KR20130136306A - Diketopyrrolopyrrole polymer derivative containing 1,2-di(selenophen-2-yl)ethene and organic thin film transistor including the derivative - Google Patents

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KR20130136306A KR1020120060009A KR20120060009A KR20130136306A KR 20130136306 A KR20130136306 A KR 20130136306A KR 1020120060009 A KR1020120060009 A KR 1020120060009A KR 20120060009 A KR20120060009 A KR 20120060009A KR 20130136306 A KR20130136306 A KR 20130136306A
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최동훈
김경환
김지호
허동욱
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides a diketopyrrolopyrrole polymer derivative containing 1,2-di(selenophen-2-yl)ethene, and an organic thin film transistor including the derivative. The organic thin film transistor including the diketopyrrolopyrrole polymer derivative containing 1,2-di(selenophen-2-yl)ethane has high hole mobility and excellent thermal stability. [Reference numerals] (AA) Source electrode;(BB) Organic semiconductor thin film;(CC) Drain electrode;(DD) Insulating (film SiO_2);(EE) Gate electrode;(FF) Substrate

Description

1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체 및 이를 포함하는 유기박막 트랜지스터{Diketopyrrolopyrrole polymer derivative containing 1,2-di(selenophen-2-yl)ethene and organic thin film transistor including the derivative}Diketopyrrolopyrrole polymer derivative containing 1,2-di (selenophen-2-yl) ethene and organic including a diketopyrrolopyrrole polymer derivative comprising 1,2-diselenophen-2-ylethyne thin film transistor including the derivative}

본 발명은 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체 및 이를 포함하는 유기박막 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative including 1,2-diselenophen-2-ylethyne and an organic thin film transistor comprising the same.

1970년대 후반부터 특정한 유기물에 적절한 도핑을 통해 전기 전도도가 거의 구리에 가깝게 도달될 수 있다는 것이 알려진 후, 현재 유기물은 전도도 측면에서, 최고의 절연체(폴리스티렌 등)로부터 반도체, 전도체(도핑된 폴리아세틸렌 등)뿐만 아니라 최고의 전도체인 초전도체((TMTSF)2PF6, 퍼클로레이트, 펜타센 등)까지 모든 종류의 전자재료를 얻을 수 있게 되었다. 반도체의 예로서는 p-형의 펜타센, n-형의 C60, Alq3 등이 있고, 유전체로는 강유전체인 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)와 이를 근간으로 하는 코-폴리머들이 있다.Since it is known from the late 1970s that electrical conductivity can be reached almost close to copper through proper doping of certain organics, organics are now in terms of conductivity, from the best insulators (polystyrene, etc.) to semiconductors, conductors (doped polyacetylenes, etc.) In addition, all kinds of electronic materials can be obtained, including superconductors (TMTSF) 2 PF 6 , perchlorate, pentacene, etc.). Examples of the semiconductor include p-type pentacene, n-type C 60 , Alq 3, and the like, and dielectrics include polyvinylidene fluoride (PVDF), which is a ferroelectric, and co-polymers based thereon.

최근 10여 년간 반도체 성질을 띠는 유기 소재의 개발과 이를 이용한 다양한 응용 연구 또한 어느 때보다 활발히 진행되어 왔다. 전자파 차폐막, 캐패시터, 유기 EL(electroluminescence) 디스플레이, 유기박막 트랜지스터, 태양전지, 다광자 흡수 현상을 이용한 메모리 소자 등 유기반도체를 이용한 응용 연구의 영역은 계속해서 확장되고 있다. 특히 유기 EL 분야는 일부가 상품화됨으로써 전자 분야에서도 유기물을 이용한 응용 연구를 활성화시키는 촉매제 역할을 하고 있다.In recent decades, the development of organic materials with semiconductor properties and various application studies using them have been actively conducted. The scope of application research using organic semiconductors such as electromagnetic shielding films, capacitors, organic electroluminescence (EL) displays, organic thin film transistors, solar cells, and memory devices using multiphoton absorption phenomena continues to expand. In particular, the organic EL field is partly commercialized and serves as a catalyst for activating applied research using organic materials in the electronic field.

유기물질을 이용한 유기박막 트랜지스터는 유기 EL용 능동 구동 소자의 사용을 필두로 차세대 스마트카드 등에도 연구되고 있다. 또한, 유기물 반도체를 활성층으로 하여 전기적 발진 특성에 관한 연구 결과가 발표된 후 레이저 다이오드로서의 응용성에 대해서도 많은 관심을 불러일으키고 있다. 또한, 도핑된 펜타센으로 제작된 태양전지의 효율이 2.4 %에 달하는 등 비약적인 발전을 보이고 있으며, 비유기물에 비해 소자 제작 단가가 현저히 낮다.Organic thin film transistors using organic materials are being studied in next generation smart cards, using active driving devices for organic EL. In addition, after the results of the research on the electric oscillation characteristics using the organic semiconductor as an active layer, it has been attracting much attention about the application as a laser diode. In addition, the solar cell made of doped pentacene is showing a rapid development, such as 2.4% efficiency, the device manufacturing cost is significantly lower than the inorganic.

또한, 플랙시블한 전자 회로 기판이 미래 산업에 중요한 요소 기술이 될 것으로 예상되므로, 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 유기박막 트랜지스터의 개발은 중요한 연구 분야로 대두되고 있다. 유기박막 트랜지스터는 유기반도체의 특성상 전하 이동도가 낮아 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge) 등이 쓰이는 고속 소자에는 쓰일 수 없지만, 넓은 면적 위에 소자를 제작하거나 저온 공정이 필요하거나, 구부림이 필요한 경우 사용 가능하고, 특히 저가 공정이 가능하므로 유기박막 트랜지스터는 유용하게 쓰일 수 있다. 최근에 필립스의 연구진들은 기판과 전극, 유기유전체(절연체), 유기반도체를 모두 고분자를 이용하여 326개의 트랜지스터로 구성된 프로그래머블 코드 제너레이터(programmable code generator)를 제작 발표한 바 있다.In addition, since flexible electronic circuit boards are expected to be an important element technology for future industries, the development of organic thin film transistors capable of meeting these requirements is emerging as an important research field. Organic thin film transistors cannot be used in high-speed devices that use silicon (Si) or germanium (Ge) due to their low charge mobility due to the characteristics of organic semiconductors, but they are used when devices are fabricated over a large area, low temperature processes are required, or bending is required. Organic thin film transistors can be useful because they are possible, and particularly low cost processes are possible. Recently, researchers at Philips have produced a programmable code generator, which consists of 326 transistors, using substrates, electrodes, organic dielectrics (insulators), and organic semiconductors all using polymers.

플라스틱 기판 상에 구현된 유기박막 트랜지스터는 구부림이 가능한 액정 표시 소자나 최근 큰 관심을 불러일으키고 있는 전자 종이(electronic paper) 및 유기 발광 소자의 구동에도 응용이 가능하다. 특히, 최근에 개발된 전자 종이는 전압 구동으로 높은 전하 이동도와 고속 스위칭 속도가 필요치 않은 표시 소자이고, 구부림이 가능한 대면적에 적용하기 유리한 기술이므로, 유기박막 트랜지스터의 응용 가능성이 매우 높다.Organic thin film transistors implemented on plastic substrates can also be applied to bendable liquid crystal display devices, or to drive electronic paper and organic light emitting devices, which have recently attracted great interest. In particular, recently developed electronic paper is a display device that does not require high charge mobility and fast switching speed by voltage driving, and is an advantageous technology to be applied to a large area that can be bent, and thus the application of the organic thin film transistor is very high.

유기박막 트랜지스터에 관한 연구는 1980년대 초반부터 시작하여 최근에 전 세계적으로 본격적인 연구가 진행되고 있다. 트랜지스터 소자는 기판, 게이트 전극, 절연막, 채널층, 소스/드레인 전극, 그리고 외부 습기 및 산소 투과를 막아주는 보호층으로 이루어진다. 유기박막 트랜지스터는 소자특성에 가장 크게 영향을 미치고 전하 이동이 일어나는 핵심부분인 채널층에 기존의 실리콘 계의 무기 재료를 대체하여 반도체 특성을 나타내는 유기 화합물 혹은 고분자 물질로 대체하여 제작한다. 유기반도체 재료로는 폴리페닐렌비닐렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 올리고티오펜과 함께, 안트라센, 테트라센, 펜타센 등의 폴리아센 화합물이 연구되고 있으며, 특히, 폴리아센 화합물은 분자 간 응집력이 강하기 때문에, 높은 결정성을 갖고 있어, 이에 의해 높은 캐리어 이동도를 갖는다. 유기반도체 재료들은 전자를 이동하는 n형 재료와 정공을 수송하는 p형 재료로 구분된다. 현재 p형 유기반도체 중 높은 전하 이동도를 나타내는 것은 펜타센과 같은 저분자 유기반도체 재료이다. Research on organic thin film transistors began in the early 1980s, and recently, full-scale research has been conducted worldwide. The transistor device includes a substrate, a gate electrode, an insulating film, a channel layer, a source / drain electrode, and a protective layer to prevent external moisture and oxygen transmission. The organic thin film transistor is fabricated by replacing the existing silicon based inorganic material with the organic compound or the polymer material which exhibits the semiconductor characteristic, which is the key part of the charge transfer which has the greatest influence on the device characteristics. As organic semiconductor materials, polyacene compounds such as anthracene, tetracene, pentacene, and the like have been studied along with polyphenylenevinylene, polypyrrole, polythiophene, and oligothiophene. Since it is strong, it has high crystallinity and thereby has high carrier mobility. Organic semiconductor materials are divided into n-type materials that move electrons and p-type materials that transport holes. Among the p-type organic semiconductors, high charge mobility is present in low molecular organic semiconductor materials such as pentacene.

펜타센과 같은 폴리아센 화합물은 이웃 분자간의 방향족 분자에서 기인하는π-π 친화력이 강하므로 높은 결정성을 가지고, 우수한 전하이동도 특성을 나타내는 것이 보고되어 있다. 최근의 발표에 따르면 루슨트테크놀로지나 3 M 등에서 펜타센 단결정을 이용하여 3.2 내지 5.0 cm2/Vs 의 높은 전하 이동도가 보고되었다(Mater. Res. Soc. Symp. Proc. vol.771, L6.5.1~L6.5.11(2003)). 프랑스의 CNRS도 올리고티오펜 유도체를 이용하여 0.01 ~ 0.1 cm2/Vs의 비교적 높은 전하 이동도와 전류 점멸비를 보고한 바 있다. 그러나 상기의 종래 기술은 소자 제작에 필요한 박막을 제조하기 위하여 진공 증착 공정을 사용하는 관계로 고가의 진공장비가 필요하고 공정이 복잡하여 공정단가가 높은 단점을 가지고 있다. Polyacene compounds such as pentacene have high crystallinity due to strong π-π affinity resulting from aromatic molecules between neighboring molecules, and have been reported to exhibit excellent charge mobility characteristics. Recent publications have reported high charge mobilities of 3.2 to 5.0 cm 2 / Vs using pentacene single crystals in Lucent Technologies or 3M (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 771, L6.5.1). L 6.5.11 (2003). French CNRS has also reported relatively high charge mobility and current flashing ratios of 0.01 to 0.1 cm 2 / Vs using oligothiophene derivatives. However, the prior art has a disadvantage in that expensive vacuum equipment is required in order to manufacture a thin film required for device fabrication, and expensive process equipment is required and the process cost is high.

이러한 문제를 해결하기 위하여 용액공정이 가능한 펜타센 등의 폴리아센계 유도체를 개발하는 연구가 세계적으로 여러 연구 그룹에서 전개되었다. 독일의 Mullen 연구그룹에서는 용해가 가능한 펜타센 전구체를 합성하여 기판에 용액공정으로 코팅 후 열 처리하여 펜타센을 구현하는 방식으로 0.1~0.2 cm2/Vs 의 전하 이동도를 보이는 유기박막 트랜지스터 소자를 보고하였다(P.T. Herwig and K. Mlen, Adv. Mater. vol.11, p.480(1999)). 미국 켄터키 대학의 안소니 (J. Anthony) 연구그룹에서는 용해도를 부여하기 위하여 트리이소프로필실릴에티닐 (triisopropylsilylethynyl)기가 펜타센 양 측면에 결합된 유도체를 개발하여 용액공정으로 최대 1.5 cm2/Vs 정도의 전하이동도 특성을 보이는 유기박막 트랜지스터 소자의 구현을 보고하였다 (J.E. Anthony, et.al., J. Am . Chem . Soc ., vol.123, p.9482 (2001); J.E. Anthony, et.al., Tech . Dig .- Int . Electron Devices Meet ., p.113 (2006)). 독일 뷔르츠부르크 (Wuzburg) 대학의 뷜트너(Wurthner) 연구 그룹에서는 용해도를 부여하기 위하여 트리메톡시페닐 에티닐(trimethoxyphenylethynyl)기가 펜타센 양 측면에 치환기로서 도입된 펜타센 유도체를 개발하여 유기박막 트랜지스터 소자를 구현하였다 (F. Wurthner, et.al., J. Mater . Chem ., vol.16, p.3708 (2006)). 그러나 이 유도체는 열안정성 및 산화안정성이 매우 낮고 전하이동도도 낮은 문제점을 나타내었다. In order to solve this problem, researches for developing polyacene derivatives such as pentacene, which are capable of solution processing, have been developed in various research groups worldwide. Mullen Research Group in Germany synthesized soluble pentacene precursor, coated organic substrate with solution process, and then heat treated it to realize pentacene, and thus, organic thin film transistor device showing charge mobility of 0.1 ~ 0.2 cm 2 / Vs. (PT Herwig and K. Mlen, Adv. Mater . Vol. 11, p. 480 (1999)). In Anthony (J. Anthony) working group of the University of Kentucky, USA in order to impart solubility triisopropylsilyl ethynyl (triisopropylsilylethynyl) groups are pentamethyl to develop the derivative bonded to both sides of the metallocene up to 1.5 cm 2 / Vs to about the solution process An implementation of an organic thin film transistor device exhibiting charge mobility characteristics has been reported (JE Anthony, et.al., J. Am . Chem . Soc ., Vol . 123, p . 9482 (2001); JE Anthony, et.al. ., Tech. Dig .- Int. Electron Devices Meet . , p. 113 (2006)). The Wurthner research group at the University of Wurzburg, Germany, developed pentacene derivatives in which trimethoxyphenylethynyl groups were introduced as substituents on both sides of pentacene to provide solubility. (F. Wurthner, et.al., J. Mater . Chem . , Vol . 16, p . 3708 (2006)). However, these derivatives exhibited very low thermal and oxidative stability and low charge mobility.

