저밀도 탄소나노튜브 네트워크 박막트랜지스터 제작 및 특성 연구

Abstract

최근 기존에 소자 제작에 사용되던 실리콘이나 갈륨아세나이드와 같은 반도체나 금속, 또는 그 산화물들을 대체하는 물질들에 대한 연구가 진행되었고, 그로 인하여 다양한 물질과 소자들이 제작되었다. 특히 플라스틱 기판위에 소자제작이 가능해 지고 유기물 들을 이용하여 반도체와 금속을 대체함으로써 저온공정과 가격 절감이 가능해 지면서 각광을 받고 있다. 이렇게 유기물 등으로 제작된 소자들은 광학적 성질이 좋고, 기계적으로 유연하여 flexible electronics분야에서 많은 활용이 가능하다. 그 중에서도 carbon nanotube(CNT)는 기계적, 화학적 안성성과 뛰어난 전기적 특성과 열전도성 등의 장점을 갖고 있어 새로운 전자소자의 소재로 각광받고 있다. 하지만 CNT를 이용하여 소자를 제작하는 데는 몇 가지 문제점이 있다. CNT들을 개별적으로 분리하는데 어려움이 있고, metallic과 semiconducting을 원하는 성질만을 분리하여 사용하기 어렵고, 원하는 위치에 CNT를 정렬하기가 쉽지 않다. 그래서 많은 연구그룹들은 CNT를 network(NTN)으로 제작하여 소자에 응용하는 방법들을 연구하였다. 특히 NTN의 기계적인 안정성과 높은 광투과도로 투명하고 유연한 NTN thin-film transistor(NTN-TFT)의 채널과 전극으로 많은 연구가 진행되었다. NTN이 다양한 방법으로 제작되어 응용되지만 NTN의 밀도가 높아짐에 따라 metallic CNT의 밀도가 높아짐에 따라 metallic 성격이 강하게 나타난다. 따라서 NTN을 채널로 사용하는 NTN-TFT의 손실전류가 발생하게 되어 낮은 on/off 전류비를 갖게 되어 소자의 성능을 저해하는 요소가 된다. 그래서 본 논문에서는 분산된 CNT suspension을 원심분리를 통해 큰 입자와 분산이 덜 된 CNT bundle을 제거 한 후 ultra-sound assisted filtration(UAF)방법으로 NTN을 형성하여 stamping방법을 통해 플라스틱 기판으로 이전한 후 NTN을 채널로 하는 투명하고 유연한 NTN-TFT를 제작하였다. 전극은 Cr/Au를 thermal evaporation하여 증착하거나, 투명전극인 ITO를 sputter deposition을 통해 증착하였다. 또한 NTN-TFT의 높은 광투과도와 유연성을 위하여 polymer dielectric material중 하나인 poly-4-vinylphenol(PVP)를 spin-coating 공정을 통해 게이트 절연막으로 사용하였다. 이렇게 제작된 NTN-TFT를 monochromator를 사용하여 광투과율을 측정하고, room temperature probe system을 이용하여 전기적 특성을 확인 하였다.; Fabricating uniform carbon nanotube networks (NTN) on polymer substrates has attracted much attention due to their possible application as transparent and flexible thin-film transistors (TFT). For reliable TFT operation, low density single-wall NTNs with reduced bundle concentration on flexible substrates is necessary to realize semiconducting thin-films with reduced leakage. The lower nanotube density and reduced bundle concentration decreases the probability of having metallic nanotube conduction paths between source and drain, which is a major cause of leakage and reduced On/Off current ratio in nanotube network transistors. The leakage between the gate electrode and NTN also causes reduced on/off ratio since thinner dielectric layers are used to compensate for the poor gate coupling in NTN-TFTs. For gate leakage reduction, high-k materials with increased thickness were used previously. Although these devices may show higher performance, they have reduced flexibility. Using polymer dielectric materials, it may be possible to fabricate TFTs which has higher transparency and flexibility. We present here a method to fabricate NTN-TFT on flexible and transparent PET substrates.