KR102588691B1 - 반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치 - Google Patents
반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102588691B1 KR102588691B1 KR1020210153348A KR20210153348A KR102588691B1 KR 102588691 B1 KR102588691 B1 KR 102588691B1 KR 1020210153348 A KR1020210153348 A KR 1020210153348A KR 20210153348 A KR20210153348 A KR 20210153348A KR 102588691 B1 KR102588691 B1 KR 102588691B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanocomposite
- semiconducting
- phototransistor
- quantum dots
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 229920001935 styrene-ethylene-butadiene-styrene Polymers 0.000 claims description 21
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 4
- 125000000175 2-thienyl group Chemical group S1C([*])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- VJYJJHQEVLEOFL-UHFFFAOYSA-N thieno[3,2-b]thiophene Chemical compound S1C=CC2=C1C=CS2 VJYJJHQEVLEOFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004054 semiconductor nanocrystal Substances 0.000 claims 1
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N octadecyltrimethoxysilane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000005430 electron energy loss spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L53/00—Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L65/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/56—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing sulfur
- C09K11/562—Chalcogenides
- C09K11/565—Chalcogenides with zinc cadmium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/88—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing selenium, tellurium or unspecified chalcogen elements
- C09K11/881—Chalcogenides
- C09K11/883—Chalcogenides with zinc or cadmium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치가 제공된다. 상기 반도체성 나노복합체는 양자점, 반도체성 고분자 피브릴, 및 엘라스토머를 혼합하여 제조된다.
Description
본 발명은 반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치에 관한 것이다.
생활의 편리성을 향상시키기 위해 다양한 웨어러블 장치가 연구개발되고 있다. 상기 웨어러블 장치는 사람의 피부 등 곡면에 접착되어 사용되므로 다양한 형상으로 변형된다. 이러한 변형에 적용될 수 있는 신축성 전자 장치가 제안되고 있으나 신축성 증가는 장치의 성능을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 신축성을 갖는 반도체성 나노복합체를 제공한다.
본 발명은 상기 반도체성 나노복합체를 포함하는 포토트랜지스터 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체성 나노복합체는 양자점, 반도체성 고분자 피브릴, 및 엘라스토머를 혼합하여 제조된다.
상기 양자점은 무기 반도체성 나노결정을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 CdSe/ZnS 코어/쉘 양자점을 포함할 수 있다.
상기 반도체성 고분자 피브릴은 PDPP2T-TT-OD(poly[2,5-(2-octyldodecyl)-3,6-diketopyrrolopyrrole-alt-5,5-(2,5-di(thien-2-yl)thieno [3,2-b]thiophene)])을 포함할 수 있다.
상기 엘라스토머는 SEBS(polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene)을 포함할 수 있다.
상기 양자점, 상기 반도체성 고분자 피브릴, 및 상기 엘라스토머는 등가 중량 분율로 혼합될 수 있다.
상기 반도체성 나노복합체는 필름 형상을 가질 수 있고, 상기 양자점은 상기 필름의 상단 표면 영역 및 하단 표면 영역에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 포토트랜지스터 장치는 상기 반도체성 나노복합체를 포함한다.
상기 반도체성 나노복합체는 광흡수층일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체성 나노복합체 및 포토트랜지스터 장치는 신축성을 가질 수 있다. 상기 반도체성 나노복합체 및 상기 포토트랜지스터 장치는 신축된 상태에서도 성능을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체를 포함하는 포토트랜지스터 어레이를 나타낸다.
도 3은 도 2의 포토트랜지스터 어레이의 실제 이미지를 나타낸다.
도 4는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 기계 변형 동안 포토트랜지스터의 정확성을 향상시키는 과정을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 필름의 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 필름의 단면을 나타내는 HRTEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 내 양자점의 ZnS 쉘에서 아연의 라인 스캔 EDS 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 및 그린 양자점의 TRPL 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체의 에너지밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토트랜지스터 어레이를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토트랜지스터 어레이의 제조 공정을 나타낸다.
