KR102149526B1 - Chiroptical structure, method for manufacturing the same and semiconductor comprising the same - Google Patents
Chiroptical structure, method for manufacturing the same and semiconductor comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102149526B1 KR102149526B1 KR1020190025197A KR20190025197A KR102149526B1 KR 102149526 B1 KR102149526 B1 KR 102149526B1 KR 1020190025197 A KR1020190025197 A KR 1020190025197A KR 20190025197 A KR20190025197 A KR 20190025197A KR 102149526 B1 KR102149526 B1 KR 102149526B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- chiral
- chiral compound
- optical structure
- hydrogen bonding
- conjugated polymer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 170
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 106
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 claims abstract description 84
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 120
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 80
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 68
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 61
- -1 poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl Polymers 0.000 claims description 31
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 12
- DDAPSNKEOHDLKB-UHFFFAOYSA-N 1-(2-aminonaphthalen-1-yl)naphthalen-2-amine Chemical compound C1=CC=C2C(C3=C4C=CC=CC4=CC=C3N)=C(N)C=CC2=C1 DDAPSNKEOHDLKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 6
- ZDZHCHYQNPQSGG-UHFFFAOYSA-N binaphthyl group Chemical group C1(=CC=CC2=CC=CC=C12)C1=CC=CC2=CC=CC=C12 ZDZHCHYQNPQSGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 238000000654 solvent vapour annealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 4
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 125000004427 diamine group Chemical group 0.000 claims 2
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 abstract description 10
- 238000002983 circular dichroism Methods 0.000 description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- HBAQYPYDRFILMT-UHFFFAOYSA-N 8-[3-(1-cyclopropylpyrazol-4-yl)-1H-pyrazolo[4,3-d]pyrimidin-5-yl]-3-methyl-3,8-diazabicyclo[3.2.1]octan-2-one Chemical class C1(CC1)N1N=CC(=C1)C1=NNC2=C1N=C(N=C2)N1C2C(N(CC1CC2)C)=O HBAQYPYDRFILMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 4
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- IRBAWVGZNJIROV-SFHVURJKSA-N 9-(2-cyclopropylethynyl)-2-[[(2s)-1,4-dioxan-2-yl]methoxy]-6,7-dihydropyrimido[6,1-a]isoquinolin-4-one Chemical compound C1=C2C3=CC=C(C#CC4CC4)C=C3CCN2C(=O)N=C1OC[C@@H]1COCCO1 IRBAWVGZNJIROV-SFHVURJKSA-N 0.000 description 3
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 3
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N diphenyl Chemical class C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 2
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- AHTJCMKAPINPDQ-UHFFFAOYSA-N 1-(2-aminonaphthalen-1-yl)naphthalen-2-amine Chemical compound C=1(C(=CC=C2C=CC=CC12)N)C=1C(=CC=C2C=CC=CC12)N.C=1(C(=CC=C2C=CC=CC12)N)C=1C(=CC=C2C=CC=CC12)N AHTJCMKAPINPDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DZUNDTRLGXGTGU-UHFFFAOYSA-N 2-(3-dodecylthiophen-2-yl)-5-[5-(3-dodecylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl]thiophene Chemical compound C1=CSC(C=2SC(=CC=2)C=2SC(=CC=2)C2=C(C=CS2)CCCCCCCCCCCC)=C1CCCCCCCCCCCC DZUNDTRLGXGTGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDRTXCNGVVLRSZ-UHFFFAOYSA-N 3-bromo-1-(3-bromo-2-hydroxy-5,6,7,8-tetrahydronaphthalen-1-yl)-5,6,7,8-tetrahydronaphthalen-2-ol Chemical compound C1CCCC2=C1C=C(Br)C(O)=C2C1=C2CCCCC2=CC(Br)=C1O WDRTXCNGVVLRSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BRTBEAXHUYEXSY-UHFFFAOYSA-N 3-bromo-1-(3-bromo-2-hydroxynaphthalen-1-yl)naphthalen-2-ol Chemical compound C1=CC=C2C(C3=C4C=CC=CC4=CC(Br)=C3O)=C(O)C(Br)=CC2=C1 BRTBEAXHUYEXSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DFTUKDIMHCCQIT-UHFFFAOYSA-N 3-bromo-1-(3-bromo-2-methoxynaphthalen-1-yl)-2-methoxynaphthalene Chemical compound C1=CC=C2C(C3=C4C=CC=CC4=CC(Br)=C3OC)=C(OC)C(Br)=CC2=C1 DFTUKDIMHCCQIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OORIFUHRGQKYEV-UHFFFAOYSA-N 6-bromo-1-(6-bromo-2-hydroxynaphthalen-1-yl)naphthalen-2-ol Chemical compound BrC1=CC=C2C(C3=C4C=CC(Br)=CC4=CC=C3O)=C(O)C=CC2=C1 OORIFUHRGQKYEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010669 acid-base reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000005678 ethenylene group Chemical group [H]C([*:1])=C([H])[*:2] 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229920000267 ladder-type polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000009304 pastoral farming Methods 0.000 description 1
- 229920000264 poly(3',7'-dimethyloctyloxy phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- H01L51/0001—
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J4/00—Measuring polarisation of light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
-
- H01L51/0035—
-
- H01L51/004—
-
- H01L51/05—
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/141—Organic polymers or oligomers comprising aliphatic or olefinic chains, e.g. poly N-vinylcarbazol, PVC or PTFE
Abstract
Description
본 발명은 카이랄 광학 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로, 구체적으로 카이랄 광학 구조체, 카이랄 광학 구조체를 용이한 방법으로 제조하는 방법, 카이랄 광학 구조체를 통해 좌, 우 원편광을 선택적으로 감지하는 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a chiral optical structure, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device including the same, and specifically, a chiral optical structure, a method of manufacturing a chiral optical structure by an easy method, left and right through the chiral optical structure. It relates to a semiconductor device that selectively senses circularly polarized light.
카이랄성은 손대칭성을 가리키는 용어로, 카이랄 구조체 또는 분자는 자신을 거울에 비춘 모양과 자신이 포개어 지지 않는 구조체 또는 분자를 의미한다. 자연 상에 존재하는 아미노산이나 당류, 효소 등은 대부분 카이랄성을 지니고 있으며, 그에 따라 의약품 역시 카이랄성을 지니는 거울상 이성질체의 형태로 제작된다. 거울상 이성질체 중 하나는 의약품으로 사용되는 반면, 다른 하나는 잠재적인 부작용을 지니고 있는 경우도 있어 이들을 분리하고 감지하는 기술은 종래 의약품 분야에서 주목 되었다. 이외 구조체에 있어서는 나선형 (helix) 꼬임구조가 대표적이며, 시계방향 또는 반시계방향으로 꼬임을 가지는 두 구조체는 거울상 이성질체이다. 거울상 이성질체를 감지하는 방법으로는 원편광을 이용하는 방법이 대표적이다.Chirality is a term referring to hand symmetry, and a chiral structure or molecule refers to a structure or molecule that reflects itself in a mirror and does not overlap. Most of the amino acids, sugars, and enzymes that exist in nature have chiral properties, and accordingly, pharmaceuticals are also produced in the form of enantiomers having chiral properties. One of the enantiomers is used as a pharmaceutical, while the other has potential side effects. Therefore, a technique for separating and detecting them has been noted in the conventional pharmaceutical field. For other structures, a helix twist structure is typical, and two structures having a twist in a clockwise or counterclockwise direction are enantiomers. A typical method for detecting enantiomers is circularly polarized light.
원편광은 편광 상태가 원형으로 회전하는 빛으로, 흔히 알려진 선편광과는 다른 형태의 편광 형태를 지니고 있다. 이들을 분리하여 감지하는 기술은 광통신 기술이나 편광 이미징에 활용될 가능성을 가지고 있다. 특히, 광통신기술의 경우, 원편광은 기본적인 전자기파의 정보인 파장대나 강도 이외에도 편광 형태라는 새로운 정보의 전달이 가능하여 암호화되거나 보안이 강화된 광통신 기술에 응용 가능할 것으로 기대된다.Circularly polarized light is light whose polarization state rotates in a circular shape, and has a form of polarization different from commonly known linearly polarized light. The technology that separates and detects them has the potential to be used in optical communication technology or polarization imaging. In particular, in the case of optical communication technology, circularly polarized light is expected to be applicable to optical communication technology with enhanced security or encryption as it enables the transmission of new information in the form of polarization in addition to the wavelength band and intensity, which are basic electromagnetic wave information.
하지만, 카이랄성을 이용하여 좌, 우 원편광을 감지하는 전자 소자를 제조하기 위해 종래, 무기 반도체를 비대칭 모양의 나노 구조로 패터닝을 하거나, 유기 공액 고분자를 헬릭스(helix) 모양과 같은 비대칭 모습으로 자기 조립시키는 방법이 사용되었다. 전자의 패터닝 공정은 미세한 나노 구조를 형성하기가 매우 까다롭고 높은 생산 비용이 필요하였으며, 후자에 따른 자기 조립 방법은 용액상에서 합성되어 박막화 및 소자화 하기 어려운 단점이 있다.However, in order to manufacture an electronic device that detects left and right circularly polarized light using chirality, conventionally, inorganic semiconductors are patterned into asymmetric nanostructures, or organic conjugated polymers are asymmetrical such as a helix shape. The self-assembly method was used. The former patterning process is very difficult to form a fine nanostructure and requires a high production cost, and the self-assembly method according to the latter is synthesized in a solution, so that it is difficult to form a thin film and a device.
따라서, 좌, 우 원편광을 감지하면서 반도체 소자로 쉽게 적용될 수 있는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법이 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a demand for a method of manufacturing a chiral optical structure that can be easily applied to a semiconductor device while sensing left and right circularly polarized light.
본 발명은 좌, 우 원편광을 감지하면서 반도체 소자로 쉽게 적용될 수 있는 카이랄 광학 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자를 제공한다. The present invention provides a chiral optical structure that can be easily applied to a semiconductor device while sensing left and right circularly polarized light, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device including the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체의 제조 방법은 용매 내에 공액 폴리머(conjugated polymer) 및 카이랄성 화합물을 분산시키는 단계; 상기 용매 내에서, 상기 공액 폴리머와 상기 카이랄성 화합물의 수소 결합을 유도하여 수소 결합 구조체를 형성하는 단계; 상기 수소 결합 구조체가 포함된 박막을 기판 상에 형성하는 단계; 및 상기 수소 결합 구조체에서 상기 카이랄성 화합물의 상분리 및 상기 카이랄성 화합물의 결정화를 유도하여 카이랄 광학 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a chiral optical structure according to an embodiment of the present invention includes dispersing a conjugated polymer and a chiral compound in a solvent; Inducing hydrogen bonding between the conjugated polymer and the chiral compound to form a hydrogen bonding structure in the solvent; Forming a thin film including the hydrogen bonding structure on a substrate; And inducing phase separation of the chiral compound and crystallization of the chiral compound in the hydrogen bonding structure to form a chiral optical structure.
