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지윤 고
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IT 기획시리즈 차세대반도체 3 18 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 유기전자소자기술과전망 유병곤 ETRI 신소자 / 소재연구부, 부장 bgyu@etri.re.kr 강승열팀장, 추혜용팀장, 윤성민박사 ETRI 신소자 / 소재연구부 1. 서론 2. 유기 TFT 기술 3. OLED 기술 4. 유기메모리기술 5. 결론 1.

1 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 18 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 유기전자소자기술과전망 유병곤 ETRI 신소자 / 소재연구부, 부장 bgyu@etri.re.kr 강승열팀장, 추혜용팀장, 윤성민박사 ETRI 신소자 / 소재연구부 1. 서론 2. 유기 TFT 기술 3. OLED 기술 4. 유기메모리기술 5. 결론 1. 서론유기전자소자기술은유기물을전자소자에응용한것으로, 2000 년노벨화학상을안겨준전도성고분자에대한연구이후로다양한분야로확대되어왔다. 특히, 유기물을이용한 OLED ( 유기발광다이오드 ) 는디스플레이로제품화되어현재활용되고있으며, 뒤를이어유기반도체, 유기태양전지등도실현가능성이보이기시작하였다. 이러한유기소자를이용한유기전자기술은기존반도체기술과는달리도포와인쇄공정을이용하여플렉서블한플라스틱기판상에실온에가까운저온에서디스플레이, 회로, 전지, 센서등의기능을집적화할수있다. 이기술은저가격 / 대면적으로플렉서블한기판에전자소자를구현할수있는장점을가지고있어차세대반도체기술의하나로큰주목을받고있다 (( 그림 1) 참조 )[1]. 유기전자소자는재료의측면에서실리콘, GaAs 등의반도체, 배선을위한금속, 그리고실리콘산화막이나질화막과같은무기물대신유기물로대체가가능하다. 주로탄소와탄소가이중결합과단일결합을교대로나타나는구조를지닌공액고분자 (conjugated polymer) 재료를이용한전도성고분자는금속의성질을나타내서향후배선으로서의가능성이있으며, 반도체의경우재료및공정의발달로펜타센 (pentacene) 과같은저분자를이용하여이동도가 1cm 2 /Vs 이상인소자도제작이가능하였다. 또한, 다양한고분자절연막등이가능하므로전자소자에필요한배선, 반도체, 절연막을모두유기물로구성하는것도가능할것으로예상하고있다 [1]. * 본내용과관련된사항은 ETRI 신소자 / 소재연구부유병곤부장 ( ) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 29

예를들면, 잉크젯인쇄로는대면적이면서도저렴한플라스틱전자부품을만들수있다. 이방식은트랜지스터회로와광기전성박막 (photovoltaic film), OLED 등에사용될수있다.

인작은입자를인쇄할수있는기술까지개발하였다 [2]. 이기술은표면위에윤곽이드러나도록하기위해다양한재료의매우작은입자들을인쇄를통해서배열하도록하였다.

유기전자소자는소자모두를유기물로대체하는대신부분적으로잉크화가가능한소재와결합하여플라스틱기반의전자소자에응용될수있다.

