파이렌 기능화 고분자 유전체 기반 유기 전자소자의 특성 연구 = Molecularly Engineered Polymer Dielectric with Pyrene Functionalization for Organic Transistors and Circuits with Reduced Hysteresis

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Polymer gate dielectrics are attractive for OFETs but often contain hydrophilic -OH groups that cause poor interfacial compatibility with hydrophobic organic semiconductors and lead to hysteresis and low performance. In this work, we exploit these -OH groups in poly(melamine-co-formaldehyde) methylated (PMF) by esterification with 1-pyrenebutyric acid to introduce pyrene units, which tune the surface energy, improve interfacial stability, and enhance π–π interactions with polycyclic semiconductors (pentacene, TIPS-pentacene). The resulting pyrene functionalized PMF dielectric enables improved semiconductor film growth, suppressed hysteresis, and enhanced charge transport, and further supports high gain complementary inverters using TIPS-pentacene/PTCDI-C5, demonstrating its promise for low-temperature, solution-processable, high performance organic electronics.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 고유의 수산기를 반응성 사이트로 갖는 poly(melamine-co-formaldehyde) methylated (PMF)를 1-pyrenebutyric acid (PYBA)와의 에스터화 반응을 통해 화학적으로 변환함으로써, 파이렌 작용기를 도입하여 표면 에너지를 효과적으로 조절하고 계면 안정성을 향상시키며 유기 소자의 히스테리시스를 억제하고자 하였다. 특히 절연체 표면에 도입된 파이렌 작용기는 pentacene 및 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene (TIPS-pentacene)과 같은 다환 방향족 반도체와 유리한 π–π 상호작용을 형성하여, 바람직한 반도체 박막 성장, 히스테리시스 억제, 효율적인 전하 수송을 유도하였다. 또한 TIPS-pentacene (p-type)과 PTCDI-C5 (n-type) 결정을 이용해 제작한 complementary inverter는 높은 gain과 큰 노이즈 마진을 나타냈다. 이와 같은 계면 특성의 향상과 저온 용액 공정 기반 제작 공정을 결합할 때, 파이렌 기능화 PMF는 고성능·저히스테리시스 OFET 및 유기 전자 회로를 위한 유망한 고분자 절연체 재료임을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제2장 본론 6
• 제1절 이론 6
• 1. OFET의 구조 6
• 2. 유기 반도체 7
• 3. 유기 절연체 (유전체) (gate dielectric) 8
• 4. OFET 작동 원리 9
• 5. OFET 특성 11
• 6. 표면에너지 14
• 7. Complementary-type inverter 15
• 제2절 실험 16
• 1. 시약 및 장비 16
• 1.1 시약 및 실험 재료 16
• 1.2 장비 및 측정 17
• 2. 실험 과정 19
• 2.1 캐패시터 제작 19
• 2.2 OFET 제작 20
• 2.2.1 pentacene OFET. 20
• 2.2.2 TIPS-pentacene OFET 21
• 2.3 Complementary inverter 제작 22
• 제3절 결과 및 고찰 24
• 1. P-PMF 합성 24
• 1.1 FT-IR을 통한 확인 24
• 2. PMF와 P-PMF 필름 특성 확인 25
• 2.1 PMF와 P-PMF의 열적 특성 25
• 2.2 PMF와 P-PMF의 연필 경도 측정(pencil hardness test) 26
• 2.3 PMF와 P-PMF의 용매 저항성 27
• 3. PMF와 P-PMF 필름의 표면 및 계면 특성 28
• 3.1 PMF와 P-PMF의 접촉각과 표면에너지 28
• 3.2 PMF와 P-PMF 절연체 및 pentacene 박막의 AFM 분석 29
• 3.3 PMF와 P-PMF 절연체 위의 증착된 pentacene 박막의 XRD 분석 31
• 4. PMF와 P-PMF를 절연체로 사용한 전자 소자 특성 평가 34
• 4.1 PMF와 P-PMF를 절연체로 사용한 캐패시터 34
• 4.2 PMF와 P-PMF를 절연체로 사용한 pentacene OFET 35
• 4.3 P-PMF를 절연체로 사용한 TIPS-pentacene OFET 38
• 4.4 P-PMF를 절연체로 사용한 complementary inverter 41
• 제3장 결론 44
• 참 고 문 헌 45
• 국문초록 51