KR101572260B1 - Organic Semi-Conductor Low Molecular And Organic Thin Film Transistor Comprising The Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 반도체 저분자를 제공한다.The present invention provides an organic semiconductor low molecular weight compound represented by the following formula (1).
여기서, X 및 Y는 헤테로 원자 중에서 선택될 수 있고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 12개의 선형, 분지형 또는 환형 알킬기, 탄소수 1 내지 12개의 알콕시알킬기, 페닐, 나프탈렌 및 안트라센을 포함하는 아릴기, 티오펜, 퓨란, 디벤조티오펜, 디벤조퓨란 및 피리딘을 포함하는 헤테로아릴기일 수 있으며, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있다.Wherein R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, phenyl, naphthalene, and anthracene, R 1 and R 2 may be the same or different from each other, and each of R 1 and R 2 may be the same or different from each other.
유기박막트랜지스터 Organic thin film transistor
Description
본 발명은 유기 박막트랜지스터에 관한 것으로, 보다 자세하게는 유기 반도체 저분자를 포함하는 유기 박막트랜지스터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic thin film transistor, and more particularly, to an organic thin film transistor including an organic semiconductor low molecule.
유기 박막트랜지스터(Organic Thin Film Transistor; OTFT)는 일반적으로 기판, 게이트 전극, 게이트 절연층, 소오스 전극 및 드레인 전극, 유기 활성층을 포함하여 구성되는 것으로, 소오스 전극과 드레인 전극 상에 유기 활성층이 형성되는 바텀 콘택트(Bottom Contact; BC)형과 유기 활성층 상에 마스크 증착 등으로 소오스 전극 및 드레인 전극이 형성되는 탑 콘택트(Top Contact; TC)형으로 나눌 수 있다.BACKGROUND ART Organic thin film transistors (OTFTs) generally include a substrate, a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode and a drain electrode, and an organic active layer, and an organic active layer is formed on the source electrode and the drain electrode (TC) type in which a source electrode and a drain electrode are formed by mask evaporation or the like on an organic active layer and a Bottom Contact (BC) type.
유기 박막트랜지스터(OTFT)의 유기 활성층으로 실리콘(Si)과 같은 무기 반도체 물질이 일반적으로 사용되어 왔으나 최근 디스플레이의 대면적화, 저가격화로 인해 고온 진공 프로세스를 필요로 하는 무기계 물질에서 유기계 반도체 물질로 대 체하는 연구가 진행되고 있다.Inorganic semiconductor materials such as silicon (Si) have been generally used as organic active layers of organic thin film transistors (OTFTs). However, due to the large size and low cost of displays, inorganic materials requiring high temperature vacuum processes have been replaced with organic semiconductor materials Research is underway.
최근에는 유기 박막트랜지스터(OTFT)의 채널층용 유기 반도체 물질이 많이 연구되고 있으며 그 트랜지스터 특성이 보고되고 있다. 많이 연구되는 저분자계 또는 고분자계 유기반도체 물질로는 멜로시아닌, 프탈로시아닌, 펜타센, 티오펜폴리머 등이 있으며, 박막 형성을 주로 진공프로세스에 의존하고 있다. Recently, a lot of organic semiconductor materials for an organic thin film transistor (OTFT) channel layer have been studied and their transistor characteristics have been reported. Many low-molecular-weight or high-molecular-weight organic semiconductor materials studied include melocyanine, phthalocyanine, pentacene, and thiophene polymer, and the thin film formation is mainly dependent on a vacuum process.
그리고, 고분자계 재료로는 티오펜계 고분자를 사용한 유기 박막트랜지스터가 많이 보고되고 있는데, 저분자계 재료를 이용한 OTFT의 특성은 고분자계 OTFT의 특성에는 이르지 못하지만, 프린팅 기술과 같은 용액 공정으로 저가격 대면적 가공이 가능하다는 장점이 있다. Although OTFTs using low-molecular-weight materials do not reach the characteristics of polymer-based OTFTs, a solution process such as a printing technique is used to fabricate a low-cost large-area It has the advantage of being able to process.
