KR20180115539A - Doped conjugated polyelectrolyte and dopants and organic filed-effect transistors including the same - Google Patents

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KR20180115539A KR1020170047973A KR20170047973A KR20180115539A KR 20180115539 A KR20180115539 A KR 20180115539A KR 1020170047973 A KR1020170047973 A KR 1020170047973A KR 20170047973 A KR20170047973 A KR 20170047973A KR 20180115539 A KR20180115539 A KR 20180115539A
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Abstract

Provided are a doped conjugated polymer and an organic field effect transistor including the same. The conjugated polymer is doped with a N-type through a dopant. The conjugated polymer is located in a N-channel layer and is included in the organic field effect transistor. The organic field effect transistor further comprises a carbon nanotube mixed with the conjugated polymer to form a composite, and the composite is doped with the N type using the dopant. Therefore, the conjugated polymer or the composite can be doped with the N-type through the dopant to improve the charge mobility and bias stability of the organic field effect transistor.

Description

도핑된 공액고분자 및 이를 포함하는 유기전계효과 트랜지스터{Doped conjugated polyelectrolyte and dopants and organic filed-effect transistors including the same}Doped conjugated polymers and organic field effect transistors including the doped conjugated polyelectrolyte and dopants and organic filed-

본 발명은 유기전계효과 트랜지스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도핑된 공액고분자 및 이를 포함하는 유기전계효과 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic field effect transistor, and more particularly, to a doped conjugated polymer and an organic field effect transistor including the same.

유기전계효과 트랜지스터(OFETs)는 경량이고, 저비용이면서 기계적 유연성을 가지고 있다. 특히, 비정질 Si-기반 FET보다 더 높은 이동성을 가지므로 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 전기적 특성의 개발과 관련하여 많은 연구가 진행되었는데, 최근 몇몇 유기 반도체의 이동성이 디스플레이 산업에서 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Si-based FET)의 이동성을 초과하고 있다는 사실이 밝혀져, 대체가능 물질로써 많은 관심을 받게 되었다. Organic field effect transistors (OFETs) are lightweight, low cost and have mechanical flexibility. Particularly, a lot of research is proceeding because it has higher mobility than an amorphous Si-based FET. In particular, many researches have been carried out in relation to the development of electrical characteristics. Recently, it has been found that the mobility of some organic semiconductors exceeds the mobility of amorphous silicon thin film transistors (Si-based FETs) used in the display industry, As a result, I got a lot of attention.

하지만, 유기전계효과 트랜지스터를 실제로 응용하는데 있어서, 작동 바이어스 및 장기적 안전성이 낮다는 큰 문제점들이 존재한다. 안정성은 유기 반도체층, 유전성, 유기 반도체층 유전층의 계면 및 유기 반도체층의 표면에 영향을 받는다. 이 중에서 가장 큰 영향을 미치는 것은 하이드록실 작용기(-OH)나 다른 이온성 불순물로부터 유도되는 전하 트랩핑 현상이다. However, there are significant problems in practical applications of organic field effect transistors, such as low operating bias and long term safety. The stability is affected by the interface of the organic semiconductor layer, the dielectric, the organic semiconductor layer, and the surface of the organic semiconductor layer. The most significant of these is the charge trapping phenomenon induced by hydroxyl functional groups (-OH) or other ionic impurities.

또한, 유기전계효과 트랜지스터는 지금까지의 비정질 실리콘 및 폴리실리콘을 이용한 박막 트랜지스터에 비하여 제조 공정이 간단하고, 저비용으로 생산할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 특히, 유기물의 특성상 휨(구부러짐)이 가능하여 플렉시블(flexible) 디스플레이나, 전자소자의 구현을 위한 플라스틱 기판들과도 호환성이 뛰어나다. 하지만, 유기전계효과 트랜지스터는 전하의 이동도(Mobility)가 낮아, 이에 따른 상기 유기전계효과 트랜지스터의 성능 저하는 해결해야 할 문제점이다.In addition, the organic field effect transistor is advantageous in that the manufacturing process is simple and can be produced at a low cost as compared with the conventional thin film transistor using amorphous silicon and polysilicon. In particular, it can be bent (deflected) due to the characteristics of organic materials, and thus is also compatible with flexible displays and plastic substrates for implementing electronic devices. However, the organic field effect transistor has a low charge mobility, and thus the performance degradation of the organic field effect transistor is a problem to be solved.

본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 도핑된 공액고분자를 제공하는데 있다.A first object of the present invention is to provide a doped conjugated polymer.

본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 제1과제를 포함하는 유기전계효과 트랜지스터를 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide an organic field effect transistor including a first object.

발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical objects of the present invention are not limited to the technical matters mentioned above, and other technical subjects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, 단일결합과 이중결합의 반복으로 형성되어 π-공액 구조를 갖는 공액고분자, 및 상기 공액고분자를 N 타입으로 도핑하기 위한 물질로 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트를 포함하는 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자를 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a conjugated polymer having a π-conjugated structure formed by repeating single bonds and double bonds, and a tetrabutylammonium derivative as a material for doping the conjugated polymer into N- And a dopant contained in the doped conjugated polymer.

상기 공액고분자는 The conjugated polymer

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서 R1, R2, R3 R4 는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, n은 1 내지 1000 중 어느 하나의 정수를 포함할 수 있다.In Formula 1, R 1 , R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and n may be an integer of 1 to 1000.

상기 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트는 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)인 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자를 제공할 수 있다.The dopant containing the tetrabutylammonium derivative may be tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH).

상기 공액고분자는 카본나노튜브와 화학적으로 혼합되어 복합체를 이루는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자를 포함할 수 있다.The conjugated polymer may further include a doped conjugated polymer, which is chemically mixed with the carbon nanotube to form a complex.

상기 카본나노튜브는 싱글 카본나노튜브(single-walled carbon nanotubes)인 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자를 제공할 수 있다.And the carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes.

상기 복합체의 공액고분자와 카본나노튜브를 몰비 2:1로 혼합되어 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자를 포함할 수 있다.The conjugated polymer of the complex and the carbon nanotube are mixed at a molar ratio of 2: 1 to form a complex.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면은, 기판, 상기 기판 상에 양측면에 대항하여 형성되는 소스 전극층과 드레인 전극층, 상기 소스 전극층과 드레인 전극층 일면에 전기적으로 연결되어 형성되고 단일결합과 이중결합의 반복으로 형성되어 π-공액 구조를 갖는 공액고분자 또는 상기 공액고분자에 카본나노튜브가 화학적으로 결합된 카본나노튜브 복합체는 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트에 의해 N 타입으로 도핑되어 전하전이가 향상된 N 채널층, 상기 N 채널층 상에 형성된 게이트 절연층, 및 상기 게이트 절연층 일면에 형성된 게이트층을 포함하는 유기전계효과 트랜지스터를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a substrate, a source electrode layer and a drain electrode layer formed on both sides of the substrate, and a source electrode layer and a drain electrode layer, The conjugated polymer formed by repetition of bonding and having a? -Conjugated structure or the carbon nanotube composite in which the carbon nanotube is chemically bonded to the conjugated polymer is doped with N-type by a dopant containing a tetrabutylammonium derivative, A gate insulating layer formed on the N-channel layer, and a gate layer formed on one surface of the gate insulating layer.

