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이중게이트 박막트랜지스터의 동작원리 및 응용

전문가 제언: ○ 평면형 트랜지스터는 수십 년 간 집적회로의 핵심이었다. 그러나 트랜지스터의 크기가 작아질수록 대기전력을 증가시키는 ‘꺼짐 상태‘ 누설전류가 문제가 된다. 다중게이트 트랜지스터는 복수의 게이트로 채널을 제어하여 ‘꺼짐 상태‘ 누설전류를 보다 효과적으로 제한하며, ’켜짐 상태‘ 전류를 증가시킨다. 또한 통상적인 평면 소자에 비해 소형화를 기할 수 있어 회로의 집적도를 높일 수 있다.

○ 다중게이트 소자는 CMOS 반도체회사들이 마이크로프로세서나 메모리셀의 소형화, 즉 무어의 법칙의 연장을 위해 전략적으로 개발해왔다. 삼성전자, AMD, 히타치, IBM, 인피니언, 인텔, 모토롤라, TSMC, 프리스케일, 버클리대 등이 다양한 형태의 다중게이트 소자 개발을 진행했다. 인텔은 2002년에 3중게이트 트랜지스터 개발계획을 공표한 이후 2012년 4월에 처음으로 3중게이트 트랜지스터가 적용된 3세대 코어프로세서 아이비브리지(Ivy Bridge)를 출시했다.

○ 본고에서는 특별히 다중게이트와 유기반도체의 장점을 결합한 이중게이트 유기박막트랜지스터(OTFT, organic thin film transistor)를 소개한다. 이중게이트 TFT는 표면전위의 작은 변화를 증폭하므로 생체감지 응용에 유용하다. OTFT의 가장 일반적인 형태는 기판에 게이트를 형성하고 그 위에 유기반도체 채널 및 드레인/소스 전극을 형성한 것으로 열성장에 의한 Si/SiO2 게이트 유전체를 가진 실리콘 TFT와 유사하다. OTFT는 저온 용액공정이나 직접인쇄 등을 이용하여 제작할 수 있어 저비용으로 대면적의 유연한 전자제품을 제작하는데 활용할 수 있다.

○ 국내의 개발 사례로 펜타센 유기반도체 박막을 사용한 저전압 구동 OTFT(2007년 연세대), 고리형 올레핀 고분자 절연층과 n-형 유기반도체를 이용한 상보적 유기 전자회로(2010년 포스텍), 그래핀을 이용한 투명 플렉시블 유기트랜지스터(2011년 포스텍, 성균관대), 유기 폴리머 유전체를 사용한 이중게이트 InGaZnO 박막트랜지스터(2009년 연세대 명재민 교수) 등이 있다. 생체감지와 같은 성장잠재력이 큰 응용분야를 겨냥하여 새로운 유기반도체 재료 및 이중게이트 TFT 구조의 탐구, 저비용 제조기술 개발이 보다 활성화되기를 기대한다.

저자: Mark-Jan Spijkman, Kris Myny, Edsger C. P. Smits, Paul Heremans, Paul W. M. Blom, Dago M. de Leeuw
자료유형: 학술정보