KR101323188B1 - Organic semiconductor material having n-type electrical character, transistor device using the same and method of manufacturing the transistor device using the same - Google Patents
Organic semiconductor material having n-type electrical character, transistor device using the same and method of manufacturing the transistor device using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101323188B1 KR101323188B1 KR1020110099892A KR20110099892A KR101323188B1 KR 101323188 B1 KR101323188 B1 KR 101323188B1 KR 1020110099892 A KR1020110099892 A KR 1020110099892A KR 20110099892 A KR20110099892 A KR 20110099892A KR 101323188 B1 KR101323188 B1 KR 101323188B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- source
- formula
- drain electrodes
- transistor device
- thin film
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 53
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 45
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 44
- -1 phosphorus compound Chemical class 0.000 claims description 29
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 26
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 24
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 19
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 15
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 14
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 14
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 14
- PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N trichloro(octadecyl)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 13
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 142
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 18
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 description 17
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 15
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 15
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 15
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 10
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 10
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 10
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 10
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 10
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000004440 column chromatography Methods 0.000 description 7
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 7
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 7
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 6
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M tetrabutylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910005555 GaZnO Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 5
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 5
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000636 poly(norbornene) polymer Polymers 0.000 description 5
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 5
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 5
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 5
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 5
- QNZNMVAGYIDUKL-UHFFFAOYSA-N 2,5-dihexoxyterephthalaldehyde Chemical compound CCCCCCOC1=CC(C=O)=C(OCCCCCC)C=C1C=O QNZNMVAGYIDUKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZFTILCZVZSZDLI-UHFFFAOYSA-N 2-(5-bromothiophen-2-yl)acetonitrile Chemical compound BrC1=CC=C(CC#N)S1 ZFTILCZVZSZDLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 235000019439 ethyl acetate Nutrition 0.000 description 4
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 4
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 4
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 description 4
- OHDPBIPWTFIGMB-UHFFFAOYSA-N CCCCCCOC(C=C1)=CC(CBr)=C1OCCCCCC Chemical compound CCCCCCOC(C=C1)=CC(CBr)=C1OCCCCCC OHDPBIPWTFIGMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GETTZEONDQJALK-UHFFFAOYSA-N (trifluoromethyl)benzene Chemical group FC(F)(F)C1=CC=CC=C1 GETTZEONDQJALK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ASWOZWYFBVLCMR-UHFFFAOYSA-N 1,4-dihexoxybenzene Chemical compound CCCCCCOC1=CC=C(OCCCCCC)C=C1 ASWOZWYFBVLCMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N N-bromosuccinimide Chemical compound BrN1C(=O)CCC1=O PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ALMFIOZYDASRRC-UHFFFAOYSA-N [4-(trifluoromethyl)phenyl]boronic acid Chemical compound OB(O)C1=CC=C(C(F)(F)F)C=C1 ALMFIOZYDASRRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000001840 matrix-assisted laser desorption--ionisation time-of-flight mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 2
- WXZHEUZDKJZODF-UHFFFAOYSA-N 1,4-bis(bromomethyl)-2,5-dihexoxybenzene Chemical compound CCCCCCOC1=CC(CBr)=C(OCCCCCC)C=C1CBr WXZHEUZDKJZODF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MNDIARAMWBIKFW-UHFFFAOYSA-N 1-bromohexane Chemical compound CCCCCCBr MNDIARAMWBIKFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TUCRZHGAIRVWTI-UHFFFAOYSA-N 2-bromothiophene Chemical compound BrC1=CC=CS1 TUCRZHGAIRVWTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000175 2-thienyl group Chemical group S1C([*])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- CLSHQIDDCJTHAJ-UHFFFAOYSA-N 2-thienylacetonitrile Chemical compound N#CCC1=CC=CS1 CLSHQIDDCJTHAJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001621 AMOLED Polymers 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FBEROULPLHHSDH-UHFFFAOYSA-N C#C.C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 Chemical group C#C.C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 FBEROULPLHHSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N Thiazole Chemical compound C1=CSC=N1 FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NXMHQITZIREHSF-UHFFFAOYSA-N [1,5-bis(trifluoromethyl)cyclohexa-2,4-dien-1-yl]boronic acid Chemical compound FC(C1(CC(=CC=C1)C(F)(F)F)B(O)O)(F)F NXMHQITZIREHSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AHWZCYVXODSVGD-UHFFFAOYSA-N [2,3-bis(trifluoromethyl)phenyl]boronic acid Chemical compound OB(O)C1=CC=CC(C(F)(F)F)=C1C(F)(F)F AHWZCYVXODSVGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical group C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 125000002485 formyl group Chemical group [H]C(*)=O 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004776 molecular orbital Methods 0.000 description 1
