Fabrication of Organic-Inorganic Hybrid Thin Films Using Atomic Layer Infiltration and Molecular Layer Deposition and Their Application to Electronic Devices

Abstract

본 연구의 목적은 원자층 증착법과 분자층 증착법, 그리고 원자층 침투법을 이용하여서 유기-무기 복합박막과 전도성 박막을 제작, 특성을 평가하고, 이를 다양한 전자소자에 응용하는 것이다. 원자층 증착법과 원자층 침투법은 무기박막을 제작하는 기술로, 이렇게 제작된 무기박막은 전기 특성, 광학 특성 및 안정성에 대한 장점을 가지고 있다. 반면, 분자층 증착법은 유기박막을 제작하는 기술로, 무기 박막이 갖지 못하는 유연성을 갖는 유기박막을 제조할 수 있다. 위에 언급한 증착 기술들을 통해 무기 박막과 유기 박막을 쉽게 조합 할 수 있다. 유기-무기 복합박막은 시너지 효과를 통해 유기 박막과 무기 박막의 장점을 동시에 갖는다. 또한, 두 박막의 비율을 조정하는 것은 두 개의 박막의 특성을 쉽게 최적화할 수 있다. 본 연구에서는 원자층 증착법과 분자층 증착법, 그리고 원자층 침투법을 통해 유기-무기 복합박막을 제작하고, 제조된 박막 특성에 따라 전자 소자의 구성 요소 (반도체 층, 봉지막 및 전극)로 사용하여 다양한 전자소자 (트랜지스터, 봉지막, 태양전지)를 제작, 평가 하였다. 첫째로 유기-무기 복합박막을 제작하는데 중요한 기술인 원자층 증착법과 분자층 증착법 그리고 원자층 침투법에 대해서 간략하게 소개 하였다. 두 번째 파트에서는 분자층 증착법을 이용해 Ti-Ao라는 유기박막을 제작하고, 이를 이용해 ZnO와 함께 유기-무기 복합박막을 형성해서 광트랜지스터의 활성층에 응용한 연구이다. Ti-Ao 유기 박막은 LMCT 효과에 의해 가시광선 영역의 빛을 추가로 흡수하여 광트랜지스터의 활성층으로 사용되었을 때 향상된 성능을 보여주었다. 세 번째 파트에서는 원자층 증착법과 분자층 증착법을 이용하여 Al-4MBA/Al2O3 유기-무기 초격자 복합박막을 제조하고, 이를 봉지막으로 사용한 연구이다. 유기층의 비율조절을 통해 봉지 특성과 유연성을 자유롭게 조절할 수 있었으며, 매우 우수한 유연한 봉지막 특성을 보여주었다. 마지막으로, 원자층 침투법을 이용해 매우 우수한 전기 전도도를 갖는 NiS 박막을 제조한 연구이다. 원자층 침투법은 원자층 증착법에 비해 고 밀도의 필름을 성막 가능한 기술로 이를 이용해서 제작된 NiS 박막은 금속과 비슷한 전기 전도도 특성을 보였다. 이를 염료감응 태양전지의 상대전극으로 이용하였다. NiS 박막은 값 비싼 백금 전극을 대체할 수 있는 물질로의 가능성을 보여주었다.; This thesis describes the fabrication of organic-inorganic hybrid thin films and conducting thin films via atomic layer deposition (ALD), atomic layer infiltration (ALI), and molecular layer deposition (MLD) methods. Furthermore, various electronic devices were fabricated and their characteristics were evaluated using these hybrid thin films. Inorganic thin films manufactured via ALD and ALI methods have the advantages for electrical properties, optical properties, and stability. On the other hand, organic thin films manufactured via MLD have the advantages for the structural flexibility. The combination of inorganic thin films and organic thin films allows the manufacture of hybrid thin films that have a synergistic effect for the advantages of both thin films, and the adjustment of the ratio of two thin films allows for easy optimization of properties of hybrid thin films. Through this thesis, ALD, ALI, and MLD methods were used to demonstrate the manufacture of each components (semiconducting active layer, encapsulation layer, and electrode) of various electronic devices.