친환경 용매 혼합을 통한 용액 공정 유기전계효과 트랜지스터의 성능 향상
Improving Charge Transport Performance of Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors Using Green Solvent Additives
- 주제어 (키워드) 유기전계효과 트랜지스터 , 친환경 용매 , 이성분 용매 시스템 , 전하 이동도 , 용액 공정 , Organic field-effect transistor , green solvent , binary solvent mixture , charge carrier mobility , solution-process
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김충익
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066507
- UCI I804:11029-000000066507
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
본 연구에서는 용액 상태에서 pre-aggregation의 형성에 대한 친환경 용매 기반 이성분 용액 시스템의 영향을 탐구하였다. 또한, 유기전계효과 트랜지스터 (OFET)를 위한 용액 공정 유기반도체에 대해 해당 용액의 영향을 분석하였으며 친환경 용매를 사용함으로써 기존 독성 용매의 사용량을 최소화하고자 하였다. 이성분 용매 시스템의 비용매로서 친환경용매의 적용가능성을 입증하기 위해 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene (TIPS-pentacene), 2,7-diocyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (C8-BTBT), 4,4′-(2λ4σ2-benzo[1,2-c:4,5-c′]bis[1,2,5]thiadiazole-4,8,diyldi-5,2-thiophenediyl)bis[2-dodecylbenzonitrile] (TU-3), poly-{[N,N′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis-(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophene)} (P(NDI2OD-T2))의 p형 및 n형 저분자 및 고분자를 포함한 일반적인 유기반도체를 사용하였다. 적절한 친환경 용매의 선택 및 그 사용량을 늘려 기존 독성 용매의 사용을 최소화하기 위해 용매의 유전상수, 끓는점 및 Hansen 용해도 계수를 고려하였다. 유기반도체 용액에 대한 UV-vis 스펙트럼 분석 상에서 피크의 파장대 변화를 통해 pre-aggregation이 형성된 것을 분명히 하였다. Atomic force microscope (AFM)과 θ-2θ X-ray diffraction (XRD)을 통해 제작된 반도체 층을 분석하였으며 친환경 용매를 첨가하였을 때 더 나은 전하 이동 특성을 위한 향상된 표면 모폴로지와 미세구조가 나타난 것을 확인하였다. 이에 따라, 적절한 양의 친환경 용매를 첨가하여 제작한 유기전계효과 트랜지스터의 이동도가 3 - 8배 정도 크게 향상되었다. 추가적으로, 친환경 용매 첨가를 이용하여 p형 및 n형 유기반도체의 전기적 성능을 향상시킨 것을 통해 고성능 벌크 이종 접합 구조 양극성 트랜지스터 (Ambipolar transistor)와 상호 보완형 인버터 (Complementary-like inverter)를 제작할 수 있었다.
more초록 (요약문)
In this study, we explored the effect of binary solvent system based on green solvent additives to form pre-aggregated solution and solution-processed organic semiconductor films for organic field-effect transistors (OFETs) and to aim at minimizing the use of classic toxic solvents. Common organic semiconductors (OSCs), including p- and n-channel small molecules and polymers such as 6,13-bis-(triisopropylsilylethynyl)pentacene (TIPS-pentacene), 2,7-diocyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (C8-BTBT), 4,4′-(2λ4σ2-benzo[1,2-c:4,5-c′]bis[1,2,5]thiadiazole-4,8,diyldi-5,2-thiophenediyl)bis[2-dodecylbenzonitrile] (TU-3), and poly-{[N,N′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis-(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophene)} (P(NDI2OD-T2)), were used to demonstrate the wide applicability of green solvent additives as non-solvent in binary solvent system. To select appropriate green solvent additives and increase their use while reducing that of toxic solvents, dielectric constant, boiling point, and Hansen solubility parameters (HSP) were considered. UV-vis spectroscopy analysis of OSC solutions clearly showed the formation of pre-aggregation through the shifts of the wavelength at peak. Fabricated semiconductor films were investigated by atomic force microscopy (AFM) and θ-2θ X-ray diffraction (XRD) to clarify the improved film morphology/microstructure for better charge transport characteristics. As a relevant result, the mobility of the resulting OFETs was significantly improved by 3 – 8 times wih the careful selection of the appropriate amount of green solvent additives. Furthermore, green solvent addition allow to enhance electrical performance of p- and n-channel organic semiconductor affording the fabrication of bulk-heterojunction ambipolar transistors as well as complementary-like inverters with better performance.
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