[지상강좌] 계면공학을 이용한 고성능 유기박막 트랜지스터

서론

최근 들어 고도의 정보화 시대를 맞이하여 이에 대비한 새로운 미래형 디스플레이 소자의 연구 개 발은 무엇보다 중요시되고 있다. 특히 현재 상용 화되고 있는 여러 디스플레이 소자들의 성능을 보 강함으로써 응용면에서 주목받고 있는 소자 중의 하나가 유기박막 트랜지스터(OTFT：organic thin film transistor)이다. 유기박막 트랜지스터에 관한 연구는 1980년대 초반부터 시작되었으나 반 도체 성질을 나타내는 유기물을 이용한 소자에 대 한 관심이 고조되면서 근래에 들어 유기 반도체를 이용한 유기박막 트랜지스터에 대한 연구가 활발 히 이루어지고 있다. 제작공정이 간단하고 비용이 저렴하며 충격에 의해 깨지지 않고 구부리거나 접 을 수 있는 flexible 디스플레이 소자가 미래의 기 반산업에 필수적인 요소가 될 것으로 예상되고 있 으며, 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 유기박막 트랜지스터의 개발은 매우 중요한 차세대 연구 분 야로 대두되고 있다.

유기박막 트랜지스터는 유기반도체의 특성상 전하 이동도가 낮아 기존의 실리콘 중심의 무기물

을 이용한 빠른 속도가 요구되는 곳으로의 응용은 적합하지 않지만, 합성방법의 다양함, 섬유나 필름 형태로 성형이 용이함, 경량성, 유연성, 전도성, 높 은 생산성, 높은 분극성 뿐만 아니라, 분자 자체가 기능성을 가지므로 초박막의 형태에서도 기능성 이 유지되어 새로운 초박막 기능성 전자소자의 개 발이 가능하다. 따라서 광범위한 분야에서 무기물 소자를 보완 대체하거나 독자적인 특수한 응용 분 야를 창출할 것으로 예상된다. 응용 분야로는 액정 픽셀(AMLCD)과 유기전기발광소자(AMOLED) 와 같은 능동소자 평판 디스플레이(AMFPD)나, 전자페이퍼(electronic paper), 디스플레이에 대한 스위칭 소자와 센서, 저렴한 스마트 카드, 무선 (radio-frequency) 인식태그 (RFID)를 구성하는 유기직접회로 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

유기박막 트랜지스터에 응용되는 대표적인 유 기 반도체로는 공액 고분자와 저분자를 들 수 있 는데, 기존의 무기박막 트랜지스터와 같이 유기박 막 트랜지스터 역시 p-type과 n-type으로 구분된 다. p-type의 경우에는 주된 수송체가 홀(hole)이

포항공대 화학공학과 교수 [email protected]

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지만 n-type의 경우에는 전자(electron)이다. 최 근 많이 응용되는 대표적인 p-type 유기 반도체 인 pentacene의 경우 전계효과이동도(field effect mobility)가 2.4cm²/V·sec, 점멸비(on/off ratio) 가 10⁸ 이상의 특성을 가지는 유기박막 트랜지스 터 소자가 보고되고 있으며, 이는 기존의 hydrogenated amorphous Si(a-Si:H)보다도 우 수한 성능이다. 그러나 pentacene은 그 우수한 특 성에도 불구하고 고가의 진공증착장비가 요구되 고 미세패턴 형성에 어려움이 있기 때문에 기존의 비정질 실리콘을 응용한 디스플레이에 비해 가격 적인 면이나 대면적화에 있어서 큰 장점은 없는 실 정이다. 이에 반해 반도체 특성을 가지는 대표적인 p-type 공액 고분자인 poly(3-hexylthiophene), P3HT는 유기용매에 쉽게 녹는 특성이 있어서 spin coating이나 ink-jet printing, contact print- ing, dip coating 등의 저렴한 공정이 가능하다. 이 러한 공정을 응용할 경우 roll-to-roll 공정에 적용 할 수 있기 때문에 프린팅 방법을 이용한 미세패턴 형성 공정이 뒷받침 해 준다면 저가격, 대면적 디 스플레이 제작에 있어서 매우 유리한 위치에 설 수 있다. 그리고 상온에서 모든 공정이 이루어지기 때 문에 플라스틱 기판을 이용한 flexible 소자 및 패 널 제작에도 쉽게 적용할 수 있다.

유기박막 트랜지스터는 [그림 1]에서 보는 바 와 같이 기판(substrate), 게이트 전극(gate), 절 연체(insulator), 소스와 드레인 전극(source &

drain), 유기 반도체(organic semiconductor)의 여 러 가지 소자들로 구성되어 있는데, 이러한 소자 들은 각각 계면을 이루고 있다. 따라서 유기박막 트랜지스터 소자의 특성을 극대화하기 위해서는 각 소자의 성능뿐만 아니라 각각의 계면의 안정성 및 접착력을 향상시켜야 한다. 특히, 유기 반도체 와 절연층간의 [그림 1. 계면 ②]는 소자특성과

직결되는 부분이기 때문에 본 고에서는 이를 중점 적으로 다루고자 한다.

즉, 계면공학을 기반으로 절연체의 표면특성을 제어하여 용액공정이 가능한 공액성 고분자인 P3HT의 미세구조 및 분자배향을 제어하고, 이에 따른 유기박막 트랜지스터 소자특성과의 상관관 계 및 저가격, 대면적 유기박막 트랜지스터 제작 에 필수적으로 응용될 수 있는 인쇄기술에 대해서 살펴보고자 한다.

연구개발 동향

유기 반도체에 기반을 둔 유기박막 트랜지스터 는 전 세계적으로 많이 연구되고 있다. 유기박막 트랜지스터는 현재 사용되는 실리콘 트랜지스터 보다 더 저렴하고 다양한 응용성을 가진다. 따라 서 많은 그룹에서는 유기박막 트랜지스터를 스마 트 태그(smart tag)와 디스플레이와 같은 응용분 야에 사용하기 위하여 크기는 작으며 높은 효율을 얻기 위한 연구를 하고 있다. 특히 디스플레이의 저렴화, 고집적화, 대량생산화를 위한 프린팅기술 역시 세계적인 업적이 많이 보고되고 있다. 현재 일본과 유럽, 미국 등 세계 유명 기업들에서 잉크 젯 인쇄기술을 이용한 유기박막 트랜지스터 소자

그림 1. 유기박막 트랜지스터의 구성소자 및 각각 이

루고 있는 계면; ①：소스와 드레인 전극/유기 반도체

계면, ②：유기반도체/절연체 계면, ③：소스와 드레

인 전극/절연체 계면, ④：절연체/게이트 전극 계면.

제작을 위해 많은 연구가 수행되고 있으며, 일부 에서는 이미 잉크젯을 이용한 제품이 출시될 예정 이다. 특히, 2003년 상반기부터 plastic electronics 의 선두기업인 Plastic Logic사는 Polyapply사 등 여러 기업과 함께 EU의 자금지원을 받아 저가의 소자개발에 관한 연구를 시작하였다. Plastic Losic사는 잉크젯 기술을 바탕으로 유기 반도체를 사용한 능동전자회로(active electronic circuits) 제작을 선도하는 기업으로 소자제작을 위한 생산 단가를 낮추는데 자신들의 기술이 중요한 역할을 할 것이라 밝히고 있으며 잉크젯 공정을 위한 잉크 를 이미 개발 완료한 상태이다. Poly(3,4-ethyle- nedioxythiophene)/poly(styrene sulfonate), PEDOT/

PSS 용액은 유기 트랜지스터의 전극물질로 사용 되고 있으며, 유기물뿐만 아니라 전극으로 많이 사용되는 은(Ag)이나 금(Au)의 초미립자를 분 산시킨 잉크가 개발되어 PDP의 전극을 형성하는

단계에 적용 중이다. 이미 제록스사에서는 모토롤 라, 다우케미칼과 함께 공동연구로 개발한 P3HT 반도체 잉크를 인쇄공정에서 이미 검증하고 있는 단계이다.

세이코엡손은 잉크젯 인쇄기술을 이용하여 4,096가지의 색을 표시할 수 있는 2.1인치 패널의 시험제작에 성공하였으며 유기박막 트랜지스터를 형성하는 프로세스개발에도 성공했다. 제록스사의 자회사인 미국의 팔로 알토 연구센터(PARC)는 잉크젯 프린터를 개조하여 반도체 잉크를 사용하 여 트랜지스터 배열을 만드는데 성공했다. 아직 개발 중에 있지만 이 기술은 현재의 디스플레이 생산을 주도하고 있는 비싼 광노광 기술을 대체하 여 유기박막 트랜지스터의 제조원가를 대폭 낮출 수 있을 것으로 예상되고 있다. 또한, 최근에는 기 존의 무기 박막(SiO₂)이나 유기 박막 절연체 대신 에 뛰어난 절연 특성을 갖는 자기조립유기박막

그림 2. (A)초분자의 구조, (B) pentacene의 구조, (C) top-contact, 유기박막 트랜지스터 소자의 모식도, (D) pentacene 유기박막 트랜지스터 소자의 전류-전압 특성[Nature 22000044, 431, 963].

(A) (B)

(D)

(C)

(alkyltrichlorosilane)을 유기박막 트랜지스터의 절 연체로 사용하고자 하는 연구가 시도되고 있다.

올해에 독일 Infineon Technologies AG의 Halik 그룹에서는 세계 최초로 비정질 자기조립박 막을 절연층으로 응용하여 저전압에서 구동되는 유기박막 트랜지스터를 개발하였다. [그림 2(A)]

에서 보는 바와 같이 약 2~3nm길이의 초분자만 으로도 뛰어난 절연역할을 할 수 있다는 가능성을 제시하여 유기박막 트랜지스터의 고집적화의 가 능성을 보여주고 있다. [그림 2(C)]는 그들이 사 용했던 소자의 구조를 보여주고 있으며, [그림 2(D)]에서 보듯이 저전압에서 전하이동이 포화영 역에 다다르고 뛰어난 점멸비를 보임을 알 수 있 다. 물론 기존의 유기 절연막으로는 다우케미칼사 의 Photo-BCB, BCB, PFCB 또는 JSR사의 포토 레지스트 계열의 아크릴계 또는 폴리이미드계 등이 많이 응용되고 있으며, SOG (spin on glass) 등도 많은 시도가 진행 중이다.

차세대 디스플레이용 유기박막 트랜지스터 소 자의 유기재료 패터닝에 관한 국내의 연구는 무기 박막을 유기 박막으로 대체하는 연구에 치우치고 있으며 인쇄기술을 이용한 패터닝에 관한 체계적 인 연구는 진행되고 있지 못하는 실정이다. 단지 LG Phillips, 삼성, ETRI, KETI, 한국화학연구원 등 몇몇 연구진에서 유기 절연막을 게이트 절연막 으로 사용하는 방법에 관한 연구가 진행 중이고, 일부 광경화를 통해 배열된 polyimide를 절연층으 로 사용하여 유기반도체를 배열시키는 연구가 활 발히 진행 중이다. 그러나 기존의 유기디스플레이 용 유기 반도체 재료와 절연체는 고기능화, 소형 화를 요구하는 차세대 정보 디스플레이 기술특성 을 아직 충족시키지 못하고 있다. 최근 본 연구실 을 중심으로 한 몇몇 연구그룹에서 유기박막의 고 집적화, 소형화를 충족시키기 위하여 자기조립유

기박막을 전도성 유기재료와 절연체에 응용하여 전도성 유기재료와 절연체와의 계면, 절연체와 전 극간의 계면의 특성 평가에 대한 연구가 진행되고 있다. 유기박막 트랜지스터의 경우 박막간의 접착 특성 및 계면의 구조를 제어하기 위하여 유기박막 의 나노 수준에서의 분자설계가 중요시되고 있으 나 아직 체계적으로 연구되지 않고 있다.

계면제어를 이용한 유기박막 트랜지스터의 소 자특성 향상

[그림 1]에서 보는 바와 같이, 유기박막 트랜지 스터는 여러 가지 소자들로 구성되어 있는데, 이 러한 소자들은 각각 다양한 계면을 이루고 있다.

따라서 유기박막 트랜지스터 소자특성의 최적화 를 위해서는 새로운 유기 반도체 물질을 개발하는 것과 더불어 각각 이루고 있는 소자간의 계면을 제어하여 유기 반도체의 분자배향 및 나노구조를 분자수준에서 제어하는 것이 절실히 요구된다. 특 히, 유기 반도체와 절연층간의 계면은 소자특성과 직결되는 부분이기 때문에 최근 많은 그룹에서 연 구하고 있다. 2004년에 Tohoku 대학의 Iwasa 그 룹에서는 다양한 말단기를 가지는 자기조립박막 을 절연층에 도입하여 절연층 표면의 전하밀도를 조절하였다. 이렇게 조절된 절연층 표면에 대표적 인 공액성 저분자 물질인 pentacene을 증착한 결 과 표면미세구조에 따라 전계효과이동도와 문턱 전압이 크게 변화하는 것을 규명하였다[그림 3, 표 1]. 절연층 표면전하의 밀도가 클수록(-CF₃에 서 -NH₂) 소자의 이동도는 감소하게 되고 문턱전 압 또한 그 특성이 저하된다.

기상공정을 사용하는 저분자 물질과는 달리 용 액공정이 가능한 대표적인 공액성 고분자 유기 반 도체 재료로서 일반적인 유기용매에 잘 용해되며 광적, 전기적 특성이 뛰어난 poly(3-hexylthio-

phene), P3HT를 들 수 있는데, P3HT는 기타의 공액성 고분자보다 뛰어난 기계적 물성, 열적 안 정성, 높은 전계효과이동도를 나타낸다. 본 고에서 는 절연체의 표면특성에 따른 P3HT의 미세구조 및 분자배향, 그리고 이에 따른 유기박막 트랜지 스터 소자특성과의 상관관계를 중점적으로 살펴 보고자 한다.

P3HT 유기 반도체를 이용한 유기박막 트랜지 스터에 대한 연구는 80년대 중반에 시작되었으며, 90년대 후반 Cambridge 대학의 Sirringhaus 그룹 에 의해 이 물질의 구조적인 특성과 트랜지스터의 전기적 특성 사이에 매우 밀접한 연관성이 존재한 다는 것이 밝혀졌다. 이후 많은 연구가 진행되고

있으며 산화막의 표면 개질이나 P3HT의 regiore- gularity 개선 등 여러 방법들이 제시되고 있다.

박막 형성 방법에 따른 트랜지스터 소자의 특성 변화는 일반적으로 박막 내 P3HT 사슬의 배향성 에 의존하는 것으로 알려져 있다. P3HT 박막은 비정질인 매트릭스에 부분적으로 결정화가 이루 어진 형태로 존재하는데, 이 결정화된 부분의 결 정배향성, 즉 P3HT 사슬의 배향에 따라서 전계 효과이동도는 달라진다. [그림 4]는 P3HT의 regioregularity에 따른 사슬의 배향성의 차이와 이에 따른 전계효과이동도의 변화를 보여준다.

Regioregularity가 낮은 경우, P3HT사슬은 수평 배향을 하게 되며 이동도가 저하된다. 이에 반해 regioregularity가 높은 경우에는 P3HT사슬이 수 직방향을 가지게 되고 이동도는 크게 향상하게 된 다. P3HT의 thiophene ring이 기판에 대해 수직 배향을 가지게 되면 즉, P3HT의 곁가지 사슬이 절연막의 표면과 결합하는 형태를 가지면π-전자 간의π-π stacking 방향이 유기박막 트랜지스터 소자에서 전류가 흐르는 방향과 같은 평면상에 존 재하기 때문에 전하 이동 특성이 향상된다. 그러

그림 3. 절연체 표면의 전하밀도에 따른 pentacene 유기박막 트랜지스터 소자의 전류-전압 특성; (A) ID-VD, ID0.5-VD, (B) ID-VG[Nature Mater. 22000044, 3, 317].

(A) (B)

Pentacene F-SAMs 0.20 17 CH

-SAMs 0.13 5.0

Untreated 0.086 -11 NH

-SAMs 0.0024 -11

Surface treatment µ V

(cm

V

s

) (V)

나 수평방향을 가지게 되면π-π stacking 방향이 전하 이동 방향과 수직을 이루기 때문에 이동 특 성이 떨어지게 되며, 전하가 이동할 때 절연체인

곁가지 사슬을 통과해야 하기 때문에 이 역시 이 동 특성을 현저히 저하시킨다. 그러나 P3HT 박 막이 수직 혹은 수평 배향을 갖게 되는 이유에 대 해서 명확하게 언급하고 있지 않다.

특히 박막에서의 P3HT의 분자수준의 배향구 조 및 결정화도는 절연체 표면의 화학적/물리적 특성에 의해 좌우된다. 이러한 박막에서의 결정미 세구조는 유기박막 트랜지스터의 전기적 특성에 큰 영향을 끼친다. 최근 Cho 그룹에서는 용액공정 이 가능한 P3HT 박막의 절연층 표면의 화학적/

물리적 구조에 따른 P3HT 결정의 미세구조와 분 자배향을 X-선 회절과 모폴로지로 통해 살펴보았 다. 절연층 표면의 분자구조를 제어하기 위하여 다양한 관능기를 가지는 자기조립박막(self- assembled monolayer)을 도입하였고 이에 따른 유기반도체 P3HT의 미세구조 및 분자배향이 유 기박막 트랜지스터 소자특성과 어떠한 상관관계를 가지는지 규명하였다. 다양한 말단기(-CH₃, -OH, -NH₂)가 도입된 자기조립박막을 사용하여 절연 층의 표면특성을 변화시키고 이 절연층에 P3HT 를 spin-coating한 후 P3HT 결정의 미세구조변 화를 스침각 X-선(Grazing Incidence-angle X-

그림 4. X-선 실험을 통한 P3HT의 regioregularity에

따른 사슬배향; (A) 수직 배향(regioregularity~96%), (B) 수평 배향(regioregularity~93%), (C) P3HT의 regioregularity에 따른 전계효과이동도의 변화 [Nature 11999999, 401, 685].

(A) (B)

(C)

그림 5. 스침각 X-선(grazing incidence x-ray diffraction, GIXRD)을 통한 절연체의 표면미세구조에 따른 P3HT의 분자배향; (A)out-of-plane mode, (B)in-plane mode(■P3HT_NH

, □P3HT_OH, ●P3HT_CH

)[Adv. Func. Mater. 22000044].

(A) (B)

ray Diffraction, GIXRD)을 이용하여 분석하였다 [그림 5]. 이 결과로부터 -NH₂로 치환된 자기조 립박막으로 표면이 개질된 절연층의 경우 P3HT 사슬은 수직배향(edge-on) 구조를 보이는 반면, - CH₃가 치환된 경우에는 수평배향(face-on) 구조 를 가짐을 확인할 수 있다. 이렇게 절연층의 표면 성질에 따라 P3HT사슬이 상반된 분자배향을 가 지는 원인을 다음과 같이 설명할 수 있다. 우선, 절연체가 비공유전자쌍을 포함하는 NH₂로 치환 된 경우에는 P3HT의 주사슬에 포함된π-전자구

름과 척력이 발생하므로 [그림 6(A)]에 표시된 것처럼 수직배향을 하게 된다. 또한, P3HT의π-전자구 름과 NH₂의 수소원자와 π-H결합력 이 작용하여 P3HT사슬을 더욱더 안 정하게 만든다. 이에 비해, 절연체가 비공유전자쌍을 포함하지 않는 CH₃ 로 치환되면 P3HT사슬은 열역학적 으로 가장 안정한 수평배향[그림 6(B)]을 하게 되고 P3HT의π-전자 구름과 CH₃의 수소원자와 π-H결합력 이 작용하여 더욱더 안정하게 된다.

이러한 절연층의 표면특성에 따라 P3HT는 서로 상반된 분자배향을 나 타내고 [그림 7]에서 보듯이 표면 모 폴로지에도 큰 영향을 끼친다. 절연체 표면이 NH₂로 치환된 경우에는 라멜 라구조를 갖는데 반해, CH₃로 치환되 면 2차원적인 디스크모양의 모폴로지 를 보임을 알 수 있다. 이렇게 자기조 립박막의 표면특성에 따라 P3HT 박 막의 결정배향 및 모폴로지가 큰 차이 를 보이는 유기박막 트랜지스터 소자 의 전기적 특성을 평가한 결과, 전계 효과이동도와 점멸비가 수평구조가 도입된 경우 각각 0.08cm²/V·s, 10³값을 가지는 반면 수직구 조가 도입된 경우에는 각각 0.28cm²/V·s, 10⁴으 로 유기박막 트랜지스터 소자특성이 크게 향상됨 을 확인할 수 있다.

프린팅 기술

유기박막 트랜지스터 소자가 고집적화를 이루 기 위해서는 유기 소자의 형태를 미세수준으로 패 터닝하는 노광기술(Lithorgraphy Technique)과

그림 6. 표면미세구조에 따른 P3HT의 사슬배향; (A) P3HT_NH

시스

템, (B) P3HT_CH

시스템[Adv. Func. Mater. 22000044].

그림 7. 절연체의 표면특성에 따른 P3HT 박막의 표면 모폴로지의 변 화; (A) P3HT_NH

시스템, topographic image, (B) P3HT_NH

시스템, phase image, (C) P3HT_CH

시스템, topographic image, (D) P3HT_CH

시스템, phase image[Adv. Func. Mater. 22000044].

(A)

(A)

(B) (D)

(C)

(B)

인쇄기술(Printing Technique)이 요구된다. 과거 에는 반도체 제조의 경제적 중요성으로 인해 노광 기술이 많이 응용되었다. 오늘날의 고해상도 형상 화 기술의 대부분은 광원을 사용하는 step and repeat 투영노광방법에 의해 행해졌으나 집적도가 증가함에 따라 기존의 광노광기술로 미세 패턴을 형성하기 위해서는 고가의 노광장비가 필요하며 수율 문제와 제반 문제들이 따르게 된다. 따라서 기존의 광노광기술을 대체할 수 있는 여러 연구가 이루어져 왔고, 그 중 광원을 사용하지 않는 이른 바 인쇄기술이 시도되었다. 최근 개발되고 있는 인쇄 기술로는 잉크젯(ink-jet) 인쇄, 나노압인 (nanoimprint) 인쇄, hot embossing 인쇄, 미세접 촉(microcontact) 인쇄, dip pen 나노인쇄 등을 들 수 있다. 특히 유기박막 트랜지스터에 응용할 수 있는 인쇄공정 중에서 가장 주목을 받고 있는 기술이 바로 미세접촉인쇄와 잉크젯 인쇄기술이 다. 잉크젯 인쇄기술은 가정용 프린트용으로 개발 되었으나, 최근에는 액정패널 컬러필터나 광스위 치 소자, 유기전기발광소자, 유기박막

트랜지스터, 스마트 태그 등 차세대 정보전자소재 분야로 그 응용범위가 확장되고 있다. Roll-to-roll 공정이 가 능하고 한번의 공정을 통하여 수많은 배선을 형상화할 수 있으므로 공정비 용을 절감하는데 매우 효과적이기 때 문이다. [그림 8]은 일반적으로 응용 되는 잉크젯 프린터와 이를 이용해서 얻은 유기박막 트랜지스터를 보여주 고 있다.

잉크젯 프린팅기술은 재료의 이용효율성이 높 으며, 미세접촉인쇄(microcontact printing)나 미 세주조인쇄(micromolding printing)와는 달리 비 접촉인쇄(non-contact printing)방법으로 소자의 손상이 적어 다른 인쇄방법에 비해 생산성을 극대 화할 수 있다. 따라서 잉크젯 인쇄기술은 디스플 레이의 높은 생산성, 가격경쟁력을 위한 최적의 공정이라 하겠다. 더욱이, 잉크젯 인쇄의 경우는 추가형상화공정(additive patterning process)으 로서 크기와 형태의 제약 없이 원하고자 하는 위 치에 유기박막을 패터닝할 수 있어 다양한 소자의 설계제작에 가장 효과적이고, 동시에 고기능성 유 기박막 트랜지스터 소자의 제작목적에 부합하는 최적의 인쇄기술이라 하겠다. 최근에 Cambridge 대학의 Sirringhaus 그룹에 의해 제시된 잉크젯 인쇄법[그림 9]을 간략히 설명하면 다음과 같다.

소스와 드레인을 잉크젯 프린팅으로 표면에너지 의 변화가 유도된 기판에 분사하고(1, 2) 유기 반 도체를 잉크젯 프린팅이나 spin-coating에 의해

그림 8. (A) 잉크젯 프린터 및 (B) 이를 이용한 유기박막 트랜지스터 소자의 표면사진[Science 22000000, 290, 2123].

그림 9. 잉크젯 인쇄법을 이용한 유기박막 트랜지스터 소자의 제작과정[Science 22000000, 290, 2123].

(B)

(A)

형성시킨다(3). 그 위에 절연체를 spin-coating으 로 도포한 후(4) 게이트 전극을 잉크젯으로 인쇄 하여(5) 유기박막 트랜지스터를 제작하여 소자의 특성을 평가하였다.

또 다른 인쇄기술로서 미세접촉인쇄법(micro- contact printing)을 들 수 있다. 용액공정이 가능 하더라도 트랜지스터 패널이나 integrated circuit(IC)을 제작하기 위해서는 유기 박막의 패 턴이 필수적이다. Spin coating과 dip coating 방 법은 가장 단순한 방법으로 막 형성이 가능하지만 패턴을 형성하기가 쉽지 않다. 그리고 잉크젯 인 쇄법은 패턴 형성을 위해서 별도의 well 형태 구 조물 혹은 표면 개질을 해야 하기 때문에 공정상

어려움이 따른다. 이에 반해 stamp를 이용한 contact printing 방법은 비교 적 단순한 공정으로도 쉽게 미세패턴 을 다양한 기판 상에 형성시킬 수 있 기 때문에 다른 방법들보다 roll-to- roll 공정에 있어서 적합한 방법이라고 할 수 있다[그림 10].

결론

유기 반도체를 응용한 유기박막 트 랜지스터는 기존의 실리콘 트랜지스 터로써 실현할 수 없는 새로운 응용분 야를 창출할 것으로 기대되어 최근 활 발한 연구가 진행 중이다. 차세대 디 스플레이용 유기박막 트랜지스터 소 자의 유기 반도체를 나노 수준에서 미세구조 및 분자배향을 제어하고 계면간의 특성을 체계적으 로 분석하기 위해서는, 각각의 engineered interface에서 계면 특성 및 요구되는 기능성에 적 합한 자기조립유기박막을 제조하는 기술이 매우 중요하며 이 기술은 전유기 디스플레이 기술 개발 에 절대적으로 요구되는 기반 기술이라 할 수 있 다. 또한, 프린팅기술에 의한 유기박막 트랜지스터 의 패터닝기술은 플라스틱에 기반을 둔 고기능성 유기 디스플레이 기술개발에 절대적으로 요구되 는 핵심 기술로서 큰 부가가치를 창출하게 될 것 이다.

그림 10. 미세접촉인쇄법을 이용한 유기박막 트랜지스터 소자의 제

작[J. RES. & DEV. 22000011, 45, 697].