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KR101386908B1 - 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막 조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR101386908B1
KR101386908B1 KR1020120091817A KR20120091817A KR101386908B1 KR 101386908 B1 KR101386908 B1 KR 101386908B1 KR 1020120091817 A KR1020120091817 A KR 1020120091817A KR 20120091817 A KR20120091817 A KR 20120091817A KR 101386908 B1 KR101386908 B1 KR 101386908B1
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KR
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acrylate
methacrylate
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김홍두
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따라 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 화합물에 의해 개질된 금속 전구체를 포함하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막은 우수한 유전상수 및 주파수 특성과 적은 누설전류를 갖는다.

Description

유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막 조성물 및 그의 제조방법 {A composition for organic thin-film transistor gate insulators and a method for making the same}
본 발명은 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, (메타)아크릴레이트기를 포함하는 화합물에 의해 개질된 금속 전구체를 포함함으로써 유전상수 및 주파수 특성이 우수하고 누설전류가 적은 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막이 수득되도록 하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
차세대 디스플레이로 거론되고 있는 플렉서블 디스플레이의 가장 큰 기술적 장애가 있는 TFT 어레이(array)는 일반적으로 실리콘을 기본 재료로 하여 만들어진다. 그러나 실리콘 반도체 재료는 가볍고, 구부리고, 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이를 만들기에는 만족스럽지 못한 재질이기 때문에 실리콘이 아닌 다른 유기물 재질의 반도체를 새로 개발할 필요성이 제기되어 왔다. 이에 제작 공정이 간단하고 비용이 저렴하며 충격에 의해 깨지지 않고 구부리거나 접을 수 있는 유기박막 트랜지스터(OTFT)는 낮은 공정비용과 플렉서블 디스플레이(Flexible Display), 전자종이 등의 매우 넓은 활용범위로 현재 가장 각광받고 있는 연구 분야 중 하나이다. 유기박막 트랜지스터가 제대로 작동하기 위해서는 좋은 유기반도체의 개발도 필요하지만, 이와 함께 유기반도체와 접합이 잘 이루어지면서 유기반도체의 특성을 효과적으로 발현할 수 있는 게이트 절연막의 개발이 필수적이다.
유기박막 트랜지스터의 게이트 절연막으로는 무기질 기반의 게이트 절연막과 유기 고분자를 이용하는 방법으로 크게 대별될 수 있다.
무기질 기반의 게이트 절연막은 우수한 유전상수를 보이는 반면, 상대적으로 큰 누설전류(leakage current)를 보여주고 있고, 고온의 후처리 공정이 필요한 경우가 많다. 또한, 일반적으로 Si과 같은 기판에서 고온처리에 의해 만들어지는 무기 산화물이 사용되기 때문에, 기판이 유연한 고분자 재료 등에는 사용될 수 없는 한계를 갖는다.
반면, 유기 고분자를 이용한 게이트 절연막은 유기 고분자의 점성에 의해 기판에 잘 코팅되고 낮은 누설 전류를 가지며, 유기 반도체와의 접합이나 기판이 유연한 고분자 재료 등에 쉽게 적용될 수 있으며 유기 반도체와 접합 전압이 비교적 낮아 안정적인 소자 구성이 용이한 장점을 갖는다. 그러나, 유기 물질의 상대적으로 낮은 유전상수는 유기박막 트랜지스터의 구동 전압을 올리는 문제점을 갖는다.
따라서, 유기 절연막과 무기 절연막의 장점을 고루 갖추고 있으면서 유기박막 트랜지스터의 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 유기-무기 복합형 절연막에 대한 연구가 이루어지고 있다.
예컨대, 유기 절연막으로 사용되는 고분자에, 예를 들어, 유기 고분자보다 유전상수가 큰 TiO2나 SiO2와 같은 나노 입자 크기의 작은 금속 산화물을 혼합하여 유기-무기형 절연막을 제조하는 경우, 무기 산화물의 분산성 부족으로 인해 무기 산화물이 부분 결집되어 결점(defect) 결함이 발생할 수 있으며, 무기 산화물과 유기 고분자의 경계면 등에서 기계적 결함이 발생할 수도 있다. 무기 산화물의 전구체(precursor)를 이용하여 기판에 단분자막을 형성한 후, 수분에 접촉하여 무기 산화 절연막을 형성할 수도 있으나, 적층 횟수가 많은 경우 상기 과정을 수십 번 반복해야 하는 경우도 많을 뿐만 아니라, 그 경우 역시 적층된 절연막의 누설전류가 상당히 크다는 문제점을 여전히 지니고 있다.
1. KR10-2006-0016298A 2. KR10-2009-0082941A
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 제조가 용이하면서도 우수한 물성을 가지며 기판에도 용이하게 적용될 수 있는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막을 형성하기 위한 조성물 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 유기-무기 하이브리머(hybrimer) 및 유기 용매를 포함하는 절연막 조성물이 제공된다:
[화학식 1]
M(R1)x(-O-R2)y(R3)n-x-y
여기서, M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 주석, 하프늄, 안티몬, 탄탈, 아연, 탈륨, 바나듐, 인듐, 이트륨, 바륨, 란탄, 스칸듐 및 니오븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속원소이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 아세틸아세토네이트기이며, R3는 =O 이고, n은 M의 산화 상태에 따라 정해지는 1 이상의 정수이고, x 및 y는 각각 독립적으로 0 이상이고 n 이하의 정수이다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 유기-무기 하이브리머를 포함하는 절연막이 제공된다:
[화학식 1]
M(R1)x(-O-R2)y(R3)n-x-y
여기서, M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 주석, 하프늄, 안티몬, 탄탈, 아연, 탈륨, 바나듐, 인듐, 이트륨, 바륨, 란탄, 스칸듐 및 니오븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속원소이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 아세틸아세토네이트기이고, R3는 =O 이고, n은 M의 산화 상태에 따라 정해지는 1 이상의 정수이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 이상이고 n 이하의 정수이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법에 있어서, (S1) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물을 유기 용매에 용해시킴으로써 수득된 유기-무기 하이브리머(hybrimer)를 포함하는 절연막 조성물을 수득하는 단계;
(S2) 상기 절연막 조성물을 유기박막 트랜지스터용 기판에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
(S3) 상기 코팅층으로부터 유기 용매를 건조시켜 게이트 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법이 제공된다:
[화학식 1]
M(R1)x(-O-R2)y(R3)n-x-y
여기서, M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 주석, 하프늄, 안티몬, 탄탈, 아연, 탈륨, 바나듐, 인듐, 이트륨, 바륨, 란탄, 스칸듐 및 니오븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속원소이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 아세틸아세토네이트기이고, R3는 =O 이고, n은 M의 산화 상태에 따라 정해지는 1 이상의 정수이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 이상이고 n 이하의 정수이다.
상기 (S1) 단계와 (S2) 단계 사이에, 상기 유기-무기 하이브리머를 가수분해하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 티타늄(IV) 메톡시드, 티타늄(IV) n-부톡시드, 티타늄(IV) t-부톡시드, 티타늄(IV) 에톡시드, 티타늄(IV) 이소-프로폭시드, 지르코늄(IV) n-부톡시드, 지르코늄(IV) t-부톡시드, 지르코늄(IV) 에톡시드, 지르코늄(IV) 이소-프로폭시드, 지르코늄(IV) n-프로폭시드, 알루미늄 에톡사이드, 알루미늄 이소-프로폭시드, 알루미늄 트리부톡시드, 알루미늄 sec-부톡시드, 알루미늄 t-부톡시드, 알루미늄 tri-sec-부톡시드, 주석(IV) t-부톡시드, 주석(IV) t-부톡시드, 하프늄(IV) n-부톡시드, 하프늄(IV) t-부톡시드, , 안티몬(III) 메톡시드, 안티몬(III) 에톡시드, 안티몬(III) 프로폭시드, 안티몬(III) 부톡시드, 탄탈(V) 메톡시드, 탄탈(V) 에톡시드, 탄탈(V) 부톡시드, 아연 메톡시드, 탈륨(I) 에톡시드, 바나듐(V) 옥시트리이소프로폭시드, 인듐(III) t-부톡시드, 이트륨(III) 부톡시드, 바륨 t-부톡시드, 란탄(III) 이소프로폭시드, 스칸듐(III) 이소프로폭시드 및 니오븀(V) 에톡시드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물은 메타크릴산, 아크릴산, 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), 메틸 아크릴레이트(methyl acrylate), 알릴 메타크릴레이트(allyl methacrylate), 알릴 아크릴레이트(allyl acrylate), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate), 2-히드록시에틸 아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate), 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate), 글리시딜 아크릴레이트(glycidyl acrylate), 비스페놀 A 디메타크릴레이트(bisphenol A dimethacrylate), 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate], 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트[2-(dimethylamino)ethyl acrylate], 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate), 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(ethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate), n-부틸 메타크릴레이트(n-butyl methacrylate,), n-부틸아크릴레이트(n-butyl acrylate), 스테아릴 메타크릴레이트(stearyl methacrylate), 스테아릴 아크릴레이트(stearylacrylate), 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트(1,6-hexanediol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 2,2,2-트리플로오로에틸 메타크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate), 2,2,2-트리플로오로에틸 아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl acrylate), 2-시아노에틸 아크릴레이트(2-cyanoethyl acrylate), 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(diethylene glycoldimethacrylate), 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(diethylene glycol diacrylate), 2-브로모에틸 아크릴레이트(2-bromoethyl acrylate), D,L-메틸 메타크릴레이트(D,L-menthyl methacrylate), D,L-메틸 아크릴레이트(D,L-menthylacrylate), 1H,1H-퍼플루오로옥틸 메타크릴레이트(1H,1H-perfluorooctyl methacrylate), 1H,1H-퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(1H,1H-perfluorooctyl acrylate), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 메타크릴레이트(1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 아크릴레이트(1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl acrylate), 1,4-시클로헥산디메틸 1,4-디메타크릴레이트(1,4-cyclohexanedimethyl 1,4-dimethacrylate), 1,4-시클로헥산디메틸 1,4-디아크릴레이트(1,4-cyclohexanedimethyl 1,4-diacrylate), 바륨 메타크릴레이트(barium methacrylate), 아연 메타크릴레이트(zinc methacrylate), 메탈릴 메타크릴레이트(methallylmethacrylate), 신나밀 메타크릴레이트(cinnamyl methacrylate), 신나밀 아크릴레이트(cinnamyl acrylate), 트리메틸실릴 메타크릴레이트(trimethylsilyl methacrylate), 트리메틸실릴 아크릴레이트(trimethylsilyl acrylate), 글리시딜 아크릴레이트(glycidyl acrylate) 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 몰비는 화학식 1로 표시되는 화합물의 금속 이온을 기준으로 금속 이온 1몰당 1 내지 금속이온 최대 산화수 이내의 몰로 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 절연막 조성물을 트랜지스터용 기판에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계는 스핀 코팅 또는 딥 코팅에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따라 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물에 의해 금속 전구체를 개질시켜 제조된 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막은 유기 반도체와의 접합성이 우수하며 누설전류 발생도 적다. 더불어, 개질된 금속 전구체로 인하여 유전상수가 커서 유기반도체의 특성을 효과적으로 발현할 수 있게 한다. 뿐만 아니라, 고온의 후처리 공정 없이도 게이트 절연막을 간단한 방법으로 형성할 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은 제조예 1 내지 3에서 메타크릴산에 의해 개질된 금속 산화물 전구체의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2a 내지 2c는 실시예 4-1, 5-1 및 7-1 각각에서 수득한 절연막의 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지 및 표면 프로파일이다.