상기에서 언급한 바와 같이, 유기 반도체 고분자 재료는 전하 이동도와 같은 TFT 소자 특성이 저분자계 재료인 펜타센에 비해 떨어지지만 용액 공정을 통해 저렴하게 TFT 제조가 가능한 이점이 있다.As mentioned above, although the characteristics of the TFT device such as the charge mobility of the organic semiconductor polymer material are lower than that of the pentacene, which is a low molecular material, there is an advantage that the TFT can be manufactured inexpensively through the solution process.
그러나, OTFT를 상용화하기 위해서는 우수한 전기적 특성 및 공정성이라는 중요한 파라미터를 만족해야 하는데 이를 위해서 저분자계 및 고분자계 유기 반도체의 장점을 함께 구비해야 하며, 오늘날 이러한 특성을 개성하기 위하여 다양한 연구가 시도되고 있다. However, in order to commercialize an OTFT, it is necessary to satisfy important parameters of excellent electrical characteristics and fairness. To do so, it is necessary to have the advantages of low molecular weight and high molecular weight organic semiconductors together.
따라서, 고분자계 OTFT의 용액 공정의 장점과 저분자계 OTFT의 우수한 전기적 특성을 가지는 새로운 구조의 저분자 유기 반도체 물질의 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is required to develop a low-molecular organic semiconductor material having a new structure having advantages of a solution process of a polymer-based OTFT and excellent electrical characteristics of a low molecular weight OTFT.
따라서, 본 발명은 전기적 특성이 우수하며, 높은 용해성을 갖는 유기 반도체 저분자 및 이를 포함하는 유기 박막트랜지스터를 제공한다.Accordingly, the present invention provides an organic semiconductor low molecular material having excellent electrical characteristics and high solubility, and an organic thin film transistor including the same.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 반도체 저분자는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In order to achieve the above object, an organic semiconductor low molecular compound according to an embodiment of the present invention may be represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
여기서, X 및 Y는 헤테로 원자 중에서 선택될 수 있고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 12개의 선형, 분지형 또는 환형 알킬기, 탄소수 1 내지 12개의 알콕시알킬기, 페닐, 나프탈렌 및 안트라센을 포함하는 아릴기, 티오펜, 퓨란, 디벤조티오펜, 디벤조퓨란 및 피리딘을 포함하는 헤테로아릴기일 수 있으며, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있다.Wherein R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, phenyl, naphthalene, and anthracene, R 1 and R 2 may be the same or different from each other, and each of R 1 and R 2 may be the same or different from each other.
상기 X는 황(S) 원자일 수 있다.X may be a sulfur (S) atom.
상기 X는 질소(N) 원자일 수 있다.X may be a nitrogen (N) atom.
상기 X는 산소(O) 원자일 수 있다.X may be an oxygen (O) atom.
상기 Y는 헤테로 원자를 함유하는 5 또는 6각형 고리 화합물이고, 상기 헤테로 원자를 함유하는 5 또는 6각형 고리 화합물은 질소(N), 산소(O), 황(S) 및 셀레늄(Se) 중 어느 하나로 치환된 5원자 또는 6원자 헤테로 아릴기일 수 있다.Wherein Y is a 5 or hexagonal ring compound containing a heteroatom and the 5 or hexagonal ring compound containing the heteroatom is selected from the group consisting of nitrogen (N), oxygen (O), sulfur (S) and selenium Or a five-membered or six-membered heteroaryl group substituted with one.
상기 X 및 Y가 질소(N)로 치환될 경우, 상기 R3 및 R4는 수소, 탄소수 1 내지 6의 선형 또는 분지형 알킬기, 페닐, 나프탈렌, 안트라센을 포함하는 아릴기, 티오펜, 퓨란, 디벤조티오펜, 디벤조퓨란, 피리딘을 포함하는 헤테로아릴기로 치환될 수 있다.When X and Y are substituted with nitrogen (N), R 3 and R 4 are each independently selected from hydrogen, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group including phenyl, naphthalene, anthracene, thiophene, Dibenzofurans, dibenzothiophenes, dibenzofurans, pyridines, and the like.
상기 헤테로아릴기 및 아릴기는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The heteroaryl group and the aryl group may be any one selected from compounds represented by the following general formula (2).
여기서, X는 N-H, O, S 또는 Se이다.Where X is N-H, O, S or Se.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터는 게이트 전극, 게이트 절연층, 유기 활성층, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 유기 박막트랜지스터에 있어서, 상기 유기 활성층은 청구항 1항의 유기 반도체 저분자를 포함할 수 있다.In addition, the organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, a gate insulating layer, an organic active layer, a source electrode, and a drain electrode, wherein the organic active layer includes the organic semiconductor molecule of claim 1 can do.
상기 유기 활성층은 스크린 인쇄법, 프린팅법, 스핀 코팅법, 잉크 분사법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.The organic active layer may be formed of any one selected from the group consisting of a screen printing method, a printing method, a spin coating method, and an ink jet method.
상기 게이트 전극, 상기 소오스 전극 및 상기 드레인 전극은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode may be formed of at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Ni, and ITO. .
본 발명은 전기적 특성이 우수하며, 높은 용해성을 갖는 유기 반도체 저분자 및 이를 포함하는 유기 박막트랜지스터를 제공한다.The present invention provides an organic semiconductor low molecular material having excellent electrical characteristics and high solubility and an organic thin film transistor including the same.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터를 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터(100)는 기판(110) 상에 게이트 전극(120), 게이트 절연층(130), 유기 활성층(140), 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an organic
상기 기판(110)은 유기 박막트랜지스터의 구조를 지지하는 역할을 하는 것으로, 유리, 플라스틱, 금속 또는 이들의 복합체나 적층체를 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.The
상기 게이트 전극(120)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 주석(Sn), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.The
게이트 전극(120)은 30 내지 500nm의 두께로 이루어질 수 있으며, 화학증착, 스퍼터링, 무전해 도금, 스핀 코팅 등으로 형성될 수 있다.The
상기 게이트 절연층(130)은 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 티타늄 산화물(TiOx), 바륨 산화물(BaO), 납 산화물(PbO), 마그네슘 산화물(MgO) 등으로 이루어질 수 있다. The
게이트 절연층(130)은 10 내지 150nm의 두께로 이루어질 수 있으며, 진공증착, 스퍼터링, 열CVD, 열산화 또는 양극 산화 등으로 형성될 수 있다.The
상기 유기 활성층(140)은 수 nm에서 수㎛의 두께로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 10nm 내지 250nm의 두께로 이루어질 수 있다. 또한 유기 활성층(140)을 형성하는 방법으로는 스크린 인쇄법, 프린팅법, 스핀코팅법, 잉크 분사법 등으로 이루어질 수 있으며 이에 한정되지 않는다.The organic
유기 활성층(140)은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 반도체 저분자로 이루어질 수 있다.The organic
[화학식 1][Chemical Formula 1]
여기서, X 및 Y는 헤테로 원자 중에서 선택될 수 있고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 12개의 선형, 분지형 또는 환형 알킬기, 탄소수 1 내지 12개의 알콕시알킬기, 페닐, 나프탈렌 및 안트라센을 포함하는 아릴기, 티오펜, 퓨란, 디벤조티오펜, 디벤조퓨란 및 피리딘을 포함하는 헤테로아릴기일 수 있으며, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있다.Wherein R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, phenyl, naphthalene, and anthracene, R 1 and R 2 may be the same or different from each other, and each of R 1 and R 2 may be the same or different from each other.
상기 화학식 1에서 X는 황(S) 원자, 질소(N) 원자 또는 산소(O) 원자일 수 있다.In Formula 1, X may be a sulfur (S) atom, a nitrogen (N) atom, or an oxygen (O) atom.
그리고, 상기 화학식 1에서 Y는 헤테로 원자를 함유하는 5 또는 6각형 고리 화합물이고, 상기 헤테로 원자를 함유하는 5 또는 6각형 고리 화합물은 질소(N), 산소(O), 황(S) 및 셀레늄(Se) 중 어느 하나로 치환된 5원자 또는 6원자 헤테로 아릴기일 수 있다.In formula (1), Y is a 5 or hexagonal ring compound containing a hetero atom, and the 5 or hexagonal ring compound containing a hetero atom is selected from the group consisting of nitrogen (N), oxygen (O), sulfur (Se). ≪ / RTI >
또한, 상기 화학식 1에서 X 및 Y가 질소(N)로 치환될 경우, 상기 R3 및 R4는 수소, 탄소수 1 내지 6의 선형 또는 분지형 알킬기, 페닐, 나프탈렌, 안트라센을 포함하는 아릴기, 티오펜, 퓨란, 디벤조티오펜, 디벤조퓨란, 피리딘을 포함하는 헤테로아릴기로 치환될 수 있다.When X and Y in the formula (1) are substituted with nitrogen (N), R 3 and R 4 may be hydrogen, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group including phenyl, naphthalene, Thiophene, furan, dibenzothiophene, dibenzofuran, and pyridine.
여기서, 상기 헤테로아릴기 및 아릴기는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.Here, the heteroaryl group and the aryl group may be any one selected from compounds represented by the following general formula (2).
[화학식 2](2)
여기서, X는 N-H, O, S 또는 Se이다.Where X is N-H, O, S or Se.
상기 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 주석(Sn), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.The
게이트 전극(120)은 30 내지 500nm의 두께로 이루어질 수 있으며, 화학증착, 스퍼터링, 무전해 도금, 스핀 코팅 등으로 형성될 수 있다.The
전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터는 유기 활성층 상에 소오스 전극 및 드레인 전극이 위치하는 탑 콘택트(TC)형인 것을 개시하였지만 이에 한정되지 않으며, 유기 활성층 하부에 소오스 전극 및 드레인 전극이 위치하는 바텀 콘택트(BC)형으로도 형성될 수 있다.Although the organic thin film transistor according to one embodiment of the present invention described above is of the top contact (TC) type in which the source electrode and the drain electrode are located on the organic active layer, the present invention is not limited thereto, and a source electrode and a drain electrode may be formed under the organic active layer (BC) type.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 반도체 저분자를 포함하는 유기 박막트랜지스터의 유기 활성층은 다음과 같이 형성할 수 있다.The organic active layer of the organic thin film transistor including the organic semiconductor molecule according to an embodiment of the present invention may be formed as follows.
상기 화학식 1로 표시되는 유기 반도체 저분자 화합물 및 유기 용매를 포함하는 전구체 용액을 기판 상에 도포하여 코팅막을 형성한 뒤, 코팅막을 열처리하여 유기 활성층을 형성할 수 있다.The precursor solution containing the organic semiconductor low-molecular compound represented by Formula 1 and the organic solvent may be coated on the substrate to form a coating layer, and then the coating layer may be heat-treated to form an organic active layer.
상기 전구체 용액은 상기 화학식 1로 표시되는 유기 반도체 저분자 화합물을 포함할 수 있으며, 유기 반도체 저분자 화합물은 전구체 용액 중 0.01 내지 30wt%일 수 있다.The precursor solution may include the organic semiconductor low molecular weight compound represented by Formula 1, and the organic semiconductor low molecular weight compound may be 0.01 to 30 wt% of the precursor solution.
상기 유기용매로는 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소용매일 수 있고, 톨루엔, 피리딘, 퀴놀린, 아니솔, 메시틸렌, 자일렌 등의 방향족계 탄화수소용매일 수 있다. 또한, 메틸이소부틸케톤, 1-메틸-2-피롤리디논, 시클로헥사논, 아세톤 등의 케톤계 용매이거나, 테트라하이드로퓨란, 이소프로필에테르 등의 에테르계 용매일 수 있다. 이와는 달리, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 등의 아세테이트계용매일 수 있으며, 이소프로필알코올, 부틸알코올 등의 알코올계용매 또는 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 등의 아미드계용매를 사용할 수도 있다.The organic solvent may be used for aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane, and may be used for aromatic hydrocarbons such as toluene, pyridine, quinoline, anisole, mesitylene and xylene. Further, it may be a ketone-based solvent such as methyl isobutyl ketone, 1-methyl-2-pyrrolidinone, cyclohexanone or acetone, or an ether-based solvent such as tetrahydrofuran or isopropyl ether. Alternatively, it may be an acetate-based solvent such as ethyl acetate, butyl acetate or propylene glycol methyl ether acetate. Alcohol solvents such as isopropyl alcohol and butyl alcohol or amide solvents such as dimethylacetamide and dimethylformamide may be used .
상기 유기 반도체 저분자 화합물 및 유기용매를 포함하는 전구체 용액이 준비되면, 기판 상에 도포하여 코팅막을 형성한다. When the precursor solution containing the organic semiconductor low-molecular compound and the organic solvent is prepared, the precursor solution is coated on the substrate to form a coating film.
이때, 전구체 용액을 코팅하는 방법으로는, 스핀코팅법, 딥코팅법, 롤코팅법, 스크린 코팅법, 분무코팅법, 스핀 캐스팅법, 스크린 인쇄법 또는 잉크젯법 등 의 코팅방법을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 스크린 인쇄법, 프린팅법, 스핀코팅법, 잉크 분사법 등을 사용할 수 있다.At this time, as a method of coating the precursor solution, a coating method such as spin coating, dip coating, roll coating, screen coating, spray coating, spin casting, screen printing or inkjet can be used. More preferably, a screen printing method, a printing method, a spin coating method, an ink jetting method, or the like can be used.
다음, 상기 형성된 코팅막을 열처리함으로써 유기 활성층을 형성할 수 있다. 열처리 공정은 진공 또는 질소, 아르콘 분위기 또는 공기 분위기에서 40 내지 250℃의 온도로 수행할 수 있으며, 1 내지 100분 동안 열처리할 수 있다.Next, the organic active layer can be formed by heat-treating the formed coating film. The heat treatment process may be performed at a temperature of 40 to 250 ° C in a vacuum or nitrogen atmosphere, an argon atmosphere or an air atmosphere, and may be heat-treated for 1 to 100 minutes.
이하, 본 발명의 유기 반도체 저분자 및 이를 포함하는 유기 박막트랜지스터에 관하여 하기 합성예 및 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the organic semiconductor low molecular material and the organic thin film transistor including the organic semiconductor molecule of the present invention will be described in detail in the following Synthesis Examples and Examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.
합성예Synthetic example
1) 디브로모-디벤조티오펜의 제조1) Preparation of dibromo-dibenzothiophene
디벤조티오펜 10g을 아세틱 산 100mL에 녹인 후, 2,3 당량 브롬 6.4mL를 80℃에서 천천히 떨어뜨렸다. 반응이 진행되면서 브롬이 좌우에 치환이 되어 아이보르색 침전이 떨어지는 것을 확인하고 반응이 종료된 후, 반응혼합물을 바로 여과하고 증류수로 여러 차례 씻어준 후 메탄올에서 재침전을 시켜 디브로모-디벤조티오펜을 얻었다.After dissolving 10 g of dibenzothiophene in 100 mL of acetic acid, 6.4 mL of a 2, 3 equivalent of bromine was slowly dropped at 80 ° C. After the reaction was completed, the reaction mixture was immediately filtered, washed several times with distilled water, and reprecipitated in methanol to obtain dibromo-di Benzothiophene.
2) 5-헥실티오펜 보로닉 에스터 유도체의 제조2) Preparation of 5-hexylthiophene boronic ester derivative
헥실티오펜 5g을 THF 100mL에 녹인 후, 0℃에서 1.7Mn-BuLi 19.2mL를 천천히 떨어뜨렸다. 30분 동안 교반한 후, 2-이소프로폭시-4,4'-5,5'-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로란 10.9g을 넣어줬다. 그리고 나서 24시간 동안 교반시킨 다음 반응이 종료된 후 반응 혼합물을 증류수와 에테르로 추출하였다. 다음 여과액을 감압증류하고 트리에틸아민으로 처리가 된 실리카 컬럼으로 분리하여 5-헥실티오펜 보로닉 에스터 유도체를 얻었다.5 g of hexylthiophene was dissolved in 100 mL of THF, and then 19.2 mL of 1.7 M n-BuLi was slowly dropped at 0 ° C. After stirring for 30 minutes, 10.9 g of 2-isopropoxy-4,4'-5,5'-tetramethyl-1,3,2-dioxaborane was added. After stirring for 24 hours, the reaction mixture was extracted with distilled water and ether. Next, the filtrate was distilled under reduced pressure, and the residue was separated into a silica column treated with triethylamine to obtain a 5-hexylthiophene boronic ester derivative.
3) 디티오펜일-디벤조티오펜 유도체의 제조3) Preparation of dithiophenyl-dibenzothiophene derivative
디브로모-디벤조티오펜, 티오펜 보로닉 에스터, 팔라듐 촉매를 넣고 톨루엔에 녹였다. 그리고 나서 2M 탄산나트륨 수용액과 엘리큇 336(상전이촉매)를 넣어줬 다. 다음 이 혼합물을 80℃에서 24시간 동안 교반시켰다. 반응 종료 후 반응 혼합물을 실온까지 내린다음 메탄올을 떨어뜨려 침전물이 얻었다. 이후, 얻어진 침전물을 여과하여 다시 클로로벤젠에 100℃에서 녹인 다음 식혀 침전물을 다시 얻었다. 그리고 얻어진 침전물을 여과한 후 진공건조하여 디티오펜일-디벤조티오펜 유도체를 얻었다.Dibromo-dibenzothiophene, thiophene boronic ester and palladium catalyst were added and dissolved in toluene. Then, 2M sodium carbonate aqueous solution and Eli 큇 336 (phase transfer catalyst) were put in. The mixture was then stirred at 80 < 0 > C for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature, and methanol was dropped to obtain a precipitate. Then, the resulting precipitate was filtered and dissolved again in chlorobenzene at 100 DEG C, and the precipitate was recovered again. The resulting precipitate was filtered and vacuum dried to obtain a dithiophenyl-dibenzothiophene derivative.
실시예Example
이하, 전술한 합성예에서 얻어진 디티오펜일-디벤조티오펜 유도체를 사용하여 유기 박막트랜지스터를 제작한 실시예를 개시한다.Hereinafter, an embodiment in which an organic thin film transistor is manufactured using the dithiophen yl-dibenzothiophene derivative obtained in the above-mentioned synthesis example is described.
<실시예 1>≪ Example 1 >
세정된 플라스틱 기판에 게이트 전극으로 사용되는 금을 스퍼터링법으로 1000Å의 두께로 증착한 후 패터닝하여 게이트 전극을 형성하였다. 그리고, 게이트 절연막으로 사용되는 실리콘 산화막을 CVD법으로 1000Å의 두께로 증착하였다. 이때, 기판은 유기 반도체 재료를 증착하기 전 이소프로필알콜을 이용하여 10분간 세척하여 건조하고 사용하였다. Gold used as a gate electrode on the cleaned plastic substrate was deposited to a thickness of 1000 Å by a sputtering method and then patterned to form a gate electrode. Then, a silicon oxide film used as a gate insulating film was deposited to a thickness of 1000 Å by a CVD method. At this time, the substrate was washed with isopropyl alcohol for 10 minutes before the organic semiconductor material was evaporated, dried and used.
이후, 상기 합성예에서 합성한 디티오펜일-디벤조티오펜 유도체를 헥산에 10mM 농도로 희석시킨 옥타데실트리클로로실란 용액에 30초간 담구는 OTS 처리를 수행하고 아세톤으로 세척한 후 건조시킨 다음, 톨루엔에 2wt% 농도로 용해시켜 1000rpm에서 700Å의 두께로 기판 상에 스핀 코팅하고, 아르곤 분위기 하에서 100 ℃, 1시간 동안 어닐링하여 유기 활성층을 형성하였다. Thereafter, the dithiophenyl-dibenzothiophene derivative synthesized in the above Synthesis Example was subjected to OTS treatment for 30 seconds in an octadecyl trichlorosilane solution diluted in hexane to a concentration of 10 mM, washed with acetone, dried, Dissolved in toluene at a concentration of 2 wt%, spin-coated on the substrate to a thickness of 700 ANGSTROM at 1000 rpm, and annealed at 100 DEG C for 1 hour in an argon atmosphere to form an organic active layer.
이후, 유기 활성층 상에 소오스 전극 및 드레인 전극으로 사용되는 금을 스퍼터링법으로 1200Å의 두께로 증착하여 탑-콘택트 방식의 유기 박막트랜지스터를 제작하였다.Thereafter, gold used as a source electrode and a drain electrode was deposited on the organic active layer to a thickness of 1200 ANGSTROM by sputtering, thereby manufacturing a top-contact type organic thin film transistor.
<실시예 2>≪ Example 2 >
상기 디티오펜일-디벤조티오펜 유도체를 OTS처리하는 공정을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 공정 조건으로 유기 박막트랜지스터를 제작하였다.An organic thin film transistor was fabricated under the same process conditions as in Example 1 except for the step of OTS treatment of the dithiophenyl-dibenzothiophene derivative.
<실시예 3>≪ Example 3 >
상기 유기 박막트랜지스터를 어닐링하는 공정을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 공정 조건으로 유기 박막트랜지스터를 제작하였다. An organic thin film transistor was fabricated under the same process conditions as in Example 1, except for the step of annealing the organic thin film transistor.
<실시예 4><Example 4>
디티오펜일-디벤조티오펜 유도체를 OTS처리하는 공정과 유기 활성층의 어닐링 공정을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 공정 조건으로 유기 박막트랜지스터를 제작하였다. An organic thin film transistor was fabricated under the same process conditions as in Example 1 except for the step of OTS treatment of the dithiophenyl-dibenzothiophene derivative and the annealing of the organic active layer.
상기 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 유기 활성층을 포함하는 유기 박막트랜지스터의 전기적 특성을 측정하기 위하여 KEITHLEY사의 Semiconductor characterization System(4200-SCS)를 이용하여 전류전달 특성을 측정하였다. 이로부터 계산한 전하이동도 및 차단누설전류를 하기 표 1에 나타내었다.In order to measure the electrical characteristics of the organic thin film transistor including the organic active layer prepared according to Examples 1 to 4, current transfer characteristics were measured using Semiconductor Characterization System (4200-SCS) manufactured by KEITHLEY. The calculated charge mobility and blocking leakage current are shown in Table 1 below.
전하이동도는 도 2의 전류전달곡선을 사용하여 하기의 포화영역(saturation region)의 전류식으로부터 (ISD)1/2과 VG를 변수로 한 그래프를 얻고 그 기울기로부터 구하였다.The charge mobility was obtained from the current transfer equation of the saturation region using the current transfer curve of FIG. 2, and a graph was obtained from the slope of (I SD ) 1/2 and V G as a variable.
상기 식에서 ISD는 소오스-드레인 전류이고, μ 또는 μFET는 전하이동도이며, C0은 산화막 정전용량이고, W는 채널 폭이며, L은 채널 길이이고, VG는 게이트 전압이며, VT는 문턱전압이다. Wherein I SD is the source-and-drain current, μ or μ FET is also the charge transfer, and C 0 is oxide capacitance, W is the channel width, and L is channel length, V G is the gate voltage, V T Is the threshold voltage.
또한, 차단누설전류(Ioff)는 오프 상태일 때 흐르는 전류로서, 전류비에서 오프 상태에서 최소전류로 구하였다.Further, the blocking leakage current (I off ) was a current flowing when the off state was obtained, and a minimum current was obtained from the off state to the current ratio.
그리고, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 유기 활성층을 XRD(X-Ray Diffraction) 회절 피크를 이용하여 결정화도를 측정하여 도 3에 나타내었다.The crystallinity of the organic active layer prepared according to Examples 1 to 4 was measured using XRD (X-Ray Diffraction) diffraction peaks and is shown in FIG.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 유기 반도체 저분자를 유기 활성층으로 사용한 유기 박막트랜지스터는 솔루블(soluble)한 공정을 통해 유기 활성층이 형성 가능하며, 실시예 1의 경우에는 높은 전하이동도를 나타내며 차단누설전류도 우수한 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, the organic thin film transistor using the organic semiconductor small molecule of the present invention as an organic active layer can form an organic active layer through a soluble process. In the case of Example 1, the organic thin film transistor exhibits a high charge mobility It can be seen that the blocking leakage current is also excellent.
또한, 도 3에서 나타나는 바와 같이, 실시예 1 및 3의 유기 활성층의 결정화도가 우수한 것을 알 수 있다.Further, as shown in Fig. 3, it can be seen that the crystallinity of the organic active layers of Examples 1 and 3 is excellent.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터는 우수한 전기적 특성을 가질 수 있고, 솔루블한 공정으로 유기 활성층을 형성할 수 있어 제조 비용이 절감되는 이점이 있다.Therefore, the organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention can have excellent electrical characteristics, and the organic active layer can be formed by a solubilized process, thereby reducing the manufacturing cost.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that the invention may be practiced. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. In addition, the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description. Also, all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터를 나타낸 도면.1 illustrates an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터의 전류전달곡선을 나타낸 그래프.2 is a graph showing a current transfer curve of an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막트랜지스터의 유기 활성층의 XRD 측정 그래프.3 is a graph of XRD measurement of an organic active layer of an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
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