Studies on Molecular Design of Polymers for Organic Field Effect Transistors with Improved Mechanical and Optoelectronic Properties = 기계적·광전자적 성능 향상을 위한 고분자 기반 유기 전계효과 트랜지스터 연구

국문 초록 (Abstract)

유기 반도체는 용액 공정성과 우수한 기계적 유연성 그리고 광반응성으로 인해 차세대 전자소재로서 많은 관심을 받아왔다. 유기 반도체는 분자 설계를 통해 광특성 및 기계적 특성을 조절할 수 있는 특성을 지니며, 이는 고분자의 주사슬 및 곁가지 구조를 조절함으로써 달성될 수 있다. 본 논문은 기계적 안정성과 최적화된 광전자적 특성을 새로운 반도체 고분자의 개발에 초점을 맞추고 있으며 유기 전계 효과 트랜지스터 제작을 통해 개발된 재료의 성능을 평가하였다.
1장에서는 유기 전계 효과 트랜지스터의 구조와 동작 원리, 신축성을 부여한 유기 반도체 개발 전략, 유기 광트랜지스터의 기본 동작 원리 및 주요 성능 지표에 대해 소개하고 본 논문의 목적에 대해 설명한다.
2장에서는 전기적 특성과 기계적 신축성이 개선된 본질적 신축성 반도체 고분자 개발 과정을 기술한다. 결정성이 높은 주사슬에 불용성 및 비정질 특성을 지닌 기능기를 도입함으로써 전기적, 기계적 안정성이 향상됨을 확인하였다.
3장에서는 고분자화를 통해 광반응 성능이 향상된 적색광 반응성 반도체를 설계하였다. 라일렌 이미드 유사체와 같은 소분자들과 비교했을 때, 새롭게 개발된 테릴렌 기반 고분자는 우수한 전기적 및 광반응적 특성을 나타내었다.
결론적으로, 본 연구는 기계적 신축성 및 광반응성을 지닌 새로운 유기 반도체의 개발을 통해 유기 전자 분야의 발전에 기여하였다. 또한 본 연구에서 얻은 기능성 특성을 위한 분자 설계에 대한 전략 및 통찰은 차세대 반도체 개발에 도움을 줄 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As promising next-generation electronic materials, organic semiconductors have attracted considerable attention due to their cost-effective solution processability and intrinsic mechanical flexibility. Their molecular versatility, which allows tuning of optoelectronic and mechanical properties through polymer backbone and side-chain engineering, provides a powerful platform for material design. This thesis focuses on the development of novel semiconducting polymers that achieve mechanical stability and optimized optoelectronic properties, with performance assessed through the fabrication of organic field-effect transistors (OFETs).
Chapter 1 introduces the background of the field, including the structure and operation of OFETs, strategies for developing stretchable organic semiconductors (OSCs), key working principles and performance parameters of organic phototransistors (OPTs), and the objectives of this thesis.
Chapter 2 investigates intrinsically stretchable semiconducting polymers with high electrical performance and ambipolar characteristics. The effect of incorporating insoluble and amorphous segments into the crystalline backbone was examined to improve electrical stability under mechanical stress.
Chapter 3 describes the design of red-light-responsive polymers with enhanced optoelectronic performance through polymerization. Compared with small molecules such as rylene imide analogs, the novel terrylene-based polymers exhibit superior electrical and optoelectronic properties.
In conclusion, the development of these novel organic semiconductors advances the field of organic electronics by demonstrating the advantages of their unique properties. This work provides guidelines for designing next-generation semiconducting polymers with both stretchability and superior optoelectronic performance.

목차 (Table of Contents)

• Abstract ⅰ
• Table of Contents ⅲ
• List of Figures and Tables ⅴ
• Chapter 1. Introduction
• 1.1. Study Background 7
• 1.1.1. Organic Field-Effect Transistors (OFETs) 7
• 1.1.2. Intrinsically Stretchable Organic Semiconductors (OSCs) 8
• 1.1.3. Organic Phototransistors (OPTs) 9
• 1.2. Purpose of Research 12
• 1.3. References 12
• Chapter 2. Morphological and Electrical Properties of an Intrinsically Stretchable Semiconductor
• 2.1. Introduction 16
• 2.2. Experimental Section 17
• 2.3. Results and Discussion 20
• 2.4. Conclusion 27
• 2.5. References 36
• Chapter 3. Regioregulartiy-Dependent Optoelectronic Performance of Polyterrylene
• 3.1. Introduction 41
• 3.2. Experimental Section 42
• 3.3. Results and Discussion 43
• 3.4. Conclusion 47
• 3.5. References 58
• Abstract in Korean 61