KR101933102B1 - Organic thin-film transistor array comprising organic thin-film transistor using ambipolar polymer semiconductor for solution process and method for manufacturing the same - Google Patents
Organic thin-film transistor array comprising organic thin-film transistor using ambipolar polymer semiconductor for solution process and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101933102B1 KR101933102B1 KR1020170104949A KR20170104949A KR101933102B1 KR 101933102 B1 KR101933102 B1 KR 101933102B1 KR 1020170104949 A KR1020170104949 A KR 1020170104949A KR 20170104949 A KR20170104949 A KR 20170104949A KR 101933102 B1 KR101933102 B1 KR 101933102B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- graphene
- substrate
- thin film
- drain electrode
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 86
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 title abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 18
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 20
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 110
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 109
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 73
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 40
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 12
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 10
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 6
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 5
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims description 4
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 4
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VEFXTGTZJOWDOF-UHFFFAOYSA-N benzene;hydrate Chemical compound O.C1=CC=CC=C1 VEFXTGTZJOWDOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 52
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 21
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 20
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 11
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 10
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 10
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 description 7
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 6
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 5
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 description 5
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 125000004169 (C1-C6) alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N octadecyltrimethoxysilane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 125000005373 siloxane group Chemical group [SiH2](O*)* 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- JLGNHOJUQFHYEZ-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCC(F)(F)F JLGNHOJUQFHYEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- COIOYMYWGDAQPM-UHFFFAOYSA-N tris(2-methylphenyl)phosphane Chemical compound CC1=CC=CC=C1P(C=1C(=CC=CC=1)C)C1=CC=CC=C1C COIOYMYWGDAQPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000008 (C1-C10) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- CYPYTURSJDMMMP-UHFFFAOYSA-N 1,5-diphenylpenta-1,4-dien-3-one;palladium Chemical group [Pd].[Pd].C=1C=CC=CC=1C=CC(=O)C=CC1=CC=CC=C1.C=1C=CC=CC=1C=CC(=O)C=CC1=CC=CC=C1.C=1C=CC=CC=1C=CC(=O)C=CC1=CC=CC=C1 CYPYTURSJDMMMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBAFXWJIFQVQOX-UHFFFAOYSA-N 2,3-dithiophen-2-ylpyrrolo[3,2-b]pyrrole-5,6-dione Chemical class C=1C=CSC=1C=1N=C2C(=O)C(=O)N=C2C=1C1=CC=CS1 SBAFXWJIFQVQOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HAGTZEZXHQEPGL-UHFFFAOYSA-N 2-phenylethylsilane Chemical compound [SiH3]CCC1=CC=CC=C1 HAGTZEZXHQEPGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical class [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000944 Soxhlet extraction Methods 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 125000004369 butenyl group Chemical group C(=CCC)* 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 125000001995 cyclobutyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001511 cyclopentyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001559 cyclopropyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C1([H])* 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 125000004368 propenyl group Chemical group C(=CC)* 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 125000003748 selenium group Chemical group *[Se]* 0.000 description 1
- MABNMNVCOAICNO-UHFFFAOYSA-N selenophene Chemical compound C=1C=C[se]C=1 MABNMNVCOAICNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- FMYXZXAKZWIOHO-UHFFFAOYSA-N trichloro(2-phenylethyl)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CCC1=CC=CC=C1 FMYXZXAKZWIOHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WEUBQNJHVBMUMD-UHFFFAOYSA-N trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane Chemical compound FC(F)(F)CC[Si](Cl)(Cl)Cl WEUBQNJHVBMUMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004417 unsaturated alkyl group Chemical group 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
- C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
- C08G61/124—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one nitrogen atom in the ring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
- C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
- C08G61/126—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
- H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
- H01L21/0274—Photolithographic processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L29/1606—Graphene
-
- H01L51/0018—
-
- H01L51/0508—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having a potential-jump barrier or a surface barrier
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/20—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning
- H10K71/231—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning by etching of existing layers
- H10K71/233—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning by etching of existing layers by photolithographic etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/14—Side-groups
- C08G2261/144—Side-chains containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/90—Applications
- C08G2261/94—Applications in sensors, e.g. biosensors
Abstract
Description
본 발명은 용액공정용 고분자 반도체 및 그의 제조방법과 그를 포함하는 유기 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토리소그래피 공정 적용이 가능하고, 화학적으로 내성이 우수한 용액공정용 고분자 반도체 및 그의 제조방법과 그를 포함하는 유기트랜지스터 및 유기트랜지스터 어레이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer semiconductor for a solution process, a method of manufacturing the same, and an organic transistor including the polymer semiconductor, and more particularly, to a polymer semiconductor for a solution process which is applicable to a photolithography process and has excellent chemical resistance, And a method of manufacturing an organic transistor array.
고분자 반도체(polymer semiconductors)는 용액공정이 가능하고 기계적 유연성이 높으며, 분자구조의 변경을 통해 전기적 성질을 조절할 수 있다는 장점으로 인해 현재의 실리콘 재료 기반 전자 산업을 대체할 수 있는 차세대 전자 재료로 주목을 받아왔다. 특히 정공과 전자를 모두 수송할 수 있는 양극성(ambipolar) 고분자 반도체는 유기 전자 재료 기반 논리 회로의 제작에 중요한 재료로서 다양한 관련 연구가 활발히 이루어지고 있다.Polymer semiconductors are a next-generation electronic material that can replace the current silicon-based electronics industry because of its ability to process solutions, high mechanical flexibility, and the ability to control electrical properties through alteration of molecular structures. I have received. In particular, ambipolar polymer semiconductors capable of transporting both holes and electrons are important materials in the fabrication of logic circuits based on organic electronic materials, and various related researches have been actively conducted.
그래핀은 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조이다. 원자 1개의 두께로 (0.2 nm) 구성되어 있으며 물리적·화학적 안정성도 높다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킨다. 탄성이 매우 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는 특성이 있어 투명 유연 전극에 활용 가능하며, 이런 특성으로 '꿈의 나노소재'라 불린다.Graphene is one of the carbon isotopes and is a structure in which carbon atoms gather to form a two-dimensional plane. It is composed of one atom (0.2 nm) thick and has high physical and chemical stability. It conducts
포토리소그래피는 마스크(Mask) 상에 설계된 패턴을 웨이퍼 상에 구현하는 공정이다. 원하는 회로설계를 유리판 위에 금속패턴으로 만들어 놓은 마스크(mask)라는 원판에 빛을 쬐어 생기는 그림자를 웨이퍼 상에 전사시켜 복사하는 기술이며, 반도체의 제조 공정에서 가장 중요한 공정이다.Photolithography is a process for forming a pattern designed on a mask on a wafer. It is the most important process in the manufacturing process of semiconductors. It is a technology to copy the shadows generated by applying light to a disc called mask, which is made of a metal pattern on a glass plate, on a desired circuit design.
양극성 고분자 반도체는 정공과 전자를 모두 구동정공으로 활용 가능한 고분자 반도체이며, p-n 접합 및 상보회로 제조 등에 있어 제조 공정의 단순화 및 소자안정성 극대화가 가능하기 때문에 양극성 고분자 반도체 기술은 차세대 전자소자의 핵심 개발 기술로 요구되고 있다.Since bipolar polymer semiconductors are polymer semiconductors that can utilize both holes and electrons as driving holes, it is possible to simplify the manufacturing process and maximize the device stability in pn junction and complementary circuit manufacturing. Therefore, bipolar polymer semiconductor technology is the key development technology of next generation electronic devices .
고분자 반도체는 실리콘 재료에 비해 낮은 화학적 안정성으로 인해 다양한 화학 물질에 노출되면 성능이 크게 감소하게 되며, 그로 인해 포토리소그래피 공정으로 대표되는 대면적 패터닝 공정이 불가능하다는 한계를 가지게 되며, 이는 유기 전자 재료 기반 소자의 상용화를 막는 가장 큰 문제점이라 할 수 있다.Polymer semiconductors are significantly lower in performance when exposed to various chemicals due to their low chemical stability compared to silicon materials, and thus they have a limitation in that a large area patterning process typified by a photolithography process is impossible, This is the biggest problem to prevent the commercialization of the device.
양극성 고분자 반도체 트랜지스터는 정공과 전자를 모두 전류로 흐르게 할 수 있지만, 그 성능은 전자 이동 능력이 정공 이동 능력보다 현저하게 떨어지며, 그 차이가 클수록 소자의 활용 가치가 낮아지게 된다. 이를 극복하기 위해 반도체 층의 에너지 준위와 전극의 일함수 준위의 차이가 작은 소재가 필요하다. A bipolar polymer semiconductor transistor can cause both holes and electrons to flow through the current. However, the performance of the bipolar polymer semiconductor transistor is significantly lower than that of the hole transporting ability. The larger the difference is, the lower the utilization value of the device. In order to overcome this problem, a material having a small difference between the energy level of the semiconductor layer and the work function of the electrode is required.
이러한 종래 기술의 문제점들은 고분자 반도체 소자의 생산성, 신뢰성, 경제성의 저하를 초래하며, 양극성 고분자 반도체의 유기 전자 소재로의 응용 및 상용화에 어려움이 있었다.The problems of the prior arts lead to deterioration of the productivity, reliability, and economical efficiency of the polymer semiconductor device, and it is difficult to apply the bipolar polymer semiconductor to the organic electronic material and commercialize it.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발수 및 내화학성이 우수하고, 박막 형성 특성이 우수한 실록산기를 포함하는 양극성 고분자 반도체 재료를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems described above and provide a bipolar polymer semiconductor material having excellent water repellency and chemical resistance and containing siloxane groups excellent in thin film formation characteristics.
또한, 포토리소그래피 공정에 적합한 양극성 고분자 반도체 소재를 이용하여 미세패턴을 구현하고, 효율이 우수한 대면적 유기트랜지스터 및 화학센서를 제공한다.Also, a large area organic transistor and a chemical sensor, which realize a fine pattern using a bipolar polymer semiconductor material suitable for a photolithography process, are provided.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구조식 1로 표시되는 양극성 고분자 반도체 화합물을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a bipolar polymer semiconductor compound represented by the following structural formula (1).
[구조식 1][Structural formula 1]
상기 구조식 1에서,In the
R1 내지 R14은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R14은 서로 독립적으로, C1 내지 C20 직쇄형 또는 분지형 알킬기이고, R 1 to R 14 are the same or different from each other, and R 1 to R 14 are independently of each other a C 1 to
X1 내지 X6은 서로 같거나 다르고, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 16족 원자 중어느 하나이고,X 1 to X 6 are the same or different, and each of X 1 to X 6 is independently one of the group 16 atoms,
m 및 n은 서로 같거나 다르고, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 15의 정수 중 어느 하나이고,m and n are the same or different from each other, m and n are each independently an integer of 1 to 15,
p는 반복단위의 반복 수이고,p is the number of repeating units,
수평균 분자량은 5,000 내지 1,000,000이다.The number average molecular weight is from 5,000 to 1,000,000.
R1 내지 R14은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R14은 서로 독립적으로 메틸기 및 에틸기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.R 1 to R 14 are the same as or different from each other, and R 1 to R 14 may be independently selected from a methyl group and an ethyl group.
상기 X1 내지 X6은 서로 같거나 다르고, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 황, 셀레늄 및 산소 원자 중 어느 하나일 수 있다.X 1 to X 6 are the same as or different from each other, and each of X 1 to X 6 may independently be any one of sulfur, selenium and oxygen atoms.
m 및 n은 서로 같거나 다르고, m 및 n은 각각 독립적으로 2 내지 8의 정수 중 어느 하나일 수 있다.m and n are the same as or different from each other, and m and n are each independently an integer of 2 to 8.
상기 구조식 1이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The
[화학식 1][Chemical Formula 1]
본 발명의 다른 일 측면에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 소스 전극; 상기 기판 상에 형성되고 그래핀을 포함하는 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되고, 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층; 을 포함하고, 상기 양극성 고분자 반도체 화합물이 제1항에 따른 화합물인 것인, 유기박막 트랜지스터를 제공한다.In another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate; A source electrode formed on the substrate and including graphene; A drain electrode formed on the substrate and including graphene; A semiconductor layer formed between the source electrode and the drain electrode and including a bipolar polymer semiconductor compound; Wherein the bipolar polymer semiconductor compound is a compound according to
상기 기판과 반도체층 사이에 자가조립단분자층(Self-Assembled Monolayers)을 추가로 포함할 수 있다.And may further include self-assembled monolayers between the substrate and the semiconductor layer.
본 발명의 또 다른 일 측면에 있어서, (a) 기판 상에 그래핀을 형성하여 그래핀/기판의 적층체 1을 제조하는 단계; (b) 상기 적층체 1의 그래핀을 패터닝화하여, 그래핀을 포함하는 소스 전극 및 그래핀을 포함하는 드레인 전극을 포함하는 소스 드레인 전극을 형성하여 소스 드레인 전극/기판의 적층체 2를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 적층체 2의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 제1항에 따른 양극성 고분자 반도체를 포함하는 반도체층을 형성하여 반도체층/소스 드레인 전극/기판의 적층체 3을 제조하는 단계; 를 포함하는 유기박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a graphene substrate, comprising: (a) forming graphene on a substrate to produce a
단계 (b)와 (c) 사이에 상기 적층체 2의 소스 전극과 드레인 전극 사이의 기판 상에 자기조립 단분자층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Forming a self-assembled monolayer on the substrate between the source electrode and the drain electrode of the
상기 자기조립 단분자층이 옥타데실트리메톡실란(octadecyltrimethoxilane), 트리메톡시(3,3,3-트리플로로프로필)실란(trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane) 및 트리클로로펜틸실란(trichloro(phenethyl)silane) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The self-assembled monolayer includes octadecyltrimethoxylane, trimethoxy (3,3,3-trifluoropropyl) silane and trichloro (3,3,3-trifluoropropyl) silane. (phenethyl) silane).
단계 (b)의 패터닝이 포토리소그래피로 수행될 수 있다.The patterning of step (b) may be performed by photolithography.
단계 (c)에서, 상기 양극성 고분자 반도체층이 코팅으로 형성될 수 있다.In step (c), the bipolar polymer semiconductor layer may be formed as a coating.
상기 코팅이 스핀코팅, 드롭 캐스팅, 용액 전단법, 및 잉크젯 프린팅 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The coating may be at least one selected from spin coating, drop casting, solution shearing, and inkjet printing.
본 발명의 또 다른 일 측면에 있어서, 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 다수의 유기박막 트랜지스터; 및According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a plurality of organic thin film transistors including a source electrode and a drain electrode; And
상기 다수의 유기박막 트랜지스터의 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 전기적으로 연결하는 연결도선;을 포함하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이이고, 상기 유기박막 트랜지스터는 유연기판; 상기 유연기판 상에 형성된 상기 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 상기 소스 전극; 상기 절연층 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 상기 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되고, 제1항에 따른 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층; 을 포함하는 것인, 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이를 제공한다.And a connection line electrically connecting the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode of the plurality of organic thin film transistors to one another, wherein the organic thin film transistor includes: a flexible substrate; The gate electrode formed on the flexible substrate; An insulating layer formed on the gate electrode; The source electrode formed on the insulating layer and including graphene; The drain electrode formed on the insulating layer and including graphene; A semiconductor layer formed between the source electrode and the drain electrode, the semiconductor layer including the bipolar polymer semiconductor compound according to
상기 게이트 전극은 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The gate electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, , Ta, Te, Ti, V, W, Zr, and Zn.
상기 그래핀 전극은 게이트 절연막 상에 위치하고, 소스 및 드레인 전극으로 사용될 수 있다.The graphene electrode is located on the gate insulating film and can be used as a source and a drain electrode.
상기 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이가 아세톤, 에탄올 및 클로로벤젠을 포함하는 화학물질을 검출하는 센서일 수 있다.The flexible organic thin film transistor array may be a sensor for detecting a chemical substance including acetone, ethanol, and chlorobenzene.
본 발명의 다른 또 일 측면에 있어서, (a) 기판 상에 패턴화된 게이트 전극을 형성시켜 패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 a를 제조하는 단계; (b) 상기 적층체 a의 패턴화된 게이트 전극 상에 절연층을 형성시켜 절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 b를 제조하는 단계; (c) 상기 적층체 b의 절연층 상에 그래핀을 형성시켜 그래핀/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 c를 제조하는 단계; (d) 상기 적층체 c의 그래핀을 패터닝하여 그래핀을 포함하는 소스 전극과 그래핀을 포함하는 드레인 전극을 포함하는 소스 드레인 전극을 형성하여 소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 d를 제조하는 단계; (e) 상기 적층체 d의 소스 드레인 전극 방향으로 기판 상에 패턴화된 포토레지스트를 형성시켜 패턴화된 포토레지스트/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 e를 제조하는 단계;In another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: (a) forming a patterned gate electrode on a substrate to form a layered body a of a patterned gate electrode / substrate; (b) forming an insulating layer on the patterned gate electrode of the layered product a to produce a layered product b of an insulating layer / patterned gate electrode / substrate; (c) forming graphene on the insulating layer of the laminate b to produce a laminate c of a graphene / insulating layer / patterned gate electrode / substrate; (d) patterning the graphene of the layered product (c) to form a source / drain electrode including a source electrode including graphene and a drain electrode including graphene to form a source / drain electrode / insulating layer / patterned gate electrode / Fabricating a laminate d of a substrate; (e) forming a patterned photoresist on the substrate in the direction of the source and drain electrodes of the stacked body d, thereby forming a laminated body e of the patterned photoresist / source / drain electrode / insulating layer / patterned gate electrode / ;
(f) 상기 적층체 e의 패턴화된 포토레지스트를 이용하여 소스 전극과 드레인 전극의 연결도선을 형성하고 상기 패턴화된 포토레지스트를 제거하여 연결도선/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 f를 제조하는 단계; 및 (g) 적층체 f의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 제1항의 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층을 형성하여 반도체층/연결도선/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 g를 제조하는 단계; 를 포함하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이의 제조방법을 제공한다.(f) forming a connection line between the source electrode and the drain electrode using the patterned photoresist of the layered product (e) and removing the patterned photoresist to form a connection line / source / drain electrode / insulation layer / patterned gate Fabricating a laminate (f) of electrodes / substrates; And (g) a semiconductor layer including the bipolar polymer semiconductor compound of
상기 유연기판이 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 및 폴리에스터(polyester) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The flexible substrate may be any one selected from the group consisting of polyimide, polyethylene terephthalate (PET), and polyester.
상기 패터닝이 포토리소그래피로 수행될 수 있다.The patterning may be performed by photolithography.
본 발명의 실록산기를 포함하는 양극성 고분자 반도체 재료는 발수 및 내화학성이 우수하고, 박막 형성 특성이 우수한 효과가 있다.The bipolar polymer semiconductor material containing the siloxane group of the present invention is excellent in water repellency and chemical resistance, and has an excellent effect of forming a thin film.
또한, 본 발명의 양극성 고분자 반도체 소재는 포토리소그래피 공정에 적합하여 미세패턴을 구현할 수 있고, 효율이 우수한 대면적 유기트랜지스터 및 화학센서를 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, the bipolar polymer semiconductor material of the present invention is suitable for a photolithography process and can realize a fine pattern, and it is possible to realize a large area organic transistor and a chemical sensor having excellent efficiency.
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 양극성 고분자 반도체의 분자 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 소자실시예 1에 따라 제조된 BGBC 구조 트랜지스터를 나타낸 모식도이다.
도 3은 그래핀 전극 기반 실시예 1에 따라 제조된 양극성 고분자 반도체 박막을 포함하는 플렉서블 트랜지스터 어레이의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 4는 그래핀 전극의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1의 양극성 고분자 반도체를 포함하는 박막 유기그래핀 전극과 실리콘 웨이퍼의 AFM 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 SiO2 및 그래핀 상의 양극성 고분자 반도체 박막의 2D GIXD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 SiO2 및 그래핀 상의 양극성 고분자 반도체 박막의 회절에 대한 극점도 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 그래핀 전극 기반 PTDPPSe-SiC4 트랜지스터의 p-channel 구동시의 I-V 특성(a) 및 n-channel 구동시의 I-V 특성(b)을 나타낸 것이다.
도 9는 그래핀, PTDPPSe-SiC4, 및 금의 에너지 준위의 차이를 나타낸 것이다.
도 10은 그래핀 전극 기반 PTDPPSe-SiC4 인버터의 구동 특성을 나타낸 것이다.
도 11은 트랜지스터 어레이의 정공이동도 매핑결과를 나타낸 것이다.
도 12는 트랜지스터 어레이를 구부릴 시의 성능 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 클로로벤젠 용매에 대한 용매 저항성 분석 결과를 나타낸 이미지이다.
도 14는 트랜지스터 어레이가 담가진 용매 종류에 따른 전자 및 정공 이동도 특성을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 아세톤 증기의 노출에 따른 트랜지스터의 전류 변화를 나타낸 것이다.1 shows a molecular structure of a bipolar polymer semiconductor produced according to Example 1. Fig.
2 is a schematic diagram showing a BGBC structure transistor manufactured according to the first embodiment of the present invention.
3 shows a manufacturing process of a flexible transistor array including a bipolar polymer semiconductor thin film manufactured according to
4 shows a Raman spectrum analysis result of the graphene electrode.
5 is an AFM image of a thin film organic graphene electrode including a bipolar polymer semiconductor of Example 1 and a silicon wafer.
6 shows a 2D GIXD analysis result of a bipolar polymer semiconductor thin film on SiO 2 and graphene.
FIG. 7 shows the pole point results for the diffraction of the bipolar polymer semiconductor thin film on SiO 2 and graphene.
FIG. 8 shows the IV characteristic (a) of the graphene electrode-based PTDPPSe-SiC4 transistor during the p-channel driving and the IV characteristic (b) during the n-channel driving.
9 shows the difference in energy level of graphene, PTDPPSe-SiC4, and gold.
10 shows driving characteristics of a graphene electrode-based PTDPPSe-SiC4 inverter.
11 shows the hole mobility mapping result of the transistor array.
Fig. 12 shows the measurement result of the performance change when the transistor array is bent.
13 is an image showing the result of solvent resistance analysis for a chlorobenzene solvent.
FIG. 14 shows the results of analyzing electron and hole mobility characteristics according to the type of solvent held in the transistor array.
15 shows the current change of the transistor with exposure of the acetone vapor.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description does not limit the present invention to specific embodiments. In the following description of the present invention, detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be blurred .
본원에서 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises ", or" having ", and the like, specify that the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof.
본 명세서에서 "수소"란 별도의 정의가 없는 한, 일중수소, 이중수소, 또는 삼중수소를 의미한다. As used herein, "hydrogen" means monohydrogen, double hydrogen, or tritium, unless otherwise defined.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"란 별도의 정의가 없는 한, 지방족 탄화수소기를 의미한다. As used herein, unless otherwise defined, the term "alkyl group" means an aliphatic hydrocarbon group.
알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기" 일 수 있다. The alkyl group may be a "saturated alkyl group" which does not contain any double or triple bonds.
알킬기는 적어도 하나의 이중결합 또는 삼중결합을 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"일 수도 있다. The alkyl group may be an "unsaturated alkyl group" comprising at least one double bond or triple bond.
알킬기는 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로 알킬기는 C1 내지 C15 알킬기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C1 내지 C6 알킬기일 수도 있다.The alkyl group may be a C1 to C20 alkyl group. More specifically, the alkyl group may be a C1 to C15 alkyl group, a C1 to C10 alkyl group or a C1 to C6 alkyl group.
예를 들어, C1 내지 C6 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 6 개의 탄소원자, 즉, 알킬쇄는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소-프로필기, n-부틸기, 이소-부틸기, sec-부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 또는 시클로헥실기일 수 있다.For example, the C1 to C6 alkyl group may have 1 to 6 carbon atoms in the alkyl chain, that is, the alkyl chain may be a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an iso-propyl group, , a t-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, an ethynyl group, a propenyl group, a butenyl group, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group or a cyclohexyl group.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 양극성 고분자 반도체 화합물에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the bipolar polymer semiconductor compound of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명은 하기 구조식 1로 표시되는 양극성 고분자 반도체 화합물을 제공한다.The present invention provides a bipolar polymer semiconductor compound represented by the following structural formula (1).
[구조식 1] [Structural formula 1]
상기 구조식 1에서,In the
R1 내지 R14은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R14은 서로 독립적으로, C1 내지 C20 직쇄형 또는 분지형 알킬기이고, R 1 to R 14 are the same or different from each other, and R 1 to R 14 are independently of each other a C 1 to
X1 내지 X6은 서로 같거나 다르고, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 16족 원자 중 어느 하나이고,X 1 to X 6 are the same or different from each other, and X 1 to X 6 are each independently any one of the Group 16 atoms,
m 및 n은 서로 같거나 다르고, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 15의 정수 중 어느 하나이고,m and n are the same or different from each other, m and n are each independently an integer of 1 to 15,
p는 반복단위의 반복 수이고,p is the number of repeating units,
수평균 분자량은 5,000 내지 1,000,000이다.The number average molecular weight is from 5,000 to 1,000,000.
바람직하게는 R1 내지 R14은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R14은 서로 독립적으로 메틸기 및 에틸기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메틸기일 수 있다.Preferably, R 1 to R 14 are the same or different from each other, and R 1 to R 14 may be any one independently selected from a methyl group and an ethyl group, and more preferably a methyl group.
상기 X1 내지 X6은 서로 같거나 다르고, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 황, 셀레늄 및 산소 원자 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 X1 및 X2는 산소 원자일 수 있으며, X3 및 X6은 서로 같거나 다르고, X3 및 X6은 각각 독립적으로 황 및 셀레늄 원자 중 어느 하나일 수 있다.X 1 to X 6 are the same or different from one another and each of X 1 to X 6 may independently be any one of sulfur, selenium and oxygen atoms, preferably X 1 and X 2 may be an oxygen atom, X 3 and X 6 may be the same or different from each other, and X 3 and X 6 may each independently be any one of sulfur and selenium atoms.
바람직하게는 m 및 n은 서로 같거나 다르고, m 및 n은 각각 독립적으로 2 내지 8, 더욱 바람직하게는 3 내지 6의 정수 중 어느 하나일 수 있다. Preferably, m and n are the same or different from each other, and m and n are each independently an integer of 2 to 8, more preferably 3 to 6.
바람직하게는 상기 구조식 1이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.Preferably, the compound represented by
[화학식 1][Chemical Formula 1]
이하, 본 발명의 양극성 고분자 화합물을 포함하는 그래핀 기반 유기박막 트랜지스터에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a graphene-based organic thin film transistor including the bipolar polymer compound of the present invention will be described.
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 소스 전극; 상기 기판 상에 형성되고 그래핀을 포함하는 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되고, 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층; 을 포함하고, 상기 양극성 고분자 반도체 화합물이 제1항에 따른 화합물인 것인, 유기박막 트랜지스터를 제공한다.The present invention relates to a substrate; A source electrode formed on the substrate and including graphene; A drain electrode formed on the substrate and including graphene; A semiconductor layer formed between the source electrode and the drain electrode and including a bipolar polymer semiconductor compound; Wherein the bipolar polymer semiconductor compound is a compound according to
상기 기판과 반도체층 사이에 자가조립단분자층(Self-Assembled Monolayers)을 추가로 포함할 수 있다.And may further include self-assembled monolayers between the substrate and the semiconductor layer.
상기 그래핀 전극은 소스 전극 및 드레인 전극일 수 있다.The graphene electrode may be a source electrode and a drain electrode.
기존에는 소스 및 드레인 전극으로 금을 증착하여 트랜지스터를 제조하였으나, 본 발명은 금을 소스 및 드레인 전극으로 사용하는 대신에 그래핀을 사용하여 유기박막 트랜지스터를 구현하였다.In the past, gold was deposited on the source and drain electrodes to fabricate the transistor. However, instead of using gold as a source and a drain electrode, the organic thin film transistor was implemented using graphene.
소스 및 드레인 전극으로 금 대신 그래핀을 사용할 경우 반도체층 에너지 주위와 전극의 일함수 준위 차이를 감소시켜 높은 전하이동도 및 균형잡힌 양극성 트랜지스터를 구현할 수 있는 이점이 있다.When graphene is used instead of gold for the source and drain electrodes, there is an advantage that a difference in work function level around the semiconductor layer energy and the electrode is reduced to realize a high charge mobility and a balanced bipolar transistor.
본 발명의 양극성 고분자 반도체를 포함하는 유기박막 트랜지스터는 다음과 같은 순서로 제조될 수 있습니다.The organic thin film transistor including the bipolar polymer semiconductor of the present invention can be manufactured in the following order.
먼저, 기판 상에 그래핀을 형성하여 그래핀/기판의 적층체 1을 제조한다(단계 a).First, graphene is formed on a substrate to produce a
다음으로, 상기 적층체 1의 그래핀을 패터닝화하여, 그래핀을 포함하는 소스 전극 및 그래핀을 포함하는 드레인 전극을 포함하는 소스 드레인 전극을 형성하여 소스 드레인 전극/기판의 적층체 2를 제조한다(단계 b).Next, the graphene of the
상기 패터닝이 포토리소그래피로 수행될 수 있다.The patterning may be performed by photolithography.
다음으로, 상기 적층체 2의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 제1항에 따른 양극성 고분자 반도체를 포함하는 반도체층을 형성하여 반도체층/소스 드레인 전극/기판의 적층체 3을 제조한다(단계 c).Next, a semiconductor layer including the bipolar polymer semiconductor according to the first aspect is formed between the source electrode and the drain electrode of the
단계 (b)와 (c) 사이에 상기 적층체 2의 소스 전극과 드레인 전극 사이의 기판 상에 자기조립 단분자층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Forming a self-assembled monolayer on the substrate between the source electrode and the drain electrode of the
상기 자기조립 단분자층은 실란 화합물 유도체를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 실란 화합물 유도체는 옥타데실트리메톡실란(octadecyltrimethoxilane), 트리메톡시(3,3,3-트리플로로프로필)실란(trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane), 트리클로로펜틸실란(trichloro(phenethyl)silane) 등을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 옥타데실트리메톡실란을 사용할 수 있다.The self-assembled monolayer may include a silane compound derivative. Preferably, the silane compound derivative is selected from the group consisting of octadecyltrimethoxylane, trimethoxy (3,3,3-trifluoropropyl) silane, 3,3,3-trifluoropropyl) silane, and trichloro (phenethyl) silane, and more preferably octadecyltrimethoxysilane.
상기 양극성 고분자 반도체층은 코팅으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 코팅은 스핀코팅, 드롭 캐스팅, 용액 전단법, 잉크젯 프린팅 등일 수 있다.The bipolar polymer semiconductor layer may be formed of a coating. Preferably, the coating may be spin coating, drop casting, solution shearing, inkjet printing, or the like.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 양극성 고분자 반도체를 포함하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이 소자에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a flexible organic thin film transistor array device including a bipolar polymer semiconductor of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명은 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 다수의 유기박막 트랜지스터; 및 상기 다수의 유기박막 트랜지스터의 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 전기적으로 연결하는 연결도선;을 포함하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이이고, 상기 유기박막 트랜지스터는 유연기판; 상기 유연기판 상에 형성된 상기 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 상기 소스 전극; 상기 절연층 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 상기 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되고, 제1항에 따른 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층; 을 포함하는 것인, 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이를 제공한다.A plurality of organic thin film transistors including a source electrode and a drain electrode; And a connection line electrically connecting the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode of the plurality of organic thin film transistors to one another, wherein the organic thin film transistor includes a flexible substrate; The gate electrode formed on the flexible substrate; An insulating layer formed on the gate electrode; The source electrode formed on the insulating layer and including graphene; The drain electrode formed on the insulating layer and including graphene; A semiconductor layer formed between the source electrode and the drain electrode, the semiconductor layer including the bipolar polymer semiconductor compound according to
상기 게이트 전극은 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn 등을 사용할 수 있다.The gate electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, , Ta, Te, Ti, V, W, Zr, and Zn.
상기 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이는 아세톤, 에탄올, 클로로벤젠, 물 등의 화학물질을 검출하는 센서일 수 있다.The flexible organic thin film transistor array may be a sensor for detecting chemical substances such as acetone, ethanol, chlorobenzene, and water.
상기 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이는 다음과 같은 순서로 제조될 수 있습니다.The above flexible organic thin film transistor array can be manufactured in the following order.
먼저, 기판 상에 패턴화된 게이트 전극을 형성시켜 패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 a를 제조한다(단계 a).First, a patterned gate electrode is formed on a substrate to produce a layered body a of a patterned gate electrode / substrate (step a).
상기 기판이 투명 기재 상에 투명 폴리이미드가 형성된 것을 사용할 수 있다.The substrate may be a transparent substrate on which a transparent polyimide is formed.
다음으로, 상기 적층체 a의 패턴화된 게이트 전극 상에 절연층을 형성시켜 절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 b를 제조한다(단계 b).Next, an insulating layer is formed on the patterned gate electrode of the layered product a to produce a layered product b of an insulating layer / patterned gate electrode / substrate (step b).
다음으로, 상기 적층체 b의 절연층 상에 그래핀을 형성시켜 그래핀/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 c를 제조한다(단계 c).Next, graphenes are formed on the insulating layer of the laminate b to prepare a laminate c of a graphene / insulating layer / patterned gate electrode / substrate (step c).
다음으로, 상기 적층체 c의 그래핀을 패터닝하여 그래핀을 포함하는 소스 전극과 그래핀을 포함하는 드레인 전극을 포함하는 소스 드레인 전극을 형성하여 소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 d를 제조한다(단계 d).Next, the graphene of the layered product c is patterned to form a source / drain electrode including a source electrode including graphene and a drain electrode including graphene to form a source / drain electrode / insulating layer / patterned gate electrode / A laminate d of the substrate is prepared (step d).
다음으로, 상기 적층체 d의 소스 드레인 전극 방향으로 기판 상에 패턴화된 포토레지스트를 형성시켜 패턴화된 포토레지스트/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 e를 제조한다(단계 e).Next, a patterned photoresist is formed on the substrate in the direction of the source and drain electrodes of the stacked body d to form a layered body e of the patterned photoresist / source / drain electrode / insulating layer / patterned gate electrode / substrate (Step e).
다음으로, 상기 적층체 e의 패턴화된 포토레지스트를 이용하여 소스 전극과 드레인 전극의 연결도선을 형성하고 상기 패턴화된 포토레지스트를 제거하여 연결도선/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 f를 제거한다(단계 f).Next, the patterned photoresist of the layered product e is used to form a connection line between the source electrode and the drain electrode, and the patterned photoresist is removed to form a connection line / source / drain electrode / insulation layer / patterned gate The laminate f of the electrode / substrate is removed (step f).
마지막으로, 적층체 f의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 제1항의 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층을 형성하여 반도체층/연결도선/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 g를 제조한다(단계 g).Finally, a semiconductor layer including the bipolar polymer semiconductor compound of
기 유연 기판은 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에스터(polyester) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리이미드를 사용할 수 있으며, 유연 기판의 종류가 여기에 한정되는 것은 아니다.The flexible substrate may be made of polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyester or the like, preferably polyimide, and the type of the flexible substrate is limited thereto It is not.
상기 패터닝이 포토리소그래피로 수행될 수 있다. The patterning may be performed by photolithography.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, this is for illustrative purposes only, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예] [Example]
실시예Example 1: 양극성 고분자 반도체 1: bipolar polymer semiconductor
단량체 dibrominated dithienyl-diketopyrrolopyrrole(TDPP) (0.20 mmol) 및 단량체 distannyl selenophene comonomer(0.20 mmol)와 촉매인 tris(dibenzylidenacetone)dipalladium (0) (2.0 mmol)를 무수의 톨루엔 (4 mL)에 넣고 아르곤 분위기에서 30분 동안 교반하였다. 이 용액에 tri(o-tolyl)phosphine (4.0 mmol) 리간드를 넣고, 95℃의 온도로 가열하여 12시간 반응을 시켰다. Monomer dibrominated dithienyl-diketopyrrolopyrrole (TDPP) ( 0.20 mmol) and the monomer distannyl selenophene comonomer into a (0.20 mmol) and the catalyst is tris (dibenzylidenacetone) dipalladium (0) toluene in a (2.0 m mol) in anhydrous (4 mL) in an argon atmosphere And stirred for 30 minutes. To this solution was added tri (o -tolyl) phosphine (4.0 m mol) into the ligand was a 12-hour reaction was heated to a temperature of 95 ℃.
반응 후 용액을 상온으로 냉각시키고, 이 반응 용액을 메탄올(300mL)에 넣어 고분자 고체를 석출하였다. 상기 고분자 고체를 연속적인 속슬레 추출방식(Soxhlet extraction)을 통해 메탄올, 아세톤, 헥산 각각 1 하루씩 정제과정을 수행하였다. 상기 정제과정을 마친 고분자를 최종적으로 클로로포름에 용해시키고, 메탄올 (300 mL)에 넣어 침전시켜 최종 고분자를 석출한 후, 진공오븐에서 건조하여 양극성 고분자 반도체를 제조하였다.( 수율: 75%. 분자량: M n = 25.1 kDa, M w = 89.3 kDa, PDI = 3.56) After the reaction, the solution was cooled to room temperature, and the reaction solution was poured into methanol (300 mL) to precipitate a polymer solid. The polymeric solid was subjected to purification by methanol, acetone, and hexane for one day through continuous Soxhlet extraction. The purified polymer was finally dissolved in chloroform and precipitated in methanol (300 mL) to precipitate a final polymer, which was then dried in a vacuum oven to prepare a bipolar polymer semiconductor (yield: 75%, molecular weight: M n = 25.1 kDa, M w = 89.3 kDa, PDI = 3.56)
1H NMR(C2D2Cl4, 600 MHz, 348 K): d ppm 9.25-8.71 (br, 2H), 7.37-6.68 (br, 4H), 4.22-3.66 (br, 4H), 2.08-1.73 (br, 2H), 1.42-1.06 (br, 64H), 0.85-0.78 (br, 12H).) 1 H NMR (C 2 D 2
분자원소 분석: Anal. Calcd. for C40H66N2O6S2Se6Si6: C, 48.90; H, 6.77 N, 2.85 Found: C, 70.61; H, 8.97, N, 2.63.Molecular element analysis: Anal. Calcd. for C 40 H 66 N 2 O 6 S 2 Se 6 Si 6 : C, 48.90; H, 6.77 N, 2.85 Found: C, 70.61; H, 8.97, N, 2.63.
소자실시예Device Example 1-1: 1-1: 그래핀Grapina 전극, 양극성 고분자 반도체를 포함하는 유기 박막 트랜지스터 Electrode, an organic thin film transistor including a bipolar polymer semiconductor
(단계 1: 그래핀 전사)(Step 1: graphen transfer)
구리포일을 CVD 장치에 넣고 1000℃의 온도에서 가열하면서 수소가스, 메탄가스를 주입하여 구리포일 상에 그래핀을 생성하여 그래핀/구리 적층체를 제조하였다. 상기 적층체의 그래핀 상에 클로로벤젠 용매에 PMMA 고분자를 녹인 용액(20mg/mL)을 코팅한 뒤 100℃의 온도에서 1시간 동안 가열하여 PMMA/그래핀/구리 적층체를 제조하였다.A copper foil was placed in a CVD apparatus, and hydrogen gas and methane gas were injected while heating at a temperature of 1000 ° C to form graphene on the copper foil to prepare a graphene / copper laminate. A solution (20 mg / mL) in which a PMMA polymer was dissolved in a chlorobenzene solvent was coated on the graphene of the laminate and heated at a temperature of 100 ° C for 1 hour to prepare a PMMA / graphene / copper laminate.
과산화황산암모늄 0.1M 수용액에 상기 적층체의 구리 부분이 닿도록 하여 구리포일을 에칭하여 PMMA/그래핀 박막을 제조하였다. 상기 박막을 PET 필름을 이용하여 증류수 위로 옮겨 띄웠다. 증류수 상에 위치하는 상기 박막을 SiO2(300nm)가 열적으로 성장되어 있는 highly doped Si 기판에 wet-transfer 방식으로 전사하여 130℃의 온도에서 1시간 동안 가열하여 PMMA/그래핀/기판 적층체를 제조하였다. 가열 후, 적층체를 아세톤에 담가서 코팅되어 있는 PMMA층을 제거하여 그래핀이 전사된 그래핀/기판 적층체를 제조하였다. The copper foil was etched so that the copper portion of the laminate came into contact with an aqueous 0.1M ammonium persulfate solution to prepare a PMMA / graphene thin film. The thin film was transferred onto the distilled water using a PET film. The thin film on the distilled water was transferred to a highly doped Si substrate on which SiO 2 (300 nm) was thermally grown by a wet-transfer method and heated at a temperature of 130 ° C. for 1 hour to obtain a PMMA / . After heating, the laminate was immersed in acetone to remove the coated PMMA layer to prepare a graphene / substrate laminate to which graphene was transferred.
(단계 2: 패터닝)(Step 2: patterning)
상기 제조된 적층체 상에 포토레지스트(DSAM-300)을 스핀코팅으로 코팅하고, 포토마스크를 이용하여 선택적으로 자외선을 조사한 뒤, 현상액 DPD-200에 담가서 자외선이 조사된 부분의 포토레지스트를 제거하여 포토페지스트 패턴이 형성된 그래핀/기판 적층체를 제조하였다.A photoresist (DSAM-300) was coated on the thus-prepared laminate by spin coating and irradiated with ultraviolet rays selectively using a photomask. Then, the photoresist was immersed in a developer DPD-200 to remove a portion of the photoresist irradiated with ultraviolet rays A graphene / substrate laminate having a photoresist pattern formed thereon was prepared.
상기 적층체에 산소 플라즈마 처리를 해서 포토레지스트에 가려지지 않은 부분의 그래핀층을 선택적으로 제거하여, 그래핀 전극 패턴을 제조하고, DMSO 용매에 담가서 제거되지 않고 남아있는 포토레지스트를 모두 제거하여 그래핀 전극 패턴이 형성된 기판 적층체를 제조하였다.The laminate was subjected to an oxygen plasma treatment to selectively remove the graphene layer not covered with the photoresist to prepare a graphene electrode pattern. The remaining photoresist was immersed in a DMSO solvent to remove any remaining photoresist, Thereby producing a substrate laminate having an electrode pattern formed thereon.
(단계 3: 고분자 반도체 박막 형성)(Step 3: Formation of polymer semiconductor thin film)
상기 그래핀 전극이 형성된 기판 적층체를 octadecyltrimethoxysilane 0.2mL와 함께 반응기에 넣어 진공상태를 만든 뒤 140℃의 온도에서 12시간 동안 가열하여 자가 조립 단일층(self-assembly monolayer)을 형성하여 자가조립단일층/그래핀전 전극/기판 적층체를 제조하고, 톨루엔, 아세톤, 아이소프로판올 용매를 사용하여 세척하였다.The substrate laminate formed with the graphene electrode was placed in a reactor together with 0.2 mL of octadecyltrimethoxysilane to form a vacuum state, which was then heated at a temperature of 140 ° C for 12 hours to form a self-assembled monolayer, / Graphene electrode / substrate laminate was prepared and washed with toluene, acetone, isopropanol solvent.
(단계 4: 유기박막 트랜지스터 제조)(Step 4: Manufacture of organic thin film transistor)
이후, 상기 적층체 상에 클로로벤젠 용매에 실시예 1에 따라 제조된 양극성 고분자 반도체(PTDPPSe-SiC4)를 녹인 용액(3mg/mL)을 스핀코팅(spin-coating)으로 코팅하여 양극성 고분자 반도체 박막을 형성하고, 200℃의 온도에서 30분간 가열하여 그래핀 전극 및 양극성 고분자 반도체를 포함하는 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.Then, a solution (3 mg / mL) in which the bipolar polymer semiconductor (PTDPPSe-SiC4) prepared according to Example 1 was dissolved in chlorobenzene solvent was spin-coated on the laminate to prepare a bipolar polymer semiconductor thin film And heated at a temperature of 200 ° C for 30 minutes to prepare an organic thin film transistor including a graphene electrode and a bipolar polymer semiconductor.
소자실시예Device Example 1-2: 1-2: 그래핀Grapina 전극, 양극성 고분자 반도체를 포함하는 유기 박막 트랜지스터 Electrode, an organic thin film transistor including a bipolar polymer semiconductor
소자실시예 1-1의 단계 3에서 실시예 1에 따라 제조된 양극성 고분자 반도체를 녹인 용액을 스핀코팅으로 코팅하여 양극성 고분자 반도체 박막을 형성하는 것 대신에 드롭 캐스팅(drop-casting)으로 코팅하여 양극성 고분자 반도체 박막을 형성하는 것을 제외하고는 소자실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.Instead of forming a bipolar polymer semiconductor thin film by coating a solution obtained by dissolving the bipolar polymer semiconductor prepared in Example 1 in
소자실시예Device Example 1-3: 1-3: 그래핀Grapina 전극, 양극성 고분자 반도체를 포함하는 유기 박막 트랜지스터 Electrode, an organic thin film transistor including a bipolar polymer semiconductor
소자실시예 1-1의 단계 3에서 실시예 1에 따라 제조된 양극성 고분자 반도체를 녹인 용액을 스핀코팅으로 코팅하여 양극성 고분자 반도체 박막을 형성하는 것 대신에 용액전단 공정법(solution-shearing)으로 코팅하여 양극성 고분자 반도체 박막을 형성하는 것을 제외하고는 소자실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.Instead of forming the bipolar polymer semiconductor thin film by coating the solution obtained by dissolving the bipolar polymer semiconductor prepared in Example 1 in
소자실시예Device Example 2: 양극성 고분자 반도체 박막을 포함하는 2: A thin film comprising a bipolar polymer semiconductor thin film 플렉서블Flexible 유기 박막 트랜지스터 어레이 Organic Thin Film Transistor Array
(단계 1: 게이트 전극 제조)(Step 1: gate electrode fabrication)
투명 폴리이미드(polyimide) 용액을 깨끗한 유리판 위에 스핀-코팅(spin-coating)방법으로 코팅한 뒤, 100℃의 온도에서 2시간, 200℃의 온도에서 2시간, 300℃의 온도에서 2시간 동안 순차적으로 가열하여 투명 폴리이미드/유리판 적층체를 제조하였다.A transparent polyimide solution was coated on a clean glass plate by a spin-coating method, and then coated at a temperature of 100 캜 for 2 hours, a temperature of 200 캜 for 2 hours, a temperature of 300 캜 for 2 hours, To prepare a transparent polyimide / glass plate laminate.
상기 적층체의 투명 폴리이미드 상에 포토레지스트를 스핀코팅으로 코팅하고, 포토마스크를 이용하여 선택적으로 자외선을 조사한 뒤, DPD-200에 담가서 자외선이 조사된 부분의 포토레지스트를 제거하였다.A photoresist was coated on the transparent polyimide layer of the laminate by spin coating and irradiated with ultraviolet rays selectively using a photomask. Then, the photoresist was immersed in DPD-200 to remove the photoresist portion irradiated with ultraviolet rays.
상기 포토레지스트 패턴이 형성된 폴리이미드/유기판 적층체에 열 증착을 통하여 크롬(4nm)과 금(40nm)를 증착하여 게이트 전극 패턴을 제조하고, DMSO 용매에 담가 남아있는 포토레지스트를 모두 제거하여 게이트 전극 패턴이 형성된 적층체를 제조하였다.(4 nm) and gold (40 nm) were deposited on the polyimide / organic plate laminate having the photoresist pattern formed thereon by thermal evaporation to prepare a gate electrode pattern. Then, the photoresist remaining in the DMSO solvent was removed, Thereby producing a laminate having electrode patterns formed thereon.
(단계 2: 게이트 전극 상에 절연층 형성)(Step 2: formation of an insulating layer on the gate electrode)
제조된 게이트 전극 패턴이 형성된 적층체 상에 에폭시 계열의 포토레지스트로 유전체 물질인 SU-8 10과 gamma-butylacetone을 7:3의 부피비로 혼합한 혼합용액을 스핀코팅으로 코팅하고 95℃의 온도에서 1분간 가열하였다. 이후, SU-8 10 박막을 가교시키기 위해 자외선에 노출시킨 뒤 150℃의 온도에서 30분간 가열하였다.A mixed solution of SU-810 and gamma-butylacetone in a volume ratio of 7: 3 was coated on the laminate having the gate electrode pattern formed thereon by an epoxy-based photoresist and dielectric substance was spin-coated, And heated for 1 minute. Subsequently, the SU-8 10 thin film was exposed to ultraviolet rays for crosslinking and then heated at a temperature of 150 ° C for 30 minutes.
(단계 3: 절연층 상에 그래핀층 형성)(Step 3: formation of a graphene layer on the insulating layer)
구리포일을 CVD 장치에 넣고 1000℃의 온도에서 사열하면서 수소가스, 메탄가스를 주입하여 구리포일 상에 그래핀을 생성하여 그래핀/구리 적층체를 제조하였다. 상기 적층체의 그래핀 상에 클로로벤젠 용매에 PMMA 고분자를 녹인 용액(20mg/mL)을 코팅한 뒤 100℃의 온도에서 1시간 동안 가열하여 PMMA/그래핀/구리 적층체를 제조하였다. 이후, 과산화황산암모늄 0.1M 수용액에 상기 적층체의 구리 부분이 닿도록 하여 구리포일을 에칭하여 PMMA/그래핀 박막을 제조하였다. 상기 박막을 PET 필름을 이용하여 증류수 위로 옮겨 띄웠다.A copper foil was placed in a CVD apparatus and hydrogen gas and methane gas were injected while being quadrupled at a temperature of 1000 ° C to form graphene on the copper foil to prepare a graphene / copper laminate. A solution (20 mg / mL) in which a PMMA polymer was dissolved in a chlorobenzene solvent was coated on the graphene of the laminate and heated at a temperature of 100 ° C for 1 hour to prepare a PMMA / graphene / copper laminate. Thereafter, the copper foil was etched so that the copper portion of the laminate came into contact with an aqueous 0.1M ammonium persulfate solution to prepare a PMMA / graphene thin film. The thin film was transferred onto the distilled water using a PET film.
상기 PMMA/그래핀 박막을 상기 제조된 SU-8 10 박막 상에 wet-transfer 방법으로 전사하여 130 에서 1시간동안 가열하고, 아세톤에 담가 PMMA를 제거하여 그래핀이 전사된 기판을 제조하였다,The PMMA / graphene thin film was transferred onto the SU-8 10 thin film by a wet-transfer method, heated at 130 for 1 hour, immersed in acetone, and PMMA was removed to prepare a graphene transferred substrate.
(단계 4: 그래핀 패턴 형성)(Step 4: formation of graphene pattern)
상기 기판 상에 포토레지스트(DSAM-300)을 스핀코팅으로 코팅하고, 포토마스크를 이용하여 선택적으로 자외선을 조사한 뒤, 현상액 DPD-200에 담가서 자외선이 조사된 부분의 포토레지스트를 제거하여 포토페지스트 패턴이 형성된 그래핀/기판 적층체를 제조하였다.The photoresist (DSAM-300) was coated on the substrate by spin coating and irradiated with ultraviolet rays selectively using a photomask. Then, the photoresist was dipped in the developer DPD-200 to remove the photoresist in the portion irradiated with ultraviolet rays, To prepare a patterned graphene / substrate laminate.
상기 적층체에 산소 플라즈마 처리를 해서 포토레지스트에 가려지지 않은 부분의 그래핀층을 선택적으로 제거하여, 그래핀 전극 패턴을 제조하고, DMSO 용매에 담가서 제거되지 않고 남아있는 포토레지스트를 모두 제거하여 그래핀 전극 패턴이 형성된 기판 적층체를 제조하였다.The laminate was subjected to an oxygen plasma treatment to selectively remove the graphene layer not covered with the photoresist to prepare a graphene electrode pattern. The remaining photoresist was immersed in a DMSO solvent to remove any remaining photoresist, Thereby producing a substrate laminate having an electrode pattern formed thereon.
상기 그래핀 전극 패턴이 형성된 기판 적층체에 포토레지스트(DSAM-300)를 스핀-코팅으로 코팅하고 포토마스크를 이용해 선택적으로 자외선을 조사한 뒤 DPD-200에 담가서 자외선이 조사된 부분의 포토레지스트를 제거하였다.The photoresist (DSAM-300) was spin-coated on the substrate laminate having the graphene electrode pattern formed thereon and selectively irradiated with ultraviolet rays using a photomask, and then immersed in DPD-200 to remove the photoresist in the portion irradiated with ultraviolet rays Respectively.
(단계 5: 소스, 드레인 전극 형성)(Step 5: formation of source and drain electrodes)
포토레지스트 패턴이 만들어진 기판에 열 증착을 통해 크롬 (4nm)과 금 (40 nm)를 증착하여 소스, 드레인 전극 연결선 및 컨택 패드 패턴을 제조한 뒤 DMSO 용매에 담가서 남아있는 포토레지스트를 모두 제거하였다.The source and drain electrode connecting lines and contact pad patterns were prepared by depositing chromium (4 nm) and gold (40 nm) on the substrate on which the photoresist pattern was formed by thermal evaporation, and then the remaining photoresist was immersed in DMSO solvent.
(단계 6: 양극성 고분자 박막 형성)(Step 6: formation of bipolar polymer thin film)
전극 패턴 및 연결선 패턴이 모두 제작된 기판 상에 클로로벤젠 용매와 양극성 고분자 반도체(PTDPPSe-SiC4)를 혼합한 혼합용액 (3 mg/mL)을 스핀-코팅으로 코팅하여 박막을 형성한 뒤 220℃의 온도에서 30분간 가열하여 양극성 고분자 반도체 박막을 형성하였다.A mixed solution (3 mg / mL) of chlorobenzene solvent and a bipolar polymer semiconductor (PTDPPSe-SiC4) was spin-coated on a substrate having both electrode pattern and connecting line pattern formed thereon to form a thin film. And heated at a temperature for 30 minutes to form a bipolar polymer semiconductor thin film.
(단계 7: 양극성 고분자 패턴 형성 및 플렉서블 유기 박막 트랜지스터 어레이 제조)(Step 7: bipolar polymer pattern formation and flexible organic thin film transistor array fabrication)
형성된 PTDPPSe-SiC4 박막 상에 포토레지스트(DSAM-300)를 스핀코팅으로 코팅하고 포토마스크를 이용해 선택적으로 자외선을 조사한 뒤 DPD-200에 담가서 자외선이 조사된 부분의 포토레지스트를 제거하였다.A photoresist (DSAM-300) was coated on the formed PTDPPSe-SiC4 thin film by spin coating and selectively irradiated with ultraviolet rays using a photomask. Then, the photoresist was removed from the portion irradiated with ultraviolet light by immersing in DPD-200.
포토레지스트 패턴이 만들어진 기판에 reactive ion etching (RIE) 처리를 해서 포토레지스트에 가려지지 않은 부분의 PTDPPSe-SiC4 박막을 선택적으로 제거한 뒤 DMSO 용매에 담가서 남아있는 포토레지스트를 모두 제거해서 PTDPPSe-SiC4 반도체 패턴을 형성하여 플렉서블 유기 박막 트랜지스터 어레이를 제조하였다.The substrate on which the photoresist pattern was formed was subjected to reactive ion etching (RIE) to selectively remove the PTDPPSe-SiC4 thin film not covered with the photoresist, and then the remaining photoresist was removed by immersing in the DMSO solvent to remove the PTDPPSe-SiC4 semiconductor pattern To fabricate a flexible organic thin film transistor array.
소자비교예Device comparison example 1: One: 플렉서블Flexible 유기 박막 트랜지스터 어레이 Organic Thin Film Transistor Array
소자실시예 1-1의 그래핀 전극 대신에 소스 전극 및 드레인 전극으로 금을 사용한 것을 제외하고는 소자실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다. An organic thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that gold was used as a source electrode and a drain electrode instead of the graphene electrode of Example 1-1.
소자비교예Device comparison example 2: 2: 플렉서블Flexible 유기 박막 트랜지스터 어레이 Organic Thin Film Transistor Array
소자실시예 1-2의 그래핀 전극 대신에 소스 전극 및 드레인 전극으로 금을 사용한 것을 제외하고는 소자실시예 1-2와 동일한 방법으로 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다. An organic thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1-2, except that gold was used as the source electrode and the drain electrode instead of the graphene electrode of Example Embodiment 1-2.
소자비교예Device comparison example 3: 3: 플렉서블Flexible 유기 박막 트랜지스터 어레이 Organic Thin Film Transistor Array
소자실시예 1-3의 그래핀 전극 대신에 소스 전극 및 드레인 전극으로 금을 사용한 것을 제외하고는 소자실시예 1-3과 동일한 방법으로 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다. An organic thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1-3 except that gold was used as a source electrode and a drain electrode instead of the graphene electrode of Embodiment 1-3.
소자비교예Device comparison example 4: 4: 플렉서블Flexible 유기 박막 트랜지스터 어레이 Organic Thin Film Transistor Array
실시예 1의 양극성 고분자 반도체 대신에 P3HT 반도체를 사용하여 반도체 박막을 형성한 것을 제외하고는 소자실시예 2와 동일한 방법으로 플렉서블 유기 박막 트랜지스터 어레이를 제조하였다.A flexible organic thin film transistor array was fabricated in the same manner as in Example 2 except that a semiconductor thin film was formed using a P3HT semiconductor instead of the bipolar polymer semiconductor of Example 1.
[시험예][Test Example]
시험예 1: 기재상에 패턴화된 그래핀층 분석-광학 이미지 및 라만 스펙트럼Test Example 1: Analysis of patterned graphene layer on a substrate - optical image and Raman spectrum
도 4는 기재상에 패턴화된 그래핀을 분석하기 위하여 실시예 2에 따라 제조된 그래핀/기판 적층체의 광학 이미지 분석 및 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.Figure 4 shows optical image analysis and Raman spectrum analysis of a graphene / substrate laminate prepared according to Example 2 to analyze patterned graphene on a substrate.
도 4를 참조하면, 회색점(grey-dot)에 해당하는 라만 스펙트럼은 피크가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 회색점이 위치하는 곳에 그래핀이 존재하지 않은 것을 의미하는 것으로, 그래핀이 패터닝 과정에서 잘 에칭된 것을 의미한다.Referring to FIG. 4, it was confirmed that no peak appeared in the Raman spectra corresponding to gray-dots. This means that there is no graphene where the gray dot is located, which means that the graphene is well etched during the patterning process.
분홍색-점(pink-dot) 포지션은 강한 G 밴드(~1580 cm-1) 및 2D 밴드 (~2700 cm-1)가 나타났다. 이는 단일층 그래핀이 형성되어 있음을 의미한다.The pink-dot position showed strong G band (~ 1580 cm -1 ) and 2D band (~ 2700 cm -1 ). This means that a single layer of graphene is formed.
보라색점(purple-dot) 포지션은 분홍색점 포지션 보다는 약간 2D 밴드가 나타났으며, 이는 소수층 그래핀(few-layer graphene)이 형성된 것을 나타낸다.The purple-dot position showed a slightly 2D band rather than the pink dot position, indicating that a few-layer graphene was formed.
또한, 패턴화된 그래핀 전극의 엣지 부분인 파란색점(blue-dot) 포지션의 라만 스펙트럼은 D 밴드가 나타났으며, 이는 패터닝 과정에서 결함이 형성되었음을 의미하며, 결과적으로 그래핀 전극의 격자구조의 불연속성을 초래하였다.In addition, the Raman spectrum of the blue-dot position at the edge of the patterned graphene electrode shows a D band, which means that defects are formed in the patterning process. As a result, the grating structure of the graphene electrode Of discontinuity.
시험예Test Example 2: 용액전단 2: solution shear 공정법으로By process 패턴화된 Patterned 그래핀Grapina // 기판 상에On the substrate 형성된 양극성 고분자 반도체 박막 표면 모폴리지 분석-원자 현미경 분석 Surface morphology analysis of formed bipolar polymer semiconductor thin film - Atomic microscope analysis
도 5는 양극성 고분자 반도체 박막의 표면 모폴로지를 분석하기 위하여 용액전단 공정법으로 박막을 형성한 소자실시예 1-3의 유기 박막 트랜지스터의 원자 현미경 이미지를 나타낸 것이다.5 is an atomic force microscope image of the organic thin film transistor of Example 1-3 in which a thin film was formed by a solution front end process to analyze the surface morphology of the bipolar polymer semiconductor thin film.
도 5를 참조하면, 용액전단 공정 중에 가해진 전단 응력에 의해 유도된 고분자 반도체 사슬이 정렬된 것이 SiO2 표면에서 관찰되었다.Referring to FIG. 5, alignment of the polymer semiconductor chains induced by the shear stress applied during the solution shear process was observed on the SiO2 surface.
반면에, 그래핀 필름 상의 고분자 반도체 박막의 모폴리지는 고분자 사슬이 무작위로 배향된 것을 확인할 수 있었다. On the other hand, it was confirmed that the polymer chains of the polymer semiconductor thin film on the graphene film were randomly oriented.
그래핀의 허니컴 격자와 콘쥬게이트된 고분자 사슬 사이의 π-π 상호작용(interaction)이 전단 응력에 대하여 고분자 사슬 정렬에 저항할 만큼 충분히 강하기 때문에 이러한 결과가 나타난 것으로 판단된다. This result appears to be due to the fact that the π-π interaction between the honeycomb lattice of the graphene and the conjugated polymer chain is strong enough to resist polymer chain alignment to shear stress.
따라서, 고분자 반도체 박막 아래에 위치하는 그래핀의 존재에 따라 모폴로지 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed that there is a difference in morphology depending on the presence of graphene located under the polymer semiconductor thin film.
시험예Test Example 3: 3: SiOSiO 22 및 And 그래핀Grapina 상에 형성된 양극성 고분자 반도체의 결정성 및 방향성 분석-2D-GIXD 분석 및 극점도(pole figure) 분석 Crystallinity and directional analysis of bipolar polymer semiconductors - 2D-GIXD analysis and pole figure analysis
도 6은 그래핀 및 SiO2 상의 양극성 고분자 반도체의 분자 방향성과 결정성을 분석하기 위한 2D-GIXD 분석결과를 나타낸 것이다.FIG. 6 shows the results of 2D-GIXD analysis for analyzing the molecular directionality and crystallinity of the bipolar polymer semiconductor of graphene and SiO 2 phase.
도 6을 살펴보면 SiO2와 그래핀 상에 용액공정으로 형성된 박막은 out-of-plane 방향을 따라 4차까지 high-order(h00) 피크가 나타났다.Referring to FIG. 6, SiO 2 and the thin film formed by the solution process on the graphene showed a high-order (h00) peak up to the fourth order along the out-of-plane direction.
SiO2의 코어런스(coherence) 길이 (Lc)는 out-of-plane 방향에서 약 133Å 이었지만, 그래핀에서는 in-plane 방향으로 약 240Å이었다.The coherence length Lc of SiO 2 was about 133 Å in the out-of-plane direction, but about 240 Å in the in-plane direction in graphene.
in-plane 및 out-of-plane 방향에서 q = 1.7Å-1에서 관찰된 (010) 피크는 SiO2상의 PTDPPSe-SiC4 막에서 3D 정공 전도 채널의 형성을 나타내는 π-π 스태킹에 해당되는 것이다. 반면에, 그래핀 상의 필름은 out-of-plane 방향에서만 강한 π-π 스태킹 피크 (qz = 1.687Å)를 보였다.The (010) peak observed at q = 1.7 Å -1 in the in-plane and out-of-plane directions corresponds to π-π stacking indicating the formation of a 3D hole conduction channel in the PTDPPSe-SiC4 film on SiO 2 . On the other hand, the films on graphene showed strong π-π stacking peaks (qz = 1.687 Å) only in the out-of-plane direction.
도 7은 SiO2와 그래핀으로 제조된 고분자 필름에서 π-π 스태킹을 정량적으로 비교하기 위해 (010) 회절에 대한 극점도 분석결과를 나타낸 것이다.Fig. 7 shows the result of pole figure analysis for (010) diffraction to quantitatively compare π-π stacking in a polymer film made of SiO 2 and graphene.
도 7을 참조하면, SiO2상의 PTDPPSe-SiC4는 edge-on 부분이 16.5%이고 face-on 부분이 83.5%인 π 시스템에서 이발형 분포를 특징으로 하는 반면, 그래핀에서는 face-on 부분이 98% 겨우 2%의 가장자리가 있는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 7, PTDPPSe-SiC4 on SiO 2 is characterized by a barbic distribution in the pi system with an edge-on portion of 16.5% and a face-on portion of 83.5%, while the grains have a face-on portion of 98% With only 2% of the edges.
또한, 공액 골격 사이의 π-π 스태킹은 X 선 입사각을 조정하여 생성된 X 선 침투 깊이의 변화에 영향을 받지 않았으며, 이는 평면외 방향에서 PTDPPSe-SiC4와 그래핀 사이에 강력한 π-π 상호 작용의 존재를 하는 것을 의미한다.Also, the π-π stacking between the conjugate scaffolds was not affected by changes in the X-ray penetration depth generated by adjusting the X-ray incidence angle, which is due to strong π-π interactions between PTDPPSe-SiC4 and graphene in the out- Means the presence of action.
시험예Test Example 4: 4: 소자실시예Device Example 3에 따라 제조된 유기 박막 트랜지스터의 n-channel 및 p-channel 전달 특성 Transmission characteristics of n-channel and p-channel of organic thin film transistor fabricated according to
도 8은 소자실시예 1-3에 따라 제조된 유기 박막 트랜지스터의 p-channel 이동 특성과 n-channel 이동 특성을 분석한 결과를 나타낸 것이다.8 shows the results of analyzing the p-channel migration characteristic and the n-channel migration characteristic of the organic thin film transistor manufactured according to the Embodiment 1-3.
도 8을 살펴보면, 최대 정공 이동도 및 전자 이동도가 각각 1.43 and 0.37 cm2 V-1s-1인 것으로 나타났다. 디바이스 구조의 차이 때문에 이전에 보고된 top-contact 디바이스의 정공 및 전자 이동도 보다 BGBC 구조(geometry)에서의 정공 및 전자 이동도가 약간 낮게 나타났으나, 이러한 이동도는 비정질 실리콘의 이동도와 비슷하게 나타난 것으로 분석되었다.Referring to FIG. 8, the maximum hole mobility and electron mobility were 1.43 and 0.37 cm 2 V -1 s -1 , respectively. Due to the difference in device structure, the hole and electron mobility in the BGBC geometry was slightly lower than the hole and electron mobility of the previously reported top-contact device, but this mobility is similar to that of amorphous silicon Respectively.
하기 표 1은 스핀코팅, 드롭 캐스트 및 용액 전단 공정법을 이용하여 PTDPPSe-SiC4 필름의 정공 및 전자 이동도 결과를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the results of hole and electron mobility of the PTDPPSe-SiC4 film using spin coating, drop casting, and solution shear process.
[cm2 V-1 s-1]μ h, avg
[cm 2 V -1 s -1 ]
[cm2 V-1 s-1]μ h, max
[cm 2 V -1 s -1 ]
[cm2 V-1 s-1]mu e, avg
[cm 2 V -1 s -1 ]
[cm2 V-1 s-1]μ e, max
[cm 2 V -1 s -1 ]
하기 표 1을 참조하면, 용액 전단 공정법을 이용하여 제조된 장치는 용액 전단 후 분자 배형의 정도가 높기 때문에 가장 높은 이동도가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Table 1, it can be seen that the device manufactured using the solution shear process has the highest mobility since the degree of molecular dying after the solution shearing is high.
그래핀 전극을 갖는 유기전계효과 트랜지스터의 전기적 성능은 BGBC 구성의 Cr/Au 전극의 전기적 성능을 비교하면, Cr/Au 전극을 사용한 트랜지스터의 정공 이동도는 그래핀 전극을 사용한 트랜지스터의 정공 이동도 보다 낮은 것을 확인할 수 있었다.The electric performance of the organic field effect transistor having a graphene electrode is compared with that of the Cr / Au electrode of the BGBC structure. The hole mobility of the transistor using the Cr / Au electrode is higher than the hole mobility of the transistor using the graphene electrode I can confirm that it is low.
또한, Cr/Au 전극을 갖는 트랜지스터의 전자 이동도는 그래핀 전극을 포함하는 트랜지스터의 전자 이동도의 5% 수준인 것으로, 본 발명의 유기전계효과 트랜지스터의 전기적 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.Further, the electron mobility of the transistor having the Cr / Au electrode was 5% of the electron mobility of the transistor including the graphene electrode, and it was confirmed that the organic field effect transistor of the present invention has excellent electrical performance.
시험예 5: 그래핀, 금, 및 양극성 고분자 반도체의 에너지 다이어그램 분석Test Example 5: Energy diagram analysis of graphene, gold, and bipolar polymer semiconductors
도 9는 PTDPPSe-SiC4과 그래핀 및 금 전극의 에너지 수준을 나타낸 것이다.Figure 9 shows the energy levels of PTDPPSe-SiC4 and graphene and gold electrodes.
도 9를 참조하면, PTDPPSe-SiC4의 HOMO 및 LUMO 수준은 각각 -5.17 및 -3.56eV였으며, 그래핀 전극 및 금 전극의 일 함수는 각각 -4.5 및 -5.1Ev인 것으로 나타났다.9, the HOMO and LUMO levels of the PTDPPSe-SiC4 were -5.17 and -3.56 eV, respectively, and the work functions of the graphene electrode and gold electrode were -4.5 and -5.1Ev, respectively.
따라서, 금 대신에 그래핀 전극을 사용하면 전자 수송이 더 낮은 에너지 장벽을 달성하는 것을 확인할 수 있었다. n-type 오퍼레이션(n-type operation)에 대한 낮은 에너지 장벽은 그래핀 전극을 사용했을 때 전자 전달에 더 유리하나, 이는 금 전극에 비해 정공 수송에 대한 고 에너지 장벽으로 인하여 정공 이동도에 부정적인 영향을 미친다.Thus, using graphene electrodes instead of gold could confirm that electron transport achieved a lower energy barrier. A low energy barrier for n-type operation (n-type operation) is more advantageous for electron transfer when using graphene electrodes, which is a negative effect on hole mobility due to high energy barrier to hole transport .
그러나, 상기 표 1에서 나타난 바와 같이 그래핀 전극에 대한 정공 이동도와 전자 이동도가 모두 향상된 것을 확인할 수 있었고, 이러한 결과는 형태학적 요인이 에너지적 요인보다 전기적 성능에 더 큰 영향을 미쳤음을 확인할 수 있었다.However, as shown in Table 1, it was confirmed that both the hole mobility and the electron mobility of the graphene electrode were improved. As a result, it was confirmed that the morphological factor had a greater influence on the electrical performance than the energy factor there was.
시험예 6: 유기 박막 트랜지스터 기반 인버터 특성 분석Test Example 6: Characteristic Analysis of Inverter Based on Organic Thin Film Transistor
도 10은 그래핀 전극 기반 트랜지스터의 인버터 특성을 나타낸 것이다.Figure 10 shows the inverter characteristics of a graphene electrode based transistor.
도 10을 참조하면, 금 전극 기반 트랜지스터의 게인(gain)이 7.9인데 비해 그래핀 전극 기반 트랜지스터의 게인(gain)은 20.3으로 훨씬 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the gain of the gold electrode-based transistor is 7.9, while the gain of the graphene electrode-based transistor is 20.3.
이와 같은 결과는 그래핀 전극 트랜지스터의 높은 게인(gain)은 균형 잡힌 높은 정공 이동도 때문인 것으로 판단된다.These results suggest that the high gain of the graphene electrode transistor is due to the well-balanced high hole mobility.
시험예 7: 유기 박막 트랜지스터 기반 인버터 특성 분석Test Example 7: Characteristic Analysis of Inverter Based on Organic Thin Film Transistor
도 11은 10X10 플렉서블 트랜지스터 어레이상의 정공 이동도 맵핑 이미지를 나타낸 것이다.11 shows a hole mobility mapping image on a 10
도 11을 참조하면, 제조된 100개의 트랜지스터에서 정공 이동도가 균일하게 얻어지는 것을 확인할 수 있습니다.Referring to FIG. 11, it can be seen that the hole mobility is uniformly obtained in the manufactured 100 transistors.
따라서, 100% 수율로 소자가 제작되는 것을 확인할 수 있습니다.Therefore, we can confirm that the device is fabricated with 100% yield.
시험예 8: 굽힘에 따른 정공이동도 변화 분석Test Example 8: Analysis of hole mobility according to bending
도 12는 투명한 폴리이미드 기판 상에 제조된 유연성 유기 전계효과 트랜지스터의 굽힘 특성을 분석하기 위하여, 굽힘에 따른 정공 이동도 변화를 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing changes in hole mobility with bending in order to analyze the bending characteristics of a flexible organic field effect transistor fabricated on a transparent polyimide substrate.
전단 방향에 대해 평행 및 수직 방향으로 10 내지 3mm의 굴곡 반경의 함수로서 정공 이동도 변화를 나타낸다. 인장 변형률은 하기 1과 같다.Shows a change in hole mobility as a function of the bending radius of 10 to 3 mm parallel and perpendicular to the shear direction. The tensile strain is as follows.
[식 1][Formula 1]
식 1에서, εtensile는 인장 변형률, t는 기초 필름의 두께, 0.1mm, Rbend는 굽힘 중심에서 필름의 중심선까지의 반경을 나타낸다. In
소자실시예 1은 인장 변형률 (2Rbend = 10mm)의 1.01 %에서 높은 인장 변형률(3.23%)에 이르기까지 초기 이동성에 비해 굴곡 방향 및 이동성의 점진적 감소에 대해 등방성 경향을 나타냈다. (2Rbend = 3mm).Element Example 1 exhibited an isotropic tendency to a gradual decrease in flexion direction and mobility compared to the initial mobility from 1.01% of the tensile strain (2R bend = 10 mm) to a high tensile strain (3.23%). (2R bend = 3 mm).
제작된 FET 어레이의 굽힘 시험 결과, 굽힘 반경 10, 8, 3mm에서의 정공 이동도는 초기 값의 95.5%, 68.2%, 50.0%로 각각 감소하였다. 장치의 변형을 해제한 후 이동성은 원래 값으로 회복되었습니다. As a result of the bending test of fabricated FET array, the hole mobility at the bending radii of 10, 8, and 3 mm decreased to 95.5%, 68.2%, and 50.0% of the initial values, respectively. After releasing the deformation of the device, the mobility was restored to its original value.
이러한 가역적 이동성 변화는 장치 구성 요소의 유연한 특성 때문인 것으로 판단된다.This reversible mobility change is thought to be due to the flexible nature of the device components.
시험예Test Example 9: 9: 그래핀Grapina 전극을 이용한 Using electrodes PTDPPSPTDPPS -- SiC4SiC4 트랜지스터의 용매 저항성 분석 Solvent resistance analysis of transistor
도 13은 용매 저항성을 분석하기 위해 실험방법을 개략적으로 나타낸 것이다.13 schematically shows an experimental method for analyzing solvent resistance.
용매 저항성을 분석하기 위해 소자실시예 1에 따라 제조된 트랜지스터를 클로로벤젠 용매에 24시간 담근 후, 질소 가스를 넣고 질소 가스하에서 220℃의 온도로 가열하여 용매를 제거하였다. 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 필름을 SiO2/Si 웨이퍼 상에 증착시켜 제조된 종래의 필름을 클로로벤젠에 담그어 비교하였다. In order to analyze the solvent resistance, the transistor manufactured according to Example 1 was immersed in a chlorobenzene solvent for 24 hours, and then a nitrogen gas was introduced and heated at a temperature of 220 캜 under a nitrogen gas to remove the solvent. A conventional film prepared by depositing a poly (3-hexylthiophene) (P3HT) film on a SiO 2 / Si wafer was immersed in chlorobenzene and compared.
도 13을 참조하면, P3HT 막을 함유한 클로로벤젠의 색은 황색으로 변하고, PTDPPSe-SiC4 막을 함유한 클로로 벤젠의 색은 변하지 않았다,13, the color of the chlorobenzene containing the P3HT film changed to yellow and the color of the chlorobenzene containing the PTDPPSe-SiC4 film remained unchanged.
따라서, 본 발명의 양극성 고분자 반도체(PTDPPS-SiC4)를 포함하는 박막의 용매 저항성이 종래의 필름보다 강한 것으로 분석되었다.Therefore, the solvent resistance of the thin film containing the bipolar polymer semiconductor (PTDPPS-SiC4) of the present invention was analyzed to be stronger than that of the conventional film.
시험예 10: 용매에 대한 화학적 내성 분석Test Example 10: Chemical resistance analysis for solvent
도 14는 용매에 담그기 전과 후의 FET 장치의 정공 및 전자 이동도 분석결과를 나타낸 것이다.Fig. 14 shows the results of hole and electron mobility analysis of FET devices before and after immersing them in a solvent.
도 14를 참조하면, 용매에 담그기 전 보다 후의 트랜지스터의 정공 및 정공 이동도가 감소했으나, 트랜지스터가 모두 잘 작동하였다. Referring to FIG. 14, although the hole and hole mobility of the transistor was lowered before being immersed in the solvent, the transistors all operated well.
따라서, 본 발명의 양극성 고분자 반도체(PTDPPS-SiC4) 박막이 높은 불용성을 가지며, 내화학성이 높은 것을 알 수 있었다.Therefore, the bipolar polymer semiconductor (PTDPPS-SiC4) thin film of the present invention has high insolubility and high chemical resistance.
시험예 11: PTDPPSe-SiC4 FET array의 아세톤 센싱 특성Test Example 11: Acetone sensing characteristics of PTDPPSe-SiC4 FET array
도 15는 PTDPPSe-SiC4 FET 어레이를 사용한 아세톤 감지 개략도 및 아세톤 증기 감지를 분석한 결과를 나타낸 것이다.Figure 15 shows a schematic diagram of acetone sensing using a PTDPPSe-SiC4 FET array and an analysis of acetone vapor sensing.
화학 센서용 플랫폼으로서 PTDPPSe-SiC4 OFET의 실현 가능성을 간단히 살펴보기 위해 PTDPPS-SiC4 FET를 온/오프 스위칭 (그림 4e)이 가능한 아세톤 증기 흐름 (4 SLM)에 노출시켰다.To briefly demonstrate the feasibility of the PTDPPSe-SiC4 OFET as a platform for chemical sensors, the PTDPPS-SiC4 FET was exposed to an acetone vapor stream (4 SLM) capable of on / off switching (Figure 4e).
도 15의 b를 참조하면, 아세톤 증기와 공기의 혼합물은 아세톤의 농도 범위가 2.6~12.8%일 때 폭발(explode)할 것으로 나타났다. Referring to Figure 15 (b), a mixture of acetone vapor and air appeared to explode when the concentration range of acetone was 2.6-12.8%.
아세톤 증기에 노출되면 드레인 전류가 감소하여 파괴적인 (음의) 감지 동작이 나타난다. 증기에 노출되는 것은 일반적으로 유기 반도체 층의 입자 경계에서 쌍극자에 의해 유도된 정공 트래핑 때문에 정공 전류를 감소시키는 것으로 분석되었다.Exposure to acetone vapor reduces the drain current and results in destructive (negative) sensing behavior. Exposure to the vapor was generally analyzed to reduce the hole current due to hole trapping induced by the dipole at the grain boundary of the organic semiconductor layer.
아세톤은 극성 및 전자 공여 물질이며 정공 전류에서 파괴적인 감지 신호를 보여준다. 본 발명의 유기전계효과 트랜지스터 기반의 아세톤 센서는 아세톤 가스 OFF 영역에서 안정적인 작동을 보였다.Acetone is a polar and electron donating material and shows a destructive sense signal at the hole current. The acetone sensor based on the organic field effect transistor of the present invention showed stable operation in the acetone gas OFF region.
따라서, 본 발명의 유기박막 트랜지스터 어레이는 안정되고 반복적인 감지 신호가 얻을 수 있으며, 본 발명의 유기전계효과 트랜지스터 장치가 화학적 감지 플랫폼으로 사용될 수 있는 가능성이 높은 것으로 판단된다.Accordingly, it is considered that the organic thin film transistor array of the present invention can obtain a stable and repetitive sensing signal, and that the organic field effect transistor device of the present invention can be used as a chemical sensing platform.
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.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
Claims (19)
상기 다수의 유기박막 트랜지스터의 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 전기적으로 연결하는 연결도선;을 포함하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이이고,
상기 유기박막 트랜지스터는
유연기판;
상기 유연기판 상에 형성된 상기 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성된 절연층;
상기 절연층 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 상기 소스 전극;
상기 절연층 상에 형성되고, 그래핀을 포함하는 상기 드레인 전극; 및
상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되고, 하기 구조식 1로 표시되는 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층; 을 포함하는 것인,
플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이.
[구조식 1]
상기 구조식 1에서,
R1 내지 R14은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R14은 서로 독립적으로, C1 내지 C20 직쇄형 또는 분지형 알킬기이고,
X1 내지 X6은 서로 같거나 다르고, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 16족 원자 중 어느 하나이고,
m 및 n은 서로 같거나 다르고, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 15의 정수 중 어느 하나이고,
p는 반복단위의 반복 수이고,
수평균 분자량은 5,000 내지 1,000,000이다.A plurality of organic thin film transistors including a source electrode and a drain electrode; And
And a connection conductor electrically connecting the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode of the plurality of organic thin film transistors to each other,
The organic thin film transistor
Flexible substrate;
The gate electrode formed on the flexible substrate;
An insulating layer formed on the gate electrode;
The source electrode formed on the insulating layer and including graphene;
The drain electrode formed on the insulating layer and including graphene; And
A semiconductor layer formed between the source electrode and the drain electrode and including a bipolar polymer semiconductor compound represented by the following structural formula 1; ≪ / RTI >
Flexible organic thin film transistor array.
[Structural formula 1]
In the above formula 1,
R 1 to R 14 are the same or different from each other, and R 1 to R 14 are independently of each other a C 1 to C 20 linear or branched alkyl group,
X 1 to X 6 are the same or different from each other, and X 1 to X 6 are each independently any one of the Group 16 atoms,
m and n are the same or different from each other, m and n are each independently an integer of 1 to 15,
p is the number of repeating units,
The number average molecular weight is from 5,000 to 1,000,000.
R1 내지 R14은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R14은 서로 독립적으로 메틸기 및 에틸기 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이.The method according to claim 1,
Wherein R 1 to R 14 are the same or different from each other and each of R 1 to R 14 is independently selected from methyl group and ethyl group.
상기 X1 내지 X6은 서로 같거나 다르고, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 황, 셀레늄 및 산소 원자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이.The method according to claim 1,
Wherein X 1 to X 6 are the same or different from each other and each of X 1 to X 6 is independently any one of sulfur, selenium and oxygen atoms.
m 및 n은 서로 같거나 다르고, m 및 n은 각각 독립적으로 2 내지 8의 정수 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이.The method according to claim 1,
m and n are the same or different from each other, and m and n are each independently an integer of 2 to 8.
상기 구조식 1이 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이.
[화학식 1]
The method according to claim 1,
Wherein the structural formula (1) is represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
상기 게이트 전극은 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이.The method according to claim 1,
The gate electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, , Ta, Te, Ti, V, W, Zr, and Zn.
상기 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이가 아세톤, 물, 에탄올 및 클로로벤젠을 포함하는 화학물질 중에서 선택된 1종 이상을 검출하는 센서인 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이.The method according to claim 1,
Wherein the flexible organic thin film transistor array is a sensor for detecting at least one selected from the group consisting of acetone, water, ethanol, and chlorobenzene.
(b) 상기 적층체 a의 패턴화된 게이트 전극 상에 절연층을 형성시켜 절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 b를 제조하는 단계;
(c) 상기 적층체 b의 절연층 상에 그래핀을 형성시켜 그래핀/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 c를 제조하는 단계;
(d) 상기 적층체 c의 그래핀을 패터닝하여 그래핀을 포함하는 소스 전극과 그래핀을 포함하는 드레인 전극을 포함하는 소스 드레인 전극을 형성하여 소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 d를 제조하는 단계;
(e) 상기 적층체 d의 소스 드레인 전극 방향으로 기판 상에 패턴화된 포토레지스트를 형성시켜 패턴화된 포토레지스트/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 e를 제조하는 단계;
(f) 상기 적층체 e의 패턴화된 포토레지스트를 이용하여 소스 전극과 드레인 전극의 연결도선을 형성하고 상기 패턴화된 포토레지스트를 제거하여 연결도선/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 f를 제조하는 단계; 및
(g) 적층체 f의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 하기 구조식 1로 표시되는 양극성 고분자 반도체 화합물을 포함하는 반도체층을 형성하여 반도체층/연결도선/소스 드레인 전극/절연층/패턴화된 게이트 전극/기판의 적층체 g를 제조하는 단계; 를
포함하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이의 제조방법:
[구조식 1]
상기 구조식 1에서,
R1 내지 R14은 서로 같거나 다르고, R1 내지 R14은 서로 독립적으로, C1 내지 C20 직쇄형 또는 분지형 알킬기이고,
X1 내지 X6은 서로 같거나 다르고, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 16족 원자 중 어느 하나이고,
m 및 n은 서로 같거나 다르고, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 15의 정수 중 어느 하나이고,
p는 반복단위의 반복 수이고,
수평균 분자량은 5,000 내지 1,000,000이다.(a) forming a patterned gate electrode on a substrate to produce a layered body a of a patterned gate electrode / substrate;
(b) forming an insulating layer on the patterned gate electrode of the layered product a to produce a layered product b of an insulating layer / patterned gate electrode / substrate;
(c) forming graphene on the insulating layer of the laminate b to produce a laminate c of a graphene / insulating layer / patterned gate electrode / substrate;
(d) patterning the graphene of the layered product (c) to form a source / drain electrode including a source electrode including graphene and a drain electrode including graphene to form a source / drain electrode / insulating layer / patterned gate electrode / Fabricating a laminate d of a substrate;
(e) forming a patterned photoresist on the substrate in the direction of the source and drain electrodes of the stacked body d, thereby forming a laminated body e of the patterned photoresist / source / drain electrode / insulating layer / patterned gate electrode / ;
(f) forming a connection line between the source electrode and the drain electrode using the patterned photoresist of the layered product (e) and removing the patterned photoresist to form a connection line / source / drain electrode / insulation layer / patterned gate Fabricating a laminate (f) of electrodes / substrates; And
(g) A semiconductor layer including a bipolar polymer semiconductor compound represented by the following structural formula 1 is formed between the source electrode and the drain electrode of the stacked body f to form a semiconductor layer / connection lead / source / drain electrode / insulation layer / / Producing a laminate g of the substrate; To
A method for fabricating a flexible organic thin film transistor array comprising:
[Structural formula 1]
In the above formula 1,
R 1 to R 14 are the same or different from each other, and R 1 to R 14 are independently of each other a C 1 to C 20 linear or branched alkyl group,
X 1 to X 6 are the same or different from each other, and X 1 to X 6 are each independently any one of the Group 16 atoms,
m and n are the same or different from each other, m and n are each independently an integer of 1 to 15,
p is the number of repeating units,
The number average molecular weight is from 5,000 to 1,000,000.
상기 기판이 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 및 폴리에스터(polyester) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이의 제조방법.18. The method of claim 17,
Wherein the substrate is any one selected from the group consisting of polyimide, polyethylene terephthalate (PET), and polyester.
상기 패터닝이 포토리소그래피로 수행되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기박막 트랜지스터 어레이의 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the patterning is performed by photolithography. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170104949A KR101933102B1 (en) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | Organic thin-film transistor array comprising organic thin-film transistor using ambipolar polymer semiconductor for solution process and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170104949A KR101933102B1 (en) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | Organic thin-film transistor array comprising organic thin-film transistor using ambipolar polymer semiconductor for solution process and method for manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101933102B1 true KR101933102B1 (en) | 2018-12-27 |
Family
ID=64953219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170104949A KR101933102B1 (en) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | Organic thin-film transistor array comprising organic thin-film transistor using ambipolar polymer semiconductor for solution process and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101933102B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102106732B1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-05-06 | 연세대학교 산학협력단 | Organic transistor, organic capacitor, method of fabricating organic electronic device and method of fabricating organic transistor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130240792A1 (en) | 2012-03-19 | 2013-09-19 | Xerox Corporation | Semiconductor composition for high performance organic devices |
-
2017
- 2017-08-18 KR KR1020170104949A patent/KR101933102B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130240792A1 (en) | 2012-03-19 | 2013-09-19 | Xerox Corporation | Semiconductor composition for high performance organic devices |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MACROMOLECULES 2017, 50, 6202-6209* |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102106732B1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-05-06 | 연세대학교 산학협력단 | Organic transistor, organic capacitor, method of fabricating organic electronic device and method of fabricating organic transistor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sun et al. | Oriented covalent organic framework film on graphene for robust ambipolar vertical organic field-effect transistor | |
Zhao et al. | Highly stable and flexible transparent conductive polymer electrode patterns for large-scale organic transistors | |
Vosgueritchian et al. | Highly conductive and transparent PEDOT: PSS films with a fluorosurfactant for stretchable and flexible transparent electrodes | |
JP5167560B2 (en) | Field effect transistor | |
JP2011082517A (en) | Electronic device, thin film transistor and process for forming semiconductor layer | |
Sen et al. | Shear-enhanced transfer printing of conducting polymer thin films | |
Kim et al. | Facile and microcontrolled blade coating of organic semiconductor blends for uniaxial crystal alignment and reliable flexible organic field-effect transistors | |
Jeong et al. | High-performance organic complementary inverters using monolayer graphene electrodes | |
KR20120034349A (en) | Flexible field-effect transistor and manufacturing method of the same | |
US20070178710A1 (en) | Method for sealing thin film transistors | |
KR101664979B1 (en) | Preparing method of reduced graphene oxide film, reduced graphene oxide film prepared by the same, and graphene electrode including the reduced graphene oxide film | |
TW200929651A (en) | Thin film transistors | |
JP5845937B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
JP5310838B2 (en) | Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array | |
JPWO2013151142A1 (en) | Organic photoelectric conversion device and solar cell using the same | |
TW200926418A (en) | Thin film transistors | |
Kim et al. | Tuning the work function of printed polymer electrodes by introducing a fluorinated polymer to enhance the operational stability in bottom-contact organic field-effect transistors | |
JP5853852B2 (en) | Conjugated polymer compound and organic photoelectric conversion device using the same | |
KR101933102B1 (en) | Organic thin-film transistor array comprising organic thin-film transistor using ambipolar polymer semiconductor for solution process and method for manufacturing the same | |
JPWO2013065573A1 (en) | Organic photoelectric conversion device and solar cell using the same | |
KR20120130149A (en) | Flexible field-effect transistor and manufacturing method of the same | |
JP5763522B2 (en) | Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array | |
KR101584222B1 (en) | Method for transfering graphene films and device using the same | |
US8614445B2 (en) | Alkylsilane laminate, production method thereof and thin-film transistor | |
KR20080044740A (en) | Molecular electronic device having electrode including conductive polymer electrode layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |