KR102205569B1 - Electrically stable organic electrolyte-gated transistors and their fabrication method - Google Patents

Electrically stable organic electrolyte-gated transistors and their fabrication method Download PDF

Info

Publication number
KR102205569B1
KR102205569B1 KR1020190041220A KR20190041220A KR102205569B1 KR 102205569 B1 KR102205569 B1 KR 102205569B1 KR 1020190041220 A KR1020190041220 A KR 1020190041220A KR 20190041220 A KR20190041220 A KR 20190041220A KR 102205569 B1 KR102205569 B1 KR 102205569B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer semiconductor
delete delete
dielectric layer
ionic liquid
poly
Prior art date
Application number
KR1020190041220A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200118986A (en
Inventor
김선주
나예나
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020190041220A priority Critical patent/KR102205569B1/en
Publication of KR20200118986A publication Critical patent/KR20200118986A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102205569B1 publication Critical patent/KR102205569B1/en

Links

Images

Classifications

    • H01L51/0003
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/12Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/16Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3442Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having two nitrogen atoms in the ring
    • C08K5/3445Five-membered rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/16Homopolymers or copolymers or vinylidene fluoride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/20Homopolymers or copolymers of hexafluoropropene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • C08L33/10Homopolymers or copolymers of methacrylic acid esters
    • C08L33/12Homopolymers or copolymers of methyl methacrylate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/122Ionic conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01L51/0036
    • H01L51/0541
    • H01L51/10
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having a potential-jump barrier or a surface barrier
    • H10K10/40Organic transistors
    • H10K10/46Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/464Lateral top-gate IGFETs comprising only a single gate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having a potential-jump barrier or a surface barrier
    • H10K10/80Constructional details
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene

Abstract

본 발명은 유기 트랜지스터 및 이의 제조 공정에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 이온성 액체를 포함하는 고분자 반도체 층을 포함한 유기 트랜지스터 및 이의 제조 공정에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and a manufacturing process thereof, and more particularly, to an organic transistor including a polymer semiconductor layer including an ionic liquid, and a manufacturing process thereof.

Description

전기적으로 안정한 이온성 전해질 기반 유기 트랜지스터 및 이의 제조 공정{ELECTRICALLY STABLE ORGANIC ELECTROLYTE-GATED TRANSISTORS AND THEIR FABRICATION METHOD}Electrically stable ionic electrolyte-based organic transistor and its manufacturing process {ELECTRICALLY STABLE ORGANIC ELECTROLYTE-GATED TRANSISTORS AND THEIR FABRICATION METHOD}

본 발명은 유기 트랜지스터 및 이의 제조 공정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기적으로 안정한 이온성 전해질 기반 유기 트랜지스터 및 이의 제조 공정에 관한 것이다.The present invention relates to an organic transistor and a manufacturing process thereof, and more particularly, to an electrically stable ionic electrolyte-based organic transistor and a manufacturing process thereof.

이온성 액체(Ioinc liquids, ILs)는 양이온과 음이온만으로 이루어진 100℃ 이하의 녹는점을 가지는 물질을 말한다. 이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온은 일반적으로 크기가 크고 비대칭인 경우가 많아 낮은 휘발성, 열적 안정성, 높은 이온전도성, 높은 전기화학적 안정성 등의 특성으로 많은 산업분야에서 이용된다.Ioinc liquids (ILs) are substances that have a melting point of 100℃ or less consisting of only cations and anions. Cations and anions constituting ionic liquids are generally large in size and often asymmetric, and are used in many industrial fields due to their characteristics such as low volatility, thermal stability, high ionic conductivity, and high electrochemical stability.

특히, 높은 전기용량 및 이온전도도를 가지고 있어 트랜지스터, 액추에이터, 이차전지, 전해질 커패시터, 염료감응 태양전지 등의 다양한 전기화학 소자들에 적용되고 있다. In particular, it has high electric capacity and ionic conductivity, so it is applied to various electrochemical devices such as transistors, actuators, secondary batteries, electrolytic capacitors, and dye-sensitized solar cells.

그러나 이온성 액체를 직접 소자에 적용할 때는, 액체의 특성으로 인하여 누액의 위험이 뒤따른다. 이러한 한계를 극복하기 위해 이온성 액체에 3차원의 그물망 구조를 형성하는 고분자를 첨가하여, 상기의 우수한 특징들을 보유한 고체 상태의 이온젤이라 불리는 고분자 전해질을 제조할 수 있다. 대표적인 이온젤 물질로는 P(VDF-HFP)/[EMIM][TFSI]의 조합이 있으며, 이온젤은 이온성 액체의 우수한 전기적 특성과 고분자의 기계적 특성을 유지하면서 높은 열적, 화학적, 전기화학적 안정성을 보여준다. However, when the ionic liquid is directly applied to the device, there is a risk of leakage due to the characteristics of the liquid. In order to overcome these limitations, a polymer electrolyte forming a three-dimensional network structure may be added to the ionic liquid to prepare a polymer electrolyte called an ionic gel in a solid state having the above excellent characteristics. Representative ionic gel materials include a combination of P(VDF-HFP)/[EMIM][TFSI]. Ion gels maintain high thermal, chemical, and electrochemical stability while maintaining excellent electrical properties of ionic liquids and mechanical properties of polymers. Shows.

