KR20200068516A - N-type organic semiconductor material, transistor device comprising the same, and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20200068516A
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문예진
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Abstract

The present invention provides a compound having a structure represented by a chemical Formula 1, used as an N-type organic semiconductor material, an organic field effect transistor device comprising an organic thin film layer containing the compound, and a method of manufacturing the organic field effect transistor device. Therefore, an organic semiconductor material with improved light transmittance can be provided.

Description

N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 유기 전계효과 트랜지스터 소자 및 그 제조방법{N-type organic semiconductor material, transistor device comprising the same, and manufacturing method thereof}An N-type organic semiconductor material, an organic field effect transistor device using the same, and a manufacturing method therefor{N-type organic semiconductor material, transistor device comprising the same, and manufacturing method thereof}

본 발명은 N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 유기 전계효과 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 신규한 구조의 유기화합물로서 광반응성이 제한된 N형 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an N-type organic material semiconductor material, an organic field effect transistor device using the same, and a method of manufacturing the same, more specifically, as an organic compound having a novel structure, an N-type organic material semiconductor material having limited photoreactivity, a transistor device using the same, and It relates to a manufacturing method.

트랜지스터는 게이트전극에 입력되는 전압신호를 소스전극 혹은 드레인 전극으로부터 출력되는 전류신호로 변환하는 소자를 의미한다. 트랜지스터의 기본적인 작동원리는 다음과 같다. 게이트전극에 전압을 인가하면 소스전극과 드레인전극 양자 사이에 채널이 형성되며, 하전입자가 상기 채널을 통하여 소스전극과 드레인전극 사이를 이동하게 된다. 이 때, 전계방향에 따라 소스전극 또는 드레인전극에서 전류신호가 출력되며, 전류신호의 세기는 일반적으로 하전입자의 밀도에 비례한다.The transistor means a device that converts a voltage signal input to the gate electrode into a current signal output from the source electrode or the drain electrode. The basic operation principle of the transistor is as follows. When a voltage is applied to the gate electrode, a channel is formed between both the source electrode and the drain electrode, and charged particles move between the source electrode and the drain electrode through the channel. At this time, a current signal is output from the source electrode or the drain electrode according to the electric field direction, and the intensity of the current signal is generally proportional to the density of the charged particles.

한편, 유기 전계효과 트랜지스터(Organic Field-effect transistors, OFETs)는 트랜지스터의 일종으로서, 전기적으로 N형 특성을 가지는 유기 반도체 물질과 전기적으로 P형 특성을 가지는 유기 반도체 물질을 포함한다. 특히, 유기 전계효과 트랜지스터는 N형 유기 반도체 물질 및/또는 P형 유기 반도체 물질을 활용하여 채널을 형성한다는 점에서, 주로 유기 반도체 물질의 물리적-화학적 성질이 트랜지스터의 특성, 성능, 제조방법 등을 결정하게 된다. On the other hand, organic field-effect transistors (Organic Field-effect transistors, OFETs) are a type of transistor, and include an organic semiconductor material having an electrically N-type characteristic and an organic semiconductor material having an electrically P-type characteristic. In particular, the organic field effect transistor forms a channel by utilizing an N-type organic semiconductor material and/or a P-type organic semiconductor material, so that the physical-chemical properties of the organic semiconductor material mainly determine the characteristics, performance, and manufacturing method of the transistor. Will decide.

세부적으로, 유기 전계효과 트랜지스터는 무기화합물을 골자로 하는 종래의 트랜지스터에 비하여 개선된 유연성, 경량성, 및 제조용이성 등을 이점으로 한다. 상술한 바와 같은 장점은, 착용가능한 센서, 생활밀착형 의료장비 등 차세대 전자제품의 제조에 필수적이라고 할 수 있다. 더하여, 근래에는 투명인 트랜지스터 및 전원의 구현을 통하여, 전(全)-투명인 전자제품의 제조가 단기적인 목표로서 여겨진다. 다만, 후술하는 바와 같은 유기 반도체 물질의 한계로 인하여, 투명한 유기 전계효과 트랜지스터의 구현은 용이하지 않은 상태이다.In detail, the organic field effect transistor has advantages such as improved flexibility, light weight, and ease of manufacture compared to conventional transistors based on inorganic compounds. Advantages as described above can be said to be essential for the manufacture of next-generation electronic products, such as wearable sensors, life-adhesive medical equipment. In addition, in recent years, through the implementation of transparent transistors and power supplies, the manufacture of all-transparent electronic products is considered a short-term goal. However, due to the limitation of the organic semiconductor material as described later, the implementation of the transparent organic field effect transistor is not easy.

가령, 종래의 유기 반도체 물질은 단순히 긴 컨쥬게이션(conjugation) 결합을 포함함으로써 비교적 작은 HOMO-LUMO 갭을 가지므로, 근적외선(장파장)부터 자외선(단파장)까지의 빛을 흡수할 수 있다는 문제점이 있다. 나아가, 광원에 의하여 쉽게 여기될 수 있는 종래의 유기 반도체 물질을 유기 전계효과 트랜지스터에 적용할 경우, 유기 반도체 물질이 광원에 감응 및 여기되어 드레인 전류에 포함된 노이즈가 상당히 관찰될 수 있다.For example, the conventional organic semiconductor material has a relatively small HOMO-LUMO gap by simply including a long conjugation bond, so there is a problem that it can absorb light from near infrared (long wavelength) to ultraviolet (short wavelength). Furthermore, when a conventional organic semiconductor material that can be easily excited by a light source is applied to an organic field effect transistor, noise included in the drain current can be significantly observed because the organic semiconductor material is sensitive and excited to the light source.

따라서, 유기 전계효과 트랜지스터의 장점을 십분 활용하되, 트랜지스터의 투명성 또한 구현하기 위해서는 특단의 대책이 강구될 필요가 있다. 즉, 유기 전계효과 트랜지스터에 포함되는 유기 반도체 물질의 여기 특성이 적절히 제한될 필요가 있다.Therefore, it is necessary to take special measures to fully utilize the advantages of the organic field effect transistor, but also to realize the transparency of the transistor. That is, the excitation characteristics of the organic semiconductor material included in the organic field effect transistor need to be appropriately limited.

한국등록특허 제10-1069519호Korean Registered Patent No. 10-1069519

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명은 광투과성이 개선된 유기 반도체 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was developed to solve the above-described technical problems, and the present invention aims to provide an organic semiconductor material with improved light transmittance.

더하여, 본 발명은 광반응성이 제한된 유기 반도체 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an organic semiconductor material with limited photoreactivity.

더하여, 본 발명은 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 확보한 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an organic field effect transistor device that secures high light transmittance and low photoreactivity.

더하여, 본 발명은 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 확보한 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic field effect transistor device that secures high light transmittance and low light reactivity.

본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 이하의 구성을 포함하는 발명을 안출하기에 이르렀다. 구체적으로 본 명세서는, N형 유기 반도체 물질로서 사용되는, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물을 개시한다.The present inventors have researched to solve the above-mentioned problems, and have come up with an invention comprising the following structures. Specifically, this specification discloses a compound having the structure of Formula 1 below, which is used as an N-type organic semiconductor material.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

또한, 본 발명의 각 화합물에 있어서, X는 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, Y는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬인 것이 더욱 바람직하다. 또한. 본 발명의 각 화합물에 있어서, Y는 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, X는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬인 것이 더욱 바람직하다.In addition, in each compound of the present invention, X is one selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, -COCH 3 group, Y is H , It is more preferably a carbon chain having 1 to 4 carbon atoms. In addition. In each compound of the present invention, Y is one selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, -COCH 3 group, X is H, carbon number It is more preferable that it is a carbon chain of 1 to 4.

또한. 본 발명의 각 화합물에 있어서, X 및 Y는 각각 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더더욱 바람직하다. In addition. In each compound of the present invention, X and Y are more preferably one selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, and -COCH 3 group, respectively. Do.

또한. 본 발명의 각 화합물에 있어서, R3 내지 R6는 -H기이고, X 및 Y는 -NO2기인 것이 더더욱 바람직하며, 본 발명의 각 화합물에 있어서, R1 및 R2는 2-옥틸도데실기인 것이 더더욱 바람직하다.In addition. In each compound of the present invention, R 3 to R 6 are -H groups, more preferably X and Y are -NO 2 groups, and in each compound of the present invention, R 1 and R 2 are 2-octyldode It is even more preferable to be practical.

한편, 본 명세서는 기판; 기판 상에 형성된 게이트전극; 게이트전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스전극 및 드레인전극; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.On the other hand, the present specification is a substrate; A gate electrode formed on the substrate; A source electrode and a drain electrode formed such that an insulating layer is positioned between the gate electrode; And an organic thin film layer formed to electrically connect the source electrode and the drain electrode, and including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

한편, 본 명세서는 기판; 기판 상에 형성된 소스전극 및 드레인전극; 소스전극 및 드레인전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 형성되는 절연층; 및 절연층의 상부에 형성되는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.On the other hand, the present specification is a substrate; A source electrode and a drain electrode formed on the substrate; An organic thin film layer formed to electrically connect the source electrode and the drain electrode, and including an organic semiconductor material having the structure of Formula 1; An insulating layer formed on the source electrode and the drain electrode; And a gate electrode formed on the insulating layer.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, R1 및 R2는 2-옥틸도데실기이고; R3 내지 R6는 -H기이고; X 및 Y는 각각 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 더욱 바람직하다.In addition. In each organic field effect transistor element of the present invention, R 1 and R 2 are 2-octyldodecyl groups; R 3 to R 6 are -H groups; It is more preferable that X and Y are each selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, and -COCH 3 group.

또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, X 및 Y는 모두 -NO2기인 것이 더욱 바람직하다.In addition. In each organic field effect transistor element of the present invention, it is more preferable that both X and Y are -NO 2 groups.

또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것이 더더욱 바람직하다.In addition. In each organic field effect transistor element of the present invention, the thickness of the organic thin film layer is even more preferably 10 nm or more to 110 nm or less.

한편, 본 명세서는 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법를 추가로 개시한다.Meanwhile, the present specification includes forming a gate electrode on a substrate; Forming an insulating layer on the gate electrode; Forming a source electrode and a drain electrode on the insulating layer; And forming an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 to electrically connect the source electrode and the drain electrode.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

한편, 본 명세서는 기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 추가로 개시한다.Meanwhile, the present specification includes forming a source electrode and a drain electrode on a substrate; Forming an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 to electrically connect the source electrode and the drain electrode; Forming an insulating layer on the source electrode and the drain electrode; And forming a gate electrode on the insulating layer.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

상술한 수단의 채용을 통하여, 본 발명은 근적외선 내지 가시광선의 영역에서 높은 광투과성 및 낮은 광반응성을 확보할 수 있는 N형 유기 반도체 물질을 제공한다.Through the adoption of the above-described means, the present invention provides an N-type organic semiconductor material capable of securing high light transmittance and low light reactivity in the region of near infrared to visible light.

더하여, 본 발명은 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 나타내는 유기박막층을 활용하되, 점멸비 또한 우수한 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 제공한다.In addition, the present invention provides an organic field effect transistor device utilizing an organic thin film layer exhibiting high light transmittance and low light reactivity, but also having excellent flashing ratio.

더하여, 상술한 특성을 가지는 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 대량으로 생산할 수 있는 제조방법을 제공한다.In addition, a manufacturing method capable of producing a large amount of organic field effect transistor devices having the above-described characteristics is provided.

도 1은 본 발명의 N형 유기 반도체 물질의 합성방법에 관한 요약도이다.
도 2는 본 발명의 유기 반도체 물질의 1H-NMR spectrum을 이론값과 비교한 결과를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 유기 반도체 물질의 13C-NMR spectrum을 이론값과 비교한 것이다.
도 4 및 도 5은 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 구조를 간략히 도시한 구조도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예와 비교예의 광반응성을 비교한 결과를 도시한 것이다.
1 is a schematic diagram of a method for synthesizing an N-type organic semiconductor material of the present invention.
Figure 2 shows the results of comparing the 1 H-NMR spectrum of the organic semiconductor material of the present invention with a theoretical value.
3 is a comparison of the 13 C-NMR spectrum of the organic semiconductor material of the present invention with a theoretical value.
4 and 5 are schematic views showing the structure of the organic field effect transistor device of the present invention.
Figure 6 shows the results of comparing the photoreactivity of one embodiment of the present invention and a comparative example.

본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.Terms used in the present application are only used to describe specific examples. Thus, for example, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates that it should be singular. In addition, terms such as “include” or “have” as used in the present application are used to clearly indicate the existence of features, steps, functions, elements, or combinations thereof described in the specification, and other features. It should be noted that it is not used to preliminarily exclude the presence of a field or step, function, component, or combination thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.On the other hand, unless defined otherwise, all terms used in this specification should be regarded as having the same meaning as generally understood by a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Accordingly, unless specifically defined herein, certain terms should not be construed in excessively ideal or formal sense.

한편, 이하에서는 본 발명의 N형 유기 반도체 물질을 유기 반도체 물질로 지칭하거나, 축약하여 화합물로 지칭한다. 더하여, '직쇄형'은 탄소가지가 달리지 않은 포화된 탄소사슬을 지칭한다. '분지쇄형'은 탄소가지가 달린 포화된 탄소사슬을 지칭한다. 또한, '전자구인기'(Electron withdrawing group, EWG)는 상대적으로 탄소원자에 비하여 전자를 당기는 작용기를 지칭한다. 전자를 당기는 방식은 크게 유발효과에 의한 경우와 공명효과에 의한 경우로 나뉘며, 본 명세서의 전자구인기는 양자를 모두 또는 각각 해당될 수 있다. 추가로, 작용기 앞에 추가된 '-'기호는 작용기에 포함된 원자 중 골격탄소와 결합하는 원자를 지칭하는 기호이다.Meanwhile, hereinafter, the N-type organic semiconductor material of the present invention is referred to as an organic semiconductor material or abbreviated as a compound. In addition,'straight-chain' refers to a saturated carbon chain that does not have carbon branches. 'Branched chain' refers to a saturated carbon chain with carbon branches. Also,'electron withdrawing group' (EWG) refers to a functional group that draws electrons relative to carbon atoms. The electron pulling method is largely divided into a case by a triggering effect and a case by a resonance effect, and the electron withdrawing machine of the present specification may correspond to both or each. In addition, the'-' symbol added before the functional group is a symbol that refers to an atom that is bonded to the skeleton carbon among the atoms included in the functional group.

<1. 본 발명의 화합물: 유기 반도체 물질><1. Compound of the present invention: organic semiconductor material>

본 명세서는 N형 유기 반도체 물질로서 사용되는, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물을 개시한다.This specification discloses a compound having the structure of Formula 1, which is used as an N-type organic semiconductor material.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 유기 반도체 물질의 수평균 분자량은 약 5,000 내지 50,000인 것이 적절하다. 이하에서는 본 발명의 유기 반도체 물질의 구조를 더욱 상세히 설명한다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group. In addition, it is appropriate that the number average molecular weight of the organic semiconductor material of the present invention is about 5,000 to 50,000. Hereinafter, the structure of the organic semiconductor material of the present invention will be described in more detail.

<1.1. 유기 반도체 물질의 작용기><1.1. Functional groups of organic semiconductor materials>

본 발명의 각 화합물에 있어서, 적어도 X가 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나이거나, Y가 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 바람직하다. 나아가, 제조용이성을 확보하는 동시에 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성 및 극성을 최대화할 수 있다는 관점에서 X 및 Y 모두 -NO2기인 것이 가장 바람직하다.In each compound of the present invention, at least X is one selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, -COCH 3 group, or Y is It is preferably one selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, -COCH 3 group, and the like. Furthermore, it is most preferable that both X and Y are -NO 2 groups from the viewpoint of ensuring the ease of manufacture and maximizing the planarity and polarity of the organic semiconductor material of the present invention.

한편, 상술한 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기는 모두 강한 전자구인기로서, 유발효과 및 공명효과를 통하여 해당 작용기에 전자가 편재된다. 특히, 상술한 각 작용기는 부분양전하와 부분음전하를 모두 포함하며, 그 결과 영구적인 쌍극자 모멘트(permanent dipole moment)를 가진다. 세부적으로는, 각 작용기의 말단에 위치한 헤테로 원자에는 부분음전하가 위치하며, 골격탄소와 결합한 원자에는 부분양전하가 위치한다.On the other hand, the aforementioned -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, and -COCH 3 group are all strong electron withdrawing groups, and are electrons to the corresponding functional groups through inducing and resonance effects. Is omnipresent. In particular, each of the functional groups described above includes both a partial positive charge and a partial negative charge, and as a result, has a permanent dipole moment. Specifically, a partial negative charge is located at a hetero atom located at the end of each functional group, and a partial positive charge is located at an atom bonded to a skeleton carbon.

본 발명의 유기 반도체 물질에 포함된 전자구인기(X 및/또는 Y)가 영구적인 쌍극자 모멘트를 가진다는 점으로부터, 본 발명의 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층의 높은 광투과성 및 낮은 광반응성이 도출될 수 있다. 세부적으로, 입사광에 의하여 본 발명의 유기박막층 내에 발생한 엑시톤(exciton)이 큰 쌍극자 모멘트를 가진 작용기에 의하여 트래핑(trapping)된다. 따라서, 엑시톤이 작용기에 의해 퀀칭(quenching)된 결과, 유기박막층에서는 전기에너지가 생성되지 아니하고, 작용기의 진동 등에 의한 열에너지가 생산되는 것으로 판단된다.Since the electron withdrawing group (X and/or Y) contained in the organic semiconductor material of the present invention has a permanent dipole moment, high light transmittance and low light reactivity of the organic thin film layer containing the organic semiconductor material of the present invention Can be derived. In detail, the exciton generated in the organic thin film layer of the present invention by the incident light is trapped by a functional group having a large dipole moment. Accordingly, as a result of the exciton being quenched by a functional group, it is determined that electrical energy is not generated in the organic thin film layer, and thermal energy due to vibration of the functional group is produced.

그러므로, 상술한 전자구인기 외에도, 충분한 크기의 영구적인 쌍극자 모멘트를 가지는 작용기의 사용이 허용된다. 본 발명의 유기 반도체 물질에 포함된 전자구인기와 유기박막층의 높은 광투과성 및 낮은 광반응성과의 상관관게에 대해서는 후술한다. Therefore, in addition to the above-mentioned electron withdrawing machine, use of a functional group having a permanent dipole moment of sufficient size is permitted. The correlation between the electron withdrawing group included in the organic semiconductor material of the present invention and the high light transmittance and low light reactivity of the organic thin film layer will be described later.

한편, 상기 X 또는 Y 중 적어도 하나가 전자구인기를 포함한다는 것을 전제로, X 또는 Y 중 최대 하나의 작용기는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬일 수 있다. X 또는 Y로 지칭되는 탄소사슬의 길이 등은 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성을 훼손하지 않는 한도이면 충분하다.On the other hand, on the premise that at least one of the X or Y includes an electron withdrawing group, at least one functional group of X or Y may be H or a carbon chain having 1 to 4 carbon atoms. The length of the carbon chain referred to as X or Y is sufficient as long as it does not impair the planarity of the organic semiconductor material of the present invention.

마찬가지로, 본 발명이 유기 반도체 화합물에 있어서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기인 것이 바람직하다. 그러나, R1 내지 R6의 길이, 결합양상 등은 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성을 훼손하지 않는 한도이면 충분하며, 통상의 기술자에 의하여 자유롭게 선택될 수 있다. Similarly, in the organic semiconductor compound of the present invention, R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; It is preferable that R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group. However, the length of R 1 to R 6 , the bonding form, and the like are sufficient as long as it does not impair the planarity of the organic semiconductor material of the present invention, and can be freely selected by those skilled in the art.

다만, 본 발명의 유기 반도체 물질의 평면성 및 대칭성을 개선할 수 있다는 측면에서 R1 및 R2는 동일한 작용기인 것이 바람직하다. 같은 맥락에서, R3 및 R5, R4 및 R6 또한 동일한 작용기인 것이 바람직하다. 한편, 용매에 대한 용해도 등을 개선하여 제조용이성을 확보할 수 있다는 관점에서, 본 발명의 각 화합물에 있어서, R1 및 R2는 탄소수가 10개 이상인 탄소사슬인 것이 바람직하며, 2-옥틸도데실기인 것이 더욱 바람직하다.However, in terms of improving the planarity and symmetry of the organic semiconductor material of the present invention, R1 and R2 are preferably the same functional group. In the same vein, it is preferred that R 3 and R 5 , R 4 and R 6 are also the same functional group. On the other hand, from the viewpoint of improving the solubility in the solvent and the like to secure manufacturing ease, R 1 and R 2 in each compound of the present invention are preferably carbon chains having 10 or more carbon atoms, and 2-octyldode It is more preferable that it is practical.

<1.2. 본 발명의 유기 반도체 물질의 합성><1.2. Synthesis of organic semiconductor material of the present invention>

본 발명의 유기 반도체 물질은 두 단량체의 커플링 반응을 통하여 합성될 수 있다. 커플링 반응에 사용되는 각 단량체의 구조식은 이하의 [화학식 1-1], [화학식 1-2]와 같다.The organic semiconductor material of the present invention can be synthesized through a coupling reaction between two monomers. Structural formulas of each monomer used in the coupling reaction are as follows [Formula 1-1] and [Formula 1-2].

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 [화학식 1-1] 및 [화학식 1-2]에 포함된 작용기는 상기 <1.1. 유기 반도체 물질의 작용기>에 준한다. 세부적으로, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.The functional groups included in [Chemical Formula 1-1] and [Chemical Formula 1-2] are <1.1. Functional group of organic semiconductor material>. Specifically, R 1 and R 2 are each of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms, respectively; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

[화학식 1-1]의 -SnMe3 작용기 및 [화학식 1-2]의 -Br 작용기는 커플링 반응(Coupling reaction)을 위하여 도입된 작용기로서, 커플링 반응의 종류에 따라 통상의 기술자가 상기 작용기의 종류를 달리할 수 있다. 또한, [화학식 1-1]의 화합물과 [화학식 1-2]의 화합물 사이의 커플링 반응은 Pd, Pt, Ni, Cu 촉매와 같은 금속 촉매 조건하에서 진행될 수 있다. The -SnMe 3 functional group of [Formula 1-1] and the -Br functional group of [Formula 1-2] are functional groups introduced for a coupling reaction, and those skilled in the art may use the functional group according to the type of the coupling reaction. You can vary the type of. In addition, the coupling reaction between the compound of [Formula 1-1] and the compound of [Formula 1-2] may be performed under metal catalyst conditions such as Pd, Pt, Ni, and Cu catalysts.

본 발명의 유기 반도체 물질의 합성에 있어서, sp2 혼성인 탄소-sp2 혼성인 탄소 사이에서 새로운 결합을 형성할 수 있는 커플링 반응이면 충분하다. 상술한 조건을 충족하는 커플링 반응의 예시로서, 스틸(stille) 커플링, 네기시(negishi) 커플링, 스즈키(Suzuki) 커플링, 히야마(Hiyama) 커플링 반응 등을 고려할 수 있다.In the synthesis of the organic semiconductor material of the present invention, it is sufficient if the sp 2 -sp 2 carbon-ed to form a new bond between the carbon mixed in the coupling reaction. As examples of the coupling reaction that satisfies the above conditions, still coupling, negishi coupling, Suzuki coupling, Hiyama coupling reaction, and the like can be considered.

<2. 본 발명의 화합물을 포함하는 트랜지스터 소자><2. Transistor element comprising the compound of the present invention>

본 명세서는 본 발명의 유기 반도체 물질이 포함된 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다. 상기 유기 반도체 물질에 관한 사항은 상기 <1.1. 유기 반도체 물질의 작용기>에 기재된 사항과 같다. This specification further discloses an organic field effect transistor device including the organic semiconductor material of the present invention. For matters related to the organic semiconductor material, refer to <1.1. Functionality of organic semiconductor material>.

세부적으로, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터는 기판; 기판 상에 형성된 게이트전극; 게이트전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스전극 및 드레인전극; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.Specifically, the organic field effect transistor of the present invention includes a substrate; A gate electrode formed on the substrate; A source electrode and a drain electrode formed such that an insulating layer is positioned between the gate electrode; And an organic thin film layer formed to electrically connect the source electrode and the drain electrode, and including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다. However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

한편, 본 명세서는 기판; 기판 상에 형성된 소스전극 및 드레인전극; 소스전극 및 드레인전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 형성되는 절연층; 및 절연층의 상부에 형성되는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자를 추가로 개시한다.On the other hand, the present specification is a substrate; A source electrode and a drain electrode formed on the substrate; An organic thin film layer formed to electrically connect the source electrode and the drain electrode, and including an organic semiconductor material having the structure of Formula 1; An insulating layer formed on the source electrode and the drain electrode; And a gate electrode formed on the insulating layer.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00010
Figure pat00010

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

또한, 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 기판은 유리 등과 같은 무기물뿐만 아니라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol), 리아릴레이트 (polyacrylate), 폴리이미드 (polyimide), COC (Cyclic olefin Copolymer), 폴리보노르보넨 (polynornornene) 등과 같이 가용성(flexible) 플라스틱 기판일 수 있다. 특히, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 및 COC 등과 같이 투명한 플라스틱 기판을 사용함으로써, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 가요성을 확보함과 동시에 광투과성 또한 확보하는 것이 가능하다.In addition, in each organic field effect transistor device of the present invention, the substrate is not only an inorganic substance such as glass, but also polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate, polycarbonate, poly It may be a flexible plastic substrate such as polyvinylalcohol, polyacrylate, polyimide, cyclic olefin copolymer (COC), polynornornene, and the like. In particular, by using a transparent plastic substrate such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, and COC, it is possible to secure the flexibility of the organic field effect transistor device of the present invention and also ensure light transmission.

또한, 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 각각 독립 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등의 금속이나, ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조될 수도 있다.In addition, in each organic field effect transistor device of the present invention, the gate electrode, the source electrode and the drain electrode are independent gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu), respectively. It may be manufactured using a metal such as titanium (Ti) or a transparent electrode material such as ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO.

또한. 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 유기박막층의 광투과성을 일정 수준 이상으로 유지하며, 드레인 전류를 최대화할 수 있다는 관점에서, 본 발명의 유기박막층의 두께는 50nm인 것이 가장 바람직하다.In addition. In each organic field effect transistor element of the present invention, the thickness of the organic thin film layer is more preferably 10 nm or more to 110 nm or less. On the other hand, it is most preferable that the thickness of the organic thin film layer of the present invention is 50 nm from the viewpoint of maintaining the light transmittance of the organic thin film layer at a certain level or more and maximizing the drain current.

<3. 본 발명의 트랜지스터 소자의 제조방법><3. Method for manufacturing transistor device of the present invention>

한편, 본 명세서는 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 추가로 개시한다. 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 관한 기재는 상기 <2. 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자>와 같다.Meanwhile, the present specification further discloses a method for manufacturing an organic field effect transistor device of the present invention. The description of the organic field effect transistor device of the present invention is described in <2. The same as the organic field effect transistor device of the present invention.

세부적으로, 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법는 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, a method of manufacturing an organic field effect transistor device includes forming a gate electrode on a substrate; Forming an insulating layer on the gate electrode; Forming a source electrode and a drain electrode on the insulating layer; And forming an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 to electrically connect the source electrode and the drain electrode.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00011
Figure pat00011

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group.

한편, 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법은 기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, a method of manufacturing an organic field effect transistor device includes forming a source electrode and a drain electrode on a substrate; Forming an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 to electrically connect the source electrode and the drain electrode; Forming an insulating layer on the source electrode and the drain electrode; And forming a gate electrode on the insulating layer.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00012
Figure pat00012

단, [화학식 1]에서, R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고; R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고; X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것이 바람직하다. 이하에서는 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 구성하는 각 단계에 관하여 상술한다.However, in [Formula 1], R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms; R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group; It is preferable that X and Y are each an electron withdrawing group. Hereinafter, each step constituting the manufacturing method of the organic field effect transistor device of the present invention will be described in detail.

본 발명의 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계는 마스크를 사용하여 진공분위기에서 열증착하는 공정, 스핀코팅 공정, 드랍캐스팅(drop-casting) 공정, 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다. 더하여, 유기박막층을 형성하는 단계는 예컨대, 실온, 50℃, 70℃, 90℃, 110℃의 온도조건에서 수행될 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않는다. The step of forming the organic thin film layer containing the N-type organic semiconductor material of the present invention is any one of a process of thermal deposition in a vacuum atmosphere using a mask, a spin coating process, a drop-casting process, and an inkjet printing process. It can be performed using. In addition, the step of forming the organic thin film layer may be performed at temperature conditions of, for example, room temperature, 50°C, 70°C, 90°C, and 110°C, but is not particularly limited thereto.

한편, 본 발명의 각 유기 전계효과 트랜지스터 소자에 있어서, 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극은 각각 독립 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등의 금속이나, ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조될 수도 있다.On the other hand, in each organic field effect transistor device of the present invention, the gate electrode, the source electrode and the drain electrode are independent gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu), It may be made of a metal such as titanium (Ti), or a transparent electrode material such as ITO, IZO, ITSO, In 2 O 3 , AlZnO, GaZnO, ZnO.

또한, 본 발명의 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계 및 게이트전극을 형성하는 단계에 있어서, 게이트전극, 소스전극, 및 드레인전극은 당해 기술분야에 얄려진 통상의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.In addition, in the step of forming the source electrode and the drain electrode of the present invention and the step of forming the gate electrode, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode can be manufactured by a conventional manufacturing method that is well known in the art. .

또한, 소스전극 및 드레인전극의 상부 또는 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계에 있어서, 통상적으로 사용되는 유전율이 큰 절연체의 사용이 허용되며, 기판의 종류를 고려하여 통상의 기술자가 적절하게 선택하는 것이 가능하다. In addition, in the step of forming an insulating layer on top of the source electrode and the drain electrode or on the top of the gate electrode, use of an insulator having a high dielectric constant, which is commonly used, is permitted, and a person skilled in the art can appropriately consider the type of substrate. It is possible to choose.

가령, 본 발명의 절연층의 예시로서, Al2O3, HfO2또는 BZT (Barium Zirconate Titanate) 등과 같은 고분자 물질이나 SiO2, Si3N4 같은 무기물 절연층을 사용할 수 있으며, 또한 폴리이미드 (polyimide), 벤조사이클로부탄(benzocyclobutane, BCB), 파릴렌 (Parylene), 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol), 폴리비닐페놀 (polyvinylphenol), 폴리메틸메타아크릴레이트(Poly(methyl methacrylate)) 등과 같 고분자 물질의 사용을 고려할 수 있다. 더하여, 상술한 바와 같은 무기물 절연층 및 고분자 물질의 혼합물을 절연층으로 사용하거나, 복수개의 절연층 또한 포함될 수 있다.For example, as an example of the insulating layer of the present invention, a polymer material such as Al 2 O 3 , HfO 2 or BZT (Barium Zirconate Titanate), or an inorganic insulating layer such as SiO 2 or Si 3 N 4 may be used, and polyimide ( Use of polymer materials such as polyimide, benzocyclobutane (BCB), parylene, polyvinylalcohol, polyvinylphenol, polymethyl methacrylate, etc. You can consider In addition, a mixture of the inorganic insulating layer and the polymer material as described above may be used as the insulating layer, or a plurality of insulating layers may also be included.

상기 절연층 또한 진공분위기에서 열증착하는 공정, 스핀코팅 공정, 드랍캐스팅(drop-casting) 공정, 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다.The insulating layer may also be performed using any one of a process of thermal deposition in a vacuum atmosphere, a spin coating process, a drop-casting process, and an inkjet printing process.

{실시예 및 평가}{Example and evaluation}

이하, 첨부한 도면 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명을 통상의 기술자로 하여금 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 돕기 위하여 제시되는 것으로서 실제보다 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and embodiments will be described in more detail with respect to what the specification claims. However, the drawings or examples presented in the present specification may be modified in various ways by a person skilled in the art and have various forms, and the description of the present specification is not limited to the specific disclosure form. It should be considered as including all equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In addition, the accompanying drawings are provided to help a person skilled in the art to more accurately understand the present invention and may be illustrated as exaggerated or reduced than actual.

실시예 1: 본 발명의 유기 반도체 물질Example 1: Organic semiconductor material of the invention

도 1은 본 발명의 N형 유기 반도체 물질의 합성방법에 관한 요약도이다. 본 발명의 유기 반도체 물질을 제조하기 위하여, 전구체인 2Sn-ODTPPD(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6-bis-(5-trimethylstannanyl-thiophen-2-yl)-2, 5-dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione, Derthon OPV Co. Ltd. 제조)와 2Br-DNT(2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene, Sigma-Aldrich 제조)를 당량으로 혼합하고, 촉매조건하에서 커플링 반응을 진행하였다. 구체적으로, 촉매로서 Pd2(dba)3 및 P(o-tol)3가 첨가되었다. 반응의 용매는 톨루엔이었다.1 is a schematic diagram of a method for synthesizing an N-type organic semiconductor material of the present invention. In order to prepare the organic semiconductor material of the present invention, precursor 2Sn-ODTPPD(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6-bis-(5-trimethylstannanyl-thiophen-2-yl)-2, 5- Equivalent to dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione, manufactured by Derthon OPV Co. Ltd.) and 2Br-DNT (2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene, manufactured by Sigma-Aldrich) And the coupling reaction was carried out under catalytic conditions. Specifically, Pd 2 (dba) 3 and P(o-tol) 3 were added as catalysts. The solvent of the reaction was toluene.

전구체, 촉매를 용매에 녹여 균일하게 혼합한 후, 비활성 분위기에서 100℃ 온도조건으로 72시간동안 커플링 반응을 진행하였다. 반응이 종료된 후, 톨루엔을 증발시켜 진한 용액을 얻었다. 상기 진한 용액을 클로로벤젠에 재용해한 후, 탈이온수를 사용하여 촉매를 추출하였다. 클로로벤젠에 용해된 본 발명의 유기 반도체 물질을 여과하고, 메탄올 등의 유기용매로 씻어주었다. 얻어진 여과물을 진공상태의 오븐에서 60℃로 24시간 가열하여 청녹색(靑綠色)의 파우더를 얻을 수 있었다. After the precursor and the catalyst were dissolved in a solvent and uniformly mixed, the coupling reaction was performed for 72 hours at 100°C in an inert atmosphere. After the reaction was completed, toluene was evaporated to obtain a thick solution. After re-dissolving the concentrated solution in chlorobenzene, the catalyst was extracted using deionized water. The organic semiconductor material of the present invention dissolved in chlorobenzene was filtered and washed with an organic solvent such as methanol. The obtained filtrate was heated in a vacuum oven at 60° C. for 24 hours to obtain a bluish green powder.

평가 1: 본 발명의 유기 반도체 물질의 수율평가Evaluation 1: yield evaluation of the organic semiconductor material of the present invention

상기 청록색의 파우더의 1H NMR Spectrum 및 13C NMR spectrum을 촬영한 결과는 다음과 같다. 이론적으로 예측되는 목표물질의 chemical shift 값과 실제 측정된 값을 대조하여, 본 발명의 유기 반도체 물질이 올바르게 합성되었음을 확인할 수 있었다. 수율은 65%였다.The results of taking the 1 H NMR Spectrum and 13 C NMR spectrum of the turquoise powder are as follows. By comparing the theoretically predicted chemical shift value of the target material with the actual measured value, it was confirmed that the organic semiconductor material of the present invention was correctly synthesized. The yield was 65%.

도 2는 본 발명의 유기 반도체 물질의 1H-NMR spectrum을 이론값과 비교한 결과를 도시한 것이다. 도 2를 참조하여, 1H-NMR spectrum 상에 나타난 chemical shift 값을 요약하면 다음과 같다. 이하에서, 괄호 내에 표시된 소문자 알파벳은 peak가 관찰된 원자의 위치를 구조식에 도시하기 위한 것이다. 1H NMR spectrum (500 MHz, CDCl3, ppm): δ = 0.88-0.90 (CH3, e), 1.22-1.26 (CH2, d), 2.04 (CH2, c), 2.18 (CH2, b), 7.89 (CH, a).Figure 2 shows the results of comparing the 1 H-NMR spectrum of the organic semiconductor material of the present invention with a theoretical value. Referring to FIG. 2, the chemical shift values shown on the 1H-NMR spectrum are summarized as follows. Hereinafter, the lowercase alphabet shown in parentheses is for showing the position of the atom where the peak is observed in the structural formula. 1 H NMR spectrum (500 MHz, CDCl 3 , ppm): δ = 0.88-0.90 (CH 3 , e), 1.22-1.26 (CH 2 , d), 2.04 (CH 2 , c), 2.18 (CH 2 , b ), 7.89 (CH, a).

도 3은 본 발명의 유기 반도체 물질의 13C-NMR spectrum을 이론값과 비교한 것이다. 도 3을 참조하여, 13C NMR Spectrum 상에 나타난 chemical shift 값을 요약하면 다음과 같다. 이하에서, 괄호 내에 표시된 소문자 알파벳은 peak가 관찰된 원자의 위치를 구조식에 도시하기 위한 것이다. 13C NMR Spectrum (500 MHz, CDCl3, ppm): δ = 13.85-31.95 (CH3, h), 50.29 (CH2, g), 114.52 (C, f), 124.77 (CH, e), 140.04-146.73 (C, b-d), 165.83 (C, a)3 is a comparison of the 13 C-NMR spectrum of the organic semiconductor material of the present invention with a theoretical value. Referring to FIG. 3, the chemical shift values shown on the 13 C NMR spectrum are summarized as follows. Hereinafter, the lowercase alphabet shown in parentheses is for showing the position of the atom where the peak is observed in the structural formula. 13 C NMR Spectrum (500 MHz, CDCl 3 , ppm): δ = 13.85-31.95 (CH 3 , h), 50.29 (CH 2 , g), 114.52 (C, f), 124.77 (CH, e), 140.04- 146.73 (C, bd), 165.83 (C, a)

제조예: 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자Manufacturing Example: Organic field effect transistor device of the present invention

도 4 및 도 5은 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 구조를 간략히 도시한 구조도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자(1)는 기판(10); 상기 기판(10) 상에 형성된 게이트전극(41); 상기 게이트전극(41)과의 사이에 절연층(20)이 위치하도록 형성된 소스전극(42) 및 드레인전극(43); 및 상기 소스전극(42) 및 드레인전극(43)을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 전술한 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층(30)을 포함할 수 있다. 4 and 5 are schematic views showing the structure of the organic field effect transistor device of the present invention. 4, the organic field effect transistor device 1 of the present invention includes a substrate 10; A gate electrode 41 formed on the substrate 10; A source electrode 42 and a drain electrode 43 formed such that an insulating layer 20 is positioned between the gate electrode 41; And an organic thin film layer 30 formed to electrically connect the source electrode 42 and the drain electrode 43, and includes an N-type organic semiconductor material having the structure of Formula 1 described above.

다른 한편으로 도 5를 참조하면, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자(2)는 기판(10); 상기 기판 상에 형성된 소스전극(42) 및 드레인전극(43); 상기 소스전극(42) 및 드레인전극(43)을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 전술한 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층(30); 상기 소스전극(42) 및 드레인전극(43)의 상부에 형성되는 절연층(20); 및 상기 절연층의 상부에 형성되는 게이트전극(41)을 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는, 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 유기 전계효과 트랜지스터 소자(2)를 기준으로 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 대하여 상술하고자 한다.Referring to FIG. 5 on the other hand, the organic field effect transistor element 2 of the present invention includes a substrate 10; A source electrode 42 and a drain electrode 43 formed on the substrate; An organic thin film layer 30 formed to electrically connect the source electrode 42 and the drain electrode 43, and includes an organic semiconductor material having the structure of Formula 1 described above; An insulating layer 20 formed on the source electrode 42 and the drain electrode 43; And a gate electrode 41 formed on the insulating layer. However, hereinafter, the method for manufacturing the organic field effect transistor element of the present invention will be described in detail based on the organic field effect transistor element 2 having the structure as shown in FIG. 5.

요약하자면, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법은 기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 상기 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In summary, the method of manufacturing an organic field effect transistor device of the present invention includes forming a source electrode and a drain electrode on a substrate; Forming an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 to electrically connect the source electrode and the drain electrode; Forming an insulating layer on the source electrode and the drain electrode; And forming a gate electrode on the insulating layer.

구체적으로, 상기 실시예 1의 유기 반도체 물질을 농도를 달리하여 준비하였다. 유기 반도체 물질의 균일 혼합을 위하여, 60℃ 조건에서 24시간 가령 교반하였다. 마찬가지로, 농도 20mg/mL인 PMMA 용액 (중량평균 분자량: 120 kDa, 다분산성 지수: 2.2, Sigma Aldrich 제조)과 농도 90mg/mL인 PVA 용액 (중량평균 분자량: 89 내지 98 kDa, Sigma Aldrich 제조)를 60℃ 조건에서 24시간 가령 교반하였다.Specifically, the organic semiconductor material of Example 1 was prepared at different concentrations. For uniform mixing of the organic semiconductor material, the mixture was stirred for 24 hours at 60°C. Similarly, a PMMA solution with a concentration of 20 mg/mL (weight average molecular weight: 120 kDa, polydispersity index: 2.2, manufactured by Sigma Aldrich) and a PVA solution with a concentration of 90 mg/mL (weight average molecular weight: 89 to 98 kDa, manufactured by Sigma Aldrich) The mixture was stirred at 60°C for 24 hours.

두께가 0.7 mm인 유리기판의 표면을 아세톤과 알코올 등으로 세정한 후, UV-Ozone 처리하였다. 세정된 유리기판 상에 소스전극(Ag)과 드레인전극(Ag)을 쉐도우마스크를 사용하여 위치시켰다. 소스전극 및 드레인전극의 길이는 각각 70 μm였으며, 너비는 2 mm였고, 두께는 60 nm였다. 기판 상에 위치한 소스전극과 드레인전극은 모두 140℃에서 20분간 가열되었다.The surface of the glass substrate having a thickness of 0.7 mm was washed with acetone and alcohol, and then treated with UV-Ozone. The source electrode (Ag) and the drain electrode (Ag) were placed on the cleaned glass substrate using a shadow mask. The length of the source electrode and the drain electrode was 70 μm, respectively, the width was 2 mm, and the thickness was 60 nm. Both the source electrode and the drain electrode located on the substrate were heated at 140°C for 20 minutes.

그 후, 유기기판, 소스전극, 및 드레인전극 상에 준비된 유기 반도체 물질을 스핀코팅한 후, 70℃ 온도조건 및 비활성 분위기에서 약 15분간 방치하여 유기박막층을 형성하였다. 또한, 준비된 PMMA 용액과 PVA 용액을 PMMA 용액, PVA 용액 순으로 상기 유기박막층의 상부에 스핀코팅하였다. PMMA층의 두께는 100 nm였으며, PVA층의 두께는 300 nm였다. PVA층의 스핀코팅을 완료한 후, 게이트전극이 형성 전인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 70℃ 온도조건 및 비활성 분위기에서 약 12시간 방치하였다. 그 후, PVA층 상에 게이트전극(Al)을 증착하였다. 게이트전극의 두께는 80nm였다.Thereafter, the organic semiconductor material prepared on the organic substrate, the source electrode, and the drain electrode was spin-coated, and then left at a temperature of 70° C. and an inert atmosphere for about 15 minutes to form an organic thin film layer. In addition, the prepared PMMA solution and PVA solution were spin coated on the top of the organic thin film layer in the order of PMMA solution and PVA solution. The thickness of the PMMA layer was 100 nm, and the thickness of the PVA layer was 300 nm. After the spin coating of the PVA layer was completed, the organic field effect transistor device, before the gate electrode was formed, was left for about 12 hours at 70°C temperature conditions and an inert atmosphere. Thereafter, a gate electrode (Al) was deposited on the PVA layer. The thickness of the gate electrode was 80 nm.

제조예 1: 유기박막층의 두께가 20nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자Preparation Example 1: Organic field effect transistor device having an organic thin film layer thickness of 20 nm

상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 3 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 20nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.According to the manufacturing method of the organic field effect transistor device described in the above production example, the organic semiconductor material having a concentration of 3 mg/mL was spin coated to obtain an organic field effect transistor device having a thickness of the organic thin film layer of 20 nm.

제조예 2: 유기박막층의 두께가 35nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자Preparation Example 2: Organic field effect transistor device with an organic thin film layer having a thickness of 35 nm

상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 5 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 35nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.According to the manufacturing method of the organic field effect transistor device described in the above production example, the organic semiconductor material having a concentration of 5 mg/mL was spin coated to obtain an organic field effect transistor device having a thickness of the organic thin film layer of 35 nm.

제조예 3: 유기박막층의 두께가 50nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자Preparation Example 3: An organic field effect transistor device having an organic thin film layer thickness of 50 nm

상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 7 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 50nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.According to the manufacturing method of the organic field effect transistor device described in the above production example, the organic semiconductor material having a concentration of 7 mg/mL was spin coated to obtain an organic field effect transistor device having a thickness of the organic thin film layer of 50 nm.

제조예 4: 유기박막층의 두께가 75nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자Preparation Example 4: Organic field effect transistor device with an organic thin film layer thickness of 75 nm

상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 10 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 75nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.According to the manufacturing method of the organic field effect transistor device described in the above production example, the organic semiconductor material having a concentration of 10 mg/mL was spin coated to obtain an organic field effect transistor device having a thickness of the organic thin film layer of 75 nm.

제조예 5: 유기박막층의 두께가 95nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자Preparation Example 5: Organic field effect transistor device with an organic thin film layer having a thickness of 95 nm

상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 12 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 95nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.According to the manufacturing method of the organic field effect transistor device described in the above production example, the organic semiconductor material having a concentration of 12 mg/mL was spin coated to obtain an organic field effect transistor device having a thickness of the organic thin film layer of 95 nm.

제조예 6: 유기박막층의 두께가 110nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자Preparation Example 6: Organic field effect transistor device with an organic thin film layer thickness of 110 nm

상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 그 농도가 15 mg/mL인 유기 반도체 물질을 스핀코팅하여, 유기박막층의 두께가 110nm인 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 얻었다.According to the manufacturing method of the organic field effect transistor device described in the above production example, the organic semiconductor material having a concentration of 15 mg/mL was spin coated to obtain an organic field effect transistor device having a thickness of the organic thin film layer of 110 nm.

비교예: P3HT가 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자Comparative Example: Organic field effect transistor device comprising an organic thin film layer containing P3HT

상기 제조예에 기재된 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법에 따르되, 본 발명의 유기 반도체 물질을 대신하여 공지된 P3HT(Poly(3-hexylthiophene))가 포함된 용액을 사용하여, 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 제조하였다.According to the method of manufacturing the organic field effect transistor device described in the above manufacturing example, using a solution containing a known P3HT (Poly(3-hexylthiophene)) in place of the organic semiconductor material of the present invention, the organic field effect transistor device It was prepared.

한편, 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법과 관련하여, 소자의 투명성을 개선할 수 있다는 관점에서, 이하와 같은 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법을 고려할 수 있다. 본 발명의 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법은 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 전술한 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, with respect to the method of manufacturing an organic field effect transistor device of the present invention, from the viewpoint of improving the transparency of the device, the following method of manufacturing an organic field effect transistor device can be considered. A method of manufacturing an organic field effect transistor device of the present invention includes forming a gate electrode on a substrate; Forming an insulating layer on the gate electrode; Forming an organic thin film layer containing an N-type organic semiconductor material having the structure of Formula 1 described above to electrically connect the source electrode and the drain electrode; And forming a source electrode and a drain electrode on the insulating layer.

세부적으로, 게이트전극인 ITO전극(1 mm X 12 mm)을 0.7 mm 두께의 유리기판에 포토리소그래피를 통하여 증착하는 단계가 우선하여 수행된다. 그 후, ITO 전극이 증착된 유기기판을 아세톤 및 알코올로 세척하고, UV-Ozone 처리한다. 다음으로, 상기 유리기판 및 게이트전극의 상부에 절연층인 PMMA층을 적층한다. PMMA용액은 90 mg/mL의 농도로 준비될 수 있으며, 적층을 위하여 스핀코팅 방식이 채용될 수 있다. 또한 PMMA층의 두께는 500 nm일 수 있다. 추가로 100℃ 온도조건에서 30분간의 어닐링이 수반될 수 있다. 어닐링이 완료된 후, 상기 절연층의 상부에 유기박막층을 적층한다. 유기박막의 적층에 사용되는 용액은 3 mg/mL의 농도로 준비될 수 있다. 유기박막층 또한 스핀코팅 방식을 통하여 적층될 수 있다. 유기박막층의 적층이 완료된 후, 유기박막층의 상부에 게이트전극(Ag)을 증착한다. 상기 게이트전극의 두께는 15 nm일 수 있다. In detail, the step of depositing the ITO electrode (1 mm X 12 mm), which is a gate electrode, on a glass substrate having a thickness of 0.7 mm through photolithography is preferentially performed. Thereafter, the organic substrate on which the ITO electrode is deposited is washed with acetone and alcohol, and treated with UV-Ozone. Next, a PMMA layer as an insulating layer is stacked on the glass substrate and the gate electrode. The PMMA solution may be prepared at a concentration of 90 mg/mL, and a spin coating method may be employed for lamination. In addition, the thickness of the PMMA layer may be 500 nm. In addition, annealing for 30 minutes at a temperature condition of 100°C may be involved. After the annealing is completed, an organic thin film layer is stacked on the insulating layer. The solution used for laminating the organic thin film may be prepared at a concentration of 3 mg/mL. The organic thin film layer may also be laminated through a spin coating method. After the lamination of the organic thin film layer is completed, a gate electrode Ag is deposited on the organic thin film layer. The gate electrode may have a thickness of 15 nm.

평가 2: 광투과성 평가Evaluation 2: Light transmittance evaluation

전술한 제조예 1 내지 6에 포함된 유기박막층의 광투과성을 평가하기 위하여, UV-vis-NIR spectrometer(Lambda 750, PerkinElmer 제)를 사용하였다. 측정결과를 요약하면 하기 표 1과 같다.In order to evaluate the light transmittance of the organic thin film layers included in Preparation Examples 1 to 6 described above, a UV-vis-NIR spectrometer (Lambda 750, manufactured by PerkinElmer) was used. The measurement results are summarized in Table 1 below.

파라미터parameter 유기박막층Organic thin film layer 제조예1Preparation Example 1 제조예2Preparation Example 2 제조예3Preparation Example 3 제조예4Preparation Example 4 제조예5Preparation Example 5 제조예6Preparation Example 6 광투과율(520nm, %)Light transmittance (520nm, %) 95.1495.14 93.9393.93 90.7390.73 88.8188.81 86.8486.84 84.2484.24 광투과율(780nm, %)Light transmittance (780nm, %) 86.2186.21 77.5077.50 60.9560.95 55.3655.36 48.3648.36 42.0242.02

상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 유기박막층은 그 두께가 20 nm일 때, 가시광선 영역(520 nm)에서 투과율이 95 %를 상회하고, 근적외선 영역(780 nm)에서 투과율이 85 %를 상회하는 것을 확인할 수 있다. 더하여, 본 발명의 유기박막층은 그 두께가 110 nm인 경우(제조예 6)에도 가시광선 영역의 광을 대부분 투과(약 85 %)시키므로, 두께에 비교적 자유롭게 육안관찰시의 투명성을 확보할 수 있다. 한편, 본 발명의 유기박막층은 그 두께가 75 nm인 경우(제조예 3)에는 가시광선 영역의 광을 90 % 이상 투과시킬뿐만 아니라, 근적외선 영역의 광 또한 60 % 이상 투과시키는 것을 확인할 수 있다. 환언하자면, 본 발명의 유기 반도체 물질을 포함하는 유기박막층은 가시광선 또는 근적외선 영역에 속하는 광에 의하여 쉽게 여기되지 아니하여, 광흡수가 제한되는 것으로 판단된다. Referring to Table 1, when the thickness of the organic thin film layer of the present invention is 20 nm, the transmittance exceeds 95% in the visible region (520 nm) and the transmittance exceeds 85% in the near infrared region (780 nm). You can confirm that In addition, since the organic thin film layer of the present invention transmits most of the light in the visible light region (about 85%) even when its thickness is 110 nm (Production Example 6), transparency in visual observation can be secured relatively freely in thickness. . On the other hand, when the thickness of the organic thin film layer of the present invention is 75 nm (Production Example 3), it can be seen that not only transmits light in the visible region 90% or more, but also transmits light in the near infrared region 60% or more. In other words, the organic thin film layer containing the organic semiconductor material of the present invention is not easily excited by light belonging to the visible or near infrared region, and thus it is determined that light absorption is limited.

평가 3: 광원의 유무에 따른 광반응성 평가Evaluation 3: Evaluation of photoreactivity with and without light source

도 6는 본 발명의 일 실시예와 비교예의 광반응성을 비교한 결과를 도시한 것이다. 도 6의 x축은 각 제조예의 유기박막층의 두께를 표시한 것이다. 도 6의 y축은 각 제조예의 유기박막층의 광반응성(Photoresponsivity, RC (단위: mA/W))을 도시한 것이다. Figure 6 shows the results of comparing the photoreactivity of one embodiment of the present invention and a comparative example. The x-axis of FIG. 6 represents the thickness of the organic thin film layer in each production example. The y-axis of Figure 6 photoreactive (Photoresponsivity, R C (unit: mA / W)) for each manufacturing the organic thin film layer shows a.

도 6을 참조하면, 두께가 각각 20 nm(제조예 1), 35 nm(제조예 2), 50 nm(제조예 3), 75 nm(제조예 4), 95 nm(제조예 5), 110 nm(제조예 6)일 때의 광반응성은 모두 0에 수렴하는 것으로 나타났다. 반면에, 비교예에 해당하는 P3HT가 포함된 유기박막층의 경우, 유기박막층의 두께가 증가할수록 광반응성 또한 증가하는 것으로 나타났다.6, the thickness is 20 nm (Production Example 1), 35 nm (Production Example 2), 50 nm (Production Example 3), 75 nm (Production Example 4), 95 nm (Production Example 5), 110, respectively. The photoreactivity at nm (Preparation Example 6) was all shown to converge to zero. On the other hand, in the case of the organic thin film layer containing P3HT corresponding to the comparative example, the photoreactivity was also increased as the thickness of the organic thin film layer increased.

상술한 관찰사항은, 본 발명의 유기 반도체 물질을 포함하는 유기박막층이 종래의 유기박막층과는 달리 외부의 광원에 의하여 추가적으로 여기되지 않는 다는 것을 의미한다. 또한, 그 결과, 외부의 광원에 의하여 드레인전류의 변화가 무시할 정도였다. The above observation means that the organic thin film layer containing the organic semiconductor material of the present invention is not additionally excited by an external light source, unlike the conventional organic thin film layer. In addition, as a result, the change in drain current was negligible by an external light source.

외부의 광원 및 유기박막층의 두께 변화에 따른 구체적인 측정 데이터는 이하의 표 2와 같다. 파장이 520 nm인 광원 및 파장이 780 nm인 광원의 강도는 0.27 mW/cm2였으며, 백색광(LED)의 강도는 69.6 mW/cm2였다. 광원의 강도는 실리콘 포토다이오드 (818-UV, Newport 제)를 사용하여 측정하였다. Specific measurement data according to changes in the thickness of the external light source and the organic thin film layer are shown in Table 2 below. The intensity of the light source having a wavelength of 520 nm and the light source having a wavelength of 780 nm was 0.27 mW/cm 2 , and the intensity of white light (LED) was 69.6 mW/cm 2 . The intensity of the light source was measured using a silicon photodiode (818-UV, manufactured by Newport).

파라미터parameter λ (nm)λ (nm) 유기박막층Organic thin film layer 제조예1Preparation Example 1 제조예2Preparation Example 2 제조예3Preparation Example 3 제조예4Preparation Example 4 제조예5Preparation Example 5 제조예6Preparation Example 6 ID,MAX
(nA)
I D,MAX
(nA)
520 nm520 nm 187187 205205 212212 269269 253253 221221
780 nm780 nm 192192 212212 223223 279279 262262 234234 백색광white light 194194 214214 225225 285285 271271 244244 Rc
(mA/W)
R c
(mA/W)
520 nm520 nm 0.390.39 0.320.32 0.310.31 0.730.73 0.310.31 0.280.28
780 nm780 nm 1.941.94 2.232.23 2.022.02 1.451.45 2.232.23 1.21.2 백색광white light 0.60.6 0.020.02 0.210.21 0.290.29 0.020.02 0.180.18 ID,OFF
(pA)
I D,OFF
(pA)
520 nm520 nm 12.0112.01 9.429.42 0.480.48 1.351.35 3.683.68 21.1521.15
780 nm780 nm 31.2931.29 24.5124.51 1.591.59 8.548.54 27.0727.07 12.3812.38 백색광white light 42.4342.43 2.432.43 0.970.97 18.1518.15 23.8723.87 1.241.24 RON/OFF
(104)
R ON/OFF
(10 4 )
520 nm520 nm 1.561.56 2.172.17 44.1744.17 19.9319.93 6.886.88 1.041.04
780 nm780 nm 6.146.14 0.860.86 14.0314.03 3.273.27 0.270.27 1.891.89 백색광white light 4.574.57 8.818.81 23.223.2 1.571.57 1.141.14 19.6819.68

상기 표에서 ID,MAX는 최대 드레인 전류값을 의미하며, RC는 전술한 바와 같이 광반응성을 의미한다. 또한, ID,OFF는 누설전류값(Off current)을 의미하고, RON/OFF는 점멸비(ON/OFF ratio)를 의미한다. 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 출력 및 전달(transfer)곡선은 반도체 파라미터 분석기 (2636B, Keithley 제)를 사용하여 측정되었다. In the above table, I D,MAX means the maximum drain current value, and R C means the photoreactivity as described above. In addition, I D,OFF means the leakage current value (Off current), and R ON/OFF means the ON/OFF ratio. The output and transfer curves of the organic field effect transistor device were measured using a semiconductor parameter analyzer (2636B, Keithley).

상술한 내용을 종합하자면, 유기박막층의 두께가 50nm인 제조예 3의 경우, 가시광선 및 근적외선 영역의 넓은 파장대역에서 높은 광투과성과 낮은 광반응성을 유지할 수 있다. 더하여, 현저히 향상된 점멸비 또한 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.In summary, in the case of Preparation Example 3 in which the thickness of the organic thin film layer is 50 nm, high light transmittance and low light reactivity can be maintained in a wide wavelength band of visible and near infrared regions. In addition, it can be seen that a remarkably improved flashing ratio can also be secured.

1, 2: 유기 전계효과 트랜지스터 소자
10: 기판
20: 절연층
30: 유기박막층
41: 게이트전극
42: 소스전극
43: 드레인전극
1, 2: Organic field effect transistor device
10: substrate
20: insulating layer
30: organic thin film layer
41: gate electrode
42: source electrode
43: drain electrode

Claims (16)

N형 유기 반도체 물질로서 사용되는, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물:
[화학식 1]
Figure pat00013

(단, 상기 [화학식 1]에서,
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고;
X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것을 특징으로 한다.)
A compound having the structure of Formula 1, used as an N-type organic semiconductor material:
[Formula 1]
Figure pat00013

(However, in the above [Formula 1],
R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms;
R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group;
X and Y are each characterized by an electron withdrawing group.)
제1항에 있어서,
상기 X는 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, Y는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬인 것을 특징으로 하는 화합물.
According to claim 1,
The X is one selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, -COCH 3 group, Y is H, carbon having 1 to 4 carbon atoms A compound characterized by being a chain.
제1항에 있어서,
상기 Y는 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, X는 H, 탄소수가 1 내지 4 사이인 탄소사슬인 것을 특징으로 하는 화합물.
According to claim 1,
The Y is one selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, -COCH 3 group, X is H, carbon having 1 to 4 carbon atoms A compound characterized by being a chain.
제1항에 있어서,
상기 X 및 Y는 각각 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 화합물.
According to claim 1,
The X and Y are each a compound selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, -COCH 3 group.
제4항에 있어서,
상기 R3 내지 R6는 -H기이고
상기 X 및 Y는 -NO2기인 것을 특징으로 하는 화합물.
The method of claim 4,
R 3 to R 6 are -H groups
The X and Y are compounds characterized in that -NO 2 group.
제5항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-옥틸도데실기인 것을 특징으로 하는 화합물.
The method of claim 5,
R 1 and R 2 is a 2-octyl dodecyl group, characterized in that the compound.
기판;
상기 기판 상에 형성된 게이트전극;
상기 게이트전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스전극 및 드레인전극; 및
상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자:
[화학식 1]
Figure pat00014

(단, 상기 [화학식 1]에서,
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고;
X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것을 특징으로 한다.)
Board;
A gate electrode formed on the substrate;
A source electrode and a drain electrode formed so that an insulating layer is positioned between the gate electrode; And
An organic field effect transistor device comprising an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having a structure of Formula 1 below, which is formed to electrically connect the source electrode and the drain electrode:
[Formula 1]
Figure pat00014

(However, in the above [Formula 1],
R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms;
R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group;
X and Y are each characterized by an electron withdrawing group.)
제7항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-옥틸도데실기이고;
상기 R3 내지 R6는 -H기이고;
상기 X 및 Y는 각각 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
The method of claim 7,
R 1 and R 2 are 2-octyldodecyl groups;
R 3 to R 6 are -H groups;
The X and Y are each selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, and -COCH 3 group.
제8항에 있어서,
상기 X 및 Y는 모두 -NO2기인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
The method of claim 8,
The X and Y are -NO 2 organic field effect transistor device characterized in that the group.
제9항에 있어서,
상기 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
The method of claim 9,
The thickness of the organic thin film layer is an organic field effect transistor device, characterized in that 10nm to 110nm or less.
기판;
상기 기판 상에 형성된 소스전극 및 드레인전극;
상기 소스전극 및 드레인전극을 전기적으로 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층;
상기 소스전극 및 드레인전극의 상부에 형성되는 절연층; 및
상기 절연층의 상부에 형성되는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자:
[화학식 1]
Figure pat00015

(단, 상기 [화학식 1]에서,
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고;
X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것을 특징으로 한다.)
Board;
A source electrode and a drain electrode formed on the substrate;
An organic thin film layer formed to electrically connect the source electrode and the drain electrode, and including an organic semiconductor material having the structure of Formula 1;
An insulating layer formed on the source electrode and the drain electrode; And
A transistor device including a gate electrode formed on the insulating layer:
[Formula 1]
Figure pat00015

(However, in the above [Formula 1],
R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms;
R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group;
X and Y are each characterized by an electron withdrawing group.)
제11항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 2-옥틸도데실기이고;
상기 R3 내지 R6는 -H기이고;
상기 X 및 Y는 각각 -NO2기, -CN기, -SO3H기, -CF3기, -CHO기, -COCH3기로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
The method of claim 11,
R 1 and R 2 are 2-octyldodecyl groups;
R 3 to R 6 are -H groups;
The X and Y are each selected from the group consisting of -NO 2 group, -CN group, -SO 3 H group, -CF 3 group, -CHO group, and -COCH 3 group.
제12항에 있어서,
상기 X 및 Y는 모두 -NO2기인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
The method of claim 12,
The X and Y are -NO 2 organic field effect transistor device characterized in that the group.
제13항에 있어서,
상기 유기박막층의 두께는 10nm 이상 내지 110nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자.
The method of claim 13,
The thickness of the organic thin film layer is an organic field effect transistor device, characterized in that 10nm to 110nm or less.
기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계;
상기 게이트전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층의 상부에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및
상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법:
[화학식 1]
Figure pat00016

(단, 상기 [화학식 1]에서,
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고;
X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것을 특징으로 한다.)
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming an insulating layer on the gate electrode;
Forming a source electrode and a drain electrode on the insulating layer; And
A method of manufacturing an organic field effect transistor device comprising forming an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having the structure of Formula 1 to electrically connect the source electrode and the drain electrode:
[Formula 1]
Figure pat00016

(However, in the above [Formula 1],
R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms;
R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group;
X and Y are each characterized by an electron withdrawing group.)
기판 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계;
상기 소스전극 및 드레인 전극을 전기적으로 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 N형 유기 반도체 물질이 포함된 유기박막층을 형성하는 단계;
상기 소스전극 및 드레인전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 절연층의 상부에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법:
[화학식 1]
Figure pat00017

(단, 상기 [화학식 1]에서,
R1 및 R2는, 각각 탄소수가 10 내지 24 사이인 직쇄형 또는 분지쇄형 포화 탄소사슬 중 하나이고;
R3 내지 R6는, 각각 -H기 또는 -CH3기이고;
X 및 Y는, 각각 전자구인기인 것을 특징으로 한다.)
Forming a source electrode and a drain electrode on the substrate;
Forming an organic thin film layer including an N-type organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1 to electrically connect the source electrode and the drain electrode;
Forming an insulating layer on the source electrode and the drain electrode; And
A method of manufacturing an organic field effect transistor device comprising the step of forming a gate electrode on top of the insulating layer:
[Formula 1]
Figure pat00017

(However, in the above [Formula 1],
R 1 and R 2 are each one of a straight chain or branched chain saturated carbon chain having 10 to 24 carbon atoms;
R 3 to R 6 are each -H group or -CH 3 group;
X and Y are each characterized by an electron withdrawing group.)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140110896A (en) * 2011-12-07 2014-09-17 바스프 에스이 An organic field effect transistor

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