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OTS(octadecyltrichlorosilane) SAM(self assembled monolayer) 처리 한 유기박막트랜지스터(OTFT)의 히스테리시스 변화와 특성연구

초록/요약 도움말

유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)과 같은 새로운 디스플레이 패널기술이 등장하면서 이에 적합한 유기발광트랜지스터(organic thin film transistor, OTFT)의 기술에 대한 요구가 더욱 커지고 있다. OTFT 기술은 투명과 플렉서블과 같은 차세대 어플리케이션 실현을 위한 필수적인 기술로서 지속적인 연구 개발이 요구되는 중요한 기술 분야이다. OTFT의 전기적 특성을 향상시키는 연구는 그동안 상당히 진행되어 왔지만 실용화 측면을 위한 소자 동작의 안정성을 고려할 때, 앞으로 해결해 할 문제가 많이 남아있다. 내/외부적 요인으로 인한 소자의 안정성을 확보하는 것이 스위치로서의 역할을 위한 필수 조건이다. 유기 게이트 절연막을 사용하는데 있어 가장 큰 문제점은 OTFT 작동 시 hysteresis가 발생한다는 점이다. 유기 게이트 절연막을 사용하는 p-type OTFT의 hysteresis 발생 원인은 게이트 절연막의 hydroxyl기에 의한 slow polarization과 게이트 전극으로부터 유입되는 전하가 게이트 절연막 내부에 trap되어 나타나는 것으로 알려져 있다. 이러한 히스테리시스 현상은 문턱전압의 변동 현상을 야기하기 때문에 트랜지스터 소자의 안정화 면에서 소자의 결함을 발생시킨다. 본 논문에서는 게이트 절연막 위에 OTS(octadecyltrichlorosilane)를 이용한 자기조립단분자막(self-assembled monolayer, SAM)을 형성함으로써 박막계면을 친수성(hydroxyl)에서 소수성(hydrophobic)으로 바꿔주어 계면간 결함을 최소화 하고 히스테리시스를 개선하는 연구를 진행하였다. 시료는 OTS를 0.5w%와 1w%의 농도에 따라 제작하였다. OTS 성장 특성 및 분포를 알아보기 위해 접촉각(water contact angle) 측정과 AFM과 SEM을 이용한 유기물박막의 균질도를 측정하였다. 그 결과 OTS 0.5w%와 1w% 샘플에서 98, 94˚의 접촉각을 얻었다. AFM과 SEM을 통해 OTS SAM을 형성시킨 pentacene박막에서 낮은 roughness와 높은 균질도의 박막이 형성됨을 볼 수 있었다. OTS 농도 비율에 따른 0.5w%와 1w%의 펜타센 유기박막트랜지스터의 성능을 비교환 결과, 0.5w%의 샘플의 전하 이동도나 on/off ratio가 증가한 것을 보여주었지만 문턱전압 역시 증가한 것을 보여주었다. 이를 통해 적정한 성능을 갖는 트랜지스터를 위해서 OTS 조성 비율이 중요한 것을 알 수 있었다. 상온에서의 샘플의 히스테리시스 특성 곡선을 측정한 결과 OTS SAM 처리 한 펜타센 유기박막트랜지스터에서 히스테리시스가 거의 나타나지 않음을 볼 수 있다. 비록 문턱전압 역시 증가한 것을 볼 수 있지만 OTS SAM 처리를 하지 않은 샘플은 양의 게이트 전압인 off 구간에서 채널 내 잔류 전류가 흐르는데 반해 OTS SAM 처리 한 샘플에서는 zero에 가까운 값을 보였으며 문턱전압 이후의 전압에서 전류가 급격하게 증가함을 통해 안정적인 스위칭 특성을 갖는 것을 확인 할 수 있다.

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초록/요약 도움말

Appearance of new display panel technology such as organic light emitting diode(OLED) occurred technical requirements suitable for organic thin film transistor(OTFT). OTFT technology is essential for the realization of next-generation applications such as transparent and flexible. so continuous research and development is required. Studies for improving the electrical properties of OTFT have been conducted. but stability for practical aspects of device operation remains to be solved the problem in the future. To get stability of device despite caused by internal and external factors is a requirement for acts as a switch. The biggest problem using an gate insulator occurs hystersis in OTFT operation. Causes of hysteres is slow polarization by hydroxyl groups of gate insulator and the charge incoming from the gate electrode is trapped gate insulator inside. This hysteresis phenomenon casued the change of threshold voltage and eventually bring defects in terms of stability of OTFT devices. In this paper, by forming self assembled monolayer(SAM) using OTS (octadecyltrichlorosilane) on gate insulator thin interface change from hydroxyl to hydrophobic. so minimize the interface defects and improvement to hystersis. SAM was made two sample according to OTS density. one is 0.5% and the other on is 1% based on Chloroform solution. Water contact angle was measured for OTS growth and distribution. AFM and SEM were measured for organic thin morphology. As a results, water contact angle of 98, 94˚ each of OTS 0.5w% and 1w%. through AFM and SEM image low roughness about 30nm and high homogeneous thin film is formed in pentacene thin film using OTS SAM. Performance of pentacene OTFT compare with OTS 0.5w% and 1w%, sample of OTS 0.5w% increased higher mobility, on/off ratio than 1w% but threshold voltage also increased. To appropriate performance of OTFT, OTS composition ratio is important. And at room temperature hysteresis curve almost disappeared in processing OTS SAM. Although threshold voltage increased but compared to bare SiO2 sample showed positive gate voltage in off regime, processing OTS SAM showed gate voltage close to zero and since the threshold voltage the drain current is rapidly increased and can check stability switching device performance in processing OTS SAM.

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