Integrated organic circuitry is demonstrated at 13.56 MHz and low operation voltage for low power radio-frequency identification (RFID) tags. In particular, a circuit consisting of (i) a rectifier based on a high-speed organic diode and a capacitor and (ii) an inverter made of complementary thin-film transistors are fabri-cated as the most basic but essential building block for RIFD tags. The high-speed organic diode is realized in a majority-carrier device configuration with C60 as n-type semiconductors, Al/WO3 as a rectifying contact, and Al/bathocuproine (BCP) as an Ohmic contact. With the optimized thickness of C60, a half-wave rectifier made of the vertical diode shows a very low voltage drop of approximately 0.1 V at 13.56 MHz. Complementary TFTs and inveter made thereof are based on pentacene and C60 as p-type and n-type semiconductors, respectively. To realize the low operation voltage, ultrathin polymer dielectric layers deposited by initiated chemical vapor deposition (iCVD) are explored as reliable, high quality dielectric layers. The TFTs using this iCVD-based polymer as gate dielectric layers are shown to operate successfully within a gate voltage of 3 V with a turn-on voltage of approximately 1 V in magnitude for both pentacene and C60 TFTs. Integration process is optimized in order to reduce the number of process steps while maintaining the performance of each device. For example, BCP/Al contact, commonly used for the organic light emitting diode (OLED) and organic solar cell, is studied whether it can be used also as a top electrode for a capacitor. With only a marginal loss of capacitance, BCP/Al top electrode is shown to provide the required functionality and still maintain the low leakage current. A single-stage half-wave rectifier and an inverter made of complementary TFTs, fully integrated on a glass substrate, exhibit ideal inverter characteristics operating at 2 V powered by the DC output of the rectifier which rectifies 13.56 MHz sinusoidal input signal of amplitude 2.5 V.
본 논문에서는13.56 MHz에서 동작하는 저전력 RFID 태그를 위한 유기전자회로의 기본소자를 개발하고 집적기술을 탐구해보고자 하였다. 이에 개별소자에 대한 연구로 얇은 두께의 C60를 사용함으로써 WO3 층의 플라즈마 처리나 자기조립단분자막 처리 없이 턴-온 전압을 줄인 유기다이오드를 제작해 13.56 MHz에서 정류회로를 구현할 수 있음을 확인하고, 매우 얇은 폴리머 절연체를 이용해 집적에 사용할 수 있는 캐패시터와 3 V 구동이 가능한 유기 상보성 반전기를 구현하였다. 이와 같은 소자들의 특성을 유지할 수 있으면서도 공정 수를 최소화 할 수 있도록 집적기술을 최적화하여, 결과적으로 다이오드의 C60 두께를 TFT에서 사용된 C60의 두께와 통일하고 C60 TFT의 S/D Contact과 다이오드의 오믹컨택, 캐패시터의 상부전극을 통일함으로써 총 세 단계의 공정 수를 줄일 수 있었다. 이렇게 유리기판 위에 집적된 유기전자회로가 2 V로 구동하는 유기 상보성 반전기에 13.56 MHz 신호를 정류해 안정적으로 전력을 공급해 동작함을 확인하였으므로, 향후 유기전자공학에 기반한 저가 RFID 태그를 제작할 수 있는 전자 기술 및 집적기술의 청사진을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
