KR101702600B1 - 반도전성 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

반도전성 잉크 조성물은 반도전성 재료; 제1 용매; 및 상기 제1 용매와 혼합될 수 있고, 제1 용매의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가지며, 상기 반도전성 재료가 실온에서 0.1 wt% 이하의 용해도를 가지는 제2 용매를 포함한다. 잉크 조성물의 표면 장력을 제어할 수 있으므로, 상부-게이트 트랜지스터를 포함하는 유기박막 트랜지스터 내에 반도전성 층을 형성할 수 있다.

Description

반도전성 잉크 조성물{SEMICONDUCTING INK FORMULATION}
본 발명은 다양한 구현예에 있어서, 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 전자 장치에 사용하기 적합한 조성물(formulation) 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 조성물과 방법을 사용하여 제조된 구성 요소 또는 층뿐만 아니라, 이러한 재료를 함유하는 전자 장치에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(TFT)는 예를 들어 센서, 이미지 스캐너 및 전자 디스플레이 장치를 포함하는 근대 전자 공학에서의 기본 성분이다. TFT는 일반적으로 지지 기재, 3개의 전기적으로 도전성인 전극(게이트, 소오스 및 드레인 전극), 채널 반도전성 층 및 상기 반도전성 층으로부터 게이트 전극을 분리하는 전기적으로 절연된 게이트 유전체층으로 구성되어 있다. 일반적으로 매우 낮은 제조 원가뿐만 아니라, 물리적 조밀성, 경량 및 유연성 등의 매력적인 기계적 특성을 가지는 TFT를 만드는 것이 바람직하다. 한 접근법으로 TFT의 하나 이상의 성분으로 유기 화합물을 포함하는 유기 박막 트랜지스터(OTFT)를 들 수 있다. 특히, 특정 성분들은 저렴하고, 잘 알려진 인쇄 기술을 사용하여 증착 및 패터닝될 수 있다.
잉크젯 인쇄는 OTFT를 제조하기 위한 매우 유망한 방법으로 여겨진다. 제조 방법으로써, 잉크젯 인쇄 유기 반도체는 중요한 단계이다. 따라서, 분사 가능한 반도체 잉크가 요구된다.
잉크 조성물을 형성하기 위한 한 일반적인 접근법은 적절한 용매에 반도전성 재료를 용해하여 분산용 잉크 용매를 형성하는 것이다. 분산은 일반적으로 기재 표면(유전체 표면)이 낮은 표면 에너지를 가지는 하부 게이트(bottom-gate) TFT 구성(configuration)(도 1 참조) 내에 반도전성 재료를 인쇄하기에 적합하다. 하지만, 잉크 조성물은 잉크젯 인쇄용 조건, 이를테면 표면 장력 요구 조건에 부합되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 특정 분산의 표면 장력은 상부 게이트(top-gate) TFT 구성(도 4 참조)에서와 같이 높은 표면 에너지를 가지는 기재상에 반도전성 재료를 인쇄하기에는 너무 낮다. 낮은 표면 장력은 반도전성 재료가 원하는 채널 영역 범위를 넘어서 퍼지도록 하므로, 원하지 않는 커패시턴스를 야기한다. 반도전성 재료 자체의 구조, 분자량 및/또는 적재를 변화시키지 않고 표면 장력이 증가된 반도전성 잉크 조성물을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 다양한 구현예에 있어서, 반도전성 잉크 조성물을 개시한다. 잉크 조성물은 표면 장력을 조절하도록 하며, 이에 따라 상부 게이트 박막 트랜지스터의 제조에 유용하다. 이러한 조성물의 제조 및 사용 방법을 또한 개시한다.
어떤 구현예에 있어서, 화학식 (A)의 티오펜 모이어티(moiety)를 포함하는 반도전성 재료;
[화학식 (A)]
Figure 112009061621177-pat00001
(상기에서, R1은 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택된다)
제1 용매; 및
상기 제1 용매와 혼합될 수 있고, 제1 용매의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가지며, 상기 반도전성 재료가 실온에서 0.1 wt% 이하의 용해도를 가지는 제2 용매를 포함하는 반도전성 잉크 조성물을 개시한다.
구현예에서, 반도전성 재료는 화학식 (I)의 구조를 가질 수 있다:
[화학식 (I)]
Figure 112009061621177-pat00002
상기에서, R1 및 R2는 독립적으로 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택되고; x, y 및 z는 독립적으로 1 내지 약 5이며; n은 중합도이다.
R1 및 R2는 독립적으로 탄소수 1 내지 약 24의 알킬로부터 선택될 수 있다. 어떤 구현예에서, R1 및 R2는 동일하다.
반도전성 재료는 화학식 (II)일 수 있다.
[화학식 (II)]
Figure 112009061621177-pat00003
제1 용매는 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠 및 클로로톨루엔 등의 할로겐화된 방향족 용매이다. 특정 구현예에서, 제1 용매는 1,2-디클로로벤젠이다.
제2 용매는 벤질 벤조에이트, 메틸 벤조에이트, 아세토페논, 2'-클로로아세토페논, 퀴놀린 및 벤조니트릴 등의 6-탄소환을 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 제2 용매는 벤질 벤조에이트이다.
특별한 조합에서, 제1 용매는 1,2-디클로로벤젠이고, 제2 용매는 벤질 벤조에이트이다. 제1 용매 대 제2 용매의 중량비는 약 20:1 내지 약 20:10 일 수 있다.
잉크 조성물은 약 28mN/m 내지 약 35mN/m의 표면 장력을 가질 수 있다.
반도전성 재료는 집합체(aggregate) 및 용해된 분자로 존재할 수 있다. 어떤 구현예에서, 집합체는 반도전성 재료의 50 wt% 이상이다. 다른 예에서, 집합체는 반도전성 재료의 80 wt% 이상이다.
다른 구현예에서, a) 화학식 (A)의 티오펜 모이어티를 포함하는 반도전성 재료;
[화학식 (A)]
Figure 112009061621177-pat00004
(상기에서, R1은 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택된다)
제1 용매; 및
상기 제1 용매와 혼합될 수 있고, 제1 용매의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가지며, 상기 반도전성 재료가 실온에서 0.1 wt% 이하의 용해도를 가지는 제2 용매를 포함하는 잉크 조성물을 제공하는 단계;
b) 트랜지스터의 기재 상부에 상기 잉크 조성물을 도포하는 단계; 및
c) 상기 잉크 조성물을 건조시켜 반도전성 층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 반도전성 층의 형성 방법이 개시된다.
다른 구현예에서, a) 화학식 (A)의 티오펜 모이어티를 포함하는 반도전성 재료;
[화학식 (A)]
Figure 112009061621177-pat00005
(상기에서, R1은 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택된다)
상기 반도전성 재료가 실온에서 0.1 wt% 이상의 용해도를 가지는 제1 용매; 및
상기 제1 용매와 혼합될 수 있고, 제1 용매의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가지며, 상기 반도전성 재료가 실온에서 0.1 wt% 이하의 용해도를 가지는 제2 용매를 포함하는 잉크 조성물을 제공하는 단계;
b) 상기 제1 용매 대 제2 용매의 중량비를 약 20:1 및 약 20:10 사이로 조정하여 상기 잉크 조성물의 표면 장력을 조절하는 단계를 포함하는 반도전성 잉크 조성물의 표면 장력을 조절하는 방법이 제공된다.
제1 용매 대 제2 용매의 중량비는 약 10:1 내지 약 10:3일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 층 및/또는 박막 트랜지스터를 기재한다.
본 명세서의 예시적인 구현예의 이러한 및 다른 비-한정 특성은 아래에 더욱 구체적으로 개시된다.
본 발명에 개시된 성분, 방법 및 기구의 보다 완벽한 이해는 첨부한 도면들을 참고함으로써 얻을 수 있다. 이들 도면들은 단지 본 발명의 설명의 편의성 및 용이함에 근거를 둔 도식적인 표현이며, 따라서 장치 또는 그의 성분의 상대적 크기 및 치수를 나타내거나, 및/또는 예시적인 구현예의 범위를 정의 또는 한정하려는 의도는 아니다.
특정 용어가 하기 상세한 설명을 명백하게 하기 위하여 사용되지만, 이들 용어는 단지 도면 내에서 예시를 위하여 선택된 구현예의 특정 구조를 나타내기 위한 것일 뿐, 명세서의 범위를 정의 또는 한정하기 위한 것은 아니다. 도면 및 후술한 상세한 설명에서, 동일한 도면 부호(숫자)는 동일한 기능의 성분을 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 제1 하부 게이트 OTFT의 구현예 또는 구성을 예시한다. OTFT(10)는 게이트 전극(30) 및 유전체 층(40)과 접촉한 기재(20)를 포함한다. 여기서 게이트 전극(30)은 기재(20) 내에 묘사되어 있지만, 이것이 요구되는 것은 아니다. 하지만, 유전체층(40)이 소오스 전극(50), 드레인 전극(60) 및 반도전성 층(70)으로부터 게이트 전극(30)을 분리한다는 것은 중요한 점이다. 소오스 전극(50)은 반도전성 층(70)에 접촉한다. 드레인 전극(60) 또한 반도전성 층(70)에 접촉한다. 반도전성 층(70)은 소오스 및 드레인 전극(50, 60)의 상부 및 사이에 놓인다. 선택적인 계면층(80)은 유전체층(40)과 반도전성 층(70) 사이에 위치할 수 있다.
도 2는 제2 하부 게이트 OTFT의 구현예 또는 구성을 예시한다. OTFT(10)는 게이트 전극(30) 및 유전체 층(40)과 접촉한 기재(20)를 포함한다. 반도전성 층(70)은 유전체층(40)의 상부 또는 그 꼭대기에 위치되어 있고, 소오스 및 드레인 전극(50, 60)으로부터 이를 분리한다. 선택적인 계면층(80)은 유전체층(40) 및 반도전성 층(70) 사이에 위치할 수 있다.
도 3은 제3 하부 게이트 OTFT의 구현예 또는 구성을 예시한다. OTFT(10)은 게이트 전극으로서도 작동하고, 유전체 층(40)과 접촉하는 기재(20)를 포함한다. 반도전성 층(70)은 유전체층(40) 상부 또는 그 꼭대기에 위치되어 있으며, 소오스 및 드레인 전극(50, 60)으로부터 이를 분리한다. 선택적인 계면층(80)은 유전체층(40) 및 반도전성 층(70) 사이에 위치할 수 있다.
도 4는 상부 게이트 OTFT의 구현예 또는 구성을 예시한다. OTFT(10)는 소오스 전극(50), 드레인 전극(60) 및 반도전성 층(70)과 접촉한 기재(20)를 포함한다. 반도전성 층(70)은 소오스 및 드레인 전극(50, 60) 상부 및 사이에 놓인다. 유전체층(40)은 반도전성 층(70) 상부에 있다. 게이트 전극(30)은 유전체층(40) 꼭대기에 있으며, 반도체층(70)과는 연결되지 않는다. 선택적인 계면층(80)은 유전체층(40) 및 반도전성 층(70) 사이에 위치할 수 있다.
반도전성 층은 상부 게이트 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는데 사용하기에 적합한 반도전성 잉크 조성물로부터 형성될 수 있다. 반도전성 잉크 조성물은 반도전성 재료, 제1 용매(A) 및 제2 용매(B)를 포함한다.
구현예에서, 반도전성 재료는 화학식 (A)의 티오펜 모이어티를 포함한다:
[화학식 (A)]
Figure 112009061621177-pat00006
상기에서, R1은 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택된다. 바람직한 구현예에서, 반도전성 재료는 폴리머성 반도전성 재료이다.
또 다른 구현예에서, 반도전성 재료는 화학식 (I)이다:
[화학식 (I)]
Figure 112009061621177-pat00007
상기에서, R1 및 R2는 독립적으로 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택되고; x, y 및 z는 독립적으로 1 내지 약 5이며; n은 중합도이다. n은 일반적으로 2 내지 약 10,000, 바람직하게는 5 내지 50의 수이다. 특정 구현예에서, R1 및 R2는 독립적으로 탄소수 1 내지 약 24의 알킬로부터 선택되며, 다른 구현예에서 R1 및 R2는 동일하다. 특정 구현예에서, x 및 z는 같다.
특정 구현예에 있어서, 반도전성 재료는 화학식 (II)이다:
[화학식 (II)]
Figure 112009061621177-pat00008
상기에서, n은 2 내지 약 100의 수이다. 특정 반도전성 재료는 PQT-12로도 알려져 있다. 다른 특정 반도전성 재료는 폴리(3-알킬티오펜) 및 참조로써 본 명세서에 완전히 병합된 문헌인 미국 특허 제6,770,904호; 제6,949,762호; 및 제6,621,099호에 기재된 반도전성 폴리머를 포함한다.
두 용매와 관련하여, 제2 용매(B)는 제1 용매(A)와 혼합될 수 있고, 제1 용매(A)의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가진다. 반도전성 재료는 또한 제2 용매(B) 내의 실온에서 0.1 wt% 이하의 용해도를 가진다. 어떤 구현예에서, 반도전성 재료는 또한 제1 용매(A) 내의 실온에서 0.1 wt% 이상의 용해도를 가진다.
구현예에서, 제1 용매(A)는 할로겐화된 방향족 용매이다. 예시적인 할로겐화된 방향족 용매는 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠 및 클로로톨루엔을 포함한다. 특정 구현예에서, 제1 용매(A)는 1,2-디클로로벤젠을 포함한다.
구현예에서, 제2 용매(B)는 6-탄소환을 포함한다. 특정 구현예에서, 제2 용매(B)는 벤질 벤조에이트, 메틸 벤조에이트, 아세토페논, 2'-클로로아세토페논, 퀴놀린 및 벤조니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 용매를 포함한다. 특정 구현예에서, 제2 용매(B)는 벤질 벤조에이트이다.
어떤 특정 구현예에서, 제1 용매(A)는 1,2-디클로로벤젠이고, 제2 용매(B)는 벤질 벤조에이트이다.
반도전성 잉크 조성물은 제1 용매(A)와 제2 용매(B) 및 반도전성 재료를 조합함으로써 만들어진다. 일반적으로, 반도전성 재료는 조성물의 약 0.1 내지 약 1.0 wt%, 또는 조성물의 약 0.1 내지 약 0.5 wt%이다. 구현예에서, 반도전성 재료는 잉크 조성물 내에 집합체(예를 들어, 나노 사이즈의 집합체) 및 용해된 분자로 존재할 수 있다. 용매(B)를 사용하면 용매(A 및 B) 혼합물의 표면 장력을 단지 약간만 개선하여, 잉크 조성물의 표면 장력 증가에 미미한 기여를 한다. 한편, 용매(B)를 사용하면, 두 용매(A 및 B) 혼합물에서 반도전성 재료의 용해도를 급격하게 감소시켜, 용매(A)에 의해 안정화된 나노 사이즈 집합체의 개체수(population)가 증가하고, 잉크 조성물 내의 용해된 분자의 개체수가 감소하는 결과를 가져온다.
임의의 이론에 구애받지 않고, 증가된 양의 집합체와 감소된 양의 용해된 반도전성 분자는 잉크 조성물의 표면 장력에서 상당한 개선의 결과를 가져오는 것으로 여겨진다. 반도전성 재료는 표면 활성 성분이기 때문에, 용해된 반도전성 분자는 용매의 표면 장력을 상당히 낮출 것이다. 구현예에서, 잉크 조성물은 약 28mN/m 내지 약 35mN/m, 또는 약 30mN/m 내지 약 33mN/m의 표면 장력을 가진다. 용매(A) 대 용매(B)의 비를 변화시킴으로써 집합체의 개체수를 조절할 수 있기 때문에, 잉크 조성물의 표면 장력은 용매(A) 대 용매(B)의 비를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 구현예에서, 집합체는 잉크 조성물 내에서 반도전성 재료의 50 wt% 이상이며, 잉크 조성물 내의 반도전성 재료의 80 wt% 이상을 포함한다.
구현예에서, 제1 용매(A) 대 제2 용매(B)의 중량비는 약 20:1 내지 약 20:10이며, 약 10:1 내지 약 10:3을 포함한다. 용매(B)를 잉크 조성물의 1 wt%로부터 잉크 조성물의 30 wt%까지 변화시킴으로써, 반도전성 재료 내의 집합체의 개체수를 약 10% 내지 약 100% 증가시킬 수 있다. 표면 장력은 용매(A)만을 가지는 반도전성 재료의 조성물과 비교하여 최소 5 mN/m까지 증가시킬 수 있다. 반도전성 잉크 조성물의 표면 장력의 증가는 용매(A 및 B) 혼합물의 표면 장력 증가보다 더 크다.
구현예에서, 반도전성 잉크 조성물은 약 2 센티푸아즈 내지 약 40 센티푸아즈, 바람직하게는 약 2 센티푸아즈 내지 15 센티푸아즈의 점도를 가진다. 점도는 잉크젯 인쇄용으로 적합하다.
증가된 표면장력을 가지는 반도전성 잉크 조성물은 박막 트랜지스터, 바람직하게는 도 4에 묘사된 것과 같은 상부 게이트 트랜지스터 내의 반도전성 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 거기서, 유기 반도전성 재료는 소수성의 게이트 유전체 재료보다는, 플라스틱 기재상에 증착될 수 있다. 조성물은 일반적으로 트랜지스터의 표면상에 증착된 다음, 건조되어 층을 형성한다. 예시적인 증착 방법은 스핀 코팅, 딥 코팅, 블레이드 코팅, 로드(rod) 코팅, 스크린 인쇄, 스탬핑 및 잉크젯 인쇄 등과 같은 액상 증착 및 종래 알려진 다른 통상의 방법을 포함한다. 구현예에서, 증착 방법은 잉크젯 인쇄이다. 결과물인 반도전성 층은 약 5 nm 내지 약 1,000 nm 두께이며, 특히 약 10 nm 내지 약 100 nm 두께이다.
용매(A 및 B)를 모두 가지는 반도전성 잉크 조성물은 용매(A)만을 가지는 잉 크 조성물에 비하여 여러 가지 이점이 있다. 첫째, 강화된 표면 장력은 인쇄 노즐로부터 잉크가 누수되는 것을 방지한다. 둘째, 기재상에 인쇄될 때, 결과물인 잉크는 높은 표면 장력 때문에 작은 방울 크기로 형성되므로, 높은 인쇄 해상도를 얻도록 한다. 셋째, 결과물인 잉크는 반도전성 층, 특히 상부 게이트 트랜지스터 제조 시의 퍼짐을 방지할 수 있으며, 이때 상기 반도전성 층은 고에너지 기재 표면상에 대부분 인쇄된다.
기재는 실리콘, 유리판, 플라스틱막 또는 시트를 포함하는 재료로 구성될 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 구조적으로 유연한 장치의 경우, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 폴리이미드 시트 등과 같은 플라스틱 기재가 사용될 수 있다. 기재의 두께는 약 10 마이크로미터 내지 10 밀리미터 이상이고, 특히 유연한 플라스틱 기재의 경우 예시적인 두께는 약 50 마이크로미터 내지 약 5 밀리미터이며, 유리 또는 실리콘과 같은 탄력이 없는(rigid) 기재의 경우에는 약 0.5 내지 약 10 밀리미터이다.
게이트 전극은 전기적 도전 재료로 구성된다. 이는 얇은 금속막, 도전성 폴리머막, 도전성 잉크 또는 페이스트로 만들어진 도전막 또는 기재 자체, 예를 들어 많이 도핑된 실리콘일 수 있다. 게이트 전극 재료의 예로 알루미늄, 금, 은, 크롬, 인듐 주석옥사이드, 폴리스티렌 술포네이트-도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PSS-PEDOT)과 같은 도전성 폴리머 및 카본 블랙/그래파이트 또는 은 콜로이드를 포함하는 도전성 잉크/페이스트를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다. 게이트 전극은 진공 증착, 금속 또는 도전성 금속 옥사이드의 스퍼터링, 종래 리소그라피 및 식각, 화학 기상 증착, 스핀 코팅, 캐스팅 또는 인쇄, 또는 다른 증착 방법에 의해 제조될 수 있다. 게이트 전극의 두께는 금속막용으로는 약 10 내지 500나노미터 범위이고, 도전성 폴리머용으로는 약 0.5 내지 약 10 마이크로미터 범위이다.
유전체층은 일반적으로 무기 재료막, 유기 폴리머막, 또는 유기-무기 복합막일 수 있다. 유전체막으로 적합한 무기 재료의 예는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 옥사이드, 바륨 티타네이트 및 바륨 지르코늄 티타네이트 등을 포함한다. 적합한 유기 폴리머의 예는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리(비닐 페놀), 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트 및 에폭시 수지 등을 포함한다. 유전체층의 두께는 사용되는 재료의 유전체의 함량에 따라 다르며, 예를 들어 약 10나노미터 내지 약 500나노미터일 수 있다. 유전체층은 예를 들어 센티미터 당 약 10-12 시멘스(S/cm) 이하의 도전성을 가질 수 있다. 유전체층은 게이트 전극 형성 방법에 개시된 것과 같은 방법들을 포함하는 종래 알려진 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
소오스 및 드레인 전극으로서 사용하기 적합한 대표적인 재료는 금, 은, 니켈, 알루미늄, 플래티늄, 도전성 폴리머 및 도전성 잉크와 같은 게이트 전극 재료를 포함한다. 특정 구현예에서, 전극 재료는 반도체에 낮은 콘택 저항을 제공한다. 대표적인 두께는 대략, 예를 들어 약 40나노미터 내지 약 1 마이크로미터이고, 약 100 내지 약 400나노미터의 보다 특정한 두께를 가진다. 본 명세서의 OTFT 소자는 반도체 채널을 함유한다. 반도체 채널 폭은 예를 들어 약 5 마이크로미터 내지 약 5 밀리미터일 수 있으며, 약 100 마이크로미터 내지 약 1 밀리미터의 특정 채널 폭을 가질 수 있다. 반도체 채널 길이는 예를 들어 약 1 마이크로미터 내지 약 1 밀리미터일 수 있으며, 약 5 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 특정 채널 폭을 가질 수 있다.
소오스 전극은 바닥에 놓여 지고, 예를 들어 약 +10 볼트 내지 약 -80 볼트의 전압이 게이트 전극에 가해질 때, 반도체 채널을 가로질러 수송되는 전하 운반체를 수집하기 위하여 약 0 볼트 내지 약 80 볼트의 바이어스 전압이 드레인 전극에 가해진다. 전극은 종래 알려져 있는 통상의 방법을 사용하여 형성 또는 증착될 수 있다.
원한다면, 빛, 산소, 습기 등 전기적 물성을 저감시킬 수 있는 환경 조건으로부터 TFT를 보호하기 위하여 TFT의 꼭대기에 배리어층이 증착될 수 있다. 이러한 배리어층은 알려져 있는 기술이며, 폴리머로 단순하게 구성될 수 있다.
OTFT의 다양한 성분은 도면에서 보여지는 바와 같이, 임의의 순서로 기재 위에 증착될 수 있다. “기재 위”란 용어는 각 성분이 직접 기재에 접촉할 것을 요구하는 것으로 해석되어선 안 된다. 상기 용어는 기재에 대한 성분의 위치를 묘사하는 것으로서 해석되어야 할 것이다. 그러나 일반적으로 게이트 전극 및 반도전성 층은 모두 유전체층에 접촉되어야 한다. 아울러, 소오스 및 드레인 전극은 모두 반도전성 층에 접촉되어야 한다. 본 명세서의 방법에 의해 형성된 반도전성 폴리머는 유기 박막 트랜지스터의 임의의 적절한 성분상에 증착되어 상기 트랜지스터의 반도전성 층을 형성할 수 있다.
하기 실시예는 본 명세서의 방법과 기구를 예시한다. 실시예는 예시를 위한 것일 뿐, 본 명세서에 정의된 재료, 조건 또는 방법의 파라미터에 따라 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
비교예 1
22mg의 PQT-12를 10g의 1,2-디클로로벤젠에 가열하여 용해시켜 황적색 용액을 형성하였다. 뜨거운 용액을 수조 내에서 실온까지 냉각하면서 초음파 진동(42 kHz에서 100W 소니케이터)을 10 내지 15분간 가하였다. 상기 황적색 용액이 실온으로 완전히 냉각되면 어두운 보라색이 되었다. 안정한 반도전성 잉크 조성물을 얻기 위하여, 상기 어두운 보라색 조성물을 1 마이크론 주사기 필터로 여과하여 임의의 큰 입자를 제거하였다.
안정한 반도전성 잉크가 얻어졌고, 상기 잉크의 표면 장력은 실온에서 1,2-디클로로벤젠(37.8 mN/m)보다 상당히 낮은 25.20 mN/m로 측정되었다. 이것은 PQT-12 반도체가 약 0.2 wt%의 아주 낮은 농도에서 조차도 PQT-12/1,2-디클로로벤젠 조성물의 표면 장력을 극적으로 낮추는 표면 활성 폴리머인 것을 나타낸다.
비교예 2
2.0mg의 PQT-12를 1.0g의 벤질 벤조에이트에 첨가하였다. 이 혼합물을 약 120℃로 가열하여 PQT-12를 용해시키고, 초음파 진동이 가해지는 동안 수조 내에서 실온으로 냉각하였다. 이 폴리머는 침전되어 나왔으며, 안정한 잉크 조성물은 형성할 수 없었다.
비교예 3
2.0mg의 PQT-12를 10g의 퀴놀린에 첨가하였다. 이 혼합물을 약 120℃로 가열하여 PQT-12를 용해시키고, 초음파 진동이 가해지는 동안 수조 내에서 실온으로 냉각하였다. 이 폴리머는 침전되어 나왔으며, 안정한 잉크 조성물은 형성할 수 없었다.
실시예 1
용매(A) 대 용매(B)의 중량비를 달리하여, 1,2-디클로로벤젠(용매 A) 및 벤질 벤조에이트(용매 B)의 혼합물을 만들고, 1A(10:1), 1B(10:2) 및 1C(10:3)으로 표시하였다. PQT-12를 비교예 1과 동일한 농도로 혼합물에 용해시켰다(즉, 22 mg/g 용매). 그 다음, 이 혼합물을 초음파 처리하여 어두운 보라색 조성물을 형성하였다. 여과 후, 안정한 반도전성 잉크 조성물이 얻어졌다.
결과
용매 혼합물(즉, 반도전성 재료 첨가 전) 및 잉크 조성물(즉, 반도전성 재료 첨가 후)의 표면 장력을 측정하였다. 결과는 표 1에 나타나 있다. 용매(A 및 B)의 양은 중량부에 대한 것이다. 개선도 백분율은 비교예 1에 대하여 측정되었다.
[표 1]
Figure 112009061621177-pat00009
혼합 용액에 PQT를 첨가하면 모든 조성물에서 표면 장력이 감소하였다. 이것은 PQT-12가 표면 활성 폴리머인 것을 나타낸다. 23 wt% 까지 벤질 벤조에이트(용매 B)를 첨가하면(실시예 1C), 비교예 1과 비교하여 오직 혼합 용매(A 및 B)의 표면 장력만 1 mN/m 이하, 또는 ~2%까지 증가하였다. 그러나 잉크 조성물의 표면 장력은 비교예 1과 비교하여 대략 7mN/m, 또는 대략 30%까지 증가하였다. 표면 장력의 변화는 2 가지 혼합 용매의 표면 장력의 변화와 거의 동일할 것으로 예상되었기 때문에, 잉크 조성물의 표면 장력의 큰 변화는 예상치 않았다. 표면 장력은 두 용매의 중량비를 변화시킴으로써도 조절될 수 있다.
반도전성 잉크 조성물을 사용하여 박막 트랜지스터를 제조하였다. 그 상부에 약 200나노미터 두께의 열성장 실리콘 옥사이드층을 가지는 n-도핑 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 웨이퍼는 기재 및 게이트 전극으로서 작용하였다. 실리콘 옥사이드층은 게이트 유전체층으로서 작동하였고, 약 15 nF/cm2의 커패시터스를 가졌다. 실리콘 웨이퍼는 먼저 이소프로판올, 아르곤 플라즈마 및 이소프로판올로 세정한 다음, 공기로 건조하였다. 그 다음, 웨이퍼를 20분 동안 60℃에서 톨루엔에 용해된 0.1M의 옥틸트리클로로실란 용액에 담궈 유전체 표면을 변형하였다. 웨이퍼를 톨루엔과 이소프로판올로 세척한 다음, 건조하였다. 실시예 1C의 조성물을 변형된 실리콘 옥사이드 표면의 꼭대기에 스핀-코팅한 다음, 건조하고, 진공 오븐에서 어닐링하였다. 금 소오스 및 드레인 전극을 반도전성 층의 상부에 증착(evaporated)시켜, 장치를 완성하였다.
트랜지스터는 대기 조건 하에서 Keithley 4200 SCS로 특정되었다. 장치는 106 이상의 전류 온/오프 비를 가지는 0.1cm2/V·sec의 필드 효과 이동도를 나타내었다. 이러한 성능은 비교예 1의 조성물로부터 제조된 소자에 필적하였으며, 용매(B)의 존재는 소자 성능에 대해 부작용이 없었다.
도 1은 본 발명의 OTFT에 대한 제1 예시 구현예이다.
도 2는 본 발명의 OTFT에 대한 제2 예시 구현예이다.
도 3은 본 발명의 OTFT에 대한 제3 예시 구현예이다.
도 4는 본 발명의 OTFT에 대한 제4 예시 구현예이다.

Claims (6)

  1. 화학식 (A)의 티오펜 모이어티를 포함하는 반도전성 재료;
    [화학식 (A)]
    Figure 112016073102688-pat00010
    (상기에서, R1은 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택된다)
    할로겐화 방향족 용매인 제1 용매; 및
    상기 제1 용매와 혼합될 수 있고, 제1 용매의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가지며, 벤질 벤조에이트, 메틸 벤조에이트, 아세토페논, 2'-클로로아세토페논, 퀴놀린 및 벤조니트릴 중에서 선택되는 1종 또는 2종을 포함하는 제2 용매를 포함하는 반도전성 잉크 조성물.
  2. a) 화학식 (A)의 티오펜 모이어티를 포함하는 반도전성 재료;
    [화학식 (A)]
    Figure 112016073102688-pat00011
    (상기에서, R1은 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택된다)
    할로겐화 방향족 용매인 제1 용매; 및
    상기 제1 용매와 혼합될 수 있고, 제1 용매의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가지며, 벤질 벤조에이트, 메틸 벤조에이트, 아세토페논, 2'-클로로아세토페논, 퀴놀린 및 벤조니트릴 중에서 선택되는 1종 또는 2종을 포함하는 제2 용매를 포함하는 잉크 조성물을 제공하는 단계;
    b) 트랜지스터의 기재 상부에 상기 잉크 조성물을 도포하는 단계; 및
    c) 상기 잉크 조성물을 건조시켜 반도전성 층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 반도전성 층 형성 방법.
  3. a) 화학식 (A)의 티오펜 모이어티를 포함하는 반도전성 재료;
    [화학식 (A)]
    Figure 112016073102688-pat00012
    (상기에서, R1은 알킬 및 치환된 알킬로부터 선택된다)
    상기 반도전성 재료가 실온에서 0.1 wt% 이하의 용해도를 가지는 할로겐화 방향족 용매인 제1 용매; 및
    상기 제1 용매와 혼합될 수 있고, 제1 용매의 표면 장력과 동일하거나 더 큰 표면 장력을 가지며, 벤질 벤조에이트, 메틸 벤조에이트, 아세토페논, 2'-클로로아세토페논, 퀴놀린 및 벤조니트릴 중에서 선택되는 1종 또는 2종을 포함하는 제2 용매를 포함하는 잉크 조성물을 제공하는 단계; 및
    b) 제1 용매 대 제2 용매의 중량비를 20:1 및 20:10 사이로 조정하여 상기 잉크 조성물의 표면 장력을 조절하는 단계를 포함하는 반도전성 잉크 조성물의 표면 장력을 조절하는 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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