종래의 이온성 전해질 기반의 유기 트랜지스터는 유기 트랜지스터에 전계를 형성해주면 전해질 층 양쪽 계면에 각각 양이온과 음이온이 배향된다. 이 과정에서 양이온 또는 음이온이 고분자 반도체 층으로 침투하는 반응이 필연적으로 발생하며, 이러한 이온 침투 반응은 반도체를 지속적으로 도핑 시킨다. 상기 이온 침투 반응에 따라 전기화학적 도핑된 소자는 소자를 반복적으로 작동하였을 때, 안정적인 전류 레벨을 유지하기가 어렵고 소자의 수명을 오래 지속시킬 수 없는 치명적인 한계점을 지닌다.In a conventional ionic electrolyte-based organic transistor, when an electric field is formed in the organic transistor, cations and anions are oriented at both interfaces of the electrolyte layer, respectively. In this process, a reaction in which cations or anions penetrate into the polymer semiconductor layer inevitably occurs, and this ion penetration reaction continuously dope the semiconductor. The electrochemically doped device according to the ion permeation reaction has a fatal limitation in that it is difficult to maintain a stable current level when the device is repeatedly operated and the life of the device cannot be sustained for a long time.

또한, 종래의 이온성 전해질 기반의 유기 트랜지스터는 높은 전기용량을 보유한 이온성 전해질을 게이트 유전체로 활용하여 고분자 반도체에 높은 전하 밀도를 유도하는 시스템으로, 이온성 정해질 층으로부터 반도체 활성층으로의 지속적인 이온 침투 반응으로 인해, 전진 구동에서의 드레인 전류보다 후진 구동에서의 드레인 전류가 높아 히스테리시스(Hysterisis)가 크게 나타난다. 이에 따라 소자를 약 150번 반복 구동하였을 때, 트랜지스터의 이동도가 약 70%까지 감소하는 한계를 보인다.In addition, the conventional ionic electrolyte based organic transistor is a system that induces high charge density in a polymer semiconductor by using an ionic electrolyte with a high capacitance as a gate dielectric. Continuous ions from the ionic electrolyte layer to the semiconductor active layer Due to the infiltration reaction, the drain current in the reverse driving is higher than the drain current in the forward driving, resulting in a greater hysteresis. Accordingly, when the device is repeatedly driven about 150 times, the mobility of the transistor is reduced to about 70%.

본 발명은 상기 문제점 및 한계점을 극복하기 위해 전기적으로 안정한 이온성 전해질 기반 유기 트랜지스터 제조 공정을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an electrically stable ionic electrolyte-based organic transistor manufacturing process in order to overcome the above problems and limitations.

또한, 본 발명은 전기적으로 안정한 이온성 전해질 기반 유기 트랜지스터를 제공하는데 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an electrically stable ionic electrolyte-based organic transistor.

본 발명의 일 목적을 위한 유기 트랜지스터의 제조 공정은 소스, 드레인 전극이 증착된 기판을 준비하는 단계; 이온성 액체 용액 및 고분자 반도체 용액을 준비하는 단계; 상기 이온성 액체 용액과 고분자 반도체 용액을 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물을 기판 상에 코팅하여 고분자 반도체 층을 형성하는 단계; 상기 고분자 반도체 층 상에 유전층을 형성하는 단계; 및 상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.The manufacturing process of an organic transistor for an object of the present invention comprises: preparing a substrate on which source and drain electrodes are deposited; Preparing an ionic liquid solution and a polymer semiconductor solution; Mixing the ionic liquid solution and the polymer semiconductor solution; Coating the mixed mixture on a substrate to form a polymer semiconductor layer; Forming a dielectric layer on the polymer semiconductor layer; And forming a gate electrode on the dielectric layer.

일 실시예에서 상기 이온성 액체 용액은 이온성 액체와 유기용매가 혼합된 용액이다.In one embodiment, the ionic liquid solution is a solution in which an ionic liquid and an organic solvent are mixed.

일 실시예에서 상기 이온성 액체는 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride를 포함할 수 있다.In one embodiment, the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride.

일 실시예에서 상기 유기용매는 아세톤(acetone), 클로로포름(chloroform), 에탄올(ethanol), 다이클로로메탄(dichloromethane) 을 포함할 수 있다.In one embodiment, the organic solvent may include acetone, chloroform, ethanol, and dichloromethane.

일 실시예에서 상기 고분자 반도체 용액은 고분자 반도체와 유기용매가 혼합된 용액이다.In one embodiment, the polymer semiconductor solution is a solution in which a polymer semiconductor and an organic solvent are mixed.

일 실시예에서 상기 고분자 반도체는 poly(hexyl-thiophene)(P3HT), poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5,5'-diyl](PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT), poly(naphthalenetetracarboxylic diimide)(PNDI)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the polymer semiconductor is poly(hexyl-thiophene) (P3HT), poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[ bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5,5'-diyl](PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT), poly(naphthalenetetracarboxylic) diimide) (PNDI).

일 실시예에서 상기 유기용매는 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene) 및 다이클로로벤젠(dichlorobenzene)을 포함할 수 있다.In an embodiment, the organic solvent may include chloroform, toluene, chlorobenzene, and dichlorobenzene.

일 실시예에서 상기 유전층은 이온젤일 수 있고, 상기 이온젤은 이온성 액체와 매트릭스 고분자의 혼합물이다.In one embodiment, the dielectric layer may be an ionic gel, and the ionic gel is a mixture of an ionic liquid and a matrix polymer.

일 실시예에서 상기 유전층은 액체 전해질일 수 있다.In one embodiment, the dielectric layer may be a liquid electrolyte.

일 실시예에서 상기 이온성 액체는 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride를 포함할 수 있다.In one embodiment, the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride.