상기 N 채널층에 상기 공액고분자는 The conjugated polymer in the N-channel layer

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서 R1, R2, R3 R4 는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, n은 1 내지 1000 중 어느 하나의 정수인 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터를 포함할 수 있다.In the above formula (1), ROne, R2,R3Wow R4Are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and n is an integer of 1 to 1,000.

상기 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트는 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)인 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터를 제공할 수 있다.The dopant containing the tetrabutylammonium derivative may be tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH).

상기 N 채널층에서 상기 카본나노튜브는 싱글카본나노튜브(single-walled carbon nanotubes)인 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터를 포함할 수 있다.In the N-channel layer, the carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes.

상기 N 채널층에서 상기 복합체는 공액고분자와 카본나노튜브 몰비 2:1로 혼합되어 화학적으로 결합되어 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터를 제공할 수 있다.In the N-channel layer, the complex is mixed with the conjugated polymer at a molar ratio of carbon nanotubes of 2: 1 and chemically bonded to form a complex.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 공액고분자 또는 공액고분자와 카본나노튜브를 화학적으로 결합시킨 복합체를 도판트를 이용하여 N 타입으로 도핑함으로써, 전하의 이동도가 향상된 유기전계효과 트랜지스터를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic field effect transistor in which charge mobility is improved by doping a composite in which a conjugated polymer or a conjugated polymer and a carbon nanotube are chemically bonded by using a dopant in N type have.

다만, 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예 1 또는 실시예 2에 따른 유기전계효과 트랜지스터를 도시한 단면도들이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 UPS 분석 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 소자의 동작 및 전기적 특성 분석 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 전하이동성 및 접촉 저항값을 분석한 그래프이다.
도 6a 내지 6b는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 Y-functions plots와 전하이동성을 분석한 그래프이다.
도 7a 내지 7b는 본 발명의 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 Arrhenius plots을 분석한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 2, 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 시간에 따른 전하이동성을 분석한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 실시예 2에 따른 제조예 5, 제조예 6 및 비교예 2에 따른 유기전계효과 트랜지스터의 특성을 분석한 그래프이다.
FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating an organic field effect transistor according to a first embodiment or a second embodiment of the present invention.
3A to 3C are graphs showing UPS analysis of the organic field effect transistor in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.
4 is a graph showing the operation and electrical characteristics of the devices of the organic field effect transistor in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.
5 is a graph illustrating charge mobility and contact resistance of Organic Field Effect Transistors in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are graphs illustrating Y-functions plots and charge mobility of Organic Field Effect Transistors in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention. FIG.
7A to 7B are graphs showing Arrhenius plots of Organic Field Effect Transistors in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.
FIG. 8 is a graph illustrating the charge mobility over time of the organic field effect transistor in Production Example 2, Production Example 4, and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.
9 is a graph showing characteristics of the organic field effect transistor according to Production Example 5, Production Example 6 and Comparative Example 2 according to Example 2 of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등을 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.The embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are also provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

본 발명은 공액고분자 또는 공액고분자와 카본나노튜브를 화학적으로 결합시킨 복합체를 도판트를 이용하여 N 타입으로 도핑함으로써, 전하의 이동도가 향상된 유기전계효과 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic field effect transistor in which charge mobility is improved by doping a composite in which a conjugated polymer or a conjugated polymer and a carbon nanotube are chemically bonded by using a dopant in an N type.

또한, 본 발명에 따른 유기전계효과 트랜지스터는 공액고분자 또는 공액고분자와 카본나노튜브가 화학적으로 결합되어 복합체를 형성하고 상기 고액고분자 및 상기 복합체를 도판트에 의해 N타입으로 도핑시켜 N 채널층을 형성함으로써 유기전계효과 트랜지스터의 전하이동도와 바이어스 안정성을 향상시키는 것을 특징으로 한다. In addition, the organic field effect transistor according to the present invention is characterized in that a conjugated polymer or a conjugated polymer and a carbon nanotube are chemically bonded to form a complex, and the liquid polymer and the complex are doped with N type by a dopant to form an N channel layer Thereby improving the charge mobility and bias stability of the organic field effect transistor.

실시예 1Example 1

본 발명은 도핑된 공액고분자에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 공액고분자는 폴리플루오로에틸렌, 폴리노르보르넨, 폴리실록산, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 유도체, 폴리메타크릴산 유도체, 및 이들을 포함하는 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, 이외에도 공액고분자 재료로 사용될 수 있는 것이면, 그 종류를 한정하지 않는다. The present invention describes the doped conjugated polymer in detail. First, the conjugated polymer is selected from the group consisting of polyfluoroethylene, polynorbornene, polysiloxane, polyimide, polystyrene, polycarbonate and derivatives thereof, polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, and copolymers thereof And the kind thereof is not limited as long as it can be used as a conjugated polymer material.

다만, 상기 공액고분자는 However, the conjugated polymer

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 1에서 R1, R2, R3 R4 는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, n은 1 내지 1000 중 어느 하나의 정수인 것이 바람직하다.In Formula 1, R 1 , R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and n is preferably an integer of 1 to 1,000.

상기 공액고분자 재료를 이용하면, 히스테리시스 및 임계값 전압 감소 효과가 보다 커지므로 상기 공액고분자를 사용하는 것이 바람직하다. When the conjugated polymer material is used, the effect of reducing hysteresis and threshold voltage becomes greater, so that it is preferable to use the conjugated polymer.

그 밖에도, 공액고분자는 폴리아크릴산 유도체, 폴리메타크릴산 유도체, 또는 이들을 포함하는 공중합체로 사용할 수 있다. In addition, the conjugated polymers may be used as polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, or copolymers thereof.

또한, 상기 공액고분자는 도판트에 의해 N 타입으로 도핑될 수 있다. 상기 도판트는 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)중에 하나를 선택하여 사용할 수 있다.Further, the conjugated polymer may be doped with N type by a dopant. The dopant may be selected from tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH).

따라서, 공액고분자가 상기 도판트에 의해 N 타입으로 도핑되어 유기전계트랜지스터의 활성층에 형성되면 유기전계효과 트랜지스터의 전하이동성을 향상시키고 히스테리시스를 대폭 개선시킬 수 있다. Therefore, when the conjugated polymer is doped N-type into the active layer of the organic field transistor by the dopant, the charge mobility of the organic field effect transistor can be improved and the hysteresis can be significantly improved.

실시예 2Example 2

본 발명의 도핑된 카본나노튜브 복합체에 대하여 상세히 설명한다. 상기 카본나노튜브 복합체는 공액고분자와 카본나노튜브가 화학적으로 결합되어 형성된 복합체이다. The doped carbon nanotube composite of the present invention will be described in detail. The carbon nanotube composite is a complex formed by chemically bonding a conjugated polymer and a carbon nanotube.

먼저, 공액고분자는 폴리플루오로에틸렌, 폴리노르보르넨, 폴리실록산, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 유도체, 폴리메타크릴산 유도체, 및 이들을 포함하는 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, 이외에도 공액고분자 재료로 사용될 수 있는 것이면, 그 종류를 한정하지 않는다. First, the conjugated polymer is selected from the group consisting of polyfluoroethylene, polynorbornene, polysiloxane, polyimide, polystyrene, polycarbonate and derivatives thereof, polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, and copolymers thereof And the kind thereof is not limited as long as it can be used as a conjugated polymer material.

