KR101626363B1 - Anthracenyl alternating copolymer, preparation method thereof, and organic thin film transistor using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안트라세닐계 교호 공중합체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 안트라세닐계 교호 공중합체를 유기 박막 트랜지스터에 적용하는 경우 높은 정공의 이동도 및 높은 점멸비를 얻을 수 있고, 또한 용액 공정으로 유기 박막 트랜지스터를 제작할 수 있으므로 제조 비용 절감을 가져올 수 있다.
유기 고분자, 유기 박막 트랜지스터
The present invention relates to an anthracenyl-based alternating copolymer, a process for producing the same, and an organic thin film transistor using the same. When the anthracenyl-based alternating copolymer according to the present invention is applied to an organic thin film transistor, a high hole mobility and a high flicker ratio can be obtained, and an organic thin film transistor can be manufactured by a solution process, .
Organic polymer, organic thin film transistor
Description
안트라세닐계 교호 공중합체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터에 관한 것이다.Anthracenyl based copolymer, a method for producing the same, and an organic thin film transistor using the same.
유기물을 이용한 전자 재료 기술은 최근 들어 큰 주목을 받고 있다. 많은 연구자들과 기업에서 활발한 연구를 진행하고 있는 대표적인 예는 유기 전계 발광 다이오드, 유기 태양전지 재료, 유기 트랜지스터 재료 등이다. Electronic material technology using organic materials has received great attention in recent years. Representative examples that have been actively researched by many researchers and companies include organic electroluminescent diodes, organic solar cell materials, and organic transistor materials.
비정질 실리콘이나 다결정 실리콘을 대체하는 유기 반도체 재료는 가공성이나 재료 개발의 용이성과, 특히 저온에서 활성층을 형성할 수 있다는 장점 때문에 크게 주목을 받고 있다. 기존의 펜타센 또는 이와 유사한 구조의 전하 이동도가 높은 물질로 제작된 유기 박막 트랜지스터는 상업적인 응용에 있어서도 상당히 진일보하고 있다. Organic semiconductor materials that replace amorphous silicon or polycrystalline silicon are attracting much attention due to their ease of processability and material development and their ability to form an active layer at low temperatures. Organic thin film transistors fabricated from conventional pentacene or similar materials with high charge mobility have gone a long way in commercial applications.
대표적인 유기 반도체성 화합물인 펜타센의 경우 p채널 전하 이동도의 값은 은 단일 박막으로 제조되는 경우에 3 cm2/Vs 정도를 갖는 것으로 보고되고 있다 (J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 2706). 이런 비약적인 성능 향상은 활성층으로 사용될 수 있는 새로운 물질을 개발하기 위한 신규 코어 구조의 개발을 가속화하고 있다. 하지만 이들 재료는 박막 형성 시에 고가의 진공 증착 장비를 필요로 하고, 미세 패턴 형성에 어려움이 있어서 경제성이나 대면적화에 적합하지 않다.In the case of pentacene, which is a typical organic semiconductor compound, the value of p-channel charge mobility is reported to be about 3 cm 2 / Vs when it is prepared as a single thin film ( J. Am. Chem. Soc. , 2008, 130, 2706). This dramatic performance improvement is accelerating the development of new core structures to develop new materials that can be used as active layers. However, these materials require expensive vacuum deposition equipment at the time of thin film formation, and are difficult to form fine patterns, and thus are not suitable for economic efficiency or large-scale production.
Merck사에서는 이동도가 1 cm2/Vs 수준인 올리고머 유기 반도체 재료들을 제조하여 공급하고 있다 (J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 2706). 이 재료들은 Triisopropylsilyl(TIPS)-펜타센 또는 디플루오로(비스-트리에틸실릴안트라디티오펜)(dF-TES-ADT)이라는 5개의 방향족 고리가 서로 융합된 구조를 가지며, 용해도를 개선하기 위하여 실리콘이 포함된 작용기를 포함시킨 것이 특징이다. 동종의 유기 반도체 (homogeneous OSC) 만으로도 초기 이동도는 높게 나오지만 박막의 특성을 향상시키기 위하여 결합제로서 고분자 재료를 사용하고 있다. 이 재료들은 충분한 특성을 나타내지만 소자 제작을 위한 공정 진행시에 소자 특성이 불안정하여 제조 라인에 적용하기에는 어려움이 있고, 전류-전자 스위핑을 반복할 때 전압이 지연되고 신뢰도가 저하되는 등의 문제가 있다.Merck manufactures and supplies oligomer organic semiconductor materials with a mobility of 1 cm 2 / Vs ( J. Am. Chem. Soc. , 2008, 130, 2706). These materials have a structure in which five aromatic rings such as triisopropylsilyl (TIPS) -pentacene or difluoro (bis-triethylsilylanthradithiophene) (dF-TES-ADT) are fused to each other. And the like. The homogeneous organic semiconductor (homogeneous OSC) shows high initial mobility, but the polymer material is used as the binder to improve the characteristics of the thin film. Although these materials exhibit sufficient characteristics, it is difficult to apply them to a manufacturing line due to unstable device characteristics during the process for fabricating devices, and problems such as delay of voltage and reliability are reduced when current-electron sweeping is repeated have.
한편 고분자계 재료들은 최근 들어 비약적인 성능의 향상을 보이고 있다. 최근 멕켈러프는 0.6 cm2/Vs의 높은 이동도를 나타내는 티오펜 계열의 고분자 재료를 Nature Materials지에 보고하였다 (Nature Mater., 2006, 5, 328). 이들 문헌에 의하여 보고된 고분자 재료들은 가공성 면에서 프린팅 기술과 같은 용액 가공을 통해 활성층을 구현할 수 있어서 낮은 비용으로 대면적화를 이룰 수 있다는 장점이 있다. 또한 저분자 재료나 무기 재료에 비해서는 상대적으로 이동도가 낮지만, 높은 동작 주파수가 필요하지 않아서 저렴하게 트랜지스터 소자를 제조할 수 있다는 장점이 있다. On the other hand, polymer materials show remarkable performance improvement in recent years. Recently, McKellough reported a thiophene polymer material exhibiting high mobility of 0.6 cm 2 / Vs in Nature Materials ( Nature Mater ., 2006, 5, 328). The polymer materials reported by these documents have an advantage in that the active layer can be realized through solution processing such as printing technique in terms of processability, thereby achieving a large-sized large-sized polymer material at low cost. In addition, although the mobility is relatively low as compared with a low-molecular material or an inorganic material, a transistor device can be manufactured at a low cost because a high operating frequency is not required.
반도체성 유기 화합물은 현재 유기 박막 트랜지스터 (OTFT), 유기 발광 다이오드 (OLED), 센서 및 광전지 소자와 같은 분야의 영역에서 개발되고 있다. 그 중에서도 유기 박막 트랜지스터는 대면적 및 저비용 디스플레이 구현에 가장 적합한 기술로 주목받고 있고, 상업적 규모의 양산에 적용할 만한 성능에 근접하고 있는 것으로 보고되었다. Semiconductor organic compounds are currently being developed in areas such as organic thin film transistors (OTFTs), organic light emitting diodes (OLEDs), sensors and photovoltaic devices. Among them, the organic thin film transistor has attracted attention as a most suitable technology for realizing a large-area and low-cost display, and it is reported that it is close to a performance which can be applied to mass production on a commercial scale.
종래에는 유기 반도체 물질로서 저분자계 펜타센 전구체들과 올리고머 폴리티오펜 유도체들이 많이 연구되었는데, 그 예로는 다음에 나타낸 화합물 1 내지 3과 같은 유기 반도체 재료를 들 수 있다. Conventionally, a lot of low-molecular-weight pentacene precursors and oligomeric polythiophene derivatives as an organic semiconductor material have been studied. Examples thereof include organic semiconductor materials such as the following
저분자계의 펜타센 전구체 또는 펜타센 유도체들은 3.2 내지 5.0 ㎠/Vs 이상의 높은 전하 이동도를 나타내는 것으로 보고되어 있지만, 박막 형성 후에 물질이 자가 변성을 일으켜 안정적인 성능을 나타내지 못하므로 상업적 이용에는 적합하지 않다. 또한, 용액 공정에 의한 박막 제조가 가능하지만, 구동 시에 발생하는 열로 인하여 상응집(phase aggregation)을 유발하는 단점이 있어 이를 보완하기 위하여 이종의 고분자 재료를 상당량 포함시켜 막의 균일도를 높이기도 한다. Low molecular weight pentacene precursors or pentacene derivatives have been reported to exhibit high charge mobilities of 3.2 to 5.0 cm 2 / Vs or more, but they are not suitable for commercial use because they do not exhibit stable performance due to self-denaturation of the material after film formation . In addition, although it is possible to produce a thin film by a solution process, there is a disadvantage in that it causes phase aggregation due to heat generated during driving. In order to compensate this, the uniformity of the film may be increased by incorporating a large amount of different kinds of polymer materials.
아래와 같은 구조를 갖는 펜타센은 분자간 상호 중첩을 최대로 올릴 수 있지만, 이 배열은 조건에 따라 다양하게 변화되는 단점이 있다. 또한, 중앙 부분의 벤젠 고리에서 화학적으로 불안한 구조를 가지기 때문에 sp2 카벤의 구조가 -C=O와 같은 이종의 구조로 변하는 화학적인 불안정성을 가지고 있다. Pentacene having the following structure can maximally increase intermolecular overlap, but this arrangement has a disadvantage in that it varies in various conditions. In addition, since the benzene ring in the central portion has a chemically unstable structure, the structure of sp 2 carbene has chemical instability that changes into a heterogeneous structure such as -C = O.
한편, 아래와 같은 구조의 섹티 티오펜 분자들에서는 펜타센 같은 분자의 불안정성은 보고되지 않았고, 알킬기를 도입함으로써 이동도의 향상을 이루었으나 아직은 상용화에 미치지 못하는 수준이어서 개선이 필요한 상황이다. On the other hand, the instability of molecules such as pentacene has not been reported in the above-mentioned structured thiophene molecules, and mobility has been improved by introducing an alkyl group, but it is still not yet commercialized and needs improvement.
또한, 아래와 같은 구조의 폴리-3-알킬티오펜의 경우는 레지오레귤라한 구조에서 높은 이동도를 보이고 있으나, 아직 상업적 수준에는 도달하지 못하였다. 이는 분자의 열적/화학적 안정성이 부족하고, 고분자에서도 높은 이동도 특성을 얻기 위해서는 주사슬에 새로운 구조를 도입하는 것이 필요하기 때문이다.In addition, poly-3-alkylthiophene having the following structure shows high mobility in the regio-regular structure, but has not reached commercial level yet. This is due to the lack of thermal / chemical stability of the molecule and the introduction of a new structure into the main chain to obtain high mobility properties in polymers.
따라서 유기 박막 트랜지스터를 상용화하기 위해서는 단일 구성 요소를 기반으로 하고, 전기적/열적 안정성을 확보할 수 있고, 상온에서 용액 공정으로 공정을 진행하여도 우수한 박막 성질이 나타나도록 하기 위하여 우수한 전기적 안정성 및 경제성을 만족시키는 고분자 재료의 설계 및 합성이 요구된다.Therefore, in order to commercialize an organic thin film transistor, it is required to provide an organic thin film transistor having excellent electrical stability and economical efficiency in order to make it possible to secure electrical / thermal stability based on a single component and to exhibit excellent thin film properties even if the solution process is carried out at room temperature Design and synthesis of satisfying polymer materials are required.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위한 것으로서, 전기적/열적 안정성이 있고, 상온에서 용액 공정으로 공정을 진행하여도 우수한 박막 성질이 나타나도록 할 수 있는, 우수한 전기적 안정성 및 경제성을 만족시키는 고분자 재료를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. It is an object of the present invention to overcome the limitations of the prior art as described above and to provide a method of manufacturing a semiconductor device which is excellent in electrical stability and economical efficiency and which can exhibit excellent thin film properties even when a solution process is performed at room temperature And to provide a polymeric material which enables the polymeric material to be obtained.
상기와 같은 본 발명의 목적은 아래와 같은 것들에 의하여 달성된다. The above object of the present invention is achieved by the following.
(1) 다음 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 갖는 안트라세닐계 고분자:(1) An anthracenyl polymer having a repeating unit represented by the following formula (1):
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(2) 상기 (1)의 고분자를 포함하는 유기 박막 트랜지스터. (2) An organic thin film transistor comprising the polymer of (1).
(3) (a) 다음 화학식 2로 표시되는 화합물을 화학식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계와, (3) reacting a compound represented by the formula (2) with a compound represented by the formula (3) to obtain a compound represented by the formula (4)
(b) 상기 화학식 4의 화합물을 다음 화학식 5로 표시되는 화합물과 중합 반응시키는 단계(b) a step of polymerizing the compound of formula (4) with a compound of formula
를 포함하는, 제1항에 따른 고분자의 제조 방법:A process for producing a polymer according to
[화학식 2](2)
[화학식 3](3)
[화학식 4][Chemical Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
본 발명에 따라 안트라세닐계 교호 공중합체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터가 제공되었다. 본 발명에 따른 안트라세닐계 교호 공중합체 는 다양한 치환기가 도입되어 있어 분자내 또는 분자간 전하 이동을 용이하게 하고, 강한 파이 오비탈 중첩이 가능하므로, 이 물질을 유기 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용하는 경우 높은 정공의 이동도 및 높은 점멸비를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서는 용액 공정으로 유기 박막 트랜지스터의 활성층을 제작할 수 있으므로 제조 비용의 절감을 가져올 수 있다.An anthracenyl-based alternating copolymer according to the present invention, a method for producing the same, and an organic thin film transistor using the same are provided. The anthracenyl-based alternating copolymer according to the present invention has various substituents introduced therein, facilitating charge transfer within a molecule or between molecules, and capable of superposing a strong pervital. Therefore, when this material is used as an active layer of an organic thin film transistor, And a high blink ratio can be obtained. In addition, in the present invention, since the active layer of the organic thin film transistor can be manufactured by the solution process, the manufacturing cost can be reduced.
본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 안트라세닐계 고분자에 관한 것이다. The present invention relates to an anthracenyl-based polymer represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
식 중에서, R1은 각각 독립적으로 C1-10의 직선형 또는 분지형 알킬기이고, Wherein each R < 1 > is independently a linear or branched alkyl group having from 1 to 10 carbon atoms,
-Ar-은 다음과 같은 구조를 갖는 것으로서, R2가 C6-12의 직선형 또는 분지형 알킬기인 것, -Ar- has the following structure, in which R 2 is a C 6-12 linear or branched alkyl group,
또는 다음과 같은 구조를 갖는 것으로 구성된 군에서 선택되는 것이고,Or a group selected from the group consisting of the following structures,
, , , , , , , ,
, 및 , And
R은 C6-12의 직선형 또는 분지형 알킬기이고,R is a C 6-12 linear or branched alkyl group,
X는 황 또는 셀레늄 원자이고,X is a sulfur or selenium atom,
Y는 탄소 또는 실리콘 원자이고,Y is a carbon or silicon atom,
m은 1 내지 4의 정수이다. m is an integer of 1 to 4;
상기 화학식 1에서 R1은 용액 공정을 가능하게 하는 알킬기로서, 에틸기 또는 이소프로필기인 것이 바람직하고, 6개의 R1이 모두 이소프로필인 것이 가장 바람직하다. 이 부분은 용액 공정을 가능하게 하는 것은 물론, 박막을 형성하였을 때 분자간 효과적인 π-중첩을 가능하게 함으로써 전하의 이동을 향상시키는 역할을 한다. In the above formula (1), R 1 is preferably an ethyl group or an isopropyl group as an alkyl group enabling the solution process, and most preferably all of the six R 1 groups are isopropyl groups. This part not only enables the solution process, but also plays a role in improving the charge transfer by enabling effective inter-molecule superimposition when a thin film is formed.
Y가 실리콘인 경우 전기적인 특성상 탄소보다는 향상된 전하의 이동을 가능하게 하므로 바람직할 수 있다.When Y is silicon, it is possible to transfer an electric charge more improved than carbon because of its electrical characteristics, which is desirable.
한편 상기 Ar은 바람직하게는 고리 내에 황 또는 셀레늄 원자를 포함할 수도 있는, 직선형 알킬기로 치환된 아릴 또는 헤테로아릴 고리이다. 상기 아릴기는 교대 공중합 반응이 진행되도록 하고, 또한 분자간의 π-중첩에도 도움을 준다. Ar is, on the other hand, an aryl or heteroaryl ring, preferably substituted with a linear alkyl group, which may contain a sulfur or selenium atom in the ring. The aryl group allows an alternating copolymerization reaction to proceed, and also helps to overlap? -Ins between molecules.
상기 R2는 헥실 또는 도데실인 것이 가장 바람직하다. Most preferably, R < 2 > is hexyl or dodecyl.
또한, 상기 -Ar-은 다음과 같은 구조를 갖는 것으로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다. In addition, -Ar- may be selected from the group consisting of the following structures.
상기 화학식 1로 표시되는 고분자의 구체적인 예로는 다음 화학식으로 표시되는 것으로 구성된 군에서 선택되는 반복 단위를 갖는 것을 들 수 있다. Specific examples of the polymer represented by the formula (1) include those having a repeating unit selected from the group consisting of the following formulas.
및 And
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 고분자의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 (a) 다음 화학식 2로 표시되는 화합물을 화학식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계와, (b) 상기 화학식 4의 화합물을 다음 화학식 5로 표시되는 화합물과 중합 반응시키는 단계를 포함한다.The present invention also relates to a process for preparing a polymer represented by the above formula (1), comprising the steps of: (a) reacting a compound represented by the following formula (2) with a compound represented by the formula (3) And (b) subjecting the compound of formula (4) to a polymerization reaction with a compound represented by the following formula (5).
[화학식 2](2)
[화학식 3](3)
[화학식 4][Chemical Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
화학식 2 내지 5에 있어서, R1, -Ar-, X, Y, m 및 n은 각각 앞에서 정의한 것과 동일한 것이고, Z는 불소, 염소, 브롬 및 요오드로 구성된 군에서 선택되는 할로겐 원자이다. In the formulas (2) to (5), R 1 , -Ar-, X, Y, m and n are the same as defined above and Z is a halogen atom selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 고분자를 포함하는 유기 박막 트랜지스터에 관한 것이다. The present invention also relates to an organic thin film transistor including the polymer represented by
실시예 Example
이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과한 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the examples are merely examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
실시예 1Example 1
(1) 디브로모안트라디티오펜의 제조(1) Preparation of dibromoanthradithiophene
1,4-사이클로디헥산온 (0.63g, 5.6 mmol)과 2.1 당량의 5-브로모-2,3-티오펜디카르복스알데하이드를 2구 100 mL 플라스크에 넣고, 질소로 10분간 환류한 다음, 에탄올 100 mL를 넣었다. 이 혼합물에 15% KOH 수용액을 서서히 넣었더니 갈색 침전물이 생성되었다. 4시간 정도 교반한 다음 여과하고, 다시 에탄올로 세정하여 진한 갈색의 화합물 1을 78%의 수율로 얻었다. (0.63 g, 5.6 mmol) and 2.1 equivalent of 5-bromo-2,3-thiopendicarboxaldehyde were placed in a two-necked 100 mL flask, refluxed for 10 minutes in nitrogen, 100 mL of ethanol was added. A brown precipitate was formed after slowly adding 15% aqueous KOH solution to the mixture. After stirring for about 4 hours, the mixture was filtered and washed again with ethanol to obtain a dark
(2) 디브로모-비스(트리이소프로필실릴에티닐)안트라디티오펜의 제조(2) Preparation of dibromo-bis (triisopropylsilylethynyl) anthradithiophene
트리이소프로필실릴아세틸렌 2.1 mL를 헥산 20 mL와 함께 100 mL 2구 플라스크에 넣고, 질소 퍼징한 다음, 부틸리튬 4 당량을 서서히 넣고 60℃에서 1시간 동안 가열하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키고, 상기 화합물 1을 1 당량 넣고, 다시 60℃에서 24시간 동안 교반하였더니 진한 갈색의 용액이 되었다. 이 반응 혼합물에 10% SnCl2-2H2O 염산 수용액을 서서히 넣고, 60℃에서 2시간 더 교반한 다음, 냉각시키고, MgSO4로 건조시킨 다음, 여과하였다. 헥산으로 칼럼 크로마토그래피 정제하여 짙은 적색 고체 상태의 디브로모-비스(트리이소프로필실릴에티닐)안트라디티오펜 (화합물 2)을 65%의 수율로 얻었다.2.1 mL of triisopropylsilyl acetylene was placed in a 100 mL two-necked flask together with 20 mL of hexane, purged with nitrogen, and 4 equivalents of butyllithium was slowly added thereto, followed by heating at 60 DEG C for 1 hour. The reaction mixture was cooled to room temperature, 1 equivalent of
(3) 2,5-디(트리메틸틴)-3-도데실티오펜의 제조(3) Preparation of 2,5-di (trimethyltin) -3-dodecylthiophene
무수 THF 50 mL에 3-도데실티오펜 (1g, 3.96 mmol)을 2구 플라스크에 넣고, -78℃로 30분간 유지한 다음, n-BuLi 2.2 당량을 서서히 가한 다음, 1시간 정도 더 교반하였다. 반응 온도를 상온으로 올렸다가 10분 후에 다시 -78℃로 낮추고, 트리 메틸틴 클로라이드 (3당량)의 THF (10 mL) 용액을 서서히 주입하고, 서서히 상온으로 올리면서 24시간 동안 교반하였다. 메틸렌 클로라이드/물로 추출하고, 유기층을 모아 감압 증류한 다음, 셀라이트를 통과시켜 여과하여 2,5-디(트리메틸틴)-3-도데실티오펜 (화합물 3)을 62%의 수율로 얻었다.3-dodecylthiophene (1 g, 3.96 mmol) was added to a two-necked flask, and the mixture was maintained at -78 ° C for 30 minutes. The reaction temperature was raised to room temperature, and after 10 minutes, the temperature was again lowered to -78 ° C, and a THF (10 mL) solution of trimethyltin chloride (3 equivalents) was slowly added thereto and stirred for 24 hours while gradually warming to room temperature. The organic layer was collected by distillation under reduced pressure, and then filtered through celite to obtain 2,5-di (trimethyltin) -3-dodecylthiophene (Compound 3) in a yield of 62%.
(4) 실시예 1의 고분자의 제조(4) Production of polymer of Example 1
50 mL 2구 플라스크에 화합물 2와 3을 각각 1.5 mmol 넣고, 질소로 퍼징한 다음, Pd(PPh3)2Cl2 50 mg을 넣고, 무수 THF 30 mL를 넣고 3일 동안 환류하였다. 반응 혼합물을 상온으로 냉각한 다음 메탄올에 붓고, 여과하여 건조시키고, 메탄올/THF에서 2회 재침전시키고, 짧은 컬럼 크로마토그래피로 메탈 불순물을 제거한 다음, 속슬렛 추출(Soxhlet extraction)하여 실시예 1의 화합물을 45%의 수율로 얻었다. GPC로 확인한 분자량: Mn=15000, Mw=27000In a 50 mL two-necked flask, 1.5 mmol of each of compounds 2 and 3 were added, and the mixture was purged with nitrogen. 50 mg of Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 was added thereto, and 30 mL of anhydrous THF was added thereto. The reaction mixture was cooled to room temperature and then poured into methanol, filtered and dried, reprecipitated twice in methanol / THF, and the metal impurities were removed by short column chromatography and then subjected to Soxhlet extraction to obtain The compound was obtained in 45% yield . Molecular weight determined by GPC: Mn = 15000, Mw = 27000
실시예 2Example 2
(1) 2,2'-비스(트리메틸틴)-3,3'-디-도데실티오펜의 제조(1) Preparation of 2,2'-bis (trimethyltin) -3,3'-di-dodecylthiophene
실시예 1의 (3)에서와 동일한 방법으로 2,2'-비스(트리메틸틴)-3,3'-디-도데실티오펜 (화합물 4)을 58%의 수율로 얻었다.2,2'-bis (trimethyltin) -3,3'-di-dodecylthiophene (Compound 4) was obtained in a yield of 58% in the same manner as in (3) of Example 1.
(2) 실시예 2의 고분자의 제조(2) Preparation of Polymer of Example 2
50 mL 2구 플라스크에 화합물 2와 4를 각각 1.5 mmol 넣고, 질소로 퍼징한 다음, Pd(PPh3)2Cl2 50 mg을 넣고, 무수 THF 30 mL를 넣고 3일 동안 환류하였다. 반응 혼합물을 상온으로 냉각한 다음 메탄올에 붓고, 여과하여 건조시키고, 메탄올 /THF에서 2회 재침전시키고, 짧은 컬럼 크로마토그래피로 메탈 불순물을 제거한 다음, 속슬렛 추출(Soxhlet extraction)하여 실시예 2의 화합물을 39%의 수율로 얻었다. GPC로 확인한 분자량: Mn=12000, Mw=210001.5 mmol of each of the compounds 2 and 4 were placed in a 50 mL two-necked flask, purged with nitrogen, and then 50 mg of Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 was added thereto, and 30 mL of anhydrous THF was added thereto and refluxed for 3 days. The reaction mixture was cooled to room temperature and then poured into methanol, filtered and dried, reprecipitated twice in methanol / THF, the metal impurities were removed by short column chromatography and then subjected to Soxhlet extraction to obtain The compound was obtained in 39% yield . Molecular weight determined by GPC: Mn = 12000, Mw = 21000
실시예 3Example 3
(1) 5,5'-비스-(트리메틸틴)-3,3'-디-n-옥틸실릴렌-2,2'-바이티오펜의 제조(1) Preparation of 5,5'-bis- (trimethyltin) -3,3'-di-n-octylsilylene-2,2'-bithiophene
실시예 1의 (3)에서와 동일한 방법으로 5,5'-비스-(트리메틸틴)-3,3'-디-n-옥틸실릴렌-2,2'-바이티오펜 (화합물 5)을 52%의 수율로 얻었다.5,5'-bis- (trimethyltin) -3,3'-di-n-octylsilylene-2,2'-bithiophene (Compound 5) was obtained in the same manner as in (3) 52% yield.
(2) 실시예 3의 고분자의 제조(2) Preparation of polymer of Example 3
50 mL 2구 플라스크에 화합물 2와 5를 각각 1.5 mmol 넣고, 질소로 퍼징한 다음, Pd(PPh3)2Cl2 50 mg을 넣고, 무수 THF 30 mL를 넣고 3일 동안 환류하였다. 반응 혼합물을 상온으로 냉각한 다음 메탄올에 붓고, 여과하여 건조시키고, 메탄올/THF에서 2회 재침전시키고, 짧은 컬럼 크로마토그래피로 메탈 불순물을 제거한 다음, 속슬렛 추출(Soxhlet extraction)하여 실시예 3의 화합물을 45%의 수율로 얻었다. GPC로 확인한 분자량: Mn=11000, Mw=1950In a 50 mL two-necked flask, 1.5 mmol of each of the compounds 2 and 5 was added, and the mixture was purged with nitrogen. 50 mg of Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 was added thereto, and 30 mL of anhydrous THF was added thereto. The reaction mixture was cooled to room temperature and then poured into methanol, dried by filtration, reprecipitated twice in methanol / THF, the metal impurities were removed by short column chromatography and then subjected to Soxhlet extraction to obtain The compound was obtained in 45% yield . Molecular weight determined by GPC: Mn = 11000, Mw = 1950
실시예 4: 소자의 제작Example 4: Fabrication of device
본 발명의 실시예 1 내지 3에서 합성한 고분자를 각각 활성층으로 사용하여 아래에 설명한 것과 같이 유기 박막 트랜지스터 소자를 제작하였다.Organic thin film transistor devices were fabricated as described below using the polymers synthesized in Examples 1 to 3 of the present invention as active layers, respectively.
게이트 전극으로는 n타입 실리콘이 도핑된 웨이퍼 (heavily doped n-type silicon wafer) 위에 화학증착(CVD)법으로 이산화규소 (SiO2) 박막을 200 nm의 두께로 적층하여 사용하였다. As the gate electrode, a silicon dioxide (SiO 2 ) thin film was deposited on the heavily doped n-type silicon wafer by chemical vapor deposition (CVD) to a thickness of 200 nm.
활성층으로서 실시예 1 내지 3에서 합성한 고분자를 각각 클로로벤젠에 용해시켜 스핀 코팅으로 50 nm 두께의 박막을 형성하고, 그 위에 소스 및 드레인 전극으로서 금(Au)을 새도우 마스크로 형성하고, 그 두께는 50 nm로 하였다. 채널 길이(L)와 채널 넓이 (W)는 각각 50 μm와 1.5 mm로 하였고, 도 1에 나타난 구조를 갖도록 소자를 구성하였다.The polymers synthesized in Examples 1 to 3 as the active layer were each dissolved in chlorobenzene A thin film having a thickness of 50 nm was formed by spin coating, and gold (Au) was formed thereon as a source electrode and a drain electrode with a shadow mask, and the thickness was set to 50 nm. The channel length (L) and channel width (W) were 50 μm and 1.5 mm, respectively, and the device was configured to have the structure shown in FIG.
전기적 특성(electrical characterization)은 비활성 환경인 질소 분위기 하에서 Keithley semiconductor parametric analyzer (Keithley 4200)로 측정하였다. 아래의 식을 이용하여 포화 영역에서 전하의 이동도 (μ) 값을 구하였다. Electrical characterization was measured with a Keithley semiconductor parametric analyzer (Keithley 4200) under an inert atmosphere of nitrogen. The mobility (μ) of the charge in the saturation region was calculated using the following equation.
상기 식에서 Ci는 면적당 정전 용량 [SiO2 유전체 (Ci=15 nF/cm2)]이며, VT는 작동 전압이다.Where Ci is the capacitance per area [SiO 2 dielectric (Ci = 15 nF / cm 2 )] and VT is the operating voltage.
(1) 실시예 1의 고분자를 사용한 유기 박막 트랜지스터의 제작(1) Fabrication of Organic Thin Film Transistor Using Polymer of Example 1
실리콘 옥사이드 층을 옥틸트라이클로로실란(OTS)으로 처리하여 무기물-활성 유기물 층 사이의 계면 접촉을 개선한 다음, 상기 실시예 1에서 합성한 고분자를 클로로벤젠에 용해시켜 스핀 코팅하여 성막하였다. 그 다음, 금 전극을 이용하여 소스와 드레인을 섀도우 마스크를 사용하여 형성시키고, 글로브 박스 내에서 이동도를 측정하였다. 정공의 이동도는 0.003 cm2/Vs이었고, 점멸비는 105이었다. The silicon oxide layer was treated with octyltrichlorosilane (OTS) to improve interfacial contact between the inorganic-active organic material layer, and then the polymer synthesized in Example 1 was dissolved in chlorobenzene and spin-coated to form a film. Then, a source and a drain were formed using a gold mask using a gold electrode, and mobility was measured in a glove box. The hole mobility was 0.003 cm 2 / Vs and the blink ratio was 10 5 .
(2) 실시예 2의 고분자를 사용한 유기 박막 트랜지스터의 제작(2) Fabrication of Organic Thin Film Transistor Using Polymer of Example 2
실리콘 옥사이드 층을 옥틸트라이클로로실란(OTS)으로 처리하여 무기물-활성 유기물 층 사이의 계면 접촉을 개선한 다음, 상기 실시예 2에서 합성한 고분자를 클로로벤젠에 용해시켜 스핀 코팅하여 성막하였다. 그 다음, 금 전극을 이용하여 소스와 드레인을 섀도우 마스크를 사용하여 형성시키고, 글로브 박스 내에서 이동도를 측정하였다. 정공의 이동도는 0.0011 cm2/Vs이었고, 점멸비는 105이었다.The silicon oxide layer was treated with octyltrichlorosilane (OTS) to improve interfacial contact between the inorganic-active organic material layer, and then the polymer synthesized in Example 2 was dissolved in chlorobenzene and spin-coated to form a film. Then, a source and a drain were formed using a gold mask using a gold electrode, and mobility was measured in a glove box. The hole mobility was 0.0011 cm 2 / Vs, and the blink ratio was 10 5 .
(3) 실시예 3의 고분자를 사용한 유기 박막 트랜지스터의 제작(3) Fabrication of Organic Thin Film Transistor Using Polymer of Example 3
실리콘 옥사이드 층을 옥틸트라이클로로실란(OTS)으로 처리하여 무기물-활 성 유기물 층 사이의 계면 접촉을 개선한 다음, 상기 실시예 3에서 합성한 고분자를 클로로벤젠에 용해시켜 스핀 코팅하여 성막하였다. 그 다음, 금 전극을 이용하여 소스와 드레인을 섀도우 마스크를 사용하여 형성시키고, 글로브 박스 내에서 이동도를 측정하였다. 정공의 이동도는 0.004 cm2/Vs를 보였으며 점멸비는 105이었다.The silicon oxide layer was treated with octyltrichlorosilane (OTS) to improve interfacial contact between the inorganic-active organic material layer, and then the polymer synthesized in Example 3 was dissolved in chlorobenzene to form a film by spin coating. Then, a source and a drain were formed using a gold mask using a gold electrode, and mobility was measured in a glove box. The hole mobility was 0.004 cm 2 / Vs and the blink rate was 10 5 .
아래의 표 1은 실시예 1 내지 3의 고분자를 사용하여 제작한 유기 박막 트랜지스터의 특성 확인 결과를 정리한 것이다. Table 1 below summarizes the results of characterization of organic thin film transistors fabricated using the polymers of Examples 1 to 3.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제작한 소자 구조의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a device structure manufactured in an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 합성한 고분자를 활성층으로 사용하여 제작한 소자의 전기적 특성 측정 결과를 도시한 그래프이다. (흑색 실시예 1, 적색: 실시예 2, 녹색: 실시예 3)FIGS. 2A and 2B are graphs showing electrical property measurement results of a device fabricated using the polymer synthesized in Examples 1 to 3 of the present invention as an active layer. FIG. (Black Example 1, red: Example 2, green: Example 3)
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