- UQPUONNXJVWHRM-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 UQPUONNXJVWHRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002866 paraformaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 125000005582 pentacene group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- PJANXHGTPQOBST-UHFFFAOYSA-N stilbene Chemical group C=1C=CC=CC=1C=CC1=CC=CC=C1 PJANXHGTPQOBST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- VLLMWSRANPNYQX-UHFFFAOYSA-N thiadiazole Chemical compound C1=CSN=N1.C1=CSN=N1 VLLMWSRANPNYQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 125000002023 trifluoromethyl group Chemical group FC(F)(F)* 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D333/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom
- C07D333/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
- C07D333/04—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings not substituted on the ring sulphur atom
- C07D333/06—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings not substituted on the ring sulphur atom with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to the ring carbon atoms
- C07D333/08—Hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms
- C07D333/10—Thiophene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D409/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
- C07D409/02—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings
- C07D409/12—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings linked by a chain containing hetero atoms as chain links
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/655—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only sulfur as heteroatom
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
본 발명은 n형 전기 특성을 가지는 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 트랜지스터 소자의 제조 방법이 개시되어 있다. 강한 전자 끌기 유닛을 포함하는 유기물 반도체 물질을 사용하여 유기 박막층을 제조한다. 트랜지스터 소자는 기판상에 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 절연층을 사이에 두고 형성되는 소스 및 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록 형성되는 유기 박막층을 포함하여 이루어진다. 우수한 특성을 갖는 n형 유기 전계 효과 트랜지스터(organic field-effect transistor)가 제공된다.The present invention discloses an organic semiconductor material having n-type electrical properties, a transistor device using the same, and a method of manufacturing the transistor device. An organic thin film layer is manufactured using an organic semiconductor material including a strong electron attracting unit. The transistor device includes a gate electrode formed on a substrate, a source and drain electrode formed with the gate electrode and an insulating layer interposed therebetween, and an organic thin film layer formed to connect the source and drain electrode. An n-type organic field-effect transistor having excellent characteristics is provided.
Description
본 발명은 n-형 전기 특성을 가지는 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 상기 트랜지스터 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다양한 전자 수용(electron-accepting) 유닛에 의해 안정화된 에너지 준위를 갖고, 알킬기의 치환에 따라 우수한 자기 조립력(self-assembling capability)과 높은 결정성 그레인(grain)을 형성하는 유기물 반도체 물질, 이를 이용하여 제조된 트랜지스터 소자 및 상기 트랜지스터 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic semiconductor material having n-type electrical properties, a transistor device using the same, and a method of manufacturing the transistor device. More particularly, the present invention relates to energy levels stabilized by various electron-accepting units. The present invention relates to an organic semiconductor material having a high self-assembling capability and high crystalline grains by substitution of an alkyl group, a transistor device manufactured using the same, and a method of manufacturing the transistor device.
반도체 성질을 나타내는 다양한 유기물 단분자들은 플렉서블 일렉트로닉스(flexible electronics) 분야에 있어 실질적인 소자 적용으로의 높은 가능성을 갖기 때문에 최근 학문적, 산업적인 관심이 증대되고 있다. 지능형 소자(logic device) 혹은 p-n 정션을 기반으로 하는 기능성 소자들을 제작 및 실용화시키기 위해서는 우수한 특성을 나타내는 p, n형 유기 반도체 물질의 균형적인 개발이 필수적으로 요구된다. p형 유기 반도체 물질의 경우 오랜 기간에 걸쳐 연구 개발되어 우수한 특성을 갖는 다양한 물질들이 개발되어왔으며 펜타센(pentacene) 혹은 펜타센의 치환체들은 이미 비정질 실리콘(amorphous silicon)에 상응하는 전기적 특성을 나타내어 실용화 단계에 이르렀다. 이에 반해 n형 유기 반도체 물질군들은 대기 중에서의 불안정성 및 제한된 물질 군의 개발로 인해 그 전기적인 특성이 아직까지 p형 반도체에 미치지 못하고 있으며 따라서 물질 개발에 대한 연구가 요구되고 있다.Various organic monomolecules exhibiting semiconducting properties have a high potential for practical device applications in the field of flexible electronics, and thus, recent academic and industrial interests have increased. In order to manufacture and use functional devices based on logic devices or p-n junctions, a balanced development of p and n type organic semiconductor materials showing excellent characteristics is essential. In the case of p-type organic semiconductor materials, various materials having excellent properties have been developed over a long period of time, and pentacene or pentacene substituents have already exhibited electrical properties corresponding to amorphous silicon, thereby making them practical. I have reached the stage. On the other hand, the n-type organic semiconductor material groups have not yet reached the electrical characteristics of p-type semiconductors due to instability in the atmosphere and the development of limited material groups. Therefore, research on material development is required.