도 3a 및 3b는 180℃에서 어닐링된 실시예 1-1, 4-1 내지 7-1의 절연막의 J-E 플롯을 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 4b는 실시예 1-1, 4-1 내지 7-1에서 수득한 절연막의 유전상수를 진동수 함수로 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5f는 실시예 4-2, 5-2, 7-2에서 수득한 게이트 유전체 각각을 갖는 유기박막 트랜지스터(OTFT)의 ID vs VD (도 5a, 도 5c, 도 5e); 및 ID 1 /2 vs VG(좌측) 및 ID vs VG(우측) (도 5b, 도 5d, 도 5f)을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막은 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물에 의해 금속 전구체를 개질시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
본원 명세서에서 ‘금속 전구체’라 함은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 의미한다:
[화학식 1]
M(R1)x(-O-R2)y(R3)n-x-y
여기서, M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 주석, 하프늄, 안티몬, 탄탈, 아연, 탈륨, 바나듐, 인듐, 이트륨, 바륨, 란탄, 스칸듐 및 니오븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속원소이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 아세틸아세토네이트기이고, R3는 =O 이고, n은 M의 산화 상태에 따라 정해지는 1 이상의 정수이며, x 및 y는 각각 독립적으로 0 이상이고 n 이하의 정수이다.
화학식 1로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 티타늄(IV) 메톡시드, 티타늄(IV) n-부톡시드, 티타늄(IV) t-부톡시드, 티타늄(IV) 에톡시드, 티타늄(IV) 이소-프로폭시드, 지르코늄(IV) n-부톡시드, 지르코늄(IV) t-부톡시드, 지르코늄(IV) 에톡시드, 지르코늄(IV) 이소-프로폭시드, 지르코늄(IV) n-프로폭시드, 알루미늄 에톡사이드, 알루미늄 이소-프로폭시드, 알루미늄 트리부톡시드, 알루미늄 sec-부톡시드, 알루미늄 t-부톡시드, 알루미늄 tri-sec-부톡시드, 주석(IV) t-부톡시드, 트리부틸주석 에톡시드, 주석(IV) t-부톡시드, 하프늄(IV) n-부톡시드, 하프늄(IV) t-부톡시드, 안티몬(III) 메톡시드, 안티몬(III) 에톡시드, 안티몬(III) 프로폭시드, 안티몬(III) 부톡시드, 탄탈(V) 메톡시드, 탄탈(V) 에톡시드, 탄탈(V) 부톡시드, 아연 메톡시드, 탈륨(I) 에톡시드, 인듐(III) t-부톡시드, 이트륨(III) 부톡시드, 바륨 t-부톡시드, 란탄(III) 이소프로폭시드, 스칸듐(III) 이소프로폭시드, 니오븀(V) 에톡시드 등이 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원 발명에서 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물은 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막 형성에 사용되거나 사용될 수 있는 절연성 화합물로서, (메타)아크릴레이트 기를 제공할 수 있는 화합물을 의미한다. 상기 화합물에는 호모폴리머 뿐만 아니라, 2종 이상의 모노머가 중합된 코폴리머, 그래프트 폴리머는 물론, 열이나 광 조사에 의해 가교반응하여 형성되는 가교고분자를 모두 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
상기 화합물의 구체적인 예로는 메타크릴산, 아크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트(methyl acrylate), 알릴 메타크릴레이트(allyl methacrylate), 알릴 아크릴레이트(allyl acrylate), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate), 2-히드록시에틸 아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate), 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate), 글리시딜 아크릴레이트(glycidyl acrylate), 비스페놀 A 디메타크릴레이트(bisphenol A dimethacrylate), 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate], 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트[2-(dimethylamino)ethyl acrylate], 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate), 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(ethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate), n-부틸 메타크릴레이트(n-butyl methacrylate,), n-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate), 스테아릴 메타크릴레이트(stearyl methacrylate), 스테아릴 아크릴레이트(stearylacrylate), 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트(1,6-hexanediol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 2,2,2-트리플로오로에틸 메타크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate), 2,2,2-트리플로오로에틸 아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl acrylate), 2-시아노에틸 아크릴레이트(2-cyanoethyl acrylate), 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(diethylene glycoldimethacrylate), 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(diethylene glycol diacrylate), 2-브로모에틸 아크릴레이트(2-bromoethyl acrylate), D,L-메틸 메타크릴레이트(D,L-menthyl methacrylate), D,L-메틸 아크릴레이트(D,L-menthylacrylate), 1H,1H-퍼플루오로옥틸 메타크릴레이트(1H,1H-perfluorooctyl methacrylate), 1H,1H-퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(1H,1H-perfluorooctyl acrylate), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 메타크릴레이트(1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 아크릴레이트(1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl acrylate), 1,4-시클로헥산디메틸 1,4-디메타크릴레이트(1,4-cyclohexanedimethyl 1,4-dimethacrylate), 1,4-시클로헥산디메틸 1,4-디아크릴레이트(1,4-cyclohexanedimethyl 1,4-diacrylate), 바륨 메타크릴레이트(barium methacrylate), 아연 메타크릴레이트(zinc methacrylate), 메탈릴 메타크릴레이트(methallylmethacrylate), 신나밀 메타크릴레이트(cinnamyl methacrylate), 신나밀 아크릴레이트(cinnamyl acrylate), 트리메틸실릴 메타크릴레이트(trimethylsilyl methacrylate), 트리메틸실릴 아크릴레이트(trimethylsilyl acrylate), 글리시딜 아크릴레이트(glycidyl acrylate), 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate) 등이 있으며, 바람직하게는 메타크릴산 또는 아크릴산이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 함량(몰비)은 화학식 1의 화합물의 금속 이온을 기준으로 상기 금속 이온 1몰당 1 내지 금속이온 최대 산화수 이내의 몰로 사용하는 것이 바람직하다.
(메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 몰비가 상기 하한치보다 적으면 화학식 1의 화합물의 개질이 충분히 일어나지 않을 수 있으며, 상기 상한치보다 많으면 잉여의 화합물이 불순물로 작용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 화학식 1의 화합물은 (메타)아크릴레이트기를 함유하는 화합물에 의해 개질되어, 금속 전구체-(메타)아크릴레이트 하이브리머 화합물을 형성할 수 있다. 수득된 금속 전구체-(메타)아크릴레이트 하이브리머 화합물은 그대로 절연막 조성물에 사용되거나, 또는 가수분해 단계를 거쳐 가수분해물로서 절연막 조성물에 사용된다.
본 발명의 절연막 조성물을 준비하기 위해 사용되는 유기용매는 테트라하이드로푸란(THF), n-프로판올, 시클로헥사논, 클로로포름, 클로로벤젠, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 에틸락테이트, 톨루엔, 크실렌, 메틸에틸케톤, 4-헵타논, 메탄올, 부탄올, 아세톤, N-메틸포름아미드, N-메틸피롤리돈, 트리페닐이미다졸 등이 있으나 이에 제한되지는 않으며, 전체 절연막 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 98.9 중량부로 사용될 수 있다.
본 발명의 절연막 조성물에는 산 또는 염기 촉매를 사용할 수 있으며 그 예로는 염산, 황산, 질산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아 등의 촉매가 포함될 수 있으며, 이러한 촉매는 전체 절연막 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 0.5 N의 농도로 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 게이트 절연막은, (S1) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물을 유기 용매에 용해시킴으로써 수득된 유기-무기 하이브리머(hybrimer)를 포함하는 절연막 조성물을 수득하는 단계; (S2) 상기 절연막 조성물을 유기박막 트랜지스터용 기판에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 (S3) 상기 코팅층으로부터 유기 용매를 건조시켜 게이트 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 절연막 조성물은 기판 상에 도포된 후, 경화되어 유기박막 절연체로 된다. 이 때, 도포 방법으로는 스핀코팅, 딥코팅, 프린팅 방식, 분무코팅, 롤코팅 등의 방법을 이용할 수 있다.
상기 경화는 50℃ 이상의 온도에서 1분 이상 기판을 가열하여 진행된다. 상기와 같이 제조된 유기 절연체는 우수한 절연 특성을 갖는다.
또한, 본 발명은 상기 유기 절연체를 절연층으로 포함하는 유기박막 트랜지스터를 제공하며, 이러한 유기박막 트랜지스터는 광기전성 소자(Photovoltaic Device), 유기발광소자(LED), 센서, 기억소자 (Memory Devices), 스위칭소자와 같은 전자소자에 이용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 따르는 유기박막 트랜지스터는 기판, 게이트 전극, 게이트 절연층, 유기 활성층 및 소스와 드레인 전극을 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 기판은 플라스틱, 유리, 실리콘 등의 재질로 만들어진 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 게이트 및 소스, 드레인 전극으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 금속을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 인듐주석 산화물(ITO) 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서 유기활성층으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 펜타센 (pentacene), 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene) 또는 이들의 유도체를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예에서는 본 발명을 보다 구체적으로 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 예시를 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
재료
모든 시약은 분석용 등급을 사용하였다. 수성 염산(37%), 1-부탄올(99.5%) 및 n-프로판올을 Duksan Pure Chemicals에서 구입하였다. 티타늄 에톡사이드(Ti(OEt)4), 지르코늄 n-프로폭사이드(Zr(OPrn)4) 및 메타크릴산을 시그마-알드리츠(Sigma-Aldrich)에서 구입하였다. 테트라하이드로푸란(THF)을 제이.티.베이커(J.T.Baker)에서 구입하였다. 이르가큐어(Igracure 184) 광개시제를 미원(Miwon)에서 공급받았다. 모든 재료는 공급받은 상태로 사용하였다.
실시예
제조예 1: [Ti(OEt) 3 (메타크릴레이트)] n 을 함유한 절연막 조성물의 제조
THF 5mL 에 녹아있는 Ti(OEt)4 5 mmol (1.14g)의 용액에 메타크릴산 5 mmol (0.43g)을 천천히 첨가하였다. 상기 혼합물을 주위 온도에서 30분동안 교반하여 [Ti(OEt)3(메타크릴레이트)]n을 수득하였다. 여기에, 1mol% 광개시제(Irgacure 184) (0.002g)를 첨가하고, 용매 13 mL을 더 첨가하여 점도를 조정하였다. 수득된 용액을 0.45㎛ 멤브레인 필터에 여과시켜서 [Ti(OEt)3(메타크릴레이트)]n(TiM1)을 함유한 절연막 조성물을 수득하였다.
제조예 2: [Zr(OPr n ) 3 (메타크릴레이트)] n 을 함유한 절연막 조성물의 제조
THF 5 mL 중 Ti(OEt)4 대신에 이소프로판올 7 mL 중 Zr(OPrn)4 을 사용하는 것과 추후 이소프로판올 10 mL을 더 첨가하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방식으로 [Zr(OPrn)3(메타크릴레이트)]n (ZrM1)을 함유한 절연막 조성물을 수득하였다.
제조예 3: [ Zr ( OPr n ) 2 (메타크릴레이트) 2 ] n 을 함유한 절연막 조성물의 제조
메타크릴산이 10 mmol 사용된 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법에 의해 [Zr(OPrn)2(메타크릴레이트)2]n (ZrM2)을 함유한 절연막 조성물을 수득하였다.
제조예 4: [ Ti ( OEt ) 3 (메타크릴레이트)] n 의 가수분해물을 함유한 절연막 조성물의 제조
제조예 1에서 제조된 절연막 조성물에, THF 5 mL중 물 10 mmol(180mg, 1몰당량)을 격렬한 교반하에 적가하고, 65% 질산 2 mmol을 첨가하여 [Ti(OEt)3(메타크릴레이트)]n의 가수분해물(TiM1H)을 함유한 절연막 조성물을 수득하였다.
제조예 5: [ Zr ( OPr n ) 3 (메타크릴레이트)] n 의 가수분해물을 함유한 절연막 조성물의 제조
제조예 2에서 제조된 절연막 조성물에, 이소프로판올 5 mL중 물 5 mmol(90mg, 1몰당량)을 격렬한 교반하에 적가하여, [Zr(OPrn)3(메타크릴레이트)]n의 가수분해물(ZrM1H)을 함유한 절연막 조성물을 수득하였다.
제조예 6: [ Zr ( OPr n ) 2 (메타크릴레이트) 2 ] n 의 가수분해물을 함유한 절연막 조성물의 제조
제조예 3에서 제조된 절연막 조성물에, 이소프로판올 5 mL중 물 5 mmol(90mg, 1몰당량)을 격렬한 교반하에 적가하여, [Zr(OPrn)2(메타크릴레이트)2]n의 가수분해물(ZrM2H)을 함유한 절연막 조성물을 수득하였다.
실시예 1-1: TiM1 을 이용한 절연막( TiM1 -d)의 제조
제조예 1에서 수득한 절연막 조성물을 유리 기판 상에 딥 코팅(dip-coat)하고, 증착된 필름을 고온 플레이트 상에서 60초동안 80℃로 예비 건조시키고, 2mJ/㎠에서 365 nm UV-경화시킨 후에 180℃에서 2시간동안 오븐에서 건조하여서 용매 및 유기 잔류물을 제거함으로써 절연막을 수득하였다. 수득된 유기 절연막을 TiM1-d로 명명하였다.
실시예 1-2: 절연막( TiM1 -d)을 포함하는 하부 게이트, 상부접촉 OTFT 의 제작
하부 게이트, 상부접촉 OTFT의 제작을 위해, 금속 Au를 SiO2 기판 상에 하부 게이트 전극으로 증착시킨 후에, Al 전극을 새도우 마스크(shadow mask)를 통해 버퍼 층으로 증착하였다. 실시예 1-1에 개시된 바와 같이 25 내지 150 nm 두께의 하이브리드 게이트 절연체를 형성시켰다. 유기 반도체로서 펜타센(pentacene) 층을 새도우 마스크를 통해 0.02 nm/s 속도로 절연체 상에서 열 증발시켰다. 이어서, 50 nm 두께의 Au 층을 새도우 마스크를 통해 열 증발시켜서 소스 및 드레인 접촉부를 한정하였다. 모든 진공 증착 공정은 약 1 x 10-3 Torr 압력에서 수행하였다.
실시예 2-1: ZrM1 을 이용한 절연막( ZrM1 -(d) 또는 ( ZrM1 -(s))의 제조
제조예 2에서 수득한 절연막 조성물을 유리 기판 상에 딥 또는 스핀코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법에 의해 절연막을 수득하고, 이를 딥코팅에 의한 것은 ZrM1-(d)로, 스핀코팅에 의한 것은 ZrM1-(s)로 명명하였다.
실시예 2-2: 절연막(ZrM1-(d) 또는 (ZrM1-(s))을 포함하는 하부 게이트, 상부접촉 OTFT의 제작
실시예 2-1에 개시된 바와 같이 절연막을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일한 방식으로 OTFT를 제작하였다.
실시예 3-1: ZrM2를 이용한 절연막(ZrM2-(d) 또는 (ZrM2-(s))의 제조
제조예 3에서 수득한 절연막 조성물을 유리 기판 상에 딥 또는 스핀 코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법에 의해 절연막을 수득하고, 이를 딥코팅에 의한 것은 ZrM2-(d)로, 스핀코팅에 의한 것은 ZrM2-(s)로 명명하였다.
실시예 3-2: 절연막( ZrM2 -(d) 또는 ( ZrM2 -(s))을 포함하는 하부 게이트, 상부접촉 OTFT의 제작
실시예 3-1에 개시된 바와 같이 절연막을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일한 방식으로 OTFT를 제작하였다.
실시예 4-1: TiM1H 를 이용한 절연막( TiM1H -d)의 제조
제조예 4에서 수득한 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법에 의해 절연막을 수득하고, 이를 TiM1H-d로 명명하였다.
실시예 4-2: 절연막( TiM1H -d)을 포함하는 하부 게이트, 상부접촉 OTFT 의 제작
실시예 4-1에 개시된 바와 같이 절연막을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일한 방식으로 OTFT를 제작하였다.
실시예 5-1: ZrM1H 을 이용한 절연막( ZrM1H -d)의 제조
제조예 5에서 수득한 조성물을 유리 기판 상에 딥 코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법에 의해 절연막을 수득하고, 이를 ZrM1H-d로 명명하였다.
실시예 5-2: 절연막( ZrM1H -d)을 포함하는 하부 게이트, 상부접촉 OTFT 의 제작
실시예 5-1에 개시된 바와 같이 절연막을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일한 방식으로 OTFT를 제작하였다.
실시예 6-1: ZrM1H 을 이용한 절연막( ZrM1H -s)의 제조
제조예 5에서 수득한 절연막 조성물을 유리 기판 상에 스핀 코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법에 의해 절연막을 수득하고, 이를 ZrM1H-s로 명명하였다.
실시예 6-2: 절연막( ZrM1H -s)을 포함하는 하부 게이트, 상부접촉 OTFT 의 제작
실시예 6-1에 개시된 바와 같이 절연막을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일한 방식으로 OTFT를 제작하였다.
실시예 7 - 1: ZrM2H 을 이용한 절연막( ZrM2H -s)의 제조
제조예 6에서 수득한 절연막 조성물을 유리 기판 상에 스핀 코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법에 의해 절연막을 수득하고, 이를 ZrM2H-s로 명명하였다.
실시예 7-2: 절연막( ZrM2H -s)을 포함하는 하부 게이트, 상부접촉 OTFT 의 제작
실시예 7-1에 개시된 바와 같이 절연막을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일한 방식으로 OTFT를 제작하였다.
실험예 1: FT - IR 의 측정
제조예 1 내지 3에서 수득한 메타크릴레이트 개질된 금속 전구체를 KBr 펠릿 상에서 JASCOFT/IR-4200 분광계를 사용하여 FT-IR 스펙트럼을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 1558, 1539, 1456 및 1425 ㎝-1은 각각 비대칭 및 대칭 COO 신축 진동(stretching vibration)을 나타낸다. 카보닐 영역에서는 밴드가 보이지 않기 때문에, 모든 메타크릴레이트 기는 킬레이트 또는 브릿지 배위 모드로 있어야 한다. 4000 내지 1200 ㎝-1 사이의 ZrM1(제조예 2)의 IR 스펙트럼은 TiM1(제조예 1)과 매우 유사하다. ZrM2(제조예 3)의 IR 스펙트럼은 비배위 메타크릴레이트 산의 (C=O) 결합이 메타크릴산 2당량몰을 첨가한 후에 나타났다. 상기 IR 스펙트럼으로부터, 용액 공정용(solution-processible) 하이브리머(hybrimer)가 합성되었음을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 필름 두께 및 표면 조도의 측정
게이트 절연체의 표면 에너지 및 조도와 같은 표면 특성은 OTFT 성능에 영향이 있는 가장 중요한 인자 중 하나로 알려져 있으므로, 본 실험예에서는 실시예 1-1, 실시예 4-1, 실시예 5-1 및 실시예 7-1에서 수득한 절연막의 두께 및 표면 조도 등을 측정하였다.
절연막 두께는 Kosaka ET-3000 표면 조도계(profilometer)를 사용하여 측정하였고, 필름 상에서의 물 접촉각 및 표면 조도는 Phoenix 300 장비 및 원자력 현미경(atomic force microscopy: AFM)(Bruker-Nano N8 ARGOS)을 사용하여 측정하였다.
측정된 필름 물 접촉각을 하기 표 1에 나타내었다:
유기-무기 절연막 물질의 물 접촉각 (단위: °)
실시예 1-1 실시예 4-1 실시예 5-1 실시예 6-1 실시예 7-1
102.3 99.2 100 102 103
상기 표로부터 알 수 있듯이, 하이브리머 유형에 상관없이 하이브리드 필름의 물 접촉각은 약 100°이다. 이러한 결과는 형성된 표면의 특성이 소수성임을 나타낸다. 메타아크릴산 자체는 친수성 기(-COOH) 뿐만 아니라 소수성 기(-CH3)를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 메타아크릴산의 친수성 작용기는 전하 이동을 통해 Ti 또는 Zr 상에 킬레이트화되며, 이는 형성된 표면을 소수성으로 만든다. 펜타센은 상당히 소수성으로 알려져 있고 그 물 접촉각이 약 95°이므로, 게이트 절연체의 소수성은 열 증착동안에 펜타센의 성장(growth)을 돕는다.
또한, AFM에 의해 검사한 결과를 도 2a 내지 2c에 도시하였다. 코팅 방법과 같이 상이한 필름 제조 조건을 갖는 하이브리드 박막 필름의 표면 모폴로지(surface morphology)는 펜타센의 도메인 성장에 영향을 줄 수 있다. 도 2a 내지 2c에 따르면, 실시예 4-1, 실시예 5-1 및 실시예 7-1에서 수득된 절연막의 RMS 조도는 각각 0.50, 0.51 및 0.34 nm이었으며, 이는 딥-코팅된 실시예 4-1, 실시예 5-1 절연막의 품질이 스핀-코팅된 실시예 7-1 절연막의 품질에 필적함을 나타낸다.상기 방법 둘다는 핀홀이 없는 표면을 제공하며, 이들의 RMS 조도는 약 0.5nm이고, 이는 딥- 또는 스핀-코팅에 상관없이 매우 매끄러운 표면을 가짐이 증명되었다. 딥-코팅 방법은 스핀 코팅보다 큰 표면적의 코팅에 적용될 수 있다.
실험예 3: 누설 전류밀도의 측정
실시예 1-2, 4-2 내지 7-2에서 수득한 Au/절연체/Si 구조물의 누설 전류 밀도-전기장 (J-E) 특징분석을 도 3a 및 도 3b에 나타내었다.실시예 1-2, 4-2의 Ti계 하이브리머는 0.6 MV/㎝에서 10-5 내지 10-6 A/㎠ 범위의 누설 전류 밀도를 나타내는 반면 (도 3a 참조), 실시예 5-2 내지 7-2의 Zr계 하이브리머의 경우에는 2 MV/㎝에서 10-6 내지 10-7 A/㎠ 범위의 전류를 나타낸다(도 3b 참조). TiM1 시리즈의 비교적 큰 누설 전류 밀도는 ZrO2보다 높은 분극률(polarizability)을 갖는 TiO2에 의해 설명될 수 있다. TiM1은 Zr 시리즈에 비해 미반응된 하이드록시 기를 비교적 많은 함량으로 갖는다. 실시예 7-2의 ZrM2H-s의 누설 전류는 메타크릴산 2당량의 존재하에 2MV/㎝에서 10-7A/㎠로 떨어지고, 이는 UV 및 열 처리동안에 메타크릴산 잔기의 가교결합 가능한 특성을 갖는 ZrM2H의 화학구조에 의해 이해될 수 있다.
실험예 4: 커패시턴스의 측정
MIM 커패시터는 하이브리머 유전체를 사용하여 제작하였다. 공지의 전극 면적 및 필름 두께를 사용하여 유전상수를 계산하기 위하여 실시예 1-1, 4-1 내지 7-1에서 수득한 절연막의 커패시턴스를 Agilent 4284A LCR 미터에 의해 측정하고, 그 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. 또한, 절연층의 유닛 면적당 커패시턴스 Ci를 비롯한 전기 특성은 하기 표 2와 같다(1kHz에서 46 내지 259 nF㎝-2).
펜타센 TFT의 전기 파라미터
게이트 절연체 Ion/Ioff 슬로프 SS
(V/dec)		 VT
(V)		 이동도
(cm2V-1s-1)		 유전상수
(ε)		 Ci
(nF/cm2)
실시예 1-2 2.7 x 105 -1.7x10-4 0. 22 -0. 75 0. 20 7. 32 259
실시예 4-2 2.2 x 105 -2.4x10-4 0.13 -0.26 0.29 9.0 134
실시예 5-2 2.4 x 104 -6.5x10-5 0.33 -0.84 0.12 5.39 63.6
실시예 6-2 2.4 x 104 -9.3x10-5 0.44 -1.20 0.056 5.39 48.6
실시예 7-2 5.7 x 104 -7.7x10-5 0.39 -0.83 0.21 5.2 46.0
상기 표 2로부터 알 수 있듯이, Ti-하이브리머 필름의 유전 상수는 1kHz 주파수에서 7.3 내지 9이다. 실시예 1-2의 TiM1의 유전 상수는 가수분해 이전에 TiM1에서의 유기 부분의 높은 함량 때문에 실시예 4-2의 TiM1H 유전 상수보다 낮았다. Ti-하이브리머 필름에 비해, Zr-하이브리머 필름의 유전 상수는 1kHz에서 5.2 내지 5.4이고, Ti-하이브리머 필름의 유전상수보다 낮았다. 이는 TiO2가 ZrO2보다 높은 유전 상수를 갖기 때문이다.
실험예 5: 전류-전압 특성 분석
실시예 4-2, 5-2 및 7-2에서 수득한 OTFT의 전류-전압 (I-V)을 반도체 파라미터 분석기(Agilent 4156C)를 사용하여 암실에서 측정하고, OTFT 출력(output) 및 이동(transfer) 특징분석을 도 5a 내지 5f에 나타내었다.
출력 특징분석의 직선 그래프(도 5a, 5c, 5e)에는 곡선부가 없고, 이력현상(hysteresis)이 거의 없으며, VD>(VG-VT) 영역에서 드레인 전류(ID)를 확실히 포화시키며, 상기에서 VD, VG 및 VT는 각각 드레인, 게이트 및 역치(threshold) 전압이다. 역치 전압 VT는 표 2에 기재된 바와 같이 0.13 V/decade의 적은 서브역치 스윙(subthreshold swing)을 가지며 -0.26 V 정도로 낮다. 캐리어 이동도(carrier mobility, μ)는 하기 수식을 이용하여 수득하였으며, 여기에서 W 및 L은 각각 채널 폭 및 채널 길이이고, Ci는 절연층의 단위 면적당 커패시턴스이다:
[수학식 1]
ID=WCiμ(VG-VT)2/2L
TiO2 하이브리드 유전체의 경우 0.29 ㎠V-1s-1의 캐리어 이동도가 관찰되었고, ZrO2 하이브리드 절연체를 사용하여 제작된 OTFT는 동일한 조건하에서 0.12 ㎠V-1s-1의 캐리어 이동도를 가졌다. 하이브리머 유전체의 효과를 정량적으로 비교하기 위해, 동일한 금속 전구체를 갖고 상이한 몰비의 메타크릴산을 갖는 소자를 분석하고, 이들의 특징을 표 2에 요약하였다. 메타크릴산을 첨가하여 금속 산화물 필름의 소수성 특성을 최소화하고 가교결합 반응을 강화시켜 필름 밀도를 증가시킴으로써 수득된 유전체 하이브리머 필름은 열적 및 화학적 안정성 둘 다를 갖게 된다. 이 경우, 이동도는 게이트 절연체의 투과성 보다는 반도체의 모폴로지에 의해 다소 더 영향을 받았다. 메타크릴산 2당량을 갖는 ZrO2 하이브리드 절연체가 결합된 효과는 0.21㎠/V.s.까지의 보다 우수한 이동도를 나타내었다.
게이트 절연막은 차세대 플렉시블 디스플레이 분야에 적용가능한 유기박막 트랜지스터에 들어가는 가장 중요한 요소 재료로서 특성 향상에 필수적으로 들어가는 주요 재료이고, 전자제품을 생산하는 대기업에서 관심을 가질 수 있는 기술로 사업화 가능성이 큰 재료이다. 본 발명의 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막은 손쉽게 제조될 수 있고, 가교 가능한 장점과 누설전류가 적어 유기 반도체의 절연막으로 적합하며, 반사 방지막, 유기 전기장 발광장치, 습도센서 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 유기-무기 하이브리머(hybrimer) 또는 그의 가수분해물; 및 유기 용매를 포함하고,
    하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 몰비는 화학식 1로 표시되는 화합물의 금속이온을 기준으로 상기 금속이온 1몰당 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물 1 내지 상기 금속이온 최대 산화수 이내의 몰비인 절연막 조성물:
    [화학식 1]
    M(R1)x(-O-R2)y(R3)n-x-y
    여기서,
    M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 주석, 하프늄, 안티몬, 탄탈, 아연, 탈륨, 바나듐, 인듐, 이트륨, 바륨, 란탄, 스칸듐 및 니오븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속원소이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 아세틸아세토네이트기이며,
    R3는 =O 이고,
    n은 M의 산화 상태에 따라 정해지는 1 이상의 정수이고,
    x 및 y는 각각 독립적으로 0 이상이고 n 이하의 정수이다.
  2. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 유기-무기 하이브리머(hybrimer) 또는 그의 가수분해물을 포함하고,
    하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 몰비는 화학식 1로 표시되는 화합물의 금속이온을 기준으로 상기 금속이온 1몰당 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물 1 내지 상기 금속이온 최대 산화수 이내의 몰비인 절연막:
    [화학식 1]
    M(R1)x(-O-R2)y(R3)n-x-y
    여기서,
    M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 주석, 하프늄, 안티몬, 탄탈, 아연, 탈륨, 바나듐, 인듐, 이트륨, 바륨, 란탄, 스칸듐 및 니오븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속원소이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 아세틸아세토네이트기이고,
    R3는 =O 이고,
    n은 M의 산화 상태에 따라 정해지는 1 이상의 정수이며,
    x 및 y는 각각 독립적으로 0 이상이고 n 이하의 정수이다.
  3. 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법에 있어서,
    (S1) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물을 유기 용매에 용해시킴으로써 수득된 유기-무기 하이브리머(hybrimer)를 포함하고, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물의 몰비는 화학식 1로 표시되는 화합물의 금속이온을 기준으로 상기 금속이온 1몰당 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물 1 내지 상기 금속이온 최대 산화수 이내의 몰비인 절연막 조성물을 수득하는 단계;
    (S2) 상기 절연막 조성물을 유기박막 트랜지스터용 기판에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
    (S3) 상기 코팅층으로부터 유기 용매를 건조시켜 게이트 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법:
    [화학식 1]
    M(R1)x(-O-R2)y(R3)n-x-y
    여기서,
    M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 주석, 하프늄, 안티몬, 탄탈, 아연, 탈륨, 바나듐, 인듐, 이트륨, 바륨, 란탄, 스칸듐 및 니오븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속원소이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 아세틸아세토네이트기이고,
    R3는 =O 이고,
    n은 M의 산화 상태에 따라 정해지는 1 이상의 정수이며,
    x 및 y는 각각 독립적으로 0 이상이고 n 이하의 정수이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (S1) 단계와 (S2) 단계 사이에, 상기 유기-무기 하이브리머를 가수분해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 티타늄(IV) 메톡시드, 티타늄(IV) n-부톡시드, 티타늄(IV) t-부톡시드, 티타늄(IV) 에톡시드, 티타늄(IV) 이소-프로폭시드, 지르코늄(IV) n-부톡시드, 지르코늄(IV) t-부톡시드, 지르코늄(IV) 에톡시드, 지르코늄(IV) 이소-프로폭시드, 지르코늄(IV) n-프로폭시드, 알루미늄 에톡사이드, 알루미늄 이소-프로폭시드, 알루미늄 트리부톡시드, 알루미늄 sec-부톡시드, 알루미늄 t-부톡시드, 알루미늄 tri-sec-부톡시드, 주석(IV) t-부톡시드, 주석(IV) t-부톡시드, 하프늄(IV) n-부톡시드, 하프늄(IV) t-부톡시드, , 안티몬(III) 메톡시드, 안티몬(III) 에톡시드, 안티몬(III) 프로폭시드, 안티몬(III) 부톡시드, 탄탈(V) 메톡시드, 탄탈(V) 에톡시드, 탄탈(V) 부톡시드, 아연 메톡시드, 탈륨(I) 에톡시드, 바나듐(V) 옥시트리이소프로폭시드, 인듐(III) t-부톡시드, 이트륨(III) 부톡시드, 바륨 t-부톡시드, 란탄(III) 이소프로폭시드, 스칸듐(III) 이소프로폭시드 및 니오븀(V) 에톡시드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴레이트기를 제공하는 화합물이 메타크릴산, 아크릴산, 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), 메틸 아크릴레이트(methyl acrylate), 알릴 메타크릴레이트(allyl methacrylate), 알릴 아크릴레이트(allyl acrylate), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate), 2-히드록시에틸 아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate), 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate), 글리시딜 아크릴레이트(glycidyl acrylate), 비스페놀 A 디메타크릴레이트(bisphenol A dimethacrylate), 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate], 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트[2-(dimethylamino)ethyl acrylate], 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate), 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(ethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate), n-부틸 메타크릴레이트(n-butyl methacrylate,), n-부틸아크릴레이트(n-butyl acrylate), 스테아릴 메타크릴레이트(stearyl methacrylate), 스테아릴 아크릴레이트(stearylacrylate), 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트(1,6-hexanediol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 2,2,2-트리플로오로에틸 메타크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate), 2,2,2-트리플로오로에틸 아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl acrylate), 2-시아노에틸 아크릴레이트(2-cyanoethyl acrylate), 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(diethylene glycoldimethacrylate), 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(diethylene glycol diacrylate), 2-브로모에틸 아크릴레이트(2-bromoethyl acrylate), D,L-메틸 메타크릴레이트(D,L-menthyl methacrylate), D,L-메틸 아크릴레이트(D,L-menthylacrylate), 1H,1H-퍼플루오로옥틸 메타크릴레이트(1H,1H-perfluorooctyl methacrylate), 1H,1H-퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(1H,1H-perfluorooctyl acrylate), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 메타크릴레이트(1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필 아크릴레이트(1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl acrylate), 1,4-시클로헥산디메틸 1,4-디메타크릴레이트(1,4-cyclohexanedimethyl 1,4-dimethacrylate), 1,4-시클로헥산디메틸 1,4-디아크릴레이트(1,4-cyclohexanedimethyl 1,4-diacrylate), 바륨 메타크릴레이트(barium methacrylate), 아연 메타크릴레이트(zinc methacrylate), 메탈릴 메타크릴레이트(methallylmethacrylate), 신나밀 메타크릴레이트(cinnamyl methacrylate), 신나밀 아크릴레이트(cinnamyl acrylate), 트리메틸실릴 메타크릴레이트(trimethylsilyl methacrylate), 트리메틸실릴 아크릴레이트(trimethylsilyl acrylate), 글리시딜 아크릴레이트(glycidyl acrylate) 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서,
    상기 절연막 조성물을 트랜지스터용 기판에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계가 스핀 코팅 또는 딥 코팅에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터용 게이트 절연막의 제조방법.
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