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Pentacene-Based Organic Thin-Film Transistor 특성향상에 대한 연구

Pentacene-Based Organic Thin-Film Transistor 특성향상에 대한 연구. 목 차. 서론 Pentacene TFT 의 현재 연구방향 전계이동도 ( u; ㎠ /V s ) 의 향상 누설전류의 감소 구동전압의 감소 구조적인 변경을 통한 특성향상 앞으로의 연구과제 결론. 서 론. 1977 유기고분자 ( 폴리아세틸렌 ) – 금속의 전기전도도 – 유기반도체 왜 OTFT(organic thin-film transistor) ?

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Pentacene-Based Organic Thin-Film Transistor 특성향상에 대한 연구

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Presentation Transcript

  1. Pentacene-Based Organic Thin-Film Transistor 특성향상에 대한 연구

  2. 목 차 • 서론 • Pentacene TFT 의 현재 연구방향 • 전계이동도 ( u; ㎠ /V s )의 향상 • 누설전류의 감소 • 구동전압의 감소 • 구조적인 변경을 통한 특성향상 • 앞으로의 연구과제 • 결론

  3. 서 론 • 1977 유기고분자(폴리아세틸렌) –금속의 전기전도도 –유기반도체 • 왜 OTFT(organic thin-film transistor) ? • flexible, low cost, low temperature process, various substrate • Display devices, smart cards, inventory tag, large-area sensor array. • a-Si TFT vs OTFT • a-Si TFT(u=1.0) > OTFT(u=?) : 유기반도체 박막 자체의 작은 전도성 • 유기반도체 물질 • 폴리아세틸렌, 펜타신, 티오펜 올리고머 • 펜타신-단분자,박막상태에서 분자정렬 양호, 높은 이동도 • Pentacene 기반의 유기반도체 특성/실험 –논문

  4. Pentacene TFT 현재연구방향 • OTFT 성능평가 parameter • 전계이동도(u; ㎠ /V s ) –단위전계(1V/s)에 의해 이동거리각종 산란요소,경계에 있는 전하들의 산란이 가장 큼 • 1. 새로운 유기물의 개발 • 2. 소스와 드레인을 긴사슬의 고분자로 바로 연결 • 소스/드레인 간격 nm 크기 –간단한 공정과 대치 • 3. 분자배열을 조절하여 이동도 향상 • 문턱전압 (Vth)-게이트와 유기반도체 일함수 차이insulator내부전하, 계면전하에 의해 결정,게이트표면처리방식 • Sub-threshold slope(SS; V/dec)-전류10배증가에 필요한 Vg 크기gate의 유기반도체 계면의 제어능력을 의미 • 전류점멸비(I on/off)

  5. 전계이동도의 향상(1) • Insulator 에서의 표면처리 효과 • O2 plasma – 0.6 / OTS 처리 – 1.6 • A.P.L 81, 2,2002, Jar B. Bensiger • Pentacene 증착방법의 차이 • Thermal is the fastest ways • IEEE Electron Dev. 44.8.1997 T.N Jackson • Advanced matermal 10,5,1998 G.Howowitz(유기반도체 증착을 6가지 방법-이동도측정) • Pentacene deposition rate 차이 • 양의 상관관계 (APL 81,24,2002. Seongil.Im) • 음의 상관관계 (IEEE Elec,Dev.Let 18.3.1997) • 동일 depo rate 에서의 sub 온도차이 • Bell lab journal • Pentacene 의 ordering • Inorganic(SiO2) – organic(PVA,PVP,PI등) –액정 • X//x – chem.materal,13,2001 X.linda 0.25/0.006 • X//y – APL 79,9,2001. M.L.Swiggers

  6. 전계이동도의 향상(2) • W/L 조성비의 변화(fringe effect outside channel) • Pentacene(100nm), gold(150nm),SiO2(100nm)Depo (5*10^-6 torr) • IIBM J. Res & Dev, 45,1 C.D.Dimitrakpoulos • W/L is 10 or higher in order to minimize the effects of such currents;otherwise the mobility is overestimated • 이동도측정 – time of flight 방식(이창희교수님) 연세대학교 황정남 교수팀

