KR20190101087A - 접착성 단백질을 포함하는 유기 전계 트랜지스터 및 이의 제조 방법 - Google Patents

접착성 단백질을 포함하는 유기 전계 트랜지스터 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

유기 전계 트랜지스터 및 이의 제조 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터는 게이트 전극; 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체; 상기 게이트 전극과 상기 유기 반도체 사이에 위치하는 게이트 절연체; 및 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하되, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지고 있는 단백질이 결합된 나노 카본 복합체를 포함한다.

Description

접착성 단백질을 포함하는 유기 전계 트랜지스터 및 이의 제조 방법{Organic field transistor comprising adhesive protein and manufacturing method thereof}
본 발명은 접착성 단백질을 포함한 유기 전계 트랜지스터 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 카테콜기를 가지고 있는 단백질을 이용한 유기 전계 트랜지스터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전계 트랜지스터는 게이트, 소스, 드레인 전극과 게이트 절연층, 활성층으로 구성된다. 게이트 전극에 문턱 전압 이상의 전압이 걸려 전자 또는 정공이 흐르게 되면 소스와 드레인 단자 사이에 채널 통로가 만들어져 전류가 흐르게 된다. 이때 소스-드레인 전극은 전도도가 높으면서 전류가 소모되지 않고 잘 흐를 수 있도록 접촉 저항이 작고 쇼트키 장벽(Schottky barrier) 높이가 낮아야 한다. 현재 트랜지스터에 가장 많이 쓰이는 전극 물질은 금속 물질인 금(Au)이지만 가격이 비싸며, 진공 열증착 방식(Vacuum Thermal Evaporating, VTE)을 사용하기 때문에 프린팅 방법과 비교하여 대면적화에 불리하다는 한계를 가지고 있다.
유기 전계 트랜지스터는 반도체와 전극 재료를 유기 재료로 대체한 소자를 의미한다. 유기 재료는 가볍고 유연하며 용매에 잘 녹기 때문에 스프레이, 프린팅 등의 방법으로 제작할 수 있고 저온 공정이 가능하다는 장점이 있다. 유기 전계 트랜지스터로 사용되는 대표적인 유기 전극 물질에는 탄소 나노 튜브가 있다. 탄소 나노 튜브는 탄소로 이루어져 있어 열적으로 매우 안정하며, 역학적 특성과 전기적 특성이 매우 우수한 특성을 가지나, 탄소 나노 튜브 나노입자 간의 응집력이 내우 강하기 때문에 분산이 어렵다는 문제점이 존재하였다.
한편, 홍합은 수중 환경에서 거의 모든 표면에 강하게 붙어서 자라는 수중 생물 중 하나로서, 홍합의 족사에서 유래하는 단백질은 효과적인 접착력을 발휘하는 친환경적인 접착 소재 중 하나로 꼽히고 있다. 다만, 이러한 홍합 유래 접착 단백질을 유기 전계 트랜지스터 관련에 접목시키는 연구는 현재까지 미흡한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0047173호(2017년05월04일)
본 발명은 응집력이 강한 나노 물질이 효과적으로 분산되고 접착성이 향상된 전극을 포함하는 유기 전계 트랜지스터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터는 게이트 전극; 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체; 상기 게이트 전극과 상기 유기 반도체 사이에 위치하는 게이트 절연체; 및 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하되, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지고 있는 단백질이 결합된 나노 카본 복합체를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 나노 카본 구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 및 질화붕소나노튜브(Boron nitride Nanotube, BNNT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 카테콜기를 가지고 있는 단백질은 접착 단백질 또는 홍합 접착 단백질일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 카테콜기를 가지는 단백질은 서열번호 1 내지 서열번호 19로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 이루어진 단백질일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 홍합 접착 단백질은 서열번호 10, 11, 12 또는 13으로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 5, 6, 7 또는 8로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 14로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 카테콜기를 가지는 단백질은 상기 나노 카본 구조체를 100중량부로 할 때 0.01 내지 500중량부일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법은 소스 전극 및 드레인 전극을 코팅할 패턴이 형성된 기판을 준비하는 단계; 용매 내에서 카테콜기를 가지는 단백질과 나노 카본 구조체를 분산하는 단계; 상기 분산액을 원심 분리하여 상등액과 하등액으로 구분하는 단계; 상기 상등액, 하등액 또는 이들의 혼합물을 상기 기판 상에 용액 공정을 이용하여 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로 형성하는 단계; 및 상기 소스 전극 및 드레인 전극 상에 유기 반도체를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 나노 카본 구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 및 질화붕소나노튜브(Boron nitride Nanotube, BNNT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 카테콜기를 가지고 있는 단백질은 접착 단백질 또는 홍합 접착 단백질일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 카테콜기를 가지는 단백질은 서열번호 1 내지 서열번호 19로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 이루어진 단백질일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 홍합 접착 단백질은 서열번호 10, 11, 12 또는 13으로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 5, 6, 7 또는 8로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 14로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 카테콜기를 가지는 단백질은 상기 나노 카본 구조체를 100중량부로 할 때 0.01 내지 500중량부일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 용액 공정은 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 롤코팅(roll coating), 스크린 코팅(screen coating), 분무 코팅(spray coating), 스핀 캐스팅(spin casting), 흐름 코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯(ink jet) 및 드롭 캐스팅(drop casting)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나의 방식이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판을 준비하는 단계는, 열산화막 부착 실리콘 웨이퍼를 절단 및 세정하는 단계 및 상기 실리콘 웨이퍼에 포토리쏘그래피를 이용하여 상기 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 카본 구조체는 용매 내에서 효율적으로 분산될 수 있는 바, 이를 포함하는 유기 전계 트랜지스터의 전극을 제조할 수 있다. 이에 따라 유기 전계 트랜지스터의 상용화 및 비용 절감에 큰 기여를 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유기 전계 트랜지스터는 종래 Au전극을 사용한 트랜지스터 대비 개선된 전달, 출력 특성 및 전하 이동도를 가지며, 낮은 접촉 저항을 가지는 바, 다양한 분야에 보다 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전 전계 트랜지스터의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3은 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지는 단백질을 첨가하여 결합 시킨 용액(MAP@CNT)을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드레인 전극 - 소스 전극을 상부에서 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 전달 특성 그래프(transfer characteristics)이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 출력 특성 그래프(output characteristics)이다.
