KR102170465B1 - N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 유기 전계효과 트랜지스터 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는, N형 유기 반도체 물질로서 사용되는, 화학식 1로 표현되는 구조를 갖는 화합물, 상기 화합물이 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자, 및 상기 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 유기 전계효과 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 신규한 구조의 유기화합물로서 광반응성이 제한된 N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
트랜지스터는 게이트전극에 입력되는 전압신호를 소스전극 혹은 드레인 전극으로부터 출력되는 전류신호로 변환하는 소자를 의미한다. 트랜지스터의 기본적인 작동원리는 다음과 같다. 게이트전극에 전압을 인가하면 소스전극과 드레인전극 양자 사이에 채널이 형성되며, 하전입자가 상기 채널을 통하여 소스전극과 드레인전극 사이를 이동하게 된다. 이 때, 전계방향에 따라 소스전극 또는 드레인전극에서 전류신호가 출력되며, 전류신호의 세기는 일반적으로 하전입자의 밀도에 비례한다.
한편, 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-effect transistors, OFETs)는 트랜지스터의 일종으로서, 전기적으로 N형 특성을 가지는 유기 반도체 물질과 전기적으로 P형 특성을 가지는 유기 반도체 물질을 포함한다. 특히, 유기 전계효과 트랜지스터는 N형 유기 반도체 물질 및/또는 P형 유기 반도체 물질을 활용하여 채널을 형성한다는 점에서, 주로 유기 반도체 물질의 물리적-화학적 성질이 트랜지스터의 특성, 성능, 제조방법 등을 결정하게 된다.
세부적으로, 유기 전계효과 트랜지스터는 무기화합물을 골자로 하는 종래의 트랜지스터에 비하여 개선된 유연성, 경량성, 및 제조용이성 등을 이점으로 한다. 상술한 바와 같은 장점은, 착용가능한 센서, 생활밀착형 의료장비 등 차세대 전자제품의 제조에 필수적이라고 할 수 있다. 더하여, 근래에는 투명인 트랜지스터 및 전원의 구현을 통하여, 전(全)-투명인 전자제품의 제조가 단기적인 목표로서 여겨진다. 다만, 후술하는 바와 같은 유기 반도체 물질의 한계로 인하여, 투명한 유기 전계효과 트랜지스터의 구현은 용이하지 않은 상태이다.
가령, 종래의 유기 반도체 물질은 단순히 긴 컨쥬게이션(conjugation) 결합을 포함함으로써 비교적 작은 HOMO-LUMO 갭을 가지므로, 근적외선(장파장)부터 자외선(단파장)까지의 빛을 흡수할 수 있다는 문제점이 있다. 나아가, 광원에 의하여 쉽게 여기될 수 있는 종래의 유기 반도체 물질을 유기 전계효과 트랜지스터에 적용할 경우, 유기 반도체 물질이 광원에 감응 및 여기되어 드레인 전류에 포함된 노이즈가 상당히 관찰될 수 있다.
따라서, 유기 전계효과 트랜지스터의 장점을 십분 활용하되, 트랜지스터의 투명성 또한 구현하기 위해서는 특단의 대책이 강구될 필요가 있다. 즉, 유기 전계효과 트랜지스터에 포함되는 유기 반도체 물질의 여기 특성이 적절히 제한될 필요가 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명은 광투과성이 개선된 유기 반도체 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
더하여, 본 발명은 광반응성이 제한된 유기 반도체 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
더하여, 본 발명은 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 확보한 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
더하여, 본 발명은 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 확보한 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 이하의 구성을 포함하는 발명을 안출하기에 이르렀다. 구체적으로 본 명세서는, N형 유기 반도체 물질로서 사용되는, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물을 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 화합물에 있어서, X는 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, Y는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬인 것이 더욱 바람직하다. 또한. 본 발명의 각 화합물에 있어서, Y는 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, X는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬인 것이 더욱 바람직하다.
또한. 본 발명의 각 화합물에 있어서, X 및 Y는 각각 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더더욱 바람직하다.
