KR102260954B1 - 생합성 인디고 계열 중합체를 포함하는 반도체 소자 - Google Patents

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KR102260954B1
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이현호
김윤재
최권영
박현아
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명지대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 생합성 인디고 계열 중합체를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다, 구체적으로 본 발명의 반도체 물질인 멜라닌디고는 대장균에서 직접 생합성된 바이오반도체 소자로, 생체 내 삽입시 생체적합성 및 생분해성이 우수하고, n형 및 p형을 모두 나타내는 양극성을 갖는 반도체 특성을 나타냄으로써 다양한 반도체 기기에 이용될 수 있다.

Description

생합성 인디고 계열 중합체를 포함하는 반도체 소자{Semiconductor material comprising biosynthesized indigo polymer}
본 발명은 생합성 인디고 계열 중합체를 포함하는 유기 반도체에 관한 것이다.
반도체 특성을 나타내는 공액성 유기 고분자인 폴리아세틸렌이 개발된 이후, 유기물의 특징, 즉 합성 방법이 다양하고 섬유나 필름 형태로 용이하게 성형할 수 있다는 특징과, 유연성, 전도성 및 저렴한 생산비 등의 장점 때문에, 유기물을 반도체 물질로 이용한 트랜지스터, 커패시터, 광학소자와 같은 전자 소자 등의 광범위한 분야에서 활발히 이루어지고 있다.
기대수명의 증가 및 고령화에 따른 고품질 의료서비스 및 의료기기의 수요 증가와 더불어 의료영상, 진단, 치료와 홈 헬스케어 등의 분야에서 경량화, 고집적화, 고성능화, 저전력화 등의 요구에 따라 해당 분야에 적용가능한 반도체 시장이 확대되고 있는 추세다. 환자 맞춤형 진단 및 치료로 바뀌고 있는 의료 환경 패러다임의 변화와 더불어 개인의 생활습관, 질병의 진단과 치료, 예후 등에 대한 대용량 데이터를 확보하여 분석하여 서비스를 제공하는 바이오헬스케어 산업이 확대됨으로써, 생체 내에서 안전하게 상시 또는 특정 기간 동안 직접 정보를 획득하거나 분석, 제어할 수 있는 생체 이식이 가능한 반도체 기술 및 바이오 칩 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 특히 새로운 유기 반도체 소자 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.
또한, n형이나 p형 하나만을 구현하는 단극성 반도체의 경우 양극성 반도체에 비해 성능은 높일 수 있지만 장시간 구동 시 양극성 반도체에 비해 수명이 훨씬 짧아지고, 구동전류도 많이 소비되는 단점이 있어 왔다.　
Org.Elect. 35, 95-100 (2016) http://dx.doi.org/10.2016/j.orgel.2016.05.013
본 발명자들은 인체에 무해하며 장기간 효과가 지속될 수 있는 새로운 반도체 소자의 개발이 요구되는 실정이며, 본 발명자들은 대장균 생합성을 통해 제조된 멜라닌과 인디고 계열의 화합물이 결합된 형태의 멜라닌디고 화합물의 반도체 특성을 확인함으로써 생체 안정성 및 지속가능성을 향상시킨 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 반도체 물질로써의 새로운 용도를 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112019128757138-pat00001
상기 화학식 1에서,
Figure 112019128757138-pat00002
는 단일결합 또는 이중결합으로 이에 관여하는 탄소의 결합가(valence)를 충족시키도록 결정되며,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 부재이고,
R1과 R2 및 R3과 R4는 서로 동일하며,
해당 산소(O)에 연결된
Figure 112019128757138-pat00003
는 이중결합이고,
L1 내지 L4 중 하나 이상의 자리를 통해 이웃한 단량체와 중합되며,
n은 2 내지 10,000의 정수임.
예컨대, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 단량체의 동종 또는 이종 중합에 의해 형성되는 것인 중합체일 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112019128757138-pat00004
[화학식 3]
Figure 112019128757138-pat00005
[화학식 4]
Figure 112019128757138-pat00006
.