도 7은 종래 Au전극으로 구성된 유기 전계 트랜지스터와 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 최대 전하 이동도를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 소스-드레인 사이의 총 저항 값에 전극 너비(W)로 정규화하여 비교한 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당 업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 기술된 것이 아니며, 본 발명의 범위는 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 명세서에서 “유기 전계 트랜지스터”는, 반도체 또는 전극 재료를 유기 재료로 대체한 소자이다. 유기재료는 가볍고 유연하며 용매에 잘 녹기 때문에 스프레이, 프린팅 등의 방법으로 제작할 수 있고 저온 공정이 가능하다는 특징을 가진다.
본 명세서에서, "나노 카본 구조체”는 탄소 기반의 나노 단위의 구조물 내지 소재로서, 탄소 양자점, 플러렌, 탄소 나노 리본, 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀 등을 포함한다.
본 명세서에서 "나노 카본 복합체"란, 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지고 있는 단백질이 결합된 구조체를 의미한다.
본 명세서에서 “탄소나노튜브”는 6개의 탄소로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 나노 단위의 소재를 의미한다.
본 명세서에서 “탄소나노튜브 복합체”는 적어도 1 이상의 탄소나노튜브와 금속 이온 등이 결합한 화합물을 의미하며, 모노-카테콜-금속 이온 탄소나노튜브 복합체, 비스-카테콜-금속 이온 탄소나노튜브 복합체 및/또는 트리스-카테콜-금속 이온 탄소나노튜브 복합체를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 “홍합 접착 단백질”은 홍합에서 유래한 접착성 단백질로, 바람직하게는 미틸러스 에둘리스(Mytilus edulis), 미틸러스 갈로프로빈시얼리스(Mytilus galloprovincialis) 또는 미틸러스 코루스커스(Mytilus coruscus)에서 유래한 홍합 접착 단백질 또는 이의 변이체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나노 카본 구조체는 초경량/고강도 복합소재 분야와 전기적 특징을 활용한 고전도성 복합소재 분야에 활용되고 있다. 나노 카본 구조체 중 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube,CNT)는 그래핀 층이 기둥으로 말린 형태로, 그 우수한 물리화학적, 전기적, 기계적 특성으로 다양한 분야로의 응용 가능한 1차원 나노 재료이며, 복합소재의 충진제 또는 에너지 저장 소재 등으로 이용되고 있다. 그러나, 탄소나노튜브의 경우 나노 소재의 특성상 강한 응집력을 가지므로, 응용에 제한이 있다.
탄소나노튜브는 강한 다발(bundle)형태를 유지하고 있어 보다 작은 기공형성을 위해서는 탄소나노튜브의 균일한 분산이 필수적이다. 또한, 탄소나노튜브 자체가 갖는 이온 선택성은 비교적 낮기 때문에, 이온화 되어 있는 수용액 상의 물질을 효과적으로 제거하기 위해서는 중금속 흡착성 물질과의 복합화가 필요하다. 또한, 상기 탄소나노튜브의 분산과 중금속 흡착성 물질의 복합화를 수행하기 위한 첨가제가 필요한데, 최종적으로 흡입 가능한 공기 또는 음용 가능한 정수를 위해서는 필히 인체 친화성 물질을 사용하여야 한다.
한편, 홍합 접착 단백질은 카테콜기를 포함하고 있어서 표면의 성질에 관계없이 거의 모든 표면에 우수한 접착특성을 나타낸다.
이에, 본 발명자들은 접착 단백질과 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시킴과 동시에, 이를 결합 또는 코팅한 나노 카본 복합체를 유기 전계 트랜지스터의 전극으로 사용하여, 유기 전계 트랜지스터의 출력특성과 전달특성, 최대 이동도 및 접촉 저항을 제고할 수 있다는 점을 확인하였다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전 전계 트랜지스터의 예시도이다.
유기 전계 트랜지스터(10)는 일반적으로, 소스 전극(110), 드레인 전극(120), 게이트 전극(130), 게이트 절연체(140) 및 유기 반도체(150)을 포함하여 구성된다.