  7. 누설전류의 감소 • 누설전류 –전류점멸비에 영향 • 누설전류 –소스/드레인 전극접촉저항(작을수록), 채널저항 (클수록) • Off 상태에서 전류(작을수록) –유기반도체 두께 작을수록, insulator 작을수록 • Advanced Material 10,5,1998 Gilles.Horowitz • Insulator 구성 • Organic + organic/organic+ inorganic/inorganic+organic/inorganic+inorganic • Ring 구조 – IEEE Trans.Electron Devices 46,6,1258,1999 T.N Jackson • 기존구조 –위로 쌓아 올라가는 방식(10^-7) • Ring 구조 –중심으로 파고들어가는 방식(-9) Ain/Ai203 + PI

  8. 구동전압의 감소 • Gate/drain 전압 very high –전력소모 큼 • Gate/drain voltage - <-4volt> 가능 • Science 283,5, 1999, J.M.Shaw • Insulator에 높은 유전상수/얇게 • BZT(Barium Zirconate titanate) • Ar/O2 gas, 2.5*10^-3 toff, RT • BaTiO3, Ta2O5, SrTiO3 현재사용되는 물질 • 단점 : CVD 방식의 증착( not spin coatong) • Pentacene의 두께 조절로 Vt의 영향 • Insulator – PVA 사용 (120nm) • Ts의 값이 커질수록 Vt의 값 증가(얇을수록 good) • 전계이동도의 변화도 관찰 ( 얇을수록 good) • APL 83,15,3201 R.Schroeden drain source Pentacene ts Insulator - ti glass gate

  9. 구조적인 변경을 통한 향상(1) • Simplified device • Source/drain/gate 한번에 • Ots 처리후 – 0.6의 이동도 • 전류점멸비 10^7 • But off 상태 전류 증가 • APL 76.13.27 T.N. Jackson • Double pentacene layer • 이동도 1.5/ on/off 10^8Vt~0, ss~1.6V/dec • 고온층-pentacene 분자의 ordering/분자사이 void 발생/carrier transport에 minus • 저온층-void 막아줌/film continuity 향상/이동도영향 • IEEE Elec.Dev.Lett 18.12 T.N.Jackson

  10. 구조적인 변경을 통한 향상(2) • Top/bottom contact • Top contact > bottom contact (sat region) 40배의 전류 • Thin Soilid Films 420-421 2002 Sengil Im • Why? Gate insulator가 접촉하는 area차이 • Top contact < bottom contact • Journal of Applied Physics 88,11,2000 T.N.Jackson • 소수의 연구가 source drain pentacene insulator Top contact bottom contact

  11. 앞으로의 연구과제 • OTFT 는 전세계적, 수많은 연구그룹에 의해 연구되고 있슴 • 그러나 각 현상마다 상반되는 견해가 존재 – OTFT 의 BIBLE ?? • 현재 진행중인,진행예정 실험 • Current 흐름(x)과 pentacene 분자의 정렬방향 • 친수성 insulator위의 pentacene (PVA)소수성 insulator위의 pentacene(PI계열)두경우의 pentacene morphology비교 및 측정 • Edge effect reducing model by multimodain • Rubbing의 속도와 강도에 의한 pentacene분자들의 ordering 정도 • Double gate 사용으로 mobility 증가 z ?? y x

  12. 결 론 • OTFT 는 유기물 의 특성을 활용-Si기반에서 불가능 –가능 • 현재 이동도는 2 ㎠ /V s , on/off ratio 10^8 >a-Si TFT • 상반되는 연구결과 –정확한 주장 존재하지 않음 • 1도, 두께 1Å ,물질에 따라 각기 다른 결과가 도출 • 세계 여러연구그룹을 background 하여 새로운 독창적인 분야에대한 연구가 요구 • OTFT 의 표면에서 분자의 배열을control 혹은 관찰 < The characteristic of field effect mobility fabricated on plastic substrate > <2002년 ETRI의 공식 발표자료>

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