Low-voltage Pentacene Field-Effect Transistors Based on P(S-r-BCB-r-MMA) Gate Dielectrics

P(S-r-BCB-r-MMA) 게이트 절연체를 이용한 저전압 구동용 펜타센 유기박막트랜지스터

One of the key issues in the research of organic field-effect transistors (OFETs) is the low-voltage operation. To address this issue, we synthesized poly(styrene-r-benzocyclobutene-r-methyl methacrylate) (P(S-r-BCB-r-MMA)) as a thermally cross-linkable gate dielectrics. The P(S-r-BCB-r-MMA) showed high quality dielectric properties due to the negligible volume change during the cross-linking. The pentacene FETs based on the 34 nm-thick P(S-r-BCB-r-MMA) gate dielectrics operate below 5 V. The P(S-r-BCB-r-MMA) gate dielectrics yielded high device performance, i.e. a field-effect mobility of $0.25cm^2/Vs$, a threshold voltage of -2 V, an sub-threshold slope of 400 mV/decade, and an on/off current ratio of ${\sim}10^5$. The thermally cross-linkable P(S-r-BCB-r-MMA) will provide an attractive candidate for solution-processable gate dielectrics for low-voltage OFETs.

유기박막트랜지스터 개발의 중요한 이슈 중 하나는 용액 공정이 가능한 저전압구동용 고분자 게이트 절연체의 개발이다. 따라서 본 연구에서는 고성능의 저전압구동이 가능한 유기박막트랜지스터를 위한 우수한 성능의 고분자 게이트 절연체 재료인 poly(styrene-r-benzocyclobutene-r-methyl methacrylate) (P(S-r-BCB-r-MMA))을 합성하였다. P(S-r-BCB-r-MMA)는 경화과정에서 부피의 변화가 거의 없기 때문에 우수한 절연특성을 가지는 매우 얇은 고분자 절연체를 제조할 수 있으며, 이는 주파수에 따른 전기용량 변화를 통해 확인할 수 있다. 펜타센 유기반도체를 기반으로 한 유기박막트랜지스터 소자를 제작하였을 경우 전계효과이동도 $0.25cm^2/Vs$, 문턱전압 -2 V, 점멸비 ${\sim}10^5$, 그리고 sub-threshold swing 400 mV/decade로 우수한 성능을 보인다. 본 연구에서 새롭게 소개된 P(S-r-BCB-r-MMA)는 유연 디스플레이와 같은 미래형 전자소자의 구현을 위한 게이트 절연체 소재로서 하나의 가능성을 제공할 것이다.