또한. 본 발명의 각 화합물에 있어서, R3 내지 R6는 -H기이고, X 및 Y는 -NO2기인 것이 더더욱 바람직하며, 본 발명의 각 화합물에 있어서, R1 및 R2는 2-옥틸도데실기인 것이 더더욱 바람직하다.
한편, 본 명세서는 기판; 기판 상에 형성된 게이트전극; 게이트전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스전극 및 드레인전극; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서는 기판; 기판 상에 형성된 소스전극 및 드레인전극; 소스전극 및 드레인전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 형성되는 절연층; 및 절연층의 상부에 형성되는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, R1 및 R2는 2-옥틸도데실기이고; R3 내지 R6는 -H기이고; X 및 Y는 각각 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더욱 바람직하다.
또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, X 및 Y는 모두 -NO2기인 것이 더욱 바람직하다.
또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것이 더더욱 바람직하다.
한편, 본 명세서는 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법를 추가로 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서는 기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 추가로 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
상술한 수단의 채용을 통하여, 본 발명은 근적외선 내지 가시광선의 영역에서 높은 광투과성 및 낮은 광반응성을 확보할 수 있는 N형 유기 반도체 물질을 제공한다.
더하여, 본 발명은 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 나타내는 유기박막층을 활용하되, 점멸비 또한 우수한 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 제공한다.
더하여, 상술한 특성을 가지는 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 대량으로 생산할 수 있는 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 N형 유기 반도체 물질의 합성방법에 관한 요약도이다.
도 2는 본 발명의 유기 반도체 물질의 1H-NMR spectrum을 이론값과 비교한 결과를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 유기 반도체 물질의 13C-NMR spectrum을 이론값과 비교한 것이다.
도 4 및 도 5은 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 구조를 간략히 도시한 구조도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예와 비교예의 광반응성을 비교한 결과를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 유기 반도체 물질의 1H-NMR spectrum을 이론값과 비교한 결과를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 유기 반도체 물질의 13C-NMR spectrum을 이론값과 비교한 것이다.
도 4 및 도 5은 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 구조를 간략히 도시한 구조도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예와 비교예의 광반응성을 비교한 결과를 도시한 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
한편, 이하에서는 본 발명의 N형 유기 반도체 물질을 유기 반도체 물질로 지칭하거나, 축약하여 화합물로 지칭한다. 더하여, '직쇄형'은 탄소가지가 달리지 않은 포화된 탄소사슬을 지칭한다. '분지쇄형'은 탄소가지가 달린 포화된 탄소사슬을 지칭한다. 또한, '전자구인기'(Electron withdrawing group, EWG)는 상대적으로 탄소원자에 비하여 전자를 당기는 작용기를 지칭한다. 전자를 당기는 방식은 크게 유발효과에 의한 경우와 공명효과에 의한 경우로 나뉘며, 본 명세서의 전자구인기는 양자를 모두 또는 각각 해당될 수 있다. 추가로, 작용기 앞에 추가된 '-'기호는 작용기에 포함된 원자 중 골격탄소와 결합하는 원자를 지칭하는 기호이다.
<1. 본 발명의 화합물: 유기 반도체 물질>
본 명세서는 N형 유기 반도체 물질로서 사용되는, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물을 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 유기 반도체 물질의 수평균 분자량은 약 5,000 내지 50,000인 것이 적절하다. 이하에서는 본 발명의 유기 반도체 물질의 구조를 더욱 상세히 설명한다.
<1.1. 유기 반도체 물질의 작용기>
본 발명의 각 화합물에 있어서, 적어도 X가 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나이거나, Y가 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 바람직하다. 나아가, 제조용이성을 확보하는 동시에 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성 및 극성을 최대화할 수 있다는 관점에서 X 및 Y 모두 -NO2기인 것이 가장 바람직하다.
한편, 상술한 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기는 모두 강한 전자구인기로서, 유발효과 및 공명효과를 통하여 해당 작용기에 전자가 편재된다. 특히, 상술한 각 작용기는 부분양전하와 부분음전하를 모두 포함하며, 그 결과 영구적인 쌍극자 모멘트(permanent dipole moment)를 가진다. 세부적으로는, 각 작용기의 말단에 위치한 헤테로 원자에는 부분음전하가 위치하며, 골격탄소와 결합한 원자에는 부분양전하가 위치한다.
본 발명의 유기 반도체 물질에 포함된 전자구인기(X 및/또는 Y)가 영구적인 쌍극자 모멘트를 가진다는 점으로부터, 본 발명의 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층의 높은 광투과성 및 낮은 광반응성이 도출될 수 있다. 세부적으로, 입사광에 의하여 본 발명의 유기박막층 내에 발생한 엑시톤(exciton)이 큰 쌍극자 모멘트를 가진 작용기에 의하여 트래핑(trapping)된다. 따라서, 엑시톤이 작용기에 의해 퀀칭(quenching)된 결과, 유기박막층에서는 전기에너지가 생성되지 아니하고, 작용기의 진동 등에 의한 열에너지가 생산되는 것으로 판단된다.
그러므로, 상술한 전자구인기 외에도, 충분한 크기의 영구적인 쌍극자 모멘트를 가지는 작용기의 사용이 허용된다. 본 발명의 유기 반도체 물질에 포함된 전자구인기와 유기박막층의 높은 광투과성 및 낮은 광반응성과의 상관관게에 대해서는 후술한다.
한편, 상기 X 또는 Y 중 적어도 하나가 전자구인기를 포함한다는 것을 전제로, X 또는 Y 중 최대 하나의 작용기는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬일 수 있다. X 또는 Y로 지칭되는 탄소사슬의 길이 등은 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성을 훼손하지 않는 한도이면 충분하다.
마찬가지로, 본 발명이 유기 반도체 화합물에 있어서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기인 것이 바람직하다. 그러나, R1 내지 R6의 길이, 결합양상 등은 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성을 훼손하지 않는 한도이면 충분하며, 통상의 기술자에 의하여 자유롭게 선택될 수 있다.
다만, 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성 및 대칭성을 개선할 수 있다는 측면에서 R1 및 R2는 동일한 작용기인 것이 바람직하다. 같은 맥락에서, R3 및 R5, R4 및 R6 또한 동일한 작용기인 것이 바람직하다. 한편, 용매에 대한 용해도 등을 개선하여 제조용이성을 확보할 수 있다는 관점에서, 본 발명의 각 화합물에 있어서, R1 및 R2는 탄소수가 10개 이상인 탄소사슬인 것이 바람직하며, 2-옥틸도데실기인 것이 더욱 바람직하다.
<1.2. 본 발명의 유기 반도체 물질의 합성>
본 발명의 유기 반도체 물질은 두 단량체의 커플링 반응을 통하여 합성될 수 있다. 커플링 반응에 사용되는 각 단량체의 구조식은 이하의 [화학식 1-1], [화학식 1-2]와 같다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
상기 [화학식 1-1] 및 [화학식 1-2]에 포함된 작용기는 상기 <1.1. 유기 반도체 물질의 작용기>에 준한다. 세부적으로, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
[화학식 1-1]의 -SnMe3 작용기 및 [화학식 1-2]의 -Br 작용기는 커플링 반응(Coupling reaction)을 위하여 도입된 작용기로서, 커플링 반응의 종류에 따라 통상의 기술자가 상기 작용기의 종류를 달리할 수 있다. 또한, [화학식 1-1]의 화합물과 [화학식 1-2]의 화합물 사이의 커플링 반응은 Pd, Pt, Ni, Cu 촉매와 같은 금속 촉매 조건하에서 진행될 수 있다.
본 발명의 유기 반도체 물질의 합성에 있어서, sp2 혼성인 탄소-sp2 혼성인 탄소 사이에서 새로운 결합을 형성할 수 있는 커플링 반응이면 충분하다. 상술한 조건을 충족하는 커플링 반응의 예시로서, 스틸(stille) 커플링, 네기시(negishi) 커플링, 스즈키(Suzuki) 커플링, 히야마(Hiyama) 커플링 반응 등을 고려할 수 있다.
