[신기술 소개] 자기정렬 절연막을 이용한 유기박막트랜지스터(OTFT) 개발

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662…NICE, 제22권 제6호, 2004

신·기·술·소·개

에, 적합한 OSDA를 발견하는 것은 매우 어려운 과제로 남아 있었다.

최근 스페인 Valencia 대학의 Corma 교수팀은 OSDA로 4-methyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-pyrido [3.2.1-ij] quinolinium iodide를 사용, 골격내 Si/Al비가 무한대인 LTA구조를 합성하는 데 성 공하였다. ITQ-29로 명명된 이 pure-silica zeolite A는 [그림 1]에 나타낸 바와 같이 2개의 동일한 OSDA 분자가π-π 형태의 상호작용을 통해 자기 조립된 ‘supramolecular’ 유기 구조 유도 물질이 LTA구조내 sodalite cage(β-cage)를 안정화시 킴으로써 그 결정화가 가능한 것으로 이해되고 있 다. ITQ-29는 매우 높은 소수성을 갖고 있어 탄화 수소 분리시 올리고머화 반응을 효과적으로 억제 할 수 있으며, 특히 크래킹 반응에서 프로필렌 수 율을 높이기 위한 형상 선택적 크래킹 첨가제로 사용될 수 있어 새로운 분리제 및 촉매로서 그 응 용에 많은 관심이 집중되고 있다[Nature, vol.

431, p. 287(2004)].

자기정렬 절연막을 이용한

유기박막트랜지스터(OTFT) 개발

유기박막트랜지스터(OTFT)는 현재 플렉서블 (flexible) 디스플레이, 센서, 전자 바코드 등의 응 용분야에서 큰 관심을 끌고 있다. 현재 개발된 대 부분의 유기TFT소자들은 작동전압이 20V 이상 의 고전압을 요구하는 문제점을 나타내고 있다.

이는 기존의 트랜지스터에서 이용되는 게이트절 연막인 무기산화막 및 질연막, 고분자막의 두께가 누설전류를 줄이기 위해서 100nm 이상의 두께를 갖기 때문이다.

최근 네이처에 발표된 논문에 따르면 자기정렬 단분자층(SAM)을 이용한 2.5nm 두께의 절연층

과 고이동도 유기반도체인 펜타신을 이용하여 유 기TFT를 개발한 기술이 소개되고 있다. 개발된 유기TFT는 구동전압이 2V 이하이며, 포터블 장 치에 응용 가능할 것으로 기대되고 있다. 이러한 자기정렬 기술은 또한 실리콘집적회로에도 응용 될 수 있을 것으로 기대된다.

[그림 1]에 나타난 바와 같이 PhO-OTS [(18- phenoxyoctadecyl)trichlorosilane]를 실리콘기판 위에 증착한 결과 이웃하는 분자의 phenoxy 그룹 간의 π-π 결합에 의해서 잘 정렬된 박막이 형성되 었다. 이러한 구조는 leakage current를 줄여주는 역할을 할 것으로 기대된다. PhO-OTS를 이용한 TFT구조를 제작하기 위해서 우선 Si 기판표면을 산소플라즈마에 노출시켜 표면에 hydroxyl(-OH) 흡착량을 증가시킨다. 다음으로 약 2.5nm의 SAM층을 톨루엔 용액으로부터 증착시킨다. 증착 된 절연막은 약 2.5의 유전상수를 갖는다.

[그림 2]는 [그림 1]의 OTFT구조의 전기적 특성을 나타낸다. 트랜지스터의 채널길이는 130 µm, 채널너비는 170µm이었다. 측정된 전하이

그림 1. (A) (18-phenoxyoctadecyl)trichlorosilane, (B) Organic semiconductor pentacene의 화학구조, (C) Pentacene TFT with SAM dielectric.

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동도는 게이트-소스 전압 -2.5V에서 1cm²/Vs였 으며, threshold전압은 -1.3V, on/off 전류비는 10⁶ 으로 측정되었다. 이와 같은 수치는 문헌에 나타 난 값들과 비교해서 월등한 결과를 나타낸다. 이 결과에 따르면 약 2.5nm 두께를 가지는 절연막의 캐패시턴스 값이 약 1µFcm^-2에 이르러 약 2V 이

하의 구동전압에서 작동이 가능하며 또한 14MV/cm의 게이트필드를 지탱할 수 있다.

따라서 이 연구에서 제안하는 PhO-OTS 자기 정렬을 이용한 OTFT는 고성능 저전압 장치 개 발에 앞으로 유용하게 응용될 것으로 기대된다 [Nature, vol. 431, p. 963(2004)].

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 6, 2004…663

신·기·술·소·개

그림 2. OTFT (A) Cutput characteristics, (B) Transfer characteristics.