유연(Flexible) 디스플레이용 트렌지스터 신뢰성 메카니즘 규명
유연(Flexible) 디스플레이용 트렌지스터 신뢰성 메카니즘 규명
  • 함예솔
  • 승인 2021.04.20 09:03
  • 조회수 795
  • 댓글 0
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유연 OLED 디스플레이는 얇고 가벼워 휴대성이 뛰어나고 임의의 형태로 패널 구현이 가능해 차세대 디스플레이로 주목받고 있습니다. 유연 디스플레이 제작 시 기판은 높은 온도에서 공정이 가능하게끔 유리전이온도가 높고 열팽창계수가 작은 폴리이미드(PI)를 많이 사용하고 있습니다. 

 

하지만 최근 폴리이미드 기판에 제작된 트렌지스터 특성저하로 인하여 양산에 어려움을 격고 있습니다. OLED 디스플레이는 트랜지스터에 흐르는 전류의 양으로 디스플레이의 밝기를 제어해야 하는데 트랜지스터의 불안정성으로 인하여 디스플레이의 수율 향상에 어려움을 격고 있습니다.

 

이에 성균관대 전자전기공학부 최병덕 교수 연구팀(제1저자 반도체 디스플레이 김효중 박사과정)은 삼성디스플레이 박종우 전무와 공동연구를 통해, 유연 기판에서 제작된 트랜지스터의 신뢰성 메카니즘을 규명하여 유연 디스플레이의 고질적인 문제를 극복했습니다. 

유연기판 위의 트렌지스터. 출처: 성균관대학교
유연기판 위의 트렌지스터. 출처: 성균관대학교

우선 실제 유리 기판과 유연 기판에서 제작된 트랜지스터에 전기적인 스트레스를 동일하게 인가해 유연 기판에서 제작된 트랜지스터에서 문턱전압 특이 거동이 발생되는 것을 확인했습니다. 또한 이러한 비정상적인 문턱전압의 이동은 디스플레이에서 잔상을 유발시킬 수 있다는 것을 입증했습니다.

(a) Polyimide 충전 현상의 개략도 (b) 전기적 스트레스 이후의 기판에 따른 트랜지스터의 문턱 전압의 변화 (유리 기판 (-●-), Polyimide 기판 (-▲-)). 출처: 성균관대학교
(a) Polyimide 충전 현상의 개략도 (b) 전기적 스트레스 이후의 기판에 따른 트랜지스터의 문턱 전압의 변화 (유리 기판 (-●-), Polyimide 기판 (-▲-)). 출처: 성균관대학교

연구팀은 샘플 캐패시터를 제작하고 스트레스 전후 캐패시턴스–전압 분석 방법을 사용해 유연기판과 실리콘산화막 사이의 계면에서 극성이 유도됨을 확인했습니다. 실제 스트레스 전후 유기막과 무기막 계면에서의 축적된 전하를 추출해 시물레이션을 통해 실제 트랜지스터 문턱전압의 비정상인 이동을 유발시키는 원인이 될 수 있다는 것을 검증했습니다.

유연기판 위의 트렌지스터 특성. 출처: 성균관대학교
유연기판 위의 트렌지스터 특성. 출처: 성균관대학교

나아가 연구팀은 물리적 분석 방법을 통해 유연기판의 충전 현상에 관한 원인이 전기적 스트레스 이후 유연기판에서 기인된 플루오린 이온 때문인 것을 밝혔습니다.   

최병덕 교수. 출처: 성균관대학교
최병덕 교수. 출처: 성균관대학교

 

최병덕 교수는 "유연 기판에서 제작된 트랜지스터의 비이상적인 문턱전압 거동에 대한 원인을 규명한 것으로, 향후 유연기판 기반으로 제작된 유연 소자의 안정성을 획기적으로 개선하는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다"고 밝혔습니다.

 

 

 


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