2 주간기술동향통권 1415 호 ( 그림 1) 유기전자소자기술의응용 이러한유기전자소자는기존반도체공정에서사용하는진공장비를사용하지않고도소자의제작이가능하다. 예를들면, 잉크젯인쇄로는대면적이면서도저렴한플라스틱전자부품을만들수있다. 이방식은트랜지스터회로와광기전성박막 (photovoltaic film), OLED 등에사용될수있다. 인쇄기술의급속한발전으로 IBM 연구진의경우, 단일입자정밀도 (single-particle resolution) 를갖는지름이 60nm 인작은입자를인쇄할수있는기술까지개발하였다 [2]. 이기술은표면위에윤곽이드러나도록하기위해다양한재료의매우작은입자들을인쇄를통해서배열하도록하였다. 이외에도기존인쇄에서사용하는다양한기법들을전자소자제작에응용할수있어서스크린프린팅, 옵셋인쇄, 그라비아인쇄등도이용되고있다. 유기전자소자는소자모두를유기물로대체하는대신부분적으로잉크화가가능한소재와결합하여플라스틱기반의전자소자에응용될수있다. 은잉크를잉크젯방법을이용하여배선으로형성할수있으며, 이외에도배선이나전극용도전재료, 콘덴서나층간절연을위한절연재료등여러가지재료들을잉크화해잉크젯법이나스크린인쇄법등으로미세한패턴을형성할수있다. 물론이러한소재와공정은유연한플라스틱기판을이용하기위해서소결온도를플라스틱이유지되는 150 이하에서가능하도록제조되어야한다. 본고에서는유기소자의재료소자공정기술을살펴보고, 대표적인기술인유기 TFT, OLED, 유기메모리등에관한기술적인개요및기술적인전망을살펴보고자한다. 유기태양광기술을비롯한타기술은한정된지면으로게재하지못함을아쉽게생각한다. 30

3 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 2. 유기 TFT 기술유기반도체는분자내에서탄소와탄소가이중결합과단일결합을교대로하는구조를지닌저분자와공액고분자재료를말하며, 이들공액유기분자재료가도핑을하지않을시에는주로가시광에해당하는에너지의밴드갭 (1.5~3eV) 을지닌다. 도펀트 (Dopant) 의종류에따라같은재료로부터 n-type 이나 p-type 특성을모두얻어낼수있는실리콘재료와는달리유기물반도체재료는대체로그분자가갖는작용기가전자흡수 (electron accepting) 또는정공흡수 (hole accepting) 특성이좋으냐에따라일반적으로한가지재료가특정전하를보다높은이동도로전달하게되며전달하는전하의종류에따라서전자전달형 (n 형 ) 이나정공전달형 (p 형 ) 재료로나뉠수있다. 또한유기반도체재료가갖는고유의물질특성에따라서발광특성이좋은재료는주로 OLED 의발광층으로사용되게되고박막결정성이나분자간패킹 (packing) 특성이우수한재료는유기 TFT 의활성층으로사용되며, 광흡수성이우수한재료는유기태양전지 (OPV) 를제조하는데주로응용되게된다. 유기반도체재료는기존의실리콘을기반으로하는무기반도체재료에비해서상이한물리적및전기적특성을지니므로우수한유기전자소자를제작하기위해서는이러한유기반도체재료만의물리적독특한특성을잘이해하고이를이용하여야한다. 유기 TFT 는 1986 년폴리치오펜 (polythiophene) 재료를이용하여최초로트랜지스터동작이확인된이래저분자계재료와고분자계재료의쌍방이연구개발을진행하고있으며최근에는비정질실리콘과유사하거나그보다약간뛰어난특성들을발표하고있다. 특히유기 TFT 는지난 10 년동안높은양적, 질적성장을해왔으며, 그예로 Scopus 에보고된 OTFT 에관한 SCI 논문수가 1998 년에 73 편에서 2007 년에는 773 편으로 10 배의양적성장을보여왔으며질적으로도 100 배이상의전하이동도의향상을얻어왔다 [3]. 저분자계재료의경우박막결정성을제어하기가쉽고소자간특성차도크지않아서안정적인성능을얻기가용이하나, 주로펜타센을이용한 TFT 성능에관한보고가많이되고있으며이를이용하여 1cm 2 /Vs 정도의이동도는일반적으로얻어지고있다. 하지만저분자계재료는대부분진공챔버내에서승화공정을통해서박막을형성하여서기존실리콘공정에비해서공정가격이나공정용이성에대한장점은크지않은편이다. TIPS(6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)) 펜타센등일부저분자계재료는용매에녹을수있는작용단을부착하여용액공정이가능하게하였으나, 낮은점도로인해서균일한박막결정성을확보하기가쉽지않다. 반면고분자계재료는우선용액공정이가능하고박막의결정균일도도저분자계재료에비해서높은편이다. 하지만저분자재료에비해 31

주간기술동향통권 1415 호 2009. 9. 23. 서높은분자량으로인해서높은결정성을지닌박막을제조하기가어려우며이로인해서고분자 TFT 의이동도는 0.1cm 2 /Vs 정도가통상적으로얻어지며, 최근폴리치오펜유도체들같은특정재료들만이 0.5cm 2 /Vs 정도를보고하였다 [4].

