보편적으로 적용 가능한 아민 기반 광 가교제 : Polyethylene imine
Universally applicable amine-based photo-crosslinker : poly(ethyleneimine)
- 주제어 (키워드) 전자소자 , 용액공정 , 폴리에틸렌이민 , 광 패턴 , 트랜지스터 , electronic devices , solution process , poly(ethylene imine) , photo patterning , transistor
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 강문성
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076459
- UCI I804:11029-000000076459
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
용액공정은 공정 및 설비 비용이 저렴하며, 대면적의 균일한 박막 제조가 가능하고 가볍고 유연한 기판에 적합하다는 장점을 지닌 공정이다. 이러한 특징으로 많은 연구진들은 태양전지, 발광 다이오드 및 박막 트랜지스터 등의 전자소자를 용액공정을 통해 제조하는 기술 개발에 몰두하고 있다. 다만, 이러한 용액공정은 물질을 용액화 해야하기에 용해도의 제약이 있으며, 뿐만 아니라 용액으로 공정하기 때문에 이미 만들어진 유기물 박막이 차후 공정에서 사용되는 용매에 의해 손상되는 기술적 문제가 고질적으로 존재한다. 결국 아래 층으로 사용된 물질의 특성에 따라 공정에 사용 가능한 물질이 제한되고, 따라서 공정 가능한 물질도 제한된다. Polyethylene imine는 보편적으로 사용되는 용매 및 용질과 용해 가능하기에 용액공정에 제약이 적으며, 박막 기반 전자 소자에서 전자 전달 특성 개선에 주로 사용된다. 최근 Polyethylene imine(PEI)이 자외선에 노출됨에 따라 내화학성이 형성되는 특성을 발견하였으며, 이를 통해 선택적으로 노광하여 포토 패턴도 형성시킬 수 있다. 또한, PEI를 전자소자에 도입함으로서 전자 이동성을 개선함과 동시에 전자소자 패턴에 활용할 수 있다. 본 연구는 PEI의 광 조사에 따른 내화학성 형성 요인, 용매 및 용질간의 용해도에 대해 분석하였다. PEI는 광 조사를 통해 마이크로 스케일의 패턴을 형성시킬 수 있으며, 이는 아민기와 PEI 내부 알데하이드간의 반응에 의한 이민 형성반응에 의한 것임을 보여준다. 또한, PEI는 극성 용질뿐만 아니라 비극성 용질과도 잘 녹으며, 여러 분자구조를 지닌 분자들과 마이크로 스케일에서 섞임으로써 용해도 제약에서 벗어나 여러 물질에 대하여 광 패턴 형성 능력을 부여할 수 있음을 확인하였다. 또한 이러한 특징을 이용하여 PEI가 도핑된 트랜지스터 채널층은 자외선을 통해 선택적 광 패턴을 형성할 수 있으며, 동시에 전자 이동도를 증진시킬 수 있음을 보였다. 이러한 결과는 Polyethylene imine의 전자 소자 패턴을 위한 가교제로서의 응용 가능성을 보여주며, PEI를 활용한 광 패턴 연구의 안내가 될 것이다.
more초록 (요약문)
The solution process is a cost-effective method that allows for uniform thin film manufacturing on large surfaces. It is suitable for lightweight and flexible substrates, which makes it advantageous for the development of technologies such as solar cells, light-emitting diodes, and thin-film transistors through solution-based processes. However, this process has inherent technical challenges. Firstly, it is limited by the solubility of materials since they need to be dissolved in a solution. Additionally, the use of solutions in the process can damage previously deposited thin films, posing a significant problem. Ultimately, the characteristics of the underlying layers restrict the materials that can be used in the process, thus limiting the range of available materials. Polyethylene imine (PEI) is a material that overcomes some of these limitations as it can be dissolved in both hydrophilic and hydrophobic solvents, making it compatible with the process. It is primarily used to improve electron transfer properties in electronic devices. Furthermore, we have discovered that PEI enhance chemical resistance when exposed to light. This property allows for selective photo-patterning by utilizing targeted light exposure. By utilizing these characteristics, introducing PEI into electronic components has the potential to enhance electronic mobility while simultaneously being utilized for electronic component patterning. In this study, we analyzed the factors influencing the formation of chemical resistance in PEI under light exposure, as well as its solubility in solvents and compatibility with other substances. We presented the potential application of PEI as a cross-linking agent for electronic device patterning. We demonstrated that PEI can form micro-scale patterns through light exposure, which is attributed to the imine formation reaction between the amine group and internal aldehydes within PEI. Additionally, we found that PEI can dissolve not only polar solvents but also nonpolar solvents, and it can effectively mix with various molecular structures, allowing for pattern formation beyond solubility constraints with different materials. Moreover, appropriate doping of PEI enables the formation of photo patterns in transistor channel layers while enhancing electron injection and electron mobility characteristics. These results show the ability to pattern electronic devices by Polyethylene imine, and provide guidance for research on photo patterning utilizing PEI.
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