새로운 n형 반도체 물질 군 개발의 일환으로 최근 Yamashita 그룹에서는 올리고-(p-페닐렌비닐렌)(oligo-(p-phenylenevinylene; OPV))과 안트라센-비닐렌(anthracene-vinylene; AV)의 기본 골격에 강한 전자 끌기(electron-withdrawing) 유닛인 사이아노기와 트라이 플루오로 메틸(CF3) 유닛을 치환시킨 n형 반도체 단분자 물질을 발표한 바 있으며 이를 기반으로 트랜지스터 제작 시 최대 0.3 cm2/Vs의 전자 이동도를 나타내었다. 본 연구 그룹에서는 또한 벤조비스(시아다이아졸)(benzobis(thiadiazole); BBT) 골격에 전자 공여(electron-donating) 유닛인 티오펜(thiophene)과 전자 수용 유닛인 CF3를 순차적으로 배열시킨 단분자를 합성하였고 이를 이용한 소자로부터 최대 0.77 cm2/Vs의 전자 이동도를 얻은 바 있으며, 사이아졸 올리고머(thiazole oligomer)를 기본 구조로 갖는 반도체 물질을 합성하여 최대 1.83 cm2/Vs의 전자 이동도를 갖는 소자를 제작한 바 있다. As part of the development of a new family of n-type semiconductor materials, the Yamashita Group recently undertook the basic framework of oligo- ( p -phenylenevinylene (OPV)) and anthracene-vinylene (AV). We have published an n-type semiconductor monomolecular material that substitutes cyano and trifluoromethyl (CF 3 ) units, which are strong electron-withdrawing units, and based on this, up to 0.3 cm 2 / Vs Electron mobility is shown. In this study group, the benzobis (thiadiazole) (BBT) backbone is a single molecule in which electron-donating unit thiophene and electron accepting unit CF 3 are sequentially arranged. And electron mobility of up to 0.77 cm 2 / Vs were obtained from the device using the same. A semiconductor material having a thiazole oligomer as a basic structure was synthesized to obtain an electron mobility of up to 1.83 cm 2 / Vs. The device which has is produced.
한편 Miao 그룹에서는 분자 간 수소결합을 갖는 헤테로퀴논(heteroquinone) 유도체들을 합성하고 트랜지스터 소자를 제작하여 이 반도체 물질들이 진공 조건에서 최대 0.12 cm2/Vs의 전자 이동도를 나타냄을 발표한 바 있다. 또한 최근에는 이러한 헤테로 퀴논 유도체에 트라이아이소프로필 실릴에테닐(triisopropylsilylethenyl)기를 도입한 물질을 합성하여 최대 3.3 cm2/Vs의 전자 이동도를 나타내는 소자를 발표하였다. Meanwhile, Miao Group synthesized heteroquinone derivatives with intermolecular hydrogen bonds and fabricated transistor devices to show that these semiconductor materials exhibit electron mobility of up to 0.12 cm 2 / Vs under vacuum conditions. Recently, a device in which triisopropylsilylethenyl group is introduced into such a heteroquinone derivative has been synthesized to exhibit an electron mobility of up to 3.3 cm 2 / Vs.
본 발명의 기술적 과제는 강한 전자 끌기 유닛에 의해 전자 주입에 유리한 안정화된 에너지 레벨을 갖고 다양한 분자 간 상호작용 및 알킬 사슬에 우수한 분자 간 패킹을 나타내는 새로운 n형 유기물 반도체 물질을 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to provide a new n-type organic semiconductor material having a stabilized energy level advantageous for electron injection by a strong electron attraction unit and exhibiting excellent intermolecular packing on various intermolecular interactions and alkyl chains.
본 발명의 다른 목적은 상기한 유기물 반도체 물질을 이용한 트랜지스터 소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a transistor device using the organic semiconductor material described above.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 유기물 반도체 물질을 이용한 트랜지스터 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a transistor device using the organic semiconductor material described above.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기물 반도체 물질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an organic semiconductor material having a structure of Formula 1 below.
화학식 1
상기 화학식 1에서 R1은 R1 in Formula 1 is
으로 이루어진 군으로부터 선택되며 서로 같거나 다를 수 있으며, n은 0 내지 24 범위의 정수를 나타내며, R2는 -CN 및 -H 로 이루어진 군으로부터 선택되며 서로 같거나 다를 수 있으며, R3는And n is an integer ranging from 0 to 24, R2 is selected from the group consisting of -CN and -H and may be the same or different, and R3 is
일실시예에 의하면, 상기 유기물 반도체 물질은 상기 화학식 1에서, R1은
상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 기판 상에 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스 및 드레인 전극; 및 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록 형성되며, 상기 화학식 1의 구조를 갖는 유기물 반도체 물질을 포함하는 유기 박막층을 포함하는 트랜지스터 소자를 제공한다.In order to achieve the above object another object of the present invention is a gate electrode formed on a substrate; A source and a drain electrode formed such that an insulating layer is positioned between the gate electrode and the gate electrode; And an organic thin film layer formed to connect the source and drain electrodes and including an organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1.
일 실시예에 의하면 상기 게이트 전극이 상기 소스 및 드레인 전극의 상부 또는 하부에 형성될 수 있다.In example embodiments, the gate electrode may be formed above or below the source and drain electrodes.
일 실시예에 의하면 상기 유기 박막층은 상기 소스 및 드레인 전극의 상부 또는 하부에 형성될 수 있다.In example embodiments, the organic thin film layer may be formed on or under the source and drain electrodes.
일 실시예에 의하면 상기 유기물 반도체 물질이 상기 화학식 1에서, R1은
일 실시예에 의하면 상기 절연층이 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS)층 및 헥사메틸디실라제인(hexamethyldisilazane; HMDS)층 중에서 어느 하나일 수 있다.In example embodiments, the insulating layer may be any one of an octadecyltrichlorosilane (OTS) layer and a hexamethyldisilazane (HMDS) layer.
일 실시예에 의하면 상기 유기물 반도체 물질은 1차원적 나노 구조체 또는 2차원적 나노 구조체의 형태로 증착될 수 있다.In example embodiments, the organic semiconductor material may be deposited in the form of a one-dimensional nanostructure or a two-dimensional nanostructure.
본 발명에서는 또한 소스 및 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록 형성되며, 상기 화학식 1의 구조를 갖는 유기물 반도체 물질을 포함하는 유기 박막층을 포함하는 반도체 구조물을 제공한다.The present invention also provides a semiconductor structure including an organic thin film layer formed to connect the source and drain electrodes and the source and drain electrodes, and including an organic semiconductor material having the structure of Chemical Formula 1.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 상부에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록, 상기 화학식 1의 구조를 갖는 유기물 반도체 물질을 포함하는 유기 박막층을 형성하는 단계를 포함하는 트랜지스터 소자의 제조방법을 제공한다.In accordance with another aspect of the present invention, a gate electrode is formed on a substrate. Forming an insulating layer on the gate electrode; Forming a source and a drain electrode on the insulating layer; And forming an organic thin film layer including an organic semiconductor material having the structure of
일 실시예에 의하면 상기 절연층의 상부에 상기 유기 박막층을 형성한 후, 상기 소스 및 드레인 전극을 형성할 수 있다.In example embodiments, the source and drain electrodes may be formed after the organic thin film layer is formed on the insulating layer.
일 실시예에 의하면 상기 절연층이 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS)층 및 헥사메틸디실라제인(hexamethyldisilazane; HMDS)층 중에서 어느 하나일 수 있다.In example embodiments, the insulating layer may be any one of an octadecyltrichlorosilane (OTS) layer and a hexamethyldisilazane (HMDS) layer.
일 실시예에 의하면 상기 절연층은 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.In example embodiments, the insulating layer may be formed using any one of a vacuum thermal deposition process, a spin coating process, a drop casting process, and an inkjet printing process.
일 실시예에 의하면 상기 유기물을 증착하는 단계는 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행할 수 있다.In some embodiments, the depositing of the organic material may be performed using any one of a vacuum thermal deposition process, a spin coating process, a drop casting process, and an inkjet printing process.
일 실시예에 의하면 상기 소스 및 드레인 전극을 형성시키는 단계는 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용할 수 있다.In example embodiments, the forming of the source and drain electrodes may use any one of a vacuum thermal deposition process, a spin coating process, a drop casting process, and an inkjet printing process.
일 실시예에 의하면 상기 유기물 반도체 물질은 1차원적 나노 구조체 또는 2차원적 나노 구조체의 형태로 증착될 수 있다.In example embodiments, the organic semiconductor material may be deposited in the form of a one-dimensional nanostructure or a two-dimensional nanostructure.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 기판 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록, 상기 화학식 1의 구조를 갖는 유기물 반도체 물질을 포함하는 유기 박막층을 형성하는 단계; 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층의 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 트랜지스터 소자의 제조방법을 제공한다. In accordance with another aspect of the present invention, a source and drain electrode is formed on a substrate; Forming an organic thin film layer including an organic semiconductor material having a structure of
일 실시예에 의하면 상기 절연층의 상부에 상기 유기 박막층을 형성한 후, 상기 소스 및 드레인 전극을 형성할 수 있다.In example embodiments, the source and drain electrodes may be formed after the organic thin film layer is formed on the insulating layer.
