KR101408160B1 - Organic semiconductor material, transistor device using the same and method of manufacturing the transistor using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 유기 반도체(organic semiconductor) 물질로, p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적(stoichiometric) 정수비로 자발적 공결정화(co-crystallization)된 전하 이동형(charge transfer) 구조체로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 트랜지스터 소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an organic semiconductor material capable of emitting light in a visible light wavelength region, wherein a p-type electron donor and an n-type electron donor are spontaneously co-crystallized at a stoichiometric constant ratio, And a method of fabricating a transistor device using the organic semiconductor material.
Description
본 발명은 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적 특성 및 발광 특성이 우수한 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic semiconductor material, a transistor device using the same, and more particularly, to an organic semiconductor material having excellent electrical characteristics and light emission characteristics, a transistor device using the same, and a method of manufacturing the same.
반도체 성질을 갖는 유기물은 유기 발광 다이오드, 유기 태양전지, 유기 트랜지스터 또는 유기 발광 트랜지스터와 같은 광, 전기적 소자 분야에 있어서 그들의 높은 응용 가능성으로 인해 산업적인 관심이 증대되고 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION Organic materials having semiconducting properties are growing in industrial interest due to their high applicability in the field of optoelectronic devices such as organic light emitting diodes, organic solar cells, organic transistors or organic light emitting transistors.
특히, 쌍극성 (ambipolar)의 전하 수송 (charge carrier transport) 능력을 갖는 유기 반도체에 관한 관심이 증대되고 있는데 이는 상보형 금속산화 반도체 (complementary metal oxide semiconductor)의 가능성 있는 대체자로써 메모리 소자로의 응용에서 비롯된다. Particularly, there is an increasing interest in organic semiconductors having ambipolar charge carrier transport capability, which is a potential alternative to complementary metal oxide semiconductors in applications to memory devices It comes.
그러나 대다수의 유기 반도체성 물질은 주로 frontier molecular orbitals의 불균형성의 (정확히 말하면 불균형적 electronic coupling) 이유로 단극성 (unipolar)의 전하 수송 능력을 보인다. However, most organic semiconducting materials exhibit unipolar charge transport capability primarily due to the imbalance of frontier molecular orbitals (more precisely, unbalanced electronic coupling).
따라서 쌍극성의 전하 수송 능력을 확보하는 대체 방법으로 유기 분자적 전하 주게 (electron donor)와 전하 받게 (electron acceptor)의 공유결합성 이음(bridge)으로 이루어진 분자, 서로 다른 극성의 blending 기법 (p-type/n-type blending), 유기 분자적 전하 주게와 전하 받게의 공결정화와 같은 방법을 사용하게 된다. Therefore, as an alternative method to secure bipolar charge transport capability, a molecule consisting of a covalent bridge of an organic molecular electron donor and an electron acceptor, a p-type / n-type blending), organic molecular charge carriers and co-crystallization of charge carriers.
이 중 유기 분자적 전하 주게와 전하 받게의 공결정화는 때때로 전하 이동형 복합체 (charge transfer complex)를 형성하게 되는데, 이러한 전하 이동형 복합체는 쌍극성의 전하 수송 및 독특한 광, 전기적 성질을 발현하곤 한다.Among them, the co-crystallization of organic molecular charge carriers and charge carriers sometimes forms a charge transfer complex. Such charge transport complexes often exhibit bipolar charge transport and unique optical and electrical properties.
전하 이동형 복합체는 두 가지 서로 다른 형태의 이분자 쌓임 형태 (binary molecular stacking structure)를 보이는데, 이종 분자간의 분리된 (segregated) 쌓임과 번갈아 (alternative 혹은 mixed) 쌓임 형태로 나타난다.Charge-transfer complexes exhibit two different types of binary molecular stacking structures: segregated and alternating stacks of heterologous molecules.
이 중 최근의 연구에 의하면 번갈아 쌓임의 형태의 경우 쌍극성의 전하 수송을 구현하는데 매우 용이하다는 점이 나타나고 있다. 이 때, 전하 이동형 복합체는 전하 주게와 전하 받게의 frontier molecular orbitals의 차이에 의해 전기적 성질이 크게 영향을 받게 된다. 이는 곧 반도체성 분자의 frontier molecular orbitals 설계와 설계된 분자의 선택적 조합에 의해 전하 수송 능력의 계질이 가능하게 되며 분자 설계와 분자 선택의 중요성을 의미한다. Recent studies have shown that it is very easy to implement bipolar charge transport in alternating forms. At this time, the electric charge property of the charge transport type complex is greatly affected by the difference between the charge carrier and the frontier molecular orbitals of the charge acceptance. This means that the design of the frontier molecular orbitals of the semiconducting molecule and the selective combination of the molecules enable the charge transport capability to be quantified and the importance of molecular design and molecular selection.
다만, 이러한 특성을 가지는 물질에는 다양한 제한이 존재할 뿐만 아니라, 더 나아가 높은 발광효율을 지니는 전자 주게와 전자 받게 이종 분자의 조합에 의한 공결정성 재료는 쌍극성 전하 수송 및 높은 전류-광 변환 효율을 기대 할 수 있기 때문에 매우 중요하다고 할 수 있다.
However, there are various limitations to materials having such properties, and furthermore, a co-crystalline material by combination of an electron donor having a high luminous efficiency and an electron acceptor heteromolecule exhibits bipolar charge transport and high current-to-light conversion efficiency This is very important because it can be done.
본 발명의 목적은 전기적 특성 및 발광 특성이 개선된 유기물 반도체 물질과 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 트랜지스터 소자의 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an organic semiconductor material having improved electrical characteristics and luminescent characteristics, a transistor device using the same, and a method of manufacturing a transistor device.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.
상기 목적은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 유기물 반도체(organic semiconductor) 물질로, p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적(stoichiometric) 정수비로 자발적 공결정화(co-crystallization)된 전하 이동형(charge transfer) 구조체로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기물 반도체 물질에 의해 달성된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided an organic semiconductor material capable of emitting light in a visible light wavelength region, wherein a p-type electron acceptor and an n-type electron acceptor are stoichiometric, Characterized in that the organic semiconductor material is formed of a charge transfer structure that is spontaneously co-crystallized at an integer ratio.
이때 상기 유기물 반도체 물질, 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게 중 적어도 어느 하나는, 상기 가시광선 파장 영역에서의 발광 효율이 다른 파장 영역에서의 발광 효율보다 더 높을 수 있다. At least one of the organic semiconductor material, the electron donor, and the electron acceptor may have a higher luminous efficiency in the visible light wavelength region than in the other wavelength regions.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게는, 상기 자발적 공결정화를 위한 용액의 형성 및 삼차원적인 분자간의 이차 결합에 의한 결정 상태의 형성이 가능한 분자 구조 및 분자 크기를 가질 수 있다. The electron donor and the electron acceptor may have a molecular structure and a molecular size capable of forming a crystal state by formation of a solution for spontaneous co-crystallization and secondary bonding between three-dimensional molecules.
상기 전자 주게는, 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다. The electron donor may have a structure represented by the following general formula (1).
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2, NH2로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently C or N, and R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of H, CH 3 , OR, OH, NR 2 and NH 2 Lt; / RTI >
이때 상기 전자 주게는, 하기 화학식 2의 구조를 가질 수 있다. The electron donor may have a structure represented by the following general formula (2).
[화학식 2] (2)
한편 상기 전자 주게는, 하기 화학식 3의 구조를 가질 수도 있다. On the other hand, the electron donor may have a structure represented by the following formula (3).
[화학식 3](3)
상기 화학식 3에서 X5는 각각 독립적으로 S 또는 O이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2, NH2로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In Formula 3, X 5 is independently S or O, and R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of H, CH 3 , OR, OH, NR 2 , and NH 2 .
상기 전자 받게는, 하기 화학식 4의 구조를 가질 수 있다. The electron acceptor may have a structure represented by the following formula (4).
[화학식 4] [Chemical Formula 4]
상기 화학식 4에서 X6, X7, X8, X9는 C또는 N이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R7과 R8은 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR, SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein X 6 , X 7 , X 8 and X 9 are C or N, R 5 and R 6 are each independently CN or H, R 7 and R 8 are each independently F, Cl, CF 3 , it may be selected from CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, the group consisting of SO 2 OH.
이때 상기 전자 받게는, 하기 화학식 5의 구조를 가질 수 있다. At this time, the electron acceptor may have a structure represented by the following formula (5).
[화학식 5] [Chemical Formula 5]
한편 상기 전자 받게는, 하기 화학식 6의 구조를 가질 수도 있다. On the other hand, the electron acceptor may have a structure represented by the following formula (6).
[화학식 6] [Chemical Formula 6]
상기 식에서 X10은 S 또는 O이고, R9 및 R10은 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R11과 R12는 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR, SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein X 10 is S or O, R 9 and R 10 are each independently CN or H and R 11 and R 12 are each independently F, Cl, CF 3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, < RTI ID = 0.0 > SO2OH. ≪ / RTI >
또한 상기 목적은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 기판에 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 유기물 반도체 물질이 도포되어 형성된 유기 박막층을 구비하는 트랜지스터 소자로, 상기 유기물 반도체 물질은, p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적(stoichiometric) 정수비로 자발적 공결정화된 전하 이동형 구조체로 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 소자에 의해서도 달성될 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a transistor element including an organic thin film layer formed by applying an organic semiconductor material capable of emitting light in a visible light wavelength region to a substrate, wherein the organic semiconductive material is a p- Type electron acceptor is formed into a spontaneous co-crystallized charge transport structure with a stoichiometric integer ratio.
이때 상기 유기물 반도체 물질, 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게 중 적어도 어느 하나는, 상기 가시광선 파장 영역에서의 광효율이 다른 파장 영역에서의 광효율보다 더 높을 수 있다. At least one of the organic semiconductor material, the electron donor, and the electron acceptor may have a higher light efficiency in the visible light wavelength region than in the other wavelength regions.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게는, 상기 자발적 공결정화를 위한 용액의 형성과, 삼차원적인 분자간의 이차 결합에 의한 결정 상태의 형성이 가능한 분자 구조 및 분자 크기를 가질 수 있다. The electron donor and the electron acceptor may have a molecular structure and a molecular size capable of forming a solution for spontaneous co-crystallization and forming a crystalline state by secondary bonding between three-dimensional molecules.
상기 전자 주게는, 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다. The electron donor may have a structure represented by the following general formula (1).
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2, NH2으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently C or N, and R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of H, CH 3 , OR, OH, NR 2 and NH 2 Lt; / RTI >
이때 상기 전자 주게는, 하기 화학식 2의 구조를 가질 수 있다. The electron donor may have a structure represented by the following general formula (2).
[화학식 2] (2)
한편 상기 전자 주게는, 하기 화학식 3의 구조를 가질 수도 있다. On the other hand, the electron donor may have a structure represented by the following formula (3).
[화학식 3](3)
상기 화학식 3에서 X5는 각각 독립적으로 S 또는 O이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2, NH2으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In Formula 3, X 5 is independently S or O, and R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of H, CH 3 , OR, OH, NR 2 , and NH 2 .
상기 전자 받게는, 하기 화학식 4의 구조를 가질 수 있다. The electron acceptor may have a structure represented by the following formula (4).
[화학식 4] [Chemical Formula 4]
상기 화학식 4에서 X6, X7, X8, X9는 C또는 N이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R7과 R8은 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR, SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein X 6 , X 7 , X 8 and X 9 are C or N, R 5 and R 6 are each independently CN or H, R 7 and R 8 are each independently F, Cl, CF 3 , it may be selected from CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, the group consisting of SO 2 OH.
이때 상기 전자 받게는, 하기 화학식 5의 구조를 가질 수 있다. At this time, the electron acceptor may have a structure represented by the following formula (5).
[화학식 5] [Chemical Formula 5]
한편 상기 전자 받게는, 하기 화학식 6의 구조를 가질 수도 있다. On the other hand, the electron acceptor may have a structure represented by the following formula (6).
[화학식 6] [Chemical Formula 6]
상기 화학식 6에서 X10은 S 또는 O이고, R9 및 R10은 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R11과 R12는 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR, SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein X 10 is S or O, R 9 and R 10 are each independently CN or H, and R 11 and R 12 are each independently F, Cl, CF 3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, SO 2 OH.
한편 상기 목적은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자를 제조하는 방법에 있어서, 화학양론적(stoichiometric)으로 정수비를 이루는 전자 주게 및 전자 받게를 기판에 도포하여 자발적 공결정화(co-crystallization)된 전하 이동형(charge transfer) 구조체를 가지는 유기물 박막을 형성하는 단계를 포함하는 트랜지스터 소자의 제조 방법에 의해서도 달성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a transistor device, the method comprising the steps of: applying an electron donor and an electron acceptor having a stoichiometric integer ratio to a substrate to form a spontaneous co- and forming a thin organic film having a crystallized charge transfer structure on the substrate.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계는, 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 유기 용매에 용해시켜 형성된 용액을 상기 기판에 도포할 수 있다.The step of applying the electron donor and the electron acceptor to the substrate to form the organic thin film may include applying a solution formed by dissolving the electron donor and the electron acceptor in an organic solvent to the substrate.
이때 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계는, 상기 용액을 드랍 캐스팅(drop-casting)법, 트랜스퍼(transfer)법, 잉크젯(ink-jet)법 또는 스핀코팅(spin-coating)법 중 적어도 어느 하나를 사용하여 상기 기판에 도포할 수 있다.At this time, the step of applying the electron donor and the electron acceptor to the substrate to form the organic thin film may be performed by a drop-casting method, a transfer method, an ink-jet method, And may be applied to the substrate using at least one of spin-coating methods.
상기 유기 용매는, 1,2-다이클로로에테인(1,2-dichloroethane), 다이클로로메테인(dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydriofurane), 클로로포름(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene), 1,2-다이클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene) 및 이들의 조합용매 중 적어도 어느 하나일 수 있다. The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of 1,2-dichloroethane, dichloromethane, tetrahydofuran, chloroform, chlorobenzene, 1,2- Dichlorobenzene, and a combination solvent thereof.
상기 용액은, 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게에 유기 절연체성 고분자가 더 포함되어 형성될 수 있다. The solution may be formed by further containing an organic insulator polymer in the electron donor and the electron acceptor.
상기 유기 절연체성 고분자는, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, poly(methylmethacrylate)), 폴리메틸아크릴레이트(poly(methylacrylate)), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리바이닐피리딘(PVP, poly(4-vinylpyridine), 폴리바이닐알코올(PVA, poly(vinylalcohol)), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 및 폴리에틸렌글리콜(PEG, polyethylene glycol) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The organic insulator polymer may be selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), poly (methylacrylate), polystyrene, polyvinylpyridine (PVP), poly (4- And may be at least one of polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene glycol (PEG).
이때 본 실시예에 따른 트랜지스터 소자의 제조 방법은 상기 유기물 박막에 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.At this time, the method of manufacturing a transistor device according to the present embodiment may further include forming an electrode on the organic thin film.
상기 유기물 박막에 상기 전극을 형성하는 단계는, 열 진공 증착법에 의해 상기 유기물 박막에 상기 전극을 형성할 수 있다.The forming of the electrode in the organic thin film may include forming the electrode in the organic thin film by a thermal vacuum deposition method.
한편 상기 기판은, 열산화처리 된 SiO2/Si 기판, 유리 기판 및 유연한(flexible) 기판 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Meanwhile, the substrate may be at least one of a thermally oxidized SiO 2 / Si substrate, a glass substrate, and a flexible substrate.
또한 본 실시예에 따른 트랜지스터 소자의 제조 방법은 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계 이전에 상기 기판을 세척하는 단계를 더 포함하며, 상기 기판을 세척하는 단계는, 아세톤과 아이소프로페인 알코올 각각을 이용하여 상기 기판을 세척 후, UV 오존 처리를 수행할 수 있다.Further, the method of manufacturing a transistor device according to the present embodiment may further include the step of cleaning the substrate before the step of forming the organic thin film by applying the electron acceptor and the electron acceptor to the substrate, The substrate can be washed with acetone and isopropanol alcohol, respectively, and UV ozone treatment can be performed.
한편 본 실시예에 따른 트랜지스터 소자의 제조 방법은 상기 기판에 도포된 상기 유기물 박막을 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the method for fabricating a transistor device according to the present embodiment may further include annealing the organic thin film coated on the substrate.
상기 유기물 박막을 어닐링하는 단계는, 유기 용매 증기 또는 열을 이용할 수 있다.The step of annealing the organic thin film may utilize organic solvent vapor or heat.
한편 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계는, 증착법을 이용하여 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포할 수 있다. Meanwhile, the step of applying the electron donor and the electron acceptor to the substrate to form the organic thin film may apply the electron donor and the electron acceptor to the substrate using a vapor deposition method.
본 발명에 따른 유기물 반도체 물질과 이를 구비하는 트랜지스터 소자는 전자 주게와 전자 받게의 자발적 공결정화를 통한 전자 이동형 구조체를 포함하고 있기 때문에, 보다 향상된 전기적 특성 및 발광 특성을 제공할 수 있다.The organic semiconductor material and the transistor device including the same according to the present invention include an electron transport structure through spontaneous co-crystallization of an electron donor and an electron acceptor, thereby providing more improved electrical characteristics and luminescent characteristics.
이때, 각각 정공 수송 능력, 전자 수송 능력을 지니는 유기 반도체성 전자 주게와 전자 받게의 공결정은 해당 공결정 내에서 번갈아 쌓임 방향으로의 초교환 상호작용으로 인해 쌍극자 전하를 효과적으로 수송 할 수 있어 상보형 금속산화 반도체 (complementary metal oxide semiconductor)의 가능성 있는 대체자가 될 수 있다.In this case, the co-crystallization of the organic semiconducting electron donor having the hole transporting ability and the electron transporting ability and the electron accepting function can effectively transfer the dipole charge due to the super exchanging interaction in the accumulating direction in the corresponding co- Can be a potential alternative to a complementary metal oxide semiconductor.
또한 가시광선 파장 영역의 높은 발광 효율을 보이는 유기 반도체성 전자 주게와 전자 받게의 공결정화를 통해 형성된 공결정은 미래의 높은 전류-광 변환 효율을 이용하는 발광성 트랜지스터 소자의 응용에 매우 용이하다.In addition, the crystallization formed by the co-crystallization of the organic semiconducting electron donor exhibiting high luminous efficiency in the visible light wavelength region and the electron acceptor is very easy to apply to the luminous transistor device using the high current-to-light conversion efficiency of the future.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 반도체 물질의 광 흡수 스펙트럼 및 광 발광 스펙트럼이 도시된 도면이다.
도 2에는 본 실시예에 따라 자발적 공결정화를 통해 형성된 유기물 반도체 물질의 단결정 x-선 회절 분석 결과가 도시된 도면이다.
도 3은 밀도 함수 이론(density functional theory)에 따른 계산 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 번갈아 쌓임 방향으로의 넘김 계수(transfer integral)의 계산을 수행한 결과가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기물 반도체 물질로 형성된 유기물 박막을 구비하는 트랜지스터 소자의 제조 방법이 순서대로 도시된 순서도이다.
도 6은 도 5에 따른 기판이 도시된 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따라 유기물 박막이 형성된 기판이 도시된 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따라 금속 전극이 형성된 기판이 도시된 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자 및 또 다른 실시예에 따라 제조된 트랜지스터 소자의 쌍극자 전하 수송이 도시된 그래프이다.
도 10은 도 9에 도시된 그래프에 루트를 취한 그래프를 얻어 접선의 기울기를 통해 계산된 이동도가 도시된 표이다. 1 is a diagram illustrating a light absorption spectrum and a light emission spectrum of an organic semiconductor material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a result of single crystal x-ray diffraction analysis of an organic semiconductor material formed through spontaneous co-crystallization according to the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a calculation result according to a density functional theory.
FIG. 4 is a diagram showing the result of performing calculation of transfer integrals in alternating stacking directions.
5 is a flowchart illustrating a method of fabricating a transistor device including an organic thin film formed of an organic semiconductor material according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a view of the substrate according to Figure 5;
7 is a view showing a substrate on which an organic thin film is formed according to the present embodiment.
8 is a view showing a substrate on which a metal electrode is formed according to the present embodiment.
9 is a graph showing dipole charge transport of a transistor element according to another embodiment of the present invention and a transistor element made according to another embodiment.
FIG. 10 is a table showing the mobility calculated by taking the root of the graph shown in FIG. 9 and calculating the slope of the tangent line.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 트랜지스터 소자의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an organic semiconductor material according to an embodiment of the present invention, a transistor element using the organic semiconductor material, and a method of manufacturing a transistor element will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 반도체 물질의 광 흡수 스펙트럼 및 광 발광 스펙트럼이 도시된 도면이고, 도 2에는 본 실시예에 따라 자발적 공결정화를 통해 형성된 유기물 반도체 물질의 단결정 x-선 회절 분석 결과가 도시된 도면이며, 도 3은 밀도 함수 이론(density functional theory)에 따른 계산 결과를 도시한 도면이다. 도 4는 번갈아 쌓임 방향으로의 넘김 계수(transfer integral)의 계산을 수행한 결과가 도시된 도면이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기물 반도체 물질로 형성된 유기물 박막을 구비하는 트랜지스터 소자의 제조 방법이 순서대로 도시된 순서도이며, 도 6은 도 5에 따른 기판이 도시된 도면이다. 도 7은 본 실시예에 따라 유기물 박막이 형성된 기판이 도시된 도면이고, 도 8은 본 실시예에 따라 금속 전극이 형성된 기판이 도시된 도면이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자 및 또 다른 실시예에 따라 제조된 트랜지스터 소자의 쌍극자 전하 수송이 도시된 그래프이고, 도 10은 도 9에 도시된 그래프에 루트를 취한 그래프를 얻어 접선의 기울기를 통해 계산된 이동도가 도시된 표이다. FIG. 1 is a view showing a light absorption spectrum and a photoluminescence spectrum of an organic semiconductor material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a single crystal x-ray of an organic semiconductor material formed through spontaneous co- FIG. 3 is a view showing a calculation result according to a density functional theory. FIG. FIG. 4 is a view showing a result of performing a calculation of a transfer integral in alternate stacking directions, and FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a transistor element having an organic thin film formed of an organic semiconductor material according to another embodiment of the present invention. Fig. 6 is a view showing the substrate according to Fig. 5. Fig. FIG. 7 is a view showing a substrate on which an organic thin film is formed according to the present embodiment, FIG. 8 is a view showing a substrate on which a metal electrode is formed according to this embodiment, and FIG. 9 is a cross- FIG. 10 is a graph showing the dipole charge transport of a transistor element manufactured according to a device and according to another embodiment, FIG. 10 is a graph showing a graph obtained by taking a root in the graph shown in FIG. 9, and the mobility calculated through the slope of the tangent line is shown Table.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 반도체 물질은 p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적으로(stoichiometric) 동일한 비율로 자발적 공결정화(co-crystallization)된 전하 이동형 구조체로 형성될 수 있다. The organic semiconductor material according to an embodiment of the present invention is formed into a charge-transporting structure in which a p-type electron donor and an n-type electron acceptor are spontaneously co-crystallized at a stoichiometric equivalent ratio .
이때 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질, p-타입의 전자 주게 및 n-타입의 전자 받게 중 적어도 어느 하나는 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 것으로, 가시광선 파장 영역에서의 발광 효율이 다른 파장 영역에서의 발광 효율보다 더 높은 물질로 이루어질 수 있다. At this time, at least one of the organic semiconductor material, the p-type electron donor, and the n-type electron acceptor according to the present embodiment is capable of emitting light in the visible light wavelength region, and the light emitting efficiency in the visible light wavelength region is different from the wavelength region The light emitting efficiency of the light emitting diode is higher than that of the light emitting diode.
즉, 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질, p-타입의 전자 주게 및 n-타입의 전자 받게 중 적어도 어느 하나는 발광 특성이 가시광선 영역에 있으며, 높은 광효율을 나타내는 물질일 수 있다. That is, at least one of the organic semiconductor material, the p-type electron donor, and the n-type electron acceptor according to the present embodiment may be a material exhibiting a high light efficiency and a luminescent property in the visible light region.
p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게 각각이 가시광선 파장 영역에서 발광 특성을 가지지 못한다 할지라도, 이들의 조합으로 이루어진 본 실시예의 유기물 반도체 물질은 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능하며, 가시광선 영역에서 발광 특성을 가지는 동시에, 높은 광효율을 나타낼 수 있다. Although each of the p-type electron donor and the n-type electron acceptor does not have luminescence characteristics in the visible light wavelength region, the organic semiconductor material of the present embodiment made of these combinations is capable of emitting light in the visible light wavelength region, It can exhibit a high light efficiency while having light emission characteristics in the visible light region.
한편, 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질에 포함되는 p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 자발적 공결정화 될 수 있기 위해 용액을 형성하거나, 혹은 삼차원적인 분자간의 이차 결합에 의한 결정 상태의 형성이 가능하도록, 이에 적합한 분자 구조 및 분자 크기를 가지도록 마련될 수 있다. On the other hand, in order to spontaneously co-crystallize the p-type electron donor and the n-type electron acceptor contained in the organic semiconductor material according to the present embodiment, a solution is formed, or a crystalline state due to secondary bonding between three- It is possible to provide a molecular structure and a molecular size suitable for this purpose.
본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질은 p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적(stoichiometric) 정수비로 자발적 공결정화됨으로써 전하 이동형 구조체를 형성할 수 있으며, 일 예로 유기 절연체성 고분자와 함께 용융되어 3상 용액을 형성할 수 있으며, 이를 스핀 코팅하여 열 혹은 용매 증기를 통해 어닐링함으로써 얻을 수 있다. The organic semiconductor material according to this embodiment can form a charge-transporting structure by spontaneously co-crystallizing a p-type electron donor and an n-type electron acceptor at a stoichiometric constant ratio, and for example, an organic insulator- To form a three-phase solution, which can be obtained by spin coating and annealing through heat or solvent vapor.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 전술한 것과 마찬가지로 p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게의 화학양론적(stoichiometric) 정수비에 따른 자발적 공결정화로 인한 전하 이동형 구조체를 이루는 유기물 반도체 물질은 증착법과 같이 용액을 형성하지 않는 방법에 의해서도 제공될 수 있다. In accordance with another embodiment of the present invention, there is provided a method of forming a charge-transportable structure by spontaneous co-crystallization in accordance with a stoichiometric ratio of an integer of a p-type electron donor to an n- The semiconductor material may also be provided by a method that does not form a solution, such as a deposition method.
본 명세서에서 언급된 것 이 외에도 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질을 제공하기 위해 수행될 수 있는 다양한 방법들이 있으며, 구체적으로 언급되지 않은 방법이라 할지라도 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질을 제조하는 방법에 대해서는 본 발명의 권리범위가 제한되지 않고 효력을 미칠 수 있음은 물론이다. There are various methods that can be performed in order to provide the organic semiconductor material according to this embodiment in addition to those mentioned in this specification, and even if not specifically mentioned, a method of manufacturing the organic semiconductor material according to this embodiment It is needless to say that the scope of the present invention is not limited and can be effective.
본 실시예에 따른 전자 주게 및 전자 받게는 각각 정공 수송 능력, 전자 수송 능력을 지니는 유기 반도체성 공결정을 형성할 수 있으며, 해당 공결정 내에서 번갈아 쌓임 방향으로의 초교환 상호작용으로 인해 쌍극자 전하를 효과적으로 수송 할 수 있어 상보형 금속산화 반도체 (complementary metal oxide semiconductor)의 가능성 있는 대체자가 될 수 있다.The electron donor and electron donor according to this embodiment can form organic semiconducting co-crystals having a hole transporting ability and an electron transporting ability, respectively. Due to the supercapacitor interaction in alternating stacking directions in the corresponding co- Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > complementary metal oxide semiconductor.
본 실시예에 따른 전자 주게와 전자 받게 각각의 분자 구조체는 용액을 형성하기에 적합한 크기로 마련될 수 있다. The molecular structure of each of the electron donor and the electron acceptor according to the present embodiment may be provided in a size suitable for forming a solution.
또한 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질은 삼차원적인 분자간의 이차 결합, 즉 전자 전이성 결합, 반 데르 발스(Van Der Walls) 결합, 수소 결합, π-π 결합과 같은 결합들에 의해 이루어지는 전하 이동형 구조체를 이루게 된다. Also, the organic semiconductor material according to the present embodiment may be a charge-transporting structure formed by bonds such as a three-dimensional secondary bond between molecules, that is, an electron transfer bond, a Van Der Walls bond, a hydrogen bond, and a π- .
이러한 분자간의 이차 결합을 형성하기 위해서는, 지나치게 길거나 부피가 큰 분자 구조는 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질을 형성하기에 부적합할 것이다. In order to form such a secondary bond between molecules, an excessively long or bulky molecular structure would be unsuitable for forming the organic semiconductor material according to this embodiment.
그러므로 본 실시예에 따른 p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게는 치환기가 너무 길거나 부피가 크지 않아 밀집한 결정 상태를 이룰 수 있는 분자 구조를 가지는 물질일 수 있다. Therefore, the p-type electron donor and the n-type electron acceptor according to the present embodiment may be a substance having a molecular structure capable of achieving a dense crystalline state because the substituent is too long or bulky.
또한 본 실시예에 따라 보다 전기적 특성 및 발광 특성이 우수한 유기물 반도체 물질을 형성하기 위해선, 전자 주게와 전자 받게의 분자 구조의 형태적인 차이를 최소화하도록 함으로써, 전자 전이성 이종 분자간의 번갈아 쌓임을 유도하는데 보다 유리하다. Further, in order to form an organic semiconductor material having better electrical characteristics and luminescence characteristics according to this embodiment, by minimizing the morphological difference in the molecular structure between the electron donor and the electron acceptor, it is possible to induce alternating accumulation of electron- It is advantageous.
전술한 것과 같이 전자 주게와 전제 받게 사이의 분자 구조의 형태적인 차이를 최소화하게 되면 전자 전이성 이종 분자간의 번갈아 쌓임 구조가 형성되어 전하 이동형 구조체의 형성에도 보다 유리하며, 이로써 쌍극성(ambipolar)의 전기 전도도의 효율이 증대될 수 있으며, 혹은 높은 이동도를 확보할 수 있어 본 실시예에 따른 유기물 반도체 구조의 전기적 특성을 향상시키기에도 보다 유리하다. As described above, minimizing the morphological difference in the molecular structure between the electron donor and the acceptor makes it possible to form an alternately stacked structure between the electron-transferable heteromorphic molecules, which is more advantageous in forming the charge transfer structure, The efficiency of conductivity can be increased or high mobility can be ensured and it is more advantageous to improve the electrical characteristics of the organic semiconductor structure according to this embodiment.
한편, 전자 주게와 전자 받게의 분자 궤도의 차이가 극대화될 수 있는 분자 구조를 가지는 분자를 이용하여 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질을 형성하게 되면, 전자 전이현상을 유발하기 위한 충분한 구동력을 확보할 수 있다. On the other hand, when the organic semiconductor material according to this embodiment is formed by using a molecule having a molecular structure capable of maximizing a difference in molecular orbits between an electron donor and an electron acceptor, sufficient driving force for causing electron transition phenomenon is secured .
전술한 조건을 충족시키는 전자 주게로서, 본 실시예에 따른 전자 주게는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 분자일 수 있다. The electron donor according to the present embodiment may be a molecule having a structure represented by the following formula (1).
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
화학식 1에서 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 C 또는 N이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2, NH2로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이때 치환된 R의 C는 1 내지 12일 수 있다. Wherein X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently C or N and R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of H, CH 3 , OR, OH, NR 2 and NH 2 Can be selected. Wherein the C of substituted R may be from 1 to 12.
이때, 화학식 1과 같은 구조를 가지는 분자 중에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 주게로서, 화학식 2의 구조를 가지는 4M-DSB(1,4-bis(3,5-dimethylstyryl)benzene)가 선택될 수 있다. Among the molecules having the structure of
[화학식 2] (2)
다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐이며, 상기의 화학식 1에 따른 다양한 분자 구조 중에 하나의 분자가 전자 주게로 선택될 수 있음은 전술한 것과 같다. However, this is merely an example, and it is the same as described above that one molecule among various molecular structures according to the above formula (1) can be selected electronically.
또한, 전술한 조건을 충족시키는 전자 주게로서, 본 실시예에 따른 전자 주게는 하기 화학식 3와 같은 구조를 가지는 분자일 수 있다. The electron donor according to the present embodiment may be a molecule having a structure represented by the following formula (3).
[화학식 3](3)
이때 화학식 3에서 X5는 각각 독립적으로 S 또는 O이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2, NH2로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이때 치환된 R의 C는 1 내지 12일 수 있다.Wherein each of X 5 in Formula 3 is independently S or O, and R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of H, CH 3 , OR, OH, NR 2 , and NH 2 . Wherein the C of substituted R may be from 1 to 12.
한편, 전술한 조건을 충족시키는 전자 받게로서, 본 실시예에 따른 전자 받게는 하기 화학식 4의 구조를 가지는 분자일 수 있다. On the other hand, as the electron acceptor satisfying the above-mentioned conditions, the electron acceptor according to this embodiment may be a molecule having the structure of the following formula (4).
[화학식 4] [Chemical Formula 4]
화학식 4에서 X6, X7, X8, X9는 C또는 N이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R7과 R8은 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR, SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이때 치환된 R의 C는 1 내지 12일 수 있다.Wherein X 6 , X 7 , X 8 and X 9 are C or N, R 5 and R 6 are each independently CN or H, R 7 and R 8 are each independently F, Cl, CF 3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, SO 2 OH. Wherein the C of substituted R may be from 1 to 12.
이때, 화학식 4와 같은 구조를 가지는 분자 중에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 받게로서, 화학식 5의 구조를 가지는 CN-TFPA((2Z, 2'Z)-3,3'-(1,4-phenylene)bis(2-(3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)acrylonitrile))가 선택될 수 있다. Among the molecules having the structure represented by
[화학식 5] [Chemical Formula 5]
다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐이며, 상기의 화학식 4에 따른 다양한 분자 구조 중에 하나의 분자가 전자 받게로 선택될 수 있음은 전술한 것과 같다. However, this is merely an example, and it is the same as described above that one molecule among the various molecular structures according to
또한, 전술한 조건을 충족시키는 전자 받게로서, 본 실시예에 따른 전자 받게는 하기 화학식 6과 같은 구조를 가지는 분자일 수 있다. Further, as the electron acceptor satisfying the above-mentioned conditions, the electron acceptor according to this embodiment may be a molecule having a structure represented by the following formula (6).
[화학식 6] [Chemical Formula 6]
화학식 6에서 X10은 S 또는 O이고, R9 및 R10은 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R11과 R12는 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR, SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이때 치환된 R의 C는 1 내지 12일 수 있다.In
본 실시예에 따라 전자 주게와 전자 받게가 유기물 반도체 물질로서 전자 이동형 구조체를 형성하였는지 여부를 확인하기 위해서는 분광학적 방법을 사용할 수 있다. According to this embodiment, a spectroscopic method can be used to confirm whether the electron mover and the electron receiver have formed the electron mobility structure as the organic semiconductor material.
도 1에는 본 실시예에 따른 전자 주게와 전자 받게를 화학양론적으로 1:1 정수비로 혼합하여 테트라하이드로퓨란(tetrahydriofurane) 용액에 증류수를 화학양론적으로 1:9의 정수비로 첨가하여, 총 농도가 각 분자에 대해 5×10-6M인 나노 입자 현탁액을 통해 얻어진 광 흡수 스펙트럼 및 광 발광 스펙트럼이 도시되어 있다. In FIG. 1, the electron donor and the electron acceptor according to the present embodiment are stoichiometrically mixed at an integer ratio of 1: 1, and distilled water is stoichiometrically added to the tetrahydofuran solution at an integer ratio of 1: 9, Shows a light absorption spectrum and a photoluminescence spectrum obtained through a suspension of nanoparticles of 5 x 10 < -6 > M for each molecule.
도 1에 도시된 것과 같이, 순수한 전자 주게와 전자 받게가 보이는 광 흡수 스펙트럼 및 광 발광 스펙트럼과 비교해, 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질은 적색 파장 쪽으로 이동된 스펙트럼으로 나타나게 된다. As shown in FIG. 1, the organic semiconductor material according to this embodiment appears as a spectrum shifted toward the red wavelength, as compared with the light absorption spectrum and the photoluminescence spectrum in which pure electrons and electrons are visible.
특히, 광 흡수 스펙트럼의 적색 파장 쪽으로의 이동은 전자 이동형 구조체에서 나타나는 전형적인 특징으로, 본 구조체에 전자 전이현상이 원활하게 진행되고 있음을 나타낸다. In particular, the movement of the light absorption spectrum toward the red wavelength is a typical characteristic of the electron transport structure, indicating that the electron transport phenomenon is proceeding smoothly in the structure.
한편, 순수한 전자 주게와 전자 받게의 광 흡수 스펙트럼과는 다른 적색 파장 쪽의 광 흡수는 본 실시예에 따른 유기물 반도체 물질의 적색 계열의 광 발광을 야기함으로써, 이 역시 전자 전이현상이 보다 효과적으로 진행되고 있음을 나타낸다. On the other hand, the light absorption at the red wavelength side, which is different from the light absorption spectrum of the pure electron donor and the electron acceptor, causes the red light emission of the organic semiconductor material according to this embodiment, so that the electron transition phenomenon proceeds more effectively .
도 2에는 본 실시예에 따라 자발적 공결정화를 통해 형성된 유기물 반도체 물질의 단결정 x-선 회절 분석 결과가 도시되어 있다. FIG. 2 shows the results of single crystal x-ray diffraction analysis of an organic semiconductor material formed through spontaneous co-crystallization according to the present embodiment.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 공결정의 경우 화학양론적으로 1:1의 정수비를 가지는 전자 주게와 전자 받게가 번갈아 쌓임 형식으로 결정을 이루며, P2(1)/C의 공간 그룹(space group)에 해당함을 알 수 있다. As shown in FIG. 2, in the case of the co-crystal according to the present embodiment, the electron donor having an integer ratio of 1: 1 stoichiometrically and the electron acceptor are alternately stacked, and P2 (1) / C It can be seen that this corresponds to a space group.
본 실시예에서와 같이 결정의 b축 방향으로 번갈아 전자 주게와 전자 받게가 쌓여있는 구조는 강한 전자 전이성 결합 및 π-π결합에 의해 일어나게 되며, 분자간의 거리는 약 3.37Å나타난다. As in the present embodiment, the structures in which electron donors and electron acceptors are alternately stacked in the b-axis direction of crystals are caused by strong electron-metastatic bonds and π-π bonds, and the distance between molecules is about 3.37 Å.
또한 강한 분자간의 전자 전이성 결합 및 π-π결합과 수소 결합까지 형성됨으로써, 고상에서의 전자 주게와 전자 받게의 분자 구조가 평평해짐을 알 수 있다. In addition, strong molecular interelectronic bonds and π-π bonds and hydrogen bonds are formed, so that the molecular structure of the electron donor and the electron acceptor in the solid phase becomes flat.
전술한 것과 같은 번갈아 쌓임에 의해 인접한 전자 주게 분자와 전자 받게 분자 사이의 쌓임 방향으로 정적 쌍극자 모멘트(static dipole moment)가 1.219D로 형성됨을 계산을 통해 확인할 수 있다. It can be seen from the calculation that the static dipole moment is formed as 1.219D in the stacking direction between the adjacent electron-donor molecule and the electron-acceptor molecule by alternating stacking as described above.
한편 도 3에는 밀도 함수 이론(density functional theory)에 따른 계산을 통해, 본 실시예에 따른 분자 쌓임 형태를 토대로, 전자 주게와 전자 받게가 이루는 전자 이동형 구조체의 최고준위 점유 분자궤도상태와 최저준위 비점유 분자궤도상태가 전자 주게와 전자 받게 각각에 국부적으로 위치해 있는 모습이 도시되어 있다. On the other hand, FIG. 3 shows the relationship between the highest level occupied molecular orbital state of the electron mobile structure formed by the electron donor and the electron acceptor and the lowest state ratio ratio And an occupied molecular orbital state is locally located in each of an electron acceptor and an electron acceptor.
또한 최저준위 전자 전이(electronic transition, S1←S0)가 전술한 복합체 상의 점유 분자궤도상태에서 최저준위 비점유 분자궤도상태로의 전이에 해당하며, 따라서 흡광 파장 영역이 장파장 쪽으로 이동됨을 알 수 있다. It is also known that the lowest transition state (S 1 ← S 0 ) corresponds to the transition from the occupied molecular orbital state to the lowest-level occupied molecular orbital state on the above-described complex, and thus the absorption wavelength region is shifted toward the longer wavelength side have.
이러한 독점적이고 편향된 전자 주게로의 최고준위 점유 분자궤도와 전자 받게로의 최저준위 비점유 분자궤도 상태는 쌍극성 전하 수송능력을 나타내기 위한 전제 조건으로, 도 4에서는 이러한 쌍극성 전하 수송능력을 예측하기 위한 것으로, 번갈아 쌓임 방향으로의 넘김 계수(transfer integral)의 계산을 수행한 결과가 도시되어 있다. The state of the highest level occupied molecular orbitals and the lowest level occupied molecular orbits of the electron acceptor are the precondition for exhibiting the bipolar charge transport ability. In FIG. 4, the bipolar charge transport capability is predicted The results of performing the calculation of the transfer integral in alternating stacking directions are shown.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 넘김 계수는 정공의 경우 0.034eV, 전자의 경우 0.039eV로 나타난다. 이러한 양 전하의 균형적인 넘김 계수 값은 쌍극성 전하 수송에 보다 효과적이다. As shown in Fig. 4, the turnover coefficient according to the present embodiment is 0.034 eV for holes and 0.039 eV for electrons. This balanced charge factor of positive charge is more effective for bipolar charge transport.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 반도체 물질에 대해서 설명하였다. 전술한 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 유기물 반도체 물질에 의하면, 가시광선 파장 영역의 높은 발광 효율을 보이는 유기 반도체성 전자 주게와 전자 받게의 공결정화를 통해 형성된 공결정은 미래의 높은 전류-광 변환 효율을 이용하는 발광성 트랜지스터 소자의 응용에 매우 용이하다.The organic semiconductor material according to one embodiment of the present invention has been described above. As described above, according to the organic semiconductor material provided according to an embodiment of the present invention, the crystallization formed through the co-crystallization of the organic semiconducting electron donor exhibiting a high luminous efficiency in the wavelength range of visible light and the electron acceptor, It is very easy to apply to a luminescent transistor device using the current-to-light conversion efficiency.
이하에서부터는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 전술한 유기물 반도체 물질이 기판(110)에 도포되어 형성된 유기 박막층을 구비하는 트랜지스터 소자 및 이를 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a transistor element having the organic thin film layer formed by applying the organic semiconductor material to the
본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자는 게이트 전극, 소스 전극과 드레인 전극 및 유기 박막층을 포함하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 반도체 물질이 기판(110)에 도포되어 형성된 유기 박막층을 구비한다. A transistor device according to another embodiment of the present invention includes a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, and an organic thin film layer. The organic thin film layer formed by applying the organic semiconductor material according to an embodiment of the present invention to the
게이트 전극은 절연층을 사이에 두고 소스 전극과 드레인 전극이 배치되어 서로 마주보도록 형성되는 것이나, 각각의 전극의 형태에 따라 형성 위치가 달라질 수 있으며 이에 대해서 제한은 없다. The gate electrode is formed such that the source electrode and the drain electrode are disposed to face each other with an insulating layer interposed therebetween, but the forming position may be changed according to the shape of each electrode.
따라서, Bottom-gate Bottom-source(drain), Top-gate Top-source(drain), Top-gate Bottom-source(drain)과 같은 트랜지스터 소자의 구조가 모두 가능하며, 이러한 구체적인 트랜지스터 소자의 구조의 차이에 대해서는 본 발명의 권리범위가 제한되지 않고 유효할 것이다. Therefore, transistor structures such as bottom-gate bottom-source, top-gate top-source, and top-gate bottom-source are all possible. The scope of rights of the present invention is not limited and will be effective.
또한, 본 실시예에 따른 트랜지스터의 전극 중 소스 전극과 드레인 전극은 서로 동일한 한 가지의 물질로 이루어지는 한 가지의 전극(homoelectrode)에 국한되는 것이 아니라, 소스 전극과 드레인 전극이 서로 다른 물질로 이루어지는 서로 다른 전극(heteroelectrode)일 수 있으며, 이러한 전극의 형성 종류 및 방법에 대해서도 본 발명의 권리범위가 제한되지 않고 유효할 것이다. In addition, the source electrode and the drain electrode of the transistor according to the present embodiment are not limited to one electrode (homoelectrode) made of the same material, but the source electrode and the drain electrode may be formed of mutually different materials But it may be another electrode (heteroelectrode), and the kind and method of formation of such an electrode is not limited to the scope of the present invention, and will be effective.
이때 유기 박막층을 형성하는 유기물 반도체 물질은 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 물질로서, p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적(stoichiometric) 정수비로 자발적 공결정화(co-crystallization)된 전하 이동형 구조체로 형성될 수 있다. At this time, the organic semiconductor material forming the organic thin film layer is a material capable of emitting light in the visible light wavelength region, and the p-type electron acceptor and the n-type electron acceptor are co-crystallized at a stoichiometric constant ratio Lt; / RTI > structure.
이와 관련된 상세한 내용은 이미 전술한 것과 동일하기 때문에 생략하기로 한다.Details related thereto are the same as those already described above, and will be omitted.
한편, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기물 반도체 물질로 형성된 유기물 박막(120)을 구비하는 트랜지스터 소자의 제조 방법이 순서대로 도시되어 있다.5, a method of manufacturing a transistor device including an organic
도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 유기물 반도체 물질로 형성된 유기물 박막(120)을 구비하는 트랜지스터 소자를 제조하기 위한 방법은 세척 단계(S100), 용액 형성 단계(S200), 유기물 박막(120) 형성 단계(S300) 및 어닐링(annealing) 단계(S400)를 포함한다. 5, a method for fabricating a transistor device having an organic
세척 단계는 트랜지스터 소자를 형성하기 위한 기판(110)을 세척하는 단계로(S100), 본 실시예에 따른 기판(110)은 열산화처리 된 SiO2/Si 기판, 유리 기판 및 유연한(flexible) 기판 중 적어도 어느 하나일 수 있다. The cleaning step is a step of cleaning the
도 6에는 본 실시예에 따른 기판(110)이 도시되어 있다. FIG. 6 shows a
본 실시예에 따른 기판(110)을 세척하는 단계(S100)는 아세톤과 아이소프로페인 알코올을 이용하여 각각 세척을 수행한 후, UV 오존 처리를 더 수행하는 과정을 포함할 수 있다. The step S100 of washing the
용액 형성 단계는 동일한 몰비율의 전자 주게 및 전자 받게를, 일 예에 따라 유기 절연체성 고분자와 함께 유기 용매에 용해시켜 용액을 형성하는 단계이다(S200). The solution forming step is a step of forming a solution by dissolving an electron donor and an electron acceptor having the same molar ratio together with an organic insulator polymer in an organic solvent according to an example (S200).
본 실시예에 따른 유기 용매는 1,2-다이클로로에테인(1,2-dichloroethane), 다이클로로메테인(dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydriofurane), 클로로포름(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene), 1,2-다이클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene) 및 이들의 조합용매 중 적어도 어느 하나일 수 있다. The organic solvent according to this embodiment may be 1,2-dichloroethane, dichloromethane, tetrahydriofurane, chloroform, chlorobenzene, 1 , 2-dichlorobenzene, and combinations thereof.
또한, 유기 절연체성 고분자는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, poly(methylacrylate)), 폴리메틸아크릴레이트(poly(methylacrylate)), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리바이닐피리딘(PVP, poly(4-vinylpyridine), 폴리바이닐알코올(PVA, poly(vinylalcohol)), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 및 폴리에틸렌글리콜(PEG, polyethylene glycol) 중 적어도 어느 하나일 수 있다. The organic insulating polymer may be selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), poly (methylacrylate), polystyrene, polyvinylpyridine (PVP), poly (4- And may be at least one of polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene glycol (PEG).
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터의 제조 방법에 사용되는 용액은 유기 절연체성 고분자를 포함하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 유기 절연체성 고분자를 포함하지 않은 용액이 형성되어 기판(110)에 도포될 수도 있음은 물론이다. However, the solution used in the method of manufacturing a transistor according to an embodiment of the present invention may include an organic insulator polymer, but the present invention is not limited thereto, and a solution containing no organic insulator polymer may be used, And may be formed and applied to the
본 실시예에 따라 첨가된 유기 절연체성 고분자는 기판(110) 위에 존재하는 전하의 트래핑 사이트(trapping site)를 효과적으로 덮어줄 수 있기 때문에, 유기 반도체 물질로 이루어진 유기물 박막(120)에 대해 보다 본질적인 전기적 특성이 발휘될 수 있도록 보조할 수 있다. Since the organic insulator polymer added according to the present embodiment can effectively cover the trapping site of the charge existing on the
전술한 것과 같이 전자 주게 및 전자 받게가 준비되면, 이를 기판(110)에 도포하여 유기물 박막(120)을 형성하는 단계(S300)가 수행될 수 있다. When the electron donor and the electron acceptor are prepared as described above, the step of forming the organic
도 7에는 본 실시예에 따라 유기물 박막(120)이 형성된 기판(110)이 도시되어 있다. FIG. 7 shows a
도 7에 도시된 것과 같이, 유기물 박막(120) 형성 단계는 이전 단계에서 형성된 용액을 기판(110) 위에 고르게 도포하여 유기물 박막(120)을 형성하는 단계이다(S300). As shown in FIG. 7, the organic
본 실시예에 따라 용액을 기판(110)에 도포하기 위해서는, 드랍 캐스팅(drop-casting)법, 트랜스퍼(transfer)법, 잉크젯(ink-jet)법 또는 스핀코팅(spin-coating)법과 같은 방법이 사용될 수 있다. A method such as a drop-casting method, a transfer method, an ink-jet method, or a spin-coating method may be used to apply the solution to the
일 예로, 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 용액을 스핀코팅 법에 의해 기판(110)에 도포할 수 있으며, 이와 같은 경우, 용액을 기판(110) 위에 고르게 도포시키기 위하여 스핀 코팅을 2500rpm으로 60초간 수행시킬 수 있다. For example, the solution formed according to one embodiment of the present invention may be applied to the
다만, 상기에서는 본 실시예에 따른 유기물 박막(120)은 용액을 형성하여 용액이 기판(110)에 도포됨으로써 형성되는 것에 대하여 서술하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 증착법에 의해 기판(110)에 도포될 수도 있다. However, the organic
또한 본 명세서에서 언급하고 있지 않은 유기물 박막(120)의 도포 방법이 사용될 수도 있으며, 이러한 방법에도 본 발명의 권리범위는 제한되지 않고 효력을 미칠 것이다. The method of applying the organic
유기물 박막(120)이 도포된 이후에는 어닐링 단계(S400)가 수행될 수 있다. After the organic
어닐링 단계는 유기물 박막(120)으로부터 단결정성 전하 이동성 공결정을 형성하기 위해, 도포된 3상의 용액을 어닐링시키는 단계이다(S400). The annealing step is a step of annealing the applied three-phase solution to form monocrystalline charge transportable co-crystals from the organic thin film 120 (S400).
이때 어닐링은 유기 용매 증기를 이용하거나 또는 열을 이용하는 방법으로 수행될 수 있다. The annealing may be performed by using an organic solvent vapor or by using heat.
한편, 본 실시예에 따른 트랜지스터 소자 제조 방법은 전극(130) 형성 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the transistor device manufacturing method according to the present embodiment may further include forming the electrode 130 (S500).
도 8에는 본 실시예에 따라 전극(130)이 형성된 기판(110)이 도시되어 있다.FIG. 8 shows a
전극(130) 형성 단계는 유기물 박막(120)에 전극(130)을 형성하여 외부 전자 소자와 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 단계이다(S500). In the step of forming the
이때 본 실시예에 따른 전극은, 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 니오븀(Nb)과 같은 금속, 또는 이러한 금속의 합금 및 금속이 도핑된 반도체 중 어느 하나일 수 있다. At this time, the electrode according to this embodiment may be formed of a metal such as tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), silver (Ag), tantalum (Ta), aluminum (Al), copper (Cu) (Cr), niobium (Nb), or an alloy of such a metal and a semiconductor doped with a metal.
또한 ITO, IZO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO와 같은 금속 산화물로 이루어지는 투명 전극물질일 수도 있으나 이에 한정되지 않으며, 전술한 전극을 이루는 물질에 대해서는 본 발명의 권리범위가 제한되지는 않을 것이다. The transparent electrode material may be a metal oxide such as ITO, IZO, In 2 O 3 , AlZnO, GaZnO, or ZnO. However, the present invention is not limited thereto. will be.
이때 본 실시예에 따른 전극(130)은 열 진공 증착법에 의해 형성될 수 있다. At this time, the
도 9에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자 및 또 다른 실시예에 따라 제조된 트랜지스터 소자의 쌍극자 전하 수송을 도시한 그래프가 도시되어 있으며, 도 10에는 쌍극자 이동도를 계산하기 위해 도 9에 도시된 그래프에 루트를 취한 그래프를 얻어 접선의 기울기를 통해 계산된 이동도가 도시되어 있다. FIG. 9 is a graph illustrating dipole charge transport of a transistor device according to another embodiment of the present invention and a transistor device manufactured according to another embodiment of the present invention. In FIG. 10, The mobility calculated through the slope of the tangent line is shown by plotting the graph taken on the graph shown.
도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자 및 또 다른 실시예에 따라 제조된 트랜지스터 소자는 이종 분자의 번갈아 쌓임 방향(결정에서의 b축 방향)으로 효과적인 쌍극자의 전하 수송이 가능해진다. 9 and 10, the transistor element according to another embodiment of the present invention and the transistor element made according to another embodiment are arranged in the direction of alternate stacking of the different molecules (b-axis direction in the crystal) It is possible to carry out the charge transfer.
지금까지 본 발명에 따른 유기물 반도체 물질, 트랜지스터 소자 및 이를 제조하는 방법에 대해 설명하였다. 본 발명에 따른 유기물 반도체 물질과 이를 구비하는 트랜지스터 소자는 전자 주게와 전자 받게의 자발적 공결정화를 통한 전자 이동형 구조체를 포함하고 있기 때문에, 보다 향상된 전기적 특성 및 발광 특성을 제공할 수 있다. The organic semiconductor material, the transistor device, and the method for fabricating the same according to the present invention have been described. The organic semiconductor material and the transistor device including the same according to the present invention include an electron transport structure through spontaneous co-crystallization of an electron donor and an electron acceptor, thereby providing more improved electrical characteristics and luminescent characteristics.
이때 각각 정공 수송 능력, 전자 수송 능력을 지니는 유기 반도체성 전자 주게와 전자 받게의 공결정은 해당 공결정 내에서 번갈아 쌓임 방향으로의 초교환 상호작용으로 인해 쌍극자 전하를 효과적으로 수송 할 수 있어 상보형 금속산화 반도체의 대체자가 될 수 있다.In this case, the co-crystallization between the organic semiconducting electron donor having the hole transporting ability and the electron transporting ability and the electron accepting ability can effectively transfer the dipole charge due to the super exchanging interaction in the stacking direction in the corresponding co- It can be an alternative to an oxide semiconductor.
또한 가시광선 파장 영역의 높은 발광 효율을 보이는 유기 반도체성 전자 주게와 전자 받게의 공결정화를 통해 형성된 공결정은 미래의 높은 전류-광 변환 효율을 이용하는 발광성 트랜지스터 소자의 응용에 매우 용이하다.In addition, the crystallization formed by the co-crystallization of the organic semiconducting electron donor exhibiting high luminous efficiency in the visible light wavelength region and the electron acceptor is very easy to apply to the luminous transistor device using the high current-to-light conversion efficiency of the future.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is obvious to those who have. Accordingly, it should be understood that such modifications or alterations should not be understood individually from the technical spirit and viewpoint of the present invention, and that modified embodiments fall within the scope of the claims of the present invention.
110: 기판
120: 유기물 박막
130: 전극110: substrate
120: organic thin film
130: Electrode
Claims (25)
p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적(stoichiometric) 정수비로 자발적 공결정화(co-crystallization)된 전하 이동형(charge transfer) 구조체로 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 전자 주게는 하기 화학식 3의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기물 반도체 물질:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서 X5는 각각 독립적으로 S 또는 O이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2 및 NH2로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 이때 상기 R의 C는 1 내지 12이다.An organic semiconductor material capable of emitting light in a visible light wavelength region,
characterized in that the p-type electron donor and the n-type electron acceptor are formed of a charge transfer structure which is spontaneously co-crystallized with a stoichiometric integer ratio,
Wherein the electron donor has the structure of Formula 3:
(3)
In Formula 3, X 5 is independently S or O, and R 3 and R 4 are each independently H, CH 3 , OR, OH, NR 2 And NH < 2 >, wherein C of R is from 1 to 12.
상기 유기물 반도체 물질, 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게 중 적어도 어느 하나는,
상기 가시광선 파장 영역에서의 발광 효율이 다른 파장 영역에서의 발광 효율보다 더 높은 것을 특징으로 하는, 유기물 반도체 물질. The method according to claim 1,
Wherein at least one of the organic semiconductor material, the electron emitter,
Wherein the luminous efficiency in the visible light wavelength region is higher than the luminous efficiency in the other wavelength region.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게는,
상기 자발적 공결정화를 위한 용액의 형성 및 삼차원적인 분자간의 이차 결합에 의한 결정 상태의 형성이 가능한 분자 구조 및 분자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는, 유기물 반도체 물질. The method according to claim 1,
Wherein said electron emitter and said electron emitter
Wherein the organic semiconductor material has a molecular structure and a molecular size capable of forming a solution for spontaneous co-crystallization and forming a crystalline state by secondary bonding between three-dimensional molecules.
상기 전자 받게는,
하기 화학식 4의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기물 반도체 물질:
[화학식 4]
상기 화학식 4에서 X6, X7, X8 및 X9는 각각 독립적으로 C또는 N이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R7과 R8은 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR 및 SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 이때 상기 R의 C는 1 내지 12이다. The method according to claim 1,
The electron-
An organic semiconducting material characterized by having a structure represented by the following formula (4)
[Chemical Formula 4]
In Formula 4, X 6 , X 7 , X 8 And X 9 are each independently C or N, R 5 and R 6 are each independently CN or H and R 7 and R 8 are each independently F, Cl, CF 3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, and SO 2 OH, wherein C of R is 1 to 12.
상기 전자 받게는,
하기 화학식 5의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기물 반도체 물질:
[화학식 5]
The electron-
An organic semiconducting material characterized by having a structure represented by the following formula (5)
[Chemical Formula 5]
상기 전자 받게는,
하기 화학식 6의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기물 반도체 물질:
[화학식 6]
상기 화학식 6에서 X10은 S 또는 O이고, R9 및 R10은 각각 독립적으로 CN 또는 H이고, R11과 R12는 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR 및 SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 이때 상기 R의 C는 1 내지 12이다.The method according to claim 1,
The electron-
1. An organic semiconductor material having a structure represented by the following formula (6): < EMI ID =
[Chemical Formula 6]
Wherein X 10 is S or O, R 9 and R 10 are each independently CN or H, and R 11 and R 12 are each independently F, Cl, CF 3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, and SO 2 OH, wherein C of R is 1 to 12.
상기 게이트 전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스 전극과 드레인 전극; 및
상기 소스 및 상기 드레인 전극을 연결하도록 형성되며, 기판에 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 유기물 반도체 물질이 도포되어 형성된 유기 박막층을 포함하는 트랜지스터 소자로서,
상기 유기물 반도체 물질은,
p-타입의 전자 주게와 n-타입의 전자 받게가 화학양론적(stoichiometric) 정수비로 자발적 공결정화된 전하 이동형 구조체로 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 전자 주게는 하기 화학식 3의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서 X5는 각각 독립적으로 S 또는 O이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 H, CH3, OR, OH, NR2 및 NH2로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 이때 상기 R의 C는 1 내지 12이다.A gate electrode formed on the substrate;
A source electrode and a drain electrode formed so that an insulating layer is positioned between the gate electrode and the gate electrode; And
And an organic thin film layer formed to connect the source and the drain electrode and formed on the substrate by applying an organic semiconductor material capable of emitting light in a visible light wavelength region,
The organic semiconductor material may include,
characterized in that the p-type electron donor and the n-type electron acceptor are formed into a spontaneous co-crystallized charge transport structure with a stoichiometric integer ratio,
Wherein the electron donor has a structure represented by the following Formula 3:
(3)
In Formula 3, X 5 is independently S or O, and R 3 and R 4 are each independently H, CH 3 , OR, OH, NR 2 And NH < 2 >, wherein C of R is from 1 to 12.
상기 유기물 반도체 물질, 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게 중 적어도 어느 하나는,
상기 가시광선 파장 영역에서의 광효율이 다른 파장 영역에서의 광효율보다 더 높은 것을 특징으로 하는,
트랜지스터 소자.8. The method of claim 7,
Wherein at least one of the organic semiconductor material, the electron emitter,
Characterized in that the light efficiency in the visible light wavelength region is higher than the light efficiency in the other wavelength region.
Transistor device.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게는,
상기 자발적 공결정화를 위한 용액의 형성과, 삼차원적인 분자간의 이차 결합에 의한 결정 상태의 형성이 가능한 분자 구조 및 분자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는,
트랜지스터 소자.8. The method of claim 7,
Wherein said electron emitter and said electron emitter
Characterized by having a molecular structure and a molecular size capable of forming a solution for spontaneous co-crystallization and forming a crystalline state by secondary bonding between three-dimensional molecules.
Transistor device.
상기 전자 받게는,
하기 화학식 4의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자:
[화학식 4]
상기 화학식 4에서 X6, X7, X8 및 X9는 각각 독립적으로 C또는 N이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 CN 또는 H이며, R7과 R8은 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR 및 SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 R의 C는 1 내지 12이다.8. The method of claim 7,
The electron-
A transistor element having a structure represented by the following formula (4):
[Chemical Formula 4]
In Formula 4, X 6 , X 7 , X 8 And X 9 are each independently C or N, R 5 and R 6 are each independently CN or H and R 7 and R 8 are each independently F, Cl, CF 3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, and SO 2 OH, and the C of R is 1 to 12.
상기 전자 받게는,
하기 화학식 5의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자:
[화학식 5]
The electron-
A transistor element having a structure represented by the following formula (5):
[Chemical Formula 5]
상기 전자 받게는,
하기 화학식 6의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자:
[화학식 6]
상기 화학식 6에서 X10은 S 또는 O이고, R9 및 R10은 각각 독립적으로 CN 또는 H이며, R11과 R12는 각각 독립적으로 F, Cl, CF3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO2OR 및 SO2OH으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 R의 C는 1 내지 12이다.8. The method of claim 7,
The electron-
A transistor element having a structure represented by the following formula (6):
[Chemical Formula 6]
Wherein X 10 is S or O, R 9 and R 10 are each independently CN or H, and R 11 and R 12 are each independently F, Cl, CF 3 , CN, COOR, COOH, CHO, SO 2 OR, and SO 2 OH, and the C of R is 1 to 12.
화학양론적(stoichiometric)으로 정수비를 이루는 전자 주게 및 전자 받게를 기판에 도포하여 자발적 공결정화(co-crystallization)된 전하 이동형(charge transfer) 구조체를 가지는 유기물 박막을 형성하는 단계를 포함하는,
트랜지스터 소자의 제조 방법. 13. A method of manufacturing a transistor device according to any one of claims 7 to 12,
Applying an electron donor and an electron acceptor stoichiometrically in an integer ratio to a substrate to form an organic thin film having a spontaneous co-crystallized charge transfer structure;
A method of manufacturing a transistor device.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계는,
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 유기 용매에 용해시켜 형성된 용액을 상기 기판에 도포하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
Wherein the step of forming the organic thin film by applying the electron donor and the electron acceptor to the substrate comprises:
A solution formed by dissolving the electron donor and the electron acceptor in an organic solvent is applied to the substrate.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계는,
상기 용액을 드랍 캐스팅(drop-casting)법, 트랜스퍼(transfer)법, 잉크젯(ink-jet)법 또는 스핀코팅(spin-coating)법 중 적어도 어느 하나를 사용하여 상기 기판에 도포하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
Wherein the step of forming the organic thin film by applying the electron donor and the electron acceptor to the substrate comprises:
Wherein the solution is applied to the substrate using at least one of a drop-casting method, a transfer method, an ink-jet method, and a spin-coating method. , A method of manufacturing a transistor device.
상기 유기 용매는,
1,2-다이클로로에테인(1,2-dichloroethane), 다이클로로메테인(dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydriofurane), 클로로포름(chloroform), 클로로벤젠(chlorobenzene), 1,2-다이클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene) 및 이들의 조합용매 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
The organic solvent may include,
Dichloromethane, 1,2-dichloroethane, dichloromethane, tetrahydriofurane, chloroform, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene (1 , 2-dichlorobenzene), and a combination solvent thereof.
상기 용액은,
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게에 유기 절연체성 고분자가 더 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
The solution,
Wherein the electron donor and the electron acceptor further include an organic insulator polymer.
상기 유기 절연체성 고분자는,
폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, poly(methylmethacrylate)), 폴리메틸아크릴레이트(poly(methylacrylate)), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리바이닐피리딘(PVP, poly(4-vinylpyridine), 폴리바이닐알코올(PVA, poly(vinylalcohol)), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 및 폴리에틸렌글리콜(PEG, polyethylene glycol) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 18. The method of claim 17,
The organic insulator-
Poly (methyl methacrylate), poly (methylacrylate), polystyrene, polyvinylpyridine (PVP), polyvinylpyridine (PVA), and polyvinyl alcohol (vinyl alcohol), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene glycol (PEG).
상기 유기물 박막에 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법.14. The method of claim 13,
And forming an electrode on the organic thin film.
상기 유기물 박막에 상기 전극을 형성하는 단계는,
열 진공 증착법에 의해 상기 유기물 박막에 상기 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 20. The method of claim 19,
Forming the electrode on the organic thin film comprises:
Wherein said electrode is formed on said organic thin film by a thermal vacuum deposition method.
상기 기판은,
열산화처리 된 SiO2/Si 기판, 유리 기판 및 유연한(flexible) 기판 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
Wherein:
Wherein the substrate is at least one of a thermally oxidized SiO 2 / Si substrate, a glass substrate, and a flexible substrate.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계 이전에 상기 기판을 세척하는 단계를 더 포함하며,
상기 기판을 세척하는 단계는,
아세톤과 아이소프로페인 알코올 각각을 이용하여 상기 기판을 세척 후, UV 오존 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
Further comprising the step of cleaning the substrate prior to the step of applying the electron donor and the electron acceptor to the substrate to form the organic thin film,
The cleaning of the substrate may include:
Wherein the substrate is washed with acetone and isopropanol alcohol, respectively, and then subjected to UV ozone treatment.
상기 기판에 도포된 상기 유기물 박막을 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
Further comprising the step of annealing the organic thin film applied to the substrate.
상기 유기물 박막을 어닐링하는 단계는,
유기 용매 증기 또는 열을 이용하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 24. The method of claim 23,
Wherein annealing the organic thin film comprises:
Wherein an organic solvent vapor or heat is used.
상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하여 상기 유기물 박막을 형성하는 단계는,
증착법을 이용하여 상기 전자 주게 및 상기 전자 받게를 상기 기판에 도포하는 것을 특징으로 하는, 트랜지스터 소자의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
Wherein the step of forming the organic thin film by applying the electron donor and the electron acceptor to the substrate comprises:
Wherein the electron donor and the electron acceptor are applied to the substrate using a vapor deposition method.
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| KR20080094237A (en) * | 2007-04-19 | 2008-10-23 | 충주대학교 산학협력단 | Polymers having both electron donor and electron acceptor |
| KR20110051821A (en) * | 2009-11-11 | 2011-05-18 | 한국기계연구원 | P-type nio conducting film for organic solar cell, the method for preparation of nio conducting film and organic solar cell with enhanced light to electric energy conversion using thereof |
| KR20110118631A (en) * | 2008-12-18 | 2011-10-31 | 바스프 에스이 | Semiconductor materials prepared from dithienylvinylene copolymers |
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2014
- 2014-03-17 KR KR1020140030792A patent/KR101408160B1/en active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JOSEPH CHARLES SUMRAK, "Organic semiconductor co-crystals: reactivity, mobility, and spectroscopy, doctoral PhD diss, University of Iowa, July 2011, http://ir.uiowa.edu/etd/1183 * |
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