CdSe 테트라팟 나노입자와 P3HT 고분자 반도체 간 반침투성 네트워크로 이루어진 균형있는 양쪽성 전하전달 시스템 구현 : Semi-interpenetrating diphasic network of CdSe tetrapod nanocrystal and P3HT polymer semiconductor with balanced ambipolar transport
초록/요약
시간과 장소에 구애받지 않고 정보를 실시간으로 공유하는 시대가 오면서 다양한 전자기기에 관한 관심이 늘어나고 있다. 이에 따라 공정과정을 단순화하여 제작비용을 줄이고 성능까지 향상할 수 있는 ambipolar 전자소자에 대한 다양한 연구개발이 진행되고 있다. Ambipolar(양쪽성)는 P-type과 N-type 성질을 동시에 구현할 수 있다는 의미이다. Ambipolar를 구현하는 방법에는 정공과 전자 전도를 동시에 할 수 있는 단일 물질을 사용하는 것과 P-type과 N-type 물질을 적층 (bilayer), 혼합 (blending) 하는 것이 있다. 하지만 정공이나 전자의 이동도가 낮은 문제점과 전하의 이동이 적층 방향에 영향을 받는다는 것, 물질들이 상 분리가 되어 퍼콜레이션이 형성되지 않는다는 결점들이 제시되고 있다. 본 석사학위 논문에서는 퍼콜레이션 문제를 해결하여 간단한 용액공정으로 ambipolar를 구현하는 방법과 그 핵심 물질을 합성하는 방법에 대해 다루고 있다. CdSe 테트라팟 나노입자 (TP NCs)를 N-type 무기물 반도체로 사용하였고, P3HT를 P-type 유기물 반도체로 사용하였다. CdSe TP NCs는 동역학적 성장 영역에서 팔을 성장시키기 위해 전구체를 일정 속도로 지속적 주입을 해주는 방법을 이용하였고, 길이가 100nm 되는 CdSe TP NCs를 합성하였다. 이렇게 합성된 CdSe TP NCs는 구조적 특성상 긴 팔들이 겹치면서 퍼콜레이션 네트워크를 형성하고, 이 네트워크는 빈 공간이 존재한다. 그 빈 공간을 P3HT로 채워 줌으로써 ambipolar 특성을 갖는 하이브리드 박막을 용액 공정으로 구현하였고, 이 박막을 SEM과 EDS 분석을 통해 동일 물질끼리 뭉쳐있지 않고 전면에 서로 잘 섞여 있음을 확인하였다. 또한, CdSe TP NCs 와 P3HT의 혼합 비율을 다양하게 하여 이온 젤 트랜지스터의 활성층으로 도입하여 전기적 특성을 확인해 보았고, 전자와 정공이 균형 있게 흐르는 조건을 찾아냈다. 더 나아가 본 실험에서 구현한 CdSe 테트라팟 나노입자와 P3HT복합체 구조에 퍼콜레이션 이론을 적용하여 테트라팟 나노입자에 흐르는 전류는 특정 임계값 이상에서 부피 분율의 약 세 제곱에 비례하여 흐른다는 것을 알아내었다. 본 연구는 전자 및 정공 수송이 가능한 박막을 유기/무기 반도체의 하이브리드화로 실현하는 방법을 제시할 것이며, 다양한 전자 소자로의 적용 가능성에 대하여 다룰 것이다.
more초록/요약
In the age of sharing information in real time regardless of time and place, interest in various electronic devices is increasing. Accordingly, various researches and developments on ambipolar electronic devices, which can simplify the process and reduce manufacturing costs are being conducted. Ambipolar means that p-type and n-type properties can be implemented at the same time. There are some ways to implement ambipolar conduction. Firstly, we can use a single material capable of both hole and electron conduction. However, it is hard to balance the hole and electron transporting, in addition, it shows the low carrier mobility. Secondly, as an alternative approach, bilayer or blending of p-, n- type semiconductor has been proposed. However, it requires the challenge to find an orthogonal solvent for the deposition of second layer or it is possible to happen the phase separating which is related to fail to form the percolation. This study shows the how to solve the percolation problem and realize the ambipolar by simple solution process. Synthetic methods of CdSe tetrapod nanocrystals (TP NCs) are also included. CdSe TP NCs were used as n-type inorganic semiconductors, and P3HT was used as p-type organic semiconductors. CdSe TP NCs which have 100nm of length and 5nm thickness were synthesized by continuous precursor injection method. The lengthy CdSe TP NCs assemblies form a percolation network with some voids. By filling this voids with P3HT, a hybrid thin film having ambipolar characteristics could be fabricated by a solution process. The film was analyzed by SEM and EDS to confirm that the two materials were evenly mixed. In addition, the electrical properties of hybrid film according to the mixing ratio of two materials were confirmed by the ion gel transistor. Finally, the condition where electrons and holes flow in a equally was found.
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