예컨대, 본 발명의 화합물은 melC 및 CYP102G4를 이용하는 타이로신으로부터의 생합성에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, L-타이로신은 melC 및 CYP102G4에 의한 일련의 반응에 의해 중간생성물로서 3,5,6-트리히드록시인돌(3,5,6-trihydroxyindole; THI, IUPAC 명 1H-인돌-3,5,6-트리올; 1H-indole-3,5,6-triol), 인독실-5,6-퀴논(indoxyl-5,6-quinone, IUPAC 명 3-히드록시-1H-인돌-5,6-디온; 3-hydroxy-1H-indole-5,6-dione)을 형성하며, 이들의 동종 및 이종 이량체화에 의해 상기 화학식 2 내지 4로 표시되는 3종의 단량체, 2-(5,6-디옥소-3-옥소-1H-인돌-2-일리덴)-5,6-디옥소-1H-인돌-3-온(2-(5,6-dioxo-3-oxo-1Hindol-2-ylidene)-5,6-dioxo-1H-indol-3-on), 2-(5,6-디히드록시-3-옥소-1H-인돌-2-일리덴)-5,6-디옥소-1H-인돌-3-온(2-(5,6-dihydroxy-3-oxo-1H-indol-2-ylidene)-5,6-dioxo-1H-indol-3-on), 2-(5,6-디히드록시-3-옥소-1H-인돌-2-일리덴)-5,6-디히드록시-1H-인돌-3-온(2-(5,6-dihydroxy-3-oxo-1H-indol-2-ylidene)-5,6-dihydroxy-1H-indol-3-on) 또는 이들의 혼합물을 제공할 수 있다. 나아가, 이들 화합물은 이어지는 중합화 반응에 단량체로 사용될 수 있다.
상기 화합물들은 타이로신을 제공하면서 CYP102G4 및 melC를 과발현하는 대장균을 배양하는 단계를 통하여 생합성될 수 있다.
구체적으로, 상기 대장균 균주는 Escherichia coli BL21(DE3)에 melC와 CYP102G4 발현을 위한 외래 유전자를 도입하여 준비한 재조합 균주, Escherichia coli BL21(DE3)::melC::cyp102G4일 수 있다. 상기 균주는 당업계에 공지된 유전자 정보 및/또는 유전자 재조합 방법을 제한없이 사용하여 준비할 수 있다.
예컨대, 상기 균주의 배양은 LB 배지(luria-bertani broth)를 기반으로 하는 배양액을 이용하여 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 배양액은 CYP102G4 단백질 발현에 필요한 전구체인 헴 전구체(heme precursor), melC 발현에 필요한 조효소인 CuSO4 및 5-아미노레불린산(5-aminolevulinic acid; ALA)을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 배양액은 트립톤, 효모추출물(yeast extract) 및 염화나트륨을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 균주의 배양은 37℃에서 수행할 수 있으며, 효소, 즉, CYP102G4 및 melC의 과발현은 30℃에서 달성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 통상의 균주 배양에 적합한 조건 및/또는 효소의 과발현에 요구되는 조건을 고려하여 당업자가 적절히 조절할 수 있다. 아울러, 상기 배양시 200 rpm의 주기로 통기시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 방법으로 제조된 화학식 1로 표시되는 인디고 계열의 화합물을 본 명세서에서 "멜라닌디고(melaindigo)"로 지칭하였다.
구체적인 일 양태로, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 반도체 층에 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
구체적으로, 상기 반도체 소자는 유기태양전지, 페로브스카이트 태양전지, 전계효과 트랜지스터, 유기발광다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 예를 들어 전계효과 트랜지스터의 반도체 층; 태양 전지의 전하 수송층; 유기발광 다이오드, 평면 스크린 및 터치 스크린의 전하 주입층; ITO 평탄화층; 정전기 방지막; 인쇄 회로; 및 커패시터에 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 일 양태로, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 반도체 층에 포함하는 박막 트랜지스터를 제공한다.
상기 박막 트랜지스터는 기판; 및 기판 상에 차례로 배치되는 게이트 전극, 반도체 층 및 소스/드레인 전극으로 이루어질 수 있다.