도 12 내지 도 14는 각각 블루 포토트랜지스터, 그린 포토트랜지스터, 및 레드 포토트랜지스터의 광응답을 나타낸다.
도 15는 5×15 포토트랜지스터 어레이의 광전류 매핑 및 멀티플렉스 어레이의 연결 다이어그램을 나타낸다.
도 16은 스트레칭 전후 주기적인 온/오프 조명에서 포토트랜지스터의 정규화된 광전류를 나타낸다.
도 17은 스트레인이 적용될 때 포토트랜지스터의 정규화된 광전류를 나타낸다.
도 18은 스트레인이 적용될 때 포토트랜지스터의 광응답성 및 광검출성을 나타낸다.
도 19는 PBS 용액에서 포토트랜지스터 어레이의 광전류 및 암전류를 나타낸다.
도 20은 변형된 상태의 5×15 포토트랜지스터 어레이를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체를 포함하는 포토트랜지스터 어레이를 나타낸다.
도 3은 도 2의 포토트랜지스터 어레이의 실제 이미지를 나타낸다.
도 4는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 기계 변형 동안 포토트랜지스터의 정확성을 향상시키는 과정을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 필름의 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 필름의 단면을 나타내는 HRTEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 내 양자점의 ZnS 쉘에서 아연의 라인 스캔 EDS 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 및 그린 양자점의 TRPL 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체의 에너지밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토트랜지스터 어레이를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토트랜지스터 어레이의 제조 공정을 나타낸다.
도 12 내지 도 14는 각각 블루 포토트랜지스터, 그린 포토트랜지스터, 및 레드 포토트랜지스터의 광응답을 나타낸다.
도 15는 5×15 포토트랜지스터 어레이의 광전류 매핑 및 멀티플렉스 어레이의 연결 다이어그램을 나타낸다.
도 16은 스트레칭 전후 주기적인 온/오프 조명에서 포토트랜지스터의 정규화된 광전류를 나타낸다.
도 17은 스트레인이 적용될 때 포토트랜지스터의 정규화된 광전류를 나타낸다.
도 18은 스트레인이 적용될 때 포토트랜지스터의 광응답성 및 광검출성을 나타낸다.
도 19는 PBS 용액에서 포토트랜지스터 어레이의 광전류 및 암전류를 나타낸다.
도 20은 변형된 상태의 5×15 포토트랜지스터 어레이를 나타낸다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 상기 반도체성 나노복합체는 고유의 신축성을 갖는 양자점 기반 반도체성 나노복합체(intrinsically-stretchable quantum-dot-based semiconducting nanocomposite, isQDSN)로, 양자점, 반도체성 고분자 피브릴(semiconducting polymer fibril), 및 엘라스토머(elastomer)를 혼합하여 제조된다.
상기 양자점(QD)은 무기 반도체성 나노결정(inorganic semiconducting nanocrystal)으로, 크기를 조정할 수 있는 CdSe/ZnS 코어/쉘 양자점을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 다중 스펙트럼 광흡수를 위해 사용된다.
상기 반도체성 고분자 피브릴은 PDPP2T-TT-OD(poly[2,5-(2-octyldodecyl)-3,6-diketopyrrolopyrrole-alt-5,5-(2,5-di(thien-2-yl)thieno [3,2-b]thiophene)])을 포함할 수 있다. 상기 반도체성 고분자 피브릴은 상기 양자점과 함께 퍼콜레이트형 네트워크(percolated network)를 통한 용이한 전하 수송에 사용된다.
상기 엘라스토머는 SEBS(polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene)을 포함할 수 있다. 상기 엘라스토머는 상기 반도체성 나노복합체의 매트릭스로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체를 포함하는 포토트랜지스터 어레이를 나타내고, 도 3은 도 2의 포토트랜지스터 어레이의 실제 이미지를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 포토트랜지스터 어레이는 상기 반도체성 나노복합체를 광흡수층으로 포함하며, 신축성을 가질 수 있다. 신축성 유전체 및 전극의 경우 스핀 코팅된 SEBS(두께: 약 1μm) 및 미세 균열 Au 나노멤브레인(두께: 약 50nm)이 각각 사용된다. 5×15 포토트랜지스터 어레이는 다중 스펙트럼 광 입력(예: 청색광, 녹색광, 적색광)을 위해 5×5 포토트랜지스터 어레이의 3개 층을 적층하여 제조된다. 각 RGB 픽셀은 미스얼라인 방식(mis-aligned manner)으로 통합된다. 멀티플렉스 포토트랜지스터 어레이는 고유의 신축성(30% 신축성)을 가지며, 신축성을 갖기 위해 특별한 구조 설계가 필요하지 않다.
도 4는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 기계 변형 동안 포토트랜지스터의 정확성을 향상시키는 과정을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 포토트랜지스터 어레이의 기계적 변형 동안 광학 수차 및 노이즈를 보상하기 위해 기계 학습 알고리즘을 적용하여 광검출 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 필름의 구성을 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 필름의 단면을 나타내는 HRTEM 이미지이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 반도체성 나노복합체는 양자점(레드 QD, 그린 QD,블루 QD), PDPP2T-TT-OD 및 SEBS를 등가 중량 분율로 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 반도체성 나노복합체 필름의 특성은 단면 HRTEM(high-resolution transmission electron microscopy)을 이용하여 분석될 수 있다. 상기 반도체성 나노복합체 필름의 상단(적색 라인 영역)과 하단(청색 라인 영역)의 확대된 단면 HRTEM 이미지는 양자점이 필름의 상단 표면 영역과 하단 표면 영역에서 대부분 관찰되었음을 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 내 양자점의 ZnS 쉘에서 아연의 라인 스캔 EDS 결과를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 깊이 방향의 EDS(energy dispersive X-ray spectrum)의 라인 스캔 데이터는 CdSe/ZnS 코어/쉘 양자점의 ZnS 쉘에서 비롯된 필름의 상단과 하단에 고농도의 아연을 보여준다. 또, EELS(electron energy loss spectroscopy) 데이터는 SEBS 엘라스토머에서 대부분 발견되는 탄소 원소가 필름의 중심에 있음을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체 및 그린 양자점의 TRPL 스펙트럼을 나타낸다.
도 8을 참조하면, TRPL(time resolved photo luminescence)을 측정하여 상기 반도체성 나노복합체(isQDSN)에서 캐리어의 복사 감쇠 역학을 분석하였다. 상기 반도체성 나노복합체의 포토루미네선스(photoluminescence, PL) 감쇠 수명은 순수한 그린 양자점의 수명보다 짧으며, 이는 전하 이동이 나노복합체 내 양자점에서 반도체성 고분자 피브릴로 이루어짐을 의미한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체성 나노복합체의 에너지밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 9를 참조하면, PDPP2T의 가장 높은 점유 분자 궤도는 양자점의 전도대 에너지 준위보다 높기 때문에 외부 조명에 의해 양자점에 생성된 정공은 양자점에서 PDPP2T로 쉽게 확산될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토트랜지스터 어레이를 나타내고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토트랜지스터 어레이의 제조 공정을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 반도체성 나노복합체(isQDSN) 필름을 기반으로 고유의 신축성을 갖는 멀티플렉스 포토트랜지스터 어레이가 제조된다. 신축성 전극의 경우 두께가 약 50nm인 Au 나노멤브레인이 SEBS 기판(두께: 약 200μm)에 증착된다. SEBS는 게이트 유전체(약 1μm) 및 캡슐화층(약 200μm)으로도 사용된다. 반도체성 나노복합체 필름은 하부 게이트 포토트랜지스터의 채널 재료로 사용된다. RGB 감지를 위해 다양한 밴드갭을 갖는 양자점이 PDPP2T 및 SEBS와 혼합되어 반도체성 나노복합체 필름이 제조될 수 있다.