펜타센과 같은 폴리아센계 유기반도체 재료를 용액공정에 적합하도록 하기 위해서 일반적으로 펜타센에 벌키한 치환기 혹은 지방족 알킬기 치환기를 도입하여 용해도를 증가시키는 것이 중요하지만, 용해도 외에도 소재의 열안정성, 산화안정성 등과 같은 안정성 측면과 전하 이동도를 높이기 위하여 분자간 친화력을 향상시켜 결정화를 유도하는 것도 치환기 설계시 매우 중요하게 고려되어야 한다.In order to make polyacene-based organic semiconductor materials such as pentacene suitable for the solution process, it is generally important to increase the solubility by introducing a bulky or aliphatic alkyl substituent to pentacene, but in addition to solubility, such as thermal stability, oxidation stability, etc. In order to increase the stability and charge mobility, the intermolecular affinity to induce crystallization should be considered very important when designing substituents.

이에 본 발명자들은 상술한 종래기술 상의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명은 용해도, 전자주게능 및 결정성을 향상시키고자 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present inventors have completed the present invention to solve the above-mentioned problems in the prior art. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative including 1,2-diselenophen-2-ylethyne to improve solubility, electron donating ability and crystallinity.

또한 본 발명은 상기 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 유기반도체 박막을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an organic semiconductor thin film comprising a diketopyrrolopyrrole polymer derivative including the 1,2- disselenophen-2-ylethyne.

또한 본 발명은 상기 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함함으로써 높은 홀 이동도와 우수한 열안정성을 갖는 유기박막 트랜지스터를 제공하는 데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an organic thin film transistor having high hole mobility and excellent thermal stability by including a diketopyrrolopyrrole polymer derivative including the 1,2-diselenophen-2-ylethyne. have.

본 발명의 일 측면에 따르면 하기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention may be provided with a diketopyrrolopyrrole polymer derivative comprising 1,2- disselenophen-2-ylethyne represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서, R1은 수소, 중수소, C1 내지 C60의 알킬기, C3 내지 C60의 시클로알킬기, C6 내지 C60의 아릴기, N, O 및 S에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 C3 내지 C60의 헤테로아릴기, C1 내지 C60의 헤테로알키닐기, C1 내지 C60의 알키닐기 및 C1 내지 C60의 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In Formula 1, R 1 is C3 to C60 hetero, including at least one selected from hydrogen, deuterium, C1 to C60 alkyl group, C3 to C60 cycloalkyl group, C6 to C60 aryl group, N, O and S It may be selected from the group consisting of an aryl group, a heteroalkynyl group of C1 to C60, an alkynyl group of C1 to C60 and a heteroalkyl group of C1 to C60.

본 발명에 따른 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체의 일 실시예에 의하면, 상기 R1은 하기 구조에서 선택될 수 있다.According to one embodiment of the diketopyrrolopyrrole polymer derivatives containing 1,2-diselenenophen-2-ylethyne according to the present invention, R 1 may be selected from the following structures.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 구조에서 R21 내지 R31은 수소, 중수소, C1 내지 C60의 알킬기, C3 내지 C60의 시클로알킬기, N, O 및 S에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 C3 내지 C60의 헤테로아릴기 및 C6 내지 C60의 아릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In the above structure, R 21 to R 31 are hydrogen, deuterium, C1 to C60 alkyl group, C3 to C60 cycloalkyl group, C3 to C60 heteroaryl group including at least one selected from N, O and S and C6 to C60 It may be selected from the group consisting of an aryl group.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 유기박막 트랜지스터용 유기반도체 박막이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, an organic semiconductor thin film for an organic thin film transistor including a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative including the 1,2-diselenophen-2-ylethyne may be provided.

본 발명에 따른 유기반도체 박막의 일 실시예에 의하면, 상기 유기반도체 박막은 폴리알파메틸스티렌, 무정형 폴리카보네이트, 폴리아릴아민, 폴리카르바졸, 폴리티오펜 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 유기 고분자 화합물을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the organic semiconductor thin film according to the present invention, the organic semiconductor thin film is at least one selected from the group consisting of polyalphamethylstyrene, amorphous polycarbonate, polyarylamine, polycarbazole, polythiophene and mixtures thereof It may further comprise an organic polymer compound.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판, 소스-드레인 전극, 채널층, 절연막 및 게이트전극을 포함하는 유기박막 트랜지스터에 있어서, 상기 채널층이 상기 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 유기반도체 박막인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, in an organic thin film transistor including a substrate, a source-drain electrode, a channel layer, an insulating film, and a gate electrode, the channel layer is the 1,2-diselenophen-2-ylethene. An organic semiconductor thin film transistor comprising a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative comprising a may be provided.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 광전소자가 제공될 수 있다.According to another aspect of the invention, there can be provided an optoelectronic device comprising a diketopyrrolopyrrole polymer derivative containing the 1,2- disselenophen-2-ylethyne.

본 발명에 따른 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체는 일반용매에 대한 용해성 및 내산화성이 우수하며, 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함한 유기박막 트랜지스터는 높은 홀 이동도 및 우수한 열안정성을 나타낸다.The diketopyrrolopyrrole polymer derivatives containing 1,2-diselenophen-2-ylethyne according to the present invention have excellent solubility and oxidation resistance in common solvents, and 1,2-diselenophen-2- The organic thin film transistor including a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative containing ilethene shows high hole mobility and excellent thermal stability.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)의 NMR 스펙트럼이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)를 이용하여 제조한 유기반도체층을 포함하는 유기박막 트랜지스터의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)의 용액상태와 박막상태에서 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)의 박막상태에서 높은 결정성을 확인할 수 있는 XRD 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예1에서 제조된 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)의 박막상태에서 결정성을 확인할 수 있는 AFM 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예1에서 제조된 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)로 제조한 유기박막 트랜지스터에서 관찰될 수 있는 각각의 정공 이동에 따른 전류 밀도를 나타낸 것이다.
1 is an NMR spectrum of the polymer derivative poly (DPP-alt-DTEBSe) prepared in Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an organic thin film transistor including an organic semiconductor layer prepared using the polymer derivative poly (DPP-alt-DTEBSe) prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 3 shows the ultraviolet-visible absorption spectrum in the solution state and thin film state of the polymer derivative poly (DPP-alt-DTEBSe) prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 4 shows the XRD spectrum which can confirm the high crystallinity in the thin film state of the polymer derivative poly (DPP-alt-DTEBSe) prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 5 shows the AFM image which can confirm the crystallinity in the thin film state of the polymer derivative poly (DPP-alt-DTEBSe) prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 6 shows the current density according to each hole movement that can be observed in the organic thin film transistor prepared with the polymer derivative poly (DPP-alt-DTEBSe) prepared in Example 1 of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 유도체가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a diketopyrrolopyrrole derivative may be provided comprising 1,2- disselenophen-2-ylethyne represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 1에서, R1은 수소, 중수소, C1 내지 C60의 알킬기, C3 내지 C60의 시클로알킬기, C6 내지 C60의 아릴기, N, O 및 S에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 C3 내지 C60의 헤테로아릴기, C1 내지 C60의 헤테로알키닐기, C1 내지 C60의 알키닐기 및 C1 내지 C60의 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In Formula 1, R 1 is C3 to C60 hetero, including at least one selected from hydrogen, deuterium, C1 to C60 alkyl group, C3 to C60 cycloalkyl group, C6 to C60 aryl group, N, O and S It may be selected from the group consisting of an aryl group, a heteroalkynyl group of C1 to C60, an alkynyl group of C1 to C60 and a heteroalkyl group of C1 to C60.

상기 화학식 1의 유도체가 갖는 가장 큰 특징은 디케토피롤로피롤에 1,2-디셀레노펜-2-일에텐 구조를 포함시킨 것이다. 일반적으로 펜타센과 같은 폴리아센계 유기반도체 재료를 용액공정에 적합하도록 하기 위해서 일반적으로 펜타센에 벌키한 치환기 혹은 지방족 알킬기 치환기를 도입하여 용해도를 증가시키는 것이 중요하지만, 용해도 외에도 소재의 열안정성, 산화안정성 등과 같은 안정성 측면과 전하 이동도를 높이기 위하여 분자간 친화력을 향상시켜 결정화를 유도하는 것도 치환기 설계시 매우 중요하게 고려해야할 사항이며, 본 발명에서는 상기와 같이 디케토피롤로피롤에 1,2-디셀레노펜-2-일에텐 구조를 포함시킴으로써 이를 달성하고자 하였다.The biggest characteristic of the derivative of Formula 1 is that the diketopyrrolopyrrole includes 1,2- disselenophen-2-ylethyne structure. In general, in order to make a polyacene organic semiconductor material such as pentacene suitable for a solution process, it is generally important to increase solubility by introducing a bulky substituent or an aliphatic alkyl group substituent to pentacene, but in addition to solubility, thermal stability and oxidation stability of the material In order to increase the stability and charge mobility, such as to improve the intermolecular affinity to induce crystallization is also a very important consideration in the design of the substituent, in the present invention as described above in the diketopyrrolopyrrole 1,2- disselenophene This was achieved by including a 2-ylethyne structure.

일 실시예에 따르면, 상기 R1은 서로 독립적으로 하기 구조에서 선택될 수 있다.According to an embodiment, the R 1 may be selected from the following structures independently of each other.

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 구조에서 R21 내지 R31은 수소, 중수소, C1 내지 C60의 알킬기, C3 내지 C60의 시클로알킬기, N, O 및 S에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 C3 내지 C60의 헤테로아릴기 및 C6 내지 C60의 아릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In the above structure, R 21 to R 31 are hydrogen, deuterium, C1 to C60 alkyl group, C3 to C60 cycloalkyl group, C3 to C60 heteroaryl group including at least one selected from N, O and S and C6 to C60 It may be selected from the group consisting of an aryl group.

본 발명에 따른 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체는 통상의 방법을 이용하여 합성될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 화학식 1로 표시되는 이중결합과 바이셀레노펜 구조를 도입한 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체의 합성 과정은 하기 반응식 1에 나타내었다. 하기의 제조방법은 본 발명에 따른 화학식 1의 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 유도체를 제조하는 방법을 한정하는 것은 아니다.The diketopyrrolopyrrole polymer derivatives including 1,2-diselenophen-2-ylethyne according to the present invention can be synthesized using conventional methods, and are not particularly limited. The synthesis process of the diketopyrrolopyrrole polymer derivatives in which the double bond and biselenophene structures represented by Chemical Formula 1 are introduced is shown in Scheme 1 below. The following preparation method is not intended to limit the method for producing a diketopyrrolopyrrole derivatives containing 1,2- disselenophen-2-ylethyne of the formula (1) according to the present invention.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

염화포스포릴을 다이메틸포름알데히드에 0℃ 에서 천천히 첨가한 후 20분 동안 교반한다. 이후 다이클로로에테인에 용해시킨 셀레노펜을 0℃에서 천천히 첨가한 후 실온에서 20분간 교반시킨 다음 100℃에서 12시간 동안 반응시켜 중간체 A를 합성하고 상기 화합물 A를 테트라하이드로퓨란에 아연 파우더를 넣은 후 TiCl4를 -10℃에서 천천히 첨가한 후 1시간 동안 교반시켰다. 이후 상기 화합물 A을 20℃에서 천천히 첨가한 후, 4시간 동안 65℃에서 반응시켜 중간체 B를 만들었다. 테트라하이드로퓨란에 상기 화합물 B를 녹인 후 -78℃에서 부틸리튬을 20분간 천천히 첨가한 뒤 30분 동안 교반하였다. 이후 -78℃에서 1M 트리메틸틴 클로라이드을 30분간 첨가한 뒤 10시간 동안 반응시킨 후 상기 화합물 C를 만들었다. 상기 중간체 D와 C를 (Pd(PPh3)4) 촉매 하에 90℃에서 24시간 동안 반응시켜 최종화합물 E(poly(DPP-alt-DTEBSe))를 합성하였다.Phosphoryl chloride is slowly added to dimethylformaldehyde at 0 ° C. and then stirred for 20 minutes. Thereafter, selenophene dissolved in dichloroethane was slowly added at 0 ° C., stirred at room temperature for 20 minutes, and reacted at 100 ° C. for 12 hours to synthesize Intermediate A, and then put Compound A into tetrahydrofuran and zinc powder. TiCl 4 was added slowly at −10 ° C. and stirred for 1 hour. Then Compound A was slowly added at 20 ° C. and then reacted at 65 ° C. for 4 hours to produce Intermediate B. After dissolving Compound B in tetrahydrofuran, butyllithium was slowly added at -78 ° C for 20 minutes and stirred for 30 minutes. Thereafter, 1M trimethyltin chloride was added at -78 ° C for 30 minutes, followed by reaction for 10 hours, thereby preparing Compound C. The intermediates D and C were reacted at 90 ° C. for 24 hours under a (Pd (PPh 3 ) 4 ) catalyst to synthesize final compound E (poly (DPP-alt-DTEBSe)).

본 발명에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체는 유기박막 트랜지스터용 유기반도체 박막에 채용될 수 있다. 유기반도체 박막은 상기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하며, 폴리알파메틸스티렌, 무정형 폴리카보네이트, 폴리아릴아민, 폴리카르바졸 및 폴리티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 유기 고분자를 더 포함할 수 있다.According to the present invention, a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative including 1,2-diselenophen-2-ylethyne represented by Chemical Formula 1 may be employed in an organic semiconductor thin film for an organic thin film transistor. The organic semiconductor thin film includes a diketopyrrolopyrrole polymer derivative including 1,2- disselenophen-2-ylethyne represented by Chemical Formula 1, polyalphamethylstyrene, amorphous polycarbonate, polyarylamine, It may further comprise at least one organic polymer selected from the group consisting of polycarbazole and polythiophene.

본 발명에서 유기박막 트랜지스터란, 기판, 소스-드레인 전극, 채널층, 절연막 및 게이트 전극을 포함한다. 여기서 채널층은 상기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 유기반도체 박막이다. In the present invention, the organic thin film transistor includes a substrate, a source-drain electrode, a channel layer, an insulating film, and a gate electrode. Here, the channel layer is an organic semiconductor thin film including a diketopyrrolopyrrole polymer derivative containing 1,2- disselenophen-2-ylethyne represented by the formula (1).

상기 유기반도체 박막은 상기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 유기용매에 용해시킨 뒤 기판 위에 코팅하여 형성될 수 있다. 이때, 폴리알파메틸스티렌, 무정형 폴리카보네이트, 폴리아릴아민, 폴리카르바졸 및 폴리티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 유기 고분자를 유기용매에 함께 용해시켜 코팅할 수 있다. 코팅은 스핀 코팅법, 드랍 캐스팅법 또는 잉크젯 코팅법 중 하나의 방법이 사용된다. 여기서, 유기용매로는 디클로로벤젠, 트리클로로에탄, N-메틸피롤리돈 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택되는 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The organic semiconductor thin film may be formed by dissolving a diketopyrrolopyrrole polymer derivative including 1,2-diselenophen-2-ylethyne represented by Chemical Formula 1 in an organic solvent and then coating it on a substrate. In this case, at least one organic polymer selected from the group consisting of polyalphamethylstyrene, amorphous polycarbonate, polyarylamine, polycarbazole, and polythiophene may be dissolved and coated together in an organic solvent. The coating is one of spin coating, drop casting or inkjet coating. Here, the organic solvent may be one selected from the group consisting of dichlorobenzene, trichloroethane, N-methylpyrrolidone and toluene, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 유기박막 트랜지스터는 일반적인 소자 구조에 따라 제작될 수 있으며, 기판/게이트 전극/절연막/유기반도체 박막/소스-드레인 전극이 순서대로 형성된 바텀 게이트 방식 또는 기판/소스-드레인 전극/유기반도체 박막 /절연막/게이트 전극이 순서대로 형성된 탑 게이트 방식을 취할 수 있다. 도 2에는 바텀 게이트 방식의 유기박막 트랜지스터 소자의 단면도를 나타내었다.The organic thin film transistor according to the present invention may be manufactured according to a general device structure, and may include a bottom gate method or a substrate / source-drain electrode / derivative conductor in which a substrate / gate electrode / insulation film / derivative thin film / source-drain electrode are sequentially formed. A top gate method in which thin film / insulation film / gate electrodes are formed in this order may be taken. 2 is a cross-sectional view of a bottom gate organic thin film transistor element.

상기 절연막으로는 SiO2를 사용할 수 있으며, Cytop (일본 아사히글라스사), 폴리비닐페놀, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 고분자 절연막 또한 사용할 수 있다.  SiO 2 may be used as the insulating film, and polymer insulating films such as Cytop (Japan Asahi Glass Co., Ltd.), polyvinylphenol, and polymethyl methacrylate may also be used.

일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체는 광전소자에 채용될 수 있으며, 유기 전계 발광 소자, 유기태양전지, 유기 트랜지스터 또는 메모리 소자 등이 이에 해당된다.
In one embodiment, the diketopyrrolopyrrole polymer derivatives containing 1,2- disselenophen-2-ylethyne represented by the formula (1) may be employed in the optoelectronic device, the organic electroluminescent device, organic The solar cell, an organic transistor or a memory device, and the like.

이하에서는 상기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체의 합성 방법 및 이를 포함하는 유기박막 트랜지스터, 및 이의 제조 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for synthesizing a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative including 1,2-diselenophen-2-ylethyne represented by Chemical Formula 1, an organic thin film transistor including the same, and a method of manufacturing the same Explain.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

각 합성단계별 중간체 화합물과 최종화합물의 순도를 높이기 위하여 재결정, 갑압증류, 컬럼크로마토그래피 등으로 화합물의 정제를 실시하였다. 화합물의 순도 및 구조 확인은 핵자기공명분광분석기, 기체크로마토그래피, 녹는점 측정법 등을 활용하였다.
In order to increase the purity of the intermediate compound and final compound in each synthesis step, the compound was purified by recrystallization, pressure distillation, column chromatography, and the like. The purity and structure of the compounds were determined using nuclear magnetic resonance spectroscopy, gas chromatography, and melting point measurement.

실시예Example 1: 고분자 유도체  1: polymer derivative polypoly (( TDPPTDPP -- BiSeBise )(F)의 합성Synthesis of (F)

중간체 (E)-1,2-비스(5-(Intermediate (E) -1,2-bis (5- ( 트리메틸스태닐Trimethylstannyl )) 셀레노펜Selenophen -2-일)에탄 (C)의 합성Synthesis of 2-yl) ethane (C)

Figure pat00006
Figure pat00006

염화포스포릴 (8.54mL, 91.6mmol)을 다이메틸포름알데히드 (7.71mL, 99.2mmol)에 0℃에서 천천히 첨가한 후 20분 동안 교반하였다. 이후 다이클로로에테인 (8ml) 에 용해시킨 셀레노펜 (10g, 76.3mmol)을 0℃에서 천천히 첨가한 후 실온에서 20분간 교반시킨 다음 100℃에서 12시간 동안 교반시켰다. 반응 후 물을 넣고 메틸렌클로라이드와 물로 추출하고 컬럼크로마토 그래피 (오직 메틸렌클로라이드)로 정제하여 10g (수율 82%)의 화합물 A를 얻었다. 테트라하이드로퓨란 (400mL)에 아연 파우더를 넣는다. TiCl4를 -10℃에서 천천히 첨가한 후 1시간 동안 교반시켰다. 이후 상기 화합물 A (10g, 62.9mmol)을 20℃에서 천천히 첨가한 후, 4시간 동안 65℃에서 교반시켰다. 반응 후 10%의 탄산칼륨 수용액을 넣고 에테르와 물로 추출하고 컬럼크로마토그래피 (메틸렌클로라이드 : 헥산 = 1 : 1)로 정제하여 4g (수율 44%)의 화합물 B를 얻었다. 테트라하이드로퓨란(120mL)에 상기 화합물 B (2g, 6.99mmol)를 녹인 후 -78℃에서 부틸리튬(7.0mL, 17.4mmol)을 20분간 천천히 첨가한 뒤 30분 동안 교반하였다. 이후 -78℃에서 1M 트리메틸틴 클로라이드(4.18mL, 20.9mmol)을 30분간 첨가한 뒤 10시간 동안 반응시켰다. 반응 후 물을 넣고 메틸렌클로라이드와 물로 추출하여 침전을 여러 번 시킨 뒤 필터로 여과하여 1.9g(수율 44%)의 화합물 C를 얻었다.
Phosphoryl chloride (8.54 mL, 91.6 mmol) was slowly added to dimethylformaldehyde (7.71 mL, 99.2 mmol) at 0 ° C. and stirred for 20 minutes. Thereafter, selenophene (10 g, 76.3 mmol) dissolved in dichloroethane (8 ml) was slowly added at 0 ° C., stirred at room temperature for 20 minutes, and then stirred at 100 ° C. for 12 hours. After the reaction, water was added, extraction was performed with methylene chloride and water, and the residue was purified by column chromatography (only methylene chloride) to obtain 10 g (yield 82%) of Compound A. Add zinc powder to tetrahydrofuran (400 mL). TiCl 4 was added slowly at −10 ° C. and stirred for 1 hour. Then Compound A (10 g, 62.9 mmol) was slowly added at 20 ° C, followed by stirring at 65 ° C for 4 hours. After the reaction, 10% aqueous potassium carbonate solution was added, extracted with ether and water, and purified by column chromatography (methylene chloride: hexane = 1: 1) to obtain 4 g (yield 44%) of compound B. The compound B (2 g, 6.99 mmol) was dissolved in tetrahydrofuran (120 mL), and butyl lithium (7.0 mL, 17.4 mmol) was slowly added at -78 ° C. for 20 minutes, followed by stirring for 30 minutes. Then 1M trimethyltin chloride (4.18mL, 20.9mmol) was added at -78 ° C for 30 minutes and reacted for 10 hours. After the reaction, water was added, extraction was performed with methylene chloride and water, and precipitated several times, followed by filtration through a filter to obtain 1.9 g (yield 44%) of compound C.

고분자 유도체 Polymer derivatives polypoly (( DPPDPP -- altbottom -- DTEBSeDTEBSe ) (E)의 합성Synthesis of (E)

Figure pat00007
Figure pat00007

톨루엔(30mL)에 상기 화합물 D(0.83g, 0.817mmol)를 녹인 뒤 상기 화합물 C(500mg, 0.817mmol) 과 촉매인 (Pd(PPh3)4) (47mg, 0.0409mmol)을 첨가한 뒤 90℃ 에서 48시간 동안 반응하였다. 이후 실온(25℃)로 식힌 뒤 클로로포름 (100mL)으로 희석하고, 메탄올(800mL)/1 N 염산(100mL) 용액으로 역침전시킨 용액을 필터에 여과하여 침전물을 수득한다. 이 과정을 2회 반복하였다. 수득한 침전물을 건조한 뒤 속실렛(soxhlet)에서 메탄올, 아세톤, 헥산으로 내린 뒤 클로로포름에 용해시켜 받아낸 용액을 역침전시킨 뒤 필터로 여과하여 840 mg(수율 89%)의 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)(E)를 얻었다. 도 1에는 얻어진 고분자 유도체 poly(TDPP-BiSe)의 NMR 스펙트럼을 나타내었다. 도 1에서 보여지는 바와 같이 8.8 ppm에서 3,6-비스-(5-브로모-2-티오페닐)-N,N'-비스 ((옥틸도데실)-1,4-디옥소-피롤로[3,4-c]피롤의 수소의 브로드(broad)한 부분과 6.9 ppm에서 셀레노펜의 수소들의 브로드한 부분이 관찰되었다.
The compound D (0.83 g, 0.817 mmol) was dissolved in toluene (30 mL), the compound C (500 mg, 0.817 mmol) and the catalyst (Pd (PPh3) 4) (47 mg, 0.0409 mmol) were added at 90 ° C. The reaction was for 48 hours. After cooling to room temperature (25 ° C.), diluted with chloroform (100 mL), and the solution precipitated with methanol (800 mL) / 1 N hydrochloric acid (100 mL) solution was filtered through a filter to obtain a precipitate. This procedure was repeated twice. The precipitate obtained was dried and then dissolved in methanol, acetone, and hexane in soxhlet, and then dissolved in chloroform. alt-DTEBSe) (E) was obtained. 1 shows an NMR spectrum of the obtained polymer derivative poly (TDPP-BiSe). 3,6-bis- (5-bromo-2-thiophenyl) -N, N'-bis ((octyldodecyl) -1,4-dioxo-pyrrolo at 8.8 ppm as shown in FIG. Broad portions of hydrogen in [3,4-c] pyrrole and broad portions of hydrogen in selenophene were observed at 6.9 ppm.

실시예Example 2:  2: polypoly (( DPPDPP -- altbottom -- DTEBSeDTEBSe )의 용액상태와 필름 상태에서 자외선-가시광선 흡광도 조사UV-Vis absorbance in solution and film

자외선-가시광선 스펙트로미터 (HP8453, Photodiode array type)로 측정한 용액상태(푸른선) 및 어닐링 후 박막상태(붉은선)에 대한 자외선-과시광선 흡수 스펙트럼을 도 3에 나타내었다. 하기 표 1에는 용액상태와 박막상태의 최대흡수파장(λmax), 흡수단절파장(λcut off) 및 Eg opt 값을 나타내었다.The ultraviolet-visible absorption spectrum of the solution state (blue line) and the thin film state after annealing (red line) measured by an ultraviolet-visible spectrometer (HP8453, Photodiode array type) are shown in FIG. 3. Table 1 below shows the maximum absorption wavelength (λ max ) and absorption disconnection wavelength (λ cut ) of the solution state and the thin film state. off ) and E g opt values.

이때, 최대흡수파장(λmax)이란 자외선흡수분광법에서 흡수 강도가 최대인 파장을 의미한다. 여기서 흡수가 소멸되는 지점에서의 파장을 흡수단절파장(λcut off)이라 정의하고, 자외선흡수분광법을 이용하여 흡수단절파장으로 구할 수 있는 전자 바닥상태와 들뜬상태의 차이의 값이 광학적 밴드갭(Eg opt)이다.At this time, the maximum absorption wavelength (λ max ) means the wavelength of the maximum absorption intensity in the ultraviolet absorption spectroscopy. Here, the wavelength at the point where absorption is extinguished is the absorption disconnected wavelength (λ cut off ), and the difference between the electron ground state and the excited state, which can be determined by absorption absorption wavelength using ultraviolet absorption spectroscopy, is the optical band gap (E g opt).

용액상태에서의 최대흡수파장, 흡수단절파장 및 광학적 밴드갭은 필름 상태와 비교할 때 각각의 고분자 간의 거리가 상대적으로 멀어 상호작용이 약하며, 필름 상태에서는 고분자 간의 거리가 가까워짐에 따라 상호작용이 더욱 커진다. 일반적으로, 필름 상태(박막상태)로 반도체층이 구성되므로 필름상태(박막상태)에서의 광학적 특성은 합성된 고분자 재료의 반도체 특성을 그대로 나타낸다.  The maximum absorption wavelength, absorption break wavelength and optical bandgap in solution state have weaker interaction because the distance between each polymer is relatively far compared to the film state, and the interaction increases as the distance between polymers gets closer in the film state. . Generally, since a semiconductor layer is comprised in a film state (thin film state), the optical characteristic in a film state (thin film state) represents the semiconductor characteristic of the synthesized polymeric material as it is.

하기 표 1 에 나타낸 고분자의 광학적 특성은 작은 밴드갭의 형성을 나타냄을 알 수 있으며, 이러한 특성은 작은 에너지로 전자의 들뜸이 유도되며, 정공과 전자의 높은 밀도를 유도할 수 있는 특성을 나타내는 것이다.It can be seen that the optical properties of the polymer shown in Table 1 shows the formation of a small bandgap, this property is a property that can induce the excitation of electrons with a small energy, can induce a high density of holes and electrons .

용액상태의 poly(DPP-alt-DTEBSe)Poly (DPP-alt-DTEBSe) in solution 박막상태의 poly(DPP-alt-DTEBSe)Thin film poly (DPP-alt-DTEBSe) 최대흡수파장Absorption wavelength 731 nm731 nm 745 nm, 843 nm745 nm, 843 nm 흡수단절파장Absorption Disconnection Wavelength 911 nm911 nm 934 nm934 nm 광학적 밴드갭Optical bandgap 1.36 eV1.36 eV 1.33 eV1.33 eV

실시예Example 3:  3: polypoly (( DPPDPP -- altbottom -- DTEBSeDTEBSe )의 )of XRDXRD 패턴 조사 Pattern investigation

XRD 실험은 3C2 빔라인의 싱크로트론 방사(Synchrotron Radiation, 1.542Å 포항 싱크로트론 연구실)를 사용하는 온도조건 하에서 실시되었다. 스핀 코팅된 poly(DPP-alt-DTEBSe)의 박막이 가열과 냉각 사이클 동안 나타내는 패턴이 도 4에 나타나있다. 박막은 실리콘 웨이퍼 상에 드롭-캐스팅을 통해 형성되었으며, 진공상태에서 70℃로 건조되었다(용매:클로로포름, 농도:10mg/ml). 각각의 온도에서 나타나는 회절패턴은 각기 온도에서 5분 동안 생성된 박막에서 나타나는 결과이다. 최적화된 분자배열 분석은 DFT 방법(Spartan'06)을 통해 분자의 길이를 측정함으로써 수행되었다. 도 4를 참조하면, XRD 스펙트럼을 통해 실시예 1에서 제조된 고분자 유도체 poly(DPP-alt-DTEBSe)가 박막상태에서 나타내는 높은 결정성을 확인할 수 있다.
XRD experiments were performed under temperature conditions using Synchrotron Radiation (1.542 Å Pohang Synchrotron Laboratory). The pattern that the thin film of spin coated poly (DPP-alt-DTEBSe) shows during the heating and cooling cycles is shown in FIG. 4. The thin film was formed through drop-casting on a silicon wafer and dried at 70 ° C. in a vacuum (solvent: chloroform, concentration: 10 mg / ml). The diffraction pattern at each temperature is the result of the thin film produced for 5 minutes at each temperature. Optimized molecular alignment analysis was performed by measuring the length of the molecules via the DFT method (Spartan'06). Referring to FIG. 4, the high crystallinity of the polymer derivative poly (DPP-alt-DTEBSe) prepared in Example 1 may be confirmed in the thin film state through the XRD spectrum.

실시예Example 4:  4: polypoly (( DPPDPP -- altbottom -- DTEBSeDTEBSe )의 )of AFMAFM 이미지 조사 Image investigation

AFM(Digital Instrument Multimode, nanoscope IIIa 콘트롤러포함)은 태핑(Tapping) 모드로 실리콘 캔틸레버를 사용하여 샘플의 표면을 관찰하였다. 박막 샘플은 스핀코팅(1500rpm)으로 실리콘 웨이퍼 상에 도포된 다음 관찰하였고(before annealing), 170℃(after annealing)로 진공에서 건조되었다 (용매:클로로포름, 농도:10mg/ml). 도 5는 상온에서 제조된 본 발명의 박막구조가 열처리 전에 이미 분자 상호간의 유기적인 패킹(packing)을 이루는 형태로 존재하고 있음을 보여주고 있으며, 분자 상호간의 유기적인 패킹(packing)이 열처리 후 더욱 증가하는 것을 보여주고 있다.
AFM (Digital Instrument Multimode, including nanoscope IIIa controller) observed the surface of the sample using a silicon cantilever in tapping mode. Thin film samples were applied onto silicon wafers by spin coating (1500 rpm) before annealing and dried in vacuo at 170 ° C. (after annealing) (solvent: chloroform, concentration: 10 mg / ml). 5 shows that the thin film structure of the present invention prepared at room temperature already exists in the form of organic packing between molecules before heat treatment, and the organic packing between molecules is further after heat treatment. It is showing an increase.

실시예Example 5: 유기박막 트랜지스터 제조 5: organic thin film transistor manufacturing

박막트랜지스터로서의 기능을 검증하기 위해, 강력하게 n-도핑된 Si/SiO2 기질에 클로로포름을 용매로 하여 poly(DPP-alt-DTESe)를 40 내지 50 nm의 두께로 스핀 코팅하였다. 소수성의 유전체 표면을 만들기 위해 표면은 옥틸트리클로로실란 (OTS)으로 처리하였다. 소스 및 드레인 전극은 각각 1500μm, 150μm의 넓이와 길이의 채널을 갖는 쉐도우 마스크를 통해 증착(100nm)되었다. 모든 필드 이펙트 이동성은 μ sat =(2I DS L)/(WC(V G -V TH )2) 에 의해 산출되었으며, 여기서 I DS 는 포화 드레인 전류, C 는 산화물 절연체의 정전용량(capacitance of oxide dielectric), V G 는 게이트 바이어스(gate bias), 및 V TH 는 문턱 전압(threshold voltage)을 의미한다. 제조된 장비의 수행능력은 실온하에서 Keithley 4200 고전압 소스 미터로 측정되었다.
In order to verify its function as a thin film transistor, poly (DPP-alt-DTESe) was spin coated to a thickness of 40 to 50 nm using chloroform as a solvent on a strongly n-doped Si / SiO 2 substrate. The surface was treated with octyltrichlorosilane (OTS) to make a hydrophobic dielectric surface. The source and drain electrodes were deposited (100 nm) through a shadow mask with channels of width and length of 1500 μm and 150 μm, respectively. All field effect mobility is calculated by μ sat = (2 I DS L ) / ( WC ( V G - V TH ) 2 ) where I DS is the saturation drain current and C is the capacitance of oxide insulator dielectric, V G is the gate bias, and V TH is the threshold voltage. The performance of the manufactured equipment was measured with a Keithley 4200 high voltage source meter at room temperature.

도 6은 본 발명에서 개발된 유기고분자 박막을 이용한 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내는 도면으로서 열처리하기 전의 박막소자인 경우 1.0 ~ 1.2 cm2/Vs 의 높은 정공 이동도를 보였다. 또한 주목할 만한 특성은 섭씨 250도에서 10분간 열처리한 박막을 이용한 유기박막 트랜지스터인 경우 4.0 ~ 4.5 cm2/Vs 라는 높은 정공 이동도를 나타내었다. 이는 일반적인 유기 고분자 박막 트랜지스터의 전하이동도의 수준을 훨씬 상회하는 것이며, 특히, 지금까지 유기 고분자 박막 트랜지스터에서 발표된 최고의 전하이동도 3.3 cm2/Vs 을 훨씬 상회하는 수치이다(J. Am . Chem. Soc . 2011, 133, 2605-2612참고).
6 is a view showing the electrical characteristics of the organic thin film transistor using the organic polymer thin film developed in the present invention showed a high hole mobility of 1.0 ~ 1.2 cm 2 / Vs for the thin film device before heat treatment. In addition, the remarkable characteristics of the organic thin film transistor using a thin film heat-treated for 10 minutes at 250 degrees Celsius showed a high hole mobility of 4.0 ~ 4.5 cm 2 / Vs. This is much higher than the level of charge mobility of a typical organic polymer thin film transistor, and in particular, the highest charge mobility ever published in organic polymer thin film transistor far exceeds 3.3 cm 2 / Vs ( J. Am . . Soc. 2011, 133, 2605-2612 Note).

결론적으로, 본 발명에 따른 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체는 일반용매에 대한 용해성 및 내산화성이 우수하며, 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함한 유기박막 트랜지스터는 높은 홀 이동도 및 우수한 열안정성을 나타냄을 알 수 있다.
In conclusion, the diketopyrrolopyrrole polymer derivatives containing 1,2-diselenophen-2-ylethyne according to the present invention is excellent in solubility and oxidation resistance in common solvents, 1,2-diselenophene It can be seen that the organic thin film transistor including the diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative containing 2-ylethyne exhibits high hole mobility and excellent thermal stability.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (6)

하기 화학식 1로 표시되는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체.
[화학식 1]
Figure pat00008

[상기 화학식 1에서,
R1은 수소, 중수소, C1 내지 C60의 알킬기, C3 내지 C60의 시클로알킬기, C6 내지 C60의 아릴기, N, O 및 S에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 C3 내지 C60의 헤테로아릴기, C1 내지 C60의 헤테로알키닐기, C1 내지 C60의 알키닐기 및 C1 내지 C60의 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택된다.]
A diketopyrrolopyrrole polymer derivative comprising 1,2-diselenophen-2-ylethyne represented by the following Chemical Formula 1.
[Chemical Formula 1]
Figure pat00008

[In the above formula (1)
R 1 is hydrogen, deuterium, C 1 to C 60 alkyl group, C 3 to C 60 cycloalkyl group, C 6 to C 60 aryl group, C 3 to C 60 heteroaryl group including one or more selected from N, O and S, C 1 to C60 heteroalkynyl group, C1 to C60 alkynyl group and C1 to C60 heteroalkyl group.]
제 1항에 있어서,
상기 R1은 하기 구조에서 선택되는 것을 특징으로 하는 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체.
Figure pat00009

[상기 구조에서 R21 내지 R31은 수소, 중수소, C1 내지 C60의 알킬기, C3 내지 C60의 시클로알킬기, N, O 및 S에서 선택되는 하나 이상 포함하는 C3 내지 C60의 헤테로아릴기 및 C6 내지 C60의 아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.]
The method of claim 1,
R 1 is a diketopyrrolopyrrole polymer derivative comprising 1,2- disselenophen-2-ylethyne, characterized in that selected from the following structure.
Figure pat00009

[In the above structure, R 21 to R 31 are hydrogen, deuterium, C1 to C60 alkyl group, C3 to C60 cycloalkyl group, C3 to C60 heteroaryl group containing at least one selected from N, O and S and C6 to C60 Is selected from the group consisting of aryl groups.]
제 1항 또는 제 2항의 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 유기박막 트랜지스터용 유기반도체 박막.An organic semiconductor thin film for an organic thin film transistor comprising a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative comprising 1, 2-diselenophen-2-ylethyne according to claim 1. 제 3항에 있어서,
상기 유기반도체 박막은 폴리알파메틸스티렌, 무정형 폴리카보네이트, 폴리아릴아민, 폴리카르바졸, 폴리티오펜 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 유기 고분자 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기반도체 박막.
The method of claim 3, wherein
The organic semiconductor thin film further comprises at least one organic polymer compound selected from the group consisting of polyalphamethylstyrene, amorphous polycarbonate, polyarylamine, polycarbazole, polythiophene, and mixtures thereof. .
기판, 소스-드레인 전극, 채널층, 절연막 및 게이트전극을 포함하는 유기박막 트랜지스터에 있어서, 상기 채널층이 제 1항 또는 제 2항의 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 유기반도체 박막인 것을 특징으로 하는 유기박막 트랜지스터.An organic thin film transistor comprising a substrate, a source-drain electrode, a channel layer, an insulating film, and a gate electrode, wherein the channel layer comprises 1,2-diselenophen-2-ylethyne according to claim 1 or 2. An organic semiconductor thin film transistor comprising a diketopyrrolopyrrole polymer derivative. 제 1항 또는 제 2항의 1,2-디셀레노펜-2-일에텐을 포함하는 디케토피롤로피롤계 고분자 유도체를 포함하는 광전소자.An optoelectronic device comprising a diketopyrrolopyrrole-based polymer derivative comprising the 1,2-diselenenophen-2-ylethyne of claim 1.
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