이로인해서인쇄된 p-n 접합다이오드, 양극트랜지스터, CMOS, 인버터 (inverter), 링오실레에터 (ring oscillator) 및각종디지털논리회로등다양한회로의제작이가능하며한가지전하만을이용하는단극회로에비해서양극회로가낮은소비전력, 높은노이즈마진 (noise margin), 빠른스위칭 (switching) 속도등여러가지장점을지니게된다.

4 주간기술동향통권 1415 호 서높은분자량으로인해서높은결정성을지닌박막을제조하기가어려우며이로인해서고분자 TFT 의이동도는 0.1cm 2 /Vs 정도가통상적으로얻어지며, 최근폴리치오펜유도체들같은특정재료들만이 0.5cm 2 /Vs 정도를보고하였다 [4]. 최근에는유기반도체재료를인쇄기술에적용하여전자소자를제작하는인쇄전자분야의핵심잉크소재로활발히연구되고있으며이를위해서는유기반도체재료가다양한용매에높은용해도로용해되어서잉크화가가능해야하며또한인쇄공정을통해서도높은결정성을얻을수있어야한다. 유기반도체재료를인쇄기술에적용해서다양한소자및회로를제작하기위해서는유사한성능을지닌 p 형유기반도체재료와 n 형유기반도체재료가동시에요구된다. 이로인해서인쇄된 p-n 접합다이오드, 양극트랜지스터, CMOS, 인버터 (inverter), 링오실레에터 (ring oscillator) 및각종디지털논리회로등다양한회로의제작이가능하며한가지전하만을이용하는단극회로에비해서양극회로가낮은소비전력, 높은노이즈마진 (noise margin), 빠른스위칭 (switching) 속도등여러가지장점을지니게된다. 하지만 p 형유기반도체재료에관한연구는활발이진행된반면에 n 형유기반도체재료에대한연구는상당히미진한편이었다. 그이유는우선그동안연구되었던대부분의공액분자가전자보다홀의이동이쉬우며전극으로사용되는통상적인금속들과에너지레벨상의조합도홀주입성이우수한재료를합성하기가용이하였기때문이다. 또한 n 형유기반도체는에너지레벨상공기중의산소나수분에의해전자가쉽게트랩되며이로인해서공기중에노출되었을경우 OTFT 소자의성능이현저히저하되기때문에공기안정성이우수한 n 형재료의합성이매우어려웠다. 특히 n 형고분자계반도체재료는단분자계에비해서합성및정제의어려움으로인해서현재까지몇개의논문만이보고되 (a) 단분자계유기반도체 (b) 고분자계유기반도체 ( 그림 2) 대표적인 P 형단분자계및고분자계유기반도체 32

