KR102480656B1 - 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치 및 그 제조방법 - Google Patents
듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 듀얼 게이트(Dual-Gate) 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터(OFET) 타입의 복합센서장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명의 일실시예에 따르면, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치는, 서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층, 상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 위치하되 가스감지를 수행하는 채널층을 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 일실시예에 따르면, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치는, 서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층, 상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 위치하되 가스감지를 수행하는 채널층을 포함하여 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2 종류 이상의 센싱 기능을 하나의 유기 전계효과 트랜지스터(ORGANIC FIELD EFFECT TRANSISTOR: OFET)에 부여하되 상기 2 종류의 센싱 신호를 구별하기 위하여 듀얼 게이트 구조를 포함하고 있는 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 들어 오존층의 파괴 정도가 조금씩 더 증가됨에 따라 현대인들이 자외선에 의해 받는 영향이 더욱 커지고 있다. 이러한 자외선이 일정 시간 이상 인체에 직접적으로 맞닿게 되는 경우 안구질환 또는 피부질환 등을 야기시킬 수 있어 인체에 매우 부정적인 영향을 끼칠 수 있게 된다.
이에 따라, 인체에 유해한 영향을 끼치고 있는 자외선에 대하여 현대인들의 관심이 고조되고 있으며, 이에 따라 최근 스마트폰을 비롯한 휴대용 장치 등에 UV(ultraviolet-ray) 센서를 장착해야할 필요성이 더욱 강조되고 있는 실정이다.
또한, 최근 급격한 산업발전에 따라 산업도시를 포함하는 도심지 등에서는 스모그나 유해 가스의 농도가 급격하게 향상되고 있으며, 이러한 스모그나 유해 가스 등에 일정 시간 이상 노출되는 경우, 호흡기 질환이나 피부 질환 등을 야기시킬 수 있어 이 또한 인체에 매우 부정적인 영향을 끼칠 수 있게 된다.
이에 따라, 인체에 유해한 영향을 끼치고 있는 스모그나 유해 가스 등에 대한 현대인들의 관심도 앞서 언급한 자외선과 함께 고조되고 있으며, 스마트폰을 비롯한 휴대용 장치 등에 가스 측정을 위한 센서를 장착해야 할 필요성 또한 최근 더욱 강조되고 있다.
다만, 종래에는 소재의 한계, 소형화의 어려움 및 민감도 감소 등의 이유들로 인해 서로 다른 센싱 기능을 갖는 복수 개의 센서를 하나의 소자로 구현하기 어려운 문제점이 있었으며, 이에 따라 복수 개의 센서를 각각 복수 개의 소자에 개별적으로 구현하였다.
따라서, 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 서로 다른 센싱 기능을 갖는 복수 개의 센서를 하나의 소자로 구현하기 위한 방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결할 수 있도록 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 2 종류 이상의 센서를 하나의 소자에 부여한 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 2 종류 이상의 센서 신호를 구별하기 위해 듀얼 게이트 구조를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상술한 목적을 갖는 복합센서장치를 제조하는 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치는, 서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층, 상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전체층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 위치하되 가스감지를 수행하는 채널층을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치는, 상기 제 2 게이트 전극층과 상기 채널층 사이에 제 2 유전체층을 더 포함하되, 상기 제 2 유전체층은 산화규소(SiO2), 이온결합 물질, 고 유전체 물질, 전해 물질, 페로브스카이트(perovskite) 물질을 포함하는 무기 유전체 또는 유기 유전체 물질 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치에 있어서, 상기 채널층은 전도성 물질을 포함하여 이루어지되, 상기 전도성 물질은 탄소나노튜브(MWCNT), 산화아연(ZnO), 폴리피롤(PPy), 폴리아닐린(Pani) 또는 폴리치오펜(PTh) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치에 있어서, 상기 제 1 유전체층은 광감응성 물질을 포함하여 이루어지되, 상기 광감응성 물질은 아조벤젠(azobenzene), 스피로피란(Spiropyran), 디아릴에텐(Diarylethene) 또는 이들의 유도체(derivatives) 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치에 있어서, 상기 복합센서장치는 반도체 장치, 기계장치, 모바일 장치, 스마트폰, 태블릿, 노트북, 컴퓨터 장치, 웨어러블 장치, 메디컬 장치 또는 헬스케어 장치를 포함하여 이루어지는 이동성이 있는 단말에 결합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치에 있어서, 상기 채널층에서 감지되는 가스는 NO2, NO3와 같은 NOx 계열 가스, O3(오존) 가스, VOC(Volatile Organic Compounds), HCHO(formaldehyde), 탄소(carbon) 계열 가스, 황(sulfur) 계열 가스 또는 미세먼지(PM-10) 일 수 있으며, 앞서 언급한 가스 이외에도 인체에 유해한 다양한 가스가 미리 수행된 설정에 따라 감지될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치에 있어서, 상기 채널층은 제 1 채널층 및 상기 제 1 채널층 하단에 상기 제 1 채널층과 평형하게 배치된 제 2 채널층을 포함하여 이루어지되, 상기 제 1 채널층은 자외선 및 가스에 의해 영향을 받지 않는 채널층이며, 상기 제 2 채널층은 가스에 의해 영향을 받는 채널층일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제조하는 방법은, 게이트 전극층에 유전체층을 결합하는 단계, 상기 게이트 전극층과 결합된 유전체층 상단에 가스감지를 수행하는 채널층을 코팅하는 단계, 상기 채널층 상단에 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 이격하여 평형하게 증착하여 소스드레인 전극층을 형성하는 단계, 상기 소스드레인 전극층 상단에 자외선감지를 수행하는 유전체층을 코팅하는 단계 및 상기 자외선감지를 수행하는 유전체 층 상단에 게이트 전극층을 증착하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 유전체층은 산화규소(SiO2), 이온결합 물질, 고 유전체 물질(high-K dielectrics), 전해 물질, 페로브스카이트(perovskite) 물질을 포함하는 무기 유전체 물질 또는 유기 유전체 물질 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 