일 실시예에서 상기 고분자 매트릭스는 P(VDF-HFP)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PVDF(poly(vinylidene fluoride)), PMMA(poly(methyl methacrylate)), PS(polystyrene)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the polymer matrix includes P (VDF-HFP) (poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PVDF (poly (vinylidene fluoride)), PMMA (poly (methyl methacrylate)), PS (polystyrene) can do.

일 실시예에서 상기 액체 전해질은 이온성 액체 또는 이온 용액을 포함할 수 있다.In one embodiment, the liquid electrolyte may include an ionic liquid or an ionic solution.

일 실시예에서 상기 유전층은 스핀코팅, 바코팅, 스프레이코팅, 드랍캐스팅, 딥코팅 및 프린팅을 포함하는 방법으로 코팅될 수 있다.In one embodiment, the dielectric layer may be coated by a method including spin coating, bar coating, spray coating, drop casting, dip coating, and printing.

본 발명의 다른 목적을 위한 유기 트랜지스터는 소스와 드레인 전극이 증착된 기판; 상기 기판 상에 형성된 고분자 반도체 층; 상기 고분자 반도체 층 상에 형성된 유전층; 및 상기 유전층 상에 게이트 전극이 형성되고, 상기 고분자 반도체 층은 고분자 반도체 및 이온성 액체의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.An organic transistor for another object of the present invention includes a substrate on which source and drain electrodes are deposited; A polymer semiconductor layer formed on the substrate; A dielectric layer formed on the polymer semiconductor layer; And a gate electrode formed on the dielectric layer, and the polymer semiconductor layer is made of a mixture of a polymer semiconductor and an ionic liquid.

일 실시예에서 상기 고분자 반도체는 poly(hexyl-thiophene)(P3HT), poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5,5'-diyl](PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT), poly(naphthalenetetracarboxylic diimide)(PNDI)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the polymer semiconductor is poly(hexyl-thiophene) (P3HT), poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[ bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5,5'-diyl](PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT), poly(naphthalenetetracarboxylic) diimide) (PNDI).

일 실시예에서 상기 유전층은 이온젤일 수 있고, 상기 이온젤은 이온성 액체와 매트릭스 고분자의 혼합물이다.In one embodiment, the dielectric layer may be an ionic gel, and the ionic gel is a mixture of an ionic liquid and a matrix polymer.

일 실시예에서 상기 유전층은 액체 전해질일 수 있다.In one embodiment, the dielectric layer may be a liquid electrolyte.

일 실시예에서 상기 이온성 액체는 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride를 포함할 수 있다.In one embodiment, the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride.

일 실시예에서 상기 고분자 매트릭스는 P(VDF-HFP)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PVDF(poly(vinylidene fluoride)), PMMA(poly(methyl methacrylate)), PS(polystyrene)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the polymer matrix includes P (VDF-HFP) (poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PVDF (poly (vinylidene fluoride)), PMMA (poly (methyl methacrylate)), PS (polystyrene) can do.

일 실시예에서 상기 액체 전해질은 이온성 액체 또는 이온 용액을 포함할 수 있다.In one embodiment, the liquid electrolyte may include an ionic liquid or an ionic solution.

본 발명의 전기적으로 안정한 이온성 전해질 기반 유기 트랜지스터는 고분자 반도체와 이온성 액체를 혼합하여 고분자 반도체 층을 형성함으로써 고분자 반도체 층이 중성의 전하 상태를 유지할 수 있고, 상기 중성의 전하 상태로 인해 유전층으로부터의 이온 침투 반응에 대한 저항력을 가지게 되어 탁월한 전기적 안정성 향상을 기대할 수 있다.The electrically stable ionic electrolyte-based organic transistor of the present invention forms a polymer semiconductor layer by mixing a polymer semiconductor and an ionic liquid, so that the polymer semiconductor layer can maintain a neutral charge state, and from the dielectric layer due to the neutral charge state As it has resistance to the ion penetration reaction of, excellent electrical stability can be expected.

또한 상기 유기 트랜지스터는 다양한 단분자 및 고분자 반도체 소재와 결합되어 지속적인 적용 가능성을 보일 수 있다.In addition, the organic transistor may be combined with various monomolecular and polymeric semiconductor materials to show the possibility of continuous application.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터 제조 공정의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 구조를 도식화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터의 제조 공정을 도식화한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 고분자 반도체 층을 확대하여 도식화한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터의 드레인 전류-게이트 전압 특성 그래프를 나타낸 도면이다.
1 is a flowchart of an organic transistor manufacturing process according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a structure of an organic transistor manufactured according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a manufacturing process of an organic transistor according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged schematic diagram of a polymer semiconductor layer of an organic transistor manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a drain current-gate voltage characteristic graph of an organic transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it is to be understood as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the existence of features, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터 제조 공정은, 소스, 드레인 전극이 증착된 기판을 준비하는 단계; 이온성 액체 용액 및 고분자 반도체 용액을 준비하는 단계; 상기 이온성 액체 용액과 고분자 반도체 용액을 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물을 기판 상에 코팅하여 고분자 반도체 층을 형성하는 단계; 상기 고분자 반도체 층 상에 유전층을 형성하는 단계; 및 상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.An organic transistor manufacturing process according to an embodiment of the present invention includes: preparing a substrate on which source and drain electrodes are deposited; Preparing an ionic liquid solution and a polymer semiconductor solution; Mixing the ionic liquid solution and the polymer semiconductor solution; Coating the mixed mixture on a substrate to form a polymer semiconductor layer; Forming a dielectric layer on the polymer semiconductor layer; And forming a gate electrode on the dielectric layer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터의 제조 공정의 순서도를 도시한다.1 is a flowchart of a manufacturing process of an organic transistor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 따르면, 소스, 드레인 전극이 증착된 기판을 준비하는 단계(S100), 이온성 액체 용액 및 고분자 반도체 용액을 준비하는 단계(S200), 상기 이온성 액체 용액과 고분자 반도체 용액을 혼합하는 단계(S300), 상기 혼합된 혼합물을 기판 상에 코팅하여 고분자 반도체 층을 형성하는 단계(S400), 상기 고분자 반도체 층 상에 유전층을 형성하는 단계(S500), 및 상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계(S600)를 포함한다.According to FIG. 1, preparing a substrate on which source and drain electrodes are deposited (S100), preparing an ionic liquid solution and a polymer semiconductor solution (S200), mixing the ionic liquid solution and the polymer semiconductor solution (S300), forming a polymer semiconductor layer by coating the mixed mixture on a substrate (S400), forming a dielectric layer on the polymer semiconductor layer (S500), and forming a gate electrode on the dielectric layer It includes step S600.

