스크린 인쇄법에 의한 유기 박막 트랜지스터 제작 및 물성 연구
- Alternative Title
- A Study on Properties of Organic Thin-Film Transistors Fabricated by Screen Printing Method
- Abstract
- Organic thin film transistors(OTFTs) are of interest recently for a variety of low-cost, large-area electronic applications, such as active-matrix displays, chemical sensor, and flexible micro-electronics. To manufacture the various functional films(gate electrode, gate insulating layer, source-drain electrode, and active layer) of OTFTs, the use of high-resolution printing techniques such as screen printing, ink-jet printing, and micro-contact printing is of particular interest.
We fabricated gate electrode, gate insulating layer, and source-drain electrode for OTFTs by screen printing method, except for active layer(thermally evaporated pentacene layer). And we manufactured conductive pastes for source-drain electrode and insulating pastes for gate insulating layer. As a result of investigating properties of Ag pastes for source-drain electrode, DT-30 containing Ag powder treated with dodecane thiol and AA3003 of acrylic resin as binder resin exhibited excellent dispersity and conductivity of 0.62 Ω/㎝. And the output characteristic of OTFT device with a channel length of 107 ㎛ using screen-printed source-drain electrode from DT-30 showed good saturation behavior and no significant contact resistance. Also this device exhibited a saturation mobility of 4.0×10^(-3) ㎠/Vs, on/off current ratio of about 10^(5) and a threshold voltage of about 0.7 V.
As a result of investigating properties of conductive carbon-black pastes for source-drain electrode, DB-2150 with amine value of 57 mgKOH/g and DB-9077 with amine value of 48 mgKOH/g had good dispersity for carbon-black powder with surface property of pH 8 in mill-base. However the flocculated network structure formed by interactions of carbon-black powders existed in carbon-black paste using DB-9077. The flocculated network structure in paste affected a bad screen-printability but, formed the conduction path which induced good electrical characteristics of electrode for OTFT. And the electrical characteristics of carbon-black pastes manufactured in this study became worse with increasing dispersant content because dispersants adsorbed on the carbon-black surface disturbed the formation of conduction path between carbon-black structures. The OTFT device using screen-printed source-drain electrode(conductivity : 495 Ω/㎝) from CBP-910 exhibited a saturation mobility of 6.757×10^(-3) ㎠/Vs, on/off current ratio of about 104.
As a result of investigating properties of conductive combination(Ag+ carbon-black) pastes for source-drain electrode, pastes mixed carbon-black mill base(CBM-910 and CBM-903) in Ag paste(DT-30) had good dispersity. And combination pastes having CBM-910 containing dispersant content of SOP 10% exhibited more the flocculated network structure formed by interactions of conductive fillers than those having CBM-930 containing dispersant content of SOP 30%. The flocculated network structure in paste affected a bad screen-printability, but formed the conduction path which induced good electrical characteristics of electrode for OTFT. The conductivity of electrode was reduced and charge carrier mobility of OTFT device was increased by increasing carbon-black mill base content because mismatching of the work function between the source-drain electrode and active layer was decreased by adding carbon-black in combination paste. The OTFT device using screen-printed source-drain electrode(conductivity : 1.192 Ω/㎝) from CCP-120 exhibited a saturation mobility of 1.065×10^(-1) ㎠/Vs, on/off current ratio of about 10^(5).
And we fabricated gate electrode with thickness of 500~600 ㎚, surface roughness of about 200 Å, and conductivity of 0.7 Ω/㎝ by screen printing using nano Ag paste having viscosity of 100~300 cps and screen plate having stainless screen of 640 mesh.
Also we fabricated gate insulating layer with thickness of about 1 ㎛ and surface roughness of 121.4 Å by screen printing using insulating paste IP-B (a) having PVP, melamine resin, and BCA(mixture ratio is 1.25 : 1.563 : 5) and screen plate having stainless screen of 640 mesh. But, screen-printed gate insulating layer using IP-B (a) had large leakage current(10^(-2)~10^(-3) A/㎠). Therefore we fabricated gate insulating multi-layer by screen printing several times to reduce leakage current but, this had thick thickness and bad surface roughness which degrade grain size of pentacene and electrical characteristics of OTFT device.
We could fabricate inverted coplanar type OTFT device with saturation mobility of 5.791×10^(-3) ㎠/Vs, on/off current ratio of about 10^(4) using screen-printed gate electrode by nano Ag paste, screen-printed gate insulating 3-layer by IP-B (a), screen-printed source-drain electrode by CCP-120, and thermally evaporated active layer by pentacene.