코팅은 스핀 코팅, 캐스팅, 진공증착, 프린팅, 분무코팅, 롤코팅, 슬릿코팅, 드롭캐스팅, 딥케스팅, 잉크젯 코팅, 임프린트 코팅 또는 레이져 코팅 중 어느 하나를 기반으로 하여 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명인 듀얼 게이트(Dual-Gate) 및 2 채널(Two Channel) 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor: OFET) 타입의 복합센서장치는, 서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층, 상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전체(dielectric)층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 유전체층 사이에 위치하되 자외선 및 가스에 의해 영향을 받지 않는 제 1 채널(Channel)층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 위치하되 가스감지를 수행하는 채널(channel)층 및 상기 제 2 게이트 전극층과 상기 채널층 사이에 제 2 유전체(dielectric)층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 자외선과 가스 감지를 수행하는 유전체를 포함하는 듀얼 게이트(Dual-Gate) 구조 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor: OFET) 타입의 복합센서장치는, 서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층, 상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전체(dielectric)층, 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 외치하되 가스 감지를 수행하는 제 2 유전체(dielectric)층 및 상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 유전체층 사이에 위치하는 채널(channel)층을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 아래에 기재된 효과를 얻을 수 있다. 다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 이에 제한되지 않는다.
첫째, 본 발명에 따르면 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치가 제공될 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명에 따르면 2 종류 이상의 센서를 하나의 소자에 부여한 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치가 제공될 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명에 따르면, 상기 2 종류 이상의 센서 신호를 구별하기 위해 듀얼 게이트 구조를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치가 제공되는 효과가 있다.
넷째, 본 발명에 따르면, 상술한 목적을 갖는 복합센서장치를 제조하는 제조 방법이 제공될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치의 구조를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치의 구조를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치의 구조를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 네트워크 시스템을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제조하는 제조방법을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치의 구조를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치의 구조를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 네트워크 시스템을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제조하는 제조방법을 예시하는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전히 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
몇몇의 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 나아가, "일(a 또는 an)", "하나(one)", 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 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. 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치의 구조를 예시하는 도면이다.
먼저 도 1을 참고하면, 본 발명인 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치는, 소스드레인 전극층(101), 제 1 게이트 전극층(102), 제 2 게이트 전극층(103), 유전체(dielectric)층(104, 106), 채널층(105)을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field Effect Transistor)라 함은 활성층(Active Layer)이 유기 반도체 물질로 제조되는 유기 반도체 소자의 한 종류이며, 상기, 유기 반도체 소자는 예컨대 외부 환경 상태를 감지하는 센서로서 이용할 수 있다.
보다, 구체적으로 상기 유기 전계효과 트랜지스터는 산화질소(NO2), 이산화탄소(CO2)와 같은 대기 오염 가스나, 자외선(Ultraviolet Ray: UV) 등을 감지하는 센서로서 이용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
즉, 외부 환경에 감지 대상 물질이 존재하면, 유기 반도체 소자가 본 발명과 같이 OFET 타입인 경우, 유기 반도체 물질층이 감지 대상 물질의 영향을 받아 상기 유기 반도체 물질층의 영역을 통해 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 변화를 일으키거나, 혹은 전해질 물질이 감지 대상 물질의 영향을 받아 유기 반도체 물질층의 영역을 통해 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 변화를 일으킬 수 있다.
한편, 상기 소스드레인 전극층(101)은 소스 전극과 드레인 전극을 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 소스 전극과 드레인 전극 각각은 특정 방향으로 연장될 수 있다. 예컨대, 상기 소스드레인 전극층(101) 내에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 서로 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 소스 전극과 드레인 전극 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 갭(gap)이 형성될 수 있으며, 상기 갭의 길이는 채널 거리(Channel Length)로서 예컨대 약 100um일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 상기 소스드레인 전극층(101) 내 상기 소스 전극과 드레인 전극은 도전성 전극일 수 있으며, 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 전부 또는 일부는 도 1에 도시된 바와 같이 유기 반도체 물질층에 의해 둘러 싸여질 수 있다. 따라서, 소스 전극 및 드레인 전극은 유기 반도체 물질층에 의해 결합되어 하나의 어셈블리(assembly)를 구성할 수 있다.
