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친환경용매를 활용한 양극성 유기 박막 트랜지스터 및 상호보완형 인버터 제작

Green Solvent-Processed Complementary-like Inverters Based on Ambipolar Organic Thin-film Transistors

초록 (요약문)

In the trends of ever-growing worldwide interest for the environment/health and the corresponding legal regulations, there have been various studies to replace toxic halogenated/aromatic hydrocarbon organic solvents commonly used in the solution-processing of organic semiconductors (OSCs) with more sustainable green solvents. In this paper, we fabricated ambipolar organic thin-film transistors (OTFTs) and complementary-like inverters by blending a p-type OSC (6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene; TIPS-pentacene) and a n-type OSC (N,N'-di-n-octyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide; PTCDI-C8) in a single green solvent anisole. In particular, shellac was employed as green dielectric materials and the electrical performance of the resulting devices were compared with those fabricated using toxic solvents or commonly used oxide-based dielectrics. The bulk-heterojunction (BHJ)-structured OTFTs in the optimized condition exhibited typical ambipolar characteristics with relatively balanced charge carrier mobilities as high as 0.042 and 0.14 cm2V-1s-1 for hole and electron, respectively. Additionally, complementary-like inverters based on the two optimized ambipolar OTFTs showed a decent transfer gain as high as 21 at negative supply voltages of -60 V.

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초록 (요약문)

환경과 건강에 대한 관심이 전 세계적으로 커지면서 이에 상응하여 강화되고 있는 법적 규제들에 따라, 유기 반도체의 용액 공정에 일반적으로 사용되어지는 독성 할로겐/방향족 유기 용매를 보다 지속 가능한 친환경 용매로 대체하려는 연구가 폭넓게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 p형 유기 반도체 (TIPS-pentacene)와 n형 유기 반도체 (PTCDI-C8)를 친환경 용매인 아니솔을 이용하여 블렌딩함으로써 양극성 유기 박막 트랜지스터와 상호보완형 인버터를 제작하였다. 특히 친환경 절연체 물질로서 shellac을 활용하였고, 그 전기적 성능을 독성 용매 혹은 일반적으로 흔히 사용되는 산화물 기반 절연체를 이용하여 제작한 소자와 비교하였다. 최적화된 조건으로 제작된 벌크 이종 접합 구조의 유기 박막 트랜지스터는 정공 및 전자에 대해 각각 0.042와 0.14 cm2V-1s-1의 비교적 균형적인 전하 이동도를 보이며 전형적인 양극성 전하 전달 특성을 나타내었다. 또한 이 최적화된 양극성 유기 박막 트랜지스터 2개를 기반으로 하는 상호보완형 인버터는 -60 V의 음의 supply 전압에서 21까지의 높은 전송 이득 값을 보였다.

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