<2. 본 발명의 화합물을 포함하는 트랜지스터 소자>
본 명세서는 본 발명의 유기 반도체 물질이 포함된 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다. 상기 유기 반도체 물질에 관한 사항은 상기 <1.1. 유기 반도체 물질의 작용기>에 기재된 사항과 같다.
세부적으로, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터는 기판; 기판 상에 형성된 게이트전극; 게이트전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스전극 및 드레인전극; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서는 기판; 기판 상에 형성된 소스전극 및 드레인전극; 소스전극 및 드레인전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 형성되는 절연층; 및 절연층의 상부에 형성되는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 기판은 유리 등과 같은 무기물뿐만 아니라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol), 리아릴레이트 (polyacrylate), 폴리이미드 (polyimide), COC (Cyclic olefin Copolymer), 폴리보노르보넨 (polynornornene) 등과 같이 가용성(flexible) 플라스틱 기판일 수 있다. 특히, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 및 COC 등과 같이 투명한 플라스틱 기판을 사용함으로써, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 가요성을 확보함과 동시에 광투과성 또한 확보하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 각각 독립 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등의 금속이나, ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조될 수도 있다.
또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 유기박막층의 광투과성을 일정 수준 이상으로 유지하며, 드레인 전류를 최대화할 수 있다는 관점에서, 본 발명의 유기박막층의 두께는 50nm인 것이 가장 바람직하다.
<3. 본 발명의 트랜지스터 소자의 제조방법>
한편, 본 명세서는 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 추가로 개시한다. 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 관한 기재는 상기 <2. 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자>와 같다.
세부적으로, 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법는 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.
한편, 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법은 기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
단, [화학식 1]에서, n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고; R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다. 이하에서는 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 구성하는 각 단계에 관하여 상술한다.
본 발명의 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계는 마스크를 사용하여 진공분위기에서 열증착하는 공정, 스핀코팅 공정, 드랍캐스팅(drop-casting) 공정, 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다. 더하여, 유기박막층을 형성하는 단계는 예컨대, 실온, 50℃, 70℃, 90℃, 110℃의 온도조건에서 수행될 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 각각 독립 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등의 금속이나, ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조될 수도 있다.
또한, 본 발명의 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계 및 게이트전극을 형성하는 단계에 있어서, 게이트전극, 소스전극, 및 드레인전극은 당해 기술분야에 얄려진 통상의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
또한, 소스전극 및 드레인전극의 상부 또는 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계에 있어서, 통상적으로 사용되는 유전율이 큰 절연체의 사용이 허용되며, 기판의 종류를 고려하여 통상의 기술자가 적절하게 선택하는 것이 가능하다.
가령, 본 발명의 절연층의 예시로서, Al2O3, HfO2또는 BZT (Barium Zirconate Titanate) 등과 같은 고분자 물질이나 SiO2, Si3N4 같은 무기물 절연층을 사용할 수 있으며, 또한 폴리이미드 (polyimide), 벤조사이클로부탄(benzocyclobutane, BCB), 파릴렌 (Parylene), 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol), 폴리비닐페놀 (polyvinylphenol), 폴리메틸메타아크릴레이트(Poly(methyl methacrylate)) 등과 같 고분자 물질의 사용을 고려할 수 있다. 더하여, 상술한 바와 같은 무기물 절연층 및 고분자 물질의 혼합물을 절연층으로 사용하거나, 복수개의 절연층 또한 포함될 수 있다.
상기 절연층 또한 진공분위기에서 열증착하는 공정, 스핀코팅 공정, 드랍캐스팅(drop-casting) 공정, 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
{실시예 및 평가}
이하, 첨부한 도면 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명을 통상의 기술자로 하여금 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 돕기 위하여 제시되는 것으로서 실제보다 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
실시예 1: 본 발명의 유기 반도체 물질
도 1은 본 발명의 N형 유기 반도체 물질의 합성방법에 관한 요약도이다. 본 발명의 유기 반도체 물질을 제조하기 위하여, 전구체인 2Sn-ODTPPD(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6-bis-(5-trimethylstannanyl-thiophen-2-yl)-2, 5-dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione, Derthon OPV Co. Ltd. 제조)와 2Br-DNT(2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene, Sigma-Aldrich 제조)를 당량으로 혼합하고, 촉매조건하에서 커플링 반응을 진행하였다. 구체적으로, 촉매로서 Pd2(dba)3 및 P(o-tol)3가 첨가되었다. 반응의 용매는 톨루엔이었다.