S 100 단계에서는 소스, 드레인 전극이 증착된 기판을 준비한다. 상기 소스, 드레인 전극은 티타늄(Ti) 또는 금(Au)을 포함할 수 있다. In step S100, a substrate on which source and drain electrodes are deposited is prepared. The source and drain electrodes may include titanium (Ti) or gold (Au).

상기 소스, 드레인 전극이 티타늄인 경우에, 상기 티타늄의 두께는 3nm가 바람직하다. 상기 소스, 드레인 전극이 금인 경우에, 상기 금의 두께는 37nm가 바람직하다.When the source and drain electrodes are titanium, the thickness of the titanium is preferably 3 nm. When the source and drain electrodes are gold, the thickness of the gold is preferably 37 nm.

S 200 단계에서는 이온성 액체 용액 및 고분자 반도체 용액을 준비한다. 상기 이온성 액체 용액은 이온성 액체와 유기용매의 혼합물일 수 있다. 상기 이온성 액체는 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride를 포함할 수 있다, 상기 유기용매는 아세톤(acetone), 클로로포름(chloroform), 에탄올(ethanol), 다이클로로메탄(dichloromethane)을 포함할 수 있다. 상기 이온성 액체와 유기용매는 부피비 1:5 내지 1:100 으로 녹이는 것을 특징으로 하며, 상기 이온성 액체는 용매에 일정량 녹이고 난 후, 공정 첨가제로 활용될 수 있다.In step S 200, an ionic liquid solution and a polymer semiconductor solution are prepared. The ionic liquid solution may be a mixture of an ionic liquid and an organic solvent. The ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride. The organic solvent is acetone, chloroform, ethanol ( ethanol) and dichloromethane. The ionic liquid and the organic solvent are dissolved in a volume ratio of 1:5 to 1:100, and the ionic liquid may be used as a process additive after dissolving in a certain amount in a solvent.

상기 고분자 반도체 용액은 고분자 반도체와 유기용매의 혼합물일 수 있다. 상기 고분자 반도체는 poly(hexyl-thiophene)(P3HT), poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5,5'-diyl](PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT), poly(naphthalenetetracarboxylic diimide)(PNDI)를 포함할 수 있다. 상기 유기용매는 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene) 및 다이클로로벤젠(dichlorobenzene)을 포함할 수 있다. 상기 고분자 반도체와 유기용매는 2 mg/ml 내지 50 mg/ml의 농도로 녹이는 것을 특징으로 한다.The polymer semiconductor solution may be a mixture of a polymer semiconductor and an organic solvent. The polymer semiconductor is poly(hexyl-thiophene)(P3HT), poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[bis(3- dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5,5'-diyl](PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT), poly(naphthalenetetracarboxylic diimide)(PNDI ) Can be included. The organic solvent may include chloroform, toluene, chlorobenzene, and dichlorobenzene. The polymeric semiconductor and the organic solvent are characterized by dissolving at a concentration of 2 mg/ml to 50 mg/ml.

S 300 단계에서는 상기에서 제조된 이온성 액체 용액과 고분자 반도체 용액을 혼합한다. 상기 이온성 액체 용액을 고분자 반도체 용액의 부피 대비 0% 내지 90% 의 비율로 혼합하여 혼합액을 제조하는 것을 특징으로 한다.In step S300, the ionic liquid solution prepared above and the polymer semiconductor solution are mixed. It is characterized in that the mixture is prepared by mixing the ionic liquid solution in a ratio of 0% to 90% based on the volume of the polymer semiconductor solution.

S 400 단계에서는 상기 혼합액을 기판 상에 코팅하여 고분자 반도체 층을 형성한다. In step S400, the mixture is coated on a substrate to form a polymer semiconductor layer.

