일본 일렉트로플레이팅엔지니어스, 도쿄대학과 공동으로 세계 최초 p형n형 유기 반도체 결정상에 도금법으로 콘택트 전극을 일괄 형성할 수 있는 기술 개발 성공
- 세계 최고 레벨의 저접촉 저항 전극과 고이동도를 달성하는 고성능 유기 트랜지스터의 대기 중 형성이 가능
본 기술에서는 은나노 입자를 촉매로 도입하는 무전해 금도금 프로세스를 유기 반도체상에 이용하기 때문에 대규모 장치를 필요로 하는 진공 환경을 사용하지 않고 대기 중에서 톱 콘택트형 OFET(그림1)（※2）의 콘택트 전극을 형성할 수가 있다. 또 같은 대기 중 콘택트 형성법인 금속 잉크와는 달리 유기 반도체의 손상이 적어 고이동도（※3）유기 반도체의 성능을 떨어뜨리지 않고 고성능 OFET 형성을 실현한다. 또한, 최근의 고성능 n형 반도체 재료가 등장함으로써 개발이 가속되고 있는 p형n형 OFET 혼재형 회로에 대해 동시에 콘택트 전극을 형성할 수 있기 때문에 보다 고도의 유기 전자 디바이스를 저비용으로 형성할 수가 있다.
본 기술에 의한 콘택트 전극의 접촉 저항은 p형 유기 반도체상에서 0.1kΩcm 이상을 달성하여 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 본 기술을 조합함으로써 세계 최고 레벨의 저접촉 저항 전극과 고이동도를 자랑하는 고성능 OFET의 대기 중 형성이 실현되었다(그림2). 이 결과는 고속 구동이 가능한 유기 전자 디바이스를 대기 중에서 형성할 수 있다는 것을 의미하고 있으며, 인쇄전자（※4）에 의한 고성능 전자 디바이스의 제작을 실현한다.
본 기술은 유기 반도체 결정상에 은나노 입자를 함유한 도금용 은 촉매 용액을 도포한 후, 그 기판을 무전해 금 도금액에 침지시킴으로써 금 코팅을 하여 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(그림 3).
EEJA는 3월11일(수)부터 14일(토)의 4일간 도카이대학 쇼난 캠퍼스(카나가와현 히라츠카시)에서 열리는 ‘제62회 응용물리학회 춘계 학술 강연회’에서 본 기술에 관한 연구 성과를 발표한다.
기술 배경
OFET는 유기 반도체를 사용한 트랜지스터이며, ‘저온 형성 가능’, ‘경량’, ‘플렉시블’과 같은 유기 재료 고유의 특징을 가지고 있다. 최근 유기 반도체 재료의 고성능화가 급속하게 진행되어 종래 유기 반도체의 한계 이동도라고 여겨지던 수치를 2자리 이상 웃도는 재료가 개발되었다. 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 개발하였다. EEJA는 유기 반도체 결정상에 안정적으로 전극을 형성할 수 있도록 신규 무전해 도금 촉매용 금나노 입자를 개발하였다. 이 기술에 의해 형성된 콘택트 전극의 접촉 저항은 0.7kΩcm로 대기 중에서 형성된 콘택트 전극으로서는 경이적으로 낮은 접촉 저항을 달성하였다. 또 다케야 교수의 연구 그룹은 결정 방위가 같은 대면적 유기 반도체 박막을 대기 중에서 단시간에 형성할 수 있는 도포형 유기 반도체를 개발하였고 반도체로서의 성능을 좌우하는 이동도는 종래의 유기 반도체를 훨씬 웃도는 10cm2/Vs 이상을 달성하였다.