5 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 ( 그림 3) 대표적인 N 형고분자계유기반도체 었으며, 성능및안정성도 p 형에비해현저히낮다. 최근 Northwestern 대학의 Antonio Facchetti 와 Tobin J. Mark 그룹에서공기안정성과전하이동도가우수한 n 형고분자유기반도체소재에대한주목할만한연구결과들이보고되고있다. 그들이보고한 n 형고분자반도체는 0.5cm 2 /Vs 정도의높은전하이동도를보유하고있으며소자안정성도 p 형에거의근접한결과를보여주고있다 [5]. OTFT 의구조는실리콘을기반으로한트랜지스터의구조와크게차이가없다. 단지사용된유기반도체, 절연체, 전극등의조합과상대적위치에따라 TG(Top Gate)/ BC(Bottom Contact), TG/ TC(Top Contact), BG/BC, BG/TC 등의소자구조를가지며, 각각의구성요소들의상호적합성및용도에의해유연한소자구조를갖는특징이있다. 어떠한소자구조를갖던그동작원리는비슷한데, OTFT 에게이트전압을인가하게되면절연막에걸리는전계 ( 전기장 ) 효과에의해절연체와반도체사이의얇은계면에게이트전압과반대부호의전하가축적된다. 이때소스와드레인사이에전압을걸어주면트랜지스터소자에이렇게축 wjr 된전하의흐름을통해서전류가흐르게된다. 이러한기본단위트랜지스터를다양하게조합하여보다복잡한형태의다양한아날로그혹은디지털전자회로를구성하게되고이를바탕으로여러가지전자제품들을제작할수있게된다. 따라서 OTFT 로제작된응용제품들이빠른속도와적은전력소모의신호처리를위해서는단위트랜지스터에사용되는유기반도체의전하이동도와전류점멸비가높아야하며낮은문턱전압을가져야한다. 이와같이유기 TFT 용고분자반도체재료는단분자재료에비해서현재까지낮은성능을보여주고있으나, 향후활발한연구를통해서단분자반도체재료와유사한성능인 1cm 2 /Vs 의전하이동도를일반적으로얻을수있을것으로예측된다. 다만인쇄공정에적용하여실제제품으로응용되기위해서는재료개발뿐만아니라다양한측면의연구가동시에이루어져야할 33

주간기술동향통권 1415 호 2009. 9. 23. 것이다. 그중에서도용액공정을통해서제작된소자간의높은성능균일성및소자의안정성확보가대면적응용에중요한요소라고할수있다.

6 주간기술동향통권 1415 호 것이다. 그중에서도용액공정을통해서제작된소자간의높은성능균일성및소자의안정성확보가대면적응용에중요한요소라고할수있다. 또한고분자반도체재료의용해도를더욱향상시키거나분자량향상을통한점도조절을통해서잉크젯공정시커피링효과 (coffee ring effect) 가최소화된최적의잉크를만들어내는잉크화기술에대한활발한연구가진행될것으로예상된다. 이밖에도고분자절연체와의적층공정이가능한재료및공정기술개발, 재료의값싼합성법개발등이필요하다고할수있다. 유기 TFT 는이러한기술적인문제점들이극복되면향후 e-paper, LCD, 플레시블디스플레이등의백플레인과파시브 RFID 태그, 디지털 X- ray 디텍터등비정질실리콘 TFT 가응용되는거의모든분야에값싼제조단가의장점이나타나게되어널리적용될것으로예상된다. 3. OLED 기술유기전자소자기술의대표적인예의하나인 OLED 기술은양극과음극사이에전기발광특성을갖는유기반도체박막이놓여있는구조로양극으로부터주입된정공과음극으로부터주입된전자가유기박막에서재결합하여빛이생성되는원리로동작한다 년 Eastman Kodak 사의 C.W. Tang 에의해다중적층구조가개발된이래로디스플레이및조명으로서의응용가능성을넓혀가고있다 [6]. OLED 디스플레이측면에서는자체발광특성으로인하여시야각특성이우수하며, 낮은소비전력과고속응답과더불어유리기판상에박형으로컬러화소어레이의구현이가능하기때문에꿈의디스플레이로불리며각광을받고있다. OLED 디스플레이는수동구동 (Passive Matrix) 방식의제품이주를이루어왔으나, 능동구동 (Active Matrix) 방식제품의본격적인생산에힘입어시장확대와더불어우리나라가 OLED (a) OLED 의동작원리 (b) OLED 의기본구조 ( 그림 4) OLED 동작원리및소자구조 34

7 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 < 아몰레드햅틱폰, 삼성 SMD> < 노트북, 삼성 SDI> <Sony XEL-1 TV, 소니 > ( 그림 5) OLED 디스플레이를장착한제품및시제품 < 삼성 SMD> < 삼성 SMD> <ETRI> ( 그림 6) OLED 기술을이용한플렉서블디스플레이및투명디스플레이 디스플레이생산 1 위국으로자리매김하고있다. 그러나제품으로출시되고있는모바일기기용및 11 인치 TV 용디스플레이는시장성장의한계가있어기술및시장측면에서경쟁력을가질수있는대형디스플레이의조기시장진입을위한노력이활발히진행되고있다. 대형 OLED 디스플레이의경쟁력확보를위해서는 TFT 백플레인, 화소형성, 봉지, 유기소재기술의개발이필수적이다. 또한, OLED 기술은차세대디스플레이로주목받는플렉서블디스플레이및투명디스플레이 ( 그림 7) 선진국의 OLED 조명개발현황 35