구체적으로, 하나 이상의 소스 전극과 하나 이상의 드레인 전극이 유기 반도체 물질층에 둘러싸여 유기 어셈블리를 구성할 수 있다. 그리고, 유기 반도체 물질층의 적어도 일부는 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 위치하여 채널 영역으로 기능할 수 있다.
또한, 유기 반도체 물질층은 소스 전극 및 드레인 전극이 연장되는 방향으로 함께 연장될 수 있으며, 이에 따라, 게이트 전극과 마주하는 일면과, 이에 대향하는 타면 역시 소스 전극 및 드레인 전극이 연장되는 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 유기 반도체 물질층의 일면 또는 타면은 예컨대 평면(plane)일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 소스드레인 전극층(101) 내 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 제1 방향으로 연장된 도전체일 수 있으며, 각각 소스 및 드레인으로 기능할 수 있다.
상기 소스드레인 전극층(101) 내 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 예컨대, 금, 은, 구리, 알루미늄 등의 금속 물질이나, 전도성 물질(또는 전도성 고분자 물질), 탄소계 물질 등을 포함하여 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 소스드레인 전극층(101) 내 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 에컨대 금(Au)을 포함하는 와이어이거나, 폴리머 화이버(polymer fiber) 상에 금(Au) 또는 PEDOT:PSS (Poly Ethylene Di Oxy Thiophene : Poly Styrene Sulfonate)가 증착된 것일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 소스드레인 전극층(101) 내 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 앞서 언급한 바와 같이 갭(gap)을 포함하여 서로 이격되어 평행하게 배치될 수 있으며, 구체적으로 유기 반도체 물질층인 유전체 층(104, 106) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 평행 배치는 유전체 층에 의해 코팅됨으로써 고정될 수 있다. 따라서, 소스 전극 및 드레인 전극과 채널 영역을 포함하는 유전체 층이 합쳐진 유기 어셈블리룰 형성할 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 상기 소스 드레인 전극층(101) 상단 및 하단 각각에는 제 1 게이트(102) 및 제 2 게이트(103)가 존재할 수 있다. 즉, 본 발명에서 적용되는 바와 같이 듀얼 게이트(dual-gate) 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 게이트 및 제 2 게이트 각각의 전극(102, 103)은 특정한 방향인 제1 방향으로 연장된 도전체일 수 있으며, 예컨대, 금, 은, 구리, 알루미늄 등의 금속 물질이나, 전도성 물질(또는 전도성 고분자 물질), 탄소계 물질 등으로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄(Al) 또는 금(Au)을 포함하는 와이어일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극 각각은 서로 평행하되 서로 이격되어 배치될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 소스드레인 전극층(101)과 상기 제 1 게이트 전극층(102) 사이에는 자외선 감지를 수행하는 유전체(dielectric)층(104, 이하 자외선 감지층)이 존재할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따르면 상기 자외선 감지층(104)은 자외선 감지를 위해 광감응성 물질(Photochromic molecule)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이 때 상기 광감응성 물질은 아조벤젠(azobenzene), 스피로피란(Spiropyran), 디아릴에텐(Diarylethene) 또는 이들의 유도체(derivatives) 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에서 상기 자외선 감지층을 이루는 광감응성 물질은 상기 아조벤젠(azobenzene), 스피로피란(Spiropyran), 디아릴에텐(Diarylethene) 구조를 기본으로 하는 모든 유도체(derivatives)까지 확대가 가능할 수 있다고 해석되어야 한다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 아조벤젠 유도체라 함은 아조벤젠 기본 구조에다가 그 말단기(end group)에 알킬 체인(alkyl chain)을 붙이거나 OH 기(hydroxyl)를 붙이는 등 다양하게 개량한 형태일 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 자외선 감지층을 이루는 광감응성 물질은 앞서 언급한 바와 같이 아조벤젠 유도체 (azobenzene derivatives), 스피로피란 유도체 (Spiropyran derivatives), 디아릴에텐 유도체 (Diarylethene derivatives)를 모두 포함하는 개념으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 자외선 감지층은 변색 분자(photochromic molecule) 및 폴리머 컴파운드(Polymer Compound)의 결합으로 이루어질 수 있으며, 여기에서, 상기 폴리머 컴파운드라 함은 고분자 나노 복합재에서 대표적인 매트릭스(matrix)로써 활용되는 PMMA(Poly Methylmethacrylate) 고분자를 기본으로 하며, 매트릭스로 활용 가능한 모든 절연성이 우수한(유전체로 활용가능한) 폴리머 종류를 포함하는 개념으로 해석될 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치는, 상기 소스드레인 전극층(101)과 상기 제 2 게이트 전극층(103) 사이에 가스 감지를 수행하는 채널(Channel)층(105)을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 채널층(105)은 상기 가스 감지를 위해 전도성 물질을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 채널층에서 감지되는 가스는 NOx 계열 가스, O3(오존) 가스, VOC(Volatile Organic Compounds), HCHO(formaldehyde), 탄소(carbon) 계열 가스, 황(sulfur) 계열 가스 또는 미세먼지(PM-10) 중 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 이는 설정에 따라 달라질 수 있음은 당연하다.
한편, 상기 채널층(105)은, 앞서 언급한 바와 같이 전도성 물질을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이 때, 상기 포함되는 상기 전도성 물질은 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotubes: MWCNT), 산화아연(ZnO), 폴리피롤(Polypyrrole: PPy), 폴리아닐린(polyaniline: Pani) 또는 폴리치오펜(polythiophene: PTh) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 가스를 감지할 수 있는 즉, 가스에 반응성을 갖는 전도성 물질은모두 적용될 수 있다고 해석되어야 한다.한편, 본 발명에서, 상기 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치(100)가 듀얼 게이트 구조로 이루어질 수 있도록 하기 위해, 상기 제 2 게이트 전극층(103)과 상기 채널층(105) 사이에는 제 2 유전체(dielectric, 106)층이 더 포함되어 듀얼 유전체(dual dielectric) 구조를 형성할 수 있으며, 이 때, 상기 제 2 유전체층은 산화규소(SiO2)를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이는 어디까지나 예시일뿐 상기 제 2 유전체층은 그 외에도 이온결합 물질, 고 유전체 물질(high-K dielectrics), 전해 물질, 페로브스카이트(perovskite) 물질을 포함하는 무기 유전체 물질 또는 유기 유전체 물질 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이 상기 채널층(105)이 아닌 상기 제 2 유전체(106)층이 가스 감지를 수행할 수 있으며, 이에 따라 상기 제 2 유전체(106)은 앞서 채널층(105)이 포함할 수 있다고 설명하였던, 전도성 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 단순히 듀얼 게이트 구조로 이루어진 소자 또는 한 종류의 감지 기능을 갖는 유기 전계효과 트랜지스터와는 구별되며, 보다 구체적으로, 본 발명은 하나의 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 두 종류의 감지 기능이 부여되고, 상기 두 가지 종류의 감지 대상 신호가 서로 구별될 수 있도록 듀얼 게이트 구조를 갖는 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서 장치이다.
즉, 현대 사회에 이르러 오존층의 파괴 정도가 증가되고 급격한 산업발전에 따라 스모그나 유해 가스의 농도가 급격하게 향상되고 있어, 현대인들이 자외선 및 유해 가스 등에 의해 받는 부정적인 영향이 증가되고 있는 실정이기 때문에, 상기 현대인들의 일상생활과 밀접하게 연관되어 있는 스마트폰 이나 헬스케어 장치(헬스기기) 등과 같은 이동성이 있는 휴대용 장치에 가스 감지 센서 및 UV(ultraviolet-ray) 센서를 장착해야할 필요성이 증가하고 있다.
상기 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조를 갖는 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서 장치는 두 가지 감지 기능이 한 개의 장치(소자)에 부여될 수 있으므로 소형화 된 멀티 센서인 바, 상기 듀얼 게이트 구조를 갖는 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서 장치는 반도체 장치, 기계장치, 모바일 장치, 스마트폰, 태블릿, 노트북, 컴퓨터 장치, 웨어러블 장치, 메디컬 장치 또는 헬스케어 장치를 포함하여 이루어지는 이동성이 있는 단말에 결합될 수 있으므로, 현대인들은 상기 본 발명을 이용하여 일상 생활에서 어렵지 않게 유해 가스 감지 및 자외선 감지를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 채널층(105)은 제 1 채널층 및 상기 제 1 채널층 하단에 상기 제 1 채널층과 평형하게 배치된 제 2 채널층을 포함하여 이루질 수 있다. 또는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 채널층(105)은 제 1 채널층 및 상기 소스드레인 전극층 하단에 상기 제 1 채널층과 평행하게 배치된 제 2 채널층을 포함하여 이루어질 수도 있다.
즉, 이는 본 발명의 일실시예에 따르면 도 1에 도시된 하나의 채널층(105)은 2개로 구분된 채널층으로 형성될 수 있음을 의미하며, 이 때, 상기 제 1 채널층은 자외선 및 유해 가스에 의해 영향을 받지 않는 채널층(또는 자외선 및 유해 가스가 모두 통과할 수 없는 채널층)일 수 있고, 상기 제 2 채널층은 유해 가스에 의해 영향을 받는 채널층으로 각각 구분될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하기 위해 도 2를 참고하여 예를 들면, 본 발명인 복합센서장치(100)가 앞서 언급한 바와 같이 스마트폰 등 이동성이 있는 단말에 포함된 상태에서, 상기 복합센서장치(100)를 포함하는 단말의 사용자는 자외선 및 유해 가스 모두가 동시에 노출된 환경에 위치할 수 있다.
이 경우, 자외선 및 유해 가스 모두가 존재하고 있으므로, 상기 자외선과 유해 가스 각각은 상기 복합센서장치(100)의 제 1 게이트(102)와 제 2 게이트(103) 각각을 통해 유입될 수 있다.
이 때, 상기 제 1 게이트(102)를 통해 상기 자외선과 상기 가스 모두가 유입되면, 먼저 상기 자외선 감지층(104)은 상기 유입된 자외선을 감지할 수 있으며, 상기 감지된 자외선의 영향을 받아 소스드레인 전극층(101) 내 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 변화가 일어날 수 있다.
그런데, 이 때 상기 자외선과 함께 상기 제 1 게이트(102)를 통해 유입된 유해 가스 또한 상기 소스드레인 전극층(101) 하단에 위치한 제 2 채널층(105)에 도달하게 될 수 있다. 이에 따라, 유해 가스 감지를 수행하는 상기 제 2 채널층(105)에서도 상기 제 1 게이트(102)를 통해 유입된 유해 가스를 감지하게 되며, 상기 감지된 유해 가스의 영향을 받아 상기 소스드레인 전극층(101) 내 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 변화가 일어날 수 있게되는데, 이러한 제 2 채널층(105)에 따른 영향은 상기 자외선 감지층(104)에 의해 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 발생되는 변화에 영향을 끼칠 수가 있게 된다.
결국, 위와 같은 상황에서는 상기 자외선 감지층(104)에 의한 감지 결과가 부정확해지는 경우가 발생될 수 있으므로, 이러한 경우를 방지하고자 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이 상기 하나의 채널층이 2개의 채널층으로 구분되어 형성될 수 있다.
즉, 상기 채널층이 제 1 채널층(107) 및 상기 소스드레인 전극층(101) 하단에 상기 제 1 채널층과 평형하게 배치된 제 2 채널층(105)을 포함하여 형성되는 경우, 상기 제 1 채널층(107)은 자외선 및 유해 가스에 의해 영향을 받지 않는 채널층(또는 자외선 및 유해 가스가 모두 통과할 수 없는 채널층), 상기 제 2 채널층(105)은 유해 가스에 의해 영향을 받는 채널층일 수 있으므로, 상기 제 1 게이트(102)를 통해 유해 가스와 자외선이 함께 유입된다고 하더라도, 상기 유해 가스와 자외선은 상기 제 1 채널층(107)에는 영향을 주지 못하고(또는 제 1 채널층(107)은 통과할 수가 없고) 따라서, 상기 유해 가스에 의해 영향을 받는 제 2 채널층(105)의 변화에 따른 소스드레인 전극층(101)의 전류 변화는 존재하지 않게 된다. 이에 따라, 상기 제 1 게이트(102)를 통해 유해 가스와 자외선이 함께 유입되더라도, 상기 자외선 감지층(104)에서 상기 자외선 감지에 따른 변화만이 일어나게 되고, 상기 소스드레인 전극층(101) 내 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 흐르는 전류는 오로지 상기 자외선 감지층(104)에서의 상기 자외선 감지에 따른 변화에 의해서만이 이루어질 수 있게 된다.
마찬가지로, 제 2 게이트(103)를 통해 상기 자외선과 상기 유해 가스 모두가 유입되면, 먼저 상기 유해 가스에 의해 영향을 받는 제 2 채널층(105)이 상기 유입된 유해 가스를 감지할 수 있으며, 이 경우 상기 제 2 채널층(105)에 의해 감지된 유해 가스의 영향을 받아 소스드레인 전극층(101) 내 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 변화가 일어날 수 있다.
그러나, 상기 유해 가스와 자외선은 상기 제 1 채널층(107)에는 영향을 주지 못하기 때문에(또는 제 1 채널층(107)은 통과할 수가 없고), 상기 제 1 채널층(107) 상단에 위치한 자외선 감지층(104)의 변화에 따른 소스드레인 전극층(101)의 전류 변화는 존재하지 않게 된다. 이에 따라, 상기 제 2 게이트(103)를 통해 유해 가스와 자외선이 함께 유입되더라도, 상기 제 2 채널층(105)에서 상기 유해 가스 감지에 따른 변화만이 일어나게 되고, 상기 소스드레인 전극층(101) 내 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 흐르는 전류는 오로지 상기 제 2 채널층(105)에서의 상기 유해 가스 감지에 따른 변화에 의해서만이 이루어질 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에서는 두 개의 센싱 기능을 갖는 하나의 OFET 소자가 상기 센싱될 두 개의 센싱 신호를 구별하기 위해 복수의 게이트를 가지고 있고, 앞서 설명한 바와 같이 채널층을 분리하는 구조 즉, 듀얼 게이트(Dual-Gate) 및 2 채널(Two Channel) 구조를 가질 수 있으므로, 결국 상기 두 개의 센싱 신호를 구별하되 상기 두 개의 센싱 신호 간 서로 간섭을 일으키지 않도록 하는 효과가 있을 수 있어, 센싱의 민감도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 네트워크 시스템을 예시하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템은 사용자 단말(100), 서버(200) 및 네트워크(400)로 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 사용자 단말(100)은, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 포함하고 있는 사용자 단말임을 가정하기로 한다.
또한, 이하에서 언급되는 무선 통신 네트워크 시스템은 도 4에 도시된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 네트워크 시스템에서는 하나 이상의 사용자 단말, 하나 이상의 서버(예를 들어, 중계 서버, 중개 서버 및 클라이언트 서버) 및 하나 이상의 네트워크가 존재할 수 있으며, 각각의 사용자 단말 및 서버 간은 서로 다른 네트워크를 통하여 연결될 수 있다.
사용자 단말(100)은 본 발명의 일실시예에 있어서 통신 신호를 송수신할 수 있는 장치를 의미하며, 본 발명에서 상기 사용자 단말(100)은 감지된 센싱 신호를 적어도 하나의 외부기기(다른 사용자 단말 또는 서버 등)로 송수신 할 수 있는 단말을 모두 포함하는 개념으로 해석될 수 있다.
이 때, 상기 사용자 단말(100)에는 하나 이상의 프로그램(program) 또는 어플리케이션(Application)이 설치되어 있을 수 있으며, 특히 본 발명의 일실시예에 따라 자외선 및/또는 가스 감지를 수행하는 방법과 관련된 API(Application Program Interface) 또는 임베디드 소프트웨어(Embaded Software)를 포함하는 어플리케이션이 설치되어 있을 수 있다.
상기 사용자 단말(100)은 상기 사용자 단말이 자체적으로 혹은 상기 설치된 하나 이상의 프로그램 또는 어플리케이션을 통해 서버(200)에 감지된 센싱 데이터 또는 신호를 전송하거나 수신할 수 있다.
상기 사용자 단말(100)의 일례로, PC(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC(Tablet Personal Computer), 단말 장치, 반도체 장치, 기계장치, 모바일 장치, 스마트폰, 웨어러블 장치, 메디컬 장치, 헬스기기, 헬스케어 단말, 터미널(Terminal), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D 장치(Device-to-Device) 장치를 포함할 수 있다.
물론, 어디까지나 이는 예시에 불과할 뿐이며, 본 발명에서의 사용자 단말은 상술한 예시들 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 또는 향후 개발될 데이터 또는 신호 전송이 가능한 모든 장치를 포함하는 개념으로 해석되어야 한다.
다시 도 4를 참고하면, 서버(200)는 무선 통신 네트워크를 통해 적어도 하나 이상의 다른 장치와 데이터 송수신이 가능한 객체를 의미하며, 본 발명에서 상기 서버(200)는 중계 서버, 중개 서버 및/또는 클라이언트 서버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 서버(200)의 일예로 클라우드(Cloud) 서버, IMS(IP Multimedia Subsystem) 서버, 텔레포니 어플리케이션(Telephony Application) 서버, IM(Instant Messaging) 서버, MGCF(Media Gateway Control Function) 서버, MSG(Messaging Gateway) 서버, CSCF(Call Session Control Function) 서버를 포함할 수 있으며, 상기 서버(200)는 PC(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC(Tablet Personal Computer) 등 데이터를 송수신할 수 있는 객체를 지칭하는 장치로 구현될 수도 있다.
한편, 네트워크(300)는 사용자 단말(100)과 서버(200)간의 데이터 송수신을 위한 데이터 통신망을 의미하며, 그 종류에는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 인터넷 프로토콜(IP)을 통하여 대용량 데이터의 송수신 서비스를 제공하는 아이피(IP: Internet Protocol)망 또는 서로 다른 IP 망을 통합한 올 아이피(All IP) 망 일 수 있다.
또한, 상기 네트워크(300)는 유선망, Wibro(Wireless Broadband)망, WCDMA를 포함하는 이동통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)망 및 LTE(Long Term Evolution) 망을 포함하는 이동통신망, LTE advanced(LTE-A), 5G(Five Generation)를 포함하는 이동통신망, 위성 통신망 및 와이파이(Wi-Fi)망 중 하나 이거나 또는 이들 중 적어도 하나 이상을 결합하여 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제조하는 제조방법을 예시하는 도면이다.
도 5에서는 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명한 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치를 제조하는 제조방법에 대해 설명하기로 하며, 상기 도 1 내지 도 3에서 설명한 내용과 중복되는 범위에 대해서는 설명을 생략하거나 간소화 하기로 한다.
도 5를 참고하면, 먼저 게이트 전극층(이하, 제 2 게이트 전극층)에 유전체층(Dielectric)을 결합할 수 있다. 상기 유전체층(Dielectric)은 본 발명인 복합센서장치가 듀얼 게이트 구조를 갖도록 하기위해 결합할 수 있는 것이나, 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이 상기 유전체층(Dielectric)의 결합은 생략할 수 있다.
한편, 제 2 게이트 전극층에 상기 유전체층(Dielectric)의 결합이 이루어진 다음, 상기 결합이 이루어진 층 상단에는 가스 감지를 수행하는 채널층을 코팅(channel coating)할 수 있다.
이 때, 상기 채널층은 상기 가스 감지를 위해 전도성 물질을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 채널층에서 감지되는 가스는 NOx 계열 가스, O3(오존) 가스, VOC(Volatile Organic Compounds), HCHO(formaldehyde), 탄소(carbon) 계열 가스, 황(sulfur) 계열 가스 또는 미세먼지(PM-10) 중 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 이는 설정에 따라 달라질 수 있음은 당연하다.
또한, 본 발명에서 상기 코팅(coating)은 스핀 코팅 방법에 따라 이루어질 수 있으며, 상기 스핀 코팅 방법이라 함은, 코팅할 물질의 용액이나 액체 물질을 기질 위에 떨어뜨리고 고속으로 회전시켜 얇게 퍼지게 하는 코팅 방법을 의미한다. 다만, 본 발명에서 상기 코팅은 상기 스핀 코팅 이외에도 캐스팅, 진공증착, 프린팅, 분무코팅, 롤코팅, 슬릿코팅, 드롭캐스팅, 딥케스팅, 잉크젯 코팅, 임프린트 코팅 또는 레이져 코팅 등 현재 수행되고 있거나 또는 향후 수행 가능한 모든 코팅 방법을 포함하는 개념으로 해석되어야 한다.
한편, 상기 채널층에 포함되는 상기 전도성 물질은 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotubes: MWCNT), 산화아연(ZnO), 폴리피롤(Polypyrrole: PPy), 폴리아닐린(polyaniline: Pani) 또는 폴리치오펜(polythiophene: PTh) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 가스를 감지할 수 있는 즉, 가스에 반응성을 갖는 전도성 물질은 모두 적용될 수 있다고 해석되어야 한다.
또한, 상기 앞서 도 1 내지 도 2에서 언급한 바와 같이 상기 채널층은 제 1 채널층 및 상기 소스 드레인 전극층 하단에 상기 제 1 채널층과 평형하게 배치된 제 2 채널층을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 제 1 채널층은 자외선 및 가스에 의해 영향을 받지 않는 채널층(또는 자외선 및 유해 가스가 통과하지 못하는 채널층)일 수 있고, 상기 제 2 채널층은 가스에 의해 영향을 받는 채널층일 수 있다.
한편, 상기 채널층을 코팅한 이후, 상기 채널층 상단에 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 이격하여 평형하게 증착(deposition)하여 소스드레인 전극층을 형설할 수 있다. 또한, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층의 상단에는 자외선감지를 수행하는 유전체(dielectric)층 즉, 자외선 감지층을 코팅(coating)할 수 있다.
이 때, 상기 자외선 감지층은 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이 자외선 감지를 위해 광감응성 물질(Photochromic molecule)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이 때 상기 광감응성 물질은 아조벤젠(azobenzene), 스피로피란(Spiropyran), 디아릴에텐(Diarylethene) 또는 이들의 유도체(derivatives) 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에서 상기 자외선 감지층을 이루는 광감응성 물질은 상기 아조벤젠(azobenzene), 스피로피란(Spiropyran), 디아릴에텐(Diarylethene) 구조를 기본으로 하는 모든 유도체(derivatives)까지 확대가 가능할 수 있다고 해석되어야 하며, 상기 아조벤젠 유도체라 함은 아조벤젠 기본 구조에다가 그 말단기(end group)에 알킬 체인(alkyl chain)을 붙이거나 OH 기(hydroxyl)를 붙이는 등 다양하게 개량한 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 자외선 감지층은 변색 분자(photochromic molecule) 및 폴리머 컴파운드(Polymer Compound)의 결합으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 자외선 감지층 상단에는 게이트 전극층(이하, 제 1 게이트 전극층)을 증착(deposition)시킬 수 있으며, 이에 따라, 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명한 본 발명인 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치가 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명인 듀얼 게이트 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 복합센서장치 및 그 제조방법은 다양한 유기 전계효과 트랜지스터 타입의 장치에 적용하는 것이 가능하다.
100: 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치
101: 소스드레인 전극층 102: 제 1 게이트 전극층
103: 제 2 게이트 전극층 104: 자외선 감지층
105: 채널층 106: 유전체층
101: 소스드레인 전극층 102: 제 1 게이트 전극층
103: 제 2 게이트 전극층 104: 자외선 감지층
105: 채널층 106: 유전체층
Claims (12)
- 듀얼 게이트(Dual-Gate) 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor: OFET) 타입의 복합센서장치에 있어서,
서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층;
상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층;
상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층;
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전체(dielectric)층; 및
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 위치하되 가스감지를 수행하는 채널(channel)층;을 포함하여 이루어지는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 게이트 전극층과 상기 채널층 사이에 제 2 유전체(dielectric)층을 더 포함하되,
상기 제 1 유전체층 및 상기 제 2 유전체층은 산화규소(SiO2), 이온결합 물질, 고 유전체 물질(high-K dielectrics), 전해 물질, 페로브스카이트(perovskite) 물질을 포함하는 무기 유전체 물질 또는 유기 유전체 물질 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 채널층은 전도성 물질을 포함하여 이루어지되,
상기 전도성 물질은 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotubes: MWCNT), 산화아연(ZnO), 폴리피롤(Polypyrrole: PPy), 폴리아닐린(polyaniline: Pani) 또는 폴리치오펜(polythiophene: PTh) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 유전체층은 광감응성 물질(Photochromic molecule)을 포함하여 이루어지되,
상기 광감응성 물질은 아조벤젠(azobenzene), 스피로피란(Spiropyran), 디아릴에텐(Diarylethene) 또는 이들의 유도체(derivatives) 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 복합센서장치는 반도체 장치, 기계장치, 모바일 장치, 스마트폰, 태블릿, 노트북, 컴퓨터 장치, 웨어러블 장치, 메디컬 장치 또는 헬스케어 장치를 포함하여 이루어지는 이동성이 있는 단말에 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 채널층에서 감지되는 가스는 NOx 계열 가스, O3(오존) 가스, VOC(Volatile Organic Compounds), HCHO(formaldehyde), 탄소(carbon) 계열 가스, 황(sulfur) 계열 가스 또는 미세먼지(PM-10) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 채널층은 제 1 채널층 및 상기 제 1 채널층 하단에 상기 제 1 채널층과 평형하게 배치된 제 2 채널층을 포함하여 이루어지되,
상기 제 1 채널층은 자외선 및 가스에 의해 영향을 받지 않는 채널층이며, 상기 제 2 채널층은 가스에 의해 영향을 받는 채널층인 것을 특징으로 하는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 듀얼 게이트(Dual-Gate) 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor: OFET) 타입의 복합센서장치를 제조하는 방법에 있어서,
게이트 전극층에 유전체층을 결합하는 단계;
상기 게이트 전극층과 결합된 유전체층 상단에 가스감지를 수행하는 채널층을 코팅(coating)하는 단계;
상기 채널층 상단에 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 이격하여 평형하게 증착(deposition)하여 소스드레인 전극층을 형성하는 단계;
상기 소스드레인 전극층 상단에 자외선감지를 수행하는 유전체(dielectric)층을 코팅하는 단계; 및
상기 자외선감지를 수행하는 유전체 층 상단에 게이트 전극층을 증착하는 단계;를 포함하여 이루어지는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 유전체층은 산화규소(SiO2), 이온결합 물질, 고 유전체 물질(high-K dielectrics), 전해 물질, 페로브스카이트(perovskite) 물질을 포함하는 무기 유전체 물질 또는 유기 유전체 물질 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 코팅은 스핀 코팅, 캐스팅, 진공증착, 프린팅, 분무코팅, 롤코팅, 슬릿코팅, 드롭캐스팅, 딥케스팅, 잉크젯 코팅, 임프린트 코팅 또는 레이져 코팅 중 어느 하나를 기반으로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치 제조방법. - 듀얼 게이트(Dual-Gate) 및 2 채널(Two Channel) 구조로 이루어진 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor: OFET) 타입의 복합센서장치에 있어서,
서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층;
상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층;
상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층;
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전체(dielectric)층;
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 유전체층 사이에 위치하되 자외선 및 가스에 의해 영향을 받지 않는 제 1 채널(Channel)층;
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 위치하되 가스감지를 수행하는 제 2 채널(channel)층; 및
상기 제 2 게이트 전극층과 상기 제 2 채널층 사이에 제 2 유전체(dielectric)층을 더 포함하여 이루어지는, 듀얼 게이트 및 2 채널 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치. - 자외선과 가스 감지를 수행하는 유전체를 포함하는 듀얼 게이트(Dual-Gate) 구조 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor: OFET) 타입의 복합센서장치에 있어서,
서로 이격하여 평형하게 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어지는 소스드레인 전극층;
상기 소스드레인 전극층 상단에 배치된 제 1 게이트 전극층;
상기 소스드레인 전극층 하단에 배치된 제 2 게이트 전극층;
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 1 게이트 전극층 사이에 위치하되 자외선감지를 수행하는 제 1 유전체(dielectric)층;
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 게이트 전극층 사이에 외치하되 가스 감지를 수행하는 제 2 유전체(dielectric)층; 및
상기 소스드레인 전극층과 상기 제 2 유전체층 사이에 위치하는 채널(channel)층;을 포함하여 이루어지는, 유전체를 포함하는 듀얼 게이트 구조로 이루어진 OFET 타입 복합센서장치.
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2015
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