펜타신과 고분자 유전체 사이의 계면에 관한 전자적 구조적 특성

Abstract

현재 사용하고 있는 대부분의 디스플레이는 기판이 굳어있는 디스플레이 즉 기판이 고정되어 있는 디스플레이 이지만, 미래의 디스플레이는 어디서나 손쉽게 접거나 말아서 들고 다닐 수 있는 플렉서블 디스플레이로 갈 것이라고 보고 있다. 이러한 디스플레이의 기판은 구부릴 수가 있는 플라스틱으로 생각하고 있다. 플라스틱으로 기판을 사용하였을 시에 무기 TFT(Thin film transistor)기술은 구부릴 시에 크랙이나 고온공정으로 인한 기판 손상 등의 문제가 발생되고 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 현재 이용하고 있는 고온 공정의 무기물을 사용하는 것에서 유기물을 이용한 TFT로 가야만 한다. 그러한 유기 TFT에서 채널영역에서 현재 전자적 특성이 가장 좋은 펜타신을 이용한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이 논문은 이러한 펜타신을 기반을 한 TFT에서 gate 유전체를 K1이라는 유기물을 사용하였을 시에 다른 유기물 gate 유전체뿐만 아니라 무기 gate 유전체를 사용 하였을 때보다도 성능이 향상 된 것을 볼 수 있다. 이러한 성능 향상 중에 gate 유전체와 펜타신의 계면의 전자적 특성이나 구조는 상당히 이 디바이스에 영향을 끼친다. 본 연구에서는 gate 유전체를 K1을 사용하였을 경우에 전자적 특성이 향상되는 것을 확인 할 수 있었는데, 이러한 K1과 펜타신의 계면에 전자적 특성이나 구조를 밝혔으며, 또한 K1 표면의 UV/Ozone 처리를 하였을 시에 전자적 특성의 향상되는데 이러한 향상 원인들을 발견하였다.; Since the performance of pentacene-based organic thin film transistors (OTFTs) is comparable to that of hydrogenated amorphous silicon thin film transistor, a growing interest has been focused on the process of OTFTs for the applications to low-cost and large-area flexible displays. As the characteristics such as mobility and on/off ratio of the OTFTs are greatly influenced by the interfacial structure formed between organic semiconductor and gate dielectrics, the preparation of the underlying dielectrics and deposition of semiconductor layer are critical steps to improve the performance. Here we examine the electronic properties of interfaces formed by pentacene deposited on a polymer-based dielectrics pre-coated on a Si substrate. The interface region between the pentacene and the PMMA-derivative polymer (K1) is investigated using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), atomic force microscopy (AFM), and contact angle (CA) measurements. In particular, a UV/Ozone treatment of the K1 polymer causes a large influence on the energy level alignment of the pentacene/K1 interface. From C 1s XPS spectra, it is shown that the deposition of pentacene brings about chemical reactions with the K1 polymer, which induces strong charge redistribution at the interface. Such reactions are followed by the rearrangement of interface dipoles, causing a large work function change. However, the UV/Ozone treatment of the K1 polymer reduces such interface reactions so that the band bending and interface dipole change are much weaker. These different behaviors are consistent with smaller water-contact angle on the K1 and larger grain size of pentacene deposited on the top, when K1 is treated by the UV/Ozone. It is expected that the OTFT performance will be enhanced by inserting the UV/Ozone treated K1 as a dielectric layer below the pentacene film.