8 주간기술동향통권 1415 호 를가능하게할수있는최적의기술로주목받고있다. 이와같은디스플레이응용뿐만아니라, 온실가스의배출을줄이기위한방안의하나로전세계에너지소비의약 20% 를차지하고있는조명의고효율화에따라백열등의빈자리를채울수있는친환경차세대조명으로주목받고있다. OLED 조명은수은, 납등을사용하지않아환경친화적이며, 고효율광원으로의가능성이높으며, 지금까지의광원에비하여점광원- 선광원- 면광원의다양한형태로제작이가능하여디자인자유도가높다. 또한, 발열이없으며다양한색상을구현할수있고, 디밍이가능하여에너지절감효과가있다. 이러한장점들로인하여미국, 일본, 유럽등선진국들이 2000 년초반부터본격적으로 OLED 조명기술개발에투자해왔으며 [7], 전통조명산업체인오스람, 필립스, GE 등이 2011~2012 년사이에양산계획을수립하고있다. 최근들어 100lm/W 이상의효율특성이보고되면서 [8] 형광등과같은전통조명및차세대조명인 LED 조명의효율경쟁도본격화되었다. OLED 조명의조기상용화를위해서는고효율화를위한소재, 부품, 기술개발과더불어저가격화를위한공정기술개발이요구된다. 우리나라에서는 2006 년하반기부터 OLED 조명을위한기술개발연구가시작되어선진국에비해약 5 년정도뒤늦게투자되고이루어지고있으나, 디스플레이용 OLED 패널의생산 1 위국인산업인프라를활용할경우에 OLED 조명산업의도약이기대된다. 특히, 전통조명산업에서조명의가치사슬에서광원이갖는비중은약 20% 내외에불가하지만, OLED 조명은광원이갖는비중은약 60~70% 에달할것으로예측되고있어 OLED 로인한조명산업에서선진화를기대해도될것으로예상된다. 4. 유기메모리기술유기소재를이용한다른전자소자들과더불어유기또는고분자소재기반의비휘발성메모리소자는차세대전자의한구성요소로서매우큰기대를모으고있는분야이다. 유기고분자소재를이용한메모리전자소자가보고되기시작한것은 1970 년대이며, Sliva 등이 poly (vinylidene chloride) 와 polystyrene 으로구성된열가소성수지인 Saran wrap 에서처음으로가역적인스위칭현상을보고하였다 [9]. 그이후, 이와유사한많은결과가발표되기는하였으나, 이들대부분은소재내부에도전성필라멘트가형성되는현상에기인하는것이었으며, 실제응용에는적합하지않았다. 그후 Sadaoka 등이 poly(n-vinylcarbazole) (PVK) 박막에서전하의트랩현상을이용한메모리스위칭을처음으로보고하였다 [10]. 지난 40 여년간실리콘을중심으로한전자기술이매우빠른속도로발전하는가운데, 다양한유기메모리소자가등장하 36