S 500 단계에서는 상기 고분자 반도체 층 상에 유전층을 형성한다. 상기 유전층은 이온젤일 수 있으며, 상기 이온젤은 이온성 액체와 매트릭스 고분자의 혼합물일 수 있다. 상기 이온성 액체는 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride를 포함할 수 있다, 상기 고분자 매트리스는 P(VDF-HFP)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PVDF(poly(vinylidene fluoride)), PMMA(poly(methyl methacrylate)), PS(polystyrene)을 포함할 수 있다. 상기 고분자 매트릭스와 이온성 액체와 유기용매를 질량비 1:4:7로 혼합하고, 60℃ 내지 100℃의 온도에서 약 2시간 이상 교반하여 이온젤을 제조한다. 상기 유기용매는 아세톤(acetone), 부틸 아세테이트(butyl acetate)를 포함할 수 있다 상기 제조된 이온젤은 상기 고분자 반도체 층 상에 코팅된다. 상기 이온젤은 스핀코팅, 바코팅, 스프레이코팅, 드랍캐스팅, 딥코팅 및 프린팅을 포함하는 방법으로 코팅될 수 있다.In step S500, a dielectric layer is formed on the polymer semiconductor layer. The dielectric layer may be an ionic gel, and the ionic gel may be a mixture of an ionic liquid and a matrix polymer. The ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride. The polymer mattress is P (VDF-HFP) (poly(vinylidene fluoride- co-hexafluoropropylene)), PVDF (poly(vinylidene fluoride)), PMMA (poly(methyl methacrylate)), PS (polystyrene). The polymer matrix, the ionic liquid, and the organic solvent are mixed at a mass ratio of 1:4:7, and stirred at a temperature of 60°C to 100°C for about 2 hours or more to prepare an ionic gel. The organic solvent may include acetone and butyl acetate. The prepared ionic gel is coated on the polymer semiconductor layer. The ionic gel may be coated by a method including spin coating, bar coating, spray coating, drop casting, dip coating, and printing.

상기 유전층은 액체 전해질일 수 있다. 상기 액체 전해질은 이온성 액체 또는 이온 용액을 포함할 수 있다. 상기 액체 전해질은 상기 고분자 반도체 층 상에 코팅된다. 상기 액체 전해질은 드랍캐스팅, 스프레이코팅, 딥코팅을 포함하는 방법으로 코팅될 수 있다.The dielectric layer may be a liquid electrolyte. The liquid electrolyte may include an ionic liquid or an ionic solution. The liquid electrolyte is coated on the polymer semiconductor layer. The liquid electrolyte may be coated by a method including drop casting, spray coating, and dip coating.

S 600 단계에서는 상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성한다. 상기 게이트 전극은 전도성 고분자, 금속 전극 및 금속 나노 구조체를 포함할 수 있다. 상기 전도성 고분자는 PEDOT:PSS를 포함할 수 있다.In step S600, a gate electrode is formed on the dielectric layer. The gate electrode may include a conductive polymer, a metal electrode, and a metal nanostructure. The conductive polymer may include PEDOT:PSS.

본 발명의 다른 목적을 위한 유기 트랜지스터는 소스와 드레인 전극이 증착된 기판; 상기 기판 상에 형성된 고분자 반도체 층; 상기 고분자 반도체 층 상에 형성된 유전층; 및 상기 유전층 상에 게이트 전극이 형성되고, 상기 고분자 반도체 층은 고분자 반도체 및 이온성 액체의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.An organic transistor for another object of the present invention includes a substrate on which source and drain electrodes are deposited; A polymer semiconductor layer formed on the substrate; A dielectric layer formed on the polymer semiconductor layer; And a gate electrode formed on the dielectric layer, and the polymer semiconductor layer is made of a mixture of a polymer semiconductor and an ionic liquid.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 구조를 도식화한 도면을 도시한다.2 is a diagram illustrating a structure of an organic transistor manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 2에 따르면, 소스와 드레인 전극이 증착된 기판[10], 상기 기판 상에 형성된 고분자 반도체 층[20], 상기 고분자 반도체 층 상에 형성된 유전층[30] 및 상기 유전층 상에 게이트 전극[40]이 형성되고, 상기 고분자 반도체 층은 고분자 반도체 및 이온성 액체의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2, a substrate [10] on which source and drain electrodes are deposited, a polymer semiconductor layer [20] formed on the substrate, a dielectric layer [30] formed on the polymer semiconductor layer, and a gate electrode [40] on the dielectric layer. Is formed, and the polymer semiconductor layer is characterized in that it is made of a mixture of a polymer semiconductor and an ionic liquid.

소스, 드레인 전극이 증착된 기판[10]의 소스, 드레인 전극은 티타늄(Ti) 또는 금(Au)을 포함할 수 있다. 상기 소스, 드레인 전극이 티타늄인 경우에, 상기 티타늄의 두께는 3nm가 바람직하다. 상기 소스, 드레인 전극이 금인 경우에, 상기 금의 두께는 37nm가 바람직하다.The source and drain electrodes of the substrate 10 on which the source and drain electrodes are deposited may include titanium (Ti) or gold (Au). When the source and drain electrodes are titanium, the thickness of the titanium is preferably 3 nm. When the source and drain electrodes are gold, the thickness of the gold is preferably 37 nm.

상기 기판 상에 형성된 고분자 반도체 층[20]은 고분자 반도체와 이온성 액체의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 이온성 액체는 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride를 포함할 수 있다, 상기 고분자 반도체는 poly(hexyl-thiophene)(P3HT), poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5,5'-diyl](PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT), poly(naphthalenetetracarboxylic diimide)(PNDI)를 포함할 수 있다.The polymer semiconductor layer [20] formed on the substrate is characterized in that it is made of a mixture of a polymer semiconductor and an ionic liquid. The ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride. The polymer semiconductor is poly(hexyl-thiophene) (P3HT), poly[ 2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene](PBTTT), poly[bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2'-dithiophene -5, 5'-diyl] (PQT-12), poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT), and poly(naphthalenetetracarboxylic diimide) (PNDI).

