유기 반도체 결정상 도금법으로 콘택트 전극 형성 '프린터블', '경량', '플렉시블'과 같은 특징을 갖고 있는 OFET는 플렉시블 디스플레이나 디스포저블 RFID(무선 자동 식별) 태그 등으로의 디바이스 개발이 기대된다. 현재 개발이 진행되고 있는 디바이스는 p형 유기 반도체만을 사용한 것이 주류지만, 향후 고도의 회로가 필요한 드라이버 IC도 휘어지는 올 플렉시블 디스플레이나 웨어러블 컴퓨터 등의 개발에는 p형・n형 OFET 혼재 회로가 필수이고 양쪽의 OFET를 고속으로 동작시킬 필요가 있다. TANAKA홀딩스㈜는 다나까 귀금속 그룹의 도금사업을 전개하는 일본 일렉트로플레이팅 엔지니어스 주식회사가 도쿄대학 대학원 신영역창성과학연구과의 다케야 준이치 교수와 공동으로 p형・n형 쌍방의 유기 반도체 전계 효과 트랜지스터(이하, OFET) 무전해 도금 프로세스에서 동시에 콘택트 전극을 형성할 수 있는 기술 개발을 세계 최초로 성공했다. 은나노 입자를 촉매로 도입하는 무전해 금도금 프로세스를 유기 반도체상에 이용하기 때문에 대규모 장치를 필요로 하는 진공 환경을 사용하지 않고 대기 중에서 톱 콘택트형 OFET의 콘택트 전극을 형성할 수가 있다. 또 같은 대기 중 콘택트 형성법인 금속 잉크와는 달리 유기 반도체의 손상이 적어 고이동도 유기 반도체의 성능을 떨어뜨리지 않고 고성능 OFET 형성을 실현한다. 또한, 최근의 고성능 n형 반도체 재료가 등장함으로써 개발이 가속되고 있는 p형・n형 OFET 혼재형 회로에 대해 동시에 콘택트 전극을 형성할 수 있기 때문에 보다 고도의 유기 전자 디바이스를 저비용으로 형성할 수가 있다.콘택트 전극의 접촉 저항은 p형 유기 반도체상에서 0.1kΩcm 이상을 달성해 현재까지 보고된, 대기 중에서 형성된 유기 반도체상 콘택트 전극의 접촉 저항으로서는 세계 최소치를 기록하고 있다. 다케야 교수가 개발한, 대기 중에서 형성이 가능한 고성능 도포형 유기 반도체와 이 기술을 조합함으로써 세계 최고 레벨의 저접촉 저항 전극과 고이동도를 자랑하는 고성능 OFET의 대기 중 형성이 실현됐다. 이 결과는 고속 구동이 가능한 유기 전자 디바이스를 대기 중에서 형성할 수 있다는 것을 의미한다.유기 반도체 결정상에 은나노 입자를 함유한 도금용 은 촉매 용액을 도포한 후, 그 기판을 무전해 금 도금액에 침지시킴으로써 금 코팅을 해 은 입자 사이를 금으로 채운, 금은 하이브리드 구조의 콘택트 전극 형성 프로세스이다. 이렇게 해서 금에서 전하 주입이 되기 쉬운 p형 유기 반도체와 은에서 전하 주입이 되기 쉬운 n형 유기 반도체에 대해 동일한 프로세스로 저접촉 저항의 콘택트 전극을 형성할 수 있게 된다.OFET는 유기 반도체를 사용한 트랜지스터이며, '저온 형성 가능', '경량', '플렉시블'과 같은 유기 재료 고유의 특징을 가지고 있다. 최근 유기 반도체 재료의 고성능화가 급속하게 진행돼 종래 유기 반도체의 한계 이동도라고 여겨지던 수치를 2자리 이상 웃도는 재료가 개발됐다. 또한, 다케야 교수 연구 그룹의 성과를 필두로 대기 중 고이동도 유기 반도체 형성이 가능해져서 유기 반도체 디바이스의 적용 분야가 크게 넓어질 것으로 기대되고 있다.한편, OFET의 콘택트 전극을 형성하는 방법은 몇 가지가 있는데, 모두 진공 환경을 필요로 하고 유기 반도체에 손상을 주는 점 등이 과제였다. 예를 들면, 진공증착법은 균일한 박막 전극을 형성할 수 있는 반면, 진공 환경을 만들기 위한 장치 비용이 비싸고 재료 손실도 많아진다. 또 금속 잉크나 금속 페이스트에 의한 전극 형성은 대기 중 전극 형성이 가능한 반면, 유기 용제를 포함하고 고온에서의 소결과 자외선에 의한 경화가 필요하기 때문에 유기 반도체에 손상을 주어 트랜지스터로서의 충분한 성능을 얻을 수 없었다.그래서 EEJA와 다케야 교수의 연구 그룹은 2014년 9월에 도금 프로세스에 의한 P형 유기 반도체상의 콘택트 전극 형성 기술을 공동 개발했다. EEJA는 유기 반도체 결정상에 안정적으로 전극을 형성할 수 있도록 신규 무전해 도금 촉매용 금나노 입자를 개발했다. 이 기술에 의해 형성된 콘택트 전극의 접촉 저항은 0.7kΩcm로 대기 중에서 형성된 콘택트 전극으로서는 경이적으로 낮은 접촉 저항을 달성했다. 또 다케야 교수의 연구 그룹은 결정 방위가 같은 대면적 유기 반도체 박막을 대기 중에서 단시간에 형성할 수 있는 도포형 유기 반도체를 개발했고 반도체로서의 성능을 좌우하는 이동도는 종래의 유기 반도체를 훨씬 웃도는 10cm2/Vs 이상을 달성했다.

유기 반도체 결정상 도금법으로 콘택트 전극 형성

기사입력 2015-03-11 14:33:39

[산업일보]
'프린터블', '경량', '플렉시블'과 같은 특징을 갖고 있는 OFET는 플렉시블 디스플레이나 디스포저블 RFID(무선 자동 식별) 태그 등으로의 디바이스 개발이 기대된다. 현재 개발이 진행되고 있는 디바이스는 p형 유기 반도체만을 사용한 것이 주류지만, 향후 고도의 회로가 필요한 드라이버 IC도 휘어지는 올 플렉시블 디스플레이나 웨어러블 컴퓨터 등의 개발에는 p형・n형 OFET 혼재 회로가 필수이고 양쪽의 OFET를 고속으로 동작시킬 필요가 있다.

TANAKA홀딩스㈜는 다나까 귀금속 그룹의 도금사업을 전개하는 일본 일렉트로플레이팅 엔지니어스 주식회사가 도쿄대학 대학원 신영역창성과학연구과의 다케야 준이치 교수와 공동으로 p형・n형 쌍방의 유기 반도체 전계 효과 트랜지스터(이하, OFET) 무전해 도금 프로세스에서 동시에 콘택트 전극을 형성할 수 있는 기술 개발을 세계 최초로 성공했다.

은나노 입자를 촉매로 도입하는 무전해 금도금 프로세스를 유기 반도체상에 이용하기 때문에 대규모 장치를 필요로 하는 진공 환경을 사용하지 않고 대기 중에서 톱 콘택트형 OFET의 콘택트 전극을 형성할 수가 있다. 또 같은 대기 중 콘택트 형성법인 금속 잉크와는 달리 유기 반도체의 손상이 적어 고이동도 유기 반도체의 성능을 떨어뜨리지 않고 고성능 OFET 형성을 실현한다.
또한, 최근의 고성능 n형 반도체 재료가 등장함으로써 개발이 가속되고 있는 p형・n형 OFET 혼재형 회로에 대해 동시에 콘택트 전극을 형성할 수 있기 때문에 보다 고도의 유기 전자 디바이스를 저비용으로 형성할 수가 있다.

콘택트 전극의 접촉 저항은 p형 유기 반도체상에서 0.1kΩcm 이상을 달성해 현재까지 보고된, 대기 중에서 형성된 유기 반도체상 콘택트 전극의 접촉 저항으로서는 세계 최소치를 기록하고 있다. 다케야 교수가 개발한, 대기 중에서 형성이 가능한 고성능 도포형 유기 반도체와 이 기술을 조합함으로써 세계 최고 레벨의 저접촉 저항 전극과 고이동도를 자랑하는 고성능 OFET의 대기 중 형성이 실현됐다. 이 결과는 고속 구동이 가능한 유기 전자 디바이스를 대기 중에서 형성할 수 있다는 것을 의미한다.

유기 반도체 결정상에 은나노 입자를 함유한 도금용 은 촉매 용액을 도포한 후, 그 기판을 무전해 금 도금액에 침지시킴으로써 금 코팅을 해 은 입자 사이를 금으로 채운, 금은 하이브리드 구조의 콘택트 전극 형성 프로세스이다. 이렇게 해서 금에서 전하 주입이 되기 쉬운 p형 유기 반도체와 은에서 전하 주입이 되기 쉬운 n형 유기 반도체에 대해 동일한 프로세스로 저접촉 저항의 콘택트 전극을 형성할 수 있게 된다.

OFET는 유기 반도체를 사용한 트랜지스터이며, '저온 형성 가능', '경량', '플렉시블'과 같은 유기 재료 고유의 특징을 가지고 있다. 최근 유기 반도체 재료의 고성능화가 급속하게 진행돼 종래 유기 반도체의 한계 이동도라고 여겨지던 수치를 2자리 이상 웃도는 재료가 개발됐다. 또한, 다케야 교수 연구 그룹의 성과를 필두로 대기 중 고이동도 유기 반도체 형성이 가능해져서 유기 반도체 디바이스의 적용 분야가 크게 넓어질 것으로 기대되고 있다.

한편, OFET의 콘택트 전극을 형성하는 방법은 몇 가지가 있는데, 모두 진공 환경을 필요로 하고 유기 반도체에 손상을 주는 점 등이 과제였다. 예를 들면, 진공증착법은 균일한 박막 전극을 형성할 수 있는 반면, 진공 환경을 만들기 위한 장치 비용이 비싸고 재료 손실도 많아진다. 또 금속 잉크나 금속 페이스트에 의한 전극 형성은 대기 중 전극 형성이 가능한 반면, 유기 용제를 포함하고 고온에서의 소결과 자외선에 의한 경화가 필요하기 때문에 유기 반도체에 손상을 주어 트랜지스터로서의 충분한 성능을 얻을 수 없었다.

그래서 EEJA와 다케야 교수의 연구 그룹은 2014년 9월에 도금 프로세스에 의한 P형 유기 반도체상의 콘택트 전극 형성 기술을 공동 개발했다. EEJA는 유기 반도체 결정상에 안정적으로 전극을 형성할 수 있도록 신규 무전해 도금 촉매용 금나노 입자를 개발했다. 이 기술에 의해 형성된 콘택트 전극의 접촉 저항은 0.7kΩcm로 대기 중에서 형성된 콘택트 전극으로서는 경이적으로 낮은 접촉 저항을 달성했다. 또 다케야 교수의 연구 그룹은 결정 방위가 같은 대면적 유기 반도체 박막을 대기 중에서 단시간에 형성할 수 있는 도포형 유기 반도체를 개발했고 반도체로서의 성능을 좌우하는 이동도는 종래의 유기 반도체를 훨씬 웃도는 10cm2/Vs 이상을 달성했다.