- Author(s)
- 이미영
- Issued Date
- 2008
- Awarded Date
- 2008. 8
- Type
- Dissertation
- Keyword
- 스크린 인쇄법 유기 박막 트랜지스터 물성 연구
- Publisher
- 부경대학교 대학원
- URI
- https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/11092
http://pknu.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000001955527
- Alternative Author(s)
- Lee, Mi-Young
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 인쇄공학과
- Table Of Contents
- List of Figures = ⅷ
List of Tables = xv
Abstract = xⅶ
Ⅰ. 서론 = 1
Ⅱ. 이론 = 7
1. 유기 박막 트랜지스터(OTFT) = 7
가. OTFT 기본 구조 = 7
나. OTFT 동작 원리 = 9
다. OTFT 성능평가 파라메타 = 13
라. OTFT 각 층의 요구 특성 = 15
(1) 유기 활성층의 요구 특성 = 16
(2) 소스-드레인 전극의 요구 특성 = 17
(3) 게이트 절연층의 요구 특성 = 18
(4) 게이트 전극의 요구 특성 = 19
마. OTFT 각 층의 제작 공법 = 19
(1) 유기 활성층의 제작 공법 = 19
(2) 소스-드레인 전극의 제작 공법 = 21
(3) 게이트 절연층 및 전극의 제작 공법 = 24
2. 고정세용 스크린 인쇄 기술 = 25
가. 스크린 인쇄 메커니즘 = 25
(1) 롤링(rolling) 메커니즘 = 25
(2) 토출 메커니즘 = 26
(3) 판 분리 메커니즘 = 27
(4) 레벨링(leveling) 메커니즘 = 28
나. 스크린 인쇄 공정의 적정화 = 29
다. 고정세 및 박막 형성을 위한 스크린 인쇄 기술 = 31
3. 전도성 페이스트 및 도전 패스 형성 = 35
가. 전도성 페이스트 = 35
나. 전도성 필러 = 36
(1) Ag 파우더 = 36
(2) 전도성 카본블랙 = 37
다. 전도성 필러의 도전 패스 형성 = 40
4. 안료 분산 기술 = 41
가. 안료 분산 이론 = 41
(1) 전기 이중층의 접합에 따른 반발력(electrostatic repulsion) = 43
(2) 입체 장애 효과(steric hindrance) = 44
나. 안료 분산 공정 및 상호 작용 = 45
(1) 안료 분산 공정 = 45
(가) 습윤(wetting) = 45
(나) 분쇄(grinding) = 45
(다) 분산 안정화(stabilization) = 46
(2) 안료 분산 공정에서의 상호작용 = 46
다. 전도성 필러의 분산 = 48
5. 레올로지(rheology) = 50
가. 레올로지의 S-S 곡선 = 50
(1) 뉴턴 유동(newtonian flow) = 51
(2) 의소성 유동(pseudoplastic flow) = 52
(3) 다일레이턴트 유동(dilatant flow) = 52
(4) 소성 유동(plastic flow) = 52
나. 분산계에서의 이상 점성 거동 = 53
다. 동적 점탄성(dynamic viscoelasticity) = 54
(1) 동적 점탄성 정의 = 54
(2) 동적 점탄성 측정을 통한 평가 = 56
Ⅲ. 실험 = 60
1. 시약 및 페이스트 제조 = 60
가. 유기 활성층용 시약 = 60
나. 소스-드레인 전극용 시약 및 페이스트 제조 = 60
(1) 소스-드레인 전극용 시약 = 60
(가) 전도성 필러 = 60
(나) 바인더 = 61
(다) 첨가제 = 63
(2) Ag 페이스트 제조 = 64
(3) 전도성 카본블랙 페이스트 제조 = 66
(4) 전도성 혼합(Ag+카본블랙) 페이스트 제조 = 69
다. 게이트 전극용 페이스트 = 71
라. 게이트 절연층용 시약 및 페이스트 제조 = 72
(1) 게이트 절연층용 시약 = 72
(2) 용제 종류에 따른 절연 페이스트 제조 = 74
(3) 첨가제 종류 및 고형분 함량에 따른 절연 페이스트 제조 = 75
2. 스크린 인쇄된 유기 박막 트랜지스터(OTFT) 제작 = 76
가. 스크린 제판 = 76
(1) 소스-드레인 전극용 스크린 제판 = 76
(2) 게이트 절연층 및 전극용 스크린 제판 = 77
나. 스크린 인쇄 = 79
다. 스크린 인쇄된 MIM(metal-insulator-metal) 소자 제작 = 80
라. 스크린 인쇄된 OTFT 제작 = 82
