너지 레벨을 나타낸다. (b)는 주어진 V SD = 3.2 V에서 Gr-VOLET2의 JSD-VG(위 그림) 및 L-VG(아래 그림) 전송 특성 커브를 나타낸다. 위쪽 및 아래쪽 삽입도는 각각 Gr-VOLET2의 JG-VG 특성 (위 그림), 주어진 V SD에 대한 0V의 V G에서 Gr-VOLET 픽셀의 사진으로 이중 안정 스위칭 동작 (아래 그림)을 나타낸다.
도 8은 대조표준 (control) ITO-OLED 소자 및 Gr-VOLETs소자의 비교를 나타낸다. ITO 기반 대조표준 OLED에 대하여 "온 상태" (V G = -40V)에서 SLG1(상), SLG2(중), SLG3(하) 소스를 가진 Gr-VOLETs의 전류밀도-휘도-전압 (J-L-V) (a) 및 전류효율-휘도 (
도 9는 본 발명의 VOLET 기판 상의 SLG1 내지 SLG3의 라만 스펙트럼을 나타낸다.
도 10은 Gr-VOLETs에 사용된 SLG의 특성을 나타낸다. (a)는 KPFM으로 측정한 VOLET기판상의 3가지 SLG의 일함수 분포도에 관한 것이다. 사진은 해당 SLG의 AFM 이미지(5 μm X 5 μm)를 나타낸다. (b)는 V DS = -100 mV일 때 액체 게이트형 Gr-FET의 SLG의 수송 특성에 관한 것이며, (c)는 V G = 0 V일 때 VOLET 기판 상의 SLG의 페르미 - 디렉 콘 (Fermi-Dirac cone)의 도식 에너지 밴드 다이어그램를 나타낸다. W는 일함수, E D는 SLG의 디락 포인트 에너지에 관한 것이며, X는 Al2O3의 전자 친화력(~1.0eV)이며, ΔE FD는 디락 포인트 에너지(E D)를 기준으로 페르미 준위(E F)을 의미한다.
도 11은 횡형 FET 기판 및 액체 게이트형 Gr-FET기판의 구조에 관한 도면이다.
도 12는 Gr-VOLET의 전기적 특성의 온도 의존성에 관한 그래프이다.1 shows a schematic diagram of the structure and manufacturing steps of graphene-based vertical organic light emitting transistors (Gr-VOLETs). Schematic diagram of a Gr-VOLET structure with a single layer graphene (SLG) source and an organic light-emitting channel layer, an Al metal drain, and a functional layer and a manufacturing step and SEM images of a Gr-VOLET cross-section slice are shown. It is placed on top of an ITO gate separated by a transparent SLG source and an Al 2 O 3 gate dielectric, and ITO is indium tin oxide.
2 shows operating characteristics of graphene-based vertical organic light emitting transistors (Gr-VOLETs). A luminescent photograph of Gr-VOLET (emission pixel area: 4 mm x 2 mm, white square) for three gate voltages (V G ) at a fixed source-drain voltage (V SD ) of 3.8 V. In the left and right images, Gr-VOLET is turned on or off completely at V G = -40 V and + 40 V, respectively. For comparison, the middle figure shows the gray light emission of Gr-VOLET at V G = 0V.
3 is an operating characteristic of graphene-based vertical organic light emitting transistors (Gr-VOLETs), and shows electroluminescence (EL) spectrum according to wavelength and luminance according to reaction time and applied voltage. The electroluminescence spectra of Gr-VOLET (solid line) for various V G and control ITO-OLED (dashed line) are shown. The maximum emission peak appears at 550 nm. The molecular structure of Super Yellow (SY) used in the light emitting channel layer is shown in the figure in the graph.
Figure 4 shows the response time characteristics of Gr-VOLET for the step voltage (V G = ± 40 V) applied to the gate at a fixed V SD of 3.8 V.
5 shows the output characteristics of Gr-VOLET, the gate voltage (V G ) dependence of Gr-VOLETs with different types of SLG sources Current density-voltage (J SD -V SD ) (left) and luminance-voltage (LV SD) ) (Right) characteristic. SLG 1 corresponds to (a), SLG 2 corresponds to (b), and SLG 3 corresponds to (c). For comparison, the properties of the gate-isolated Gr-VOLET (ie Gr-OLED) are also shown. (Dotted curve means OLED operation.)
To 6 is on the charge injection process in Gr-VOLETs (a) is V G = in 0V for Gr-VOLET of SLG 1 to SLG 3, (b) is of the SLG 2 in a variety of V G Gr-VOLET 2 Fowler-Nordheim plot for, ln ( J / V SD 2 ) vs. 1 / V SD . V T represents the transition voltage at which the hole injection mechanism changes from Schottky thermal ion release to tunneling. (a) shows a schematic energy band diagram of thermal ion release and tunneling at the SLG / SY interface along the vertical direction of the interface between the SLG and SY channel layers.
7 shows the gate bias induction modulation of SLG's work function and the operation mechanism of Gr-VOLETs. The left figure of (a) relates to gate bias induction modulation of SLG's work function, and the right figure of (a) shows the energy level of Gr-VOLET 2 at three V GS for a given V SD . (b) shows the J SD -V G (pictured above) and LV G (pictured below) transmission characteristic curves of Gr-VOLET 2 at a given V SD = 3.2 V. The top and bottom inserts show the J G -V G characteristic of Gr-VOLET 2 (figure above), a picture of a Gr-VOLET pixel at V G of 0 V for a given V SD , showing a dual stable switching operation (figure below). .
Figure 8 shows a comparison of the control (control) ITO-OLED device and Gr-VOLETs device. Current density-luminance-voltage of Gr-VOLETs with SLG 1 (upper), SLG 2 (mid), SLG 3 (lower) sources at "on state" ( V G = -40V) for ITO-based control OLEDs J - L - V ) (a) and current efficiency-luminance (
9 shows Raman spectra of SLG 1 to SLG 3 on the VOLET substrate of the present invention.
10 shows the properties of SLG used in Gr-VOLETs. (a) shows the work function distribution of the three SLGs on the VOLET substrate measured by KPFM. The photograph shows the AFM image (5
11 is a view of the structures of the horizontal FET substrate and the liquid gate type Gr-FET substrate.
12 is a graph of temperature dependence of electrical properties of Gr-VOLET.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present application may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention, parts not related to the description are omitted.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the present specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless specifically stated to the contrary.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예를 상세히 설명한다. 그러나 본원이 이러한 구현예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and drawings.
기존 능동 매트릭스형(active-matrix type, AM type) 유기 발광 다이오드 (organic light-emitting diode, OLED) 디스플레이는 본질적으로 복잡한 구조와 그에 따른 낮은 개구율로 인해 디스플레이 크기뿐만 아니라 장치 성능도 심각하게 제한되고 있다. 이에 대하여, 면 발광성 유기 발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor, OLET)가 AM형 디스플레이의 대안이 될 수 있다.Existing active-matrix type (AM type) organic light-emitting diode (OLED) displays are severely limited not only in display size but also in device performance due to their inherently complex structure and low aperture ratio. . In contrast, an organic light-emitting transistor (OLET) may be an alternative to the AM type display.
본 발명에서는 저차원 전자구조물질의 하나인 그래핀을 기반으로 한 수직형 OLET (Gr-OLET)를 제공하고, 그의 향상된 특성을 설명한다. 발광성 채널 층과 더불어 도핑된 그래핀 소스 전극으로 구성된 Gr-OLET 소자는 게이트 전압 인가로 ~104 정도의 높은 휘도 온/오프 비율의 전면 발광 특성을 발현 할 수 있으며, 500 cd m-2의 발광 휘도에서 유효 개구율이 150% 이상으로 크게 증가하고, 기생 전력 소비는 ~5%로 크게 감소하는 효과를 가지고 있다. 또한, 그래핀 소스 전극으로부터 채널층으로 정공이 주입되는 터널링 과정을 거쳐, 게이트 전압을 효율적으로 변조하는 메커니즘을 가지며, 이러한 우수한 소자의 동작원리를 가지는 본 발명은 차세대 디스플레이 디바이스, 일반 조명 응용 및 기타 분야의 실용적인 발광 트랜지스터 디바이스에 이용가능하다.The present invention provides a vertical OLET (Gr-OLET) based on graphene, which is one of the low-dimensional electronic structural materials, and describes its improved properties. The Gr-OLET device, which is composed of a doped graphene source electrode together with a luminescent channel layer, can express front emission characteristics with a high luminance on / off ratio of ~ 10 4 by applying a gate voltage, and emit light of 500 cd m -2 The effective aperture ratio at luminance is significantly increased to 150% or more, and parasitic power consumption is greatly reduced to ~ 5%. In addition, the present invention, which has a mechanism for efficiently modulating the gate voltage through a tunneling process in which holes are injected from the graphene source electrode to the channel layer, and has the operation principle of such an excellent device, is a next-generation display device, general lighting application, and others It is available for practical light emitting transistor devices in the field.
본원발명의 유기 발광 트랜지스터는 저차원 전자구조 물질 전극으로 구성될 수 있으며, 여기서, 저차원 전자구조 물질 전극이라는 것은 그래핀 기반인 소스일 수 있다. 그래핀 기반인 소스로부터 정공이 주입되는 터널링 과정은 게이트 전압으로 변조될 수 있다. The organic light emitting transistor of the present invention may be composed of a low-dimensional electronic structure material electrode, wherein the low-dimensional electronic structure material electrode may be a graphene-based source. The tunneling process in which holes are injected from a graphene-based source may be modulated with a gate voltage.
여기서, 종방향으로 전기변조가 가능한 저차원 트랜지스터가 횡방향인 경우보다 우수한 효과를 갖는다. 기존의 CNT-VOLET 경우 CNT 들이 network 형태로 얽혀서 전극을 형성하지만, 이러한 네트워크 구조, 즉, 상하부 겹침으로 인하여 종방향으로 놓인 CNT사이에서는 게이트 전계 효과가 차폐(screen) 되어, 포텐셜 장벽의 종방향 변조가 일어날 수 없다. (참고문헌: Liu, B. 등 Adv. Mater. 20, 3605-3609 2008) 단지, 횡방향으로, CNT와 CNT에 이웃한 반도체 물질의 사이에서 횡방향으로만 포텐셜 장벽의 변조가 가능하다. 이를 위해서는 CNT 전극 구조가 망상 조직처럼 다공성의 불균질 해야 한다. 따라서, 다공성 조직을 여러 픽셀에서 동일하게 구성하는 것은 매우 어려우므로, 생산성이 매우 떨어지고, 나아가 이를 최적화하기 위한 공정도 매우 까다로운 단점이 있다. 이에 반하여, 본 발명의 균질하고 평탄한 형태의 저차원 소재 (그래핀) 전극은 차폐 효과가 없으므로, 손쉽게 간단한 구조에서 종방향으로 포텐셜 장벽을 변조할 수 있다. 다만, 터널링 현상을 이용해야만 대량의 전하주입을 가능하게 할 수 있는 것이다.Here, the low-dimensional transistor capable of electrical modulation in the longitudinal direction has a better effect than the case in the lateral direction. In the case of the existing CNT-VOLET, the CNTs are entangled in a network form to form electrodes, but the gate electric field effect is screened between these network structures, that is, CNTs placed in the longitudinal direction due to overlapping at the top and bottom, and thus the longitudinal modulation of the potential barrier Can not happen. (Ref .: Liu, B. et al . Adv. Mater. 20 , 3605-3609 2008) It is possible to modulate the potential barrier only in the transverse direction and only in the transverse direction between the CNT and the semiconductor material adjacent to the CNT. To do this, the CNT electrode structure must be heterogeneous in porosity like a reticulated tissue. Therefore, since it is very difficult to configure the porous tissue to be identical in several pixels, productivity is very low, and further, the process for optimizing it is very difficult. On the other hand, the low-dimensional material (graphene) electrode of the homogeneous and flat shape of the present invention has no shielding effect, and thus can easily modulate the potential barrier in the longitudinal direction in a simple structure. However, a large amount of charge injection is possible only by using the tunneling phenomenon.
또한, 그래핀 기반인 소스로부터 정공이 주입되는 터널링에 의하여 얻어지는 효과에 대하여 설명한다. 정공 또는 전하 주입에는 열이온 주입이나 터널링 주입이 있다. 이 둘 중에서, 전계 발광에 적용할 만큼 큰 전류 밀도의 흐름을 일으킬 수 있는 주입은 터널링 현상인 것이다. 따라서, 터널링 현상으로 대량의 전하를 주입 또는 조절할 수 있어야 높은 휘도에서도 손쉽게 발광 상태를 조정할 수 있기 때문에, 터널링 현상의 변조가 매우 중요하다.In addition, the effect obtained by tunneling in which holes are injected from a graphene-based source will be described. For hole or charge injection, there are thermal ion injection or tunneling injection. Of these, the injection that can cause a current density flow large enough to be applied to electroluminescence is a tunneling phenomenon. Therefore, it is very important to modulate the tunneling phenomenon because it is possible to easily adjust the light emission state even at high luminance when a large amount of charge can be injected or controlled by the tunneling phenomenon.
그래핀 전극은 질소 도핑, Au 도핑, Cl 도핑, F 도핑, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride(바이올로젠) 도핑, 알칼리금속 탄산화염 도핑, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) 도핑, fluoropolymer(CYTOP) 도핑에서 선택된 어느 하나의 물리 화학적 도핑으로 얻어질 수 있다.Graphene electrodes are nitrogen doped, Au doped, Cl doped, F doped, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride doped, alkali metal carbonate doped, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) doped, fluoropolymer ( CYTOP) can be obtained by any one of the physical and chemical doping selected from doping.
특히, 그래핀은 FeCl3로 도핑될 때, 발광특성이 향상될 수 있으며, 도핑하는 하나의 방법으로서 FeCl3 수용액으로 처리하여 얻어질 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 그래핀 전극은 AuCl3로 도핑될 수도 있다.Particularly, when the graphene is doped with FeCl 3 , luminescence properties may be improved, and may be obtained by treatment with an aqueous solution of FeCl 3 as one method of doping, but is not limited thereto. For example, the graphene electrode may be doped with AuCl 3 .
본원발명의 유기 발광 트랜지스터는 기판; 상기 기판 상에 적층된 게이트 전극용 투명 전도층; 상기 전도층 상에 적층된 유전체층; 상기 유전체층 상에 적층된 저차원 전자 구조로 구성된 소스; 상기 소스 상에 적층된 발광층; 및 상기 발광층 상에 적층된 드레인;을 포함할 수 있다. The organic light emitting transistor of the present invention includes a substrate; A transparent conductive layer for the gate electrode stacked on the substrate; A dielectric layer laminated on the conductive layer; A source composed of a low-dimensional electronic structure stacked on the dielectric layer; A light emitting layer stacked on the source; And a drain stacked on the light emitting layer.
기판은 유리, 강화유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 경우에는 PET(polyethylenceterephthalate), PEN(pilyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PC(polycarbonate) , PU(polyurethane), 및 PTFE(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. Substrates include glass, tempered glass, quartz, pyrex, silicon, polyethylenceterephthalate (PET), pilyethylenenaphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polyurethane (PU), and polytetrafluoroethylene (PTFE) Any one may be used, but is not limited thereto.
본원발명의 전도층은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO 카본나노튜브, 그래핀, 은 나노와이어, 금속 나노와이어, 전도성 폴리머 및 고체전해질에서 선택된 어느 1종의 물질로 이루어질 수 있으며, 투명성과 전기전도성을 가지는 물질을 사용하면 된다. 전도층은 이러한 특성을 만족하기 위해서 10∼100㎚의 두께로 형성될 수 있고, 기판에 따라 전도층은 100℃∼300℃의 온도에서 형성될 수 있다.The conductive layer of the present invention may be made of any one material selected from ITO, IZO, SnO 2 , ATO, FTO, GZO, IGZO carbon nanotube, graphene, silver nanowire, metal nanowire, conductive polymer and solid electrolyte. It is possible to use a material having transparency and electrical conductivity. The conductive layer may be formed to a thickness of 10 to 100 nm to satisfy these characteristics, and depending on the substrate, the conductive layer may be formed at a temperature of 100 ° C to 300 ° C.
본원발명의 유전체층은 SiOx(x≥1), Al2O3, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, HfO2, TiO2, In2O3, SiNx(x≥1), MgF2, CaF2, PET, PEN, PES, PI, PC 및 PTFE에서 선택된 1종을 사용할 수 있으며, Al2O3가 보다 바람직하게 사용될 수 있다. The dielectric layer of the present invention is SiOx (x≥1), Al 2 O 3 , ZnO, Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , TiO 2 , In 2 O 3 , SiNx (x≥1), MgF 2 , CaF 2 , PET, PEN, PES, PI, PC, and one selected from PTFE may be used, and Al 2 O 3 may be more preferably used.
본원발명의 유기 발광 트랜지스터는 500 cd m-2의 발광휘도에서 유효 개구율이 150% 이상, 더욱 바람직하게는 160% 이상, 가장 바람직하게는 170%이상을 얻을 수 있다.The organic light emitting transistor of the present invention can obtain an effective aperture ratio of 150% or more, more preferably 160% or more, and most preferably 170% or more at a light emission luminance of 500 cd m -2 .
본원발명의 유기 발광 트랜지스터의 제조방법은 기판 상에 게이트 전극용 전도층을 적층하는 단계; 상기 전도층 상에 유전체층을 적층하는 단계; 상기 유전체층 상에 그래핀 기반의 소스를 적층하는 단계; 상기 소스 상에 발광층을 적층하는 단계; 상기 발광층에 드레인을 적층하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing an organic light emitting transistor of the present invention comprises the steps of laminating a conductive layer for a gate electrode on a substrate; Depositing a dielectric layer on the conductive layer; Stacking a graphene-based source on the dielectric layer; Depositing a light emitting layer on the source; And depositing a drain on the light emitting layer.
본원발명의 상기 기판은 유리, 강화유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 경우에는 PET(polyethylenceterephthalate), PEN(pilyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PC(polycarbonate), PU(polyurethane), 및 PTFE(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법를 제공한다.The substrate of the present invention is glass, tempered glass, quartz, pyrex, silicone, polyethylenceterephthalate (PET), pilyethylenenaphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polyurethane (PU), and It provides a method of manufacturing an organic light emitting transistor, characterized in that made of any one of PTFE (polytetrafluoroethylene).
이하, 실험예 및 실시예를 이용하여 본원을 좀더 구체적으로 설명하나, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present application will be described in more detail using experimental examples and examples, but the present application is not limited thereto.
[실험예 1] Gr-VOLET의 동작 특성[Experimental Example 1] Operation characteristics of Gr-VOLET
도 1은 Gr-VOLET의 구조에 관한 도면으로서, 인듐 주석 산화물 (indium tin oxide, ITO)의 하부 게이트 (Bottom-gate), Al2O3 게이트 유전체층, SLG 소스 전극, 유기 발광 채널층 및 Al 금속 드레인 전극을 포함하는 Gr-VOLET의 개략적인 구조를 나타낸다. Gr-VOLET의 동작으로, SLG 소스로부터 정공이 발광 채널층으로 주입되고, 또한 Al 드레인으로부터 전자가 발광 채널층으로 주입된다. Gr-VOLET의 동작으로 SLG 소스로부터 정공 주입은 게이트 전압, VGS (또는 VG) 인가로 변조될 수 있으며, VG 인가는 본질적으로 채널층에서 발생하는 전계 발광 프로세스에 영향을 미칠 수 있다. 1 is a diagram of the structure of Gr-VOLET, a bottom gate of an indium tin oxide (ITO), an Al 2 O 3 gate dielectric layer, a SLG source electrode, an organic light emitting channel layer and an Al metal The schematic structure of Gr-VOLET including a drain electrode is shown. In the operation of Gr-VOLET, holes are injected from the SLG source into the emission channel layer, and electrons are injected from the Al drain into the emission channel layer. With the operation of Gr-VOLET, hole injection from the SLG source can be modulated with the gate voltage, V GS (or V G ) application, and V G application can essentially affect the electroluminescence process occurring in the channel layer.
도 2는 -3.8V의 고정 소스-드레인 전압(VDS)(또는 VSD = 3.8V)하에서, 여러 VG에서 동작하는 Gr-VOLET 시료의 EL광 방출을 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, EL발광은 (-) 게이트 전압, 0 게이트 전압, (+) 게이트 전압에 대하여, 화소 전 영역에 걸쳐 균일하게 밝은 상태(온 상태), 회색 및 어두운 상태(오프)를 나타낸다.FIG. 2 shows EL light emission of a Gr-VOLET sample operating at several V G under a fixed source-drain voltage (V DS ) of -3.8 V (or V SD = 3.8 V). As shown in Fig. 2, EL light emission is uniformly bright (on state), gray and dark (off) across the entire pixel area for (-) gate voltage, 0 gate voltage, and (+) gate voltage. Shows.
도 3은 측정된 EL 방출 스펙트럼을 나타내며, 기존 ITO-OLED의 것과 거의 동일하다.3 shows the measured EL emission spectrum, which is almost the same as that of the conventional ITO-OLED.
도4는 시간에 따른 인가 전압과 휘도를 나타낸다. 3.8V의 고정 VSD에서 Gr-VOLET의 게이트에 인가된 스텝 전압(VG = ±40V)에 대한 Gr-VOLET의 응답 시간 은 상승 및 하강 시간이 각각 4.7 ms와 2.8 ms로 매우 빨랐으며, 이는 기존 LCD보다 빠르다. 이러한 우수한 효과를 가지는 Gr-VOLET 소자의 특성을 명확히 이해하기 위해 소스 전극으로 세가지 유형의 SLG재료(하기 실시예 1 내지 3)를 사용하여 분석하였다.4 shows the applied voltage and luminance over time. At a fixed V SD of 3.8V, the response time of Gr-VOLET to the step voltage (V G = ± 40V) applied to the gate of Gr-VOLET was very fast with rise and fall times of 4.7 ms and 2.8 ms, respectively. Faster than traditional LCD. In order to clearly understand the characteristics of the Gr-VOLET device having such an excellent effect, three types of SLG materials (Examples 1 to 3 below) were analyzed as source electrodes.
[실시예1] [Example 1]
전자화학적으로 세정된 고유 특성을 갖는 SLG (이하, "SLG1"이라 함)SLG having inherent properties that are electrochemically cleaned (hereinafter referred to as "SLG 1 ")
[실시예2] [Example 2]
FeCl3로 p-type 도핑된 SLG (이하, "SLG2"라 함)SLG p-type doped with FeCl 3 (hereinafter referred to as “SLG 2 ”)
[실시예3] [Example 3]
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 정공 주입층(hole-injection layer, HIL)이 코팅된 SLG (이하, "SLG3"이라 함)Poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) SLG coated with a hole-injection layer (HIL) (hereinafter referred to as "SLG 3 ")
상기 SLG1 내지 SLG3의 기본 물성에 관해서는 도9 내지 11 및 표2를 통해서 확인 가능하다.The basic properties of SLG 1 to SLG 3 can be confirmed through FIGS. 9 to 11 and Table 2.
도 5는 실시예 1 내지 3인 SLG1 내지 SLG3를 소스 전극으로 사용한 Gr-VOLET 프로토 타입 소자들의 출력 특성을 분석한 결과이다. 소자의 게이트 전극이 외부 회로로부터 분리된 상태의 Gr-VOLETs의 특성 즉, 다이오드(Gr-OLED)의 특성도 비교를 위해서 관찰하였다. 도 5에서 알 수 있듯이, 3가지의 Gr-VOLET의 J SD-V SD 및 L-V SD 특성에는 하기 3가지 주요한 고유한 특징이 있다. 5 is an analysis of the output characteristics of Gr-VOLET prototype device using the first to the third embodiments of SLG SLG 1 to 3 as a source electrode. The characteristics of the Gr-VOLETs in which the gate electrode of the device is separated from the external circuit, that is, the characteristics of the diode (Gr-OLED) were also observed for comparison. As can be seen in FIG. 5, the J SD - V SD and L - V SD characteristics of the three Gr-VOLETs have the following three unique characteristics.
(1) 소자의 온셋 전압 (V onset)은 비교소자 Gr-OLED의 V onset 보다 훨씬 낮을 수 있다. (1) the onset voltage (V onset) of the element can be much lower than the onset of a comparison element Gr V-OLED.
(2) 낮은 V SD에서도 J SD 및 L, 모두 증가 될 수 있다. (2) Even at low V SD , both J SD and L can be increased.
(3) V G를 스위칭함으로써 EL 발광이 밝은 발광 상태에서 어두운 상태로 변조될 수 있다. (3) By switching V G , EL light emission can be modulated from a light emission state to a dark state.
여기서, 3가지 Gr-VOLET 중에서, SLG2 소스 전극을 가진 Gr-VOLET(Gr-VOLET2, 그림 5b)가 Gr-OLED2보다 매우 우수한 소자 성능을 보인다. 예를 들어, V G = -40V에서 J SD 값은 Gr-OLED2의 값보다 높고, 휘도는 2.3 V의 낮은 V onset 과 더불어, V SD 가 6.0 V 인 경우 휘도 L 이 2,000 cd m-2에 도달하여, 이는 Gr-OLED2의 2 배 (L ~ 740 cd m-2 및 V onset = 2.5 V)에 달한다. 이러한 결과는 V G 인가에 의해, SLG2 소스 전극으로부터 전하(정공) 주입이 개선되고, 균형을 갖는 것을 나타낸다. 대조적으로, V G = + 40 V에서 Gr-VOLET2의 J SD 및 L 은 SLG 소스에서 정공 주입의 스위치 오프로 인해 급격히 감소한다. V G = ± 40V에서 J SD 및 L의 최대 온/오프 비율의 가장 높은 값은 각각 약 102 및 104으로 관찰되었다. 따라서, 도핑된 SLG2 소스를 사용하는 Gr-VOLET2에서 게이트 전압으로 유도되는 정공 주입 변조는 SLG2 소스 (Gr-VOLET1) 또는 SLG3 소스 (Gr-VOLET3)를 사용한 다른 Gr-VOLET들보다 더 효율적임을 알 수 있다.Here, of the three Gr-VOLETs, the Gr-VOLET (Gr-VOLET 2 , Figure 5b) with the SLG 2 source electrode shows very good device performance than the Gr-OLED 2 . For example, at V G = -40V, the J SD value is higher than the value of Gr-OLED 2 , and the luminance is 2.3 V, with a low V onset, and when V SD is 6.0 V, the luminance L is 2,000 cd m -2 Reached, this is twice the Gr-OLED 2 ( L ~ 740 cd m -2 and V onset = 2.5 V). These results indicate that by applying V G , charge (hole) injection from the SLG 2 source electrode is improved and balanced. In contrast, J SD and L of Gr-VOLET 2 at V G = + 40 V decrease sharply due to switch off of hole injection in the SLG source. The highest values of the maximum on / off ratios of J SD and L at V G = ± 40 V were observed to be about 10 2 and 10 4 , respectively. Therefore, the hole injection modulation induced by the gate voltage in Gr-VOLET 2 using a doped SLG 2 source can be compared to other Gr-VOLETs using the SLG 2 source (Gr-VOLET 1 ) or SLG 3 source (Gr-VOLET 3 ). You can see that they are all more efficient.
[실험예 2] SLG소스에서 전하 주입 과정[Experiment 2] Charge injection process in SLG source
SLG 소스로부터 SY 채널 층으로의 정공 주입 메커니즘을 확인하였다. 정공이 SLG / SY 계면을 통하여 주입되기 위해서는, (1) 열 이온 방출 과정 또는 (2) 터널링 주입 과정으로 경계면의 포텐셜 장벽을 극복해야 한다. 도6a는 VG = 0V에서 3개의 Gr-VOLET의 파울러-노르트하임 (Fowler-Nordheim, FN), 즉 ln(J/VSD 2) 에 대한 1/VSD을 나타낸다. 그래프로부터 두 가지의 분명한 전하 주입이 전이 전압 (VT)에 대해 진행됨을 알 수 있다. 즉, 1/VSD > 1/VT 일 때는, 주 전하 캐리어 (정공)의 주입 프로세스는 쇼트키 열 이온 방출을 따른다. 그러나 1/VSD < 1/VT 일 때는 모든 Gr-VOLETs 에서 음의 기울기의 그래프 특성을 보이는 터널링 프로세스로 정공 주입 프로세스가 전이된다.The hole injection mechanism from the SLG source to the SY channel layer was confirmed. In order for holes to be injected through the SLG / SY interface, the potential barrier at the interface must be overcome by (1) thermal ion release or (2) tunneling injection. 6A shows 1 / V SD for Fowler-Nordheim (FN) of three Gr-VOLETs at V G = 0V, ie ln (J / V SD 2 ). It can be seen from the graph that two distinct charge injections proceed for the transition voltage (V T ). That is, when 1 / V SD > 1 / V T , the injection process of the main charge carrier (hole) follows Schottky thermal ion release. However, when 1 / V SD <1 / V T , the hole injection process is transferred to a tunneling process that shows a graph characteristic of a negative slope in all Gr-VOLETs.
도6b는 다양한 VG에 대한 Gr-VOLET2의 F-N 도시를 나타낸다. 도에 나타나 있듯이,VG는 쇼트 키 열 이온 방출과 터널링 프로세스 모두에 영향을 미친다. 따라서, VT는 VG에 강하게 의존하고 있다. Gr-VOLET의 EL 발광은 VT보다 큰 VSD (> Vonset) 일 때 발생하기 때문에, EL 발광에 책임이 있는 주된 정공 주입 공정은 터널링 주입 과정으로 분석된다. 개선된 터널링 전류 모델에 따르면, 금속/고분자 접합부에서 삼각 장벽을 통과하는 단일 전하 캐리어의 터널링 전류 밀도 (J)는 포텐셜 장벽 높이 
즉, ln(J / VSD 2) = - P1 / VSD + ln(P2 / VSD) - ln[sin(P3 / VSD)] 이고, 
위의 관계식을 사용하여 F-N 곡선을 분석하여 얻은 포텐셜 장벽 높이 
즉, VG = ± 40 V에서 Δ
참고로, VSD > Vonset 일 때, Al 드레인에서 SY 채널 층으로 소수 캐리어 (전자) 주입으로 인하여, 이론적인 예측이 실험 데이터에서 벗어나기 시작한다. 그럼에도 불구하고, SLG / SY 계면에서 EL 발광과 관련된 VSD > Vonset 인 경우의 주요 정공 주입 공정은 터널링 과정임이 분명하다. 다른 정공 주입 과정인 쇼트키 열 이온 주입은 T 에 크게 의존하기 때문에, Gr-VOLET2의 JSD-VSD의 약한 T 의존성 검사로부터, 터널링과정이 주요한 효과임을 확인할 수 있다. (도12 참조). For reference, when V SD > V onset , due to the injection of minority carriers (electrons) from the Al drain to the SY channel layer, the theoretical prediction starts to deviate from the experimental data. Nevertheless, it is clear that the main hole injection process in the case of V SD > V onset related to EL luminescence at the SLG / SY interface is a tunneling process. Since the other hole injection process, Schottky thermal ion implantation, is highly dependent on T, it can be confirmed that the tunneling process is a major effect from the weak T dependence test of J SD -V SD of Gr-VOLET 2 . (See Figure 12).
따라서, 본 발명의 터널링 분석은 쇼트 키 열 이온 주입의 변조에 기인하는 기존의 그래핀 기반 트랜지스터 소자나 회형 (수평방향) 배리어 높이 변조에 기반한 CNT-VOLET와 다른 원리로 동작함이 분명하다.Therefore, it is clear that the tunneling analysis of the present invention operates on a different principle from conventional graphene-based transistor devices or gray (horizontal) barrier height modulation based CNT-VOLET due to modulation of Schottky thermal ion implantation.
다음으로, SLG의 페르미 준위(일함수)에 대한 게이트 바이어스-유도 변조효과를 조사하였다. 도 7a에 도시된 바와 같이, V G 변화는 SLG의 일함수를 변조를 유도한다. SLG1 소스의 경우, V G의 변화에 따라 일함수의 변화가 4.44eV에서 5.00eV로 관찰되었고, SLG2 소스의 경우, 일함수의 하향 이동된 변조가 4.72eV에서 5.29eV로 관찰되었으며, 이는 SY 채널층의 HOMO 수준 (~ 5.3 eV) 에 근접하는 값이다. 또한, 큰 히스테리시스가 관측되었고, 이는 사용된 Al2O3 층의 전하 트래핑에 기인한 것으로 분석 된다 (Li, Y.등, J. Nanosci. Nanotechnol. 9, 4116-4120 2009). 이와는 대조적으로, SLG3은 작은 일함수의 변조를 나타낸다. 이는 도 6c에도 도시된 바와 같이, SLG3 소스의 PEDOT:PSS HIL에서 음으로 하전된 PSS에 기인한 것으로 분석 되는데 (참조문헌: Greczynski, G. 등 Thin Solid Films 354, 129-135, 1999), 이는 PSS가 강한 정전기장을 유도하며, 게이트-전위 효과를 약화시킬 수 있다. Next, the gate bias-induced modulation effect on the Fermi level (work function) of SLG was investigated. As shown in Fig. 7A, V G change induces modulation of the work function of SLG. For the SLG 1 source, the change of the work function was observed from 4.44 eV to 5.00 eV with the change of V G. For the SLG 2 source, the downshifted modulation of the work function was observed from 4.72 eV to 5.29 eV, which This is a value close to the HOMO level of the SY channel layer (~ 5.3 eV). In addition, large hysteresis was observed, which is analyzed to be due to the charge trapping of the Al 2 O 3 layer used (Li, Y. et al. , J. Nanosci. Nanotechnol. 9 , 4116-4120 2009). In contrast, SLG 3 exhibits a small work function modulation. This is analyzed to be due to the negatively charged PSS in the PEDOT: PSS HIL of the SLG 3 source, as also shown in FIG. 6C (Ref: Greczynski, G. et al. Thin Solid Films 354 , 129-135, 1999), This induces a strong electrostatic field in the PSS, and may weaken the gate-potential effect.
따라서, Gr-VOLET2의 동작 원리를 에너지-레벨 도표로 도시할 수 있다. 주어진 VSD에서 양의 게이트 바이어스는 (VG > 0V) 
반대로 음의 게이트 전압은 (VG < 0V) SLG2 소스의 페르미 준위의 하향 이동을 유발하여, 
Gr-VOLET2의 전송 특성을 설명한다. 도 7b에 나타난 바와 같이, 낮은 게이트 누설 전류 밀도 (J G)에서, Gr-VOLET2는 일반적으로 음의 VG 에서 "ON 상태"이고, 양의 VG 에서 "OFF 상태"가 된다. (도7b 상단) 또한, 전달 곡선에 주목할 만한 이력곡선이 관찰되었고, 2개의 VG = 0V 에 대한 Gr-VOLET2의 이중-안정성(Bistable) 스위칭 동작 (또는 메모리 효과)도 확인되었다. (도7b 하단)The transmission characteristics of Gr-VOLET 2 will be described. As shown in Figure 7b, at a lower gate leakage
[실험예 3] Gr-VOLET의 유효 개구율 및 전력 손실[Experimental Example 3] Effective aperture ratio and power loss of Gr-VOLET
ITO 음극 위에 동일한 공정을 사용하여 제작된 대조표준 (control) OLED (ITO-OLED)와 비교하여, Gr-VOLET의 유효 개구율, AReff 및 전력 손실을 추정하였다. Compared to a control OLED (ITO-OLED) manufactured using the same process on the ITO cathode, the effective aperture ratio, AR eff and power loss of Gr-VOLET were estimated.
도8a는 ON 상태에 있는 Gr-VOLET과 각각의 대조표준 ITO-OLED의 EL 성능을 비교한 것이다. 이들 Gr-VOLET 중에서, Gr-VOLET2만이 VSD < 4.0 V의 소스-드레인 전압 영역에서, 대조표준 ITO-OLED (ITO / SY / CsF / Al)보다 높은 휘도 특성을 보인다. 예를 들어, VSD = 3.8 V에서, Gr-VOLET2는 490 cd m-2의 휘도를 방출하는 반면, 대조표준 ITO-OLED는 455 cd m-2의 휘도를 방출한다.Fig. 8A compares the EL performance of Gr-VOLET in the ON state and each control standard ITO-OLED. Of these Gr-VOLETs, only Gr-VOLET 2 exhibits higher luminance characteristics than the control standard ITO-OLED (ITO / SY / CsF / Al) in the source-drain voltage region of V SD <4.0 V. For example, at V SD = 3.8 V, Gr-VOLET 2 emits a luminance of 490 cd m -2 , while the control standard ITO-OLED emits a luminance of 455 cd m -2 .
도8b는 Gr-VOLET과 그 대조표준 ITO-OLED의 "전류 효율 (
이는 Gr-VOLET는 전면에서 빛을 방출하기 때문에, Gr-VOLET2의 AReff 값은, 154 %로 추정할 수 있다. 또한, 2000 cd m-2의 휘도에서도 Gr-VOLET2는 ~162 %의 향상된 AReff 를 유지한다. 따라서, Gr-VOLET2는 다른 소자들과 비교하여도 (하기 표1 참조), 고휘도에서도 매우 향상된 AReff 수준을 보인다. 이러한 Gr-VOLET2의 향상된 AReff는 또 다른 중요한 장점을 제공한다. Since Gr-VOLET emits light from the front, the AR eff value of Gr-VOLET 2 can be estimated at 154%. In addition, even at a luminance of 2000 cd m -2 , Gr-VOLET 2 maintains an improved AR eff of ~ 162%. Therefore, Gr-VOLET 2 shows a significantly improved AR eff level even at high luminance even when compared with other devices (see Table 1 below). The improved AR eff of Gr-VOLET 2 provides another important advantage.
즉, 향상된 AReff 수준은 유효 발광 면적의 증가로 해석될 수 있다. 따라서, 낮은 JSD 로도 소자의 밝기를 유지할 수 있다. 따라서, 소자의 수명이 ~ 1/J2 에 비례하기 때문에 (Tsujioka, T. 등 Jpn. J. Appl. Phys. 40, 2523-2526 (2001).), 이러한 낮은 JSD 는 소자의 수명을 증대 시킬 수도 있다.That is, the improved AR eff level can be interpreted as an increase in effective light emitting area. Therefore, the brightness of the device can be maintained even with a low J SD . Therefore, since the life of the device is proportional to ~ 1 / J 2 (Tsujioka, T. et al. Jpn. J. Appl. Phys. 40 , 2523-2526 (2001).), Such low J SD increases the life of the device You can also
다음으로, Gr-VOLET2의 "기생 전력 소비"를 추론한다. 위 설명에서 알 수 있듯이, Gr-VOLET2는 VSD = 3.82 V에서 휘도 수준이 500 cd m-2이며, AReff 비율이 154 % 이다. 대조표준 ITO-OLED가 이러한 Gr-VOLET2의 휘도와 일치하도록 하려면, 154 %의 개구를 통해, 대조표준 ITO-OLED는 324 cd m-2를 방출해야 하며, 이때 요구되는 인가 전압은 3.62 V이었다.Next, the "parasitic power consumption" of Gr-VOLET 2 is deduced. As can be seen from the above description, Gr-VOLET 2 has a luminance level of 500 cd m -2 at V SD = 3.82 V and an AR eff ratio of 154%. In order for the reference standard ITO-OLED to match the brightness of this Gr-VOLET 2 , through an opening of 154%, the reference standard ITO-OLED must emit 324 cd m -2 , where the required applied voltage was 3.62 V. .
따라서, Gr-VOLET2에서는 VSD 의 3.82 V 중에서 0.2 V가 통합된 트랜지스터 소자 요소로 인하여 저하되며, 이로부터 기생 전력 소비가 단지 5.2% 정도로 극히 작음을 알 수 있다. 이러한 Gr-VOLET2의 기생 전력 소비 수준은 기존의 CNT-VOLET의 수준 (6.2 %) 이나 TFT-OLED 및 MIS-OLET의 수준 (> 50 %)보다 매우 낮다. Therefore, in Gr-VOLET 2 , 0.2 V among 3.82 V of V SD is reduced due to an integrated transistor element element, from which it can be seen that the parasitic power consumption is extremely small, only about 5.2%. The level of parasitic power consumption of Gr-VOLET 2 is much lower than that of conventional CNT-VOLET (6.2%) or that of TFT-OLED and MIS-OLET (> 50%).
또한, 오프 상태 (VG = + 40 V)에서도 Gr-VOLET2의 전력 소비 또한 매우 낮다. VSD = 3.82V 와 VG = -40V에서 500 cd m-2의 밝은 ON-상태 휘도를 발휘하는데 대해, VG = + 40V에서 오프 상태의 전류 밀도는 ~ 0.58 mA cm-2로서, 50 인치 디스플레이 패널 크기를 가정하는 경우를 고려하면, 모든 픽셀이 오프 상태일때 소비전력은 ~ 15 W로 추정되며 이는 기존 CNT-VOLET (~ 67 W) 및 동일한 패널 크기의 LCD (100 ~ 200 W) 보다 매우 낮다 (참조 문헌: McCarthy, M. A. 등, Science 332, 570-573, 2011). In addition, even in the off state (V G = + 40 V), the power consumption of Gr-VOLET 2 is also very low. For a bright ON-state luminance of 500 cd m -2 at V SD = 3.82 V and V G = -40 V, the current density in the OFF state at V G = + 40 V is ~ 0.58 mA cm -2 , 50 inches Considering the case of assuming the display panel size, the power consumption is estimated to be ~ 15 W when all pixels are off, which is much higher than the existing CNT-VOLET (~ 67 W) and the same panel size LCD (100 ~ 200 W). Low (Ref. McCarthy, MA et al., Science 332 , 570-573, 2011).
그러므로, Gr-VOLET2의 150%를 초과하는 향상된 유효 개구율과 5%로 크게 낮은 기생 전력 소모 특성들은, OLET에서 현재까지 관측된 최고 및 최저치들이다(하기 표1 참조). 하기 표1은 휘도 500 cd m-2에서 다양한 소자 사이의 유효 개구율 및 기생 전력 손실 비교표이다.Therefore, the improved effective aperture ratio exceeding 150% of Gr-VOLET 2 and the parasitic power consumption characteristics significantly lower to 5% are the highest and lowest values observed so far in OLET (see Table 1 below). Table 1 below is a comparison table of effective aperture ratio and parasitic power loss between various devices at a luminance of 500 cd m -2 .
[표 1][Table 1]
상단의 *소자는 녹색 인광 발광체 Ir(ppy)3을 사용하였다. †은 유효 개구율 (AReff)에 관한 것으로, 개구율이 100%인 소자의 전류 효율과 대조표준소자 ITO-OLED의 전류 효율의 비율로 정의되며, 여기서 개구율은 스위칭 TFT 및 어드레싱 라인을 제외한 소자의 총 면적과 비교한 소자의 발광 면적의 비율로 정의된다. ‡은 빛 발생에 기여하지 않는 소자의 구동 트랜지스터 소자에서 소비되는 전력의 백분율, 밝기 (LD)는 휘도 (LO)를 LD = LO × AReff 로 정의할 수 있다.As the top * element, Ir (ppy) 3 was used as the green phosphor. † is related to the effective aperture ratio (AR eff ), which is defined as the ratio of the current efficiency of the device having an aperture ratio of 100% and the current efficiency of the control standard element ITO-OLED, where the aperture ratio is the total number of devices excluding the switching TFT and addressing line. It is defined as the ratio of the light emitting area of the device compared to the area. ‡ is the percentage of power consumed by the driving transistor device of the device that does not contribute to light generation, and the brightness L D can be defined as the brightness L O as L D = L O × AR eff .
이상의 Gr-VOLET소자는 하기의 특성을 더욱 보유할 수 있다.The above Gr-VOLET device may further have the following characteristics.
(1) 소자의 성능이 향상될 수 있다. 소자의 발광 성능은 사용된 재료의 추가적인 최적화를 통해 더욱 향상될 수 있다. 구체적으로는, 발광 재료로 사용된 SY 대신에, 적색, 녹색 및 청색의 발광 형광 또는 인광 도펀트를 포함하는 저분자 재료를 사용할 수 있다. 또한, 유기 고분자 반도체 재료뿐만 아니라, 양자점 등 무기 반도체 재료 및 페로브스카이트 등 이들의 하이브리드 재료를 사용할 수도 있다. 이로부터, 높은 개구율의 매우 밝고 효율적인 Gr-VOLET의 제조를 가능하게 할 것으로 기대된다. (1) The performance of the device can be improved. The luminescence performance of the device can be further improved through further optimization of the materials used. Specifically, instead of SY used as a luminescent material, a small molecule material containing red, green and blue luminescent fluorescent or phosphorescent dopants can be used. Further, not only organic polymer semiconductor materials, but also inorganic semiconductor materials such as quantum dots and hybrid materials of these, such as perovskite, can be used. From this, it is expected to enable production of a very bright and efficient Gr-VOLET with a high aperture ratio.
(2) 사용된 두꺼운 Al2O3 유전체 층 대신에, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)과 같은 다른 증착 방법으로 성장한 얇은 층을 사용할 수 있다. 이는 5 V 미만의 낮은 VG 레벨에서 동작하는 효율적인 Gr-VOLET의 제작을 가능하게 하여, a-Si TFT 백플레인(backplane)의 이용도 가능할 것이다. (2) Instead of the thick Al 2 O 3 dielectric layer used, a thin layer grown by other deposition methods such as atomic layer deposition (ALD) can be used. This enables the production of an efficient Gr-VOLET operating at a low V G level of less than 5 V, and the use of a-Si TFT backplanes will also be possible.
(3) 정공을 주입하는 저차원 전자구조의 그래핀 소스 전극을 채용한 상기의 Gr-VOLET 에 대하여, 저차원 전자구조의 그래핀 전극의 일함수를 조절하여, 전자를 주입하는 드레인 전극으로 채용하면 역구조의 Gr-VOLET소자도 구현이 가능할 것으로 기대된다. (3) For the Gr-VOLET, which employs a graphene source electrode having a low-dimensional electron structure for injecting holes, a work function of a graphene electrode having a low-dimensional electron structure is adjusted to be used as a drain electrode for injecting electrons. It is expected that a reverse-structure Gr-VOLET device can be implemented.
따라서, 본 발명의 도핑된 SLG 소스를 갖는 Gr-VOLET 소자의 향상된 개구율, 낮은 전력 소비 및 신뢰성 있는 스위칭 성능의 진보가 높은 휘도 수준에서도 실현하여, 우수한 발광 트랜지스터 기능을 갖는다. 이러한 본 발명의 소자는 새로운 전압 구동형 발광 소자 및 발광 형 표시 소자로 응용하기에 적합하다.Thus, advances in improved aperture ratio, low power consumption and reliable switching performance of the Gr-VOLET device having the doped SLG source of the present invention are realized even at high luminance levels, and have excellent light emitting transistor function. The device of the present invention is suitable for application as a novel voltage-driven light-emitting device and a light-emitting display device.
본 발명은 균일한 SLG 소스, 발광 채널층 및 Al드레인으로 구성된 Gr-VOLET에 관한 것으로서, 간단한 Gr-VOLET 구조로 게이트 전압 인가에 따라 소자 성능을 효율적으로 스위칭 할 수 있다. The present invention relates to a Gr-VOLET composed of a uniform SLG source, a light emitting channel layer and an Al drain, and a simple Gr-VOLET structure can efficiently switch device performance according to application of a gate voltage.
즉, FeCl3가 도핑된 SLG소스를 사용하여, 저전압 동작과 높은 명암비를 실현할 수 있다. 또한, Gr-VOLET의 유효 개구율은 150~160%로 크게 향상되었으며, 소비 전력도 대폭 감소하였다. Gr-VOLET의 이러한 특징은 SLG 소스의 게이트 전압에 의해 유도된 페르미 준위 이동으로, SLG 소스로부터 발광 채널 층으로의 정공 터널링 주입 과정이 효율적으로 변조된다. That is, a low voltage operation and a high contrast ratio can be realized by using an SLG source doped with FeCl 3 . In addition, the effective aperture ratio of Gr-VOLET was greatly improved from 150 to 160%, and the power consumption was also greatly reduced. This feature of Gr-VOLET is a Fermi level shift induced by the gate voltage of the SLG source, which effectively modulates the hole tunneling injection process from the SLG source to the light-emitting channel layer.
따라서, 본 발명은 단순한 구조와 가공 용이성을 지니는 전면 발광성 Gr-VOLET은 첨단 발광 소자 및 차세대 디스플레이 소자를 개발할 수 있는 새로운 플랫폼으로 이용 가능하다. Therefore, the present invention can be used as a new platform capable of developing advanced light-emitting devices and next-generation display devices, the front light-emitting Gr-VOLET having a simple structure and ease of processing.
[실험예 4] VOLET기판 상의 SLG전극의 라만 스펙트럼.[Experimental Example 4] Raman spectrum of SLG electrode on VOLET substrate.
SLG의 라만 스펙트럼은 2 개의 강한 특성 피크를 갖는다. sp2 결합 탄소 원자의 E2g 진동 모드에 기인한 1596 ~ 1600 cm-1 부근의 G 밴드 및 밴드 경계에서 포논(phonones)의 산란으로 인한 2차 진동 유형인 2650 ~2664 cm-1 부근의 2D 밴드가 있다. 1330cm-1 부근에 디스오더(disorder)-유도된 sp3 결합의 D 밴드가 매우 작음을 관찰할 수 있는데, 이는 실시예들의 결함이 적기 때문임을 나타낸다. 라만 피크 강도로부터, SLG1 및 SLG2 (FeCl3-doped SLGs)에서 2D 밴드에 대한 G 밴드의 라만 강도의 비는 약 1.8 ~ 1.7 이었으며, 이는 연구된 SLG들이 고품질의 단일 층 그래핀임을 나타낸다. 또한, 피크 위치 관측치로부터, SLG1의 G 및 2D 피크는 각각 1579 cm-1 및 ~ 2669 cm-1에 위치하는 반면, SLG2의 G 및 2D 피크 위치는 각각 1585 cm-1 및 ~ 2677 cm-1 으로 상향 변위되었다. 또한, SLG2와 유사하게, PEDOT:PSS HIL 코팅된 SLG3은 ~ 1585 cm-1에 G 피크를 갖고 ~ 2674 cm-1에 2D 피크를 갖는다는 것이 확인되었다. 그래핀의 G와 2D 피크 위치 사이의 관계에 대한 종래기술 (Q. H. Wang 등, Nat. Chem. 4, 724-732 2012) 과 비교하여, 본 발명의 SLG1이 깨끗한 그래핀의 유형인 반면, SLG2 및 SLG 3 은 p-타입의 도핑된 그래핀임을 확인하였다.(도9 참조)The Raman spectrum of SLG has two strong characteristic peaks. G band near 1596 to 1600 cm -1 due to the E 2 g vibration mode of the sp 2 bond carbon atom and 2D near 2650 to 2664 cm -1 , the second type of vibration due to scattering of phonones at the band boundary. There is a band. It can be observed that the D band of the disorder-induced sp 3 bond around 1330 cm −1 is very small, indicating that the defects of the examples are small. From the Raman peak intensity, the ratio of the Raman intensity of the G band to the 2D band in SLG 1 and SLG 2 (FeCl 3 -doped SLGs) was about 1.8 to 1.7, indicating that the studied SLGs were high quality single layer graphene. Further, from the peak position observed, SLG for G 1 and 2D are each a peak 1579 cm -1 and 2669 - while positioned in cm -1, G and 2D peak location of the SLG 2 are each 1585 cm -1 and 2677 cm ~ - It was displaced upward to 1 . Further, in analogy to 2 SLG, PEDOT: PSS coated SLG HIL 3 is ~ to 1585 cm -1 have a G-peak was confirmed that the 2674 cm -1 has a 2D peak. Compared to the prior art (QH Wang et al. , Nat. Chem. 4 , 724-732 2012) for the relationship between G and 2D peak positions of graphene, SLG 1 of the present invention is a type of clean graphene, whereas SLG It was confirmed that 2 and SLG 3 are p-type doped graphene (see FIG. 9).
[실험예 5] Gr-VOLETs에 사용된 SLG의 특성[Experimental Example 5] Characteristics of SLG used in Gr-VOLETs
도 10은 VOLET 기판의 화소 영역에서 측정한 SLG의 물리적, 전기적 특성을 보여준다. 도 10a는 KPFM으로 측정한 SLG의 일함수 분포를 보여준다. SLG의 일함수 (WSLG)는 SLG와 기준 HOPG (highly ordered pyrolitic graphite, HOPG, ZYB, Optigraph GmbH)에서 KPFM으로 측정된 표면 접촉 전위차 (VCPDs)의 비교하여 얻었다. 즉, WSLG = WHOPG + [VCPD(HOPG) - VCPD(SLG)], 여기서 WHOPG 는 HOPG의 일함수이다 (~ 4.6 eV). VOLET 기판 상의 SLG1의 예상 평균 일함수는 약 4.70 ± 0.10 eV이며, 이는 단층 그래핀의 본래의 일함수 4.5 ~ 4.8eV와 합리적으로 잘 일치한다. SLG1과 달리 SLG2의 일함수는 5.21 ± 0.07 eV로 증가하는데, 이는 주로 FeCl3 도핑에 기인한다. SLG2와 유사하게, SLG3의 일함수는 약 5.21 ± 0.06eV 이었다. 10 shows physical and electrical characteristics of SLG measured in a pixel region of a VOLET substrate. 10A shows the work function distribution of SLG measured by KPFM. The work function of SLG (W SLG ) was obtained by comparing the surface contact potential difference (V CPD s) measured with KPFM in SLG and reference HOPG (highly ordered pyrolitic graphite, HOPG, ZYB, Optigraph GmbH). That is, W SLG = W HOPG + [V CPD (HOPG)-V CPD (SLG)], where W HOPG is the work function of HOPG (~ 4.6 eV). The expected average work function of SLG 1 on the VOLET substrate is about 4.70 ± 0.10 eV, which reasonably agrees well with the original work function of single-layer graphene 4.5 to 4.8 eV. The work function of the SLG 2 unlike SLG 1 is to increase to 5.21 ± 0.07 eV, which is mainly due to FeCl 3 doped. Similar to SLG 2 , the work function of SLG 3 was about 5.21 ± 0.06 eV.
동시에, SLG의 AFM 형상을 관측하였다.(도 10a의 삽도사진) AFM 형상에 의해, SLG는 VOLET 기판 상에서 상당히 평탄한 표면을 나타낸다. 모든 SLG는 1.4 ~ 2.0 nm의 작은 RMS 거칠기로 서로 거의 동일한 AFM 형태를 나타냈다.At the same time, the AFM shape of the SLG was observed. (Inset photo in Fig. 10A) By the AFM shape, the SLG shows a fairly flat surface on the VOLET substrate. All SLGs exhibited almost identical AFM morphologies with small RMS roughnesses of 1.4 to 2.0 nm.
도10b에서 SLG 채널 (채널 길이 50 ㎛, 도11 참조)을 갖는 액체 게이트형 Gr-FET를 평가하여 SLG의 전송 특성을 관찰하였다. SLG1 채널의 경우, Gr-FET는 0.09V/VAg/AgCl의 전하 중성점 게이트 전압 (또는 디락 포인트, V Dirac)을 갖는 명확한 대칭형 V 자형 I DS-V G 곡선을 나타내어, SLG1이 도핑되지 않음을 분명히 확인하였다. (도 10b의 상단 그래프) SLG1의 V Dirac에 따르면, 진공 준위에 대한 Dirac 포인트 (E D)의 에너지 준위는 페로센 기준 물질의 산화 환원 전위를 기준으로 하여, 다음 관계를 통해 알 수 있다. E D = [-(eV G,Dirac - E 1/2(Fc/Fc+)) - 4.8] eV, 여기서 4.8 eV는 진공 레벨에 대한 페로센 / 페로세늄 (Fc / Fc +) 산화 환원의 절대 에너지 준위 및 E 1/2(Fc/Fc+) = 0.45 eV 이다. 위의 관계로부터, SLG1에 대한 ~ 0.09 V/VAg/AgCl의 V Dirac 값은 ~ 4.44 eV의 디락 포인트 에너지 (E D)를 제공한다. 이 4.44eV의 E D 값은 에피택셜(epitaxial) 단층 그래핀의 값이 ~4.49 eV과 잘 일치하며, 본 발명에서 사용된 SLG1의 소스는 확실히 도핑되지 않은 SLG임을 다시 확인할 수 있었다. SLG1 채널과는 달리 SLG2 채널은 디락 포인트 전위 (V Dirac ~ 0.54 V/VAg/AgCl)의 상당히 큰 이동으로 인해, 명확한 비대칭형 V 자 특성을 나타냈다 (도 10b의 중간 그래프). V Dirac 의 양의 이동 변화는 SLG2가 FeCl3에 의한 염소화로 p 형 (정공)으로 도핑된 그래핀임을 나타낸다. SLG2 에서 추정되는 E D 는 약 4.89 eV 이었다. 이 4.89eV의 E D 값은 단일층 에피택셜법으로 제작한 그래핀의 것보다 훨씬 높고 (~ 4.49eV), 따라서 SLG2가 p형 도핑되었음을 알 수 있다. SLG2와 마찬가지로 SLG3 채널도 V Dirac 값이 ~ 0.63 V/VAg/AgCl 인 명확한 비대칭형 V 자 곡선을 보였다. (도10b의 하단 그래프) V Dirac 를 사용하여, SLG3의 E D 예상 값이 약 4.98 eV 임을 확인하였다. 따라서, SLG3의 일함수와 디락 포인트 에너지가 SLG2의 결과와 유사하며, PEDOT:PSS HIL이 SLG를 p 형으로 도핑할 수 있음을 알 수 있다.In FIG. 10B, a liquid gate type Gr-FET having an SLG channel (channel length of 50 µm, see FIG. 11) was evaluated to observe the transmission characteristics of the SLG. For the SLG 1 channel, the Gr-FET shows a clear symmetrical V-shaped I DS - V G curve with a charge neutral point gate voltage (or Dilock point, V Dirac ) of 0.09 V / V Ag / AgCl , so that SLG 1 is not doped. Was clearly confirmed. According to V Dirac of SLG 1 (the upper graph of FIG. 10B), the energy level of the Dirac point ( E D ) with respect to the vacuum level is based on the redox potential of the ferrocene reference material, and can be known through the following relationship. E D = [-(e V G, Dirac - E 1/2 (Fc / Fc +) )-4.8] eV, where 4.8 eV is the absolute energy of ferrocene / ferrocenium (Fc / Fc +) redox to vacuum level Level and E 1/2 (Fc / Fc +) = 0.45 eV. From the relation above, the value of V Dirac ~ 0.09 V / V Ag / AgCl on the SLG 1 provides a Dirac point energy (E D) of ~ 4.44 eV. The E D value of 4.44 eV is consistent with the value of the epitaxial monolayer graphene well equal to ˜4.49 eV, and it can be confirmed again that the source of SLG 1 used in the present invention is undoped SLG. Unlike the SLG 1 channel, the SLG 2 channel exhibited a clear asymmetric V-shaped characteristic due to a significant shift in the dilock point potential ( V Dirac ~ 0.54 V / V Ag / AgCl ) (middle graph in FIG. 10B). The shift in the amount of V Dirac shows that SLG 2 is graphene doped with p-type (holes) by chlorination with FeCl 3 . E D was about 4.89 eV estimated from SLG 2. The E D value of 4.89 eV is much higher than that of graphene produced by a single layer epitaxial method (~ 4.49 eV), so it can be seen that SLG 2 is p-type doped. Like SLG 2 showed SLG 3 channels are V Dirac value is ~ 0.63 V / V Ag / AgCl is clear asymmetric V-shaped curve. (Bottom graph in FIG. 10B) Using V Dirac , it was confirmed that the estimated value of E D of SLG 3 was about 4.98 eV. Accordingly, the work function of the SLG 3 and Dirac point energy is similar to the result of the SLG 2, PEDOT: PSS can be seen that HIL can be doped with a p-type SLG.
전달 특성으로부터 SLG의 캐리어 이동도, μ는 μ=(L/WC gVDS)(ΔIDS/ΔVG)의 관계를 사용하여 추정되었다. 여기서 L, W 및 C g 는 채널 길이 (50 μm), 폭(1600 μm) 이며, 그래핀의 톱 게이트 캐패시턴스는 (~1.9μF cm-2) (참고문헌: Y. Ohno 등 Nano Lett. 9, 3318-3322, 2009) 이다. SLG1의 정공 및 전자 이동도는 각각 ~ 580 cm2 V-1 s-1 및 ~ 530 cm2 V-1 s-1 정도이다. 이는 SLG2의 ~ 410 cm2 V-1 s-1, SLG3의 ~ 530 cm2 V-1 s-1의 정공 이동도보다 높다. (하기 표2 참조) From the transfer properties, the carrier mobility of SLG, μ was estimated using the relationship μ = ( L / WC g V DS ) (ΔI DS / ΔV G ). Where L , W and C g are channel length (50 μm), width (1600 μm), and the top gate capacitance of graphene is (~ 1.9 μF cm −2 ) (Reference: Y. Ohno et al . Nano Lett. 9 , 3318-3322, 2009). The hole and electron mobility of SLG 1 is about 580 cm 2 V -1 s -1 and ~ 530 cm 2 V -1 s -1 , respectively. Which is higher than the hole mobility of ~ 410 cm 2 V -1 s -1 ,
하기 표2는 SLG1 내지 SLG3의 기본 속성에 관한 것이다.Table 2 below relates to the basic properties of SLG 1 to SLG 3 .
[표 2][Table 2]
위의 관찰을 통해 우리는 VG = 0V에서 VOLET 기판에서 연구된 SLG의 에너지 밴드 다이어그램을 추론 할 수 있다 (도10c 참조). 다이어그램에서 ΔEFD는 디락 포인트 에너지 ED에 대한 페르미 준위를 나타낸다. SLG1의 경우, ΔEFD는 약 0.26eV으로,실시예2의 경우 0.32eV보다 낮지만, SLG3의 경우 0.23eV와 유사하다. 또한, ITO / Al2O3 / SLG 계면에 대한 전위차 (△)도 유추되었다. Δ 값은 실시예1의 경우 0.50eV이고 실시예2 및 SLG3의 경우 모두 -0.01eV이며 SLG의 도핑 후 계면에서의 전위차가 현저하게 감소함을 알 수 있다.From the above observations, we can deduce the energy band diagram of SLG studied on the VOLET substrate at V G = 0V (see Figure 10c). In the diagram, ΔE FD represents the Fermi level for Dirac point energy E D. For SLG 1 , ΔE FD is about 0.26 eV, lower than 0.32 eV for Example 2, but similar to 0.23 eV for SLG 3 . In addition, the potential difference (△) for the ITO / Al 2 O 3 / SLG interface was also inferred. The Δ value is 0.50 eV for Example 1, and -0.01 eV for both Example 2 and SLG 3 , and it can be seen that the potential difference at the interface is significantly reduced after the doping of SLG.
[실험예 6] 횡형 FET 기판 및 액체 게이트형 Gr-FET [Experimental Example 6] Horizontal FET substrate and liquid gate type Gr-FET
도 11 왼쪽 그림은 횡형 FET 기판의 구조로서 L(채널 길이)은 50 μm, W(채널 폭)은 1600 μm이다. 도 11 오른쪽 그림은 ACN(아세토니트릴)과 100 mM의 TBAPF6(테트라부틸암모늄헥사플루오로포스페이트)를 함유한 비수성 전해질로 구성되는 액체 - 게이트형 Gr-FET의 구조이다. ACN 전해질 용액에서 SLG 채널을 VDS = 100 mV에서 30 mV s-1의 속도로 -0.8에서 +0.8 V 까지 연속적으로 게이트 전압을 Ag/AgCl 기준 전극으로 변화하여 측정하였다. 일반적으로, 액체 게이트는 후면 게이트보다 높은 커패시턴스를 갖으므로, 종래의 후면 게이트 Gr-FET보다 우수한 전달 특성을 발현한다 (참고문헌: Y. Ohno 등 Nano Lett. 9, 3318-3322, 2009).The left figure of FIG. 11 is a structure of a horizontal FET substrate, where L (channel length) is 50 μm and W (channel width) is 1600 μm. 11 is a structure of a liquid-gate type Gr-FET composed of a non-aqueous electrolyte containing ACN (acetonitrile) and 100 mM TBAPF 6 (tetrabutylammonium hexafluorophosphate). The SLG channel in the ACN electrolyte solution was measured by continuously changing the gate voltage from -0.8 to +0.8 V at a rate of V DS = 100 mV to 30 mV s -1 to Ag / AgCl reference electrode. In general, since the liquid gate has a higher capacitance than the rear gate, it exhibits superior transfer characteristics than the conventional rear gate Gr-FET (Ref. Y. Ohno et al . Nano Lett. 9 , 3318-3322, 2009).
[실험예 7] Gr-VOLET의 전기적 특성의 온도 의존성[Experimental Example 7] Temperature dependence of electrical properties of Gr-VOLET
도 12는 여러 온도에서의 V G = 0 V (왼쪽) 및 V G = -40 V (오른쪽)의 전압에 대해서 SLG2의 Gr-VOLET의 JSD-VSD 특성에 관한 것이다. JSD-VSD 특성 곡선은 관측된 온도 범위 내에서, SLG2 / SY 계면에서의 전하 주입이 V SD > V T (~ 0.5 ~ 1.0V) 범위에서 온도 의존성이 작음을 알 수 있다.FIG. 12 relates to J SD -V SD characteristics of Gr-VOLET of SLG 2 for voltages of V G = 0 V (left) and V G = -40 V (right) at various temperatures. The J SD -V SD characteristic curve shows that within the observed temperature range, charge injection at the SLG 2 / SY interface has a small temperature dependence in the range of V SD > V T (~ 0.5 to 1.0 V).
본 발명의 그래핀을 기반한 유기 발광 트랜지스터의 제조방법은 다음과 같다.The manufacturing method of the organic light emitting transistor based on the graphene of the present invention is as follows.
[제조예] 그래핀을 기반한 유기 발광 트랜지스터 제조방법[Production Example] Method for manufacturing organic light emitting transistor based on graphene
본 발명의 그래핀 기반한 유기 발광 트랜지스터 제조방법은 근본적으로 평탄하고 쉽게 가공할 수 있는 저차원 전자 구조의 그래핀을 소스 전극으로 사용하여 제작되는 유기 발광 트랜지스터를 제공한다. 이는 저차원 전자구조 재료의 하나인 그래핀이 탄소 원자가 육각형 격자 구조의 sp2 형태로 결합한 2 차원 물질로서, 평면 구조로 인하여 단일층 그래핀 (SLG, single-layer graphene)은 뛰어난 광 투과율과 전기 전도성을 가지기 때문이다. The method for manufacturing an organic light emitting transistor based on graphene of the present invention provides an organic light emitting transistor manufactured by using a graphene of a low-dimensional electronic structure that is fundamentally flat and easily processable as a source electrode. This is a two-dimensional material in which graphene, one of the low-dimensional electronic structure materials, has carbon atoms bonded in a sp 2 form of a hexagonal lattice structure. Due to the planar structure, single-layer graphene (SLG) has excellent light transmittance and electricity. This is because it has conductivity.
또한, 본 발명의 그래핀 기반 유기 발광 트랜지스터(Gr-VOLET)는 게이트 전압으로 소자 성능을 효율적으로 변조가능하다. 제조된 Gr-VOLET는 극도로 낮은 전력 손실 특성과 함께, 높은 휘도에서도 150% 이상의 고도로 향상된 유효 개구율 특성을 가지며, 그래핀 소스 전극으로부터 채널층으로 정공이 주입되는 터널링 과정을 거쳐, 게이트 전압을 효율적으로 변조하는 메커니즘을 가진다. In addition, the graphene-based organic light emitting transistor (Gr-VOLET) of the present invention can efficiently modulate device performance with a gate voltage. The manufactured Gr-VOLET has extremely low power loss characteristics, has a highly improved effective aperture ratio of 150% or more even at high luminance, and through a tunneling process in which holes are injected from the graphene source electrode to the channel layer, effectively increases the gate voltage. It has a mechanism to modulate.
본 발명의 그래핀 기반, 유기발광트랜지스터 제조방법 단계는 (1)기판준비-> (2)그래핀 전사-> [필요에 따라 적절한 (3)SLG의 세척 및 탈-도핑 또는 추가 도핑->] (4)VOLET 소자의 제작의 단계를 거쳐 제조되었다.The graphene-based, organic light-emitting transistor manufacturing method step of the present invention is (1) substrate preparation-> (2) graphene transfer-> [suitable as needed (3) washing and de-doping or additional doping of SLG->] (4) It was manufactured through the steps of manufacturing the VOLET device.
[제조예1] 기판의 준비[Production Example 1] Preparation of substrate
사용된 수직형 유기 발광 트랜지스터 (vertical-type organic light-emitting transistor, VOLET) 기판은 유리 기판 상에 80 nm 두께의 인듐 주석 산화물 (ITO, 30 Ω/sq 시트저항)으로 구성된 사전 패턴화된 백 게이트 전극과 게이트 전극 위의 게이트 유전체 층으로서 스퍼터 증착된 알루미늄 산화물 (Al2O3, 400nm) 상부층으로 구성되어 있다: (유리/ITO/Al2O3). 제작된 VOLET 기판은 그래핀 기반의 소자 제조 직전에 알코올로 사전 세척한 다음, 5분 동안 자외선 처리를 수행하였다. 이와 더불어, VOLET 기판 상에 5.5 nm 두께의 크롬(Cr) 층과 50 nm 두께의 금(Au)층으로 횡 방향으로 패턴화된 금속 소스 및 드레인 전극들을 형성하여, 횡형 FET (field-effect transistor) 기판이 준비되었다. 전극들은 진공 증착 공정으로 실드 마스크를 이용하여 형성되었다. FET의 채널 길이 (L)와 폭 (W)은 각각 50 μm와 1600 μm 이었다. (도11 참조)The vertical-type organic light-emitting transistor (VOLET) substrate used is a pre-patterned back gate composed of 80 nm thick indium tin oxide (ITO, 30 Ω / sq sheet resistance) on a glass substrate. It consists of a sputter deposited aluminum oxide (Al 2 O 3 , 400 nm) top layer as a gate dielectric layer over the electrode and gate electrode: (glass / ITO / Al 2 O 3 ). The prepared VOLET substrate was pre-washed with alcohol immediately before the preparation of the graphene-based device, and then subjected to ultraviolet treatment for 5 minutes. In addition, a transversely patterned metal source and drain electrodes are formed on the VOLET substrate with a 5.5 nm thick chromium (Cr) layer and a 50 nm thick gold (Au) layer, to form a horizontal field-effect transistor (FET). The substrate was prepared. Electrodes were formed using a shield mask in a vacuum deposition process. The channel length (L) and width (W) of the FET were 50 μm and 1600 μm, respectively. (See Figure 11)
[제조예2] 그래핀 전사[Production Example 2] Graphene Warrior
FET 기판, VOLET 기판 또는 유리 기판의 타겟 기판 상에 화학 기상 증착 (chemical vapour deposition, CVD) 방법으로 성장시킨 그래핀을 (Gr) 전사하는 데, 하기의 공정으로 진행되었다. The graphene grown by a chemical vapor deposition (CVD) method on a target substrate of an FET substrate, a VOLET substrate, or a glass substrate is transferred (Gr), and the following process is performed.
(1) 구리 호일에 단층 그래핀을 CVD방법으로 성장시킨다. 미리 세정한 구리 호일을 석영 튜브 챔버에 넣고 Ar 조건 (10 sccm)에서 온도를 1000 ℃로 올린다. 그래핀의 성장을 위해 CH4 (30 sccm)와 H2 (10 sccm)의 가스 혼합물을 ~ 2.7 x 10-2 Pa 조건에서 사용하였다.(1) Single layer graphene is grown on a copper foil by CVD. The pre-cleaned copper foil is placed in a quartz tube chamber and the temperature is raised to 1000 ° C. under Ar conditions (10 sccm). For the growth of graphene, a gas mixture of CH 4 (30 sccm) and H 2 (10 sccm) was used at ~ 2.7 x 10 -2 Pa conditions.
(2) 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 용액 (950PMMAC4, MicroChem)을 구리 호일 위의 CVD 그래핀 상에 3000 rpm으로 60 s 간 스핀코팅 하였다. 구리 뒷면에서 성장한 그래핀 필름은 대기압 산소 플라즈마로 제거하였다. 이어서, 50 ℃에서 식각 용액으로 사용된 FeCl3 수용액 (UN2582, Transene Co.Inc.) 위에 폭 4 mm 및 길이 20 mm의 PMMA 코팅된 Cu / Gr (Cu / Gr / PMMA) 조각을 부유시켰다. 구리 호일을 완전히 에칭하기 위하여 10 분간 처리하고, 이어서 FeCl3 용액상에서 PMMA-코팅된 Gr (Gr / PMMA) 조각에 대한 부유를 추가 10분 동안 유지하여 FeCl3로 Gr 필름을 도핑하였다. 그 후, Gr / PMMA 블록을 탈이온수 (DI)로 2~5번 (10분) 헹구었다. 대상 기판에 전사한 후 단일층 그래핀 (SLG)이 전사된 기판을 1 시간 동안 감압 (~1 Pa)에서 건조시키고, 하루 동안 대기 중에 방치 건조하였다. 이어서, PMMA를 클로로포름 (60분), 모노클로로벤젠 (30분) 및 클로로포름 (30분)을 순서대로 순차적으로 용해시킴으로써 PMMA 지지층을 제거하였다.(2) A polymethyl methacrylate (PMMA) solution (950PMMAC4, MicroChem) was spin coated on CVD graphene on copper foil at 3000 rpm for 60 s. The graphene film grown on the back of copper was removed by atmospheric oxygen plasma. Subsequently, a 4 mm wide and 20 mm long PMMA coated Cu / Gr (Cu / Gr / PMMA) piece was suspended on a FeCl 3 aqueous solution (UN2582, Transene Co.Inc.) Used as an etching solution at 50 ° C. The copper foil was treated for 10 minutes to completely etch, and then the suspension of the PMMA-coated Gr (Gr / PMMA) pieces on the FeCl 3 solution was maintained for an additional 10 minutes to dope the Gr film with FeCl 3 . Thereafter, the Gr / PMMA block was rinsed 2-5 times (10 minutes) with deionized water (DI). After transferring to the target substrate, the substrate on which the single layer graphene (SLG) was transferred was dried under reduced pressure (~ 1 Pa) for 1 hour, and left to dry in the air for one day. Then, the PMMA support layer was removed by sequentially dissolving PMMA in chloroform (60 minutes), monochlorobenzene (30 minutes) and chloroform (30 minutes) sequentially.
[제조예3] SLG의 세척 및 탈-도핑[Production Example 3] SLG washing and de-doping
기판 상의 SLG의 세정 및 탈-도핑하기 위해, 100 mM의 테트라부틸암모늄헥사플루오로포스페이트 (TBAPF6, > 99.0 %, Aldrich)를 갖는 아세토니트릴 (ACN, 99.8 %, Aldrich)의 비수성 전해질에서 버블-프리 전기 화학 (electrochemical, EC)) 처리 방법을 사용하였다. 기판 상에 전사된 SLG (4 mm Х 20 mm)를 작업 전극으로, 백금 와이어를 참조 전극으로, Ag / AgCl 전극 (3.5M KCl)을 기준 전극으로 사용하였다.Bubbles in a non-aqueous electrolyte of acetonitrile (ACN, 99.8%, Aldrich) with 100 mM tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF 6 ,> 99.0%, Aldrich) for cleaning and de-doping SLG on the substrate. -Free electrochemical (EC) treatment method was used. SLG (4 mm Х 20 mm) transferred on the substrate was used as a working electrode, a platinum wire as a reference electrode, and an Ag / AgCl electrode (3.5M KCl) as a reference electrode.
EC 세정 처리는 10 분 동안 0.5 Vs-1의 전압 변화 속도로, 음의 전압 범위 (0.0 ~ -0.7V / VAg/AgCl) 하에 새롭게 제조된 SLG를 사용하여 수행되었다. 세정 공정 후, 처리된 SLG를 순수한 ACN 및 탈이온수를 사용하여 수 차례 헹구고, 이어서 N2 가스로 건조시켜 SLG 표면으로부터 전해질을 제거하였다. 전극 전위를 보정하기 위해 ferrocene (98 %, Sigma Aldrich)을 산화 환원 기준 물질로 사용하였다.EC cleaning treatment was performed using freshly prepared SLG under a negative voltage range (0.0 to -0.7 V / V Ag / AgCl ) at a rate of voltage change of 0.5 Vs -1 for 10 minutes. After the cleaning process, the treated SLG was rinsed several times with pure ACN and deionized water, and then dried with N 2 gas to remove the electrolyte from the SLG surface. Ferrocene (98%, Sigma Aldrich) was used as a redox reference material to correct the electrode potential.
[제조예4] VOLET 소자의 제작[Production Example 4] Fabrication of VOLET device
SLG 소스를 지닌 VOLET (Gr-VOLET)의 구조 및 제조 단계를 설명한다. (도면1 참조). Gr-VOLET은 VOLET 기판 위에 투명 SLG 소스 접촉부, 광 방출 물질층 (EML)을 포함하는 유기 반도체 기능성 채널층 및 금속 드레인 전극으로 구성되며, VOLET 기판에는 ITO 게이트 전극과 그 위에 Al2O3 게이트 유전체 층은 미리 형성되었다. Gr-VOLET을 구성하기 위해, 상술한 바와 같이, VOLET 기판 상에 면적이 4 mm Х 20 mm 인 대략 0.36 nm 두께의 SLG를 전사 하였다. 사용된 SLG 접촉부는 EC로 세척된 SLG1 또는 FeCl3가 도핑된 SLG2였다. 다음으로, 유기 반도체 물질이 소스 전극 영역 위에 형성되었다. 발광성 슈퍼 옐로우 (SY, 폴리(파라-페닐렌비닐렌)공중합체, Merck OLED Materials GmbH, 70nm 두께) 층이 스핀 코팅 방법으로 발광 채널층으로서 형성되었다. 필요에 따라서는, 정공 주입층 (HIL)으로서, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트) (PEDOT : PSS, CLEVIOSTM 4083, HC Starck Inc.)이 SY 층의 성막 이전에 스핀 코팅 방법으로 EC로 세정된 SLG3 소스 위에 형성될 수 있다. 그 다음, SY 막의 상부에 2 nm 두께의 CsF 전자 주입 층 (EIL)과 Al 드레인 전극 (65nm 두께)을 증착 속도 0.05 nm s-1 미만으로 진공 증착 제조한다 (2.7 × 10-4 Pa). 제조된 디바이스는 질소가 충전된 글러브 박스 내에서 에폭시 수지 및 유리 커버 슬립으로 최종적으로 캡슐화되었다.Explain the structure and manufacturing steps of VOLET (Gr-VOLET) with SLG source. (See Figure 1). Gr-VOLET consists of a transparent SLG source contact on the VOLET substrate, an organic semiconductor functional channel layer comprising a light emitting material layer (EML), and a metal drain electrode. On the VOLET substrate, an ITO gate electrode and an Al 2 O 3 gate dielectric thereon The layer was preformed. To construct Gr-VOLET, as described above, SLG of approximately 0.36 nm thickness with an area of 4 mm x 20 mm was transferred onto a VOLET substrate. The SLG contacts used were SLG 1 washed with EC or SLG 2 doped with FeCl 3 . Next, an organic semiconductor material was formed over the source electrode region. A luminescent super yellow (SY, poly (para-phenylenevinylene) copolymer, Merck OLED Materials GmbH, 70 nm thick) layer was formed as a luminescent channel layer by spin coating. If necessary, as the hole injection layer (HIL), poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS, CLEVIOSTM 4083, HC Starck Inc.) is used before the film formation of the SY layer. The spin coating method can be formed on the SLG 3 source cleaned with EC. Then, a 2 nm thick CsF electron injection layer (EIL) and an Al drain electrode (65 nm thick) on the top of the SY film were vacuum deposited with a deposition rate of less than 0.05 nm s -1 (2.7 x 10 -4 Pa). The fabricated device was finally encapsulated with epoxy resin and glass cover slip in a glove box filled with nitrogen.
[제조예5] SLG 및 SLG 기반 소자의 특성 [Production Example 5] Characteristics of SLG and SLG-based devices
기판 상의 SLG의 표면 거칠기 및 표면 전위의 변화는 비접촉식 AFM 및 동시 KPFM (FlexAFM, Nanosurf AG)을 사용하여 측정하였으며, 이때 18kHz 주파수에서 1V의 AC 전압을 인가한 Pt / Ir 코팅 실리콘 팁을 사용하였다.Changes in the surface roughness and surface potential of SLG on the substrate were measured using a non-contact AFM and simultaneous KPFM (FlexAFM, Nanosurf AG), wherein a Pt / Ir coated silicon tip with an AC voltage of 1 V was applied at a frequency of 18 kHz.
이때, SLG의 일함수 측정을 보정하기 위하여 고도로 지향된 열분해 흑연 (highly ordered pyrolitic graphite, HOPG, ZYB, Optigraph GmbH)이 기준면으로 사용되었다. 준비된 SLG의 경우, 514.5 nm에서 동작하는 레이저 (시료 표면에서 ~1mW 출력) 광원의 공초점 라만 시스템 (LabRam Aramis, Horida Jobin-Yvon)을 사용하여 라만 분광을 측정하였다.At this time, a highly ordered pyrolitic graphite (HOPG, ZYB, Optigraph GmbH) was used as a reference plane to correct the work function measurement of SLG. For the prepared SLG, Raman spectroscopy was measured using a confocal Raman system (LabRam Aramis, Horida Jobin-Yvon) of a laser (~ 1 mW output from the sample surface) operating at 514.5 nm.
SLG의 수송 특성과 관련하여, EC 세정 처리에서 사용된 것과 동일한 ACN 전해질을 사용하여 액체-게이트형 횡형 그래핀 FET (Gr-FET)을 제조하였다. FET 기판 상부에 SLG의 채널을 갖는 Gr-FET에 대하여, SLG 채널은 Ag / AgCl 기준 전극의 전위를 -0.8에서 0, +0.8 V로 30 mV s-1의 속도로 게이트 전압을 변화함으로써 ACN 전해질을 통해 게이팅 하였다. 이때 인가된 VDS 는 100 mV 로 설정하였다. Gr-FET의 전기적 특성은 소스 미터 (Keithley 2400)로 측정 하였다. Regarding the transport properties of SLG, a liquid-gate type transverse graphene FET (Gr-FET) was prepared using the same ACN electrolyte used in the EC cleaning treatment. For Gr-FETs with SLG channels on the top of the FET substrate, SLG channels change the potential of the Ag / AgCl reference electrode from -0.8 to 0, +0.8 V at 30 mV s -1 to alter the ACN electrolyte. Gating through. At this time, the applied V DS was set to 100 mV. The electrical properties of the Gr-FET were measured with a source meter (Keithley 2400).
Gr-VOLET의 장치 성능은 2개의 소스 미터 (Keithley 2400)와 함께 크로마미터 (CS-2000, Konica Minolta)를 사용하여 측정하였다. Gr-VOLET의 동작 동안, - 소스 - 드레인 전압 VDS (= - VSD) 및 게이트 전압 VGS (또는 VG)가 접지 전위로 유지된 SLG 소스 접점에 대해 인가되었다.The device performance of Gr-VOLET was measured using a chromameter (CS-2000, Konica Minolta) with two source meters (Keithley 2400). During the operation of Gr-VOLET-source-drain voltage V DS (=-V SD ) and gate voltage V GS (or V G ) were applied to the SLG source contact maintained at ground potential.
UV-가시광 분광 시스템 (8453, Agilent)을 사용하여 기능층 및 소자의 광학 특성을 조사하였다. 가시 광선 영역 (400~800nm)에서 VOLET 기판상의 SLG 소스의 평균 광 투과율 (~92%)은 ITO가 코팅된 유리 기판의 ~92%와 유사함을 확인하였다. 장치의 방출 특성은 적분구가 있는 LED 측정 시스템 (LCS-100, SphereOptics Inc.)을 사용하여 조사되었다.The optical properties of the functional layer and device were investigated using a UV-visible spectroscopic system (8453, Agilent). It was confirmed that the average light transmittance (~ 92%) of the SLG source on the VOLET substrate in the visible light region (400-800nm) was similar to that of ~ 92% of the ITO coated glass substrate. The emission characteristics of the device were investigated using an LED measuring system with an integrating sphere (LCS-100, SphereOptics Inc.).
본 발명은 종래기술의 유기 발광 다이오드 (OLED)의 전류 구동에 대한 대안으로서 평탄하고 쉽게 가공할 수 있는 그래핀 기반의 소스 전극을 적용한 수직형 유기 발광 트랜지스터(Gr-VOLET)에 대한 것이다. 그래핀은 탄소계 육각형 격자구조를 갖는 단일층의 형태로 대표적인 2차원 물질로서, 단일층 그래핀 소스 전극과 발광 채널층을 Gr-VOLET에 사용하여, 게이트 전압인가로 Gr-VOLET소자의 동작을 효율적으로 변조하며, 면 발광형 성능을 효율적으로 변조한다. FeCl3가 도핑된 SLG소스의 Gr-VOLET에서 게이트 전압에 의해 전면의 전계 발광이 ~104정도로 높은 휘도 온/오프 비율(대비비, contrast ratio)로 잘 제어될 수 있다.The present invention relates to a vertical organic light emitting transistor (Gr-VOLET) to which a flat and easily processable graphene-based source electrode is applied as an alternative to the current driving of an organic light emitting diode (OLED) of the prior art. Graphene is a representative two-dimensional material in the form of a single layer having a carbon-based hexagonal lattice structure. Using a single-layer graphene source electrode and a light-emitting channel layer for Gr-VOLET, the operation of the Gr-VOLET device is applied by applying a gate voltage It modulates efficiently and modulates surface-emission performance efficiently. In the Gr-VOLET of the SLG source doped with FeCl 3 , the electroluminescence of the front surface can be well controlled by a high luminance on / off ratio (contrast ratio) of ~ 10 4 by the gate voltage.
또한, 저전압 동작과 높은 명암비, 향상된 휘도가 도핑된SLG소스의 도입으로 실현될 수 있다. In addition, low voltage operation, high contrast ratio, and improved luminance can be realized by the introduction of doped SLG source.
본 발명의 Gr-VOLET 소자에서는 게이트 전압으로 유도된 SLG소스의 페르미 준위의 이동을 통해 발광채널층으로 홀 터널링 주입이 효과적으로 변조될 수 있다. 또한, Gr-VOLET은 높은 휘도에서도 150%를 초과하는 매우 높은 유효 개구율을 가지며, 기생 전력 소모가 극도로 낮아 액티브 매트릭스(AM) 타입 디스플레이에 Gr-VOLETs를 적용 가능하다. 따라서, 전압 구동형 Gr-VOLETs는 기존 액티브 매트릭스 OLED(AM-OLED)의 본질적으로 복잡한 구조를 없애고, 낮은 개구율을 제거함으로써 AM-OLED 단점을 보완 가능하다. In the Gr-VOLET device of the present invention, hole tunneling injection into the emission channel layer can be effectively modulated through movement of the Fermi level of the SLG source induced by the gate voltage. In addition, Gr-VOLET has a very high effective aperture ratio exceeding 150% even at high luminance, and the parasitic power consumption is extremely low, so that Gr-VOLETs can be applied to active matrix (AM) type displays. Therefore, the voltage-driven Gr-VOLETs can compensate for the AM-OLED shortcomings by eliminating the inherently complex structure of the existing active matrix OLED (AM-OLED) and removing the low aperture ratio.
본 발명에서는 발광 소자의 새로운 플랫폼으로서 p형 도핑된 SLG 소스를 기반으로 한 새로운 효율적인 면 발광형 발광 트랜지스터를 제공한다. 또한, 전하 주입 특성의 변조가 SLG 표면의 전위 장벽의 터널링에 대한 상세한 이해를 제공함으로써 새로운 소형, 고성능, 저비용의 그래핀 기반 광전자 소자 개발을 유도하고, 차세대 디스플레이, 첨단 조명 시스템 등에 적용할 수 있다.In the present invention, as a new platform for a light emitting device, a new efficient surface emitting light emitting transistor based on a p-type doped SLG source is provided. In addition, modulation of the charge injection characteristics can provide a detailed understanding of tunneling of potential barriers on SLG surfaces, leading to the development of new compact, high-performance, low-cost graphene-based optoelectronic devices, and can be applied to next-generation displays, advanced lighting systems, etc. .
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art to which the present application pertains will understand that it is possible to easily modify to other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims, which will be described later, rather than by the detailed description, and all changes or modifications made from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present application. .
Claims (26)
전하 주입이 전계 유도 터널링 현상으로 동작하는 유기 발광 트랜지스터.
Having an electrode made of a low-dimensional electronic structure material,
An organic light emitting transistor in which charge injection operates as an electric field induction tunneling phenomenon.
상기 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전극은 그래핀, 탄소나노튜브, 나노선 (nanowire, NW), Ag-NW, 금속 할로겐, MoS2, TiS2, 및 WSe2 에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 물질로 이루어진 소스 또는 드레인인 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
According to claim 1,
The electrode composed of the low-dimensional electronic structure material is graphene, carbon nanotubes, nanowires (NW), Ag-NW, metal halogen, MoS 2 , TiS 2 , and one or more selected from WSe 2 Organic light emitting transistor, characterized in that the source or drain made of a material.
상기 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전극은 단일층 또는 다층 구조의 그래핀 기반인 소스 또는 드레인 전극이며,
그래핀 전극으로부터 전하이 주입되는 터널링 과정을 게이트 전압으로 변조하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
According to claim 1,
The electrode composed of the low-dimensional electronic structure material is a single-layer or multi-layer graphene-based source or drain electrode,
An organic light emitting transistor characterized in that the tunneling process in which charge is injected from the graphene electrode is modulated with a gate voltage.
상기 그래핀 전극은 질소 도핑, Au 도핑, Cl 도핑, F 도핑, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride(바이올로젠) 도핑, 알칼리금속 탄산화염 도핑, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) 도핑, fluoropolymer(CYTOP) 도핑에서 선택된 어느 하나의 물리 화학적 도핑으로 얻어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
According to claim 3,
The graphene electrode is nitrogen doped, Au doped, Cl doped, F doped, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride (biogen) doped, alkali metal carbonate doped, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) doped, fluoropolymer doped (CYTOP) An organic light emitting transistor, characterized in that obtained by any one of the physical and chemical doping selected from doping.
상기 그래핀 전극은 FeCl3 또는 AuCl3로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
According to claim 4,
The graphene electrode is an organic light emitting transistor, characterized in that doped with FeCl 3 or AuCl 3 .
상기 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전극은 종방향으로 포텐셜 장벽의 전기 변조가 가능한 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
According to claim 1,
The electrode made of the low-dimensional electronic structure material is an organic light emitting transistor, characterized in that the electrical modulation of the potential barrier in the longitudinal direction.
상기 기판 상에 적층된 전도층;
상기 전도층 상에 적층된 유전체층;
상기 유전체층 상에 적층된 저차원 전자구조 물질로 구성되는 정공 주입용 소스 전극;
상기 소스 상에 적층된 발광층; 및
상기 발광층 상에 적층된 전자 주입용 드레인;
을 포함하는 유기 발광 트랜지스터.
Board;
A conductive layer laminated on the substrate;
A dielectric layer laminated on the conductive layer;
A source electrode for hole injection composed of a low-dimensional electronic structure material laminated on the dielectric layer;
A light emitting layer stacked on the source; And
A drain for electron injection stacked on the light emitting layer;
Organic light emitting transistor comprising a.
상기 기판은 유리, 강화유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, PET(polyethylenceterephthalate), PEN(pilyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PC(polycarbonate), PU(polyurethane) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 7,
The substrate is glass, tempered glass, quartz, pyrex, silicon, PET (polyethylenceterephthalate), PEN (pilyethylenenaphthalate), PES (polyethersulfone), PI (polyimide), PC (polycarbonate), PU (polyurethane) and PTFE (polytetrafluoroethylene) Organic light emitting transistor, characterized in that made of one.
상기 전도층은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, 카본나노튜브, 그래핀, 은 나노와이어, 금속 나노와이어, 전도성 폴리머 및 고체전해질에서 선택된 어느 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 7,
The conductive layer is characterized by consisting of any one material selected from ITO, IZO, SnO 2 , ATO, FTO, GZO, IGZO, carbon nanotube, graphene, silver nanowire, metal nanowire, conductive polymer and solid electrolyte Organic light emitting transistor.
상기 유전체층은 SiOx(x≥1), Al2O3, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, HfO2, TiO2, In2O3, SiNx(x≥1), MgF2, CaF2, PET, PEN, PES, PI, PC 및 PTFE에서 선택된 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 7,
The dielectric layer is SiOx (x≥1), Al 2 O 3 , ZnO, Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , TiO 2 , In 2 O 3 , SiNx (x≥1), MgF 2 , CaF 2 , PET, PEN, PES, PI, PC and an organic light emitting transistor, characterized in that made of one material selected from PTFE.
상기 발광층은 저분자 재료, 유기 고분자 반도체 재료, 양자점의 무기 반도체 재료, 페로브스카이트 또는 이들의 하이브리드 재료인 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 7,
The light emitting layer is an organic light emitting transistor, characterized in that a low molecular material, an organic polymer semiconductor material, an inorganic semiconductor material of quantum dots, perovskite, or a hybrid material thereof.
100 cd m-2의 발광휘도에서 유효 개구율이 100% 이상인, 유기 발광 트랜지스터.
The method according to any one of claims 7 to 10,
An organic light emitting transistor having an effective aperture ratio of 100% or more at a light emission luminance of 100 cd m -2 .
상기 전도층 상에 유전체층을 적층하는 단계;
상기 유전체층 상에 저차원 전자구조 물질로 구성되는 정공 주입용 소스 전극를 적층하는 단계;
상기 소스 상에 발광층을 적층하는 단계;
상기 발광층에 전자 주입용 드레인을 적층하는 단계를 포함하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
Laminating a conductive layer for a gate electrode on a substrate;
Depositing a dielectric layer on the conductive layer;
Depositing a source electrode for hole injection made of a low-dimensional electronic structure material on the dielectric layer;
Depositing a light emitting layer on the source;
A method of manufacturing an organic light emitting transistor comprising the step of depositing a drain for electron injection on the light emitting layer.
상기 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전극은 그래핀, 탄소나노튜브, 나노선 (nanowire, NW), Ag-NW, 금속 할로겐, MoS2, TiS2, 및 WSe2 에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 물질로 이루어진 소스 또는 드레인인 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 13,
The electrode composed of the low-dimensional electronic structure material is graphene, carbon nanotube, nanowire (NW), Ag-NW, metal halogen, MoS 2 , TiS 2 , and one or more selected from WSe 2 Method of manufacturing an organic light emitting transistor, characterized in that the source or drain made of a material.
상기 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전극은 단일층 또는 다층 구조의 그래핀 기반인 소스 또는 드레인 전극이며,
그래핀 전극으로부터 전하이 주입되는 터널링 과정을 게이트 전압으로 변조하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 13,
The electrode composed of the low-dimensional electronic structure material is a single-layer or multi-layer graphene-based source or drain electrode,
A method of manufacturing an organic light emitting transistor, characterized in that the tunneling process in which charge is injected from the graphene electrode is modulated with a gate voltage.
상기 그래핀 전극은 질소 도핑, Au 도핑, Cl 도핑, F 도핑, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride(바이올로젠) 도핑, 알칼리금속 탄산화염 도핑, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) 도핑, fluoropolymer(CYTOP) 도핑에서 선택된 어느 하나의 물리 화학적 도핑으로 얻어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 15,
The graphene electrode is nitrogen doped, Au doped, Cl doped, F doped, 1,1-dibenzyl-4,4-bipyridinium dichloride (biogen) doped, alkali metal carbonate doped, tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) doped, fluoropolymer doped (CYTOP) Method of manufacturing an organic light emitting transistor, characterized in that obtained by any one of the physical and chemical doping selected from doping.
상기 그래핀 전극은 FeCl3 또는 AuCl3로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 16,
The graphene electrode manufacturing method of an organic light emitting transistor, characterized in that doped with FeCl 3 or AuCl 3 .
상기 기판은 유리, 강화유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, PET(polyethylenceterephthalate), PEN(pilyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PC(polycarbonate), PU(polyurethane) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 13,
The substrate is glass, tempered glass, quartz, pyrex, silicon, PET (polyethylenceterephthalate), PEN (pilyethylenenaphthalate), PES (polyethersulfone), PI (polyimide), PC (polycarbonate), PU (polyurethane) and PTFE (polytetrafluoroethylene) Method of manufacturing an organic light emitting transistor, characterized in that made of one.
상기 전도층은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, 카본나노튜브, 그래핀, 은 나노와이어, 금속 나노와이어, 전도성 폴리머 및 고체전해질에서 선택된 어느 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 13,
The conductive layer is characterized by consisting of any one material selected from ITO, IZO, SnO 2 , ATO, FTO, GZO, IGZO, carbon nanotubes, graphene, silver nanowires, metal nanowires, conductive polymers, and solid electrolytes Method for manufacturing an organic light emitting transistor.
상기 유전체층은 SiOx(x≥1), Al2O3, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, HfO2, TiO2, In2O3, SiNx(x≥1), MgF2, CaF2, PET, PEN, PES, PI, PC 및 PTFE 에서 선택된 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 13,
The dielectric layer is SiOx (x≥1), Al 2 O 3 , ZnO, Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , TiO 2 , In 2 O 3 , SiNx (x≥1), MgF 2 , CaF 2 , PET, PEN, PES, PI, PC, and PTFE.
상기 기판 상에 적층된 전도층;
상기 전도층 상에 적층된 유전체층;
상기 유전체층 상에 적층된 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전자 주입용 소스 전극;
상기 소스 상에 적층된 발광층; 및
상기 발광층 상에 적층된 정공 주입용 드레인;
을 포함하는 역구조의 유기 발광 트랜지스터.
Board;
A conductive layer laminated on the substrate;
A dielectric layer laminated on the conductive layer;
A source electrode for electron injection composed of a low-dimensional electronic structure material laminated on the dielectric layer;
A light emitting layer stacked on the source; And
A hole injection drain stacked on the light emitting layer;
Inverted organic light emitting transistor comprising a.
상기 기판은 유리, 강화유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, PET(polyethylenceterephthalate), PEN(pilyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PC(polycarbonate) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 역구조의 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 21,
The substrate is made of any one of glass, tempered glass, quartz, pyrex, silicon, PET (polyethylenceterephthalate), PEN (pilyethylenenaphthalate), PES (polyethersulfone), PI (polyimide), PC (polycarbonate) and PTFE (polytetrafluoroethylene) An organic light emitting transistor having an inverse structure.
상기 전도층은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, 카본나노튜브, 그래핀, 은 나노와이어, 금속 나노와이어, 전도성 폴리머 및 고체전해질에서 선택된 어느 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 역구조의 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 21,
The conductive layer is characterized by consisting of any one material selected from ITO, IZO, SnO 2 , ATO, FTO, GZO, IGZO, carbon nanotubes, graphene, silver nanowires, metal nanowires, conductive polymers, and solid electrolytes An organic light emitting transistor having an inverse structure.
상기 유전체층은 SiOx(x≥1), Al2O3, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, HfO2, TiO2, In2O3, SiNx(x≥1), MgF2, CaF2, PET, PEN, PES, PI, PC 및 PTFE에서 선택된 1종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 역구조의 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 21,
The dielectric layer is SiOx (x≥1), Al 2 O 3 , ZnO, Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , TiO 2 , In 2 O 3 , SiNx (x≥1), MgF 2 , CaF 2 , PET, PEN, PES, PI, PC, and an organic light emitting transistor having an inverse structure, characterized in that it is made of one material selected from PTFE.
상기 발광층은 저분자 재료, 유기 고분자 반도체 재료, 양자점의 무기 반도체 재료, 페로브스카이트 또는 이들의 하이브리드 재료인 역구조의 유기 발광 트랜지스터.
The method of claim 21,
The light emitting layer is a low-molecular material, an organic polymer semiconductor material, an inorganic semiconductor material of a quantum dot, perovskite or an organic light emitting transistor having an inverse structure.
상기 전도층 상에 유전체층을 적층하는 단계;
상기 유전체층 상에 저차원 전자구조 물질로 구성되는 전자 주입용 소스 전극을 적층하는 단계;
상기 소스 상에 발광층을 적층하는 단계;
상기 발광층에 정공 주입용 드레인을 적층하는 단계를 포함하는 역구조의 유기 발광 트랜지스터의 제조방법.
Laminating a conductive layer for a gate electrode on a substrate;
Depositing a dielectric layer on the conductive layer;
Depositing a source electrode for electron injection composed of a low-dimensional electronic structure material on the dielectric layer;
Depositing a light emitting layer on the source;
A method of manufacturing an organic light emitting transistor having an inverse structure, comprising laminating a hole injection drain in the light emitting layer.
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| KR20130130011A (en) | 2010-12-07 | 2013-11-29 | 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크. | Active matrix dilute source enabled vertical organic light emitting transistor |
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