고성능 용액공정 유기 박막 트랜지스터 구현을 위한 친환경 용매 엔지니어링 = Eco-Friendly Solvent Engineering for High-Performance Solution-Processed Organic Thin-Film Transistors

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 고비점 용매 첨가제를 포함한 이성분계 친환경 용매가 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene (TIPS-pentacene) 박막의 결정성과 이에 따른 유기 박막 트랜지스터의 전기적 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 용매의 유전상수와 Hansen 용해도 파라미터를 기준으로 다음의 세 가지 이성 분계 용매 조합을 선정하였다: i-butyl acetate (iBA) + i-amyl acetate (iAA) (조합 1), t-amyl methyl ether (tAME) + i-amyl acetate (iAA) (조합 2), anisole (ANI) + methyl laurate (ML) (조합 3). 선정된 고비점 첨가제가 용액 내 상호작용 및 박막 형성에 미치는 영향을 확인하기 위해, 용액과 박막 각각 에 대해 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 또한 박막의 미세구조 및 표면 형태 분석을 위해 X선 회절과 교차 편광 광학현미경을 활용하였다. 반도체 박 막의 특성이 전기적 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해 상부 전극/하부 게이트 구조의 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다. 세 가지 조합 중 조합 1의 경우 정공 이동도는 최대 약 3배 향상되었으며, 3.13 cm2 V-1s-1의 최고 이동 도와 106의 전류점멸비를 기록하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we investigated the effect of binary green solvents containing high-boiling point (high b.p.) additives on the crystallinity of 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene (TIPS-pentacene) thin-films and the corresponding electrical performance of organic thin-film transistors (OTFTs). Solvent properties, such as dielectric constants and Hansen solubility parameters (HSPs), guided the selection of the three binary solvent system: i-butyl acetate (iBA) + i-amyl acetate (iAA) (set 1), t-amyl methyl ether (tAME) + i-amyl acetate (iAA) (set 2), and anisole (ANI) + methyl laurate (ML) (set 3). To investigate how the addition of the selected high b.p. solvent additive affects interactions and the extent of thin-film formation, UV-Vis spectra were measured for both the solution and the thin-film, respectively. Microstructure and surface morphology of the TIPS-pentacene thin-films were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and cross-polarized optical microscopy (cPOM), respectively. To evaluate the effect of semiconductor thin-film properties on electrical performance, top-contact/bottom-gate (TC/BG) OTFTs were fabricated. Among three sets, the average hole mobility increased by up to three times, with the highest mobility of 3.13 cm2 V-1s-1 and the current on/off ratio of 106 for set 1.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서 론 1
• 1.1. 연구배경 1
• 1.1.1. 유기 반도체 용액 공정과 친환경 용매의 필요성 1
• 1.1.2. 유기 박막 트랜지스터의 전기적 성능 향상 전략 4
• 1.1.3. 연구의 특수성 6
• 1.2. 연구목적 7
• 제 2장 실 험 9
• 2.1. 시료 및 용액 분광 특성 측정 9
• 2.2. 유기 박막 트랜지스터 제작 10
• 2.3. 소자 및 박막 특성 분석 12
• 제 3장 실험결과 및 고찰 13
• 3.1. 이성분계 용매 선정 13
• 3.2. 고비점 용매의 첨가가 용매 상호작용에 미치는 영향 16
• 3.3. 유기 박막 트랜지스터 성능 분석 18
• 3.4. 박막 특성 분석 24
• 3.4.1. 박막 분광 흡수 특성 분석 24
• 3.4.2. 박막 미세구조 분석 27
• 3.4.3. 박막 표면 형상 분석 31
• 제 4장 결 론 35
• 참고문헌 37