OFET의 새로운 응용 디바이스 개발에 공헌 향후 예정
OFET는 ‘프린터블’, ‘경량’, ‘플렉시블’과 같은 특징을 가지기 때문에 플렉시블 디스플레이나 디스포저블 RFID(무선 자동 식별) 태그 등으로의 디바이스 개발이 기대되고 있습니다. 현재 개발이 진행되고 있는 디바이스는 p형 유기 반도체만을 사용한 것이 주류이지만, 향후 고도의 회로가 필요한 드라이버 IC도 휘어지는 올 플렉시블 디스플레이나 웨어러블 컴퓨터 등의 개발에는 p형n형 OFET 혼재 회로가 필수이고 양쪽의 OFET를 고속으로 동작시킬 필요가 있다. 이번의 공동 개발 기술은 유기 전자 디바이스의 기술 혁신에 공헌하는 것이며, EEJA는 앞으로도 유기 전자 디바이스의 실용화를 위한 과제 검토를 계속해 나갈 것이다.
(*1) p형 유기 반도체n형 유기 반도체
유기 화합물을 결정 방위가 같은 상태로 결정화시킴으로써 반도체로서의 특성을 얻는다. 플러스 전하를 주입시킴으로써 전기를 흐르게 하는 것을 p(positive)형, 마이너스 전하를 주입시킴으로써 전기를 흐르게 하는 것을 n(negative)형 유기 반도체라고 한다. p형n형에 따라 전하를 주입하기 쉬운 금속의 종류가 다르다.
(*2) 톱 콘택트형 OFET
콘택트 전극이 반도체 결정상에 위치하는 유기 트랜지스터. 그 구조상 다른 구조를 가지는 OFET에 비해 고속 구동이 가능. 그러나 유기 반도체 결정을 형성한 후부터 전극을 형성하기 때문에 유기 반도체에 손상을 주기 쉽고 콘택트 전극 형성이 어려운 것으로 알려져 있다.
(*3) 이동도
반도체 안의 전하가 얼마나 이동하기 쉬운가를 나타내는 양. 복잡한 처리를 하는 전자 디바이스에는 보다 높은 이동도가 필요하다. 수년 전까지 유기 반도체의 이동도는 0.1cm2/Vs 정도가 일반적이었지만, 최근에는 이동도 10cm2/Vs가 넘는 재료가 개발되었다.
(*4) 인쇄전자
인쇄 등의 기술을 활용해서 대기 중에서 기판에 전자 회로나 디바이스 등을 형성하는 기술.
일본 일렉트로 플레이팅 엔지니어스 주식회사
약칭: EEJA (Electroplating Engineers of Japan Ltd.)
본사: 카나가와현 히라츠카시 신마치 5-50
대표: 대표이사 사장 타나카 코이치로
설립: 1965년
자본금: 1억 엔
종업원 수: 94명(2013년도)
매출액: 233억 6000만 엔(2013년도)
사업내용:
1. 엔손(Enthone) 그룹과의 기술 제휴에 의한 셀렉스(SEL-REX) 귀금속·비금속 도금액, 첨가제 및 표면처리 관련 약품 개발, 제조, 판매, 수출업
2. 도금장치 개발, 제조, 판매, 수출업
3. 그 밖의 도금 관련 제품 수입, 판매
웹사이트: http://www.eeja.com/
TANAKA 홀딩스 주식회사(다나까 귀금속 그룹의 지주 회사)
본사: 도쿄도 치요다구 마루노우치 2-7-3 도쿄 빌딩 22층
대표: 사장 겸 최고경영자 타나에 아키라
창업: 1885년
설립: 1918년
자본금: 5억 엔
그룹 연결 종업원 수: 3,562명(2013년도)
그룹 연결 매출액: 9,676억 엔(2013년도)
그룹의 주요 사업 내용:
귀금속(백금, 금, 은 및 기타) 및 각종 공업용 귀금속 제품의 제조, 판매, 수출입 및 귀금속 회수 및 정제. 홈페이지 주소: http://www.tanaka.co.jp(그룹), http://pro.tanaka.co.jp/kr (공업용제품)
웹사이트: http://www.tanaka.co.jp
연락처
Tanaka Kikinzoku International K.K. (TKI)
CS Center
이메일 보내기