(1) 스크린 인쇄된 소스-드레인 전극을 이용한 OTFT 소자 제작 = 82
(가) OTFT 소자 구조 및 소스-드레인 전극의 패턴 형상 = 82
(나) OTFT 소자 제작 = 83
(2) 스크린 인쇄된 소스-드레인 전극 및 게이트 절연층을 이용한 OTFT = 84
(가) OTFT 소자 구조 및 패턴 형상 = 84
(나) OTFT 소자 제작 = 85
(3) 스크린 인쇄된 OTFT 소자 제작 = 86
(가) OTFT 소자 구조 및 패턴 형상 = 86
(나) OTFT 소자 제작 = 87
3. 측정 및 분석 = 88
가. 페이스트 분산 특성 측정 = 88
(1) Ag 및 전도성 혼합 페이스트의 분산 특성 측정 = 88
(2) 전도성 카본블랙 밀베이스 및 페이스트의 분산 특성 측정 = 88
나. 페이스트 레올로지 측정 = 89
다. 패턴 형상 측정 = 89
라. 전극 및 소자의 전기적 특성 측정 = 90
Ⅳ. 결과 및 고찰 = 92
1. 스크린 인쇄된 OTFT 소스-드레인 전극 = 92
가. 전도성 페이스트의 분산 특성 = 92
(1) Ag 페이스트의 분산 특성 = 92
(2) 전도성 카본블랙 밀베이스의 분산 특성 = 95
(가) 분산제 종류에 따른 분산 특성 = 95
(나) 분산제 함량에 따른 분산 특성 = 98
(3) 전도성 혼합(Ag+카본블랙) 페이스트의 분산 특성 = 100
나. 전도성 페이스트의 분산 특성 및 레올로지 특성 = 102
(1) Ag 페이스트의 분산 특성 및 레올로지 특성 = 102
(2) 전도성 카본블랙 페이스트의 분산 특성 및 레올로지 특성 = 104
(3) 전도성 혼합 페이스트의 분산 특성 및 레올로지 특성 = 112
다. 스크린 인쇄된 소스-드레인 전극 및 OTFT 소자 특성 = 115
(1) 스크린 인쇄된 Ag 전극 및 OTFT 소자 특성 = 115
(2) 스크린 인쇄된 카본블랙 전극 및 OTFT 소자 특성 = 116
(가) 전도성 카본블랙 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 118
(나) 카본블랙 전극의 전기 전도성 및 OTFT 소자 특성 = 120
(3) 스크린 인쇄된 혼합 전극 및 OTFT 소자 특성 = 126
(가) 전도성 혼합 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 126
(나) 혼합 전극의 전기 전도성 및 OTFT 소자 특성 = 128
2. 스크린 인쇄된 OTFT 게이트 전극 = 135
가. 제판 종류에 따른 스크린 인쇄된 게이트 전극 특성 = 135
3. 스크린 인쇄된 OTFT 게이트 절연층 = 137
가. 절연 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 138
(1) 용제 종류에 따른 절연 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 138
(가) 절연 페이스트의 점도 특성 = 138
(나) 절연 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 139
(2) 제판 종류에 따른 스크린 인쇄 특성 = 141
(3) 첨가제 종류에 따른 절연 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 141
(4) 수지 고형분 함량에 따른 절연 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 144
(가) 절연 페이스트의 점도 특성 = 144
(나) 절연 페이스트의 스크린 인쇄 특성 = 145
나. 스크린 인쇄된 게이트 절연층의 전기적 특성 = 148
(1) 단층 스크린 인쇄된 게이트 절연층의 전기적 특성 = 148
(2) 적층 스크린 인쇄된 게이트 절연층의 전기적 특성 = 150
(가) 스크린 인쇄 결과 = 150
(나) 게이트 절연층의 전기적 특성 = 152
4. 스크린 인쇄된 OTFT 소자의 전기적 특성 = 155
가. 스크린 인쇄된 소스-드레인 전극 및 게이트 절연층을 이용한 OTFT = 155
(1) 스크린 인쇄 결과 = 155
(2) 펜타센 박막의 AFM 이미지 = 156
(3) MIM 소자의 전기적 특성 = 157
(4) OTFT 소자의 전기적 특성 = 159
나. 스크린 인쇄된 OTFT 소자의 전기적 특성 = 161
(1) 스크린 인쇄 결과 = 161
(2) 펜타센 박막의 AFM 이미지 = 163
(3) OTFT 소자의 전기적 특성 = 164
Ⅴ. 결론 = 166
참고문헌 = 171
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