Stretchable electronics, which is considered to next-generation form factor, attract a lot of interest and it is applied to various research fields. Currently, high-performance stretchable TFTs based on oxide semiconductors are developed. In previous studies, oxide TFTs, which are too brittle to maintain performance under strain, is fabricated on a rigid platform designed for strain relief, such as rigid island substrate and rigid platform embedded substrate. Although strain relief substrates using rigid platform were utilized for many applications, high process complexity due to vulnerable substrate platform, poor adhesion between elastomers and rigid platform, low bendability due to the rigid platform, and bulky design are still problems. Here, the modulus graded multi-stacks rigid island substrated is designed by iCVD process. By using iCVD process, modulus graded rigid platform can be fabricated in a thin manner achieving high bendability and low bulkiness. Also, synthesized polymer film, pGAA2, which is located at the top of the modulus graded rigid platform, exhibits thermal and chemical stability, and is suitable for carrying out a harsh process. Developed modulus graded rigid island substrate is applied to fabricate stretchable oxide TFTs. Directly deposited a-IGZO based TFTs show high performance ($I_{on}/I_{off} > 10^{7}, μ_{sat}>15 [cm^{2}/Ns], V_{th} ~ 0V), and maintain functionality even under the 20% of elongation, 2.5R of bending. The substrate platform developed through this research is expected to be applied to various stretchable devices in the future.
신축성 디바이스는 플렉시블 및 롤러블 디바이스에 이어 차세대 폼팩터로 여겨지며, 다양한 연구 분야에 적용되고 있다. 최근, 연신 능력과 디바이스의 고성능화를 동시에 달성하기 위해, 산화물 반도체 기반의 TFT를 연성 기판에 도입하는 방법이 연구되었다. 대부분의 선행 연구에서 리지드 플랫폼을 도입하여 변형률 억제가 설계된 기판 디자인을 도입하였는데, 취약한 기판 플랫폼으로 인한 높은 공정 복잡성, 엘라스토머와 리지드 플랫폼 간의 낮은 접착력, 리지드 플랫폼으로 인한 낮은 굽힘성의 문제를 노출했다. 본 학위 논문에서는 기상 중합 방법을 활용하여 물성이 다른 필름을 적층한 리지드 플랫폼을 개발하였고, 이를 연성 기판에 적용하여 신축성 디바이스에 활용 가능한 리지드 아일랜드 기판 플랫폼을 제작하였다. 기상 증착 공정을 사용하여 설계된 기판 플랫폼은 열 및 화학적 안정성을 보여, 디바이스 공정의 기판으로 사용되기 적합하며, 리지드 플랫폼과 엘라스토머 사이의 높은 접착력 및 훌륭한 굽힘 특성을 보였다. 개발된 리지드 아일랜드 기판 플랫폼을 a-IGZO 기반의 신축성 TFT 제작에 적용하였을 때, 디바이스는 유리 기판에서 제작된 것과 동일한 성능을 보였으며, 20% 신장 및 2.5R 굽힘 변형에서도 성능의 변화 없이 안정적으로 동작하였다. 이번 연구를 통해 개발 된 기판 플랫폼은 향후 다양한 신축성 소자에 적용될 것으로 기대된다.
