Transition metal dichalcogenides (TMDCs) semiconductor is one of the two-dimensional materials, and typically there is molybdenum disulfide ($MoS_2$). In case of MoS2, unlike graphene, it has outstanding semiconducting characteristics due to large bandgap such as high on-off ratio. Besides, it exhibit advantageous properties such as excellent flexibility and high transparency required for channel materials of next generation display, because of their atomically thin nature. Therefore, TMDCs semiconductor is one of the prominent candidates to replace amorphous silicon for organic light emitting diode (OLED) display backplanes.
Recently, there are many research about thin film transistor (TFT) based on TMDCs channel material. However, the TFTs based on TMDCs have some problems to be solved compared to the silicon-based TFTs such like doping technique, high source/drain contact resistance and mobility degradation by scattering mechanism. Especially, in order to reduce mobility degradation by charged impurity scattering, there are many study using high-k dielectric materials. However, this high-k dielectric materials suffer from optical-phonon scattering in room temperature. In this study, high mobility flexible $MoS_2$ TFT is demonstrated through gate stack engineering. This $MoS_2$ TFT show high electron mobility and high on-off ratio due to effectively suppression of scattering. Furthermore, active-matrix OLED driving circuit is integrated on $MoS_2$ TFT device. So, we confirm that $MoS_2$ is applicable to the flexible OLED display backplanes.
전이금속 칼코겐화합물은 2차원 물질 중 하나로 대표적으로 이황화 몰리브덴이 있다. 이황화 몰리브덴의 경우, 그래핀과 다르게 큰 밴드갭을 가지며 그로 인해 높은 점멸비 등 반도체로의 우수한 특성을 지닌다. 이러한 2차원 물질들은 얇은 원자층 두께를 지니고 있기 때문에 차세대 디스플레이 채널 소재 적용으로 필요한 우수한 유연 특성과 높은 투명도 등에서 유리한 특성을 나타낸다. 따라서 최근, 활발한 연구가 진행중인 유기 발광 다이오드 분야에서 기존에 사용하던 비정질 실리콘의 낮은 이동도를 대체할 물질로 산화물 반도체, 다결정 실리콘 등과 같이 전이금속 칼코겐화합물이 후보로 꼽히고 있다.
활발한 연구를 통해서 많은 연구 그룹에서 다양한 전이금속 칼코겐화합물을 이용한 트랜지스터 연구 성과를 보여주고 있다. 하지만 이러한 2차원 물질을 이용한 트랜지스터의 경우 실리콘 기반 트랜지스터에 비해 많은 부분에서 해결해야할 문제들이 있다. 대표적으로 도핑, 소스/드레인 컨택저항, 캐리어 산란에 의한 이동도 감소 등의 문제가 있다. 특히, 산란에 의한 이동도 손해를 줄이기 위해서 많은 연구그룹에서 높은 유전상수를 가지는 절연막을 사용하여 불순물 산란 효과를 낮추는 결과를 보여주었다. 하지만 이러한 방법은 오히려 포논 산란을 더욱 활발하게 일으켜 실제 동작 온도인 상온에서는 그 효과를 보기어렵다. 본 논문에서는 이황화 몰리브덴을 채널소재로 활용한 유연 박막 트랜지스터의 게이트 스택 엔지니어링을 통해 산란으로 인한 이동도 감소효과를 줄이고 채널과 절연막의 계면특성을 개선하여 높은 이동도를 가지는 유연 박막 트랜지스터를 제작하였다. 더 나아가, 이러한 연구를 바탕으로 능동형 구동 유기 발광 다이오드를 직접 동작시킴으로서 유연 디스플레이분야에 적용 가능성을 확인하였다.
