계면 확산을 이용한 유기전자소자용 게이트 절연막 형성 연구 = Interfacial Spreading for Gate Dielectric Formation in Organic Devices

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Spin coating is commonly used to form polymer gate dielectrics in organic electronics, but it suffers from material loss, thickness non-uniformity, and poor compatibility with curved substrates. In this study, an interfacial spreading method is proposed to produce uniform polymer dielectric films with greatly reduced solution consumption. Using only 11 μL of precursor solution, crosslinked poly(4-vinylphenol) (CL-PVP) films were successfully fabricated, showing a thickness coefficient of variation of 0.04, which is significantly lower than that of spin-coated films. The method also enabled simple mechanical patterning and film deposition on curved substrates with radii down to 7.5 mm. Organic field-effect transistors (OFETs) using interfacial-spread CL-PVP as the gate dielectrics exhibited performance comparable to spin-coated devices, and a complementary-type inverter was further demonstrated. Overall, interfacial spreading provides a low-waste, substrate-flexible, and scalable route for fabricating polymer gate dielectrics.

국문 초록 (Abstract)

스핀 코팅은 유기 전자소자에서 고분자 게이트 절연막을 형성하는 대표적인 방법이다. 그러나 이 공정은 위치에 따라 가해지는 원심력의 차이로 인해 기판 중심부와 가장자리 사이에 두께 편차가 발생하며, 용액 손실이 크고 곡면 기판에는 적용이 어렵다. 본 연구에서는 균일한 고분자 게이트 절연막 형성을 위한 대안으로 계면 확산 공정을 제안한다. 약 11 μL의 전구체 용액만을 사용하여 crosslinked poly(4-vinylphenol) (CL-PVP) 박막을 성공적으로 형성하였으며, 해당 박막의 두께 변동 계수는 0.04로 스핀 코팅 박막(0.17)에 비해 약 4배 낮은 값을 보였다. 또한 공정의 스탬핑 특성을 활용하여 CL-PVP 박막에 간단한 패터닝이 가능함을 확인하였고, 곡률 반경이 7.5 mm에 이르는 곡면 기판에도 박막을 안정적으로 형성하였다. 계면 확산 공정으로 형성된 CL-PVP 게이트 절연막을 적용한 유기 전계효과 트랜지스터는 스핀 코팅 방식으로 제작된 소자와 유사한 전기적 특성을 보였다. 더 나아가 complementary-type 인버터를 구현하여 해당 절연막의 회로 적용 가능성을 실험적으로 검증하였다. 계면 확산 공정은 두께 편차를 최소화하고, 용액 사용량을 약 10배 이상 절감할 수 있는 고분자 게이트 절연막 형성 기술로서, 다양한 고분자로의 확장 가능성을 지니고 있다.

목차 (Table of Contents)

• 목차 i
• 표 목차 iii
• 그림 목차 iv
• ABSTRACT viii
• 제1장 서론 1
• 제2장 본론 7
• 제1절 이론 7
• 1. 유기 전계효과 트랜지스터 (OFET) 7
• 1.1. OFET의 구성 요소와 구조 7
• 1.2. 게이트 절연체 9
• 1.3. 유기 반도체 10
• 1.4. 게이트, 소스, 드레인 전극 12
• 1.5. OFET의 동작 원리 13
• 1.6. OFET의 특성과 성능 지수 14
• 2. Complementary-type 인버터 17
• 제2절 실험 18
• 1. 시약 및 재료 18
• 2. 소자 제작 과정 19
• 2.1. 기판 준비 19
• 2.2. 기판 홀더 제작 20
• 2.3. 계면 확산을 이용한 CL-PVP 박막 형성 21
• 2.4. 계면 확산 박막의 확장성 평가 23
• 2.4.1. 패터닝 실험 23
• 2.4.2. 곡면 기판 적용 실험 23
• 2.4.3. 계면 확산 PS 박막 형성 24
• 2.5. 스핀 코팅을 이용한 CL-PVP 박막 형성 25
• 2.6. MIM-type 캐패시터 제작 25
• 2.7. OFET 제작 26
• 2.8. Complementary-type 인버터 제작 27
• 3. 장비 28
• 제3절 결과 및 고찰 29
• 1. 박막 평가 29
• 1.1. 두께 균일성 29
• 1.2. 확장성 32
• 1.2.1. 패터닝 32
• 1.2.2. 곡면 기판 33
• 1.2.3. 다른 고분자 절연 재료 35
• 2. 소자 평가 37
• 2.1. MIM-type 캐패시터 37
• 2.2. OFET 38
• 2.3. Complementary-type 인버터 43
• 제3장 결론 45
• 참고문헌 46
• 국문초록 56