전구체, 촉매를 용매에 녹여 균일하게 혼합한 후, 비활성 분위기에서 100℃ 온도조건으로 72시간동안 커플링 반응을 진행하였다. 반응이 종료된 후, 톨루엔을 증발시켜 진한 용액을 얻었다. 상기 진한 용액을 클로로벤젠에 재용해한 후, 탈이온수를 사용하여 촉매를 추출하였다. 클로로벤젠에 용해된 본 발명의 유기 반도체 물질을 여과하고, 메탄올 등의 유기용매로 씻어주었다. 얻어진 여과물을 진공상태의 오븐에서 60℃로 24시간 가열하여 청녹색(靑綠色)의 파우더를 얻을 수 있었다.
평가 1: 본 발명의 유기 반도체 물질의 수율평가
상기 청록색의 파우더의 1H NMR Spectrum 및 13C NMR spectrum을 촬영한 결과는 다음과 같다. 이론적으로 예측되는 목표물질의 chemical shift 값과 실제 측정된 값을 대조하여, 본 발명의 유기 반도체 물질이 올바르게 합성되었음을 확인할 수 있었다. 수율은 65%였다.
도 2는 본 발명의 유기 반도체 물질의 1H-NMR spectrum을 이론값과 비교한 결과를 도시한 것이다. 도 2를 참조하여, 1H-NMR spectrum 상에 나타난 chemical shift 값을 요약하면 다음과 같다. 이하에서, 괄호 내에 표시된 소문자 알파벳은 peak가 관찰된 원자의 위치를 구조식에 도시하기 위한 것이다. 1H NMR spectrum (500 MHz, CDCl3, ppm): δ = 0.88-0.90 (CH3, e), 1.22-1.26 (CH2, d), 2.04 (CH2, c), 2.18 (CH2, b), 7.89 (CH, a).
도 3은 본 발명의 유기 반도체 물질의 13C-NMR spectrum을 이론값과 비교한 것이다. 도 3을 참조하여, 13C NMR Spectrum 상에 나타난 chemical shift 값을 요약하면 다음과 같다. 이하에서, 괄호 내에 표시된 소문자 알파벳은 peak가 관찰된 원자의 위치를 구조식에 도시하기 위한 것이다. 13C NMR Spectrum (500 MHz, CDCl3, ppm): δ = 13.85-31.95 (CH3, h), 50.29 (CH2, g), 114.52 (C, f), 124.77 (CH, e), 140.04-146.73 (C, b-d), 165.83 (C, a)
제조예: 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자
도 4 및 도 5은 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 구조를 간략히 도시한 구조도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자(1)는 기판(10); 상기 기판(10) 상에 형성된 게이트전극(41); 상기 게이트전극(41)과의 사이에 절연층(20)이 위치하도록 형성된 소스전극(42) 및 드레인전극(43); 및 상기 소스전극(42) 및 드레인전극(43)을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 전술한 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층(30)을 포함할 수 있다.
다른 한편으로 도 5를 참조하면, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자(2)는 기판(10); 상기 기판 상에 형성된 소스전극(42) 및 드레인전극(43); 상기 소스전극(42) 및 드레인전극(43)을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 전술한 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층(30); 상기 소스전극(42) 및 드레인전극(43)의 상부에 형성되는 절연층(20); 및 상기 절연층의 상부에 형성되는 게이트전극(41)을 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는, 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 유기 전계효과 트랜지스터 소자(2)를 기준으로 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 대하여 상술하고자 한다.
요약하자면, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법은 기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 상기 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예 1의 유기 반도체 물질을 농도를 달리하여 준비하였다. 유기 반도체 물질의 균일 혼합을 위하여, 60℃ 조건에서 24시간 가령 교반하였다. 마찬가지로, 농도 20mg/mL인 PMMA 용액 (중량평균 분자량: 120 kDa, 다분산성 지수: 2.2, Sigma Aldrich 제조)과 농도 90mg/mL인 PVA 용액 (중량평균 분자량: 89 내지 98 kDa, Sigma Aldrich 제조)를 60℃ 조건에서 24시간 가령 교반하였다.
두께가 0.7 mm인 유리기판의 표면을 아세톤과 알코올 등으로 세정한 후, UV-Ozone 처리하였다. 세정된 유리기판 상에 소스전극(Ag)과 드레인전극(Ag)을 쉐도우마스크를 사용하여 위치시켰다. 소스전극 및 드레인전극의 길이는 각각 70 μm였으며, 너비는 2 mm였고, 두께는 60 nm였다. 기판 상에 위치한 소스전극과 드레인전극은 모두 140℃에서 20분간 가열되었다.
그 후, 유기기판, 소스전극, 및 드레인전극 상에 준비된 유기 반도체 물질을 스핀코팅한 후, 70℃ 온도조건 및 비활성 분위기에서 약 15분간 방치하여 유기박막층을 형성하였다. 또한, 준비된 PMMA 용액과 PVA 용액을 PMMA 용액, PVA 용액 순으로 상기 유기박막층의 상부에 스핀코팅하였다. PMMA층의 두께는 100 nm였으며, PVA층의 두께는 300 nm였다. PVA층의 스핀코팅을 완료한 후, 게이트전극이 형성 전인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 70℃ 온도조건 및 비활성 분위기에서 약 12시간 방치하였다. 그 후, PVA층 상에 게이트전극(Al)을 증착하였다. 게이트전극의 두께는 80nm였다.
제조예 1: 유기박막층의 두께가 20nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자
상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 3 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 20nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.
제조예 2: 유기박막층의 두께가 35nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자
상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 5 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 35nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.
제조예 3: 유기박막층의 두께가 50nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자
상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 7 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 50nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.
제조예 4: 유기박막층의 두께가 75nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자
상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 10 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 75nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.
제조예 5: 유기박막층의 두께가 95nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자
상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 12 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 95nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.
제조예 6: 유기박막층의 두께가 110nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자
상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 15 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 110nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.
비교예: P3HT가 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자
상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 본 발명의 유기 반도체 물질을 대신하여 공지된 P3HT(Poly(3-hexylthiophene))가 포함된 용액을 사용하여, 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 제조하였다.
한편, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법과 관련하여, 소자의 투명성을 개선할 수 있다는 관점에서, 이하와 같은 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 고려할 수 있다. 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법은 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 전술한 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
세부적으로, 게이트전극인 ITO전극(1 mm X 12 mm)을 0.7 mm 두께의 유리기판에 포토리소그래피를 통하여 증착하는 단계가 우선하여 수행된다. 그 후, ITO 전극이 증착된 유기기판을 아세톤 및 알코올로 세척하고, UV-Ozone 처리한다. 다음으로, 상기 유리기판 및 게이트전극의 상부에 절연층인 PMMA층을 적층한다. PMMA용액은 90 mg/mL의 농도로 준비될 수 있으며, 적층을 위하여 스핀코팅 방식이 채용될 수 있다. 또한 PMMA층의 두께는 500 nm일 수 있다. 추가로 100℃ 온도조건에서 30분간의 어닐링이 수반될 수 있다. 어닐링이 완료된 후, 상기 절연층의 상부에 유기박막층을 적층한다. 유기박막의 적층에 사용되는 용액은 3 mg/mL의 농도로 준비될 수 있다. 유기박막층 또한 스핀코팅 방식을 통하여 적층될 수 있다. 유기박막층의 적층이 완료된 후, 유기박막층의 상부에 게이트전극(Ag)을 증착한다. 상기 게이트전극의 두께는 15 nm일 수 있다.
평가 2: 광투과성 평가
전술한 제조예 1 내지 6에 포함된 유기박막층의 광투과성을 평가하기 위하여, UV-vis-NIR spectrometer(Lambda 750, PerkinElmer 제)를 사용하였다. 측정결과를 요약하면 하기 표 1과 같다.
| 파라미터 | 유기박막층 | |||||
| 제조예1 | 제조예2 | 제조예3 | 제조예4 | 제조예5 | 제조예6 | |
| 광투과율(520nm, %) | 95.14 | 93.93 | 90.73 | 88.81 | 86.84 | 84.24 |
| 광투과율(780nm, %) | 86.21 | 77.50 | 60.95 | 55.36 | 48.36 | 42.02 |
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 유기박막층은 그 두께가 20 nm일 때, 가시광선 영역(520 nm)에서 투과율이 95 %를 상회하고, 근적외선 영역(780 nm)에서 투과율이 85 %를 상회하는 것을 확인할 수 있다. 더하여, 본 발명의 유기박막층은 그 두께가 110 nm인 경우(제조예 6)에도 가시광선 영역의 광을 대부분 투과(약 85 %)시키므로, 두께에 비교적 자유롭게 육안관찰시의 투명성을 확보할 수 있다. 한편, 본 발명의 유기박막층은 그 두께가 75 nm인 경우(제조예 3)에는 가시광선 영역의 광을 90 % 이상 투과시킬뿐만 아니라, 근적외선 영역의 광 또한 60 % 이상 투과시키는 것을 확인할 수 있다. 환언하자면, 본 발명의 유기 반도체 물질을 포함하는 유기박막층은 가시광선 또는 근적외선 영역에 속하는 광에 의하여 쉽게 여기되지 아니하여, 광흡수가 제한되는 것으로 판단된다.
평가 3: 광원의 유무에 따른 광반응성 평가
도 6는 본 발명의 일 실시예와 비교예의 광반응성을 비교한 결과를 도시한 것이다. 도 6의 x축은 각 제조예의 유기박막층의 두께를 표시한 것이다. 도 6의 y축은 각 제조예의 유기박막층의 광반응성(Photoresponsivity, RC (단위: mA/W))을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 두께가 각각 20 nm(제조예 1), 35 nm(제조예 2), 50 nm(제조예 3), 75 nm(제조예 4), 95 nm(제조예 5), 110 nm(제조예 6)일 때의 광반응성은 모두 0에 수렴하는 것으로 나타났다. 반면에, 비교예에 해당하는 P3HT가 포함된 유기박막층의 경우, 유기박막층의 두께가 증가할수록 광반응성 또한 증가하는 것으로 나타났다.
상술한 관찰사항은, 본 발명의 유기 반도체 물질을 포함하는 유기박막층이 종래의 유기박막층과는 달리 외부의 광원에 의하여 추가적으로 여기되지 않는 다는 것을 의미한다. 또한, 그 결과, 외부의 광원에 의하여 드레인전류의 변화가 무시할 정도였다.
외부의 광원 및 유기박막층의 두께 변화에 따른 구체적인 측정 데이터는 이하의 표 2와 같다. 파장이 520 nm인 광원 및 파장이 780 nm인 광원의 강도는 0.27 mW/cm2였으며, 백색광(LED)의 강도는 69.6 mW/cm2였다. 광원의 강도는 실리콘 포토다이오드 (818-UV, Newport 제)를 사용하여 측정하였다.
| 파라미터 | λ (nm) | 유기박막층 | |||||
| 제조예1 | 제조예2 | 제조예3 | 제조예4 | 제조예5 | 제조예6 | ||
| ID,MAX (nA) |
520 nm | 187 | 205 | 212 | 269 | 253 | 221 |
| 780 nm | 192 | 212 | 223 | 279 | 262 | 234 | |
| 백색광 | 194 | 214 | 225 | 285 | 271 | 244 | |
| Rc (mA/W) |
520 nm | 0.39 | 0.32 | 0.31 | 0.73 | 0.31 | 0.28 |
| 780 nm | 1.94 | 2.23 | 2.02 | 1.45 | 2.23 | 1.2 | |
| 백색광 | 0.6 | 0.02 | 0.21 | 0.29 | 0.02 | 0.18 | |
| ID,OFF (pA) |
520 nm | 12.01 | 9.42 | 0.48 | 1.35 | 3.68 | 21.15 |
| 780 nm | 31.29 | 24.51 | 1.59 | 8.54 | 27.07 | 12.38 | |
| 백색광 | 42.43 | 2.43 | 0.97 | 18.15 | 23.87 | 1.24 | |
| RON/OFF (104) |
520 nm | 1.56 | 2.17 | 44.17 | 19.93 | 6.88 | 1.04 |
| 780 nm | 6.14 | 0.86 | 14.03 | 3.27 | 0.27 | 1.89 | |
| 백색광 | 4.57 | 8.81 | 23.2 | 1.57 | 1.14 | 19.68 | |
상기 표에서 ID,MAX는 최대 드레인 전류값을 의미하며, RC는 전술한 바와 같이 광반응성을 의미한다. 또한, ID,OFF는 누설전류값(Off current)을 의미하고, RON/OFF는 점멸비(ON/OFF ratio)를 의미한다. 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 출력 및 전달(transfer)곡선은 반도체 파라미터 분석기 (2636B, Keithley 제)를 사용하여 측정되었다.
상술한 내용을 종합하자면, 유기박막층의 두께가 50nm인 제조예 3의 경우, 가시광선 및 근적외선 영역의 넓은 파장대역에서 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 유지할 수 있다. 더하여, 현저히 향상된 점멸비 또한 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
1, 2: 유기 전계효과 트랜지스터 소자
10: 기판
20: 절연층
30: 유기박막층
41: 게이트전극
42: 소스전극
43: 드레인전극
10: 기판
20: 절연층
30: 유기박막층
41: 게이트전극
42: 소스전극
43: 드레인전극
Claims (16)
- N형 유기 반도체 물질로서 사용되는, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물:
[화학식 1]
(단, 상기 [화학식 1]에서,
n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고;
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기이고;
X 및 Y는, 각각 -NO2기인 것을 특징으로 한다.)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-옥틸도데실기인 것을 특징으로 하는 화합물.
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 게이트전극;
상기 게이트전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스전극 및 드레인전극; 및
상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자:
[화학식 1]
(단, 상기 [화학식 1]에서,
n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고;
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기이고;
X 및 Y는, 각각 -NO2기인 것을 특징으로 한다.)
- 제7항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-옥틸도데실기인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 소스전극 및 드레인전극;
상기 소스전극 및 드레인전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층;
상기 소스전극 및 드레인전극의 상부에 형성되는 절연층; 및
상기 절연층의 상부에 형성되는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자:
[화학식 1]
(단, 상기 [화학식 1]에서,
n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고;
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기이고;
X 및 Y는, 각각 -NO2기인 것을 특징으로 한다.)
- 제11항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-옥틸도데실기인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
- 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
- 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계;
상기 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및
상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법:
[화학식 1]
(단, 상기 [화학식 1]에서,
n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고;
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기이고;
X 및 Y는, 각각 -NO2기인 것을 특징으로 한다.)
- 기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계;
상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계;
상기 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법:
[화학식 1]
(단, 상기 [화학식 1]에서,
n은, 5 이상 50 이하의 자연수이고;
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기이고;
X 및 Y는, 각각 -NO2기인 것을 특징으로 한다.)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180155586A KR102170465B1 (ko) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 유기 전계효과 트랜지스터 소자 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180155586A KR102170465B1 (ko) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 유기 전계효과 트랜지스터 소자 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200068516A KR20200068516A (ko) | 2020-06-15 |
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|---|---|---|---|
| KR1020180155586A KR102170465B1 (ko) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 유기 전계효과 트랜지스터 소자 및 그 제조방법 |
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| Country | Link |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101069519B1 (ko) | 2004-07-08 | 2011-09-30 | 삼성전자주식회사 | 올리고티오펜과 ｎ-형 방향족 화합물을 주쇄에 교호로 포함하는 유기 반도체 고분자 |
| US9978943B2 (en) * | 2011-12-07 | 2018-05-22 | Basf Se | Organic field effect transistor |
-
2018
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