마이크로 및 나노 스케일의 요철 채널 구조를 갖는 고속 유기 전기화학 트랜지스터 및 그의 제조방법
HIGH-SPEED ORGANIC ELECTROCHEMICAL TRANSISTOR WITH MICRO AND NANOSCALE CONCAVEO-CONVEX CHANNEL STRUCTURE AND METHOD OF FABRICATING SAME
특허 요약
본 발명은 마이크로 및 나노 스케일의 요철 채널 구조를 갖는 유기 전기화학 트랜지스터 및 그의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 유기 전기화학 트랜지스터는 기판; 상기 기판의 일 부분 상에 형성된 소스 전극; 상기 기판의 타 부분 상에 형성된 드레인 전극; 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이에 형성되고, 기공 및 전도성 물질을 포함하는 전도성 채널; 상기 전도성 채널과 접촉하도록 형성된 전해질; 및 상기 전해질과 전기적으로 연결된 게이트 전극;을 포함하고, 상기 전도성 채널이 요철 채널 구조를 가지며, 3차원 채널 구조 패터닝을 통해 채널 부피 대 표면적 비율을 높여 이온의 이동 거리를 줄여 우수한 트랜스 컨덕턴스 및 동작 속도를 갖는 효과가 있다.
청구항
번호청구항
1

기판(100);상기 기판(100)의 일 부분 상에 형성된 소스 전극(200);상기 기판(100)의 타 부분 상에 형성된 드레인 전극(300);상기 소스 전극(200)과 상기 드레인 전극(300)의 사이에 형성되고, 기공(410)및 전도성 물질(420)을 포함하는 전도성 채널(400);상기 전도성 채널(400)과 접촉하도록 형성된 전해질(500); 및상기 전해질(500)과 전기적으로 연결된 게이트 전극(600); 을포함하는 유기 전기화학 트랜지스터(Organic Electrochemical Transistor, OECT, 10).

2

제1항에 있어서,상기 전해질(500)이 상기 기공(410)에 위치하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

3

제1항에 있어서,상기 전도성 채널(400)이 상기 기판(100)의 면 방향에 대하여 수직방향으로 형성된 복수개의 상기 기공(410)을 갖고, 상기 기공(410)이 서로 평행하게 정렬된 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

4

제1항에 있어서,상기 기판(100)의 면 방향과 수직한 방향으로 바라볼 때, 상기 기공(410)의 직경(size)이 100 내지 10,000 nm 인 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

5

제1항에 있어서,상기 전도성 채널(400)의 두께가 30 내지 5,000 nm 인 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

6

제1항에 있어서,상기 전도성 채널(400)의 전도성 물질(420)의 부피(V) 대한 표면적(S)의 비율(S/V)을 제어하여 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 응답속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

7

제1항에 있어서,상기 기공(410)이 상기 기판(100)에 접촉하거나 접촉하지 않은 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

8

제1항에 있어서,상기 유기 전기화학 트랜지스터가 복수개의 지지체(710)를 포함하는 지지부(700)를 추가로 포함하고,상기 지지체(710)가 상기 기판(100)의 일부분과 상기 전도성 채널(400)의 일부분 사이에 위치하여 상기 전도성 채널(400)을 지지하고,상기 기판(100)과 상기 전도성 채널(400) 사이에 공간(800)을 형성하고, 상기 공간(800)에 상기 전해질(500)이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

9

제1항에 있어서,상기 유기 전기화학 트랜지스터(10)가 절연체를 포함하는 하우징(900)을 추가로 포함하고,상기 하우징(900)이 상기 기판(100) 상에 위치하고, 격벽(910) 및 상기 격벽(910)에 둘러싸인 내부 공간(920)을 포함하고,상기 내부 공간(920)에 전도성 채널(400) 및 전해질(500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

10

제1항에 있어서,상기 전도성 채널(400)이 3차원 격자 구조(3-dimensional grating structure) 또는 요철(concave-convex) 구조의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

11

제1항에 있어서,상기 기공(410)이 원 기둥, 타원 기둥, 다각 기둥, 나노로드, 마이크로로드, 다각뿔, 사다리꼴, 반구 및 그들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

12

제1항에 있어서,상기 기판(100)이 파릴렌(parylene), 실리콘(Si), 실리콘/실리콘디옥시드(Si/SiO2), 실리콘/실리콘나이트라이드(Si/SiNX), 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르술폰(polyethersulphone, PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 및 폴리에테르 이미드(polyetherimide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

13

제1항에 있어서,상기 소스 전극(200), 드레인 전극(300) 및 게이트 전극(600)이 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn, ITO, Mxene 및 PEDOT:PSS 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

14

제1항에 있어서,상기 전도성 물질(420)이 폴리 (3,4- 에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT : PSS), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylene vinylene), 폴리 (3,4-에틸렌디옥시티오펜):토실레이트(PEDOT:TOS), 폴리(6-(티오펜-3-일)헥산-1-설포네이트) 테트라부틸암모늄(PTHS), 폴리(4-(2,3-디하이드로티에노[3,4-b][1,4]다이옥신-2-일-메톡시)-1-부탄설폰산)(PEDOT-S), 폴리(2-(3,3´비스(2-(2-(2-메톡시 에톡시)에톡시)에톡시)-[2,2´비티오펜]-5-일)티에노[3,2-B]티오펜)(p(g2T-TT)) 및 폴리((에톡시)에틸 2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)아세테이트)-나프탈렌-1,4,5,8-테트라카복실-디이미드-코-3,3´비스(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에톡시)-(비티오펜))(p(gNDI-g2T))로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

15

제1항에 있어서,상기 전해질(500)이 Na+, K+, Ca2+, Li+, Rb+, Mg2+, Cl-, F-, Br- 및 I-로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 수용액; 체액(땀, 눈물, 침, 뇌 척수액 등); 해수; 하이드로젤; 및 이온성액체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터.

16

(a) 기판(100)의 일 부분 및 타 부분 상에 각각 소스 전극(200) 및 드레인 전극(300)을 형성하는 단계;(b) 상기 소스 전극(200)과 상기 드레인 전극(300)의 사이에 위치하고, 기공(410) 및 전도성 물질(420)을 포함하는 전도성 채널(400)을 형성하는 단계; (c) 상기 전도성 채널(400)과 접촉하도록 전해질(500)을 형성하는 단계; 및(d) 상기 전해질(500)을 전기적으로 연결하는 게이트 전극(600)을 형성하는 단계; 를포함하는 유기 전기화학 트랜지스터의 제조방법.

17

제16항에 있어서,단계(b)가(b-1) 상기 소스 전극(200), 드레인 전극(300) 및 기판(100) 상에 절연층을 증착하는 단계;(b-2) 상기 소스 전극(200), 드레인 전극(300) 및 상기 소스 전극(200) 과 드레인 전극(300) 사이의 기판(100)이 노출되도록 절연층을 식각하는 단계;(b-3) 상기 노출된 소스 전극(200), 드레인 전극(300) 및 기판(100) 상에 전도성 물질(420)층을 형성하는 단계; 및(b-4) 상기 전도성 물질(420)층을 부분적으로 에칭하여 기공(410)을 포함하는 전도성 채널(400)을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터의 제조방법.

18

제17항에 있어서,상기 단계(b-1)의 증착이 화학기상증착, 열증착, 스퍼터링, 전자빔 기상 증착, APCVD (Atmospheric pressure chemical vapor deposition), LPCVD (low pressure chemical vapor deposition), ALD (Atomic layer deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor depositon), 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 및 노즐 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터의 제조방법.

19

제17항에 있어서,상기 단계(b-3)의 전도성 물질(420)층의 형성이 스핀코팅, 바코팅, 스프레이 코팅, 딥코팅, 슬랏캐스팅, 닥터블레이드 코팅, 에어로졸젯 프린팅, 스크린 프린팅, 롤투롤 프린팅, 잉크젯 프린팅 및 노즐 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터의 제조방법.

20

제17항에 있어서,상기 단계(b-4)의 전도성 물질(420)층의 부분적 패터닝이 포토 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 이온빔 리소그래피 및 엑스레이 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 기계적 커팅, 레이저 리소그래피 및 자가조립으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 전기화학 트랜지스터의 제조방법.