별도로 제조된 R, G, B 포토트랜지스터 어레이는 전사 기술을 이용하여 고유의 신축성을 갖는 멀티플렉스 포토트랜지스터 어레이(5×15 어레이, 하단에 5×5 R-감지 어레이, 중간에 5×5 G-감지 어레이, 5×5 상단의 B-감지 어레이)로 적층된다.
도 11을 참조하면, 포토트랜지스터 어레이는 신축성을 갖는 재료를 사용하여 제조된다. 신축성 SEBS 기판(두께 0.2mm)은 톨루엔 중 80mg/ml의 SEBS 엘라스토머로 형성된다. 게이트 전극은 섀도우 마스크를 이용하여 열적으로 증발된 금(두께 50nm)으로 상기 SEBS 기판 위에 패터닝되어 형성된다. 유전체층은 톨루엔 중 60mg/ml의 SEBS 엘라스토머를 옥타데실-트리메톡시실란(octadecyl-trimethoxysilane, OTS)으로 처리된 SiO2/Si 웨이퍼에 스핀 코팅(1000rpm/1분)하여 형성된다. 상기 유전체층은 게이트 전극 패턴이 있는 SEBS 기판으로 전사된다. 반도체성 채널층은 CdSe/ZnS 양자점을 포함하는 반도체성 나노복합체(isQDSN) 용액을 OTS 처리된 SiO2/Si 웨이퍼에 스핀 코팅(1000rpm/1분)하여 형성된다. 상기 반도체성 채널층은 상기 SEBS 기판의 유전체층 위로 전사된다. 레드 트랜지스터 어레이의 반도체성 채널층은 레드 양자점을 포함하는 반도체성 나노복합체 용액을 스핀 코팅하여 형성되고, 그린 트랜지스터 어레이의 반도체성 채널층은 그린 양자점을 포함하는 반도체성 나노복합체 용액을 스핀 코팅하여 형성되며, 블루 트랜지스터 어레이의 반도체성 채널층은 블루 양자점을 포함하는 반도체성 나노복합체 용액을 스핀 코팅하여 형성된다. SEBS 캡슐화층(두께 0.2mm)은 톨루엔 중 180mg/ml SEBS 엘라스토머를 OTS 처리된 SiO2/Si 웨이퍼에 스핀 코팅(500rpm/1분)하여 형성된다. 소오스 및 드레인 전극(50nm 두께 Au)은 섀도우 마스크를 이용한 열 증발 공정에 의해 상기 SEBS 캡슐화층에 형성된다. 상기 SEBS 캡슐화층은 상기 SEBS 기판으로 전사된다.
도 12 내지 도 14는 각각 블루 포토트랜지스터, 그린 포토트랜지스터, 및 레드 포토트랜지스터의 광응답을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 5×15 포토트랜지스터 어레이의 모든 포토트랜지스터는 약 20pA의 낮은 암전류를 나타냈다. 블루 포토트랜지스터(청색광에 민감한 반도체성 나노복합체를 사용하는 포토트랜지스터)에 청색광(450nm)을 조사하면 광전류가 0.6μA로 증가한다. 블루 포토트랜지스터의 광전류는 각각 녹색광(525nm) 및 적색광(635nm)의 조명에 의해 낮게(약 10nA 및 약 0.1nA) 유지되어 컬러 선택성을 보여준다.
도 13을 참조하면, 그린 포토트랜지스터(녹색광에 민감한 반도체성 나노복합체를 사용하는 포토트랜지스터)는 청색광과 녹색광이 조명될 때 광전류가 약 0.2μA로 증가하는 반면 적색광에 대해서는 약 10nA의 낮은 광전류를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 레드 포토트랜지스터(적색광에 민감한 반도체성 나노복합체를 사용하는 포토트랜지스터)는 모든 R/G/B 빛에 반응하며 광전류는 약 0.2μA로 증가한다.
도 15는 5×15 포토트랜지스터 어레이의 광전류 매핑 및 멀티플렉스 어레이의 연결 다이어그램을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 포토트랜지스터 어레이 내 포토트랜지스터는 높은 균일성을 나타냈으며, 이는 멀티플렉스 동작에 중요하다.
도 16은 스트레칭 전후 주기적인 온/오프 조명에서 포토트랜지스터의 정규화된 광전류를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 수직 방향을 따라 30%의 인장 스트레인이 가해진 경우에도 주기적인 온/오프 조명에 대한 R/G/B 포토트랜지스터의 광응답은 신축되지 않은 포토트랜지스터와 비교하여 최소한의 변화를 보였다. 광응답 시간(τrise, τfall)과 게이트 바이어스(VG)는 τrise = 0.31ms, τfall = 0.27ms, VG = -15V였다.
도 17은 스트레인이 적용될 때 포토트랜지스터의 정규화된 광전류를 나타내고, 도 18은 스트레인이 적용될 때 포토트랜지스터의 광응답성 및 광검출성을 나타낸다.
도 17을 참조하면, 고유의 신축성을 갖는 R/G/B 포토트랜지스터는 30% 늘었을 때 최소 변동(<5%)으로 안정적인 정규화된 온 전류를 나타냈다.
도 18을 참조하면, 30% 변형에서 녹색광으로 조명된 그린 포토트랜지스터에서 약 0.013mA/W의 광 반응성과 약 3.8×106 Jones의 광검출도를 얻었다. 레드 및 블루 포토트랜지스터의 광응답 및 광검출도는 유사한 값을 나타냈다.
도 19는 PBS 용액에서 포토트랜지스터 어레이의 광전류 및 암전류를 나타낸다. 고유의 신축성을 갖는 포토트랜지스터 어레이는 웨어러블 전자 제품에 적용될 수 있다. 웨어러블 애플리케이션의 경우 재료 및 장치의 기계적 안정성이 크게 요구된다. SEBS 캡슐화층으로 포토트랜지스터 어레이를 패시베이션한 후 PBS 용액을 5×15 어레이에 떨어뜨려 전기적 성능의 변화를 관찰하였다.
도 19를 참조하면, PBS 용액에서 캡슐화된 포토트랜지스터 어레이는 3시간 동안 안정적인 광전류 및 암전류를 나타냈다.
도면에 도시되지 않았지만, 상기 포토트랜지스터 어레이는 인간의 피부에 콘포말하게 접착되어 변형될 수 있다. 상기 포토트랜지스터 어레이는 벤딩 변형 후에도 안정적인 광전류를 나타냈다. 또, 스트레칭 및 컴프레싱 변형 후에도 박리 및/또는 기계적 파손이 관찰되지 않았다.
도 20은 변형된 상태의 5×15 포토트랜지스터 어레이를 나타낸다.
도 20을 참조하면, 고유의 신축성을 갖는 5×15 포토트랜지스터 어레이는 곡선 표면에 콘포말하게 접착될 수 있다. 장치의 높은 영역 적용 커버리지는 고유한 신축성으로 인해 픽셀 수가 많은 시스템에도 확장 가능하다. 반 반구형 변형 및 완전 반구형 변형 등 다양한 변형을 통하여 고유의 신축성을 갖는 포토트랜지스터 어레이의 성능을 검증하였다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 양자점, 반도체성 고분자 피브릴, 및 엘라스토머를 혼합하여 제조되는 반도체성 나노복합체로서,
상기 반도체성 나노복합체는 필름 형상을 가지며,
상기 양자점은 상기 필름의 상단 표면 영역 및 하단 표면 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체성 나노복합체. - 제 1 항에 있어서,
상기 양자점은 무기 반도체성 나노결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체성 나노복합체. - 제 2 항에 있어서,
상기 양자점은 CdSe/ZnS 코어/쉘 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체성 나노복합체. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체성 고분자 피브릴은 PDPP2T-TT-OD(poly[2,5-(2-octyldodecyl)-3,6-diketopyrrolopyrrole-alt-5,5-(2,5-di(thien-2-yl)thieno [3,2-b]thiophene)])을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체성 나노복합체. - 제 1 항에 있어서,
상기 엘라스토머는 SEBS(polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체성 나노복합체. - 제 1 항에 있어서,
상기 양자점, 상기 반도체성 고분자 피브릴, 및 상기 엘라스토머는 등가 중량 분율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 반도체성 나노복합체. - 삭제
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 반도체성 나노복합체를 포함하는 포토트랜지스터 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 반도체성 나노복합체는 광흡수층인 것을 특징으로 하는 포토트랜지스터 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210153348A KR102588691B1 (ko) | 2021-11-09 | 2021-11-09 | 반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210153348A KR102588691B1 (ko) | 2021-11-09 | 2021-11-09 | 반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230067343A KR20230067343A (ko) | 2023-05-16 |
| KR102588691B1 true KR102588691B1 (ko) | 2023-10-12 |
Family
ID=86546281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210153348A KR102588691B1 (ko) | 2021-11-09 | 2021-11-09 | 반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102588691B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101714342B1 (ko) * | 2016-09-09 | 2017-03-13 | 충남대학교산학협력단 | 광전소자에 적용 가능한 유무기 혼성 나노와이어 및 이의 제조방법 |
| JP2017529451A (ja) * | 2014-09-09 | 2017-10-05 | メルク パテント ゲーエムベーハー | 共役系ポリマー |
-
2021
- 2021-11-09 KR KR1020210153348A patent/KR102588691B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017529451A (ja) * | 2014-09-09 | 2017-10-05 | メルク パテント ゲーエムベーハー | 共役系ポリマー |
| KR101714342B1 (ko) * | 2016-09-09 | 2017-03-13 | 충남대학교산학협력단 | 광전소자에 적용 가능한 유무기 혼성 나노와이어 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230067343A (ko) | 2023-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Song et al. | Stretchable colour-sensitive quantum dot nanocomposites for shape-tunable multiplexed phototransistor arrays | |
| US12010860B2 (en) | Quantum dot LED design based on resonant energy transfer | |
| US8742398B2 (en) | Quantum dot-fullerene junction based photodetectors | |
| Chen et al. | All solution-processed stable white quantum dot light-emitting diodes with hybrid ZnO@ TiO2 as blue emitters | |
| US8004057B2 (en) | Materials, systems and methods for optoelectronic devices | |
| US8835941B2 (en) | Displays including semiconductor nanocrystals and methods of making same | |
| US20140225063A1 (en) | Quantum dot-fullerene junction based photodetectors | |
| US20140054540A1 (en) | Device including semiconductor nanocrystals & method | |
| US20070151597A1 (en) | Nanocrystal and photovoltaic device comprising the same | |
| US20170256730A1 (en) | Quantum dot electronic device and quantum dot transfer printing method | |
| Ghosh et al. | Inverted device architecture for enhanced performance of flexible silicon quantum dot light-emitting diode | |
| US20190157566A1 (en) | Organic compound, and light-emitting diode and light-emitting device including the same | |
| KR102588691B1 (ko) | 반도체성 나노복합체 및 이를 포함하는 포토트랜지스터 장치 | |
| KR102674794B1 (ko) | 양자점 발광다이오드, 그 제조 방법 및 양자점 발광표시장치 | |
| KR20120016342A (ko) | 양자점 발광 소자 | |
| KR20190015672A (ko) | 발광 다이오드 | |
| RU2793120C1 (ru) | Эластичная светодиодная матрица | |
| US11652187B2 (en) | Photoresist contact patterning of quantum dot films | |
| KR20190023454A (ko) | 투명 소자 및 이를 포함하는 투명 디스플레이 장치 | |
| WO2024115882A1 (en) | Device | |
| CN118256056A (en) | Composite material, preparation method thereof, photoelectric device and display device | |
| CN116456739A (zh) | 显示装置 | |
| CN118284275A (zh) | 复合材料及其制备方法、光电器件及显示装置 | |
| CN116528608A (zh) | 薄膜、光电器件的制备方法、光电器件及显示装置 | |
| TW202309723A (zh) | 顯示裝置及顯示裝置的製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |