KR101663678B1 - 액상의 화학물질 감지용 화학 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

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오준학
이무열
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    • H01L2924/1307—Organic Field-Effect Transistor [OFET]

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Abstract

기재; 상기 기재상에 가교된 유기 반도체층; 및 유기 반도체층상에 화학물질을 감지하는 컨테이너 분자를 포함하는 감지층;을 포함하는 적층체가 제공된다. 본 발명의 적층체를 포함하는 본 발명의 유기 트랜지스터는 액체상의 감지물질에 직접 접촉에도 안정한 기계적 강도를 가지면서, 동시에 감지물질의 종류, 농도 및 pH 등에 따른 센싱 민감도 및 선택도가 향상되어 용매 등의 분석물질을 감지하는 화학센서로 활용할 수 있다.

Description

액상의 화학물질 감지용 화학 센서 및 그의 제조방법{CHEMICAL SENSOR FOR DETECTING LIQUID CHEMICALS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 유기 트랜지스터, 그를 포함하는 화학센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가교된 유기 반도체층과 감지층으로 화학물질을 감지하는 컨테이너 분자를 도입함으로써 화학센서로 이용할 수 있는 유기 트랜지스터, 그를 포함하는 화학센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
유기 전계효과 트랜지스터 (organic field-effect transistors, OFETs)를 기반으로 한 센서 응용분야는 무기 재료기반 센서소자에서 얻을 수 없는 유연성, 생체적합성, 손쉬운 기능화 등의 이점으로 인하여 학계에서 많은 관심을 받고 있다. 다양한 종류의 유기 전계효과 트랜지스터 기반 센서를 이용하여 기체상, 수용액상의 분석물질을 감지할 수 있으며, 나아가 기계적, 자기장의 변형 및 광원을 감지하는 센서로 응용할 수 있다.
이러한 유기 소재 기반 센서소자가 환경 모니터링 및 용액상 유기용매 감지 등의 실용화가 되기 위해서는 특히 액체상의 유기용매에 대해 안정성이 높고, 용매 등의 분석물질에 대한 센싱 민감도 및 선택도를 향상시킬 필요가 있다.
그러나, 종래의 유기 트랜지스터를 이용한 화학센서의 기술은 유기용매에 대한 안정성 향상과 용매의 센싱 민감도 및 선택성 향상을 동시에 충분히 구현하지 못하는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2013-0036719호 한국공개특허 제10-2013-0008216호
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체상의 감지물질에 직접 접촉에도 안정한 기계적 강도를 가지면서, 동시에 감지물질의 종류, 농도 및 pH 등에 따른 센싱 민감도 및 선택도가 향상된 화학센서로 이용 가능한 유기 트랜지스터를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기재; 상기 기재상에 가교된 유기 반도체층; 및 상기 유기 반도체층상에 화학물질을 감지하는 컨테이너 분자를 포함하는 감지층;을 포함하는 적층체가 제공된다.
상기 기재가 유리, 석영, 알루미나, 탄화규소, 산화마그네슘, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리이미드(PI), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌(PE), 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소(GaAs), 인화인듐(InP), 인듐안티몬(InSb), 인듐비소(InAs), 알루미늄비소(AlAs), 알루미늄안티몬(AlSb), 카드뮴텔루트(CdTe), 아연텔루트(ZnTe), 황화아연(ZnS), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 카드뮴안티몬(CdSb) 및 인화갈륨(GaP) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 가교된 유기 반도체층이 가교된 하기 구조식 1로 표시되는 공중합체를 포함할 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112015028094003-pat00001
구조식 1에서,
x, y 및 z는 각각 반복단위의 수이고,
x + y는 2 내지 1000의 정수 중 어느 하나이고,
z는 1 내지 10000의 정수 중 어느 하나이고,
R은 원자가 결합, 또는 C1 내지 C20의 알킬렌기이고,
A는
Figure 112015028094003-pat00002
,
Figure 112015028094003-pat00003
,
Figure 112015028094003-pat00004
,
Figure 112015028094003-pat00005
,
Figure 112015028094003-pat00006
, 또는
Figure 112015028094003-pat00007
이고,
R'은 수소원자 또는 C1 내지 C20의 알킬기이다.
상기 컨테이너 분자가 칼릭스아렌(calixarene)계 분자, 레조시놀아렌(resorcinol arene)계 분자, 피로갈롤아렌(pyrogallol arene)계 분자, 쿠커비투릴(cucurbituril)계 분자, 및 사이클로덱스트린(cyclodextrin)계 분자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 컨테이너 분자가 하기 구조식 2 내지 6 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
[구조식 2]
Figure 112015028094003-pat00008
구조식 2에서,
n은 반복단위의 반복수이고, n은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R1 내지 R3은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
[구조식 3]
Figure 112015028094003-pat00009
구조식 3에서,
m은 반복단위의 반복수이고, m은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R4 내지 R7은 서로 같거나 다르고, R4 내지 R7은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
[구조식 4]
Figure 112015028094003-pat00010
구조식 4에서,
l은 반복단위의 반복수이고, l은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R8 내지 R12는 서로 같거나 다르고, R8 내지 R12는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
[구조식 5]
Figure 112015028094003-pat00011
구조식 5에서,
p는 반복단위의 반복수이고, p는 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R13 및 R14는 서로 같거나 다르고, R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
[구조식 6]
Figure 112015028094003-pat00012
구조식 6에서,
q는 반복단위의 반복수이고, q는 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R15 내지 R17은 서로 같거나 다르고, R15 내지 R17은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, 상기 적층체를 포함하는 유기 트랜지스터가 제공된다.
상기 유기 트랜지스터가, 기재; 상기 기재 상에 위치하는 게이트 전극; 상기 기재 및 상기 게이트 전극 상에 위치하는 절연층; 상기 절연층상에 위치하는 가교된 유기 반도체층; 상기 유기 반도체층상에 형성된 화학물질을 감지하는 컨테이너 분자를 포함하는 감지층; 및 상기 유기 반도체층 상에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극;을 포함할 수 있다.
상기 기재가 플렉서블 기재일 수 있다.
상기 소스 전극과 드레인 전극, 또는 게이트 전극이 알루미늄, 금, 구리, 니켈, 그래핀, 탄소나노튜브 및 전도성 고분자 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 절연층상에 누적막(built-up film)이 추가로 형성될 수 있다.
상기 누적막이 하기 구조식 7로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[구조식 7]
Figure 112015028094003-pat00013
구조식 7에서,
R18은 C3 내지 C30 알킬기이고,
X1은 C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이고,
X2는 H, C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이고,
X3은 H, C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이다.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, 상기 유기 트랜지스터를 포함하는 전자소자가 제공된다.
상기 전자소자가 화학센서일 수 있다.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, 게이트 전극 및 절연층이 순차적으로 형성된 기재를 준비하는 단계(단계 a); 상기 기재의 절연층상에 가교 가능한 유기 반도체층을 형성하는 단계(단계 b); 상기 가교 가능한 유기 반도체층을 가교 처리하여 가교된 유기 반도체층을 형성하는 단계(단계 c); 상기 유기 반도체층상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계(단계 d); 및 상기 가교된 유기 반도체층상에 화학 물질을 감지하는 컨테이너 분자층을 형성하는 단계(단계 e);를 포함하는 유기 트랜지스터의 제조방법이 제공된다.
단계 a 이후, 상기 기재상에 누적막(built-up film)을 형성하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
단계 b의 가교 가능한 유기 반도체층이 가교된 하기 구조식 1로 표시되는 공중합체를 포함할 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112015028094003-pat00014
구조식 1에서,
x, y 및 z는 각각 반복단위의 수이고,
x + y는 2 내지 1000의 정수 중 어느 하나이고,
z는 1 내지 10000의 정수 중 어느 하나이고,
R은 원자가 결합, 또는 C1 내지 C20의 알킬렌기이고,
A는
Figure 112015028094003-pat00015
,
Figure 112015028094003-pat00016
,
Figure 112015028094003-pat00017
,
Figure 112015028094003-pat00018
,
Figure 112015028094003-pat00019
, 또는
Figure 112015028094003-pat00020
이고,
R'은 수소원자 또는 C1 내지 C20의 알킬기이다.
단계 b가, 가교 가능한 유기 반도체와 유기용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 b-1); 상기 혼합용액을 교반하여 상기 가교 가능한 유기 반도체를 용해시키는 단계(단계 b-2); 단계 b-2의 결과물을 필터링하여 유기 반도체가 용해된 혼합용액을 제조하는 단계(단계 b-3); 및 단계 b-3의 상기 혼합용액을 상기 절연층상에 증착하여 가교 가능한 유기 반도체층을 형성하는 단계(단계 b-4);를 포함할 수 있다.
단계 b-4의 상기 증착이 드롭 캐스팅법, 용액 전단법, 스핀 코팅법, 잉크젯 프린팅법 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
단계 c의 상기 가교 처리가 열처리 후, 자외선 조사 처리함으로써 수행될 수 있다.
상기 열처리가 100 내지 200℃에서 수행될 수 있다.
단계 d에서 소스 전극 및 드레인 전극의 형성이 진공 열증착법, 화학기상증착법, 플라즈마 여기 화학기상증착법, 저압 화학기상증착법, 물리기상증착법, 스퍼터링법, 원자층 증착법, 전자빔 증착법, 드롭 개스팅법, 스핀 코팅법 및 잉크젯 프린팅법 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
단계 e에서 컨테이너 분자층의 형성은 진공 열증착법, 드롭 캐스팅법, 스핀 코팅법, 화학기상증착법, 플라즈마 여기 화학기상증착법, 저압 화학기상증착법, 물리기상증착법, 및 잉크젯 프린팅법 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 유기 트랜지스터는 액체상의 감지물질에 직접 접촉에도 안정한 기계적 강도를 가지면서, 동시에 감지물질의 종류, 농도 및 pH 등에 따른 센싱 민감도 및 선택도가 향상되어 용매 등의 분석물질을 감지하는 화학센서로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 유기 트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 실시예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기트랜지스터의 원자힘 현미경 (atomic force microscope) 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 유기 트랜지스터 기반 화학센서의 사용 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터를 화학센서로 사용하여 메탄올에 대한 센싱 감응도를 비교한 것이다.
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서의 다양한 액체상 용매에 따른 센싱 감응도를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1에 따른 유기 트랜지스터 화학센서의 용매의 농도에 따른 시그널 변화를 분석한 것이다.
도 9는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서에 각각 상이한 용매를 번갈아 연속하여 주입시 센싱 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서의 재사용 횟수에 따른 센싱 안정성 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서의 사용 후 광학현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 12는 실시예 1에 따른 유기 트랜지스터 화학센서의 용매 pH에 따른 센싱 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터를 화학센서로 사용한 센싱 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 실시예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 사진이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"란 별도의 정의가 없는 한, 직쇄형, 분쇄형 또는 환형의 지방족 탄화수소기를 의미한다. 알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화알킬(saturated alkyl)기"일 수 있다.
알킬기는 적어도 하나의 이중결합 또는 삼중결합을 포함하고 있는 "불포화알킬(unsaturated alkyl)기"일 수도 있다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4개의 탄소원자, 즉, 알킬쇄는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
구체적인 예를 들어 상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 의미한다.
"알킬렌(alkylene)기"란 별도의 정의가 없는 한 상기 "알킬기"의 어느 하나의 수소원자가 제거된 2가(bivalent) 지방족 탄화수소 라디칼(radical)을 의미한다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬렌기는 알킬렌쇄에 1 내지 4개의 탄소원자, 즉, 알킬렌쇄는 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 이소-프로필렌, n-부틸렌, 이소-부틸렌, sec-부틸렌 및 t-부틸렌으로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
이하, 본 발명의 적층체에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 적층체는 기재; 상기 기재상에 가교된 유기 반도체층; 및 상기 유기 반도체층상에 화학물질을 감지하는 컨테이너 분자를 포함하는 감지층;을 포함한다.
상기 기재는 유리, 석영, 알루미나, 탄화규소, 산화마그네슘, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리이미드(PI), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌(PE), 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소(GaAs), 인화인듐(InP), 인듐안티몬(InSb), 인듐비소(InAs), 알루미늄비소(AlAs), 알루미늄안티몬(AlSb), 카드뮴텔루트(CdTe), 아연텔루트(ZnTe), 황화아연(ZnS), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 카드뮴안티몬(CdSb), 인화갈륨(GaP) 등을 사용할 수 있다.
상기 가교된 유기 반도체층은 가교된 P3HT-아지드 공중합체(poly(3-hexylthiophene)-azide co-polymer)일 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식 1로 표시되는 공중합체를 포함할 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112015028094003-pat00021
구조식 1에서,
x, y 및 z는 각각 반복단위의 수이고,
x + y는 2 내지 1000의 정수 중 어느 하나이고,
z는 1 내지 10000의 정수 중 어느 하나이고,
R은 원자가 결합, 또는 C1 내지 C20의 알킬렌기이고,
A는
Figure 112015028094003-pat00022
,
Figure 112015028094003-pat00023
,
Figure 112015028094003-pat00024
,
Figure 112015028094003-pat00025
,
Figure 112015028094003-pat00026
, 또는
Figure 112015028094003-pat00027
이고,
R'은 수소원자 또는 C1 내지 C20의 알킬기이다.
상기 컨테이너 분자는 칼릭스아렌(calixarene)계 분자, 레조시놀아렌(resorcinol arene)계 분자, 피로갈롤아렌(pyrogallol arene)계 분자, 쿠커비투릴(cucurbituril)계 분자, 및 사이클로덱스트린(cyclodextrin)계 분자 등일 수 있고, 바람직하게는 칼릭스아렌계 분자일 수 있다.
상기 칼릭스아렌계 분자는 하기 구조식 2로 표시될 수 있다.
[구조식 2]
Figure 112015028094003-pat00028
구조식 2에서,
n은 반복단위의 반복수이고, n은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R1 내지 R3은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
상기 레조시놀아렌계 분자를 하기 구조식 3으로 표시될 수 있다.
[구조식 3]
Figure 112015028094003-pat00029
구조식 3에서,
m은 반복단위의 반복수이고, m은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R4 내지 R7은 서로 같거나 다르고, R4 내지 R7은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
상기 피로갈롤아렌계 분자는 하기 구조식 4로 표시될 수 있다.
[구조식 4]
Figure 112015028094003-pat00030
구조식 4에서,
l은 반복단위의 반복수이고, l은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R8 내지 R12는 서로 같거나 다르고, R8 내지 R12는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
상기 쿠커비투릴계 분자는 하기 구조식 5로 표시될 수 있다.
[구조식 5]
Figure 112015028094003-pat00031
구조식 5에서,
p는 반복단위의 반복수이고, p는 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R13 및 R14는 서로 같거나 다르고, R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
상기 사이클로덱스트린계 분자는 하기 구조식 6으로 표시될 수 있다.
[구조식 6]
Figure 112015028094003-pat00032
구조식 6에서,
q는 반복단위의 반복수이고, q는 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
R15 내지 R17은 서로 같거나 다르고, R15 내지 R17은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
이하, 본 발명의 유기 트랜지스터에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 유기 트랜지스터는 상기 적층체를 포함한다.
본 발명의 유기 트랜지스터는 바텀-게이트 바텀-컨텍트(bottom-gate bottom-contact), 바텀-게이트 탑-컨텍트(bottom-gate top-contact bottom-contact), 탑-게이트 바텀-컨텍트(top-gate bottom-contact), 탑-게이트 탑-컨텍트(top-gate top-contact), 또는 코-플래너 게이트 (co-planar gate) 형태일 수 있다.
이하 본 발명의 유기 트랜지스터로서 바텀-게이트 탑-컨텍트 형태인 것을 예시하나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않으며, 화학센서로 응용하기 위하여 채널층이 상부로 노출될 수 있는 구조인 것이 바람직하다.
상기 유기 트랜지스터는 기재; 상기 기재 상에 위치하는 게이트 전극; 상기 기재 및 상기 게이트 전극 상에 위치하는 절연층; 상기 절연층상에 위치하는 가교된 유기 반도체층; 상기 유기 반도체층상에 형성된 화학물질을 감지하는 컨테이너 분자를 포함하는 감지층; 및 상기 유기 반도체층 상에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극;을 포함한다.
상기 기재는 상기 적층체의 설명에서 예시한 바와 동일한 종류이고, 플렉서블 기재일 수 있다.
상기 소스 전극 및 드레인 전극/ 게이트 전극은 알루미늄, 금, 구리, 니켈, 그래핀, 탄소나노튜브, 전도성 고분자 등을 적용할 수 있다.
상기 절연층상에 누적막(built-up film)을 추가로 형성하여 표면 처리함으로써 적층 구조가 용이하게 형성될 수 있도록 한다.
상기 누적막은 하기 구조식 7로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[구조식 7]
Figure 112015028094003-pat00033
구조식 7에서,
R18은 C3 내지 C30 알킬기이고,
X1은 C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이고,
X2는 H, C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이고,
X3은 H, C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이다.
더욱 바람직하게는, 상기 누적막은 n-옥타데실트리메톡시실란 (n-octadecyltrimethoxysilane), n-옥타데실트리클로로실란(n-octadecyltrichlorosilane), 도데실트리메톡시실란(dodecyltrimethoysilane), 도데실트리클로로실란(dodecyltrichlorosilane), n-옥틸트리메톡시실란(n-octyltrimethoxysilane), n-옥틸트리클로로실란(n-octyltrichlorosilane) 등일 수 있다.
본 발명은 상기 유기 트랜지스터를 포함하는 전자소자를 제공한다.
상기 전자소자는 화학센서일 수 있다.
이하, 본 발명의 유기 트랜지스터의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 게이트 전극 및 절연층이 순차적으로 형성된 기재를 준비한다(단계 a).
단계 a 이후, 상기 기재상에 누적막(built-up film)을 형성하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 기재의 절연층상에 가교 가능한 유기 반도체층을 형성한다(단계 b).
먼저, 가교 가능한 유기 반도체와 유기용매를 혼합하여 혼합용액을 제조한다(단계 b-1).
이후, 상기 혼합용액을 교반하여 상기 가교 가능한 유기 반도체를 용해시킨다(단계 b-2).
다음으로, 단계 b-2의 결과물을 필터링하여 유기 반도체가 용해된 혼합용액을 제조한다(단계 b-3).
이후, 단계 b-3의 상기 혼합용액을 상기 절연층상에 증착하여 가교 가능한 유기 반도체층을 형성한다(단계 b-4).
상기 증착은 드롭 캐스팅법, 용액 전단법 (solution shearing), 스핀 코팅법, 잉크젯 프린팅법 등의 방법으로 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 가교 가능한 유기 반도체층을 가교 처리하여 가교된 유기 반도체층을 형성한다(단계 c).
상기 가교된 유기 반도체층에 대한 설명은 상기 적층체에서의 내용과 동일하므로 구체적인 내용은 그 부분을 참조하기로 한다.
상기 가교 처리는 열처리 후, 자외선 조사 처리함으로써 수행할 수 있다.
상기 열처리는 바람직하게는 100 내지 200℃, 더욱 바람직하게는 110 내지 180℃, 더욱 더 바람직하게는 130 내지 170℃에서 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 유기 반도체층상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다(단계 d).
상기 소스 전극 및 드레인 전극의 형성은 진공 열증착법, 화학기상증착법, 플라즈마 여기 화학기상증착법(plasma enhanced CVD), 저압 화학기상증착법 (low pressure CVD), 물리기상증착법(physical vapor deposition), 스퍼터링법(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD), 전자빔 증착법 (e-beam evaporation), 드롭 개스팅법, 스핀 코팅법, 잉크젯 프린팅법 등의 방법으로 할 수 있다
이후, 상기 가교된 유기 반도체층 상에 화학 물질을 감지하는 컨테이너 분자층을 형성하는 단계(단계 e);
상기 컨테이너 분자층에 포함되는 컨테이너 분자층은 상기 적층체의 설명에서 기재된 바와 동일하므로 구체적인 내용은 그 부분을 참조하기로 한다.
컨테이너 분자층의 형성은 진공 열증착법, 드롭 캐스팅법, 스핀 코팅법, 화학기상증착법, 플라즈마 여기 화학기상증착법(plasma enhanced CVD), 저압 화학기상증착법 (low pressure CVD), 물리기상증착법(physical vapor deposition), 잉크젯 프린팅법 등의 방법으로 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
[실시예]
실시예 1: 유기 트랜지스터 기반 센서 제조
실시예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 적층 구조를 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하여 실시예 1을 설명하도록 한다.
기재로 n타입으로 도핑된 실리콘 웨이퍼를 준비하였다. 실리콘 웨이퍼는 300 nm의 산화 실리콘 박막이 형성되어 있으며, 이는 트랜지스터의 게이트 유전체로 사용되었다 (캐패시턴스 = 10 nF/cm2). 산화 실리콘 박막의 표면은 n-octadecyltrimethoxysilane (OTS)를 사용하여 자기조립 단분자막 처리하였다.
20 mol % 의 3-(아지도헥실)싸이오펜 (3-(azidohexyl)thiophene) 모노머가 포함된 P3HT-azide 공중합체는 클로로포름 (2 mg/mL)에 녹이고, 질소 분위기 하 40℃에서 6시간 이상 교반하여 고분자를 완전히 용해시켜 혼합용액을 제조한다. 이후, 상기 혼합용액은 0.22 ㎛ 직경의 포어를 갖는 polytetrafluoroethylene (PTFE) 실린지 필터로 필터링하여 상기 OTS로 자기조립 단분자막 처리된 실리콘 기판 위에 질소 분위기 하 드롭-캐스팅법으로 증착하여 P3HT-azide 박막을 제조했다.
제조한 P3HT-azide 박막은 질소 분위기 하 150 ℃에서 30분 동안 열처리 하였다. 열처리 후 P3HT-azide 박막을 자외선 램프 (λ = 254 nm)로 10분 동안 자외선 조사하여 가교시켰다. 이후, 가교시킨 P3HT-azide 박막 위에 섀도우 마스크를 통하여 5.0 × 10-6 Torr 의 압력하에서 진공 열증착법으로 금 박막 (40 nm)을 형성하여 소스/드레인 전극으로 사용하였다. 채널층의 길이 및 너비는 각각 50 ㎛와 9 mm로 하였다. 다음으로, 소스/드레인 전극을 증착한 후 컨테이너 분자인 calix[8]arene을 진공 열증착법으로 3 nm 두께로 증착 함으로써 유기 트랜지스터를 제조하였다.
실시예 2: 플렉서블 유기 트랜지스터 기반 센서 제조
실시예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 적층 구조를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하여 실시예 2를 설명하도록 한다.
플렉서블 유기 트랜지스터 기반 센서는 게이트 전극으로 사용될 indium tin oxide (ITO) 박막이 코팅되어 있는 polyethylene naphthalate (PEN)을 기판으로 사용하였다. 플렉서블 유기 트랜지스터 기반 센서의 게이트 유전체층으로 가교된 poly-4-vinylphenol (PVP)를 사용하였다. PVP와 4,4′-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (HDA)는 각각 40 mg/mL, 4 mg/mL의 농도로 propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA)에 녹이고 6시간 이상 교반하여 고분자가 용매에 완전히 용해되어 혼합용액이 되도록 하였다. 상기 혼합용액을 ITO 박막이 코팅된 PEN 기판 위에 스핀코팅법으로 증착하였고, (회전속도 = 4000 rpm) 100 ℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 상기 가교된 PVP 게이트 유전체 박막 증착을 2회 반복하여 게이트 유전체 제조를 완료하였다.
20 mol % 의 3-(아지도헥실)싸이오펜 (3-(azidohexyl)thiophene) 모노머가 포함된 P3HT-azide 공중합체는 클로로포름 (2 mg/mL)에 녹이고, 질소 분위기 하 40℃에서 6시간 이상 교반하여 고분자를 완전히 용해시켜 혼합용액을 제조한다. 이후, 상기 혼합용액은 0.22 ㎛ 직경의 포어를 갖는 polytetrafluoroethylene (PTFE) 실린지 필터로 필터링하여 상기 가교된 PVP 게이트 유전체 위에 질소 분위기 하에서 스핀코팅법으로 증착하여 P3HT-azide 박막을 제조했다.
제조한 P3HT-azide 박막은 질소 분위기 하 100℃에서 30분 동안 열처리하였다. 열처리 후 P3HT-azide 박막을 자외선 램프 (λ = 254 nm)로 10분 동안 자외선 조사하여 가교시켰다. 이후, 가교시킨 P3HT-azide 박막 위에 섀도우 마스크를 통하여 5.0 × 10-6 Torr 의 압력하에서 진공 열증착법으로 금 박막 (40 nm)을 형성하여 소스/드레인 전극으로 사용하였다. 채널층의 길이 및 너비는 각각 50 ㎛와 9 mm로 하였다. 다음으로, 컨테이너 분자인 calix[8]arene을 진공 열증착법으로 3 nm 두께로 증착 함으로써 유기 트랜지스터를 제조하였다.
비교예 1
calix[8]arene을 증착하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 트랜지스터를 제조하였다.
비교예 2
P3HT-azide 박막을 가교 처리하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 트랜지스터를 제조하였다.
[시험예]
시험예 1: AMF 이미지
도 4는 실시예 1(a) 및 비교예 1(b)에 따라 제조된 유기트랜지스터의 채널층의 높이 및 상(phase)의 원자힘현미경 (atomic force microscope) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4에 따르면, 비교예 1의 가교된 P3HT-azide층은 RMS(root mean square) 표면거칠기 0.782 nm로 비교적 매끈한 것으로 나타났으며, 실시예 1의 calix[8]arene가 증착된 가교된 P3HT-azide층은 calix[8]arene가 입자형으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
시험예 2: calix[8]arene 유무에 따른 센싱 감응도 분석
도 5는 유기 트랜지스터 기반 화학센서의 사용 상태를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 6은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터를 화학센서로 사용하여 메탄올에 대한 센싱 감응도를 비교한 것이다.
도 5 및 도 6에 따르면, 먼저, 유기 트랜지스터 센서에 유기용매를 안정적으로 주입할 수 있도록 유기 트랜지스터의 채널영역에 PDMS(poly(dimethylsiloxane)) 블로킹 용기를 도입하고 액체의 분석물질이 밖으로 새어나가지 못하도록 하였다.
센싱 시험은 대기조건, 고정된 드레인-소스 전압 (V DS)과 게이트-소스 전압 (V GS) (V DS = -2 V, V GS = -20 V). 에서 시간에 따른 드레인 전류를 관찰함으로써 수행하였다. 센싱 시그널은 드레인 전류를 베이스라인 전류로 나눈 값 (I D / I BASE)으로 수집하였다.
도 6에 따르면, 유기 트랜지스터 센서에서, 전하 수송이 극성 용매의 흡수 후 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 고분자 분자간의 거리가 고분자와 극성 분석물질간의 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해 감소하였기 때문인 것으로 판단된다.
또한, I D / I BASE값이 실시예 1의 유기 트랜지스터가 비교예 1에 비하여 더 높은 값으로 나타났다. 이와 같은 결과는 메탄올로 인한 향상된 전자 구인성(electron withdrawing), 및 메탄올과 calix[8]arene 사이의 쿨롱 상호작용 때문에 전하 캐리어의 수가 증가하였기 때문인 것으로 판단된다.
도 6의 삽입도는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 유기 트랜지스터 화학센서의 센싱결과를 통계치로 나타낸 것이다. 여기서, 박스와 에러 바(error bar)는 평균과 표준편차를 각각 나타내는 것이다. 여기서도 calix[8]arene 감지층을 포함하는 실시예 1의 유기 트랜지스터 화학센서의 센싱 감응도가 더 높은 것을 알 수 있다.
시험예 3: 용매 종류에 따른 센싱 감응도 분석
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서의 다양한 액체상 용매에 따른 센싱 감응도를 나타낸 것이다.
도 7에 따르면, 실시예 1의 유기 트랜지스터 화학센서에 대한 메탄올, 에탄올, 증류수, 톨루엔 및 n-헥산에 대한 센싱 시그날을 살펴보면, 메탄올, 에탄올 및 증류수는 포지티브 센싱 거동을 나타내고, 톨루엔, n-헥산에 대해서는 네거티브 센싱 거동을 나타내는 것으로 나타났다.
하이드록시기를 포함하는 용매를 주입한 경우, calix[8]arene와 하이드록시기의 결합이 일어나 전자 구인성(electron-withdrawing)이 증가할 수 있다. 반면에, 무극성 용매를 주입하면, calix[8]arene와 비극성 용매간의 상호작용 때문에 전자 공여성(electron-donating)이 증가할 수 있다.
즉, 극성 용매는 드레인 전류를 증가시키고, 무극성 용매는 드레인 전류를 감소시키는 것을 알 수 있다.
시험예 4: 용매의 다양한 농도에 따른 시그널 변화 분석
도 8은 실시예 1에 따른 유기 트랜지스터 화학센서의 용매의 농도에 따른 시그널 변화를 분석한 것이다.
도 8에 따르면, 톨루엔에 녹아있는 메탄올, 에탄올 및 n-헥산을 1vol% 농도부터 감지하는 것을 나타낸다. 용매의 농도에 따라 시그널의 향상을 나타내며, 또한 시그널의 경사를 살펴보면 센서가 해당 농도를 감지하여 시그널의 변화를 보이는지를 알 수 있다.
시험예 5: 상이한 용매를 번갈아 주입시 센싱 분석
도 9는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서에 각각 상이한 용매를 번갈아 연속하여 주입시 센싱 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 9에 따르면, 실시예 1 및 비교예 1의 유기 트랜지스터 화학센서에 10㎕의 톨루엔과 에탄올을 번갈아 가며 50초의 인터벌을 두고 주입하며 포지티브 및 네거티브 센싱 거동을 살펴보았다. 실시예 1의 화학센서는 시그널 강도가 크고 뚜렷한데 반해, 비교예 1의 화학센서는 1회 사이클 이후에 시그널이 강도가 매우 적고 뚜렷하지 않은 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 유기 트랜지스터 화학센서에 calix[8]arene 감지층을 도입함으로써 센서의 선택성을 향상시켰음을 나타낸다.
시험예 6: 유기 반도체층의 가교 유무에 따른 용매에 대한 안정성
도 10은 실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서의 재사용 횟수에 따른 센싱 안정성 결과를 나타낸 것이고, (a)는 메탄올 용매, (b)는 톨루엔 용매를 사용한 것이다. 또한, 도 11은 실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터 화학센서의 사용 후 광학현미경 이미지를 나타낸 것이다.
센싱 테스트 이후 잔여 용매를 건조시키고 화학센서는 해당 유기용매의 끓는 점의 70% 되는 온도에 두었다.
도 10 및 도 11에 따르면, 가교된 P3HT-azide를 포함하는 실시예 1에 따른 화학센서의 경우, 3회 재사용시 메탄올의 경우 36.2%, 톨루엔의 경우 35.8%의 상대적인 민감도가 저하된 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 가교되지 않은 P3HT-azide를 포함하는 비교예 1에 따른 화학센서의 경우, 메탄올 3회 재사용의 경우 85%의 상대적인 민감도가 저하되면서 안정성이 현저히 떨어졌다. 또한, 톨루엔이 경우에는 1회 시험부터 광학 현미경 이미지에 나타난 바와 같이 전극이 떨어져 나가고 반도체층이 용해되어 센싱 시험을 수행할 수 없었다.
시험예 7: 용매의 pH에 따른 센싱 분석
도 12는 실시예 1에 따른 유기 트랜지스터 화학센서의 용매 pH에 따른 센싱 결과를 나타낸 것이다.
도 12에 따르면, I D / I BASE값이 pH에 따라 달라지며, 낮은 pH에서 큰 강도로 나타났다. 이와 같은 결과는 H3O+ 이온이 가교된 P3HT-azide 막의 그레인 바운더리를 통해 스며들면서 p-형 유기 반도체 기반 트랜지스터 센서의 전류량을 증가시킨 것으로 판단된다.
시험예 8: 플렉서블 유기 트랜지스터의 센싱 분석
도 13은 실시예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터를 화학센서로 사용한 센싱결과를 나타낸 것이고, 도 14는 실시예 2에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 사진이다. 센싱 시험은 대기조건, 고정된 드레인-소스 전압 (V DS)과 게이트-소스 전압 (V GS) (V DS = -0.6 V, V GS = -0.5 V). 에서 시간에 따른 드레인 전류를 관찰함으로써 수행하였다.
도 13에 따르면, 플렉서블 유기 트랜지스터 또한 실시예 1과 마찬가지로 다양한 용매를 센싱할 수 있음을 확인할 수 있었고 그 결과의 경향성도 실시예 1과 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 기재;
    상기 기재 상에 위치하는 게이트 전극;
    상기 기재 및 상기 게이트 전극 상에 위치하는 절연층;
    상기 절연층상에 위치하는 가교된 유기 반도체층;
    상기 유기 반도체층상에 형성된 화학 물질을 감지하는 컨테이너 분자를 포함하는 감지층; 및
    상기 유기 반도체층 상에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극;을
    포함하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서이고,
    상기 가교된 유기 반도체층은 가교된 하기 구조식 1로 표시되는 공중합체를 포함하는 것인 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
    [구조식 1]
    Figure 112016083295941-pat00068

    구조식 1에서,
    x, y 및 z는 각각 반복단위의 수이고,
    x + y는 2 내지 1000의 정수 중 어느 하나이고,
    z는 1 내지 10000의 정수 중 어느 하나이고,
    R은 C1 내지 C20의 알킬렌기이고,
    A는
    Figure 112016083295941-pat00069
    이고,
    R'은 C1 내지 C20의 알킬기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재가 유리, 석영, 알루미나, 탄화규소, 산화마그네슘, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리이미드(PI), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌(PE), 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소(GaAs), 인화인듐(InP), 인듐안티몬(InSb), 인듐비소(InAs), 알루미늄비소(AlAs), 알루미늄안티몬(AlSb), 카드뮴텔루트(CdTe), 아연텔루트(ZnTe), 황화아연(ZnS), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 카드뮴안티몬(CdSb) 및 인화갈륨(GaP) 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너 분자가 칼릭스아렌(calixarene)계 분자, 레조시놀아렌(resorcinol arene)계 분자, 피로갈롤아렌(pyrogallol arene)계 분자, 쿠커비투릴(cucurbituril)계 분자, 및 사이클로덱스트린(cyclodextrin)계 분자 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨테이너 분자가 하기 구조식 2 내지 6 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
    [구조식 2]
    Figure 112016034774152-pat00041

    구조식 2에서,
    n은 반복단위의 반복수이고, n은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
    R1 내지 R3은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
    양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
    [구조식 3]
    Figure 112016034774152-pat00042

    구조식 3에서,
    m은 반복단위의 반복수이고, m은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
    R4 내지 R7은 서로 같거나 다르고, R4 내지 R7은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
    양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
    [구조식 4]
    Figure 112016034774152-pat00043

    구조식 4에서,
    l은 반복단위의 반복수이고, l은 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
    R8 내지 R12는 서로 같거나 다르고, R8 내지 R12는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
    양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
    [구조식 5]
    Figure 112016034774152-pat00044

    구조식 5에서,
    p는 반복단위의 반복수이고, p는 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
    R13 및 R14는 서로 같거나 다르고, R13 및 R14는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
    양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
    [구조식 6]
    Figure 112016034774152-pat00045

    구조식 6에서,
    q는 반복단위의 반복수이고, q는 3 내지 20의 정수 중 어느 하나이고,
    R15 내지 R17은 서로 같거나 다르고, R15 내지 R17은 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
    양단의 *은 서로 연결되어 고리를 형성한다.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기재가 플렉서블 기재인 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소스 전극과 드레인 전극, 또는 게이트 전극이 알루미늄, 금, 구리, 니켈, 그래핀, 탄소나노튜브 및 전도성 고분자 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연층상에 누적막(built-up film)이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 누적막이 하기 구조식 7로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서.
    [구조식 7]
    Figure 112016034774152-pat00046

    구조식 7에서,
    R18은 C3 내지 C30 알킬기이고,
    X1은 C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이고,
    X2는 H, C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이고,
    X3은 H, C1 내지 C6 알콕시, F, Cl, Br 또는 I이다.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 게이트 전극 및 절연층이 순차적으로 형성된 기재를 준비하는 단계(단계 a);
    상기 기재의 절연층상에 가교 가능한 유기 반도체층을 형성하는 단계 (단계 b);
    상기 가교 가능한 유기 반도체층을 가교 처리하여 가교된 유기 반도체층을 형성하는 단계(단 계 c);
    상기 유기 반도체층상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계(단계 d); 및
    상기 가교 된 유기 반도체층상에 화학 물질을 감지하는 컨테이너 분자층을 형성하는 단계(단계 e);를
    포함하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법이고,
    상기 가교 가능한 유기 반도체층은 가교된 하기 구조식 1로 표시되는 공중합체를 포함하는 것인 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법.
    [구조식 1]
    Figure 112016083295941-pat00070

    구조식 1에서,
    x, y 및 z는 각각 반복단위의 수이고,
    x + y는 2 내지 1000의 정수 중 어느 하나이고,
    z는 1 내지 10000의 정수 중 어느 하나이고,
    R은 C1 내지 C20의 알킬렌기이고,
    A는
    Figure 112016083295941-pat00071
    이고,
    R'은 C1 내지 C20의 알킬기이다.
  15. 제14항에 있어서,
    단계 a 이후, 상기 기재상에 누적막(built-up film)을 형성하는 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서,
    단계 b가,
    가교 가능한 유기 반도체와 유기용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 b-1);
    상기 혼합용액을 교반하여 상기 가교 가능한 유기 반도체를 용해시키는 단계(단계 b-2);
    단계 b-2의 결과물을 필터링하여 유기 반도체가 용해된 혼합용액을 제조하는 단계(단계 b-3); 및
    단계 b-3의 상기 혼합용액을 상기 절연층상에 증착하여 가교 가능한 유기 반도체층을 형성하는 단계(단계 b-4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    단계 b-4의 상기 증착이 드롭 캐스팅법, 용액 전단법, 스핀 코팅 법, 잉크젯 프린팅법 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 유기 트랜지스터 화학 센서의 제조방법.
  19. 제14항에 있어서,
    단계 c의 상기 가교 처리가 열처리 후, 자외선 조사 처리함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 열처리가 100 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법.
  21. 제14항에 있어서,
    단계 d에서 소스 전극 및 드레인 전극의 형성이 진공 열증착법, 화학기상증착법, 플라즈마 여기 화학기상증착법, 저압 화학기상 증착법, 물리기상증착법, 스퍼터링법, 원자층 증착법, 전자빔 증착법, 드롭 개스팅법, 스핀 코팅법 및 잉크젯 프린팅법 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법.
  22. 제14항에 있어서,
    단계 e에서 컨테이너 분자층의 형성은 진공 열증착법, 드롭 캐스팅법, 스핀 코팅법, 화학기상증착법, 플라즈마 여기 화학기상증착법, 저압 화학기상증착법, 물리기상증착법, 및 잉크젯 프린팅법 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 액상의 화학물질 감지용 화학 센서의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006089464A (ja) * 2004-08-24 2006-04-06 Sharp Corp 側鎖含有型有機シラン化合物、有機薄膜トランジスタ及びそれらの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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