펜타센 기반의 박막 트랜지스터에서 SiOx 경사증착을 통해 형성된 비등방적 게이트 절연층의 효과

Abstract

최근 유기 반도체 물질을 이용한 유기 박막 트랜지스터가 기존의 실리콘 기반의 무기박막 트랜지스터를 대체할 수 있는 차세대 전자소자로 기대를 모으고 있다. 이는 공정적인 측면에서 기존의 무기박막 트랜지스터 제작 시 반드시 요구되었던 고진공 증착 과정없이, 유기물질을 저온공정에서 코팅이나 프린팅등의 저가격 공정으로 성막이 가능하며, 응용분야 측면에서 소자에 휨 변형등을 가하였을 때, 기존의 무기박막 트랜지스터 소자에 비해 전기적으로 안정된 내구성을 보여줄 수 있으므로 다양한 신응용분야 개척이 가능하기 때문이다. 하지만, 현재의 유기박막 트랜지스터 소자의 경우, 전자 이동도등의 전기적 특성은 아직 미흡하여 상용화가 이루어지려면 많은 개선이 요구되는 상황이다. 이에 유기 반도체 소자의 전기적 특성을 향상할 수 있는 연구가 다양한 각도로 진행되고 있으며, 특히 유기 반도체 물질의 성막 과정에 큰 영향을 미치는 절연막 계면에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 SiOx 절연막에 비등방적인 계면 상호 작용을 유도하였을 경우, 계면 처리 조건에 따른 유기 반도체 소자의 특성 변화 및 이를 통한 비등방 계면 처리가 전자 이동도 향상으로 직결하기 위한 요건에 대한 연구 결과를 기술하고 있다. SiOx 계면의 비등방적인 표면은 SiOx를 경사증착을 통하여 성막함으로써 제작하였으며, 이 경우 증착 경사각이 증가함에 따라 계면과 pentacene 분자간의 비등방 상호작용과 함께 계면 거칠기 또한 동반하여 증가하는 모습을 보였다. 전자의 효과는 penatacene 박막 형성시 분자 정렬도를 향상시켜, 전자 이동도 및 개선 전기적 이방성을 증가하는 긍정적인 효과를 나타내지만, 후자의 효과는 pentacene grain의 성장을 억제하여 domain 경계가 증가하는 부정적인 효과를 유발한다. 이는 절연막 계면에 비등방성을 유도할 때, 상기 두 조건을 모두 고려하여 최적화된 정도로 계면처리가 이루어져야 함을 의미한다. 절연막 표면에 비등방적인 계면처리 시, 표면의 비등방성, 거칠기와 표면 에너지가 변화하였을 경우, 유기 반도체 성막에 미치는 효과를 종합적으로 고찰한 본 연구 결과는 유기박막 트랜지스터의 비등방적인 계면효과를 연구하는데 있어서 중요한 지침을 제시해줄 수 있을 것으로 기대된다.; Recently, organic thin film transistors (OTFTs) have attracted much attention as future electronic devices substituting for conventional inorganic thin film transistors. OTFTs have much merits in that they can be fabricated with low cost process, such as spin-coating or printing, instead of high cost vacuum evaporation process required for conventional inorganic TFTs. In addition, OTFTs show extremely high durability against mechanical deformation such as bending, comparing with conventional inorganic TFTs. However, electrical properties, such as electric mobility, of current OTFTs should be further improved to be commercialized. There have been much efforts to enhance the electrical properties in OTFTs, where most of them have been focused on the improvement of the interfacial properties between the organic semiconductor materials and the dielectric insulators, based on the molecular ordering and packing, and the domain reduction, based on the analysis of the growth of the organic semiconductor materials during evaporation or coating. In this thesis, the molecular ordering of pentacene on an anisotropically treated inorganic insulator surface was discussed, which resulted in carrier mobility. The anisotropic interface of the insulator layer was prepared by evaporating SiOx obliquely. On our anisotropic surface, the molecular ordering of pentacene was enhanced by the anisotropic interaction between the pentacene molecules and the interface, which resulted in the enhancement of the carrier mobility as well as the mobility anisotropy. However, when the evaporation angle increased, the surface roughness was also increased. Thus, the surface treatment for inducing surface anisotropy should be optimized. When the surface energy of the obliquely evaporated SiOx was modified into hydrophobic surface by self-assembled monolayer of octadecyltrichlorosilane (OTS), the carrier mobility were further enhanced sin the effect of the surface roughness on the pentacene growth could be effectively reduced on the OTS surface due to its lower surface energy. It is expected that our overall investigation of the interfacial effects, including the surface anisotropy and the surface roughness on the electrical properties of the OTFTs would give useful information in improving OTFTs by the interface modification of the dielectric insulating layer.