9 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 기는하였으나, 그에대한관심이급격하게커지게된것은최근몇년사이의일이며, 2005 년부터는국제반도체기술로드맵 (ITRS) 에서도차세대메모리기술의하나로유기메모리분야가다루어지기시작하였다. 유기메모리는다음의두가지관점에서기술적인접근이가능할것으로보인다. 첫번째는, 유기소재가가진자기정합특성등의기능성을이용하여현재실리콘기반의메모리소자가직면한스케일링의한계를극복하고, 3 차원나노구조를갖는저가형고집적메모리를실현하고자하는방향이다. 두번째는, 대면적기판에저렴한공정을통해소자의제작이가능하다는특징을충분히활용함으로써, 기존의실리콘전자와는다른전혀새로운수요를창출하고자하는방향이다. 위의두가지접근방법모두최근들어매우활발한연구활동이이루어지고있으며소재의선택, 동작원리의결정, 소자구조및공정조건의최적화, 소자의동작신뢰성등다양한측면에서흥미로운결과가속속보고되고있다. 본고에서는지면관계상모든종류의소자에대한자세한설명을할수는없으나, 유기메모리소자로서연구되고있는대표적인소재, 소자구조및동작원리를소개하고, 각소자의전망에대해간단하게살펴보기로한다. 가. 유기메모리소자의종류유기메모리소자는동작원리및소자구조의유사성관점에서전자회로를구성하는 1 커패시터, 2 트랜지스터, 3 레지스터의세가지요소소자로분류할수있다. 커패시터형메모리소자는주로산화물강유전체를사용하는강유전체메모리 (Ferroelectric RAM, FeRAM) 와동일한동작원리를가진다. 즉, 강유전체의분극반전을이용하여두가지메모리스위칭상태를구현하고, 커패시터의스위칭상태를바꿀때흐르는반전전류의크기를검출함으로써메모리동작을실현한다. 강유전성을보이는유기소재는 1 poly(vinylidene fluoride)(pvdf) 및 PDVF 와 TrFE(trifluoroethylene) 의공중합체, 2 odd-nylon( 짝수개의탄소원자의반복배열을갖는 nylon), 3 cyanopolymer 유도체, 4 polyurea 및 polythiourea, 5 강유전성액정폴리머등이있으나, 그중에서가장대표적으로사용되는재료는 P(VDF- TrFE) 이다 [11],[12]. 커패시터형유기메모리소자의두가지기술적인과제는소자의동작열화문제와스케일링의문제이다. 소자의동작열화는강유전체커패시터의파괴형읽어내기동작에기인하며, 유기강유전체소재의분극피로현상과관련이있다. 소자의스케일링과정에서는메모리상태의판독을위해필요한최소량의반전전류가필요하며, 이는강유전체박막의잔류분극값으로부터결정된다. P(VDF-TrFE) 등의유기강유전체는일반적으로사용되는산화물강유전체보다상대적으로작은분극값을가지기때문에소자스케일링관점에서는불리하다. 37

구성하는플로팅게이트의구조에따라일반형 [13],[14] 과나노플로팅게이트형 [14],[16] 으로나눌수있는데,

10 주간기술동향통권 1415 호 트랜지스터형유기메모리소자는유기반도체소재를사용하는유기트랜지스터의확장형으로이해할수있다. 이때, 게이트절연막소재의종류및동작원리에따라다음의세가지로분류할수있다. 첫번째는플로팅게이트형유기트랜지스터이다. 이소자는플로팅게이트에전하를저장하는방식으로메모리동작을실현하기때문에플래시메모리와동일한동작원리를가진다. 구성하는플로팅게이트의구조에따라일반형 [13],[14] 과나노플로팅게이트형 [14],[16] 으로나눌수있는데, 나노플로팅게이트형에서는금속이나반도체의나노파티클을게이트절연막내부에혼입하고이를전하저장장소로사용한다. 두번째는전하주입형유기트랜지스 ( 그림 8) 잉크젯프린팅을이용한유기비휘발성메모리소자 [19] ( 그림 9) 유기강유전체트랜지스터어레이및강유전체트랜지스터 [20] ( 그림 10) 그래핀강유전체메모리소자 [21] 38

11 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 터이다. 이소자에서는일렉트렛 (electret) 의특성을갖는절연막에전하를트랩시켜트랜지스터의문턱전압을이동시키는방법으로메모리동작을실현한다. 다양한유기반도체와절연막의조합구조에서메모리동작특성이보고되었으나 [17]-[19], 통상적인반도체- 절연체계면의전하주입과현상이동일하기때문에문턱전압의제어가능성및메모리효과의지속가능성에대한확인이필요하다. 세번째는유기강유전체트랜지스터이다. 트랜지스터의게이트절연막으로유기강유전체박막층을사용하고, 강유전체게이트의잔류분극효과에의한트랜지스터의드레인전류값의차이로부터메모리동작을실현한다. 앞서설명한커패시터형강유전체메모리소자와의차이점은읽어내기동작에서분극을반전시키지않기때문에비파괴형읽어내기가가능하다는점이다. 다양한반도체와 P(VDF-TrFE) 를조합한구조의메모리트랜지스터동작특성이보고되었으며 [20]-[24], 모든구성요소를유기소재로사용한전유기강유전체메모리트랜지스터도발표되었다 [25]. 트랜지스터형유기메모리소자중에서는강유전체형이가장우수한특성을나타내고있다. 최근유기트랜지스터를인쇄방식의저렴한공정으로제조하는방법이활발하게연구되고있는데, 이러한신규공정의개발은저가의유기메모리제조를위해서도매우유망할것으로보인다. 저항형유기메모리소자는두개의전극사이에유기박막층이삽입되어있는매우간단한구조를가지고있으며, 인가하는전계의크기에따라저저항상태와고저항상태사이의전이현상으로부터메모리동작을실현한다. 이때전기적으로전도상태가서로다른두가지저항상태는전하의농도또는전하의이동도가변화하거나, 경우에따라서는이두가지가모두변화할때나타나며, 이는열적인효과와전기적인효과에기인한다. 유기고분자소재내부에서의전기전도현상은원리적으로설명하기가매우어려우나, 두가지저항상태를실현하는물리현상으로는필라멘트전도 [9], 공간전하와트랩 [25], 전하이동효과 [26], 터널링효과 [27], 분자구조의변화 [26], 고분자퓨즈효과 [29], 이온전도성 [30] 등을들수있고, 이들각현상을이용한저항형유기메모리소자의동작특성이보고된바있다. 다만, 이러한현상들에대해서는밝혀지지않은부분이많아저항형메모리소자의개발과정에걸림돌이되고있는상황이다. 전도상태의변화가유기소재의벌크특성이라면이는유기메모리소자라고할수있겠지만, 박막내부의결함에의해크게좌우되는것이라면이를양적으로정확히제어하기는어렵기때문에실제로는사용하기어렵다. 또한유기고분자소재에서의전도특성이일정한재현성을갖기어렵다는점도저항형유기메모리소자개발의어려운점이다. 따라서저항형유기메모리소자는동작원리의규명을포함하여더많은연구가이루어져야할필요가있다. 39

12 주간기술동향통권 1415 호 나. 유기메모리소자의전망현재보고되고있는유기메모리소자의특성이, 실리콘혹은무기물기반의기존메모리소자의성능과상당한격차를보이고있는것은사실이다. 당면한과제는얼마나재현성있는동작이가능한유기메모리소자를실현할수있을것인가하는점인데, 이를위해서는유기소재의설계및박막형성방법, 소자의제조방법, 소자성능평가방법등의기술개발이요망된다. 유기고분자소재가가진자기정합특성등을활용함으로써적층형 3 차원메모리어레이를쉽게구현할수있는가능성이기대되는반면, 메모리소자의동작원리및요구사양을고려하여실용가능한수준의메모리어레이를설계하기위해서는아직해결해야할과제가많이남아있다. 하지만, 비교적저렴한공정으로투명하거나유연한기판위에일정집적도이상의메모리소자를구현할수있다는가능성만으로도유기및고분자소재를이용한메모리소자의발전가능성은충분하다. 따라서, 앞으로의연구개발과정에서는기존소자의성능향상과함께, 현재의성능을충분히활용할수있는적절한응용분야의탐색이동시에이루어져야할것으로보인다. 5. 결론 2007 년말유기 EL 로이름붙인 11 인치텔레비전과휴대전화가시장에나왔다. 이것은유기색소의매우얇은박막에전기를흘려보내발광하는원리 ( 전계발광 : Electroluminescence) 를이용한것이다. 액정디스플레이 (LCD) 나플라즈마디스플레이패널 (PDP) 과비교해훨씬얇고 ( 가장얇은부분에서 3mm), 시각적으로보기좋고 ( 뛰어난색재현성과 100 만배이상의높은명암비 ), 빠른응답속도의화상을얻을수있다. 이것이야말로회화나장식에필수라할수있는색소, 안료와같은재료로전자소자화된유기소재의진면목이다. 유기재료가도체로서동작되는것이발견된이래실리콘반도체를대체할것이라는기대속에연구가계속되면서몇가지의난제로주춤하고있었으나, 최근에상용화가능성이보이면서또다시연구개발이활발하게이루어지고있다. 유기전자소자기술은제조방법이저가격화가가능하며플렉서블기판적용이가능한매력적인특징을가지고있다. 이러한특징은가까운시기에 OLED 기술이적용된밝고고해상도가실현된대면적의플렉서블평판디스플레이가실현가능할것으로기대된다. 또한유기메모리가내장된 RFID 태그, 도포형태로대면적의태양광 (OPV) 전지도가능하게될것이다. 유기전자소자기술은향후두루마리형태의디스플레이를비록하여우리주변의전자제품의형태를크게변화시킬것으로기대된다 년반도체 IC 발명이래전자소자는단지하나의솔루션 ( 解 ) 에의하여진화되고발전되 40

13 IT 기획시리즈 차세대반도체 3 어왔다. 이것에의하여압도적인정보처리능력과축적능력이가능하게되어사회활동과인간실생활이급속하게변하게되었다 년후반에는전자소자산업의규모가거대화되고, 최첨단기술은대량생산이약속되고리스크가없는사업만이살아남는형국이되었다. 이시점에서장래의전자소자의진화는 More than More 의형태가아니라전혀다른체계의기술적인해법이필요할것으로기대된다. 시장에서추구하는대면적화, 플렉서블화, 기능의다양화, 저가격화등에필요한기술들이개발될것이고, 그중에하나가유기전자소자기술이될것으로기대된다. < 참고문헌 > [1] Ilya Koltover et al., Material Matters, Vol.2, No.3(sigma-aldrich.com/japan) [2] T. Kraus, et. al., Nature Nanotech., 2, 570, [3] [4] I. McCulloch, et al., Nature Mater. 5, 328, [5] H. Yan, et al., Nature 457, 679, [6] C. W. Tang and S. A. VanSlyke, Organic electroluminescent diodes, Appl. Phys. Lett.51, 13, 1987 [7] [8] Sebastian Reineke, Frank Lindner, Gregor Schwartz, Nico Seidler, Karsten Walzer, Björn Lüssem & Karl Leo, White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency, Nature 459, 2009, pp [9] Y. Sadaoka, Y. Sakai, J. Chem. Soc. Faraday Trans II, 72, , [10] T. Furukawa, M. Date, M. Ohuchi, A. Chiba, J. Appl. Phys., 56, , [11] T. Furukawa, et al., IEEE Trans. Dielect. Electr. Insulation, 13, , [12] A. Facchetti, et al., Chem. Mater. 16, , [13] M. Kim, et al., IEEE Trans. Dielect. Electr. Insulation, 12, , [14] S. Tiwari, et al., Appl. Phys. Lett. 68, , [15] Z. C. Liu, et al., IEEE Trans. Nanotechnol., 5, , [16] H. E. Katz, X. M. Hong, A. Dodabalapur, R. Sarpeshkar, J. Appl. Phys., 91, , [17] M. Mushrush, et al., J. Am. Chem. Soc. 125, , [18] X. Y. Cai, C. P. Gerlac, C. D. Frisbie, J. Phys. Chem. C, 111, , [19] N. Yamauchi, Jpn. J. Appl. Phys. 25, , [20] K. N. N. Unni, et al., Appl. Phys. Lett. 85, , [21] R. C. G. Naber, et al., Nat. Mater. 4, ,

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유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구 - i - - ii - - iii - - iv - - v - - vi - 그림차례 - vii - - viii - - 1 - 5). - 2 - - 3 - 유기발광다이오드 ( 고분자또는저분자 ) 무기발광다이오드 (p-n junction LED) - + cathode ETL EML HTL HIL anode 발광 두께 : 100 ~ 200 nm 양극 ( 투명전극,