본 발명의 다른 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물이 수소 결합된 수소 결합 구조체; 및 상기 수소 결합체 상에 형성된 상기 카이랄성 화합물의 결정체를 포함한다.A chiral optical structure according to another embodiment of the present invention includes a hydrogen bonding structure in which a conjugated polymer and a chiral compound are hydrogen-bonded; And crystals of the chiral compound formed on the hydrogen bond.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자는 유기 반도체; 및 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 캐소드 전극 및 애노드 전극을 포함하되, 상기 유기 반도체는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물이 수소 결합된 수소 결합 구조체 및 상기 수소 결합체 상에 형성된 상기 카이랄성 화합물의 결정체를 포함하는 카이랄 광학 구조체이다.A semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes an organic semiconductor; And a cathode electrode and an anode electrode electrically connected to the organic semiconductor, wherein the organic semiconductor comprises a hydrogen bond structure in which a conjugated polymer and a chiral compound are hydrogen bonded, and the chiral compound formed on the hydrogen bond. It is a chiral optical structure containing crystals.
본 실시예에 따른 제조 방법에 따라, 카이랄 광학 구조체는 반도체 소자의 활성층으로 적용될 수 있는 수소 결합 구조체와 카이랄 광학 특성을 제공할 수 있는 카이랄성 화합물 결정체로 구성된 헤테로 이중층을 포함할 수 있어, 반도체 소자에 적합한 특성과 좌, 우 원편광을 분리하는 특성을 모두 제공할 수 있다. According to the manufacturing method according to this embodiment, the chiral optical structure may include a hydrogen bonding structure that can be applied as an active layer of a semiconductor device and a hetero double layer composed of a chiral compound crystal capable of providing chiral optical properties. , It can provide both characteristics suitable for semiconductor devices and characteristics for separating left and right circularly polarized light.
본 실시예에 따른 제조 방법은 나노 패터닝과 같은 복잡하고 어려운 공정이 아닌, 상대적으로 간단하면서도 적은 비용으로 제작 가능한 용액 공정으로 수행될 수 있다. 즉, 반도체 소자로의 적용이 용이하면서도 카이랄 광학성질을 나타낼 수 있는 카이랄 광학 구조체를 보다 용이한 방법으로 제공할 수 있다.The manufacturing method according to the present exemplary embodiment may be performed as a solution process that is relatively simple and can be manufactured at low cost, rather than a complicated and difficult process such as nano patterning. That is, a chiral optical structure capable of exhibiting chiral optical properties while being easily applied to a semiconductor device can be provided in an easier manner.
또한, 본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체는 수소 결합 구조체를 구성하는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물의 비율에 따라 카이랄 특성이 제어될 수 있다. 이에 따라, 카이랄 광학 구조체는 보다 다양한 반도체 소자에 응용될 수 있다.In addition, in the chiral optical structure according to the present embodiment, chiral characteristics may be controlled according to the ratio of the conjugated polymer and the chiral compound constituting the hydrogen bonding structure. Accordingly, the chiral optical structure can be applied to more various semiconductor devices.
또한, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 카이랄 광학 구조체의 구조적 특성에 따라 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 크기의 전류를 생성할 수 있어, 좌, 우 원편광을 감지할 수 있다.In addition, the semiconductor device according to the present exemplary embodiment can generate currents of different sizes for left and right circularly polarized light according to the structural characteristics of the chiral optical structure, and thus can detect left and right circularly polarized light.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체의 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 공액 폴리머(PC3T)와 카이랄성 화합물(BN) 사이의 수소 결합을 통해 수소 결합 구조체(PC3T/BN)를 형성하는 반응을 도시한 것이다.
도 3a은 공액 폴리머(PC3T), 카이랄성 화합물(BN), 수소 결합 구조체(PC3T/BN)의 FT-IR 스펙트럼 특성을 도시한 그래프이다.
도 3b는 공액 폴리머(PC3T), 카이랄성 화합물(BN), 수소 결합 구조체(PC3T/BN)의 광 흡수 특성을 도시한 그래프이다.
도 4는 상술한 제조 방법에 따라 제조된 카이랄 광학 구조체의 구성을 도시한 예시도이다.
도 5는 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 POM 이미지이다.
도 6은 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 SEM 이미지의 평면도이다.
도 7은 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 SEM 이미지의 단면도이다.
도 8은 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 GIXD 특성 그래프이다.
도 9는 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 원편광 이색성(Circular Dichroism, CD) 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)의 혼합 비율에 따른 카이랄 광학 구조체의 원편광 이색성(Circular Dichroism, CD) 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 개락적인 구성도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 상부에서 좌, 우 원편광을 조사하였을 때 생성되는 광 전류를 측정한 데이터이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 하부에서 좌, 우 원편광을 조사하였을 때 생성되는 광 전류를 측정한 데이터이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a chiral optical structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a reaction of forming a hydrogen bonding structure (PC3T/BN) through hydrogen bonding between a conjugated polymer (PC3T) and a chiral compound (BN).
3A is a graph showing FT-IR spectral characteristics of a conjugated polymer (PC3T), a chiral compound (BN), and a hydrogen bonded structure (PC3T/BN).
3B is a graph showing light absorption characteristics of a conjugated polymer (PC3T), a chiral compound (BN), and a hydrogen bonded structure (PC3T/BN).
4 is an exemplary view showing the configuration of a chiral optical structure manufactured according to the above-described manufacturing method.
5 is a POM image of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature.
6 is a plan view of an SEM image of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature.
7 is a cross-sectional view of an SEM image of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature.
8 is a graph of GIXD characteristics of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature.
9 is a graph showing circular dichroism (CD) characteristics of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature.
10 is a graph showing circular dichroism (CD) characteristics of a chiral optical structure according to a mixing ratio of a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN).
11 is a schematic configuration diagram of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
12 is data obtained by measuring photocurrent generated when left and right circularly polarized light is irradiated from the top of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
13 is data obtained by measuring photocurrent generated when left and right circularly polarized light is irradiated under a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당 업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 기술된 것이 아니며, 본 발명의 범위는 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description of the present invention to be described later refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in detail enough to enable a person skilled in the art to practice the present invention. The various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. Further, the position or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not described in a limiting sense, and the scope of the present invention is limited only by the appended claims along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions in various aspects.
본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.The terms used in the present specification have selected general terms that are currently widely used as possible while considering functions, but this may vary according to the intention or custom of a technician working in the art, or the emergence of new technologies. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in the description of the corresponding specification. Accordingly, terms used in the present specification should be interpreted based on the actual meaning of the term and the entire contents of the present specification, not a simple name of the term.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체의 제조 방법의 순서도이다. 도 2는 공액 폴리머(PC3T)와 카이랄성 화합물(BN) 사이의 수소 결합을 통해 수소 결합 구조체(PC3T/BN)를 형성하는 반응을 도시한 것이다. 도 3a은 공액 폴리머(PC3T), 카이랄성 화합물(BN), 수소 결합 구조체(PC3T/BN)의 FT-IR 스펙트럼 특성을 도시한 그래프이며, 도 3b는 공액 폴리머(PC3T), 카이랄성 화합물(BN), 수소 결합 구조체(PC3T/BN)의 광 흡수 특성을 도시한 그래프이다. 1 is a flowchart of a method of manufacturing a chiral optical structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a reaction of forming a hydrogen bonding structure (PC3T/BN) through hydrogen bonding between a conjugated polymer (PC3T) and a chiral compound (BN). 3A is a graph showing FT-IR spectral characteristics of a conjugated polymer (PC3T), a chiral compound (BN), and a hydrogen bonded structure (PC3T/BN), and FIG. 3B is a conjugated polymer (PC3T), a chiral compound. (BN) is a graph showing the light absorption characteristics of the hydrogen bonded structure (PC3T/BN).
도 1 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체의 제조 방법은 용매 내에 공액 폴리머(conjugated polymer) 및 카이랄성 화합물을 분산시키는 단계(S100); 상기 용매 내에서, 상기 공액 폴리머와 상기 카이랄성 화합물의 수소 결합을 유도하여 수소 결합체를 형성하는 단계(S110); 상기 수소 결합 구조체가 포함된 박막을 기판 상에 형성하는 단계(S120); 및 상기 공액 폴리머와 상기 카이랄성 화합물의 수소 결합체에서 상기 카이랄성 화합물의 상분리 및 결정화를 유도하는 단계(S130)를 포함한다.1 to 3B, a method of manufacturing a chiral optical structure according to an embodiment of the present invention includes dispersing a conjugated polymer and a chiral compound in a solvent (S100); Inducing hydrogen bonds between the conjugated polymer and the chiral compound in the solvent to form a hydrogen bond (S110); Forming a thin film including the hydrogen bonding structure on a substrate (S120); And inducing phase separation and crystallization of the chiral compound in the hydrogen conjugate of the conjugated polymer and the chiral compound (S130).
먼저, 용매 내에 공액 폴리머(conjugated polymer)와 카이랄성 화합물을 분산시킨다(S100).First, a conjugated polymer and a chiral compound are dispersed in a solvent (S100).
여기서, 용매는 상기 공액 폴리머와 카이랄성 화합물을 용해시킬 수 있는 유기 용매일 수 있다. 또한, 용매 내에서 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 높은 pKa 값을 가질 수 있으며, 이온화가 잘 발생하지 않아 후술할 수소 결합이 유도될 수 있다. 예시적으로, 용매는 디메틸설포옥사이드(dimethylsulfoxide, DMSO)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Here, the solvent may be an organic solvent capable of dissolving the conjugated polymer and the chiral compound. In addition, in a solvent, the conjugated polymer and the chiral compound may have a high pKa value, and ionization may not occur so that hydrogen bonding, which will be described later, may be induced. Exemplarily, the solvent may be dimethylsulfoxide (DMSO), but is not limited thereto.
공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 상호간의 수소 결합이 가능하도록 준비될 수 있다. 여기서, 공액 폴리머는 종래 반도체 소자, 특히 유기 반도체 소자에 적용되는 물질일 수 있다. 공액(conjugation)은 인접한 세 개 이상의 p오비탈간의 상호작용을 의미한다. 공액 폴리머는 이중결합과 단일결합이 하나 건너서 배열되어, 즉 탄소간의 Π결합과 σ결합이 교대로 연결되어 p오비탈에 전자가 비편재화되어 있는 구조를 포함하는 폴리머를 의미한다. 예시적으로, 공액 폴리머는 폴리알킬티오펜계(polyalkylthiophenes), 폴리티오펜계(polythiophene), 폴리설퍼니트리드계(polysulfurnitride), 폴리아세틸렌계(polyacetylene), 폴리페닐린계(polyphenylene), 폴리페닐렌비닐렌계(polyphenylenevinylene), 폴리아닐린계(polyaniline), 폴리피롤계(polypyrrole), 폴리플루오렌계(polyfluorene) 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The conjugated polymer and the chiral compound may be prepared to allow hydrogen bonding with each other. Here, the conjugated polymer may be a material applied to a conventional semiconductor device, particularly an organic semiconductor device. Conjugation refers to the interaction between three or more adjacent p-orbitals. The conjugated polymer refers to a polymer having a structure in which a double bond and a single bond are arranged across one another, that is, Π bonds and σ bonds between carbons are alternately connected to each other and electrons are delocalized in the p orbital. Exemplarily, the conjugated polymer is polyalkylthiophenes, polythiophene, polysulfurnitride, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene It may be vinylene-based (polyphenylenevinylene), polyaniline-based (polyaniline), polypyrrole-based (polypyrrole), polyfluorene-based (polyfluorene), and the like, but is not limited thereto.