다만, 상기 공액고분자는 However, the conjugated polymer

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 화학식 1에서 R1, R2, R3 R4 는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, n은 1 내지 1000 중 어느 하나의 정수인 것이 바람직하다.In Formula 1, R 1 , R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and n is preferably an integer of 1 to 1,000.

상기 공액고분자 재료를 이용하면, 히스테리시스 및 임계값 전압 감소 효과가 보다 커지므로 상기 공액고분자를 사용하는 것이 바람직하다. When the conjugated polymer material is used, the effect of reducing hysteresis and threshold voltage becomes greater, so that it is preferable to use the conjugated polymer.

그 밖에도, 공액고분자는 폴리아크릴산 유도체, 폴리메타크릴산 유도체, 또는 이들을 포함하는 공중합체로 사용할 수 있다. In addition, the conjugated polymers may be used as polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, or copolymers thereof.

또한, 상기 공액고분자와 카본나노튜브는 화학적으로 결합되어 복합체를 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 카본나노튜브는 SWCNT(Single-Walled Carbon Nano Tube), DWCNT(Double-Walled Carbon Nano tube) 또는 MWCNT(Munti-Walled Carbon Nano Tube) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 아울러, 카본나노튜브의 표면의 적어도 일부에 공액고분자가 화학적으로 결합되어 카본나노튜브의 복합체를 형성할 수 있다. 예컨대, 카본나노튜브와 공액고분자를 결합시키는 방법으로는 용융한 공액고분자 중에 CNT를 첨가하여 혼합하는 방법, 공액고분자를 용매 중에 용해시키고, 이 중에 CNT를 첨가하여 혼합하는 방법, CNT를 용매 중에 초음파 등으로 예비 분산시켜 두고, 거기에 고분자를 첨가하여 혼합하는 방법, 용매 중에 공액고분자와 CNT를 넣고, 이 혼합계에 초음파를 조사하여 혼합하는 방법 중에 선택되는 한 개 또는 복수의 방법의 조합으로 결합시킬 수 있다.Further, the conjugated polymer and the carbon nanotube may be chemically bonded to form a complex. For example, the carbon nanotube may include at least one of SWCNT (Double-Walled Carbon Nano Tube), DWCNT (Double-Walled Carbon Nano Tube), or MWCNT (Munti-Walled Carbon Nano Tube). In addition, a conjugated polymer may be chemically bonded to at least a part of the surface of the carbon nanotube to form a composite of carbon nanotubes. For example, as a method for bonding the carbon nanotubes and the conjugated polymer, CNT is added to the molten conjugated polymer and mixed, a method in which the conjugated polymer is dissolved in a solvent, CNT is added to the molten polymer, and CNT is mixed with ultrasonic waves A method in which a polymer is added and mixed therein, a method in which a conjugated polymer and CNT are put in a solvent, and a method in which ultrasonic waves are irradiated to the mixed system and mixed, .

또한, 카본나노튜브 복합체를 도판트를 이용하여 N 타입으로 도핑할 수 있다. 상기 도핑에 사용되는 상기 도판트는 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)중에 하나를 선택하여 사용할 수 있다.Further, the carbon nanotube composite can be doped with N type using a dopant. The dopant used in the doping may be selected from Tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or Tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH).

따라서, 공액고분자와 카본나노튜브가 화학적으로 결합되어 카본나노튜브 복합체를 형성하고 상기 복합체가 도판트에 의해 N 타입으로 도핑되어 유기전계효과 트랜지스터의 활성층에 형성되면 유기전계효과 트랜지스터의 전하이동성을 향상시키고 히스테리시스를 대폭 개선시킬 수 있다. Therefore, when the conjugated polymer and the carbon nanotube are chemically bonded to form a carbon nanotube composite, and the composite is doped to the active layer of the organic field effect transistor by being doped with N type by the dopant, the charge mobility of the organic field effect transistor is improved And the hysteresis can be greatly improved.

유기전계효과Organic field effect 트랜지스터 transistor

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예 1 또는 실시예 2에 따른 유기전계효과 트랜지스터를 도시한 단면도들이다. FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating an organic field effect transistor according to a first embodiment or a second embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 양 측면에 소스전극층(210) 및 드레인전극층(220), N 채널층(300), 게이트절연층(400), 게이트층(500)이 차례로 형성할 수 있다. 1, a source electrode layer 210 and a drain electrode layer 220, an N channel layer 300, a gate insulating layer 400, and a gate layer 500 are sequentially formed on both sides of a substrate 100 .

상기 기판(100)은 유기전자소자를 지지하기 위해 사용되는 것으로 광투과 전극으로 사용 가능한 것이면, 그 종류를 한정하지 않는다. 예컨대 상기 기판(100)은 유리, 석영, Al2O3 및 SiC 등의 광투과성 무기물 기판 또는 PET(polyethylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate) 및 PAR(polyarylate) 중에서 선택되는 하나일 수 있다. 또한, 기판(100) 상에 양측면에 배치된 소스전극층(210) 및 드레인전극층(220)은 N 채널층(300)과 전기적으로 연결되어, 상기 N 채널층(300)과 유기물질의 전기적 경로를 형성할 수 있다.The substrate 100 is used for supporting organic electronic devices and is not limited as long as it can be used as a light transmitting electrode. For example, the substrate 100 may be formed of a light-transmissive inorganic substrate such as glass, quartz, Al 2 O 3, SiC, or the like, or a transparent substrate such as PET (polyethylene terephthalate), PES (polyethersulfone), PS (polystyrene), PC (polycarbonate) naphthalate and PAR (polyarylate). The source electrode layer 210 and the drain electrode layer 220 disposed on both sides of the substrate 100 are electrically connected to the N channel layer 300 to electrically connect the N channel layer 300 with the organic material .

상기 N 채널층(300)은 실시예 1 또는 실시예 2를 통해 형성될 수 있다. 보다 상세하게, 상기 N 채널층(300)은 공액고분자가 도판트에 의해 N 타입으로 도핑되어 상기 N 채널층(300)에 박막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 N 채널층(300)은 카본나노튜브와 공액고분자가 화학적으로 결합되어 복합체를 형성하고 상기 복합체가 도판트에 의해 N타입으로 도핑되어 N 채널층(300)을 형성할 수 있다. The N-channel layer 300 may be formed through the first or second embodiment. In more detail, the N-channel layer 300 may be doped with a N-type dopant to form a thin film on the N-channel layer 300. In addition, the N-channel layer 300 may be chemically bonded with the carbon nanotubes and the conjugated polymer to form a complex, and the composite may be doped with N-type dopant to form the N-channel layer 300.

아울러, 본 발명의 실시예 1 또는 실시예 2를 통해 상기 N 채널층(300)이형성될 수 있다. 또한, 실시예 1 또는 실시예 2는 동일한 도판트에 의해 도핑될 수 있다. In addition, the N-channel layer 300 may be formed through Embodiment 1 or Embodiment 2 of the present invention. Furthermore, Example 1 or Example 2 can be doped by the same dopant.

공액고분자는 폴리플루오로에틸렌, 폴리노르보르넨, 폴리실록산, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 유도체, 폴리메타크릴산 유도체, 및 이들을 포함하는 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, 이외에도 공액고분자 재료로 사용될 수 있는 것이면, 그 종류를 한정하지 않는다. The conjugated polymer may be one selected from the group consisting of polyfluoroethylene, polynorbornene, polysiloxane, polyimide, polystyrene, polycarbonate and derivatives thereof, polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives and copolymers thereof And the kind thereof is not limited as long as it can be used as a conjugated polymer material.

다만, 상기 공액고분자는 However, the conjugated polymer

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 화학식 1에서 R1, R2, R3 R4 는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, n은 1 내지 1000 중 어느 하나의 정수인 것이 바람직하다.In Formula 1, R 1 , R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and n is preferably an integer of 1 to 1,000.

또한, 상기 공액고분자 또는 카본나노튜브와 공액고분자가 화학적으로 결합되어 복합체를 형성하고 상기 복합체가 도판트에 의해 N타입으로 도핑되어 N 채널층(300)을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 도판트는 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)중에 하나를 선택하여 사용할 수 있다.Further, the conjugated polymer or carbon nanotube and the conjugated polymer may be chemically bonded to form a complex, and the complex may be doped with N-type by a dopant to form the N-channel layer 300. For example, the dopant may be selected from tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH).

다만, 공액고분자에 도입되는 상기 도판트의 함량은 상기 공액고분자를 기준으로 질량비 0.1 내지 0.5인 것이 바람직하다. However, the dopant introduced into the conjugated polymer preferably has a mass ratio of 0.1 to 0.5 based on the conjugated polymer.

또한, 실시예 2의 카본나노튜브는 SWCNT(Single-Walled Carbon Nano Tube), DWCNT(Double-Walled Carbon Nano tube) 또는 MWCNT(Munti-Walled Carbon Nano Tube) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 아울러, 카본나노튜브의 표면의 적어도 일부에 공액고분자가 화학적으로 결합되어 카본나노튜브의 복합체를 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 카본나노튜브 복합체는 공액고분자와 카본나노튜브의 몰비 2:1로 혼합될 수 있다. 상기 카본나노튜브와 공액고분자를 결합시키는 방법으로는 용융한 공액고분자 중에 CNT를 첨가하여 혼합하는 방법, 공액고분자를 용매 중에 용해시키고, 이 중에 CNT를 첨가하여 혼합하는 방법, CNT를 용매 중에 초음파 등으로 예비 분산시켜 두고, 거기에 고분자를 첨가하여 혼합하는 방법, 용매 중에 공액고분자와 CNT를 넣고, 이 혼합계에 초음파를 조사하여 혼합하는 방법 중에 선택되는 한 개 또는 복수의 방법의 조합으로 결합시킬 수 있다. The carbon nanotubes of Example 2 may include at least one of SWCNT (Single-Walled Carbon Nano Tube), DWCNT (Double-Walled Carbon Nano Tube), and MWCNT (Munti-Walled Carbon Nano Tube). In addition, a conjugated polymer may be chemically bonded to at least a part of the surface of the carbon nanotube to form a composite of carbon nanotubes. For example, the carbon nanotube composite may be mixed at a molar ratio of the conjugated polymer to the carbon nanotube of 2: 1. Examples of the method of bonding the carbon nanotubes and the conjugated polymer include a method of adding CNT to the molten conjugated polymer and mixing them, a method of dissolving the conjugated polymer in a solvent, adding CNT thereto and mixing the CNT, A method in which a polymer is added and mixed therein, a method in which a conjugated polymer and a CNT are put in a solvent, and a method in which ultrasonic waves are irradiated to the mixed system to be mixed, are combined in a combination of one or a plurality of methods .

아울러, 단일결합과 이중결합의 반복으로 형성되어 π-공액 구조를 갖는 공액고분자 또는 상기 공액고분자에 카본나노튜브가 화학적으로 결합된 카본나노튜브 복합체는 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트에 의해 N 타입으로 도핑되어 전하전이가 향상된 N 채널층(300)을 형성할 수 있다.Further, a conjugated polymer having a π-conjugated structure formed by repetition of a single bond and a double bond, or a carbon nanotube composite in which carbon nanotubes are chemically bonded to the conjugated polymer is prepared by a dopant containing a tetrabutylammonium derivative Channel type layer 300 can be formed by doping the N-type impurity with the N-type impurity.

상기 N 채널층(300) 상에 게이트절연층(400)이 형성될 수 있으며, 상기 게이트절연층(400) 상에 게이트층(500)이 형성될 수 있다. 상기 게이트절연층(400)은 PI, 파릴렌(Parylene), PMMA, PVA, PVP 등의 절연성 유기물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 게이트절연층(400) 상에 형성된 상기 게이트층(500)은 PEDOT, PANI(Polyaniline), Polypyrrole, PI, 파릴렌(Parylene), PMMA(Polymethly Methacrylate), PVA(Polyvinylalcohol) 또는 PVP(polyvinylphenol) 중에 어느하나를 선택하여 사용될 수 있다.A gate insulating layer 400 may be formed on the N-channel layer 300 and a gate layer 500 may be formed on the gate insulating layer 400. The gate insulating layer 400 may be formed of an insulating organic material such as PI, parylene, PMMA, PVA or PVP. The gate layer 500 formed on the gate insulating layer 400 may be formed of PEDOT, PANI (Polyaniline), Polypyrrole, PI, Parylene, PMMA, PVA, ) Can be selected and used.

도 2를 참조하면, 기판(100) 일면에 게이트층(500a), 게이트절연층(400a), N 채널층(300a), 상기 N 채널층(300a) 양측면에 소스전극층(210a) 및 드레인전극층(220a)을 차례로 형성할 수 있다.2, a gate layer 500a, a gate insulating layer 400a, an N channel layer 300a, a source electrode layer 210a and drain electrode layers 210a are formed on both sides of the N channel layer 300a, 220a may be sequentially formed.

특히, 도 2는 도 1과 동일한 구성의 층을 포함한다. 특히, 도 2의 N 채널층(300a)은 도 1의 N 채널층(300)과 동일하게 형성된다. 다만, 게이트층(500) 또는 (500a)의 배치에 따라 N 채널층(300) 또는 (300a)이 다른 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.Particularly, Fig. 2 includes layers having the same constitution as Fig. In particular, the N channel layer 300a of FIG. 2 is formed in the same manner as the N channel layer 300 of FIG. However, the N-channel layer 300 or 300a may be formed at different positions depending on the arrangement of the gate layer 500 or 500a. Therefore, a description overlapping with FIG. 1 will be omitted.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 UPS 분석 그래프이다.3A to 3C are graphs showing UPS analysis of the organic field effect transistor in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.

실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4를 통해 제조된 것은 박막을 통해 활성층으로 형성된다. 상기 활성층은 도 1의 N 채널층(300) 또는 도 2의 N 채널층(300a)이다. Those produced through Production Examples 1 to 4 according to Example 1 are formed into an active layer through a thin film. The active layer is the N-channel layer 300 of FIG. 1 or the N-channel layer 300a of FIG.

또한, 제조예 1 내지 제조예 4는 동일한 제조방법과 동일한 조성물을 포함하여 제조된다. 다만, 사용되는 도판트 종류 및 도판트 조성물이 상이하다. In addition, Production Examples 1 to 4 are produced by the same manufacturing method and the same composition. However, the type of dopant used and the dopant composition are different.

제조예 1Production Example 1

도판트 TBAF 0.1% 첨가Add 0.1% dopant TBAF

n형 공액고분자 P(NDI2OD-T2)를 p-xylene에 용해시켜 반도체성 n형 공액고분자 용액을 만든다. 상기 공액고분자 용액은 10 mg/ml의 농도로 제조한다. 또한, 2-ethoxyethanol에 소량의 도판트를 희석시켜 도판트 용액을 준비한다. 그 후 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 상기 도판트 용액(TBAF)을 전체 질량비에 0.1%를 첨가하여 혼합시킨다. 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 도판트를 소량 도입시켜 혼합하여 제조된 N 타입의 혼합된 용액을 활성층에 박막을 통해 형성시킨다. An n-type conjugated polymer P (NDI2OD-T2) is dissolved in p-xylene to form a semiconducting n-type conjugated polymer solution. The conjugated polymer solution is prepared at a concentration of 10 mg / ml. Also prepare a dopant solution by diluting a small amount of dopant with 2-ethoxyethanol. Then, the above dopant solution (TBAF) is added to the above-mentioned semiconducting n-type conjugated polymer solution at a total mass ratio of 0.1% and mixed. An N type mixed solution prepared by introducing a small amount of a dopant into the semiconductor n-type conjugated polymer solution is formed through a thin film in the active layer.

제조예 2 Production Example 2

TBAF 0.5% 첨가 0.5% TBAF addition

n형 공액고분자 P(NDI2OD-T2)를 p-xylene에 용해시켜 반도체성 n형 공액고분자 용액을 만든다. 상기 공액고분자 용액은 10 mg/ml의 농도로 제조한다. 또한, 2-ethoxyethanol에 소량의 도판트를 희석시켜 도판트 용액을 준비한다. 그 후 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 상기 도판트 용액(TBAF)을 전체 질량비에 0.5%를 첨가하여 혼합시킨다. 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 도판트를 소량 도입시켜 혼합하여 제조된 N 타입의 혼합된 용액을 활성층에 박막을 통해 형성시킨다. An n-type conjugated polymer P (NDI2OD-T2) is dissolved in p-xylene to form a semiconducting n-type conjugated polymer solution. The conjugated polymer solution is prepared at a concentration of 10 mg / ml. Also prepare a dopant solution by diluting a small amount of dopant with 2-ethoxyethanol. Then, the dopant solution (TBAF) was added to the semiconducting n-type conjugated polymer solution at a total mass ratio of 0.5% and mixed. An N type mixed solution prepared by introducing a small amount of a dopant into the semiconductor n-type conjugated polymer solution is formed through a thin film in the active layer.

제조예 3 Production Example 3

TBAOH 0.1% 첨가0.1% TBAOH added

n형 공액고분자 P(NDI2OD-T2)를 p-xylene에 용해시켜 반도체성 n형 공액고분자 용액을 만든다. 상기 공액고분자 용액은 10 mg/ml의 농도로 제조한다. 또한, 2-ethoxyethanol에 소량의 도판트를 희석시켜 도판트 용액을 준비한다. 그 후 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 상기 도판트 용액(TBAOH)을 전체 질량비에 0.1%를 첨가하여 혼합시킨다. 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 도판트를 소량 도입시켜 혼합하여 제조된 N 타입의 혼합된 용액을 활성층에 박막을 통해 형성시킨다. An n-type conjugated polymer P (NDI2OD-T2) is dissolved in p-xylene to form a semiconducting n-type conjugated polymer solution. The conjugated polymer solution is prepared at a concentration of 10 mg / ml. Also prepare a dopant solution by diluting a small amount of dopant with 2-ethoxyethanol. Then, the dopant solution (TBAOH) was added to the above-mentioned semiconducting n-type conjugated polymer solution at a total mass ratio of 0.1% and mixed. An N type mixed solution prepared by introducing a small amount of a dopant into the semiconductor n-type conjugated polymer solution is formed through a thin film in the active layer.

제조예 4 Production Example 4

TBAOH 0.5% 첨가0.5% TBAOH added

n형 공액고분자 P(NDI2OD-T2)를 p-xylene에 용해시켜 반도체성 n형 공액고분자 용액을 만든다. 상기 공액고분자 용액은 10 mg/ml의 농도로 제조한다. 또한, 2-ethoxyethanol에 소량의 도판트를 희석시켜 도판트 용액을 준비한다. 그 후 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 상기 도판트 용액(TBAOH)을 전체 질량비에 0.5%를 첨가하여 혼합시킨다. 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액에 도판트를 소량 도입시켜 혼합하여 제조된 N 타입의 혼합된 용액을 활성층에 박막을 통해 형성시킨다.An n-type conjugated polymer P (NDI2OD-T2) is dissolved in p-xylene to form a semiconducting n-type conjugated polymer solution. The conjugated polymer solution is prepared at a concentration of 10 mg / ml. Also prepare a dopant solution by diluting a small amount of dopant with 2-ethoxyethanol. Then, the dopant solution (TBAOH) was added to the semiconductive n-type conjugated polymer solution at a total mass ratio of 0.5% and mixed. An N type mixed solution prepared by introducing a small amount of a dopant into the semiconductor n-type conjugated polymer solution is formed through a thin film in the active layer.

비교예 1Comparative Example 1

n형 공액고분자 P(NDI2OD-T2)를 p-xylene에 용해시켜 반도체성 n형 공액고분자 용액을 만든다. 상기 공액고분자 용액은 10 mg/ml의 농도로 제조한다. 상기 반도체성 n형 공액고분자 용액을 활성층에 활성층에 박막을 통해 형성시킨다.An n-type conjugated polymer P (NDI2OD-T2) is dissolved in p-xylene to form a semiconducting n-type conjugated polymer solution . The conjugated polymer solution is prepared at a concentration of 10 mg / ml. The semiconductor n-type conjugated polymer solution is formed in the active layer through the thin film in the active layer.

도 3a 내지 도3c를 참조하면, 실시예 1에 따른 제조예 1내지 제조예 4와 비교예 1의 유기전계효과 트랜지스터의 광전자분광기 그래프가 개시된다. Referring to FIGS. 3A to 3C, a photoelectron spectroscopic graph of the organic field effect transistor of Production Example 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 is disclosed.

도 3a 내지 도 3c에 개시된 바, 가장 낮은 페르미 레벨 값을 가지는 것은 도핑되지 않은 비교예이며, TBA 염의 함량이 높을 수록 페르미 레벨 값이 향상되는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 3A to 3C, it is a non-doped comparative example having the lowest Fermi level, and it can be confirmed that the higher the content of TBA salt, the better the Fermi level value.

아울러, 도핑을 하지 않은 비교예 1와 도판트에 의해 N 타입으로 도핑된 제조예들을 비교하며, 도판트에 의해 N 타입으로 도핑된 제조예들로 구성된 유기전계효과 트랜지스터의 전기적 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. In addition, Comparative Example 1 in which doping is not performed is compared with N-type doped production examples by using a dopant, and the electrical characteristics of the organic field effect transistor composed of N-type doped products by a dopant are improved Can be confirmed.

따라서, 도판트에 의해 도핑된 제조예들과 도핑되지 않은 비교예들의 전기적 특성 비교는 도 3 내지 도 9에 확인된다. Thus, a comparison of the electrical properties of the doped preparations and non-doped comparative examples is identified in Figures 3-9.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 소자의 동작 및 전기적 특성 분석 그래프이다4 is a graph showing the operation and electrical characteristics of the devices of the organic field effect transistor in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 소자의 동작 및 전기적 특성 분석 그래프가 개시된다. Referring to FIG. 4, operation and electrical characteristic analysis graphs of the devices of the organic field effect transistor are shown in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.

하기에 표 1은 도 4의 결과 값에 의해 작성된다. Table 1 is prepared based on the results shown in Fig.


도판트
특성

Dopant
characteristic
n-채널n-channel p-채널p-channel
μsat,e
[cm2V-1s-1]
μ sat, e
[cm 2 V -1 s -1 ]
Vth,e
[V]
V th, e
[V]
Ion/Ioff I on / I off μsat,h
[cm2V-1s-1]
μ sat, h
[cm 2 V -1 s -1 ]
Vth,h
[V]
V th, h
[V]
Ion/Ioff I on / I off
비교예 1Comparative Example 1 0.31
(±0.082)
0.31
(± 0.082)
15.9
(±2.34)
15.9
(± 2.34)
103~104 10 3 ~ 10 4 0.004
(±0.0017)
0.004
(± 0.0017)
-53.9
(±3.48)
-53.9
(± 3.48)
~10~ 10
제조예 1Production Example 1 0.53
(±0.26)
0.53
(± 0.26)
14.5
(±4.38)
14.5
(± 4.38)
104~105 10 4 to 10 5 0.0002
(±0.00032)
0.0002
(± 0.00032)
-37.8
(±15.07)
-37.8
(± 15.07)
<10<10
제조예 2Production Example 2 0.67
(±0.18)
0.67
(± 0.18)
16.9
(±3.16)
16.9
(± 3.16)
104~105 10 4 to 10 5 -- -- --
제조예 3Production Example 3 0.30
(±0.19)
0.30
(± 0.19)
10.5
(±2.67)
10.5
(± 2.67)
104~105 10 4 to 10 5 0.0002
(±0.00012)
0.0002
(± 0.00012)
-40.7
(±21.35)
-40.7
(± 21.35)
<10<10
제조예 4Production Example 4 0.41
(±0.15)
0.41
(± 0.15)
13.0
(±2.25)
13.0
(± 2.25)
104~105 10 4 to 10 5 0.0001
(±0.00011)
0.0001
(± 0.00011)
-38.7
(±18.86)
-38.7
(± 18.86)
<10<10

표 1를 참조하면, 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)의 도핑으로 인하여 유기전계효과 트랜지스터의 전기적 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the electric characteristics of the organic field effect transistor are improved by doping with tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH).

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 전하이동성 및 접촉 저항값을 분석한 그래프이다.5 is a graph illustrating charge mobility and contact resistance of Organic Field Effect Transistors in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.

도 5를 참조하면, 전하이동도가 증가하고 접촉저항이 감소함에 따라, 드레인 전류 레벨이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도핑된 제조예들과 도핑되지 않은 비교예 1를 비교하면, 도핑에 의해 전자 이동도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that as the charge mobility increases and the contact resistance decreases, the drain current level increases. In addition, comparing the doped production examples with the non-doped Comparative Example 1, it can be confirmed that the electron mobility is improved by doping.

도 6a 내지 6b는 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 Y-functions plots와 전하이동성을 분석한 그래프이다. FIGS. 6A and 6B are graphs illustrating Y-functions plots and charge mobility of Organic Field Effect Transistors in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention. FIG.

도 6를 참조하면, 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 따른 유기전계효과 트랜지스터의 Y-functions plots와 전하이동성을 분석한 그래프가 개시된다. Referring to FIG. 6, Y-functions plots and graphs illustrating charge mobility of organic field effect transistors according to Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 are disclosed.

하기에 표 2은 도 6의 결과 값에 의해 작성된다.Table 2 is prepared based on the results shown in Fig.

Doping Conc.
[wt%, MR]
Doping Conc.
[wt%, MR]

비교예 1

Comparative Example 1

제조예 1

Production Example 1

제조예 2

Production Example 2

제조예 3

Production Example 3

제조예 4

Production Example 4
μ0
[cm2/Vs]
μ 0
[cm 2 / Vs]
0.900.90 2.632.63 3.133.13 2.072.07 2.682.68
Rc
[kΩ]
R c
[kΩ]
128128 19.119.1 12.812.8 20.520.5 14.714.7

표 2를 참조하면, 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)의 도핑으로 인하여 유기전계효과 트랜지스터의 접촉 저항이 감소되고 전하 이동성이 향상되어 전기적 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, doping of tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) reduces the contact resistance of the organic field effect transistor and improves charge mobility to improve electrical characteristics .

도 7a 내지 7b는 본 발명의 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 Arrhenius plots을 분석한 그래프이다.7A to 7B are graphs showing Arrhenius plots of Organic Field Effect Transistors in Production Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.

도 7a 내지 7b를 참조하면, 실시예 1에 따른 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교예 1를 비교하면 명백히 다른 활성화 에너지를 확인할 수 있다. 비교예 1에 비하여 제조예들의 경우 내부의 전하량의 증가와 이에 따라 전하 이동에 필요한 활성화 에너지가 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 300 K 내지 190 K에서 더 높은 열 에너지로 인하여 전하 이동성이 더 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 7A to 7B, the activation energies apparently can be confirmed by comparing Production Example 1 to Production Example 4 and Comparative Example 1 according to Example 1. Compared with Comparative Example 1, it can be seen that the activation energy required for charge transfer is increased with the increase of the internal charge amount in the production examples. It can also be seen that the charge mobility is further improved due to the higher thermal energy at 300 K to 190 K.

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 제조예 2, 제조예 4 및 비교예 1에 유기전계효과 트랜지스터의 시간에 따른 전하이동성을 분석한 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating the charge mobility over time of the organic field effect transistor in Production Example 2, Production Example 4, and Comparative Example 1 according to Example 1 of the present invention.

도 8을 참조하면, 공기 중 노출시간의 흐름에 따른 전하이동성을 분석하면 도핑되지 않은 비교예 1의 경우, 전하 이동성이 감소하기 때문에 비교예의 유기전계효과 트랜지스터는 매우 불안정한 상태이다. 반면, 도핑된 제조예들은 2일 내지 40일동안의 전하 이동성이 유지된다. 또한, 도핑되지 않은 비교예 1보다 도핑된 제조예들의 전하이동성이 향상된 상태로 40일까지 유지되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, in the case of Comparative Example 1 in which the charge mobility according to the exposure time of air is analyzed in the case of the undoped Comparative Example 1, since the charge mobility decreases, the organic field effect transistor of the comparative example is in a very unstable state. On the other hand, doped preparations maintain charge mobility for 2 to 40 days. It can also be seen that the charge mobility of the doped preparation examples is maintained for up to 40 days in an improved state than that of Comparative Example 1 which is not doped.

도 9은 본 발명의 실시예 2에 따른 제조예 5, 제조예 6 및 비교예 2에 따른 유기전계효과 트랜지스터의 특성을 분석한 그래프이다.9 is a graph showing characteristics of the organic field effect transistor according to Production Example 5, Production Example 6 and Comparative Example 2 according to Example 2 of the present invention.

도 9을 참조하면, 실시예 2는 공액고분자와 카본나노튜브의 복합체 및 상기 복합체를 도판트에 의해 N 타입으로 도핑하는 것이며, 비교예 2는 도핑되지 않은 공액고분자와 카본나노튜브의 복합체이며, 실시예 2와 비교예 2의 유기전계효과 트랜지스터의 특성 그래프가 개시된다. Referring to FIG. 9, Example 2 is a composite of a conjugated polymer and a carbon nanotube, and the composite is doped into a N-type by a dopant. Comparative Example 2 is a composite of an undoped conjugated polymer and a carbon nanotube, A characteristic graph of the organic field effect transistor of Example 2 and Comparative Example 2 is disclosed.

비교예 2 Comparative Example 2

비정제 카본나노튜브와 공 고분자 P(NDI2OD-T2)를 toluene에 넣어준 후 750 W의 초음파를 이용하여 50 °C에서 1시간 조사하여 준다. 그 후, 초음파를 조사한 용액을 원심분리기를 이용하여 카본나노튜브와 공액고분자 복합체가 분산되어 있는 용액만 분리시킨다. 선태적으로 분리된 용액을 이용하여 카본나노튜브 복합체를 활성층에 박막을 형성시킨다.Untreated carbon nanotubes and co-polymer P (NDI2OD-T2) were placed in toluene and irradiated at 750 ° C for 1 hour at 50 ° C. Thereafter, only the solution in which the carbon nanotubes and the conjugated polymer complex are dispersed is separated by using a centrifuge in the solution irradiated with ultrasonic waves. The carbon nanotube composite is formed into a thin film on the active layer by using a selectively separated solution.

비교예 3 Comparative Example 3

비정제 카본나노튜브와 공액고분자 rr-P3DDT를 toluene에 넣어준 후 750 W의 초음파를 이용하여 50 °C에서 1시간 조사하여 준다. 그 후, 초음파를 조사한 용액을 원심분리기를 이용하여 카본나노튜브와 공액고분자 복합체가 분산되어 있는 용액만 분리시킨다. 선태적으로 분리된 용액을 이용하여 카본나노튜브 복합체를 활성층에 박막을 형성시킨다.Unrefined carbon nanotubes and conjugated polymer rr-P3DDT were put into toluene and irradiated at 750 ° C for 1 hour at 50 ° C. Thereafter, only the solution in which the carbon nanotubes and the conjugated polymer complex are dispersed is separated by using a centrifuge in the solution irradiated with ultrasonic waves. The carbon nanotube composite is formed into a thin film on the active layer by using a selectively separated solution.

제조예 5Production Example 5

비정제 카본나노튜브와 공액고분자 P(NDI2OD-T2)를 toluene에 넣어준 후 750 W의 초음파를 이용하여 50 °C에서 1시간 조사하여 준다. 그 후, 초음파를 조사한 용액을 원심분리기를 이용하여 카본나노튜브와 공액고분자 복합체가 분산되어 있는 용액만 분리시킨다. 따라서, 상기 복합체만 분리된 용액을 소량의 도판트 TBAF를 2-ethoxyethanol에 희석 시킨 도판트 용액으로 코팅하여 도핑과정을 진행한다.Untreated carbon nanotubes and conjugated polymer P (NDI2OD-T2) were added to toluene and irradiated at 750 ° C for 1 hour at 50 ° C. Thereafter, only the solution in which the carbon nanotubes and the conjugated polymer complex are dispersed is separated by using a centrifuge in the solution irradiated with ultrasonic waves. Therefore, the solution separated only by the complex is coated with a dopant solution in which a small amount of dopant TBAF is diluted with 2-ethoxyethanol, and the doping process is performed.

제조예 6Production Example 6

비정제 카본나노튜브와 공액고분자 P(NDI2OD-T2)를 toluene에 넣어준 후 750 W의 초음파를 이용하여 50 °C에서 1시간 조사하여 준다. 그 후, 초음파를 조사한 용액을 원심분리기를 이용하여 카본나노튜브와 공액고분자 복합체가 분산되어 있는 용액만 분리시킨다. 따라서, 상기 복합체만 분리된 용액을 소량의 도판트 TBAOH를 2-ethoxyethanol에 희석 시킨 도판트 용액으로 코팅하여 도핑과정을 진행한다.Untreated carbon nanotubes and conjugated polymer P (NDI2OD-T2) were added to toluene and irradiated at 750 ° C for 1 hour at 50 ° C. Thereafter, only the solution in which the carbon nanotubes and the conjugated polymer complex are dispersed is separated by using a centrifuge in the solution irradiated with ultrasonic waves. Therefore, the solution separated only by the complex is coated with a dopant solution in which a small amount of dopant TBAOH is diluted with 2-ethoxyethanol, and the doping process is performed.

제조예 7Production Example 7

비정제 카본나노튜브와 공액고분자 rr-P3DDT를 toluene에 넣어준 후 750 W의 초음파를 이용하여 50 °C에서 1시간 조사하여 준다. 그 후, 초음파를 조사한 용액을 원심분리기를 이용하여 카본나노튜브와 공액고분자 복합체가 분산되어 있는 용액만 분리시킨다. 따라서, 상기 복합체만 분리된 용액을 소량의 도판트 TBAF를 2-ethoxyethanol에 희석 시킨 도판트 용액으로 코팅하여 도핑과정을 진행한다. Unrefined carbon nanotubes and conjugated polymer rr-P3DDT were put into toluene and irradiated at 750 ° C for 1 hour at 50 ° C. Thereafter, only the solution in which the carbon nanotubes and the conjugated polymer complex are dispersed is separated by using a centrifuge in the solution irradiated with ultrasonic waves. Therefore, the solution separated only by the complex is coated with a dopant solution in which a small amount of dopant TBAF is diluted with 2-ethoxyethanol, and the doping process is performed.

제조예 8Production Example 8

비정제 카본나노튜브와 공액고분자 rr-P3DDT를 toluene에 넣어준 후 750 W의 초음파를 이용하여 50 °C에서 1시간 조사하여 준다. 그 후, 초음파를 조사한 용액을 원심분리기를 이용하여 카본나노튜브와 공액고분자 복합체가 분산되어 있는 용액만 분리시킨다. 따라서, 상기 복합체만 분리된 용액을 소량의 도판트 TBAOH를 2-ethoxyethanol에 희석 시킨 도판트 용액으로 코팅하여 도핑과정을 진행한다.Unrefined carbon nanotubes and conjugated polymer rr-P3DDT were put into toluene and irradiated at 750 ° C for 1 hour at 50 ° C. Thereafter, only the solution in which the carbon nanotubes and the conjugated polymer complex are dispersed is separated by using a centrifuge in the solution irradiated with ultrasonic waves. Therefore, the solution separated only by the complex is coated with a dopant solution in which a small amount of dopant TBAOH is diluted with 2-ethoxyethanol, and the doping process is performed.

하기에 표 3은 도 9의 결과 값에 의해 작성된다. Table 3 is prepared based on the results shown in Fig.

CNT Wrapping PolymerCNT Wrapping Polymer DopantDopant n-channeln-channel p-channelp-channel μsat,e
[cm2/Vs]
μ sat, e
[cm 2 / Vs]
Vth,e
[V]
V th, e
[V]
Ion/Ioff
(±5 V)
I on / I off
(± 5 V)
μsat,h
[cm2/Vs]
μ sat, h
[cm 2 / Vs]
Vth,h
[V]
V th, h
[V]
Ion/Ioff
(±5 V)
I on / I off
(± 5 V)

공액고분자

Conjugated polymer
비교예 2Comparative Example 2 0.65
(±0.13)
0.65
(± 0.13)
4.81
(±0.97)
4.81
(± 0.97)
~103 ~ 10 3 0.78
(±0.40)
0.78
(± 0.40)
-22.6
(±0.92)
-22.6
(± 0.92)
~103 ~ 10 3
제조예 5Production Example 5 2.15
(±0.56)
2.15
(± 0.56)
-10.0
(±1.16)
-10.0
(± 1.16)
~102 ~ 10 2 -- -- --
제조예 6Production Example 6 1.80
(±0.29)
1.80
(± 0.29)
-12.0
(±2.21)
-12.0
(± 2.21)
~102 ~ 10 2 -- -- --

P3DDT

P3DDT
비교예 3Comparative Example 3 0.08
(±0.01)
0.08
(± 0.01)
26.6
(±4.60)
26.6
(± 4.60)
102~103 10 2 to 10 3 0.73
(±0.17)
0.73
(± 0.17)
-18.9
(±2.45)
-18.9
(± 2.45)
102~103 10 2 to 10 3
제조예 7Production Example 7 0.28
(±0.02)
0.28
(± 0.02)
0.35
(±2.72)
0.35
(± 2.72)
~103 ~ 10 3 -- -- --
제조예 8Production Example 8 0.25
(±0.04)
0.25
(± 0.04)
4.00
(±4.14)
4.00
(± 4.14)
~103 ~ 10 3 -- -- --

표 3을 참조하면, 공액고분자와 카본나노튜브를 혼합하여 복합체를 제조하고 도판트를 이용하여 상기 복합체를 도핑함으로써, 유기전계효과 트랜지스터의 전하이동성과 바이어스 안정성을 향상시킬 수 있다.Referring to Table 3, it is possible to improve the charge mobility and bias stability of the organic field effect transistor by mixing the conjugated polymer and the carbon nanotube to prepare a composite and doping the composite using the dopant.

따라서, 공액고분자 및 공액고분자와 카본나노튜브를 혼합한 복합체에 도판트를 이용하여 도핑함으로써, 도핑하지 않은 유기전계효과 트랜지스터보다 전하이동성과 바이어스 안정성을 향상시킬 수 있다.Therefore, by doping a composite of a conjugated polymer and a conjugated polymer mixed with a carbon nanotube by using a dopant, charge mobility and bias stability can be improved as compared with a non-doped organic field effect transistor.

Claims (11)

단일결합과 이중결합의 반복으로 형성되어 π-공액 구조를 갖는 공액고분자; 및
상기 공액고분자를 N 타입으로 도핑하기 위한 물질로 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트를 포함하는 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자.
A conjugated polymer formed by repetition of a single bond and a double bond and having a? -Conjugated structure; And
And a dopant containing a tetrabutylammonium derivative as a material for doping the conjugated polymer into N type.
제1 항에 있어서, 상기 공액고분자는
<화학식 1>
Figure pat00006

상기 화학식 1에서 R1, R2, R3 R4 는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, n은 1 내지 1000 중 어느 하나의 정수인 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자.
The conjugated polymer of claim 1, wherein the conjugated polymer comprises
&Lt; Formula 1 >
Figure pat00006

In Formula 1, R 1 , R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and n is an integer of 1 to 1000. 5. The doped conjugated polymer according to claim 1,
제1 항에 있어서, 상기 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트는 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)인 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자.The doped conjugated polymer of claim 1, wherein the dopant containing the tetrabutylammonium derivative is tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH). 제1 항에 있어서, 상기 공액고분자는 카본나노튜브와 화학적으로 혼합되어 복합체를 이루는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자. The doped conjugated polymer of claim 1, wherein the conjugated polymer is chemically mixed with a carbon nanotube to form a complex. 제4 항에 있어서, 상기 카본나노튜브는 싱글 카본나노튜브(single-walled carbon nanotubes)인 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자.The doped conjugated polymer of claim 4, wherein the carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes. 제4 항에 있어서, 상기 복합체의 공액고분자와 카본나노튜브를 몰비 2:1로 혼합되어 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 도핑된 공액고분자.The doped conjugated polymer according to claim 4, wherein the conjugated polymer of the complex and the carbon nanotube are mixed at a molar ratio of 2: 1 to form a complex. 기판;
상기 기판 상에 양측면에 대항하여 형성되는 소스 전극층과 드레인 전극층;
상기 소스 전극층과 드레인 전극층 일면에 전기적으로 연결되어 형성되고
단일결합과 이중결합의 반복으로 형성되어 π-공액 구조를 갖는 공액고분자 또는 상기 공액고분자에 카본나노튜브가 화학적으로 결합된 카본나노튜브 복합체는 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트에 의해 N 타입으로 도핑되어 전하전이가 향상된 N 채널층;
상기 N 채널층 상에 형성된 게이트 절연층; 및
상기 게이트 절연층 일면에 형성된 게이트층을 포함하는 유기전계효과 트랜지스터.
Board;
A source electrode layer and a drain electrode layer formed on both sides of the substrate;
And is electrically connected to one surface of the source electrode layer and the drain electrode layer
A conjugated polymer formed by repetition of single bond and double bond and having a? -Conjugated structure or a carbon nanotube complex in which carbon nanotubes are chemically bonded to the conjugated polymer is N-type by a dopant containing a tetrabutylammonium derivative An N-channel layer doped and improved in charge transfer;
A gate insulating layer formed on the N-channel layer; And
And a gate layer formed on one surface of the gate insulating layer.
제7 항에 있어서, 상기 N 채널층에 상기 공액고분자는
<화학식 1>
Figure pat00007

상기 화학식 1에서 R1, R2, R3 R4 는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 1 내지 25의 알킬기, 탄소수 1 내지 25의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, n은 1 내지 1000 중 어느 하나의 정수인 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터.
8. The method of claim 7, wherein the conjugated polymer
&Lt; Formula 1 >
Figure pat00007

In Formula 1, R 1 , R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and n is an integer of 1 to 1000. 2. The organic field effect transistor according to claim 1,
제7 항에 있어서, 상기 테트라 부틸 암모늄 유도체를 함유하는 도판트는 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium fluoride, TBAF) 또는 수산화 테트라 부틸 암모늄(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAOH)인 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터.The organic field effect transistor according to claim 7, wherein the dopant containing the tetrabutylammonium derivative is tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH). 제7 항에 있어서, 상기 N 채널층에서
상기 카본나노튜브는 싱글카본나노튜브(single-walled carbon nanotubes)인 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터.
8. The method of claim 7, wherein in the N-channel layer
Wherein the carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes.
제7 항에 있어서, 상기 N 채널층에서
상기 복합체는 공액고분자와 카본나노튜브 몰비 2:1로 혼합되어 화학적으로 결합되어 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계효과 트랜지스터.
8. The method of claim 7, wherein in the N-channel layer
Wherein the complex is mixed with the conjugated polymer at a molar ratio of carbon nanotubes of 2: 1 and chemically bonded to form a complex.
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