여기서 기판은 다양한 재료로 이루어진 기판일 수 있는데, 예컨대 글라스재 기판일 수 있다. 물론 전술한 바와 같이 플렉서블 특성을 위해 플라스틱재일 수도 있으며, 더 나아가 실리콘 계열로 형성된 기판일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 상기 기판은 10 내지 300 nm 두께를 갖는 실리카 (SiO2)로 이루어진 실리콘 계열 기판일 수 있다.
게이트 전극은 다양한 도전성 물질로 형성할 수 있는데, 예컨대 PEDOT(polyethylene dioxythiophene), PANI(polyaniline) 또는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)와 같은 도전성 폴리머로 형성될 수도 있고, 이 외에 통상적인 Al, Ag, Au, Fe, Mo, W 또는 이들의 화합물로 형성할 수도 있다. 이러한 전극들은 도전층을 형성한 후 이를 패터닝하여 형성될 수도 있고, 잉크젯 프린팅법, 스탬핑법 또는 마스크를 이용한 증착법 등을 이용하여 패터닝된 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 반도체 층은 딥 코팅, 스핀코팅 또는 열 증발증착법과 같은 공지된 방법을 통하여 기판 상에 형성될 수 있다. 상기 반도체 층은 평균 두께가 100 nm 이하일 수 있으며, 10 내지 100 nm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 유기 반도체 층은 10 내지 50 nm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
추가로, 게이트 전극 및 반도체 층 사이에 게이트 절연막을 포함할 수 있으며, 상기 게이트 절연막은 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드 등과 같은 무기물뿐만 아니라, 파릴렌, 아크릴 기반의 폴리머(PMMA) 또는 에폭시 등의 유기물 등도 이용할 수 있다. 전자의 경우 증착 등의 방법으로 형성할 수 있으며, 후자의 경우 잉크젯 프린팅, 디핑(dipping) 또는 스크린 프린팅 등의 방법으로 형성할 수 있다.
소스 전극 및 드레인 전극도 다양한 도전성 물질로 형성할 수 있는데, 예컨대 PEDOT(polyethylene dioxythiophene) 또는 PANI(polyaniline)과 같은 도전성 폴리머로 형성될 수도 있고, 이 외에 통상적인 Al, Ag, Au, Fe, Mo, W 또는 이들의 화합물로 형성할 수도 있다. 이러한 전극들은 도전층을 형성한 후 이를 패터닝하여 형성될 수도 있고, 열 증발증착법 등을 이용하여 패터닝된 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 증착된 소스 및 드레인 전극 간의 간격은 15~100 μm일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 전극이 소스 전극 및 드레인 전극의 하부에 배치된 박막 트랜지스터이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 반도체 층에 포함하는 트랜지스터는 n형 및 p형을 모두 나타내는 양극성일 수 있다. 양극성 반도체의 경우 단극성 반도체 보다 수명이 길며, 구동 전류를 적게 소모하는 장점이 있어 생체 내에 삽입하여 사용되는 반도체 소자에 적합할 수 있다.
상기 트랜지스터의 전기이동도는 약 0.001~1 cm/Vs일 수 있고 바람직하게는 0.01~0.1 cm/Vs일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 양태로, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 반도체 층에 포함하는 커패시터를 제공한다.
상기 커패시터는 기판; 및 기판 상에 차례로 배치되는 반도체 층 및 전극으로 이루어질 수 있다.
상기 트랜지스터에서 상술한 구성과 중복되는 범위에서 커패시터의 구성에 대한 설명은 생략한다.
상기 커패시터 기판은 실리카 층(SiO2)이 증착된 실리콘 기판일 수 있고,다. 실구체적으로 상기 실리콘 기판은 p형 실리콘 기판일 수 있다. 상기 증착된 실리카 층은 50 nm 이하의 두께를 가질 수 있으며, 구체적으로, 1 내지 50 nm, 1 내지 20 nm 또는 약 10 nm 의 두께를 가질 수 있다.
상기 커패시터 내 반도체 층의 두께는 100 nm 이하일 수 있으며, 10 내지 100 nm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 반도체 층은 10 내지 50 nm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
상기 전극은 일반적으로 캐퍼시터에 적용할 수 있는 것이라면 특별히 제한 되는 것은 아니며, 구체적으로 금(Au) 전극일 수 있고, 평균 직경이 100 내지 500 ㎛의 금 도트(Au dot)를 포함하며, 금(Au) 전극의 평균 두께는 10 내지 200nm일 수 있다.
본 발명의 반도체 물질인 멜라닌디고는 대장균에서 직접 생합성된 바이오반도체 소자로, 생체 내 삽입시 생체적합성 및 생분해성이 우수하고, n형 및 p형을 모두 나타내는 양극성을 갖는 반도체 특성을 나타냄으로써 다양한 반도체 기기에 이용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 비교예 1에 따른 타이로신 멜라닌과 본 발명의 멜라닌디고의 15T FTICR 질량 분석에 의한 화학성분조성을 나타낸 도이다.
도 2는 비교예 1에 따른 타이로신 멜라닌과 본 발명의 멜라닌디고의 분자 분포도를 나타낸 도이다.
도 3은 제조예 1을 통해 제조된 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 제조예 2를 통해 제조된 캐퍼시터의 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 제조예 1을 통해 제조된 박막 트랜지스터를 이용하여 멜라닌디고의 반도체 특성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 멜라닌디고를 이용하여 캐퍼시터를 제조하여 상기 화합물의 반도체 특성을 확인한 결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.
<실시예 1> 멜라닌디고의 합성
<1-1> melC 및 CYP102G4 과발현 대장균을 이용한 L-타이로신으로부터 인디고이드 기반 멜라닌의 합성
[반응식 1]
Figure 112019128757138-pat00007
L-타이로신을 공급하면서 melC 및 CYP102G4 과발현 균주, 예컨대, Escherichia coli BL21(DE3)에 melC와 CYP102G4 발현을 위한 외래 유전자를 도입하여 준비한 재조합 균주인, Escherichia coli BL21(DE3)::melC::cyp102G4를 배양하여 인디고를 생합성하였다. 구체적인 합성 기전을 상기 반응식 1에 나타내었다. 구체적으로, CYP102G4에 의해 중간체로서 수득한 인돌 유도체의 피롤 고리 상에 도입된 히드록시기를 이용하여 이량체화하여 인디고이드(indigoid) 구조를 포함하는 화합물을 형성하고, melC에 의해 형성된 카테콜(catechol) 구조를 통해 중합화하여, 최종 생성물인 인디고 중합체를 합성하였으며, 이를 멜라닌디고라 명명하였다.
구체적으로, 멜라닌디고 생합성 균주로서, Escherichia coli BL21(DE3)에 melC와 CYP102G4 발현을 위한 외래 유전자를 도입하여 준비한 재조합 균주인, Escherichia coli BL21(DE3)::melC::cyp102G4를 제조하여, LB 배지(luria-bertani broth)를 기반으로 CYP102G4 단백질 발현에 필요한 전구체인 헴 전구체(heme precursor), 5-아미노레불린산(5-aminolevulinic acid; ALA), melC 발현에 필요한 조효소인 CuSO4 및 기질로서 L-타이로신을 첨가한 배양액에 배양하였다. 구체적으로, 성장 배지(growth medium)는 1 L의 LB 배지에 10.0 g의 트립톤, 5.0 g의 효모 추출물(yeast extract) 및 10.0 g의 염화나트륨을 첨가하여 준비하였다. 상기 배양액을 이용하여 37℃에서 균주를 배양하되 melC 및 CYP102G4 효소의 과발현은 30℃에서 이루어졌으며, 200 rpm으로 통기(aeration)시켰다.
함유하는 배양액에서 상기와 같이 배양한 후, 원심분리하여 배양액 내의 균과 합성된 멜라닌디고가 용해된 상등액을 분리하였다. 염산을 첨가하여 분리한 상등액의 pH를 2.0으로 낮추어 멜라닌디고를 석출하여 침전시켰다. 합성된 멜라닌디고가 모두 침전되면 원심분리하여 회수하였다.
<1-2> 합성된 멜라닌디고의 동정
실시예 1에 따라 합성된 멜라닌디고의 화학성분조성을 15T FT-ICR MS(15 tesla Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer)로 분석하고, 그 결과를 상기 비교예 1에 따라 준비한 기존의 멜라닌인 타이로신 멜라닌의 화학성분조성과 비교하여 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 멜라닌디고는 타이로신 유래의 멜라닌(eumelanin)과는 전혀 상이한 화학적 조성을 갖는 것을 확인하였다. 구체적으로, 기존의 타이로신 멜라닌은 CHO의 비율이 CHONS에 비해 현저히 높았으나, 멜라닌디고의 경우 CHO의 비율이 감소한 반면, CHOS 및 CHONS의 비율이 상대적으로 증가하였다.
나아가, 멜라닌디고와 타이로신 멜라닌의 화학결합을 분석하여 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타난 바와 같이, 멜라닌디고의 경우, DBE(double bond equivalent) 분석에서 불포화도 즉, 이중결합의 비율이 증가하였으며, 방향족의 지표인 AI(aromaticity index) 역시 증가하였다. 반면, 탄소원자에 대한 산소원자 및 수소원자의 비율, 각각 O/C 및 H/C은 모두 현저히 감소하는 한편, 탄소원자에 대한 질소원자의 비율, N/C은 6배 이상으로 크게 증가하였다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 신규한 중합체인 멜라닌디고의 화학적 조성은 불포화도 증가와 O/C 비율 감소로 인한 축합이 증가하였으며, 현저히 증가한 N/C 비율은 질소계열의 화합물이 구조에 포함되어 있음을 나타내는 것이다.
Figure 112019128757138-pat00008
또한, 상기 확보한 데이터를 종합하여 멜라닌디고와 타이로신 멜라닌의 분자 분포도를 플롯하여, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 기종의 타이로신 멜라닌은 불포화 탄화수소(unsaturated hydrocarbon) 계열 또는 지질(lipid) 계열의 화학적 조성 및 구조를 갖는 것으로 나타난 반면, 멜라닌디고는 리그닌(lignin) 형태의 방향족을 포함하는 복합체(complex) 구조가 다수 분포(붉은색 점)하는 것으로부터 보다 복잡한 구조를 갖는 것을 확인하였다.
<비교예 1> melC 과발현 대장균을 이용한 L-타이로신으로부터 멜라닌의 합성
[반응식 2]
Figure 112019128757138-pat00009
L-타이로신을 공급하면서 melC 과발현 균주, Escherichia coli BL21(DE3)::melC를 배양하여 멜라닌을 생합성하였다. 구체적인 합성 기전을 상기 반응식 2에 나타내었다. L-타이로신은 melC에 의해 디히드록시인돌(dihydroxyindole; DHI) 유래 물질로 전환된 후, 이에 포함된 카테콜(catechol) 구조를 통해 벤젠 고리 상에서 결합하여 중합화되었다.
<제조예>
멜라닌디고(melaindigo)는 용액형 혹은 파우더 형태를 사용하였다. 이를 dip-coating, 스핀코팅, evaporation 방법으로 산화실리콘 절연막 위에 반도체층을 형성하고, metal-insulator-silicon 구조의 캐퍼시터를 구성하거나 박막 트랜지스터로 구성하여 반도체 소자로 제작이 가능함을 확인하고자 하였다.
<제조예 1> 멜라닌디고를 이용한 트랜지스터의 제조(도 3)
(1) UV-오존 (UV-ozone), 과산화수소수, UV-Ozone, 혹은 1.0~2.0 M NaOH 용액으로 Si/SiO2 기판(300 nm 두께의 실리콘 웨이퍼)을 표면 처리하여 소수성의 SiO2 기판 표면을 친수성으로 전환시켰다.
(2) 상기 기판의 일면에 열 증발 증착법을 사용하여 게이트 전극(실리콘 웨이Si-wafer(p+) commom gate)을 증착시켰다.
(3) 그 다음 멜라인디고가 최종 농도가 0.1~2 ㎎/㎖ 가 되도록 초순수 물(H2O) 혹은 에탄올에 suspension 한 후, 1~5시간 동안 딥 코팅(dip-coating)하여 멜라인디고 반도체 층을(두께: 10~100 nm) 형성시켰다(용액 공정(solution process)).
(4) 이 후, 상기 반도체 층 상에 열 증발 증착법(thermal evaporation)으로 소스/드레인 전극 사이의 거리가 15~100 μm가 되도록 Gold(Au) 전극을 증착시켜 도 3과 같은 박막트랜지스터를 제조하였다.
<제조예 2> 멜라닌디고를 이용한 캐퍼시터의 제조( 도 4)
(1) 10 nm 두께의 실리카 층(SiO2)이 증착된 p형 실리콘 기판(크기: 1.5
cm × 3.0 cm, 두께: 0.6T) 표면을 UV-오존 (UV-ozone)으로 처리하여 실리카 층의 표면을 히드록시기(hydroxy group)로 기능화시켰다.
(2) 그 다음 멜라닌디고를 상기 기판에 dip-coating 방법(용액공정)을 사용하여 10 ~ 100 nm 두께의 반도체 층을 형성시켰다.
(3) 이 후, 상기 반도체 층 상에 열 증발증착법(thermal evaporation)으로 금(Au) 전극(금 도트의 직경: 500 ㎛, 금 전극의 두께: 150 ~ 200 ㎚)을 증착시켜 도 4와 같은 캐퍼시터를 제조하였다.
<실시예> 제조예 1 및 2를 통해 제조된 트랜지스터 및 캐퍼시터를 이용한 멜라닌디고의 반도체 특성 확인
제조예 1을 통해 제조된 박막 트랜지스터에 -40V내지 40V의 게이트 전압을 걸어 반도체 특성을 확인한 결과, ON/OFF 비율이 최대 10,000를 달성하였고, p채널과 n채널이 동시에 작동하는 양극성(bipolar) 특성을 나타내는 반도체 특성 곡선을 확인하였다(도 5).
또한, 전자 혹은 전공 이동도는 공정 조건에 따라 약 0.001~0.1 cm/Vs를 나타내었다.
1 MHz의 주파수에서 HP Agilent 4284A를 사용하여 제조예 2를 통해 제조된 캐퍼시터의 C-V 성능을 측정함으로써 멜라닌디고의 반도체 소자로써의 이용가능성을 확인하였다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 그라운드(ground)라 가정하고, 금(Au) 전극에 전압을 가해주어 변화되는 정전 용량(Capacitance)을 확인하였다. 그 결과, 반도체 층에서 흔히 볼 수 있는 금 전극에서 정공유입(hole injection)이 원활화되는 현상을 확인하였다(도 6).
상기 실시예를 통하여 멜라닌디고가 반도체 특성을 나타냄을 확인하였으며, 이에 따라, 트랜지스터 및 캐퍼시터와 같은 주요 반도체 소자에 이용할 수 있음을 확인하였다.

Claims (5)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 반도체 층에 포함하는 반도체 소자:
    [화학식 1]
    Figure 112019128757138-pat00010

    상기 화학식 1에서,
    Figure 112019128757138-pat00011
    는 단일결합 또는 이중결합으로 이에 관여하는 탄소의 결합가(valence)를 충족시키도록 결정되며,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 부재이고,
    R1과 R2 및 R3과 R4는 서로 동일하며,
    해당 산소(O)에 연결된
    Figure 112019128757138-pat00012
    는 이중결합이고,
    L1 내지 L4 중 하나 이상의 자리를 통해 이웃한 단량체와 중합되며,
    n은 2 내지 10,000의 정수임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 단량체의 동종 또는 이종 중합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자:
    [화학식 2]
    Figure 112019128757138-pat00013

    [화학식 3]
    Figure 112019128757138-pat00014

    [화학식 4]
    Figure 112019128757138-pat00015
    .
  3. 기판; 및
    상기 기판 일면 상에 게이트 전극, 반도체 층 및 소스/드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터에 있어서,
    상기 반도체 층은 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 p형 및 n형을 모두 나타내는 양극성을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  5. 기판; 및
    상기 기판 일면 상에 반도체 층; 및 전극을 포함하는 커패시터에 있어서,
    상기 반도체 층은 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터.
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