공액 폴리머의 구체적인 예시로는, 폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT), 폴리9,9디옥틸플루오렌-co-바이티오펜 (poly 9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene; F8T2), 폴리3,3'''-디도데실 쿼터티오펜(poly3,3'''-didodecyl quaterthiophene; PQT-12), 폴리3-헥실티오펜(poly3-hexylthiophene; P3HT), 폴리9,9-디옥틸플루오렌-co-N-(4-메톡시페닐)디페닐아민 (poly 9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-methoxyphenyl) diphenylamine ;TFMO), 폴리2,3-디페닐-5-n-데실-p-페닐렌비닐렌 (poly2,3-diphenyl-5-n-decyl-p-phenylenevinylene; DP10-PPV), 폴리2-메톡시-5-(3',7'-디메톡실옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌 (poly2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene; MDMO-PPV), 폴리2,5-디옥틸옥시 p-페닐렌비닐렌 (poly2,5-dioctyloxy p-phenylene vinylene; DOO-PPV), 폴리1-(p-n-부틸페닐)-2-페닐아세틸렌 (poly1-(p-n-butylphenyl)-2-phenylacetylene; BuPA), 사다리형 폴리파나페닐렌 (ladder-typepolypara-phenylene; m-LPPP), 폴리2,5-디옥틸-1,4-페닐렌비닐렌 (poly2,5-dioctyl-1,4-phenylenevinylene; POPPV), 폴리{9,9-디옥틸-2,7-디비닐렌-플로레닐렌}-alt-co-{2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌} (poly-{9,9-dioctyl-2,7-divinylene-fluorenylene}-alt-co-{2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene}; PFPV), 폴리3-{2-(N-도데실카바모일옥시)에틸}티오펜-2,5-디일 (poly3-{2-(N-dodecylcarbamoyloxy) ethyl}thiophene-2,5-diyl; P3DDUT) 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specific examples of the conjugated polymer include poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT), poly9,9dioctyl Fluorene-co-bithiophene (poly 9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene; F8T2), poly3,3'''-didodecyl quaterthiophene (poly3,3'''-didodecyl quaterthiophene; PQT-12) ), poly3-hexylthiophene (P3HT), poly9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-methoxyphenyl)diphenylamine (poly 9,9-dioctylfluorene-co- N-(4-methoxyphenyl) diphenylamine ;TFMO), poly2,3-diphenyl-5-n-decyl-p-phenylenevinylene (poly2,3-diphenyl-5-n-decyl-p-phenylenevinylene; DP10 -PPV), poly2-methoxy-5-(3',7'-dimethoxyoctyloxy)-1,4-phenylenevinylene (poly2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene; MDMO-PPV), poly2,5-dioctyloxy p-phenylene vinylene (poly2,5-dioctyloxy p-phenylene vinylene; DOO-PPV), poly1-(pn-butylphenyl )-2-phenylacetylene (poly1-(pn-butylphenyl)-2-phenylacetylene; BuPA), ladder-type polypara-phenylene (m-LPPP), poly2,5-dioctyl-1, 4-phenylenevinylene (poly2,5-dioctyl-1,4-phenylenevinylene; POPPV), poly{9,9-dioctyl-2,7-divinylene-fluorenylene}-alt-co-{2- Methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene} (poly-{9,9-dioctyl-2,7-divinylene-fluorenylene}-alt-co-{2-methoxy-5 -(2-ethylhexyloxy)-1,4- phenylene}; PFPV), poly3-{2-(N-dodecylcarbamoyloxy)ethyl}thiophene-2,5-diyl (poly3-{2-(N-dodecylcarbamoyloxy) ethyl}thiophene-2,5-diyl; P3DDUT ) And the like, but are not limited thereto.
공액 폴리머는 특정 영역대의 광에 대한 흡수 및 발광을 주요한 특징으로 하며, 이러한 특성에 의해 유기태양전지 또는 유기발광다이오드와 같은 유기 반도체 소자의 활성층으로 응용될 수 있다. 또한, 공액 폴리머는 우수한 광 여기 특성 및 전하 수송 특성뿐만 아니라, 용이한 용액 가공성을 제공할 수 있다. 따라서, 후술할 용액 공정에 적용될 수 있다.The conjugated polymer is mainly characterized by absorption and emission of light in a specific region, and can be applied as an active layer of an organic semiconductor device such as an organic solar cell or an organic light-emitting diode. Further, the conjugated polymer can provide not only excellent photo-excitation properties and charge transport properties, but also easy solution processability. Therefore, it can be applied to a solution process to be described later.
카이랄성 화합물은 카이랄성을 가진 화합물일 수 있다. 즉, 자신을 거울에 비춘 모양과 포개어 지지 않는 화합물에 해당하며, 좌, 우 원편광에 대해 다른 반응을 나타낼 수 있다. 즉, 카이랄성 화합물은 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 반응을 나타내는 카이로옵틱(chiroptical)한 특성을 가진다. 카이랄성 화합물은 입체 중심(stereogenic center)을 가지는 카이랄 원자에 의해서 카이랄성을 나타내지 않고, 화합물의 입체 구조에 따른 제한에 의해 카이랄성을 나타내는 축방향 카이랄성(axial chirality) 화합물일 수 있다. 카이랄성 화합물은 회전 장애에 의해 거울상과 겹쳐지지 않는 회전 장애 이성절체(Atropisomer)일 수 있다. 예시적으로, 카이랄성 화합물은 바이페닐(Biphenyl) 유도체, 바이나프틸(Binaphthyl) 유도체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 카이랄성 화합물의 구체적인 예시로, 1, 1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(1,1'-Binaphthyl-2,2'-diamine), 3,3'-다이브로모-1,1'-바이-2-나프톨, 6,6'-다이브로모-1,1'-바이-2-나프톨, 3,3'-다이브로모-2,2'-다이메톡시-1,1'-바이나프탈렌, 3,3'-다이브로모-5,5',6,6',7,7',8,8'-옥타하이드로-1,1'-바이-2,2'-나프탈렌다이올 등 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The chiral compound may be a chiral compound. That is, it corresponds to a compound that does not overlap with the shape of the mirror reflecting itself, and may exhibit different reactions to left and right circularly polarized light. That is, chiral compounds have chiroptical properties that exhibit different reactions to left and right circularly polarized light. A chiral compound is an axial chirality compound that does not exhibit chirality due to a chiral atom having a stereogenic center, but exhibits chirality due to the restriction according to the three-dimensional structure of the compound. I can. Chiral compounds may be atropisomers that do not overlap with the mirror image by rotation disorders. Exemplarily, the chiral compound may be a biphenyl derivative or a binaphthyl derivative, but is not limited thereto. As a specific example of a chiral compound, 1, 1'-binaphthyl-2,2'-diamine (1,1'-Binaphthyl-2,2'-diamine), 3,3'-dibromo-1 ,1'-bi-2-naphthol, 6,6'-dibromo-1,1'-bi-2-naphthol, 3,3'-dibromo-2,2'-dimethoxy-1,1' -Binaphthalene, 3,3'-dibromo-5,5',6,6',7,7',8,8'-octahydro-1,1'-bi-2,2'-naphthalenediol And the like, but is not limited thereto.
예시적인 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 용매는 디메틸설포옥사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 공액 폴리머는 폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT), 카이랄성 화합물은 1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine: BN)으로, (R)-(+)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(R)) 또는 (S)-(-)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(S))일 수 있다.In an exemplary embodiment, as shown in FIG. 2, the solvent is dimethylsulfoxide (DMSO), and the conjugated polymer is poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl (Poly3-(6 -carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT), the chiral compound is 1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine (1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine: BN), (R)-(+)-1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine (BN(R)) or (S)-(-)-1,1'-binaf It may be tyl-2,2'-diamine (BN(S)).
용매는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물이 분산되어 혼합 용액이 될 수 있다. 혼합 용액의 전체 중량 대비 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 1 내지 10 wt%(중량%)일 수 있다. 바람직하게, 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 혼합 용액의 전체 중량 대비 5 wt% 비율로 상기 용매에 분산될 수 있다. 또한, 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 일정 비율로써 상기 용매에 분산될 수 있다. 예시적으로, 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 2:1의 중량 비율(카이랄성 화합물 33.3 wt%)을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 4:1의 중량 비율(카이랄성 화합물 20.0 wt%), 1:1의 중량 비율(카이랄성 화합물 50.0 wt%), 또는 1:2의 중량 비율(카이랄성 화합물 66.7 wt%)로써 용매에 분산될 수 있다. The solvent may be a mixed solution by dispersing a conjugated polymer and a chiral compound. The conjugated polymer and the chiral compound may be 1 to 10 wt% (wt%) based on the total weight of the mixed solution. Preferably, the conjugated polymer and the chiral compound may be dispersed in the solvent in an amount of 5 wt% based on the total weight of the mixed solution. In addition, the conjugated polymer and the chiral compound may be dispersed in the solvent in a predetermined ratio. For example, the conjugated polymer and the chiral compound may have a weight ratio of 2:1 (33.3 wt% of the chiral compound), but are not limited thereto. In another embodiment, the conjugated polymer and the chiral compound are in a weight ratio of 4:1 (20.0 wt% chiral compound), a weight ratio of 1:1 (50.0 wt% chiral compound), or 1:2 It can be dispersed in a solvent in a weight ratio (66.7 wt% of chiral compound).
다음으로, 상기 용매 내에서, 상기 공액 폴리머와 상기 카이랄성 화합물의 수소 결합을 유도한다(S110).Next, in the solvent, hydrogen bonding between the conjugated polymer and the chiral compound is induced (S110).
현 단계(S110)에서, 공액 폴리머와 카이랄성 화합물 분자간 상호작용이 발생하여, 공액 폴리머와 카이랄성 화합물의 수소 결합 구조체가 형성된다. 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 상기 용매 내에서 높은 pKa 값을 가질 수 있다. 따라서, 이온화가 활발히 수행되지 않아, 산-염기 반응에 따른 다른 부산물이 발생되지 않을 수 있다. 공액 폴리머와 카이랄성 화합물 사이의 수소 결합은 공액 폴리머의 음전하(또는 음이온)과 카이랄성 화합물의 수소 원자 사이에서 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 공액 폴리머와 카이랄성 화합물 사이의 수소 결합은 공액 폴리머의 수소 원자와 카이랄성 화합물의 음전하(또는 음이온) 사이에서 형성될 수도 있다. 공액 폴리머와 카이랄성 화합물은 상호간의 수소 결합이 가능하도록 준비될 수 있다.In the present step (S110), the interaction between the conjugated polymer and the chiral compound molecule occurs, thereby forming a hydrogen bonding structure of the conjugated polymer and the chiral compound. The conjugated polymer and the chiral compound may have a high pKa value in the solvent. Therefore, since ionization is not actively performed, other by-products due to an acid-base reaction may not be generated. Hydrogen bonds between the conjugated polymer and the chiral compound may be formed between the negative charge (or anion) of the conjugated polymer and the hydrogen atom of the chiral compound. However, the present invention is not limited thereto, and a hydrogen bond between the conjugated polymer and the chiral compound may be formed between a hydrogen atom of the conjugated polymer and a negative charge (or anion) of the chiral compound. The conjugated polymer and the chiral compound may be prepared to allow hydrogen bonding with each other.
도 2에 도시된 바와 같이, 폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT)의 카르복시기의 음전하와 1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine: BN)의 아미노기의 수소 원자 사이에서 수소 결합 상호 작용이 발생할 수 있다. 도 2의 P3CT, BN 간의 수소 결합이 형성되어 수소 결합 구조체(PC3T/BN)을 형성하는 것은 도 3a 및 도 3b의 FT-IR 스펙트럼 및 광학 흡수 특성을 통해 확인할 수 있다. 도 3a에 도시된 PC3T와 PC3T/BN의 FT-IR 스펙트럼을 비교하면, C=O 이중 결합과 N-H 단일 결합의 신축 진동의 이동이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이러한 신축 진동의 이동은 상술한 카르복시기의 음전하와 아미노기의 수소 원자 사이의 수소 결합에 의해 발생된 것이다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, P3CT은 475 nm에서 최대 광학 흡수 특성을 나타내고, 카이랄성 화합물인 BN 분자는 주로 250 내지 400 nm의 UV 광을 흡수하는 특성을 나타내며, 각각의 흡수 특성은 P3CT/BN에도 반영되어 나타나는 것을 확인할 수 있다. 추가적으로, P3CT/BN은 P3CT 및 BN 모두 나타나지 않았던 604nm에서 특징적인 흡수 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, P3CT과 BN과의 수소 결합 상호 작용이 P3CT 사슬의 분자적 적층을 향상시켜, 면간 적층에 의해 연장된 π- 공액 시스템을 형성시키는 것을 확인할 수 있다. As shown in Figure 2, the negative charge of the carboxy group of poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT and 1, Hydrogen bonding interactions may occur between the hydrogen atoms of the amino group of 1'-binaphthyl-2,2'-diamine (1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine: BN). The formation of a hydrogen bond structure (PC3T/BN) between P3CT and BN of FIG. 2 can be confirmed through FT-IR spectra and optical absorption characteristics of FIGS. 3A and 3B. Comparing the FT-IR spectra of PC3T and PC3T/BN shown in FIG. 3A, it can be seen that the movement of the stretching vibration of the C=O double bond and the N-H single bond occurs. The movement of the stretching vibration is caused by hydrogen bonding between the negative charge of the carboxy group and the hydrogen atom of the amino group described above. In addition, as shown in Figure 3b, P3CT exhibits the maximum optical absorption characteristic at 475 nm, the chiral compound BN molecule mainly exhibits the characteristic of absorbing UV light of 250 to 400 nm, and each absorption characteristic is It can be seen that it is reflected in P3CT/BN as well. In addition, it can be seen that P3CT/BN exhibits characteristic absorption characteristics at 604 nm, where neither P3CT nor BN appeared. That is, it can be seen that the hydrogen bonding interaction between P3CT and BN improves the molecular lamination of P3CT chains, thereby forming an extended π-conjugated system by inter-plane lamination.
현 단계(S110)는 상술한 화합물 간의 수소 결합이 유도되도록 상기 혼합 용액을 교반하는 단계를 포함할 수 있다. 혼합 용액은 상온에서, 일정한 속도로 특정 시간 이상 교반될 수 있으며, 상기 수소 결합 구조체가 형성될 수 있다.The current step (S110) may include stirring the mixed solution so that hydrogen bonding between the above-described compounds is induced. The mixed solution may be stirred at room temperature at a constant rate for a specific time or longer, and the hydrogen bonding structure may be formed.
다음으로, 수소 결합 구조체가 포함된 박막을 기판 상에 박막으로 형성한다(S120).Next, a thin film including a hydrogen bonding structure is formed as a thin film on the substrate (S120).
현 단계(S120)는 용액 공정을 통해 수행될 수 있다. 즉, 수소 결합 구조체가 포함된 혼합 용액이 준비된 기판 상에 인쇄될 수 있으며, 수소 결합 구조체를 포함하는 박막이 기판 상에 형성될 수 있다. 기판은 통상의 실리콘 기판일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The current step (S120) may be performed through a solution process. That is, a mixed solution containing a hydrogen bonding structure may be printed on a prepared substrate, and a thin film including a hydrogen bonding structure may be formed on the substrate. The substrate may be a conventional silicon substrate, but is not limited thereto.
현 단계(S120)의 공정은 잉크젯 프린팅(Ink-Jet printing), 롤투롤 프린팅(Roll-to-Roll printing), 블레이드 코팅(Blade-coating), 스핀 코팅(Spin-coating), 드롭 캐스팅(Drop-casting), 딥 코팅(Dip coating) 및 스크린 프린팅(screen printing) 중 적어도 하나의 공정을 통해 수행될 수 있다.The process of the current step (S120) is Ink-Jet printing, Roll-to-Roll printing, Blade-coating, Spin-coating, Drop-casting. Casting), dip coating, and screen printing may be performed through at least one process.
기판 상의 불순물을 제거하는 과정이 선행된 이후, 상술한 공정 중 적어도 하나를 통해 혼합 용액을 기판 상에 인쇄할 수 있다. 수소 결합 구조체가 포함된 혼합 용액은 기판 상에 박막 형태로 코팅될 수 있다.After the process of removing impurities on the substrate is preceded, the mixed solution may be printed on the substrate through at least one of the above-described processes. The mixed solution containing the hydrogen bonding structure may be coated on the substrate in the form of a thin film.
다음으로, 상기 수소 결합 구조체에서 상기 카이랄성 화합물의 상분리 및 상기 카이랄성 화합물의 결정화를 유도한다(S130).Next, phase separation of the chiral compound and crystallization of the chiral compound are induced in the hydrogen bonding structure (S130).
현 단계(S130)에서, 상분리는 수직 상분리(vertical phase separation)를 의미할 수 있다. 수소 결합 구조체에서 일부 카이랄성 화합물은 수직 상분리를 통해 수소 결합 구조체의 상부로 이동될 수 있으며, 이동된 위치에서 결정화(crystallization)가 수행될 수 있다. 즉, 현 단계(S140)를 통해, 하부층에 수소 결합 구조체가 위치하고, 상부층에 결정화된 카이랄성 화합물이 위치하는 이중 구조의 카이랄 광학 구조체가 형성될 수 있다. 이중 구조의 카이랄 구조체는 상기 기판 상에 일정 높이의 필름 형태로 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체는 수소 결합 구조체의 하부층과 결정화된 카이랄성 화합물의 상부층으로 구성된 이형 화합물 이중 필름으로 구성될 수 있다. In the current step (S130), phase separation may mean vertical phase separation (vertical phase separation). In the hydrogen bonding structure, some chiral compounds may be moved to the top of the hydrogen bonding structure through vertical phase separation, and crystallization may be performed at the moved position. That is, through the current step (S140), a double-structured chiral optical structure in which the hydrogen bonding structure is located in the lower layer and the crystallized chiral compound is located in the upper layer may be formed. The chiral structure of the dual structure may be formed in the form of a film having a predetermined height on the substrate. That is, the chiral optical structure according to the present exemplary embodiment may be composed of a release compound double film composed of a lower layer of a hydrogen bonding structure and an upper layer of a crystallized chiral compound.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 현 단계(S130)에서, 상분리는 수평 상분리(lateral phase separation)을 포함할 수 있다. 수소 결합 구조체 내에서 일부 카이랄성 화합물은 수평 방향으로 이동될 수 있으며, 카이랄성 화합물의 결정체를 형성할 수 있다. 수평 상분리(lateral phase separation)에 따라 생성된 카이랄성 카이랄성 화합물의 결정체는 수소 결합 구조체에 이웃하는 결정체 간의 연결이 차단된 상태로 아이솔레이션(isolation)된 구조를 형성할 수 있다. 다만, 결정화가 계속 진행되거나, 카이랄성 화합물의 비율이 많은 경우에는 이웃하는 결정체와 연결 관계를 형성하는 상호 연속(bi-continuous) 구조를 형성할 수도 있다. 즉, 본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체는 수소 결합 구조체와 결정화된 카이랄성 화합물이 혼재된 패턴 어레이를 가지는 필름으로 형성될 수도 있다.However, it is not limited thereto, and in the current step (S130), the phase separation may include a horizontal phase separation (lateral phase separation). In the hydrogen bonding structure, some chiral compounds may move in a horizontal direction, and may form crystals of chiral compounds. Crystals of chiral chiral compounds generated by lateral phase separation may form an isolated structure in a state in which the connection between the crystals adjacent to the hydrogen bonding structure is blocked. However, when crystallization continues or the ratio of chiral compounds is large, a bi-continuous structure may be formed to form a connection relationship with neighboring crystals. That is, the chiral optical structure according to the present embodiment may be formed as a film having a pattern array in which a hydrogen bonding structure and a crystallized chiral compound are mixed.
여기서, 상술한 상분리는 표면에너지의 차이, 소재 간의 상호 친화도, 용매의 증발 거동을 제어함에 따라 발생하는 것으로, 상기 수소 결합 구조체에 열을 제공하는 열처리 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 열처리 공정은 상기 기판에 직접적인 열을 제공하는 고온 어닐링 방식(Thermal annealing), 적외선을 통해 열을 제공하여 반응을 유도하는 적외선 가열 방식(IR heating) 또는 증기화된 용매가 가소제로 작용하여 반응을 유도하는 용매 증기 어닐링 방식(Solvent vapor annealing)을 통해 수행될 수 있다.Here, the phase separation described above is generated by controlling the difference in surface energy, mutual affinity between materials, and evaporation behavior of the solvent, and may be performed through a heat treatment process that provides heat to the hydrogen bonding structure. The heat treatment process is a high-temperature annealing method that provides direct heat to the substrate, an infrared heating method that induces a reaction by providing heat through infrared rays, or a vaporized solvent acting as a plasticizer to react the reaction. It can be carried out through a solvent vapor annealing method (Solvent vapor annealing).
상기 열처리 공정의 온도 범위는 수소 결합 구조체를 이루는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 상기 열처리 공정의 최저 온도는 상기 공액 폴리머의 유리전이온도(Tg) 이상일 수 있다. 즉, 공액 폴리머의 유리전이온도 이상의 열처리 공정 온도에서 카이랄성 화합물과 공액 폴리머 사이의 결합이 약해지고, 카이랄성 화합물은 이동성을 가질 수 있으며, 카이랄성 화합물은 상분리 및 결정화를 시작할 수 있다. 열 에너지를 흡수한 카이랄성 화합물은 공액 폴리머와의 수소 결합 인력을 극복하고 상부로 이동할 수 있으며, 미세 결정으로 재배열 될 수 있다. 다만, 열처리 공정 온도가 점점 높아짐에 따라 결정화된 카이랄성 화합물에 대한 승화(Sublimation)가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 열처리 공정은 카이랄성 화합물이 승화되는 온도 미만에서 수행하는 것이 바람직하다.The temperature range of the heat treatment process may vary depending on the conjugated polymer and the chiral compound constituting the hydrogen bonding structure. Here, the minimum temperature of the heat treatment process may be equal to or higher than the glass transition temperature (T g ) of the conjugated polymer. That is, at a heat treatment process temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the conjugated polymer, the bond between the chiral compound and the conjugated polymer weakens, the chiral compound may have mobility, and the chiral compound may start phase separation and crystallization. The chiral compound absorbing heat energy overcomes the hydrogen bonding attraction with the conjugated polymer and can move upward, and can be rearranged into fine crystals. However, as the heat treatment process temperature increases, sublimation of the crystallized chiral compound may occur. Therefore, the heat treatment process is preferably performed at a temperature below the temperature at which the chiral compound is sublimated.
따라서, 하부층에 수소 결합 구조체가 위치하고, 상부층에 결정화된 카이랄성 화합물이 위치하는 이중 구조의 카이랄 광학 구조체를 생성하는 열처리 공정의 적정 온도는 상기 공액 폴리머의 유리전이온도(Tg) 이상, 상기 카이랄성 화합물의 승화 온도 미만에서 수행될 수 있다.Therefore, the appropriate temperature of the heat treatment process for generating a double-structured chiral optical structure in which a hydrogen bonding structure is located in a lower layer and a crystallized chiral compound is located in an upper layer is equal to or higher than the glass transition temperature (T g ) of the conjugated polymer It may be carried out below the sublimation temperature of the chiral compound.
또한, 용매 증기 어닐링 방식에서, 증기화된 용매 분자는 상기 박막에 삽입되어 가소제(plastisizer)로 작용하여 공액 폴리머의 유리전이온도(Tg)를 저하시킬 수 있으며, 유리전이온도가 저하됨에 따라, 카이랄성 화합물과 공액 폴리머 사이의 결합이 약해지고, 카이랄성 화합물은 이동성을 가질 수 있으며, 카이랄성 화합물은 상분리 및 결정화를 시작될 수 있다.In addition, in the solvent vapor annealing method, the vaporized solvent molecules are inserted into the thin film to act as a plasticizer to lower the glass transition temperature (T g ) of the conjugated polymer, and as the glass transition temperature decreases, The bond between the chiral compound and the conjugated polymer is weakened, the chiral compound may have mobility, and the chiral compound may initiate phase separation and crystallization.
본 실시예에 따른 제조 방법에 따라 제조된 카이랄 광학 구조체는 반도체 소자의 활성층으로 적용될 수 있는 수소 결합 구조체와 카이랄 광학 특성을 제공할 수 있는 카이랄성 화합물 결정체로 구성된 헤테로 이중층을 포함할 수 있다. 상술한 제조 방법은 나노 패터닝과 같은 복잡하고 어려운 공정이 아닌, 상대적으로 간단하면서도 적은 비용으로 제작 가능한 용액 공정으로 수행될 수 있다. 즉, 반도체 소자로의 적용이 용이하면서도 카이랄 광학성질을 나타낼 수 있는 카이랄 광학 구조체를 보다 용이한 방법으로 제공할 수 있다. The chiral optical structure manufactured according to the manufacturing method according to the present embodiment may include a hydrogen bonding structure that can be applied as an active layer of a semiconductor device and a hetero double layer composed of a chiral compound crystal capable of providing chiral optical properties. have. The above-described manufacturing method may be performed as a solution process that is relatively simple and can be manufactured at low cost, rather than a complicated and difficult process such as nano patterning. That is, a chiral optical structure capable of exhibiting chiral optical properties while being easily applied to a semiconductor device can be provided in an easier manner.
도 4는 상술한 제조 방법에 따라 제조된 카이랄 광학 구조체의 구성을 도시한 예시도이다. 도 5는 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 POM 이미지이다. 도 6은 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 SEM 이미지의 평면도이다. 도 7은 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 SEM 이미지의 단면도이다. 도 8은 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 GIXD 특성 그래프이다. 도 9는 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체의 원편광 이색성(Circular Dichroism, CD) 특성을 나타낸 그래프이다. 도 10은 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)의 혼합 비율에 따른 카이랄 광학 구조체의 원편광 이색성(Circular Dichroism, CD) 특성을 나타낸 그래프이다.4 is an exemplary view showing the configuration of a chiral optical structure manufactured according to the above-described manufacturing method. 5 is a POM image of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature. 6 is a plan view of an SEM image of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature. 7 is a cross-sectional view of an SEM image of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature. 8 is a graph of GIXD characteristics of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature. 9 is a graph showing circular dichroism (CD) characteristics of a chiral optical structure according to a heat treatment process temperature. 10 is a graph showing circular dichroism (CD) characteristics of a chiral optical structure according to a mixing ratio of a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN).
이하, 도 4 내지 도 10을 참조하여, 상술한 제조 방법에 따라 제조된 카이랄 광학 구조체에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 후술할 설명을 위해 도 1 내지 도 3이 참조될 수 있다.Hereinafter, a chiral optical structure manufactured according to the above-described manufacturing method will be described in more detail with reference to FIGS. 4 to 10. 1 to 3 may be referred to for description to be described later.
본 발명의 다른 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120) 및 카이랄성 화합물 결정체(130)를 포함한다. The chiral
수소 결합 구조체(120)는 공액 폴리머(121), 상기 공액 폴리머와 수소 결합된 카이랄성 화합물(122)을 포함한다.The
여기서, 공액 폴리머(121)는 특정 영역대의 광에 대한 흡수 및 발광을 주요한 특징으로 하며, 이러한 특성에 의해 유기태양전지 유기발광다이오드, 또는 유기트랜지스터와 같은 유기 반도체 소자의 활성층으로 응용될 수 있다. 공액 폴리머는 폴리알킬티오펜계(polyalkylthiophenes), 폴리티오펜계(polythiophene), 폴리설퍼니트리드계(polysulfurnitride), 폴리아세틸렌계(polyacetylene), 폴리페닐린계(polyphenylene), 폴리페닐렌비닐렌계(polyphenylenevinylene), 폴리아닐린계(polyaniline), 폴리피롤계(polypyrrole), 폴리플루오렌계(polyfluorene) 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Here, the
카이랄성 화합물(122)은 좌, 우 원편광에 대해 다른 반응을 나타낼 수 있다. 즉, 카이랄성 화합물(122)은 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 반응을 나타내는 카이로옵틱(chiroptical)한 특성을 가진다. 카이랄성 화합물은 회전 장애에 의해 거울상과 겹쳐지지 않는 회전 장애 이성절체(Atropisomer)일 수 있다. 예시적으로, 카이랄성 화합물은 바이페닐(Biphenyl) 유도체, 바이나프틸(Binaphthyl) 유도체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 수소 결합 구조체(120)는 잉크젯 프린팅(Ink-Jet printing), 롤투롤 프린팅(Roll-to-Roll printing), 블레이드 코팅(Blade-coating), 스핀 코팅(Spin-coating), 드롭 캐스팅(Drop-casting), 딥 코팅(Dip coating) 또는 스크린 프린팅(screen printing) 중 적어도 하나의 공정을 통해 생성될 수 있다. The chiral compound 122 may exhibit different reactions to left and right circularly polarized light. That is, the chiral compound 122 has chiroptical properties that exhibit different reactions to left and right circularly polarized light. Chiral compounds may be atropisomers that do not overlap with the mirror image by rotation disorders. Exemplarily, the chiral compound may be a biphenyl derivative or a binaphthyl derivative, but is not limited thereto.
공액 폴리머(121)는 폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT)이고, 카이랄성 화합물(122)은 (R)-(+)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(R)) 또는 (S)-(-)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(S))일 수 있다.The
수소 결합 구조체(120)는 상술한 용액 공정을 통해 기판(110) 상에 생성될 수 있다. 본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)를 지지하는 기판(110)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 기판(110)은 수소 결합 구조체(120) 및 카이랄성 화합물 결정체(130)를 지지할 수 있는 베이스 기판일 수 있다. 또한, 기판(110)은 통상의 실리콘 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
카이랄성 화합물 결정체(130)는 수소 결합 구조체(120) 상에 위치한다. 카이랄성 화합물 결정체(130)는 수소 결합 구조체(120)에 포함된 카이랄성 화합물 중 일부가 수직 상분리되고, 결정화된 상태일 수 있다. 구체적으로, 수소 결합 구조체(120)에 대한 일정 온도 범위의 열처리 공정이 수행되고, 수소 결합 구조체(120)에 포함된 카이랄성 화합물 중 일부가 수직 상분리 및 결정화되어 카이랄성 화합물 결정체(130)를 형성할 수 있다. 열처리 공정은 상기 기판에 직접적인 열을 제공하는 고온 어닐링 방식(Thermal annealing), 증기화된 용매가 가소제로 작용하여 반응을 유도하는 용매 증기 어닐링 방식(Solvent vapor annealing), 또는 적외선을 통해 열을 제공하여 반응을 유도하는 적외선 가열 방식(IR heating)을 통해 수행될 수 있다. 여기서, 카이랄성 화합물 결정체(130)는 생성된 열처리 공정 온도에 따라 구조 및 특성이 상이할 수 있다.The
다른 실시예에서, 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)와 카이랄성 화합물 결정체(130)가 혼재된 패턴 어레이 구조를 가질 수 있다. 즉, 카이랄 수소 결합 구조체(120)에 포함된 카이랄성 화합물 중 일부가 수평 상분리되고, 결정화된 상태일 수 있다.In another embodiment, the chiral
이하, 카이랄성 화합물 결정체(130) 및 카이랄 광학 구조체(10)의 특성에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 하기에서 참조되는 도면 및 결과 데이터는 공액 폴리머[폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT)]와 카이랄성 화합물[(R)-(+)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(R)) 또는 (S)-(-)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(S))]를 이용하여 도출된 것이다.Hereinafter, the characteristics of the
도 5는 열처리 공정 온도에 따른 수소 결합 구조체(PC3T/BN)의 수직 상분리 및 결정화 진행 과정을 관측한 POM 이미지이다. 도 5a는 열처리 공정 이전 상태의 제조한 카이랄 광학 구조체(PC3T/BN), 도 5b는 열처리 공정 온도 100℃, 도 5c는 열처리 공정 온도 110℃, 도 5d는 열처리 공정 온도 180℃를 카이랄 광학 구조체(PC3T/BN)에 제공하여 수직 상분리 및 결정화를 유도한 상태의 POM(Polarized optical microscope images (polarization angle = 90°)) 이미지이다.5 is a POM image illustrating a process of vertical phase separation and crystallization of a hydrogen bonded structure (PC3T/BN) according to a heat treatment process temperature. 5A is a chiral optical structure (PC3T/BN) manufactured before the heat treatment process, FIG. 5B is a heat treatment process temperature of 100°C, FIG. 5C is a heat treatment process temperature of 110°C, and FIG. 5D is a heat treatment process temperature of 180°C. This is a POM (Polarized optical microscope images (polarization angle = 90°)) image of a structure (PC3T/BN) that induces vertical phase separation and crystallization.
열처리 공정 이전에서는 수직 상분리와 결정화가 진행되지 않았으나, 열처리 공정 온도가 높아 짐에 따라 수직 상분리와 결정화가 진행되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 결정화에 따라 편광 광학 현미경의 이미지는 명암 대조 영역의 형태로 이중 회절을 나타냈으며, 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정)은 밝은 청색을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 5c에 도시된 열처리 공정 온도 110℃에서 이러한 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정)이 가장 많이 관측되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 좁은 크기 분포를 갖는 밝은 청색의 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정)이 균일하게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 열처리 공정 온도가 더 높아짐에 따라, 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정)이 승화되어 사라지는 것을 확인할 수 있다.Before the heat treatment process, vertical phase separation and crystallization did not proceed, but it can be seen that vertical phase separation and crystallization proceed as the heat treatment process temperature increased. That is, according to crystallization, the image of the polarization optical microscope exhibited double diffraction in the form of a contrast region, and it can be seen that the chiral compound crystal (130, BN crystal) exhibits bright blue color. In particular, it can be seen that the chiral compound crystals (130, BN crystals) are most observed at the heat treatment process temperature shown in FIG. 5C at 110°C. That is, it can be seen that the bright blue chiral compound crystal 130 (BN crystal) having a narrow size distribution is uniformly formed. In addition, it can be seen that as the heat treatment process temperature increases, the chiral compound crystal 130 (BN crystal) sublimates and disappears.
이러한, 열처리 공정 온도에 따른 카이랄성 화합물 결정체(130)의 구조의 변경은 도 6 및 도 7에 도시된 SEM 이미지에서도 확인할 수 있다.The change in the structure of the
도 6a는 열처리 공정 이전 상태의 카이랄 광학 구조체(PC3T/BN), 도 6b는 열처리 공정 온도 100℃, 도 6c는 열처리 공정 온도 110℃, 도 6d는 열처리 공정 온도 180℃를 카이랄 광학 구조체(PC3T/BN)에 제공하여 수직 상분리 및 결정화를 유도한 상태의 SEM(scanning electron microscopy) 평면 이미지(scale bar = 5 μm)이다. 도 7a는 열처리 공정 이전 상태의 카이랄 광학 구조체(PC3T/BN), 도 7b는 열처리 공정 온도 100℃, 도 7c는 열처리 공정 온도 110℃, 도 7d는 열처리 공정 온도 180℃를 카이랄 광학 구조체(PC3T/BN)에 제공하여 수직 상분리 및 결정화를 유도한 상태의 SEM(scanning electron microscopy) 단면 이미지(scale bar = 500 nm)이다.6A is a chiral optical structure (PC3T/BN) in a state before the heat treatment process, FIG. 6B is a heat treatment process temperature of 100°C, FIG. 6C is a heat treatment process temperature of 110°C, and FIG. 6D is a heat treatment process temperature of 180°C. PC3T/BN) to induce vertical phase separation and crystallization. This is a SEM (scanning electron microscopy) plane image (scale bar = 5 μm). 7A is a chiral optical structure (PC3T/BN) in a state before the heat treatment process, FIG. 7B is a heat treatment process temperature of 100°C, FIG. 7C is a heat treatment process temperature of 110°C, and FIG. 7D is a heat treatment process temperature of 180°C. PC3T/BN) is a SEM (scanning electron microscopy) cross-sectional image (scale bar = 500 nm) in which vertical phase separation and crystallization are induced.
열처리 공정 이전 상태에서는 상분리 및 결정화가 진행되지 않고, 기판 상에는 수소 결합체(120)만이 형성된 것을 확인할 수 있다. 다만, 열처리 공정 온도가 높아짐에 따라 카이랄성 화합물(BN)이 상분리 및 결정화를 진행하여 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정)이 수소 결합 구조체(120) 상에 형성되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 6c 및 7c에 도시된 바와 같이, 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정)은 열처리 공정 온도 110℃에서 박막 표현을 덮도록 균일한 형태로 생성되는 것을 확인할 수 있으며, 또한, 열처리 공정 온도가 더 높아짐에 따라, 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정)이 승화되어 사라지는 것을 확인할 수 있다.In the state before the heat treatment process, phase separation and crystallization do not proceed, and it can be seen that only the
카이랄성 화합물 결정체(130)의 형성은 분자 배향의 변화를 통해서 확인할 수 있다. 즉, GIXD(grazing incident x-ray diffraction) 분석을 통해서 확인될 수 있다. 도 8a는 P3CT의 GIXD 특성 분석 그래프, 도 8b는 열처리 공정 이전 P3CT/BN의 GIXD 특성 분석 그래프, 도 8c는 120℃에서 열처리 공정 이후 P3CT/BN의 GIXD 특성 분석 그래프를 각각 나타낸다. 도 8d는 BN의 GIXD 특성 분석 그래프를 각각 나타낸다.The formation of the
도 8a에 도시된 바와 같이, P3CT의 2차원 GIXD 이미지는 평면(qZ) 방향에서 특유의 회절 흐름(100, 200)을 나타내며, 이는 P3CT 분자가 에지-온(edge-on) 배향을 가진 사이드 체인을 가짐을 의미한다. 회절 흐름(100, 200)은 기판 법선에 대해 약 60℃까지 기울어진 형태로 나타난다.As shown in Figure 8a, the two-dimensional GIXD image of the P3CT shows a characteristic diffraction flow (100, 200) in the plane (q Z ) direction, which is the side of the P3CT molecule having an edge-on orientation. It means to have a chain. The diffraction flows 100 and 200 appear inclined to about 60° C. with respect to the substrate normal.
이와 달리, 도 8b에 도시된 바와 같이, 열처리 공정 이전 P3CT/BN(카이랄성 화합물 결정체(130)가 형성되지 않은 상태)의 경우, P3CT에 비해 방위각 강도 분포가 훨씬 좁아지는 것이 관찰되었다. 즉, BN과의 수소 결합을 통해 P3CT 사슬의 에지-온 배향이 변경되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8b에 검은색 화살표로 표시된 3개의 아크 반사가 발생되는 것을 확인할 수 있다. 해당 아크 반사는 BN에 의해 발생되는 것임을 도 8d의 BN의 GIXD 특성 그래프에서 알 수 있다. 도 8d는 P3CT와 수소 결합하지 않은 BN의 GIXD 특성 그래프로써, BN 결정의 특성을 나타내는 q = 0.97, 1.36 및 1.59에서 특유의 3 개의 아크 반사가 선명하게 나타나는 것을 알 수 있다.In contrast, as shown in FIG. 8B, in the case of P3CT/BN (a state in which the
P3CT/BN를 120℃에서 열처리 공정을 수행한 상태(카이랄성 화합물 결정체(130)가 형성된 상태)의 GIXD 이미지에서, BN 결정의 특성을 나타내는 3개의 아크 반사가 도 8b 대비 선명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 열처리 공정에 따라 수소 결합 구조체 내의 카이랄성 화합물의 수직 상분리 및 결정화가 발생하여, 카이랄성 화합물 결정체(130)가 형성된 것임을 알 수 있다.In the GIXD image of the P3CT/BN in a state in which the heat treatment process was performed at 120° C. (a state in which the
본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)와 카이랄성 화합물 결정체(130)로 구성된 헤테로 이중층을 포함한다. 상기 헤테로 이중층은 카이랄성 화합물 결정체(130)을 형성하는 열처리 공정 온도에 따라 상이한 광학 특성을 가질 수 있다.The chiral
도 9는 열처리 공정 온도에 따른 카이랄 광학 구조체(10)의 원편광 이색성(Circular Dichroism, CD) 특성을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing circular dichroism (CD) characteristics of the chiral
도 9a는 열처리 공정을 하지 않은 카이랄 광학 구조체, 열처리 공정 온도 60℃, 80℃에서 각각 제조한 카이랄 광학 구조체, 도 9b는 100℃에서 제조한 카이랄 광학 구조체, 도 9c는 120℃에서 제조한 카이랄 광학 구조체, 도 9d는 140℃에서 제조한 카이랄 광학 구조체, 도 9e는 180℃에서 제조한 카이랄 광학 구조체, 도 9f는 200℃에서 제조한 카이랄 광학 구조체의 원편광 이색성을 각각 도시한 그래프이다.9A is a chiral optical structure without a heat treatment process, a chiral optical structure manufactured at a heat treatment process temperature of 60°C and 80°C, FIG. 9B is a chiral optical structure manufactured at 100°C, and FIG. 9C is a chiral optical structure manufactured at 120°C. One chiral optical structure, FIG. 9D is a chiral optical structure manufactured at 140°C, FIG. 9E is a chiral optical structure manufactured at 180°C, and FIG. 9F is a circular dichroism of the chiral optical structure manufactured at 200°C. Each is a graph shown.
도 9a에 도시된 바와 같이, 열처리 공정을 수행하지 않은 상태이더라도, P3CT/BN 수소 결합 구조체는 카이랄성 화합물인 BN을 포함하고 있는 상태이므로, BN에 의한 원편광 이색성(Circular Dichroism) 특성이 검출될 수 있다. 즉, 다른 회전 방향의 원편광에 반응하는 BN(R)과 BN(S)와 각각 결합한 P3CT/BN(R)과 P3CT/BN(S)은 반대 크기의 원편광 이색성을 나타내는 것을 알 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 열처리 공정 온도가 증가함에 따라 생성되는 카이랄성 화합물 결정체(130, BN 결정체)에 의해 원편광 이색성(Circular Dichroism) 값은 점차 증가하며, 감지되는 파장의 범위도 넓어지는 것을 확인할 수 있다. 도 9c에 도시된 바와 같이, P3CT/BN은 120℃에서 가장 최대치의 원편광 이색성(Circular Dichroism) 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 열처리 공정 온도가 더욱 증가함에 따라, 카이랄성 화합물 결정체는 승화될 수 있으며, 원편광 이색성 특성은 점차 감소되는 것을 확인할 수 있다. 도 9e 및 도 9f에 도시된 바와 같이, 높은 열처리 공정 온도에서는 카이랄성 화합물이 대부분 승화되었으며, 원편광 이색성(Circular Dichroism)도 거의 검출되지 않는 것을 확인할 수 있다. 예시적인 실시예에서, PC3T/BN로 구성된 카이랄 광학 구조체를 제조하기 위한 열처리 공정 온도 범위는 100℃ 내지 140℃일 수 있으며, 보다 바람직한 열처리 공정 온도는 120℃일 수 있다.As shown in FIG. 9A, even in a state in which the heat treatment process is not performed, since the P3CT/BN hydrogen bonding structure contains BN, which is a chiral compound, circular dichroism by BN is Can be detected. That is, it can be seen that the P3CT/BN(R) and P3CT/BN(S) combined with BN(R) and BN(S) reacting to circularly polarized light in different rotational directions, respectively, exhibit oppositely polarized circular dichroism. . As described above, the value of circular dichroism gradually increases by the chiral compound crystals (130, BN crystals) generated as the heat treatment process temperature increases, and the range of the detected wavelengths also increases. Can be confirmed. As shown in FIG. 9C, it can be seen that P3CT/BN exhibits the largest circular dichroism value at 120°C. In addition, as described above, it can be seen that as the heat treatment process temperature further increases, the chiral compound crystal may be sublimated, and circular dichroism characteristics gradually decrease. As shown in FIGS. 9E and 9F, at a high heat treatment process temperature, most of the chiral compounds were sublimated, and circular dichroism was hardly detected. In an exemplary embodiment, a heat treatment process temperature range for manufacturing a chiral optical structure composed of PC3T/BN may be 100°C to 140°C, and a more preferable heat treatment process temperature may be 120°C.
본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)와 카이랄성 화합물 결정체(130)로 구성된 헤테로 이중층을 포함한다. 수소 결합 구조체(120)는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물을 용매에 혼합한 혼합 용액을 기판(110)에 코팅하여 형성될 수 있다. 여기서, 카이랄 광학 구조체(10)는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물의 혼합 중량 비율에 따라 광학 특성, 구체적으로 원편광 이색성 특성 및 광 흡수 특성이 달라질 수 있다.The chiral
도 10은 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)의 혼합 비율에 따른 카이랄 광학 구조체의 원편광 이색성(Circular Dichroism, CD) 특성을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing circular dichroism (CD) characteristics of a chiral optical structure according to a mixing ratio of a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN).
도 10(a)은 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)을 4:1의 중량 비율(BN 20.0 wt%)로써 제조된 카이랄 광학 구조체(제조예 1)의 특성을 도시하며, 도 10(b) 는 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)을 2:1의 중량 비율(BN 33.3 wt%)로써 제조된 카이랄 광학 구조체(제조예 2)의 특성을 도시하며, 도 10(c)는 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)을 1:1의 중량 비율(BN 50.0 wt%)로써 제조된 카이랄 광학 구조체(제조예 3)의 특성을 도시하며, 도 10(d)는 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)을 1:2의 중량 비율(BN 66.7 wt%)로써 제조된 카이랄 광학 구조체(제조예 4)의 특성을 도시한다. 각 제조예에서 열처리 공정 온도는 120℃로 동일하였다.10(a) shows the characteristics of a chiral optical structure (Preparation Example 1) prepared in a weight ratio of 4:1 (BN 20.0 wt%) to a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN), Figure 10 (b) shows the characteristics of a chiral optical structure (Preparation Example 2) prepared with a weight ratio of 2:1 (BN 33.3 wt%) of a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN), Figure 10 (c) shows the characteristics of a chiral optical structure (Preparation Example 3) prepared with a weight ratio of 1:1 (BN 50.0 wt%) of a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN), 10(d) shows the characteristics of a chiral optical structure (Preparation Example 4) prepared in a weight ratio of 1:2 to a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN) (66.7 wt% BN). In each preparation example, the heat treatment process temperature was the same as 120°C.
카이랄 광학 구조체(10)는 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN)의 혼합 비율에 따라 원편광 이색성 특성값이 달라질 수 있다. 제조예 2의 카이랄 광학 구조체의 원편광 이색성 특성값이 가장 높게 나타났으며, 감응성이 가장 높게 나타났다.The chiral
본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)와 카이랄성 화합물 결정체(130)로 구성된 헤테로 구조로 구성된다. 카이랄 광학 구조체(10)는 용액 공정 및 열처리 공정을 통한 수직 상분리, 결정화와 같은 복잡하지 않은 공정으로 제조될 수 있어, 반도체 소자에 보다 용이하게 적용될 수 있다. The chiral
또한, 본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체를 구성하는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물의 비율에 따라 카이랄 특성이 제어될 수 있다. 이에 따라, 카이랄 광학 구조체(10)는 보다 다양한 반도체 소자에 응용될 수 있다. In addition, in the chiral
이하, 본 실시예에 따른 카이랄 광학 구조체(10)가 적용된 반도체 소자에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a semiconductor device to which the chiral
도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자(1)의 개략적인 구성도이다. 도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자(1)의 상부에서 좌, 우 원편광을 조사하였을 때 생성되는 광 전류를 측정한 데이터이다. 도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자(10) 하부에서 좌, 우 원편광을 조사하였을 때 생성되는 광 전류를 측정한 데이터이다.11 is a schematic configuration diagram of a
도 11 내지 도 13를 참조하면, 반도체 소자(1)는 활성층이 유기물로 구성되고, 조사된 광에 따른 광 전류를 생성하는 포토다이오드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 11 to 13, the
반도체 소자(1)는 카이랄 광학 구조체(10), 애노드 전극(20), 캐소드 전극(30), 기판(40)을 포함한다.The
카이랄 광학 구조체(10)는 상술한 도 4 내지 도 11에 따른 카이랄 광학 구조체(10)일 수 있으며, 반도체 소자(1)의 활성층, 유기 반도체일 수 있다. 카이랄 광학 구조체(10)는 애노드 전극(20) 및 캐소드 전극(30)과 전기적으로 연결될 수 있다. 애노드 전극(20)의 전위는 캐소드 전극(30)의 전위보다 낮을 수 있다. 반도체 소자(1)는 역 바이어스 전압이 걸린 상태에서 외부로부터 광이 입사되면 광의 휘도, 역 바이어스 전압값, 포토 다이오드 면적에 따라 전류를 발생한다.The chiral
카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)와 카이랄성 화합물 결정체(130)로 구성된 헤테로 구조일 수 있다. 수소 결합 구조체(120)는 공액 폴리머 및 카이랄성 화합물의 수소 결합 구조를 포함한다. 공액 폴리머는 특정 영역대의 광을 흡수할 수 있으며, 우수한 광 여기 특성 및 전하 수송 특성을 가지고 있어, 카이랄 광학 구조체(10)가 활성층으로 기능하도록 한다. 카이랄성 화합물 결정체(130)는 수소 결합 구조체(120) 상에 위치하며, 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 반응을 나타내는 카이로옵틱(chiroptical)한 특성을 가진다. 카이랄성 화합물 결정체(130)는 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 정도로 전하들이 활성화될 수 있다. 카이랄성 화합물 결정체(130)에서 광 활성화된 에너지 또는 전하들은 수소 결합 구조체(120)에 이동될 수 있으며, 수소 결합 구조체(120)에 이동된 전하에 대응하여 광 전류를 생성할 수 있다. 즉, 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)와 카이랄성 화합물 결정체(130)의 이중 구조로 구성되어, 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 정도의 광 전류를 생성할 수 있다. 이러한, 카이랄 광학 구조체(10)의 구조적 특성에 따라 좌, 우 원편광이 구분되는 특징은 도 12 및 도 13의 실험 데이터를 통해 자세히 파악할 수 있다. The chiral
도 12는 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN(S) 또는 BN(R))로 구성된 카이랄 광학 구조체를 적용한 반도체 소자의 광 전류 생성 특성을 측정한 그래프이다. 여기서, 좌, 우 원편광은 반도체 소자의 상부, 카이랄 광학 구조체(10)를 기준으로 카이랄성 화합물 결정체(130)를 먼저 통과하도록 제공되었다. 반도체 소자(BN(S) 또는 BN(R))는 좌, 우 원편광(L, R, λ= 375 nm)에 대해 다른 크기의 전류를 생성하는 것을 확인할 수 있다.12 is a graph measuring the photocurrent generation characteristics of a semiconductor device to which a chiral optical structure composed of a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN(S) or BN(R)) is applied. Here, the left and right circularly polarized light is provided to first pass through the
도 13은 공액 폴리머(P3CT)와 카이랄성 화합물(BN(S))로 구성된 카이랄 광학 구조체의 하부에서 좌, 우 원편광을 제공하고 이에 대한 광 전류 생성 특성을 측정한 그래프이다. 여기서, 좌, 우 원편광은, 반도체 소자의 하부, 카이랄 광학 구조체(10)를 기준으로 수소 결합 구조체(120)를 먼저 통과하도록 제공되었다. 하부에서 제공된 좌, 우 원편광(L, R, λ= 375 nm)에 대해 반도체 소자는 실질적으로 동일한 크기의 전류를 생성하는 것이 관측되었으며, 실효적인 차이를 나타내지 못하였다. 13 is a graph in which left and right circularly polarized light is provided from the lower part of a chiral optical structure composed of a conjugated polymer (P3CT) and a chiral compound (BN(S)) and photocurrent generation characteristics thereof are measured. Here, the left and right circularly polarized light is provided to first pass through the
본 실시예에 따른 반도체 소자(1)는 카이랄 광학 구조체(10)의 구조적 특성에 따라 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 크기의 전류를 생성할 수 있어, 좌, 우 원편광을 감지할 수 있다.The
다른 실시예에서, 카이랄 광학 구조체(10)는 수소 결합 구조체(120)와 카이랄성 화합물 결정체(130)가 혼재된 패턴 어레이 구조를 가질 수 있다. 즉, 카이랄 수소 결합 구조체(120)에 포함된 카이랄성 화합물 중 일부가 수평 상분리되고, 결정화된 상태일 수 있다. 이러한 구조의 카이랄 광학 구조체(10)를 포함하는 반도체 소자(10)는 원편광이 제공되는 방향에 영향을 받지않고, 좌, 우 원편광에 대해 서로 다른 크기의 전류를 생성할 수 있으며, 좌, 우 원편광을 감지할 수 있다.In another embodiment, the chiral
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, the present invention should not be construed as being limited by these embodiments or drawings, and those skilled in the art will have the spirit and scope of the present invention described in the following claims. It will be understood that various modifications and changes can be made to the present invention within the range not departing from.
1: 반도체 소자
10: 카이랄 광학 구조체
20: 애노드 전극
30: 캐소드 전극
40: 기판
110: 기판
120: 수소 결합 구조체
130: 카이랄성 화합물 결정체1: semiconductor device
10: chiral optical structure
20: anode electrode
30: cathode electrode
40: substrate
110: substrate
120: hydrogen bonding structure
130: chiral compound crystal
Claims (21)
상기 용매 내에서, 상기 공액 폴리머와 상기 카이랄성 화합물의 수소 결합을 유도하여 수소 결합 구조체를 형성하는 단계;
상기 수소 결합 구조체가 포함된 박막을 기판 상에 형성하는 단계; 및
상기 수소 결합 구조체에서 상기 카이랄성 화합물의 상분리 및 상기 카이랄성 화합물의 결정화를 유도하여 카이랄 광학 구조체를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 공액 폴리머는 폴리알킬티오펜계(polyalkylthiophenes)이고, 상기 카이랄성 화합물은 바이나프틸(Binaphthyl) 유도체인 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.Dispersing a conjugated polymer and a chiral compound in a solvent;
Inducing hydrogen bonding between the conjugated polymer and the chiral compound to form a hydrogen bonding structure in the solvent;
Forming a thin film including the hydrogen bonding structure on a substrate; And
Inducing a phase separation of the chiral compound and crystallization of the chiral compound in the hydrogen bonding structure to form a chiral optical structure,
The method of manufacturing a chiral optical structure wherein the conjugated polymer is polyalkylthiophenes, and the chiral compound is a binaphthyl derivative.
상기 상분리는 수직 상분리(vertical phase separation)이며,
상기 카이랄 광학 구조체는 상기 수소 결합 구조체 및 상기 수소 결합 구조체 상에 형성된 카이랄성 화합물의 결정체를 포함하는 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 1,
The phase separation is vertical phase separation,
The chiral optical structure is a method of manufacturing a chiral optical structure comprising a crystal of the hydrogen bonding structure and a chiral compound formed on the hydrogen bonding structure.
상기 상분리는 수평 상분리(lateral phase separation)이며,
상기 카이랄 광학 구조체는 상기 수소 결합 구조체와 카이랄성 화합물의 결정체가 혼재된 패턴 어레이 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 1,
The phase separation is a lateral phase separation,
The chiral optical structure is a method of manufacturing a chiral optical structure, characterized in that it has a pattern array structure in which the hydrogen bonding structure and the crystal of a chiral compound are mixed.
상기 상분리 및 상기 카이랄성 화합물의 결정화는 열처리 공정을 통해 수행되고, 상기 열처리 공정은 고온 어닐링 방식(Thermal annealing), 용매 증기 어닐링 방식(Solvent vapor annealing) 또는 적외선 가열 방식(IR heating)인 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 1,
The phase separation and crystallization of the chiral compound are performed through a heat treatment process, and the heat treatment process is a high-temperature annealing method, a solvent vapor annealing method, or an infrared heating method (IR heating). Method for producing a chiral optical structure as described above.
상기 열처리 공정에 따라 상기 카이랄성 화합물의 상분리 정도 및 상기 카이랄성 화합물의 결정화 정도가 달라지는 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 4,
The method of manufacturing a chiral optical structure, characterized in that the degree of phase separation of the chiral compound and the degree of crystallization of the chiral compound are changed according to the heat treatment process.
상기 열처리 공정의 최저 온도는 상기 공액 폴리머의 유리전이온도(Tg)인 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 5,
The method of manufacturing a chiral optical structure, characterized in that the lowest temperature in the heat treatment process is the glass transition temperature (T g ) of the conjugated polymer.
상기 박막은 상기 기판 상에 잉크젯 프린팅(Ink-Jet printing), 롤투롤 프린팅(Roll-to-Roll printing), 블레이드 코팅(Blade-coating), 스핀 코팅(Spin-coating), 드롭 캐스팅(Drop-casting), 딥 코팅(Dip coating) 및 스크린 프린팅(screen printing) 중 적어도 하나의 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 1,
The thin film is formed on the substrate by Ink-Jet printing, Roll-to-Roll printing, Blade-coating, Spin-coating, and Drop-casting. ), dip coating (Dip coating) and screen printing (screen printing) through at least one process of manufacturing a chiral optical structure, characterized in that formed through.
상기 카이랄성 화합물은 회전 장애에 의해 거울상과 겹쳐지지 않는 회전 장애 이성절체(Atropisomer)인 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 1,
The chiral compound is a method of manufacturing a chiral optical structure, wherein the chiral compound is an atropisomer that does not overlap with a mirror image due to a rotation disorder.
상기 공액 폴리머는 폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT)이고, 상기 카이랄성 화합물은 (R)-(+)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(R)) 또는 (S)-(-)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(S))인 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 1,
The conjugated polymer is poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT), and the chiral compound is (R) -(+)-1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine (BN(R)) or (S)-(-)-1,1'-binaphthyl-2,2'- A method for producing a chiral optical structure, characterized in that it is diamine (BN(S)).
상기 용매 내에 분산되는 상기 공액 폴리머 및 상기 카이랄성 화합물의 중량 비율에 따라,
상기 카이랄 광학 구조체의 광학 특성이 달라지는 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체의 제조 방법.The method of claim 1,
According to the weight ratio of the conjugated polymer and the chiral compound dispersed in the solvent,
The method of manufacturing a chiral optical structure, characterized in that the optical properties of the chiral optical structure are changed.
상기 카이랄성 화합물의 결정체를 포함하고,
상기 공액 폴리머는 폴리알킬티오펜계(polyalkylthiophenes)이고, 상기 카이랄성 화합물은 바이나프틸(Binaphthyl) 유도체인 카이랄 광학 구조체.A hydrogen bond structure in which a conjugated polymer and a chiral compound are hydrogen bonded; And
Including crystals of the chiral compound,
The conjugated polymer is polyalkylthiophenes, and the chiral compound is a binaphthyl derivative.
상기 카이랄성 화합물의 결정체는 상기 수소 결합 구조체 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체.The method of claim 12,
Chiral optical structure, characterized in that the crystal of the chiral compound is located on the hydrogen bonding structure.
상기 카이랄 광학 구조체는 상기 카이랄성 화합물의 결정체와 상기 수소 결합 구조체가 혼재된 패턴 어레이 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체.The method of claim 12,
The chiral optical structure is a chiral optical structure, characterized in that it has a pattern array structure in which a crystal of the chiral compound and the hydrogen bonding structure are mixed.
상기 공액 폴리머는 폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT)이고, 상기 카이랄성 화합물은 (R)-(+)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(R)) 또는 (S)-(-)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(S))인 것을 특징으로 하는 카이랄 광학 구조체.The method of claim 12,
The conjugated polymer is poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT), and the chiral compound is (R) -(+)-1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine (BN(R)) or (S)-(-)-1,1'-binaphthyl-2,2'- Chiral optical structure, characterized in that the diamine (BN(S)).
상기 유기 반도체와 전기적으로 연결된 캐소드 전극 및 애노드 전극을 포함하되,
상기 유기 반도체는 공액 폴리머와 카이랄성 화합물이 수소 결합된 수소 결합 구조체 및 상기 카이랄성 화합물의 결정체를 포함하고,
상기 공액 폴리머는 폴리알킬티오펜계(polyalkylthiophenes)이고, 상기 카이랄성 화합물은 바이나프틸(Binaphthyl) 유도체인 카이랄 광학 구조체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.Organic semiconductor; And
Including a cathode electrode and an anode electrode electrically connected to the organic semiconductor,
The organic semiconductor includes a hydrogen bonding structure in which a conjugated polymer and a chiral compound are hydrogen-bonded and a crystal of the chiral compound,
The conjugated polymer is polyalkylthiophenes, and the chiral compound is a chiral optical structure, which is a binaphthyl derivative.
상기 카이랄성 화합물의 결정체는 상기 수소 결합 구조체 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method of claim 17,
A semiconductor device, characterized in that the crystal of the chiral compound is located on the hydrogen bonding structure.
상기 카이랄 광학 구조체는 상기 카이랄성 화합물의 결정체와 상기 수소 결합 구조체가 혼재된 패턴 어레이 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method of claim 17,
Wherein the chiral optical structure has a pattern array structure in which a crystal of the chiral compound and the hydrogen bond structure are mixed.
상기 공액 폴리머는 폴리3-(6-카르복시헥실)티오펜-2,5-디일 (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT)이고, 상기 카이랄성 화합물은 (R)-(+)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(R)) 또는 (S)-(-)-1,1'-바이나프틸-2,2'-다이아민(BN(S))인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method of claim 17,
The conjugated polymer is poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl (Poly3-(6-carboxyhexyl)thiophene-2,5-diyl: P3CT), and the chiral compound is (R) -(+)-1,1'-binaphthyl-2,2'-diamine (BN(R)) or (S)-(-)-1,1'-binaphthyl-2,2'- A semiconductor device, characterized in that it is a diamine (BN(S)).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190025197A KR102149526B1 (en) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Chiroptical structure, method for manufacturing the same and semiconductor comprising the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190025197A KR102149526B1 (en) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Chiroptical structure, method for manufacturing the same and semiconductor comprising the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102149526B1 true KR102149526B1 (en) | 2020-08-31 |
Family
ID=72234168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190025197A KR102149526B1 (en) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Chiroptical structure, method for manufacturing the same and semiconductor comprising the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102149526B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003287623A (en) * | 2002-01-23 | 2003-10-10 | Nitto Denko Corp | Optical film, method for manufacturing the same, and optical retardation film and polarizing plate using the same |
| KR20180119959A (en) * | 2017-04-26 | 2018-11-05 | 포항공과대학교 산학협력단 | Organic semiconductor, supramolecular nanostructure and organic transistor comprsing the same with amplified chirality for high-performance chiroptical sensing |
-
2019
- 2019-03-05 KR KR1020190025197A patent/KR102149526B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003287623A (en) * | 2002-01-23 | 2003-10-10 | Nitto Denko Corp | Optical film, method for manufacturing the same, and optical retardation film and polarizing plate using the same |
| KR20180119959A (en) * | 2017-04-26 | 2018-11-05 | 포항공과대학교 산학협력단 | Organic semiconductor, supramolecular nanostructure and organic transistor comprsing the same with amplified chirality for high-performance chiroptical sensing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Minghua Liu, et al. Supramolecular Chirality in Self-Assembled Systems, Chem. Rev., 2015, 115 (15), pp 7304-7397 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100552866B1 (en) | Organic semiconductor element | |
| JP5092248B2 (en) | Composition for organic electroluminescent element, thin film for organic electroluminescent element, thin film transfer member for organic electroluminescent element, organic electroluminescent element and method for producing organic electroluminescent element | |
| KR102107355B1 (en) | Method for producing conductive thin film laminate | |
| Wei et al. | Pyridine-based electron-transport materials with high solubility, excellent film-forming ability, and wettability for inkjet-printed OLEDs | |
| JP5096378B2 (en) | Organic electronic device, manufacturing method thereof and use thereof | |
| KR102055545B1 (en) | Monoamine compound, charge-transporting material, composition for charge-transporting film, organic electroluminescent element, organic el display device and organic el lighting | |
| KR20010040928A (en) | Polyimide layer comprising functional material, device employing the same and method of manufacturing same device | |
| JP6465350B2 (en) | Novel organic compounds and their use | |
| US20200020871A1 (en) | Inductively doped mixed layers for an optoelectronic component, and method for the production thereof | |
| JP2009545844A (en) | Photoelectric device manufacturing method | |
| CN114106030A (en) | Composition for photoelectric device, and photoelectric device, image sensor and electronic apparatus including the same | |
| JP6907187B2 (en) | Organic compounds, near-infrared absorbing dyes, photoelectric conversion elements and their optical sensors, image sensors | |
| JP2010232410A (en) | Organic photoelectric conversion element | |
| CN115804259A (en) | Photoelectric conversion element and method for manufacturing same | |
| WO2012115218A1 (en) | Method for producing dianthra[2,3-b:2',3'-f]thieno[3,2-b]thiophene, and use thereof | |
| Tang et al. | Improved ink-jet-printed CdSe quantum dot light-emitting diodes with minimized hole transport layer erosion | |
| CN112514099A (en) | Light detecting element and fingerprint recognition device | |
| KR102149526B1 (en) | Chiroptical structure, method for manufacturing the same and semiconductor comprising the same | |
| JP5555972B2 (en) | Organic electroluminescence device | |
| JP2010219356A (en) | Organic photoelectric conversion element | |
| JP6933248B2 (en) | A method for producing a coating liquid for forming an organic film, an organic film, an organic electronic device, and a coating liquid for forming an organic film. | |
| KR102537611B1 (en) | Charge transporting layer composite and patterning method of charge transporting layer comprising the same, charge transporting layer composition comprising the same, organic light emitting device compris0ing the same | |
| JP7427091B2 (en) | Photoelectric conversion elements, image sensors, optical sensors, compounds | |
| US20220059769A1 (en) | n-Doped Electrically Conductive Organic Materials | |
| TW201529580A (en) | Novel condensed polycycloaromatic compound and use thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant |