表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法
【課題】漏洩電流を最小化することができ、高い電界効果移動度と低いターンオン電圧を有する有機薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】前記有機薄膜トランジスタの製造方法は、(a)基板の上部にゲート電極を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層を形成するステップと、(b)前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御した後、前記ゲート絶縁層の上部に有機半導体物質を用いて半導体チャネル層を形成するステップと、(c)前記半導体チャネル層の上部にソース電極及びドレイン電極を形成するステップとを含む。
【解決手段】前記有機薄膜トランジスタの製造方法は、(a)基板の上部にゲート電極を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層を形成するステップと、(b)前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御した後、前記ゲート絶縁層の上部に有機半導体物質を用いて半導体チャネル層を形成するステップと、(c)前記半導体チャネル層の上部にソース電極及びドレイン電極を形成するステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法に関し、より詳細には、ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御し、漏洩電流の発生を最小化することができ、高い電界効果移動度と低いターンオン電圧を有する有機薄膜トランジスタを製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機薄膜トランジスタは、1層以上の薄膜が有機物からなる素子であって、低温工程が可能であり、プラスチックなどの軽量且つ可撓性の基板を使用することができ、生産コストが低い長点を有していて、次世代の電子素子技術として多くの関心を寄せている。特に、ディスプレイ分野において薄型及び軽量のディスプレイに対する要求が増大するにしたがって、柔軟性ある有機薄膜トランジスタ素子及びアレイ技術に対する関心がますます増加している。
【0003】
図1a及び図1bは、ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの構成を示す図であり、図1aは、上部コンタクト型構造を示し、図1bは、下部コンタクト型構造を示す。
【0004】
このように構成された有機薄膜トランジスタの電気的な特性は、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との間の界面特性に大きい影響を受けるようになり、特に漏洩電流、電界効果移動度、ターンオン電圧などを決定づける非常に重要な役目をする。
【0005】
したがって、ゲート絶縁層130の特性によってその上に蒸着される半導体チャネル層150の成長過程と薄膜特性に大きい影響を及ぼすので、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との間の界面特性が非常に重要である。
【0006】
これにより、半導体チャネル層150が蒸着される表面をプラズマ処理して改質する方法、または、3次元に整列されようとする性質を有する自己整列層(SAM:Self-Assembled Monolayer)を形成し、その上に蒸着される半導体チャネル層150の特性を向上させる方法が開示されている。
【0007】
しかし、未だに有機薄膜トランジスタは、漏洩電流、電界効果移動度、ターンオン電圧、耐久性の面において実用化要求水準まで到逹せず、商用化が一部分に制限されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第6,946,676号明細書
【特許文献2】米国特許第7,132,678号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開2007/0087489号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、本発明は、前述したような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、漏洩電流を最小化することができ、高い電界効果移動度と低いターンオン電圧を有する有機薄膜トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明による表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法は、(a)基板の上部にゲート電極を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層を形成するステップと、(b)前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御した後、前記ゲート絶縁層の上部に有機半導体物質を用いて半導体チャネル層を形成するステップと、(c)前記半導体チャネル層の上部にソース電極及びドレイン電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【0011】
ここで、前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御するために、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射することが好ましい。前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射すれば、前記ゲート絶縁層の極性が上部に形成される半導体チャネル層と同一の極性に変化し、前記ゲート絶縁層と前記半導体チャネル層との表面エネルギーの差異が1乃至10dyn/cm2以下になる。したがって、ゲート絶縁層の上部に半導体チャネル層が一層良好に成長することができるようになり、前記ゲート絶縁層と半導体チャネル層との界面特性が向上する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御することによって、ゲート絶縁層と半導体チャネル層との界面特性が向上し、これにより、漏洩電流の発生を最小化することができ、高い電界効果移動度と低いターンオン電圧を有する有機薄膜トランジスタを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1a】ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの構成を示す図である。
【図1b】ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図である。
【図3a】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図3b】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図3c】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図3d】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図4】従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタの電界効果移動度を測定した結果を示す図である。
【図5】従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図である。
【図7a】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図7b】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図7c】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図7d】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図8】本発明によって製造された下部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。しかし、後述する実施例は、様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が後述する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は、当分野における通常の知識を有する者に本発明を一層完全に説明するために提供されるものである。なお、実施例において、同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。膜または領域の大きさまたは厚さは、明細書の明確性のために誇張されたものである。
【0015】
(第1の実施例)
図2は、本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図であり、図3a乃至図3dは、本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【0016】
以下、図2の流れ図に基づいて図3a乃至図3dの製造工程を説明する。まず、図3aを参照すれば、基板110上にチタニウム(Ti)及び金(Au)を順次に蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ゲート電極120を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層130を形成する(S210)。
【0017】
ここで、基板110としては、シリコン単結晶、透明ガラス、透明なプラスチックなどを使用するが、p型トランジスタの場合、n型イオンがドーピングされた基板を使用する。また、ゲート絶縁層130は、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)のような無機物、またはポリイミド、アクリル系物質のような有機物を3000Åの厚さで蒸着して形成する。
【0018】
次に、図3bを参照すれば、ゲート絶縁層130の表面に所定時間、紫外線を照射する(S220)。この際、紫外線の照射時間及び出力パワーは、実施例によって当業者が当然に変更可能である。
【0019】
このようにゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射すれば、ゲート絶縁層130上でピンホールの発生が抑制され、表面荒さが向上し、これにより、ゲート絶縁層130と上部に形成される半導体チャネル層150との接触角の差異が小さくなる。
【0020】
また、ゲート絶縁層130の表面に紫外線が照射されることによって、紫外線による化学反応によってゲート絶縁層130の極性が上部に形成される半導体チャネル層150と同一の極性に変化する。これについてさらに詳しく説明すれば、次の通りである。
【0021】
まず、親水性を示すゲート絶縁層130の上部に疎水性を示す半導体チャネル層150を形成する場合、界面での接着力が問題になる。
【0022】
しかし、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射した後、上部に半導体チャネル層150を形成する場合、ゲート絶縁層130の極性が親水性から疎水性に変化し、これにより、これら2層の表面エネルギーの差異が1〜10dyn/cm2程度と小さくなるようになる。
【0023】
すなわち、本発明では、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射し、ゲート絶縁層130の表面エネルギーを制御することによって、ゲート絶縁層130の上部に半導体チャネル層150が一層良好に成長することができるようにし、これにより、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上する。
【0024】
したがって、本発明によれば、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上することによって、漏洩電流の発生が最小化されると共に、電界効果移動度が大きく改善される。これについてさらに詳しく説明すれば、次の通りである。
【0025】
図4は、従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタの電界効果移動度を測定した結果を示す図であり、ゲート絶縁層としては、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)を使用した。図4で、サンプル1は、従来の有機薄膜トランジスタ、サンプル2は、ゲート絶縁層の表面に紫外線を照射して得られた本発明の有機薄膜トランジスタ、サンプル3は、絶縁層の表面に紫外線を照射した後、自己整列層を塗布した本発明の有機薄膜トランジスタをそれぞれ示す。
【0026】
図4から分かるように、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射して得られた本発明の有機薄膜トランジスタは、従来の有機薄膜トランジスタと比較して電界効果移動度が大きく改善されたことが分かり、自己整列層を塗布することによって、電界効果移動度をさらに向上させることもできる。
【0027】
一方、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上することによって、ターンオン電圧が低くなって低電力駆動が可能になる。これについてさらに詳しく説明すれば、次の通りである。
【0028】
図5は、従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示す図であり、ゲート絶縁層としては、ポリイミドを使用した。図5で、点線は、従来の有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示し、実線は、本発明による有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示す。
【0029】
図5から分かるように、ゲート絶縁層の表面に紫外線を照射して得られた本発明の有機薄膜トランジスタは、従来の有機薄膜トランジスタと比較してドレイン電流が約6倍程度増加することが分かり、これにより、電界効果移動度が増加し、ターンオン電圧が減少し、低電力駆動が可能になる効果を得ることができる。
【0030】
次に、図3cを参照すれば、紫外線の照射工程が施されたゲート絶縁層130の上部に半導体チャネル層150を形成する(S230)。
【0031】
ここで、半導体チャネル層150は、有機単分子半導体物質や有機高分子半導体物質からなることが好ましい。具体的に、p型有機単分子半導体物質としては、ペンタセン、アルファ−6T(alpha-sexithiophene)などを使用することができ、n型有機単分子半導体物質としては、F16CuPc(hexadecafluoro copper phthalocyanine)などを使用することができ、p型有機高分子半導体物質としては、P3HT(poly(3-hexylthiophene))、P3OT(poly(3-octylthiophene))、P3AT(poly(3-alkylthiophene))などを使用することができる。
【0032】
次に、図3dを参照すれば、半導体チャネル層150の上部にイオンビーム蒸着法でチタニウム(Ti)を50Åの厚さで蒸着し、熱蒸着法で金(Au)を1000Åの厚さで蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ソース電極160及びドレイン電極170をそれぞれ形成する(S240)。
【0033】
すなわち、前述のような工程により製造された本発明の有機薄膜トランジスタは、紫外線照射工程を通じてゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上し、これにより、漏洩電流の発生を最小化することができると共に、電界効果移動度が大きく改善され、ターンオン電圧を低減することができる効果を有するようになる。
【0034】
(第2の実施例)
図6は、本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図であり、図7a乃至図7dは、本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【0035】
以下、図6の流れ図に基づいて図7a乃至図7dの製造工程を説明する。まず、図7aを参照すれば、基板110上にチタニウム(Ti)及び金(Au)を順次に蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ゲート電極120を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層130を形成する(S610)。
【0036】
ここで、基板110としては、シリコン単結晶、透明ガラス、透明なプラスチックなどを使用するが、p型トランジスタの場合、n型イオンがドーピングされた基板を使用する。また、ゲート絶縁層130は、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)のような無機物、またはポリイミド、アクリル系物質のような有機物を3000Åの厚さで蒸着して形成する。
【0037】
次に、図7bを参照すれば、ゲート絶縁層130の表面に所定時間、紫外線を照射する(S620)。この時、紫外線の照射時間及び出力パワーは、実施例によって当業者が当然に変更可能である。
【0038】
次に、図7cを参照すれば、紫外線の照射工程が施されたゲート絶縁層130の上部に3次元に整列されようとする性質を有するオクタデシルトリクロロシラン(octadecyltrichlorosilane:OTS)、ヘキサメチルジシラザン(Hexamethyldisilazane:HMDS)などをスピンコーティングし、自己整列層(self-assembled monolayer)140を形成する(S630)。
【0039】
次に、自己整列層140の上部に半導体チャネル層150を形成する(S640)。
【0040】
このように自己整列層140を形成し、上部に半導体チャネル層150を形成する場合、自己整列層140の3次元に整列されようとする性質によってその上に形成される半導体チャネル層150が一層良好に成長され、且つ自己整列層140と半導体チャネル層150との界面特性が向上する。
【0041】
ここで、半導体チャネル層150を形成する前に、自己整列層140の表面に紫外線を照射し、自己整列層140と半導体チャネル層150との界面特性を向上させることも可能である。
【0042】
次に、図7dを参照すれば、半導体チャネル層150の上部にイオンビーム蒸着法でチタニウム(Ti)を50Åの厚さで蒸着し、熱蒸着法で金(Au)を1000Åの厚さで蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ソース電極160及びドレイン電極170をそれぞれ形成する(S650)。
【0043】
すなわち、前述のような工程により製造された本発明の有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層130の表面エネルギー制御工程を通じてゲート絶縁層130と自己整列層140との界面特性が向上する。また、自己整列層140によってその上に形成される半導体チャネル層150の結晶性が向上しつつ、自己整列層140と半導体チャネル層150との界面特性も向上する。
【0044】
したがって、本発明によって製造された有機薄膜トランジスタは、漏洩電流の発生を最小化することができると共に、次の表1のように、電界効果移動度が改善され、ターンオン電圧が低くなる効果を得ることができる。
【0045】
【表1】
【0046】
表1から分かるように、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射して製造された本発明の有機薄膜トランジスタの場合、従来の有機薄膜トランジスタに比べて電界効果移動度が約7倍程度向上し、素子のスイチング特性を左右するIon/Ioff比率も100倍程度改善されたことを確認することができる。また、しきい電圧も約10V程度低くなり、従来の有機薄膜トランジスタに比べて低電力駆動が可能であることを確認することができる。
【0047】
一方、上記では、上部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタを例にして説明したが、上記のような紫外線の照射を用いた表面エネルギー制御方式は、下部コンタクト型構造にも同一に適用されることができる。これについて、図8を参照して簡略に説明すれば、次の通りである。
【0048】
図8は、本発明によって製造された下部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタを示す図である。図8を参照すれば、基板110の上部にゲート電極120とゲート絶縁層130が形成された状態で、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射した後、紫外線が照射されたゲート絶縁層130の上部にソース電極160及びドレイン電極170をそれぞれ形成する。
【0049】
次に、オクタデシルトリクロロシラン(octadecyltrichlorosilane:OTS)、ヘキサメチルジシラザン(Hexamethyldisilazane:HMDS)などのような自己整列層140を形成した後、自己整列層140の上部に半導体チャネル層150を形成する。
【0050】
すなわち、このような工程により製造された下部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタも、漏洩電流の発生を最小化することができると共に、電界効果移動度が改善され、ターンオン電圧が低くなる効果を有するようになる。
【0051】
一方、上記では、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射し、上部に形成される半導体チャネル層150または自己整列層140との表面エネルギーの差異を最小化して界面特性を向上させるものと説明したが、紫外線を照射する方法以外に他の方法を利用してゲート絶縁層130の表面エネルギーを制御することも当然可能である。
【0052】
以上より、本発明について好ましい実施例を中心にして説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明が本発明の本質的な特性から脱しない範囲内で変形された形態に具現することができることを理解することができるだろう。したがって、開示された実施例は、限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮されるべきである。本発明の範囲は、前述の説明でなく、特許請求の範囲に示されており、それと均等の範囲内にあるすべての差異点は、本発明に含まれたものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0053】
110 基板
120 ゲート電極
130 ゲート絶縁層
140 自己整列層
150 半導体チャネル層
160 ソース電極
170 ドレイン電極
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法に関し、より詳細には、ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御し、漏洩電流の発生を最小化することができ、高い電界効果移動度と低いターンオン電圧を有する有機薄膜トランジスタを製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機薄膜トランジスタは、1層以上の薄膜が有機物からなる素子であって、低温工程が可能であり、プラスチックなどの軽量且つ可撓性の基板を使用することができ、生産コストが低い長点を有していて、次世代の電子素子技術として多くの関心を寄せている。特に、ディスプレイ分野において薄型及び軽量のディスプレイに対する要求が増大するにしたがって、柔軟性ある有機薄膜トランジスタ素子及びアレイ技術に対する関心がますます増加している。
【0003】
図1a及び図1bは、ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの構成を示す図であり、図1aは、上部コンタクト型構造を示し、図1bは、下部コンタクト型構造を示す。
【0004】
このように構成された有機薄膜トランジスタの電気的な特性は、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との間の界面特性に大きい影響を受けるようになり、特に漏洩電流、電界効果移動度、ターンオン電圧などを決定づける非常に重要な役目をする。
【0005】
したがって、ゲート絶縁層130の特性によってその上に蒸着される半導体チャネル層150の成長過程と薄膜特性に大きい影響を及ぼすので、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との間の界面特性が非常に重要である。
【0006】
これにより、半導体チャネル層150が蒸着される表面をプラズマ処理して改質する方法、または、3次元に整列されようとする性質を有する自己整列層(SAM:Self-Assembled Monolayer)を形成し、その上に蒸着される半導体チャネル層150の特性を向上させる方法が開示されている。
【0007】
しかし、未だに有機薄膜トランジスタは、漏洩電流、電界効果移動度、ターンオン電圧、耐久性の面において実用化要求水準まで到逹せず、商用化が一部分に制限されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第6,946,676号明細書
【特許文献2】米国特許第7,132,678号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開2007/0087489号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、本発明は、前述したような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、漏洩電流を最小化することができ、高い電界効果移動度と低いターンオン電圧を有する有機薄膜トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明による表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法は、(a)基板の上部にゲート電極を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層を形成するステップと、(b)前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御した後、前記ゲート絶縁層の上部に有機半導体物質を用いて半導体チャネル層を形成するステップと、(c)前記半導体チャネル層の上部にソース電極及びドレイン電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【0011】
ここで、前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御するために、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射することが好ましい。前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射すれば、前記ゲート絶縁層の極性が上部に形成される半導体チャネル層と同一の極性に変化し、前記ゲート絶縁層と前記半導体チャネル層との表面エネルギーの差異が1乃至10dyn/cm2以下になる。したがって、ゲート絶縁層の上部に半導体チャネル層が一層良好に成長することができるようになり、前記ゲート絶縁層と半導体チャネル層との界面特性が向上する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御することによって、ゲート絶縁層と半導体チャネル層との界面特性が向上し、これにより、漏洩電流の発生を最小化することができ、高い電界効果移動度と低いターンオン電圧を有する有機薄膜トランジスタを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1a】ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの構成を示す図である。
【図1b】ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図である。
【図3a】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図3b】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図3c】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図3d】本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図4】従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタの電界効果移動度を測定した結果を示す図である。
【図5】従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図である。
【図7a】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図7b】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図7c】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図7d】本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【図8】本発明によって製造された下部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。しかし、後述する実施例は、様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が後述する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は、当分野における通常の知識を有する者に本発明を一層完全に説明するために提供されるものである。なお、実施例において、同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。膜または領域の大きさまたは厚さは、明細書の明確性のために誇張されたものである。
【0015】
(第1の実施例)
図2は、本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図であり、図3a乃至図3dは、本発明の第1の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【0016】
以下、図2の流れ図に基づいて図3a乃至図3dの製造工程を説明する。まず、図3aを参照すれば、基板110上にチタニウム(Ti)及び金(Au)を順次に蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ゲート電極120を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層130を形成する(S210)。
【0017】
ここで、基板110としては、シリコン単結晶、透明ガラス、透明なプラスチックなどを使用するが、p型トランジスタの場合、n型イオンがドーピングされた基板を使用する。また、ゲート絶縁層130は、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)のような無機物、またはポリイミド、アクリル系物質のような有機物を3000Åの厚さで蒸着して形成する。
【0018】
次に、図3bを参照すれば、ゲート絶縁層130の表面に所定時間、紫外線を照射する(S220)。この際、紫外線の照射時間及び出力パワーは、実施例によって当業者が当然に変更可能である。
【0019】
このようにゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射すれば、ゲート絶縁層130上でピンホールの発生が抑制され、表面荒さが向上し、これにより、ゲート絶縁層130と上部に形成される半導体チャネル層150との接触角の差異が小さくなる。
【0020】
また、ゲート絶縁層130の表面に紫外線が照射されることによって、紫外線による化学反応によってゲート絶縁層130の極性が上部に形成される半導体チャネル層150と同一の極性に変化する。これについてさらに詳しく説明すれば、次の通りである。
【0021】
まず、親水性を示すゲート絶縁層130の上部に疎水性を示す半導体チャネル層150を形成する場合、界面での接着力が問題になる。
【0022】
しかし、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射した後、上部に半導体チャネル層150を形成する場合、ゲート絶縁層130の極性が親水性から疎水性に変化し、これにより、これら2層の表面エネルギーの差異が1〜10dyn/cm2程度と小さくなるようになる。
【0023】
すなわち、本発明では、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射し、ゲート絶縁層130の表面エネルギーを制御することによって、ゲート絶縁層130の上部に半導体チャネル層150が一層良好に成長することができるようにし、これにより、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上する。
【0024】
したがって、本発明によれば、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上することによって、漏洩電流の発生が最小化されると共に、電界効果移動度が大きく改善される。これについてさらに詳しく説明すれば、次の通りである。
【0025】
図4は、従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタの電界効果移動度を測定した結果を示す図であり、ゲート絶縁層としては、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)を使用した。図4で、サンプル1は、従来の有機薄膜トランジスタ、サンプル2は、ゲート絶縁層の表面に紫外線を照射して得られた本発明の有機薄膜トランジスタ、サンプル3は、絶縁層の表面に紫外線を照射した後、自己整列層を塗布した本発明の有機薄膜トランジスタをそれぞれ示す。
【0026】
図4から分かるように、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射して得られた本発明の有機薄膜トランジスタは、従来の有機薄膜トランジスタと比較して電界効果移動度が大きく改善されたことが分かり、自己整列層を塗布することによって、電界効果移動度をさらに向上させることもできる。
【0027】
一方、ゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上することによって、ターンオン電圧が低くなって低電力駆動が可能になる。これについてさらに詳しく説明すれば、次の通りである。
【0028】
図5は、従来の有機薄膜トランジスタと本発明による有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示す図であり、ゲート絶縁層としては、ポリイミドを使用した。図5で、点線は、従来の有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示し、実線は、本発明による有機薄膜トランジスタのドレイン電流を示す。
【0029】
図5から分かるように、ゲート絶縁層の表面に紫外線を照射して得られた本発明の有機薄膜トランジスタは、従来の有機薄膜トランジスタと比較してドレイン電流が約6倍程度増加することが分かり、これにより、電界効果移動度が増加し、ターンオン電圧が減少し、低電力駆動が可能になる効果を得ることができる。
【0030】
次に、図3cを参照すれば、紫外線の照射工程が施されたゲート絶縁層130の上部に半導体チャネル層150を形成する(S230)。
【0031】
ここで、半導体チャネル層150は、有機単分子半導体物質や有機高分子半導体物質からなることが好ましい。具体的に、p型有機単分子半導体物質としては、ペンタセン、アルファ−6T(alpha-sexithiophene)などを使用することができ、n型有機単分子半導体物質としては、F16CuPc(hexadecafluoro copper phthalocyanine)などを使用することができ、p型有機高分子半導体物質としては、P3HT(poly(3-hexylthiophene))、P3OT(poly(3-octylthiophene))、P3AT(poly(3-alkylthiophene))などを使用することができる。
【0032】
次に、図3dを参照すれば、半導体チャネル層150の上部にイオンビーム蒸着法でチタニウム(Ti)を50Åの厚さで蒸着し、熱蒸着法で金(Au)を1000Åの厚さで蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ソース電極160及びドレイン電極170をそれぞれ形成する(S240)。
【0033】
すなわち、前述のような工程により製造された本発明の有機薄膜トランジスタは、紫外線照射工程を通じてゲート絶縁層130と半導体チャネル層150との界面特性が向上し、これにより、漏洩電流の発生を最小化することができると共に、電界効果移動度が大きく改善され、ターンオン電圧を低減することができる効果を有するようになる。
【0034】
(第2の実施例)
図6は、本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための流れ図であり、図7a乃至図7dは、本発明の第2の実施例による有機薄膜トランジスタの製造方法を工程別に示す断面図である。
【0035】
以下、図6の流れ図に基づいて図7a乃至図7dの製造工程を説明する。まず、図7aを参照すれば、基板110上にチタニウム(Ti)及び金(Au)を順次に蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ゲート電極120を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層130を形成する(S610)。
【0036】
ここで、基板110としては、シリコン単結晶、透明ガラス、透明なプラスチックなどを使用するが、p型トランジスタの場合、n型イオンがドーピングされた基板を使用する。また、ゲート絶縁層130は、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)のような無機物、またはポリイミド、アクリル系物質のような有機物を3000Åの厚さで蒸着して形成する。
【0037】
次に、図7bを参照すれば、ゲート絶縁層130の表面に所定時間、紫外線を照射する(S620)。この時、紫外線の照射時間及び出力パワーは、実施例によって当業者が当然に変更可能である。
【0038】
次に、図7cを参照すれば、紫外線の照射工程が施されたゲート絶縁層130の上部に3次元に整列されようとする性質を有するオクタデシルトリクロロシラン(octadecyltrichlorosilane:OTS)、ヘキサメチルジシラザン(Hexamethyldisilazane:HMDS)などをスピンコーティングし、自己整列層(self-assembled monolayer)140を形成する(S630)。
【0039】
次に、自己整列層140の上部に半導体チャネル層150を形成する(S640)。
【0040】
このように自己整列層140を形成し、上部に半導体チャネル層150を形成する場合、自己整列層140の3次元に整列されようとする性質によってその上に形成される半導体チャネル層150が一層良好に成長され、且つ自己整列層140と半導体チャネル層150との界面特性が向上する。
【0041】
ここで、半導体チャネル層150を形成する前に、自己整列層140の表面に紫外線を照射し、自己整列層140と半導体チャネル層150との界面特性を向上させることも可能である。
【0042】
次に、図7dを参照すれば、半導体チャネル層150の上部にイオンビーム蒸着法でチタニウム(Ti)を50Åの厚さで蒸着し、熱蒸着法で金(Au)を1000Åの厚さで蒸着した後、リソグラフィ工程でパターニングし、ソース電極160及びドレイン電極170をそれぞれ形成する(S650)。
【0043】
すなわち、前述のような工程により製造された本発明の有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層130の表面エネルギー制御工程を通じてゲート絶縁層130と自己整列層140との界面特性が向上する。また、自己整列層140によってその上に形成される半導体チャネル層150の結晶性が向上しつつ、自己整列層140と半導体チャネル層150との界面特性も向上する。
【0044】
したがって、本発明によって製造された有機薄膜トランジスタは、漏洩電流の発生を最小化することができると共に、次の表1のように、電界効果移動度が改善され、ターンオン電圧が低くなる効果を得ることができる。
【0045】
【表1】
【0046】
表1から分かるように、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射して製造された本発明の有機薄膜トランジスタの場合、従来の有機薄膜トランジスタに比べて電界効果移動度が約7倍程度向上し、素子のスイチング特性を左右するIon/Ioff比率も100倍程度改善されたことを確認することができる。また、しきい電圧も約10V程度低くなり、従来の有機薄膜トランジスタに比べて低電力駆動が可能であることを確認することができる。
【0047】
一方、上記では、上部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタを例にして説明したが、上記のような紫外線の照射を用いた表面エネルギー制御方式は、下部コンタクト型構造にも同一に適用されることができる。これについて、図8を参照して簡略に説明すれば、次の通りである。
【0048】
図8は、本発明によって製造された下部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタを示す図である。図8を参照すれば、基板110の上部にゲート電極120とゲート絶縁層130が形成された状態で、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射した後、紫外線が照射されたゲート絶縁層130の上部にソース電極160及びドレイン電極170をそれぞれ形成する。
【0049】
次に、オクタデシルトリクロロシラン(octadecyltrichlorosilane:OTS)、ヘキサメチルジシラザン(Hexamethyldisilazane:HMDS)などのような自己整列層140を形成した後、自己整列層140の上部に半導体チャネル層150を形成する。
【0050】
すなわち、このような工程により製造された下部コンタクト型構造の有機薄膜トランジスタも、漏洩電流の発生を最小化することができると共に、電界効果移動度が改善され、ターンオン電圧が低くなる効果を有するようになる。
【0051】
一方、上記では、ゲート絶縁層130の表面に紫外線を照射し、上部に形成される半導体チャネル層150または自己整列層140との表面エネルギーの差異を最小化して界面特性を向上させるものと説明したが、紫外線を照射する方法以外に他の方法を利用してゲート絶縁層130の表面エネルギーを制御することも当然可能である。
【0052】
以上より、本発明について好ましい実施例を中心にして説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明が本発明の本質的な特性から脱しない範囲内で変形された形態に具現することができることを理解することができるだろう。したがって、開示された実施例は、限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮されるべきである。本発明の範囲は、前述の説明でなく、特許請求の範囲に示されており、それと均等の範囲内にあるすべての差異点は、本発明に含まれたものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0053】
110 基板
120 ゲート電極
130 ゲート絶縁層
140 自己整列層
150 半導体チャネル層
160 ソース電極
170 ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)基板の上部にゲート電極を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層を形成するステップと、
(b)前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御した後、前記ゲート絶縁層の上部に有機半導体物質を用いて半導体チャネル層を形成するステップと、
(c)前記半導体チャネル層の上部にソース電極及びドレイン電極を形成するステップと
を含む表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項2】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御するために、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項3】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射し、前記ゲート絶縁層の極性が前記半導体チャネル層と同一の極性に変化されるようにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項4】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射し、前記ゲート絶縁層と前記半導体チャネル層との表面エネルギーの差異が1乃至10dyn/cm2以下になるようにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項5】
前記ゲート絶縁層は、無機物または有機物からなることを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項6】
前記半導体チャネル層は、無機物または有機物からなることを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項7】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層と前記半導体チャネル層との間に3次元に整列されようとする性質を有するオクタデシルトリクロロシラン(octadecyltrichlorosilane:OTS)またはヘキサメチルジシラザン(Hexamethyldisilazane:HMDS)をスピンコーティングし、自己整列層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項1】
(a)基板の上部にゲート電極を形成した後、上部面の全体にゲート絶縁層を形成するステップと、
(b)前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御した後、前記ゲート絶縁層の上部に有機半導体物質を用いて半導体チャネル層を形成するステップと、
(c)前記半導体チャネル層の上部にソース電極及びドレイン電極を形成するステップと
を含む表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項2】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層の表面エネルギーを制御するために、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項3】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射し、前記ゲート絶縁層の極性が前記半導体チャネル層と同一の極性に変化されるようにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項4】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層の表面に所定時間、紫外線を照射し、前記ゲート絶縁層と前記半導体チャネル層との表面エネルギーの差異が1乃至10dyn/cm2以下になるようにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項5】
前記ゲート絶縁層は、無機物または有機物からなることを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項6】
前記半導体チャネル層は、無機物または有機物からなることを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項7】
前記(b)半導体チャネル層を形成するステップは、前記ゲート絶縁層と前記半導体チャネル層との間に3次元に整列されようとする性質を有するオクタデシルトリクロロシラン(octadecyltrichlorosilane:OTS)またはヘキサメチルジシラザン(Hexamethyldisilazane:HMDS)をスピンコーティングし、自己整列層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の表面エネルギー制御を利用した有機薄膜トランジスタの製造方法。
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図7d】
【図8】
【図1b】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図7d】
【図8】
【公開番号】特開2010−34565(P2010−34565A)
【公開日】平成22年2月12日(2010.2.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−175444(P2009−175444)
【出願日】平成21年7月28日(2009.7.28)
【出願人】(596180076)韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Electronics and Telecommunications Research Institute
【住所又は居所原語表記】161 Kajong−dong, Yusong−gu, Taejon korea
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年2月12日(2010.2.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年7月28日(2009.7.28)
【出願人】(596180076)韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Electronics and Telecommunications Research Institute
【住所又は居所原語表記】161 Kajong−dong, Yusong−gu, Taejon korea
【Fターム(参考)】
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