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Synthesis of ultrathin polymer dielectric layers via initiated chemical vapor deposition (iCVD) and their application to organic electronic devices = 개시제를 이용한 화학 기상 증착법을 통한 고분자 절연 박막의 합성 및 유기전자소자 개발에의 응용
서명 / 저자 Synthesis of ultrathin polymer dielectric layers via initiated chemical vapor deposition (iCVD) and their application to organic electronic devices = 개시제를 이용한 화학 기상 증착법을 통한 고분자 절연 박막의 합성 및 유기전자소자 개발에의 응용 / Hyejeong Seong.
저자명 Seong, Hyejeong ; 성혜정
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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Dielectric layer is an essential component enabling reliable operation of many electronic devices including thin film transistors (TFTs), flash memories, and capacitors in modern electronic systems. With the emergence of next-generation electronics relying on the mechanical flexibility of materials involved, the new generation of electronic devices requires insulators to work with unconventional substrates and newly emerging semiconductor materials, and polymeric layers are being intensively investigated as new dielectric layers. However, only with few exceptions, the insulating property of the polymer films and device-to-device uniformity degrade abruptly as the polymer becomes thinner. To address this issue, a vapor-phase process, initiated chemical vapor deposition (iCVD), was adopted to develop ultrathin polymer insulators. Inherited from conventional CVD processes, iCVD has a good scalability and compatibility with other high-throughput production processes. Also, the solvent-free nature and low substrate temperature of the iCVD process enables non-destructive deposition onto underlying layers and substrates, which are thermally/chemically sensitive. Furthermore, since the iCVD reactor is compatible with conventional vacuum deposition system for oxides, hybrid-type inorganic-organic bilayer dielectric layer could be also fabricated by combining the iCVD process and atomic layer deposition (ALD) process in a one chamber. In this thesis, four kinds of ultrathin iCVD polymer dielectric layers (poly(1,3,5-trimethyl-1,3,5-trivinyl cyclotrisiloxane) (pV3D3), poly(ethylene glycol dimethacrylate) (pEGDMA), poly(isobornyl acrylate) (pIBA), poly(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyl acrylate) (pPFDA)). Not only the polymers, hybrid-type dielectric layer was also developed, by designing new vacuum reactor for continuously depositing ALD and iCVD layer in a one chamber. All dielectric layers developed in this thesis could be utilized as dielectric layers for low-voltage operating, flexible organic TFTs (OTFTs). Together with the wide range of material choice, tunability and scalability of the iCVD process, its aforementioned benefits may open up a new pathway towards fabrication of low-power, high-performance soft electronic devices based on unconventional materials and form factors.

미래형 전자기기는 보다 가볍고, 휴대성이 높으면서도 초저전력 구동이 가능한 형태로 개발될 필요가 있다. 이를 위해서는 보다 가볍고 유연하면서도, 기존 실리콘 기반의 전자소자에 사용되던 재료와 동일한 전기적 특성을 가지는 고유연성 신소재가 개발되어야 한다. 이 중에서도 게이트 절연막은 트랜지스터, 메모리를 비롯한 단위소자의 성능과 전력 소모에 직접적으로 영향을 주는 핵심 재료로서 오랜 기간 개발이 이루어져 왔다. 특히 유연성 절연소재로서 고분자 재료는 우수한 유연성 및 투명도, 낮은 공정 온도 등의 장점으로 인해 많은 관심을 받아왔다. 그러나 50nm 이하의 두께에서 절연특성이 현저히 저하되는 문제 및 대면적 공정 시 높은 수율 확보 의 어려움 등으로 인해, 상용 제품 적용에 걸림돌이 되고 있다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위하여 개시제를 이용한 화학 기상 증착법 (initiated chemical vapor deposition, 이하 iCVD)을 활용하여 기존의 고분자 절연막과는 차별화된 성능을 가진 우수한 고분자 절연막을 개발하였다. iCVD 공정은 자유 라디칼 중합을 기반으로 하여 고분자를 저진공 상태의 반응기에서 박막 형태로 합성하는 공정으로, 공정 시 반응 부산물이 생성되지 않으면서도 별도의 용매나 가교제가 투입되지 않기 때문에 높은 순도의 고분자 박막을 얻을 수 있다는 장점을 가진다. 또한 원자층 증착법 (atomic layer deposition, 이하 ALD)과 같은 산화막 증착 공정과 유사한 반응기 구조를 가지고 있기 때문에, 유-무기 복합막 증착을 위한 단일 반응기로의 확장도 가능하다. 본 논문에서는 iCVD 공정을 활용하여 50 nm 이하의 두께에서도 우수한 절연 특성을 보유한 고분자 박막 4 종 (poly(1,3,5-trimethyl-1,3,5-trivinyl cyclotrisiloxane) (pV3D3), poly(ethylene glycol dimethacrylate) (pEGDMA), poly(isobornyl acrylate) (pIBA), poly(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyl acrylate) (pPFDA)) 를 개발하고, 이를 다양한 형태의 유기전자소자를 개발하는 데 실제로 활용하였다. 또한 iCVD 공정과 ALD 공정을 하나의 반응기에서 진행할 수 있는 새로운 반응기를 개발하고, 이를 통하여 유-무기 적층 구조의 복합 절연막을 제작할 수 있음을 보였다. 이러한 연구를 통하여, 본 논문에서는iCVD 공정을 통하여 기존과는 차별화된 물성을 가지는 고분자 박막을 증착할 수 있다는 것을 증명하는 데 성공하였다. iCVD 공정은 향후 다양한 형태의 미래형 전자기기를 개발하는 데 활용성이 매우 높을 것으로 기대된다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 16044
형태사항 xiii, 116 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 성혜정
지도교수의 영문표기 : Sung Gap Im
지도교수의 한글표기 : 임성갑
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 Including references
주제 dielectric layer
polymer thin films
initiated chemical vapor deposition (iCVD)
atomic layer deposition (ALD)
organic thin film transistors (OTFT)
flexible electronics
절연막
고분자 박막
개시제를 이용한 화학 기상 증착법
원자층 증착법
유기박막트랜지스터
유연 전자 소자
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