상기 고분자 반도체 층 상에 형성된 유전층[30]은 이온젤일 수 있으며, 상기 이온젤은 이온성 액체와 매트릭스 고분자의 혼합물일 수 있다. 상기 이온성 액체는 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride를 포함할 수 있다, 상기 고분자 매트리스는 P(VDF-HFP)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), PVDF(poly(vinylidene fluoride)), PMMA(poly(methyl methacrylate)), PS(polystyrene)을 포함할 수 있다.The dielectric layer 30 formed on the polymer semiconductor layer may be an ionic gel, and the ionic gel may be a mixture of an ionic liquid and a matrix polymer. The ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride. The polymer mattress is P (VDF-HFP) (poly(vinylidene fluoride- co-hexafluoropropylene)), PVDF (poly(vinylidene fluoride)), PMMA (poly(methyl methacrylate)), PS (polystyrene).

상기 유전층[30]은 액체 전체질일 수 있다. 상기 액체 전해질은 이온성 액체 또는 이온 용액을 포함할 수 있다.The dielectric layer [30] may be of an entire liquid quality. The liquid electrolyte may include an ionic liquid or an ionic solution.

상기 유전층 상에 형성된 게이트 전극[40]은 전도성 고분자, 금속 전극 및 금속 나노 구조체를 포함할 수 있다. 상기 전도성 고분자는 PEDOT:PSS를 포함할 수 있다.The gate electrode 40 formed on the dielectric layer may include a conductive polymer, a metal electrode, and a metal nanostructure. The conductive polymer may include PEDOT:PSS.

실시예Example

유기 트랜지스터 제조Organic transistor manufacturing

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터 제조 공정을 도식화한 도면을 도시한다.3 is a diagram illustrating a process of manufacturing an organic transistor according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따르면, 소스, 드레인 전극이 증착된 기판을 준비한다. 상기 소스, 드레인 전극은 금을 이용한다. 아세톤 유기용매에 이온성 액체를 부피비 10:1로 용해시켜 이온성 액체 용액을 제조한다. 클로로포름 유기용매에 고분자 반도체 P3HT를 10 mg/mL 의 농도로 용해시켜 고분자 반도체 용액을 제조한다. 상기 이온성 액체 용액를 고분자 반도체 용액의 부피 대비 5%의 비율로 첨가하여 혼합액을 제조한다. 상기 혼합액 이용하여 상기 소스, 드레인 전극이 증착된 기판 상에 고분자 반도체 층을 형성한다. 3, a substrate on which source and drain electrodes are deposited is prepared. Gold is used for the source and drain electrodes. An ionic liquid solution is prepared by dissolving the ionic liquid in an acetone organic solvent at a volume ratio of 10:1. A polymer semiconductor solution was prepared by dissolving the polymer semiconductor P3HT at a concentration of 10 mg/mL in a chloroform organic solvent. A mixed solution is prepared by adding the ionic liquid solution in a ratio of 5% to the volume of the polymer semiconductor solution. A polymer semiconductor layer is formed on the substrate on which the source and drain electrodes are deposited using the mixed solution.

고분자 매트릭스 P(VDF-HFP)와 이온성 액체와 아세톤 유기용매를 질량비 1:4:7로 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 80℃ 온도에서 2시간 이상 교반하여 이온젤을 제조한다. 상기 이온젤은 상기 고분자 반도체 층 상에 스핀코팅하여 유전층을 형성한다.A mixture was prepared by mixing the polymer matrix P (VDF-HFP), an ionic liquid, and an acetone organic solvent in a mass ratio of 1:4:7. The mixture is stirred at 80° C. for 2 hours or more to prepare an ionic gel. The ion gel is spin-coated on the polymer semiconductor layer to form a dielectric layer.

상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성한다. 상기 게이트 전극으로는 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 이용한다.A gate electrode is formed on the dielectric layer. PEDOT:PSS, a conductive polymer, is used as the gate electrode.

드레인 전류-게이트 전압 특성 테스트Drain current-gate voltage characteristic test

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 고분자 반도체 층을 확대하여 도식화한 도면을 도시한다.4 is an enlarged schematic diagram of a polymer semiconductor layer of an organic transistor manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 4에 따르면, 본 발명의 제조 공정에 따라 제조된 유기 트랜지스터의 고분자 반도체 층을 확대해보면, 고분자 반도체 층은 이온성 액체를 포함하고 있어 중성의 전하 상태를 유지하고, 이를 통해 유전층으로부터의 이온 침투 반응에 대한 저항력을 가질 수 있음을 확인할 수 있다.According to FIG. 4, when the polymer semiconductor layer of the organic transistor manufactured according to the manufacturing process of the present invention is enlarged, the polymer semiconductor layer contains an ionic liquid to maintain a neutral state of charge, through which ion penetration from the dielectric layer. It can be seen that it can have resistance to reaction.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 트랜지스터의 드레인 전류-게이트 전압 특성 그래프를 나타낸 도면을 도시한다.5 is a diagram illustrating a graph of a drain current-gate voltage characteristic of an organic transistor according to an embodiment of the present invention.

도 5에 따르면, (a)는 이온성 액체를 첨가하지 않고 P3HT 기반의 고분자 반도체 층을 포함하는 유기 트랜지스터 , (b)는 아세톤과 [EMIM][TFSI] 이온성 액체를 녹인 이온성 액체 용액이 5 vol% 첨가된 P3HT+[EMIM][TFSI] 기반의 고분자 반도체 층을 포함하는 유기 트랜지스터, (c)는 P3HT 기반 유기 트랜지스터와 P3HT/Ac-IL 기반의 유기 트랜지스터의 반복 구동 횟수에 따른 전하 이동도 변화 비교이다.Referring to FIG. 5, (a) is an organic transistor including a P3HT-based polymer semiconductor layer without adding an ionic liquid, and (b) is an ionic liquid solution in which acetone and [EMIM] [TFSI] ionic liquid are dissolved. An organic transistor including a 5 vol% added P3HT+[EMIM][TFSI]-based polymer semiconductor layer, (c) is a charge mobility according to the number of repetitive driving of a P3HT-based organic transistor and a P3HT/Ac-IL-based organic transistor. It is a change comparison.

(a)에 따르면, 고분자 반도체 층에 이온성 액체를 포함하지 않을 경우, 유전층으로부터 고분자 반도체 활성 층으로의 지속적인 이온 침투 반응으로 인해 전진 구동에서의 드레인 전류보다 후진 구동에서의 드레인 전류가 높아 히스테리시스가 크다. According to (a), when the polymer semiconductor layer does not contain an ionic liquid, the drain current in the reverse driving is higher than the drain current in the forward driving due to the continuous ion permeation reaction from the dielectric layer to the polymer semiconductor active layer, resulting in hysteresis. Big.

(b)에 따르면, 고분자 반도체 층에 이온성 액체를 포함할 경우, 유전층으로부터 고분자 반도체 활성 층으로의 이온 침투 반응이 방지되어 전진구동에서의 드레인 전류와 후진 구동에서의 드레인 전류에 큰 차이가 없음을 알 수 있다.According to (b), when the polymer semiconductor layer contains an ionic liquid, ion penetration reaction from the dielectric layer to the polymer semiconductor active layer is prevented, so there is no significant difference between the drain current in forward driving and the drain current in reverse driving. Can be seen.

(c)에 따르면, 고분자 반도체 층에 이온성 액체를 포함하지 않을 경우, 소자를 150번 반복 구동하였을 때, 유기 트랜지스터의 이동도가 약 70%까지 감소하지만, 고분자 반도체 층에 이온성 액체를 포함할 경우, 유기 트랜지스터의 이동도는 소폭으로 감소함을 알 수 있다.According to (c), when the polymer semiconductor layer does not contain an ionic liquid, the mobility of the organic transistor is reduced by about 70% when the device is repeatedly driven 150 times, but the polymer semiconductor layer contains an ionic liquid. In this case, it can be seen that the mobility of the organic transistor is slightly reduced.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 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 preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.

10 : 기판
20 : 고분자 반도체 층
30 : 유전층
40 : 게이트 전극
10: substrate
20: polymer semiconductor layer
30: dielectric layer
40: gate electrode

Claims (20)

소스, 드레인 전극이 증착된 기판을 준비하는 단계;
제1 이온성 액체 용액 및 고분자 반도체 용액을 준비하는 단계;
상기 제1 이온성 액체 용액과 고분자 반도체 용액을 혼합하는 단계;
상기 혼합된 혼합물을 기판 상에 코팅하여 고분자 반도체 층을 형성하는 단계;
상기 고분자 반도체 층 상에 제2 이온성 액체 용액을 포함하는 유전체 용액을 이용하여 유전층을 형성하는 단계; 및
상기 유전층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 및 제2 이온성 액체는,
1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride 중에서 선택된 어느 하나를 포함하며,
상기 고분자 반도체는,
poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT) 및 poly(naphthalenetetracarboxylic diimide)(PNDI) 중에서 선택된 어느 하나를 포함하고,
상기 유전층은 액체 전해질인 것을 특징으로 하는,
유기 트랜지스터 제조 공정.
Preparing a substrate on which source and drain electrodes are deposited;
Preparing a first ionic liquid solution and a polymer semiconductor solution;
Mixing the first ionic liquid solution and the polymer semiconductor solution;
Coating the mixed mixture on a substrate to form a polymer semiconductor layer;
Forming a dielectric layer on the polymer semiconductor layer by using a dielectric solution including a second ionic liquid solution; And
Forming a gate electrode on the dielectric layer,
The first and second ionic liquids,
1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride,
The polymer semiconductor,
Including any one selected from poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT) and poly(naphthalenetetracarboxylic diimide) (PNDI),
The dielectric layer is characterized in that the liquid electrolyte,
Organic transistor manufacturing process.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유전층은
스핀코팅, 바코팅, 스프레이코팅, 드랍캐스팅, 딥코팅 및 프린팅 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 방법으로 코팅되는 것을 특징으로 하는,
유기 트랜지스터 제조 공정.
The method of claim 1,
The dielectric layer is
It is characterized in that it is coated by a method including any one selected from spin coating, bar coating, spray coating, drop casting, dip coating and printing,
Organic transistor manufacturing process.
소스와 드레인 전극이 증착된 기판;
상기 기판 상에 형성된 고분자 반도체 층;
상기 고분자 반도체 층 상에 형성된 유전층; 및
상기 유전층 상에 게이트 전극이 형성되고,
상기 고분자 반도체 층은 고분자 반도체 및 제1 이온성 액체의 혼합물로 이루어지고,
상기 유전층은 제2 이온성 액체를 포함하는 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
상기 제1 및 제2 이온성 액체는,
1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide 및 1-butyl-3-methylimidazolium chloride 중에서 선택된 어느 하나를 포함하며,
상기 고분자 반도체는,
poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)(F8BT) 및 poly(naphthalenetetracarboxylic diimide)(PNDI) 중에서 선택된 어느 하나를 포함하고,
상기 유전층은 액체 전해질인 것을 특징으로 하는,
유기 트랜지스터.
A substrate on which source and drain electrodes are deposited;
A polymer semiconductor layer formed on the substrate;
A dielectric layer formed on the polymer semiconductor layer; And
A gate electrode is formed on the dielectric layer,
The polymer semiconductor layer is made of a mixture of a polymer semiconductor and a first ionic liquid,
The dielectric layer is characterized in that it is made of a mixture containing a second ionic liquid,
The first and second ionic liquids,
1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride,
The polymer semiconductor,
Including any one selected from poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT) and poly(naphthalenetetracarboxylic diimide) (PNDI),
The dielectric layer is characterized in that the liquid electrolyte,
Organic transistor.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020190041220A 2019-04-09 2019-04-09 Electrically stable organic electrolyte-gated transistors and their fabrication method KR102205569B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190041220A KR102205569B1 (en) 2019-04-09 2019-04-09 Electrically stable organic electrolyte-gated transistors and their fabrication method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190041220A KR102205569B1 (en) 2019-04-09 2019-04-09 Electrically stable organic electrolyte-gated transistors and their fabrication method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200118986A KR20200118986A (en) 2020-10-19
KR102205569B1 true KR102205569B1 (en) 2021-01-20

Family

ID=73042887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190041220A KR102205569B1 (en) 2019-04-09 2019-04-09 Electrically stable organic electrolyte-gated transistors and their fabrication method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102205569B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4443944B2 (en) * 2004-01-20 2010-03-31 独立行政法人科学技術振興機構 Transistor and manufacturing method thereof
JP2013211588A (en) * 2008-01-11 2013-10-10 Japan Science & Technology Agency Field effect transistor, manufacturing method of field effect transistor, intermediate body, and second intermediate body

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101942025B1 (en) * 2010-08-20 2019-01-24 로디아 오퍼레이션스 Films containing electrically conductive polymers
KR20160112030A (en) * 2015-03-17 2016-09-28 동국대학교 산학협력단 Thin-film transistor having dual gate electrode

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4443944B2 (en) * 2004-01-20 2010-03-31 独立行政法人科学技術振興機構 Transistor and manufacturing method thereof
JP2013211588A (en) * 2008-01-11 2013-10-10 Japan Science & Technology Agency Field effect transistor, manufacturing method of field effect transistor, intermediate body, and second intermediate body

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200118986A (en) 2020-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xue et al. Improving film formation and photovoltage of highly efficient inverted‐type perovskite solar cells through the incorporation of new polymeric hole selective layers
Bischak et al. A reversible structural phase transition by electrochemically-driven ion injection into a conjugated polymer
Wheeler et al. Transient optoelectronic analysis of the impact of material energetics and recombination kinetics on the open-circuit voltage of hybrid perovskite solar cells
Zeglio et al. Highly Stable Conjugated Polyelectrolytes for Water‐Based Hybrid Mode Electrochemical Transistors
Contreras-Bernal et al. Origin and whereabouts of recombination in perovskite solar cells
Choi et al. Single ion conducting, polymerized ionic liquid triblock copolymer films: high capacitance electrolyte gates for n-type transistors
Rudge et al. A study of the electrochemical properties of conducting polymers for application in electrochemical capacitors
Rawlings et al. Controlling the doping mechanism in poly (3-hexylthiophene) thin-film transistors with polymeric ionic liquid dielectrics
JPS63135453A (en) Highly electrically conductive polymer composition and production thereof
Das et al. Redox-gated three-terminal organic memory devices: effect of composition and environment on performance
Xu et al. Constructing molecular bridge for high-efficiency and stable perovskite solar cells based on P3HT
Odabaşı et al. Assessment of reproducibility, hysteresis, and stability relations in perovskite solar cells using machine learning
AU2006243103A1 (en) Conductive material and conductive film and process for producing them
Na et al. Nanodroplet-embedded semiconducting polymer layers for electrochemically stable and high-conductance organic electrolyte-gated transistors
Kong et al. Underwater organic solar cells via selective removal of electron acceptors near the top electrode
Lee et al. Effect of metal electrodes on aging-induced performance recovery in perovskite solar cells
Hatakeyama-Sato et al. Ultrafast charge/discharge by a 99.9% conventional lithium iron phosphate electrode containing 0.1% redox-active fluoflavin polymer
Del-Oso et al. Electrochemical deposition of poly [ethylene-dioxythiophene](PEDOT) films on ITO electrodes for organic photovoltaic cells: control of morphology, thickness, and electronic properties
Gudjonsdottir et al. On the stability of permanent electrochemical doping of quantum dot, fullerene, and conductive polymer films in frozen electrolytes for use in semiconductor devices
Yu et al. Mixed ionic and electronic conduction in radical polymers
Du et al. Novel combination of efficient perovskite solar cells with low temperature processed compact TiO2 layer via anodic oxidation
Liao et al. Efficient n-type small-molecule mixed ion-electron conductors and application in hydrogen peroxide sensors
Li et al. Organic ionic plastic crystal-poly (ethylene oxide) solid polymer electrolytes: Application in all-solid-state lithium batteries
De Keersmaecker et al. Simple interface modification of electroactive polymer film electrodes
Daub et al. Imide-based multielectron anolytes as high-performance materials in nonaqueous redox flow batteries

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant