서강대학교

초록/요약

이번 연구에서는 새롭게 합성된 유기 반도체 물질들을 이용해 공기 중에서 안정한 성능을 보이는 박막 트랜지스터를 제작하였다. 먼저 기존에 작은 밴드갭 특성과 독특한 광화학 특성에 따라 유기 태양 전지 및 광센서 그리고 발광 트랜지스터로 활용되었던 squarine 구조를 포함하는 고분자를 중축합반응을 통해 개발했다. 개발된 polysquaraine 1 물질을 박막을 형성하는 용액공정 방법 중 하나인 spin-coating 방식을 통해 트랜지스터의 활성 층으로 제작하여 0.0005 cm2/V·s의 정공 이동도를 달성했으며 이는 squarine 기반 고분자를 박막 트랜지스터로 제작한 최초의 사례이다. CV (cyclic voltammetry) 분석을 통해서 고분자의 에너지 밴드 갭을 측정하였고, AFM(atomic-force microscope)과 XRD(X-ray diffraction) 측정을 통해서 반도체 박막을 분석하였다. 또한 기존에 화학적 안정성이 우수하고 높은 전하 이동도 성능으로 많은 유도체들이 보고된 BTBT(benzothienobenzothiophene) 구조를 중심 구조로 하는 두 가지 신규 유기 반도체 물질 BTBT 3와 BTBT 4를 개발하였다. 용액공정 방법 중 하나인 solution-shearing을 통해 박막 트랜지스터를 제작하였으며 BTBT 3, BTBT 4 각각 최고 0.007 cm2/V·s, 0.1 cm2/V·s의 정공 이동도를 보였다. AFM과 XRD 측정을 통해서 이러한 우수한 성능의 원인을 분석하였다. 마지막으로 합성과 작용기 치환이 용이한 BODIPY(4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-sindacene) π-core를 통해 고분자 물질 P(2OD-TBDY-T) 및 P(2OD-TBDY-TT)를 개발하였다. 이를 용액공정 방법 중 spin-coating을 활용하여 박막 트랜지스터의 반도체 층으로 제작 하여 0.005 cm2/V·s 및 0.0002 cm2/V·s의 정공 이동도를 달성하였으며 XRD와 AFM 분석을 통하여 박막의 결정성 여부와 표면 morphology를 확인하였다. 이러한 연구 결과를 통해서 새로 합성된 유기 반도체 물질들이 용액 공정으로 유기 박막 트랜지스터로 제작되었을 때 공기 중에서도 우수한 성능을 보임을 확인하였다.