유기 전계 트랜지스터(10)는 각 전극이나 각층의 배치에 따라서 다양한 타입의 트랜지스터로 구성될 수 있고, 도 1의 도시된 바텀 게이트-바텀 컨텍트(BGBC) 구조는 하나의 예시에 해당한다. 본 발명의 소스 전극(110), 드레인 전극(120) 및 유기 반도체(150)이 특정 트랜지스터의 종류에 한정되어 적용되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 게이트 전극(130)과 유기 반도체(150)는 적어도 일부가 중첩하도록 위치할 수 있다. 게이트 절연체(140)는 게이트 전극(130)과 유기 반도체(150) 사이에 위치할 수 있으며, 유기 반도체(150)는 게이트 절연체(140) 상에 위치할 수 있다. 게이트 절연체(140)는 게이트 전극(130)과 유기 반도체(150) 사이의 전류를 차단할 수 있다. 소스 전극(110)과 드레인 전극(120)은 게이트 절연체(140) 상에 위치할 수 있나, 서로 물리적으로 연결되지 않은 상태일 수 있다. 유기 반도체(150)는 소스 전극(110)과 드레인 전극(120)을 덮도록 형성될 수 있으며, 소스 전극(110) 및 드레인 전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 전극(130)의 전압 변화에 따라 이와 중첩된 유기 반도체(150)의 채널 영역은 활성화되며, 소스 전극(110)과 드레인 전극(120)은 전기적으로 연결될 수 있다.
게이트 전극(130)은 도핑된 실리콘 기판, 알루미늄, Al/Nd 등의 금속, ITO등의 금속산화물, 그리고 전도성 유기재료로서 PEDOT:PSS [Poly(3,4-ethylene dioxythiophene):poly(styrenesulfonate] 및 관련 유도체 등으로 형성될 수 있다.
게이트 절연체(140)는 유기 절연 물질로 만들어질 수 있으며, 게이트 전극(130)의 재질에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(130)이 실리콘 기판의 경우 게이트 절연체(140)는 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드로 구성될 수 있으며, 게이트 전극(130)이 유리 및 플라스틱 기판의 경우에는 게이트 절연체(140)는 알루미늄 옥사이드 등의 산화물소재 혹은 PMMA, Poly(4-vinylphenol)(PVP) 등의 고분자 박막 등이 사용될 수 있으며, 그 두께는 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 열적으로 성장된 실리콘 산화물(SiO2)을 형성하여 고도로 도핑된 실리콘(Si) 기판을, 게이트 전극(130) 및 게이트 절연체(140)로 사용하는 경우, 전체적인 두께는 100~300nm로 구성될 수 있다.
소스 전극(110) 및 드레인 전극(120)은 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지고 있는 단백질이 결합된 나노 카본 복합체를 포함할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 나노 카본 구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 및 질화붕소나노튜브(Boron nitride Nanotube, BNNT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 구현 예로서, 카테콜기를 가지고 있는 단백질은 접착 단백질 또는 홍합 접착 단백질일 수 있다. 상기 접착 단백질은 본질적으로 접착성을 보유하거나 혹은 화학적 개질을 통해 접착성이 부가된 임의의 단백질을 포함한다. 화학적 개질을 통해 접착성이 부가된 접착 단백질의 예로는 아크릴레이트로 개질된 단백질을 들 수 있다. 예를 들면, 아크릴레이트화된 콜라겐 혹은 홍합 접착 단백질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 시판되는 접착 단백질의 예로는 미국 사우스캐롤리나주 노스 오구스타 소재 콜로디스 바이오사이언스사에 의해 시판되고 있는 홍합 유래 재조합 접착 단백질인 MAPTrix? 이 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 구현예로서, 상기 카테콜기를 가지는 단백질은 서열번호 1 내지 서열번호 19로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 이루어진 단백질일 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 사용되는 홍합 접착 단백질은 그 자체로 사용하거나, 서열번호 10, 11, 12 또는 13으로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질(foot protein, FP 5), 또는 서열번호 5, 6, 7 또는 8로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질(FP-3), 서열번호 14로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질(FP-6)일 수 있다.
다른 구현 예로서, 상기 카테콜기를 가지고 있는 단백질의 분자량은 6 kDa 내지 40 kDa 범위에 있을 수 있다. 일 측면에서 상기 카테콜기를 가지고 있는 단백질의 분자량은 6 kDa이상, 8 kDa이상, 10 kDa이상, 12 kDa이상, 15 kDa이상, 18 kDa이상, 20 kDa이상, 21 kDa이상, 23 kDa이상, 24 kDa이상, 26 kDa이상, 28 kDa이상, 30 kDa이상, 33 kDa이상, 또는 38 kDa이상일 수 있다. 다른 측면에서 상기 카테콜기를 가지고 있는 단백질의 분자량은 40 kDa 이하, 38 kDa 이하, 36 kDa 이하, 34 kDa 이하, 32 kDa 이하, 30 kDa 이하, 28 kDa 이하, 26 kDa 이하, 24 kDa 이하, 23 kDa 이하, 21 kDa 이하, 20 kDa 이하, 18 kDa 이하, 15 kDa 이하, 12 kDa 이하, 10 kDa 이하, 또는 8 kDa 이하일 수 있다. 바람직하게는 12 kDa 내지 40 kDa범위 내에 있을 수 있다. 가장 바람직하게는 21 내지 24 kDa일 수 있다.
또 다른 구현예로서, 상기 나노 카본 구조체를 100중량부로 할 때 상기 카테콜기를 가지는 단백질은 0.01중량부 이상, 0.05중량부 이상, 0.1중량부 이상, 1중량부 이상, 5중량부 이상, 10중량부 이상, 20중량부 이상, 50중량부 이상, 80중량부 이상, 100중량부 이상, 150중량부 이상, 200중량부 이상, 250중량부 이상, 300중량부 이상, 350중량부 이상, 400중량부 이상, 450중량부 이상, 또는 480중량부 이상이거나, 500중량부 이하, 480중량부 이하, 450중량부 이하, 400중량부 이하, 350중량부 이하, 300중량부 이하, 250중량부 이하, 200중량부 이하, 150중량부 이하, 100중량부 이하, 80중량부 이하, 50중량부 이하, 20중량부 이하, 10중량부 이하, 5중량부 이하, 1중량부 이하, 0.1중량부 이하, 또는 0.05중량부 이하일 수 있다.
본 발명은 다른 측면에서, 소스 전극(110) 및 드레인 전극(120)은 상기 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지고 있는 단백질이 코팅된 나노 카본 복합체일 수 있다.
카테콜기를 가지고 있는 단백질은 나노 카본 구조체에 결합 또는 코팅될 수 있으며, 이에 따라 나노 소재의 응집력이 조절될 수 있다. 응집력이 조절된 나노 카본 복합체는 용매 내에 효율적으로 분산될 수 있어 용액 공정이 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 전극(110) 및 드레인 전극(120)은 용액 공정을 통해 형성될 수 있다. 이의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 소스 전극 및 드레인 전극을 코팅할 패턴이 형성된 기판을 준비하며, 용매 내에서 카테콜기를 가지는 단백질과 나노 카본 구조체를 분산하여 분산액을 형성한다. 이후 분산액을 원심 분리하여 상등액과 하등액으로 구분하며, 상기 상등액, 하등액 또는 이들의 혼합물은 상기 기판 상에 분사, 도포, 프린팅, 인쇄, 코팅 또는 적층될 수 있다. 상기 상등액, 하등액 또는 이들의 혼합물은 용액 공정을 이용하여 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로 형성될 수 있다.
카테콜기를 가지고 있는 단백질은 나노 카본 구조체에 결합 또는 코팅될 수 있으며, 이에 따라 나노 소재의 응집력이 조절될 수 있다. 응집력이 조절된 나노 카본 복합체는 용매 내에 효율적으로 분산될 수 있어 용액 공정이 가능할 수 있다.
용액 공정은 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 롤코팅(roll coating), 스크린 코팅(screen coating), 분무 코팅(spray coating), 스핀 캐스팅(spin casting), 흐름 코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯(ink jet) 및 드롭 캐스팅(drop casting)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나의 방식이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 유기 전극은 종래 진공 열증착 방식이 아닌 대면적화에 유리한 용액 공정으로 형성될 수 있다. 또한, 카테콜기를 가지고 있는 단백질은 점성을 가지는 바, 게이트 절연체 상에 추가적인 접착 물질을 형성하지 않더라도 소스-드레인을 전극이 용이하게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법은 전반적인 제조 비용이 종래 대비 절감될 수 있으며, 유기 전계 트랜지스터의 상용화에 기여할 수 있다.
유기 반도체(150)는 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 안트라센(anthracene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜, 페릴렌(perylene) 및 그 유도체, 루브렌(rubrene)및 그 유도체, 코로넨(coronene) 및 그 유도체, 페릴렌 테트라카르복실릭디이미드(perylene tetracarboxylic diimide) 및 그 유도체, 페릴렌테트라카르복실릭 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride) 및 그 유도체, 폴리티오펜 및 그 유도체, 폴리파라페릴렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리플 로렌 및 그 유도체, 폴리티오펜비닐렌 및 그 유도체 등으로부터 선택되는 유기 반도체 물질을 포함할 수 있다. 유기 반도체(150)는 용액 공정을 통해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 종래와 같이 진공 열증착으로도 형성될 수 있다.
이하, 제조예, 실시예, 실험예 등을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다. 도 3은 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지는 단백질을 첨가하여 결합 시킨 용액(MAP@CNT)을 나타내는 사진이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드레인 전극 - 소스 전극을 상부에서 촬영한 사진이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 전달 특성 그래프(transfer characteristics)이다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 출력 특성 그래프(output characteristics)이다. 도 7은 종래 Au전극으로 구성된 유기 전계 트랜지스터와 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 최대 전하 이동도를 비교한 그래프이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 소스-드레인 사이의 총 저항 값에 전극 너비(W)로 정규화하여 비교한 그래프이다
이들 실시예는 오로지 본 발명의 일 측면을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
[제조예 1] 유기 전계 트랜지스터의 제조
먼저, 소스 전극 및 드레인 전극을 코팅할 패턴을 형성된 기판을 준비한다. 다음과 같이 게이트 전극 및 절연체가 형성된 기판을 준비한다. 열산화막 부착 실리콘 웨이퍼(헤비 도프 p형 실리콘(P+-Si), 열산화막(SiO2) 두께: 300㎚)를 절단한 후, 이를 게이트 전극과 절연체로 사용하였다. 절단한 실리콘 웨이퍼(이 후 기판으로 약기함)를 아세톤, 이소 프로필 알코올(IPA), 에탄올로 각각 10 내지 20분씩 초음파 세정을 행했다.
다음으로, 포토리쏘그래피(Photo-lithography)를 이용한 Lift-off 방식을 사용하여 소스 전극-드레인 전극을 코팅할 패턴을 형성한다. 세척된 기판 위에 PR(Positive resist)인 AZ GXR-601을 스핀 코팅하여 전면에 도포한 후 90℃의 1분동안 Soft baking 하였다. 소스와 드레인 전극으로 사용할 패턴이 새겨진 패턴 마스크를 이용하여 기판 위에 자외선을 조사하여 패턴을 형성하였다. 이 후, 현상액(Developer)을 이용하여 식각되어야 할 부분의 PR을 제거 한 후 110℃의 1분 동안 Hard baking 하였다.
다음으로, 패터닝 된 기판에 소스-드레인 전극을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 트랜지스터의 소스-드레인 전극은 나노 카본 구조체로써 형성될 수 있다.
증류수 또는 중수소(D2O) 60ml에 홍합 접착 단백질(pretreated musseladhesive protein, 22.6KDa, Kollodis & Biosciences) 3mg과 단일층 탄소나노튜브 6mg(HipCo SWNT, Nano Integris)을 넣은 후, 혼-타입 소니케이터(horn-ytpe strong sonicator, VCX 750, Sonics & Materials, 750W, Amplitude 20%)로 2시간 처리하여 분산시켰다. 상기 홍합 접착 단백질은 서열번호 1 내지 19 중 선택된 하나 이상의 아미노산 서열을 가지는 단백질이면 사용이 가능함을 확인하였다.
상기 분산액을 초원심 분리기(Optima Max-XP, Beckman Coulter)로 상온에서 10,000g로 10분간 처리하면 도 3과 같이, 침전된 탄소나노튜브가 제거된 고립화된 나노 카본 복합체를 수득할 수 있다. 초원심 분리된 용매에서 상등액 70%와 하등액 30%를 분리하였고, 상등액을 초음파 분무 코팅하여 소스-드레인 전극을 형성하였다. MAP@CNT(MusselAdhesive Protein @ Carbon Nano Tube)의 코팅이 끝난 후 기판을 아세톤에 담가 불필요한 PR을 제거 하였다.
마지막으로, 소스 전극-드레인 전극이 코팅된 기판 위에 진공 열증착(Vacuum Thermal Evaporation, VTE)을 이용하여 펜타센(pentacene)을 50nm 두께로 전면 증착하여, 활성층을 형성할 수 있다. 최종적으로 Bottom Gate- Bottom Contact (BGBC) 구조의 유기 전계 트랜지스터가 제작될 수 있다.
제작된 유기 전계 트랜지스터는 고전압 공급기(Keithley 4200-SCS)를 사용하여 다음과 같이 출력특성과 전달특성을 비교하고, 최대 전하 이동도(Carrier Mobility)와 접촉 저항(Contact resistance)을 계산하여 성능을 평가하였다.
상기 장비들은 당업계에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이면 어느 것이든 활용이 가능하다. 제작한 유기 전계 트랜지스터의 성능을 비교하기 위해서 동일한 방법으로 금(Au)을 진공 열증착 방식을 통해 50nm의 두께로 소스 전극 및 드레인 전극으로 증착하였다. 도 4는 패터닝 된 전극의 상면의 광학이미지를 측정하여 채널 길이와 너비를 확인한 실사진이다. 비교예 1로, 금(Au)을 전극으로 한 소자의 채널 길이는 약 10μm이고, 채널 너비가 200μm인 것을 확인하였다. MAP@CNT 을 전극으로 한 트랜지스터의 채널의 길이는 각각, 7μm(실시예 1), 16μm(실시예 2), 27μm(실시예 3), 55μm(실시예 4) 그리고 98μm(실시예 5)이며, 각각의 채널 너비는 약 198μm인 것을 확인하였다.
[실험예 1] 유기 전계 트랜지스터의 전달 특성 확인
도 5는 드레인-소스 전압을 -10V로 고정하고, 게이트 전압을 60V에서 -60V까지 -10V씩 변화시키면서 측정한 소자의 전달 특성 그래프(transfer characteristics)이다. MAP@CNT 전극(실시예들)은 Au 전극(비교예 1)보다 큰 드레인 전류가 흐른다는 사실을 확인하였다. 그리고, MAP@CNT 전극의 채널의 길이가 증가할수록 드레인 전극의 전류량이 감소하는 것을 알 수 있었다.
[실험예 2] 유기 전계 트랜지스터의 출력 특성 확인
도 6a는 10μm 의 채널길이의 Au 전극으로 제작된 트랜지스터(비교예 1)의 게이트 전압을 60V에서 -60V까지 -10V씩 변화시키면서 드레인-소스 전압을 0V에서 -40V까지 변화시켜 측정한 출력 특성 그래프(output characteristics)이며, 도 6b는 16μm 의 채널 길이를 가진 MAP@CNT 전극으로 제작된 유기 전계 트랜지스터(실시예 2)를 동일한 방법으로 변화시켜 측정한 출력 특성 그래프이다. 이 두 그래프들을 통해 비교예 1 및 실시예 2의 트랜지스터 소자가 P형 반도체 소자의 IDS-VDS전기적 거동을 보이며 실시예 2의 트랜지스터 소자가 비교예 1의 트랜지스터 소자보다 더 큰 드레인 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 3] 유기 전계 트랜지스터의 최대 전하 이동도 확인
최대 전하 이동도(μ)는 포화영역에서의 전류 식을 사용하여 계산하였다. 상기 전류 식은 하기 실험식 1과 같다.
[실험식 1]
Figure pat00001
(1)
여기서, ISD는 드레인 전류, VG는 게이트 전압, VT는 문턱 전압, Ci는 capacitance, W는 채널 너비, L은 채널 길이이다.
도 7은 비교예 1(Au, 10μm), 7μm(MAP@CNT 실시예 1), 16μm(MAP@CNT 실시예 2), 27μm(MAP@CNT 실시예 3), 55μm(MAP@CNT 실시예 4) 그리고 98μm(MAP@CNT 실시예 5)에서의 최대 전하 이동도를 계산한 그래프이다. 채널 길이가 10㎛이고 채널 너비가 200㎛인 Au 전극을 가진 소자(비교예 1)의 최대 이동도는 0.0096cm2/Vs으로 계산되었다. MAP@CNT 전극의 소자에서 채널의 길이가 각각 7μm, 16μm, 27μm, 55㎛ 그리고 98㎛이며 채널 너비가 약 198㎛ 일 때, 최대 이동도는 각각 0.0422cm2/Vs(MAP@CNT 실시예 1), 0.0162cm2/Vs(MAP@CNT 실시예 2), 0.0131cm2/Vs(MAP@CNT 실시예 3), 0.0096cm2/Vs(MAP@CNT 실시예 4), 0.0085cm2/Vs(MAP@CNT 실시예 5)으로 계산되었다. MAP@CNT 전극의 소자는 Au 전극을 가진 소자대비 높은 전하 이동도를 나타내는 것이 확인되었다.
[실험예 4] 유기 전계 트랜지스터의 접촉 저항(Contact resistance) 확인
소스-드레인 전극과 활성층 사이의 계면에서 접촉 저항이 높게 걸리게 되면 열이 발생하고, 전류량이 줄어들어 성능을 저하시키기 때문에 낮은 접촉 저항을 갖는 것은 중요하다. 도 8은 옴의 법칙 (Ohm's law)을 이용하여 소스-드레인 사이의 총 저항 값에 전극 너비(W)로 정규화하여 비교한 그래프이다. 계산된 저항값을 볼 때, 채널 길이가 16㎛인 MAP@CNT 전극(실시예 2)의 저항값이 채널 길이가 10㎛인 Au전극(비교예 1)의 저항값보다 작은 것을 알 수 있다. 또한, 채널 길이 별로 계산된 MAP@CNT전극의 저항값들을 내삽하였을 때, 채널 길이가 0일때의 저항 값은 약 8000Ωㆍcm 으로 계산되었다. 이러한 결과가 나타나는 이유는 유기 반도체 물질인 펜타센과 유기 물질인 MAP@CNT 사이의 π- π 상호 작용이 나타나며, 탄소나노튜브의 넓은 표면적으로 인해 MAP@CNT 와 펜타센(pentacene) 사이의 접촉성질이 금속인 Au와의 접촉성질보다 우수하기 때문이다. 따라서, MAP@CNT 전극은 종래의 Au 전극대비 낮은 접촉 저항이 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 카본 구조체는 용매 내에서 효율적으로 분산될 수 있는 바, 이를 포함하는 유기 전계 트랜지스터의 전극을 용액 공정을 통해 제조할 수 있다. 이에 따라 유기 전계 트랜지스터의 상용화 및 비용 절감에 큰 기여를 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유기 전계 트랜지스터는 종래 Au전극을 사용한 트랜지스터 대비 개선된 전달, 출력 특성 및 전하 이동도를 가지며, 낮은 접촉 저항을 가지는 바, 다양한 분야에 보다 활용될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 유기 전계 트랜지스터
110: 소스 전극
120: 드레인 전극
130: 게이트 전극
140: 게이트 절연체
150: 유기 반도체
<110> KOREA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY <120> Organic field transistor comprising adhesive protein and manufacturing method thereof <130> 18P053IND <160> 19 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 10 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> model peptide of the tandem repeat decapeptide derived from foot protein 1 (FP-1, Mytilus edulis) <400> 1 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys 1 5 10 <210> 2 <211> 20 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> 2 times repeated sequence derived from foot protein 1 (FP-1, Mytilus edulis) <400> 2 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 1 5 10 15 Pro Thr Tyr Lys 20 <210> 3 <211> 60 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> 6 times repeated sequence derived from foot protein 1 (FP-1, Mytilus edulis) <400> 3 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 1 5 10 15 Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys 20 25 30 Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 35 40 45 Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys 50 55 60 <210> 4 <211> 39 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> partial sequence of foot protein type 2 (FP-2, Mytilus californianus) <400> 4 Glu Val His Ala Cys Lys Pro Asn Pro Cys Lys Asn Asn Gly Arg Cys 1 5 10 15 Tyr Pro Asp Gly Lys Thr Gly Tyr Lys Cys Lys Cys Val Gly Gly Tyr 20 25 30 Ser Gly Pro Thr Cys Ala Cys 35 <210> 5 <211> 52 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Foot protein type 3 (FP-3, Mytilus edulis) <400> 5 Ala Asp Tyr Tyr Gly Pro Lys Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly Gly 1 5 10 15 Gly Asn Tyr Asn Arg Tyr Gly Gly Ser Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Lys 20 25 30 Gly Trp Asn Asn Gly Trp Lys Arg Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr 35 40 45 Glu Phe Glu Phe 50 <210> 6 <211> 46 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Foot protein type 3 (FP-3, Mytilus galloprovincialis : mgfp-3A) <400> 6 Ala Asp Tyr Tyr Gly Pro Lys Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly Gly 1 5 10 15 Gly Asn Tyr Asn Arg Tyr Gly Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Lys Gly Trp 20 25 30 Asn Asn Gly Trp Lys Arg Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr 35 40 45 <210> 7 <211> 50 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Foot protein type 3 (FP-3, Mytilus edulis: mefp-3F) <400> 7 Ala Asp Tyr Tyr Gly Pro Asn Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly Gly 1 5 10 15 Gly Asn Tyr Asn Arg Tyr Asn Gly Tyr Gly Gly Gly Arg Arg Tyr Gly 20 25 30 Gly Tyr Lys Gly Trp Asn Asn Gly Trp Asn Arg Gly Arg Arg Gly Lys 35 40 45 Tyr Trp 50 <210> 8 <211> 44 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Foot protein type 3 (FP-3, Mytilus californianus) <400> 8 Gly Ala Tyr Lys Gly Pro Asn Tyr Asn Tyr Pro Trp Arg Tyr Gly Gly 1 5 10 15 Lys Tyr Asn Gly Tyr Lys Gly Tyr Pro Arg Gly Tyr Gly Trp Asn Lys 20 25 30 Gly Trp Asn Lys Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr 35 40 <210> 9 <211> 60 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> partial sequence from foot protein type 4 (Mytilus californianus) <400> 9 Gly His Val His Arg His Arg Val Leu His Lys His Val His Asn His 1 5 10 15 Arg Val Leu His Lys His Leu His Lys His Gln Val Leu His Gly His 20 25 30 Val His Arg His Gln Val Leu His Lys His Val His Asn His Arg Val 35 40 45 Leu His Lys His Leu His Lys His Gln Val Leu His 50 55 60 <210> 10 <211> 75 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Foot protein type5 (FP-5, Mytilus edulis) <400> 10 Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Ala Tyr His 1 5 10 15 Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr 20 25 30 Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys 35 40 45 Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg 50 55 60 Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Ser Ser 65 70 75 <210> 11 <211> 76 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Foot protein 5 (FP-5, Mytilus edulis) <400> 11 Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His 1 5 10 15 Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr 20 25 30 Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys 35 40 45 Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg 50 55 60 Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Gly Ser Ser 65 70 75 <210> 12 <211> 71 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Foot protein 5 (FP-5, Mytilus coruscus) <400> 12 Tyr Asp Asp Tyr Ser Asp Gly Tyr Tyr Pro Gly Ser Ala Tyr Asn Tyr 1 5 10 15 Pro Ser Gly Ser His Trp His Gly His Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr 20 25 30 Gly Lys Gly Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Phe Lys Arg Thr Gly Lys Tyr 35 40 45 Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys 50 55 60 His Tyr Gly Gly Ser Ser Ser 65 70 <210> 13 <211> 76 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> mussel adhesive protein foot protein type5 from (Mytilus galloprovincialis) <400> 13 Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His 1 5 10 15 Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr 20 25 30 Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys 35 40 45 Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg 50 55 60 Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Gly Ser Ser 65 70 75 <210> 14 <211> 99 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> mussel adhesive protein foot protein type 6 <400> 14 Gly Gly Gly Asn Tyr Arg Gly Tyr Cys Ser Asn Lys Gly Cys Arg Ser 1 5 10 15 Gly Tyr Ile Phe Tyr Asp Asn Arg Gly Phe Cys Lys Tyr Gly Ser Ser 20 25 30 Ser Tyr Lys Tyr Asp Cys Gly Asn Tyr Ala Gly Cys Cys Leu Pro Arg 35 40 45 Asn Pro Tyr Gly Arg Val Lys Tyr Tyr Cys Thr Lys Lys Tyr Ser Cys 50 55 60 Pro Asp Asp Phe Tyr Tyr Tyr Asn Asn Lys Gly Tyr Tyr Tyr Tyr Asn 65 70 75 80 Asp Lys Asp Tyr Phe Asn Cys Gly Ser Tyr Asn Gly Cys Cys Leu Arg 85 90 95 Ser Gly Tyr <210> 15 <211> 194 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> hybrid mussel adhesive protein (FP-151, MEFP-5 based) <400> 15 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 1 5 10 15 Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys 20 25 30 Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 35 40 45 Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ser Ser Glu Glu 50 55 60 Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Ala Tyr His Tyr His Ser Gly 65 70 75 80 Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr 85 90 95 Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys 100 105 110 Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys 115 120 125 Tyr Tyr Gly Gly Ser Ser Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys 130 135 140 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 145 150 155 160 Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys 165 170 175 Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 180 185 190 Tyr Lys <210> 16 <211> 196 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> hybrid mussel adhesive protein (FP-151, MGFP-5 based) <400> 16 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 1 5 10 15 Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys 20 25 30 Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 35 40 45 Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ser Ser Glu Glu 50 55 60 Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His Tyr His Ser Gly 65 70 75 80 Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr 85 90 95 Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys 100 105 110 Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys 115 120 125 Lys Tyr Tyr Gly Gly Gly Ser Ser Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 130 135 140 Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser 145 150 155 160 Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys 165 170 175 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 180 185 190 Pro Thr Tyr Lys 195 <210> 17 <211> 192 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> hybrid mussel adhesive protein (FP-151, MCFP-5 based) <400> 17 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 1 5 10 15 Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys 20 25 30 Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 35 40 45 Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Tyr Asp Gly Tyr 50 55 60 Ser Asp Gly Tyr Tyr Pro Gly Ser Ala Tyr Asn Tyr Pro Ser Gly Ser 65 70 75 80 His Gly Tyr His Gly His Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Gly 85 90 95 Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Arg Thr Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu 100 105 110 Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly 115 120 125 Gly Gly Ser Ser Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys 130 135 140 Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 145 150 155 160 Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser 165 170 175 Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys 180 185 190 <210> 18 <211> 177 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> hybrid mussel adhesive protein (FP-131) <400> 18 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 1 5 10 15 Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys 20 25 30 Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr 35 40 45 Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Gly Cys Arg Ala 50 55 60 Asp Tyr Tyr Gly Pro Lys Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly Gly Gly 65 70 75 80 Asn Tyr Asn Arg Tyr Gly Gly Ser Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Lys Gly 85 90 95 Trp Asn Asn Gly Trp Lys Arg Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr Glu 100 105 110 Phe Glu Phe Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro 115 120 125 Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr 130 135 140 Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr 145 150 155 160 Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Lys 165 170 175 Leu <210> 19 <211> 180 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> hybrid mussel adhesive protein (FP-251) <400> 19 Met Glu Val His Ala Cys Lys Pro Asn Pro Cys Lys Asn Asn Gly Arg 1 5 10 15 Cys Tyr Pro Asp Gly Lys Thr Gly Tyr Lys Cys Lys Cys Val Gly Gly 20 25 30 Tyr Ser Gly Pro Thr Cys Ala Cys Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly 35 40 45 Tyr Tyr Pro Gly Asn Ser Asn His Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His 50 55 60 Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala 65 70 75 80 Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu 85 90 95 Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly 100 105 110 Gly Ser Ser Glu Phe Glu Phe Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr 115 120 125 Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr 130 135 140 Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala 145 150 155 160 Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro 165 170 175 Thr Tyr Lys Lys 180

Claims (13)

  1. 게이트 전극;
    상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체;
    상기 게이트 전극과 상기 유기 반도체 사이에 위치하는 게이트 절연체; 및
    상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하되,
    상기 소스 전극 및 드레인 전극은 나노 카본 구조체에 카테콜기를 가지고 있는 단백질이 결합된 나노 카본 복합체를 포함하는 유기 전계 트랜지스터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 나노 카본 구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 및 질화붕소나노튜브(Boron nitride Nanotube, BNNT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 유기 전계 트랜지스터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 카테콜기를 가지고 있는 단백질은 접착 단백질 또는 홍합 접착 단백질인 유기 전계 트랜지스터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 카테콜기를 가지는 단백질은 서열번호 1 내지 서열번호 19로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 이루어진 단백질인 유기 전계 트랜지스터.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 홍합 접착 단백질은 서열번호 10, 11, 12 또는 13으로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 5, 6, 7 또는 8로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 14로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질인 유기 전계 트랜지스터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카테콜기를 가지는 단백질은 상기 나노 카본 구조체를 100중량부로 할 때 0.01 내지 500중량부인 유기 전계 트랜지스터.
  7. 소스 전극 및 드레인 전극을 코팅할 패턴이 형성된 기판을 준비하는 단계;
    용매 내에 카테콜기를 가지는 단백질과 나노 카본 구조체를 분산하여 분산액을 생성하는 단계;
    상기 분산액을 원심 분리하여 상등액과 하등액으로 구분하는 단계;
    상기 상등액, 하등액 또는 이들의 혼합물을 상기 기판 상에 용액 공정을 이용하여 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로 형성하는 단계; 및
    상기 소스 전극 및 드레인 전극 상에 유기 반도체를 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 나노 카본 구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 및 질화붕소나노튜브(Boron nitride Nanotube, BNNT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고,
    상기 카테콜기를 가지고 있는 단백질은 접착 단백질 또는 홍합 접착 단백질인 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 카테콜기를 가지는 단백질은 서열번호 1 내지 서열번호 19로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 이루어진 단백질인 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 홍합 접착 단백질은 서열번호 10, 11, 12 또는 13으로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 5, 6, 7 또는 8로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질 또는 서열번호 14로 표시되는 아미노산 서열의 족사 단백질인 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 카테콜기를 가지는 단백질은 상기 나노 카본 구조체를 100중량부로 할 때 0.01 내지 500중량부인 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 용액 공정은 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 롤코팅(roll coating), 스크린 코팅(screen coating), 분무 코팅(spray coating), 스핀 캐스팅(spin casting), 흐름 코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯(ink jet) 및 드롭 캐스팅(drop casting)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나의 방식이 적용되는 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 기판을 준비하는 단계는,
    열산화막 부착 실리콘 웨이퍼를 절단 및 세정하는 단계 및 상기 실리콘 웨이퍼에 포토리쏘그래피를 이용하여 상기 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계 트랜지스터의 제조 방법.
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