국문초록

TIPS-pentacene의 양과 Substrate의 온도변화에 따른 OTFTs 성능 변화 관계 규명

The Investigation on the Changing of Characteristics of the OTFTs According to the Number of Drop and Substrate''s Temperature

전자공학과 권 동 훈
지 도 교 수 송 정 근

유기 반도체는 OLED, OTFT 그리고 Organic solar cell과 같은 디바이스에 널리 사용되어 진다. 최근 유기 반도체 제조에 있어 유기물의 중요한 성질인 약한 반데르 발스 결합으로 녹는 점이 낮고 유기 용매에 잘 녹을 수 있다는 장점을 이용한 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅과 같은 용액 공정이 차세대 플렉시블 디스플레이의 구동 소자 및 전자종이(e-paper)와 전자정보태그(RFID)등 적용분야가 광범위 하여 각광을 받고 있다. 용액 공정은 기존의 진공 증착 및 포토 리소그래피와 같은 과정을 거치지 않아도 되므로 제작 과정이 덜 복잡하고 대 면적 공정이 용이하며 플렉서블 기판에 적용할 수 있고, 무엇보다도 초저가 제작이 가능하다.
일반적으로 유기박막트랜지스터는 게이트전극, 절연층, 소스-드레인, 반도체 층으로 층상구조를 이루고 있다. 모든 계면이 소자 구동에 중요한 영향을 미치지만 특히 절연층과 반도체 층 계면은 전하 이동 통로이므로 전자특성을 결정짓는 중요한 부분이다. 절연층의 표면 특성에 따라 계면에 인접한 수 nm 반도체 층의 분자배향이 영향을 받기 때문에 절연층의 표면 특성을 조절하여 반도체 분자의 정렬을 향상시키는 것은 중요하다. 유기반도체인 공액 분자들의 정렬을 향상시킬수록 분자 간 π­π 오비탈 충첩이 두꺼워지고 전하의 hopping 확률이 높아져 전하이동도가 향상한다. 또한 소스에서 드레인으로 효율적인 전하이동이 이루어지기 위해서는 공액분자가 평면에서 소스-드레인 방향으로 일차원 정렬되는 것이 필요하다.
본 논문에서는 TIPS-pentacene을 Ink-jetting으로 OTFTs의 유기박막층을 형성했을 때 사용된 TIPS-pentacene의 양과 Substrate의 온도가 유기박막층의 모폴로지와 OTFTs의 소자성능에 변화를 가져 온다는 것에 주안점을 두어, 각각의 공정의 특성상 요구되는 온도와 그에 맞는 TIPS-pentacene의 양을 유추해내었다.
기존에 사용되어 왔던 TIPS-pentacene의 양과 Substrate의 온도는 약 400㎛의 직경을 가지며, 약 0.2㎠/V·s의 이동도를 가지는 OTFTs소자에 알맞게 맞춰줘 있었다. 하지만 AMOLED Backplane 제작공정에서는 OTFTs의 소자의 직경은 보다 작은 직경의 소자를 요구하며, 이동도는 약 0.1㎠/V·s 정도의 수준에도 만족할만한 결과를 얻을 수 있다. 이를 위해 TIPS-pentacene의 양과 Substrate의 온도에 대해 변화를 주어 원하고자 하는 OTFTs 소자를 구현할 수 있고, 또한 소자의 직경에 대해 자유롭고 비교적 높은 이동도를 가지는 OTFTs 소자가 필요할 시에는 그에 맞는 TIPS-pentacene의 양과 Substrate의 온도의 변화가 있어야 할 것임이 분명하다. 따라서 기존의 TIPS-pentacene 양과 Substrate를 기준으로 양과 온도를 가감하여 제작된 OTFTs의 소자를 측정하여 각각의 소자특성을 얻었으며, 이를 바탕으로 유동의 메커니즘과 연관지어 해석하였다.
실험은 TIPS-pentacene의 양은 한 방울에서 여덟 방울까지 변화시켰고, Substrate의 온도는 기존의 46℃에서 ± 5℃로 세 가지 조건에 나눠 변화시켰다. 각 Drop당 10개의 OTFTs 소자를 제작하여 총 240개의 소자를 제작, 측정하여 성능변화의 신뢰성을 얻었고, 측정된 성능을 토대로 TIPS-pentacene의 양과 Substrate의 온도에 따른 OTFTs의 성능변화에 대해 관계를 규명했다. 이를 통해 용매의 증발속도와 결정화 속도가 결정하는 TIPS-pentacene의 모폴로지와 소자성능에 대한 메커니즘을 증명하였고, 적은 양의 TIPS-pentacene에는 비교적 낮은 온도의 Substrat 온도가 적합하며, 많은 양의 TIPS-pentacene에는 비교적 높은 온도가 적합하다는 결과를 획득할 수 있었으며, 이처럼 TIPS-pentacene의 양에 따른 적합한 공정에 알맞은 온도를 얻을 수 있는 연구를 진행하였다.

주요어 : Bis(triisopropylsilylethynyl)-pentacene (TIPS-Pentacene), OTFT, Substrate 온도, Inkjet printing 한국어