본 발명에 의하면 고체상태에서 다양한 기능성 유닛에 의해 자기 조립력 및 결정성이 우수한 스틸벤 구조를 갖는 유기물 반도체 물질들이 고성능의 유기 전계효과 트랜지스터 제작에 실질적으로 응용될 수 있다. 헥스-4-TFPTA(hex-4-TFPTA)과 헥스-3,5-TFPTA(hex-3,5-TFPTA)는 알킬 사슬의 도입으로 인해 인터디지테이션 효과(interdigitation effect)로 분자 간 오더링이 크게 개선되어 기판 온도 110℃의 고온에서도 물질이 승화되지 않고 안정한 상태에서 고성능의 전기적 특성을 나타낸다. 이러한 우수한 특성을 나타내는 물질 군들은 플렉서블 디스플레이 소자뿐만 아니라 우수한 특성을 갖는 p형 반도체 물질과 함께 p-n 정션이 사용되는 다양한 광전자 소자에 효과적으로 적용될 수 있다According to the present invention, organic semiconductor materials having a stilbene structure having excellent self-assembly and crystallinity by various functional units in a solid state may be substantially applied to fabrication of high performance organic field effect transistors. Hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA are highly interdigitation effects due to the interdigitation effect due to the introduction of alkyl chains. It improves and shows high performance electrical property in stable state without material sublimation even at high temperature of
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA의 화학 구조식을 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타난 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA의 합성 과정을 나타낸다.
도 3은 헥스-4-TFPTA과 헥스-3,5-TFPTA의 용액 상 그리고 박막 상에서의 자외선/가시광선 흡수 스펙트럼이다.
도 4a 내지 도 4d는 헥스-4-TFPTA과 헥스-3,5-TFPTA를 진공 열 증착하여 제작한 탑 컨택 구조의 유기 전계 효과 트랜지스터 소자로부터 측정한 아웃풋 커브(output curve) 및 트랜스퍼 커브(transfer curve)이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예들에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 나타난 탑 게이트-탑 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 나타난 탑 게이트-바텀 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 8에 나타난 바텀 게이트-탑 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다.
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11에 나타난 바텀 게이트-바텀 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13a 내지 도 13f는 기판 증착 온도에 따라 개선되는 전기적 특성에 대한 원인을 분석하기 위해 원자력 마이크로스코프(atomic force microscope; AFM)을 이용하여 다양한 기판 증착 온도에서 진공 열 증착법에 의해 형성된 박막들의 표면을 관찰한 결과이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA에 대한 GIXD 측정 결과를 나타낸다.Figure 1 shows the chemical structural formula of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the synthesis process of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA shown in FIG. 1.
FIG. 3 is ultraviolet / visible light absorption spectra of solution phase and thin film of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA.
4A to 4D illustrate an output curve and a transfer curve measured from an organic field effect transistor device having a top contact structure fabricated by vacuum thermal evaporation of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA. )to be.
5 is a cross-sectional view of a transistor device according to example embodiments.
6A through 6C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the top gate-top contact structure transistor device shown in FIG. 5 in order.
7 is a cross-sectional view of a transistor device according to another embodiment of the present invention.
8A through 8C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the top gate-bottom contact structure transistor device shown in FIG. 7 in order.
9 is a cross-sectional view of a transistor device according to still another embodiment of the present invention.
10A through 10C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the bottom gate-top contact structure transistor device shown in FIG. 8 in order.
11 is a cross-sectional view of a transistor device according to still another embodiment of the present invention.
12A through 12C are cross-sectional views for describing a method of manufacturing the bottom gate-bottom contact structure transistor device shown in FIG. 11 in order.
13A-13F illustrate the surfaces of thin films formed by vacuum thermal evaporation at various substrate deposition temperatures using an atomic force microscope (AFM) to analyze the cause for improved electrical properties with substrate deposition temperature. Observed.
14A and 14B show the results of GIXD measurement for hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA, respectively.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 n형 전기 특성을 가지는 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 트랜지스터 소자의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an organic semiconductor material having n-type electrical characteristics, a transistor device using the same, and a method of manufacturing the transistor device will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
전도성 고분자와 같은 긴 공액 구조를 갖는 다양한 형태의 유기물 단분자들은 비편재화 되는 파이 전자들에 의해 반도체 특성을 나타낸다. 아센(acene) 구조의 대표적인 반도체성 단분자인 펜타센의 경우 1 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 나타내며, 이외에도 티오펜(thiophene) 유도체 등 우수한 p형 반도체 물질 군들은 폭넓게 개발되어왔다. 반면 대표적인 n형 반도체 물질로는 나프탈렌(naphthalene), 퍼릴렌(perylene) 유도체들을 들 수 있으며 이외에는 대부분 우수한 p형 반도체 물질구조에 전자 수용 유닛을 치환시킨 형태로 연구되어 왔다. 대표적인 예로 p형 반도체로 잘 알려진 올리고티오펜(oligothiophene), 프탈로사이아닌(phthalocyanine), 그리고 펜타센 등의 단분자에 강한 전자 수용 유닛들을 치환시켜 우수한 n형 반도체 물질들이 합성되었다.Organic monomolecules of various types having a long conjugated structure such as conductive polymers exhibit semiconductor characteristics by delocalized pi electrons. Pentacene, a representative semiconducting molecule with an acene structure, exhibits a hole mobility of 1 cm 2 / Vs or more, and excellent p-type semiconductor material groups such as thiophene derivatives have been widely developed. On the other hand, typical n-type semiconductor materials include naphthalene and perylene derivatives, and most of them have been studied in which electron accepting units are substituted for excellent p-type semiconductor material structures. As a representative example, excellent n-type semiconductor materials have been synthesized by substituting strong electron accepting units such as oligothiophene, phthalocyanine, and pentacene, which are well known as p-type semiconductors.
본 발명은 강한 전자 끌기 유닛에 의해 전자 주입에 유리한 안정화된 에너지 레벨을 갖고 다양한 분자 간 상호작용 및 알킬 사슬에 우수한 분자 간 패킹을 나타내는 새로운 n형 전기 특성을 가지는 유기물 반도체 물질, 이를 이용한 트랜지스터 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an organic semiconductor material having a stabilized energy level favorable for electron injection by a strong electron attracting unit and a novel n-type electrical property exhibiting excellent intermolecular packing to various intermolecular interactions and alkyl chains, a transistor device using the same and The manufacturing method is related.
이는 특수한 기능성 유닛 및 알킬 사슬에 의해 우수한 자기 조립력, 높은 결정성 및 우수한 분자 패킹을 유도하여 고성능의 n형 트랜지스터 소자를 구현할 수 있다는 특성을 나타낸다. 이러한 특성을 갖는 반도체 물질들은 향후 플렉서블 디스플레이 제작에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 유기 태양 전지와 같은 p-n 정션을 요구하는 다양한 광전자 소자에 n형 반도체 물질로서 효과적으로 활용될 수 있으므로 그 산업적 가치는 매우 높다.This exhibits the characteristics that high performance n-type transistor devices can be realized by inducing excellent self-assembly, high crystallinity and good molecular packing by special functional units and alkyl chains. Since the semiconductor materials having such characteristics can be applied to manufacturing flexible displays in the future, their industrial value is very high because they can be effectively used as n-type semiconductor materials in various optoelectronic devices requiring p-n junctions such as organic solar cells.
본 발명에서 제시하고자 하는 것은, 다양한 전자 끌기 유닛 및 알킬 사슬을 포함하는 스틸벤 구조의 반도체성 화합물, 헥스-4-TFPTA과 헥스-3,5-TFPTA가 필름을 형성할 시 고 결정성의 강한 자기 조립력을 갖는 유기 박막이 형성되며, 이 화합물을 반도체 층으로 이용하면 고성능의 n형 유기 전계효과 트랜지스터소자 제작이 가능하다는 것이다. 또한 물질의 말단 치환기의 위치를 바꾸어 줌에 따라 박막에서 형성되는 1, 2차원적 나노 구조체의 형태 조절이 가능하다. In the present invention, it is suggested that a stilbene-structured semiconducting compound containing various electron attracting units and alkyl chains, hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA, form a highly crystalline strong magnetism when forming a film. An organic thin film having an assembling force is formed, and when the compound is used as a semiconductor layer, a high performance n-type organic field effect transistor device can be manufactured. In addition, by changing the position of the terminal substituents of the material it is possible to control the shape of the one- and two-dimensional nanostructures formed in the thin film.
본 발명의 일 실시예에서, 고성능의 n형 전기 특성을 나타내는 유기물 반도체 물질을 형성할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA의 화학 구조식을 나타낸다. 헥스-4-TFPTA 은 도 1에서 R에 p-(트리플루오로메틸)페닐(p-(trifluoromethyl)phenyl)이 치환된 화합물이고, 헥스-3,5-TFPTA는 도 1에서 R에 o,m-비스(트리플루오로메틸페닐)(o,m-bis(trifluoromethylphenyl))이 치환된 화합물이다. 화학식 1의 구조를 갖는 다양한 화합물이 우수한 특성을 나타내지만 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA는 우수한 분자 내 전하 트랜스퍼(charge transfer) 및 우수한 분자 간 패킹이 예상되므로 유기 전계 트랜지스터 소자로서의 적용할 때 특히 우수한 효과를 얻을 수 있다.In one embodiment of the present invention, it is possible to form an organic semiconductor material exhibiting high performance n-type electrical properties. Figure 1 shows the chemical structural formula of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA according to an embodiment of the present invention. Hex-4-TFPTA is a compound in which p- (trifluoromethyl) phenyl is substituted for R in FIG. 1, and hex-3,5-TFPTA is o, m for R in FIG. 1. -Bis (trifluoromethylphenyl) (o, m-bis (trifluoromethylphenyl)) is substituted compound. Although various compounds having the structure of
도 2는 도 1에 나타난 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA의 합성 과정을 나타낸다. 아래에서는 합성 과정의 각 중간체를 합성하는 방법에 대해 자세히 설명한다.FIG. 2 shows the synthesis process of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA shown in FIG. 1. The following describes in detail how to synthesize each intermediate in the synthesis process.
실시예Example 1 One
1,4-1,4- 비스(헥실옥시)벤젠Bis (hexyloxy) benzene (1) (One)
하이드로퀴논(10g, 90.8mmol)과 1-브로모헥산(39.0g, 236mmol), 포타슘카보네이트(37.7g, 273mmol)를 다이메틸폼아마이드 50mL 에 넣고 90℃에서 하룻밤 동안 교반하였다. 반응물을 공냉시킨 후 브라인에 붓고 다이클로로메탄으로 추출하였다. 용매는 감압하여 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제하였다. Hydroquinone (10 g, 90.8 mmol), 1-bromohexane (39.0 g, 236 mmol) and potassium carbonate (37.7 g, 273 mmol) were added to 50 mL of dimethylformamide and stirred at 90 ° C. overnight. The reaction was air cooled and poured into brine and extracted with dichloromethane. The solvent was removed under reduced pressure and purified via column chromatography.
(silicagel, EtOAc : n-hexane = 1 : 50) : 9.65g, 38.2% yield. 1H NMR(300 MHz, CDCl3) δ[ppm]: 6.82(s, 4H, ArH), 3.90(t, 4H, Alkyl), 1.75(m, 4H, Alkyl), 1.34(m, 8H, Alkyl), 0.90(t, 6H, Alkyl)(silicagel, EtOAc: n-hexane = 1: 50): 9.65 g, 38.2% yield. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 6.82 (s, 4H, ArH), 3.90 (t, 4H, Alkyl), 1.75 (m, 4H, Alkyl), 1.34 (m, 8H, Alkyl), 0.90 (t, 6H, Alkyl)
1,4-1,4- 비스Vis (( 브로모메틸Bromomethyl )-2,5-) -2,5- 비스(헥실옥시)벤젠Bis (hexyloxy) benzene (2) (2)
1,4-비스(헥실옥시)벤젠(9.65g, 34.7mmol)과 아세트산에 30%로 희석된 HBr(20mL, 5.1mol/L), 파라포름알데히드(5.20g, 173mmol)를 20mL의 아세트산에 넣고 70℃ 에서 4 시간 동안 교반하였다. 반응물을 공냉시킨 후 증류수에 붓고 탄산수소나트륨 수용액으로 중화하였다. 디클로로메탄으로 추출한 후, 용매를 감압하여 제거하고 헥산에서 침전하였다.1,4-bis (hexyloxy) benzene (9.65 g, 34.7 mmol) and HBr (20 mL, 5.1 mol / L) and paraformaldehyde (5.20 g, 173 mmol) diluted 30% in acetic acid were added to 20 mL of acetic acid. Put and stirred at 70 ℃ for 4 hours. The reaction was air cooled and poured into distilled water and neutralized with aqueous sodium hydrogen carbonate solution. After extraction with dichloromethane, the solvent was removed under reduced pressure and precipitated in hexane.
13.7g, 78.9% yield. 1H NMR(300 MHz, CDCl3) δ[ppm]: 6.85(s, 2H, ArH), 4.52(s, 4H, Alkyl), 3.98(t, 4H, Alkyl), 1.81(m, 4H, Alkyl), 1.50(m, 4H, Alkyl), 1.36(m, 8H, Alkyl), 0.91(t, 6H, Alkyl)13.7g, 78.9% yield. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 6.85 (s, 2H, ArH), 4.52 (s, 4H, Alkyl), 3.98 (t, 4H, Alkyl), 1.81 (m, 4H, Alkyl), 1.50 (m, 4H, Alkyl), 1.36 (m, 8H, Alkyl), 0.91 (t, 6H, Alkyl)
2,5-2,5- 비스(헥실옥시)테레프탈알데히드Bis (hexyloxy) terephthalaldehyde (3) (3)
1,4-비스(브로모메틸)-2,5-비스(헥실옥시)벤젠(2g, 4.31mmol) 과 소듐 바이카보네이트(5.43g, 64.6mmol)를 디메틸설폭사이드에 넣고 115℃ 에서 30분간 교반하였다. 반응물을 공냉시킨 후 포화 소금물에 붓고 디클로로메탄으로 추출하였다. 용매는 감압하여 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제하였다. 1,4-bis (bromomethyl) -2,5-bis (hexyloxy) benzene (2 g, 4.31 mmol) and sodium bicarbonate (5.43 g, 64.6 mmol) were added to dimethyl sulfoxide for 30 minutes at 115 ° C. Stirred. The reaction was air cooled and poured into saturated brine and extracted with dichloromethane. The solvent was removed under reduced pressure and purified via column chromatography.
(silicagel, dichloromethane : n-hexane = 2 : 1) : 0.610g, 42.3% yield. 1H NMR(300 MHz, CDCl3) δ[ppm]: 10.52(s, 2H, Formyl), 7.43(s, 2H, Ar-H), 4.09(t, 4H, Alkyl), 1.83(m, 4H, Alkyl), 1.48(m, 4H, Alkyl), 1.35(m, 8H, Alkyl), 0.91(t, 6H, Alkyl); EA anal. calcd for C20H30O4 : C, 71.82; H, 9.04; O, 19.14; found : C, 72.02; H, 8.93; O, 19.12(silicagel, dichloromethane: n-hexane = 2: 1): 0.610g, 42.3% yield. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 10.52 (s, 2H, Formyl), 7.43 (s, 2H, Ar-H), 4.09 (t, 4H, Alkyl), 1.83 (m, 4H, Alkyl ), 1.48 (m, 4H, Alkyl), 1.35 (m, 8H, Alkyl), 0.91 (t, 6H, Alkyl); EA anal. calcd for C 20 H 30 O 4 : C, 71.82; H, 9.04; 0, 19.14; found: C, 72.02; H, 8.93; O, 19.12
2-(5-2- (5- 브로모티오펜Bromothiophene -2-일)-2 days) 아세토니트릴Acetonitrile (4) (4)
2-(티오펜-2-일)아세토니트릴(2g, 16.2mmol) 과 N-브로모석시니미드(3.03g, 17.0mmol) 를 디메틸폼아미드 15mL에 넣고 상온에서 5시간 동안 교반하였다. 반응물을 공냉시킨 후 포화소금물에 붓고 디클로로메탄으로 추출하였다. 용매는 감압하여 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제하였다. 2- (thiophen-2-yl) acetonitrile (2 g, 16.2 mmol) and N-bromosuccinimide (3.03 g, 17.0 mmol) were added to 15 mL of dimethylformamide and stirred at room temperature for 5 hours. The reaction was air cooled, poured into saturated brine and extracted with dichloromethane. The solvent was removed under reduced pressure and purified via column chromatography.
(silicagel, EtOAc : n-hexane = 1 : 5) : 2.8g, 82.3% yield. 1H NMR(300 MHz, CDCl3) δ[ppm]: 6.96(d, 1H, Ar-H), 6.84(d, 1H, Ar-H), 3.84(s, 2H, Alkyl)(silicagel, EtOAc: n-hexane = 1: 5): 2.8 g, 82.3% yield. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 6.96 (d, 1H, Ar-H), 6.84 (d, 1H, Ar-H), 3.84 (s, 2H, Alkyl)
2-(5-(4-(2- (5- (4- ( 트리플루오로메틸Trifluoromethyl )) 페닐Phenyl )티오펜-2-일)Thiophen-2-yl) 아세토니트릴Acetonitrile (R=( (R = ( 트리플루오로메틸Trifluoromethyl )벤젠) (5-1)) Benzene) (5-1)
2-(5-브로모티오펜-2-일)아세토니트릴(1g, 4.95mmol)과 p-(트리플루오로메틸)페닐보로닉액시드(1.13g, 5.95mmol), 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0)(57.0mg, 0.049mmol) 를 테트라하이드로퓨란(15mL) 와 2노르말의 포타슘 카보네이트 수용액(5mL) 혼합용매에 넣고 마이크로웨이브 반응기 안에서 120℃ 에서 2시간 동안 반응하였다. 반응물을 공냉시킨 후 증류수에 붓고 디클로로메탄으로 추출하였다. 용매는 감압하여 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제한 후,(silicagel, EtOAc : n-hexane = 1 : 7) 다시 헥산에서 재침전하였다. 2- (5-bromothiophen-2-yl) acetonitrile (1 g, 4.95 mmol) and p- (trifluoromethyl) phenylboronic acid (1.13 g, 5.95 mmol), tetrakis (triphenyl phosphine Palladium (0) (57.0 mg, 0.049 mmol) was added to a mixed solvent of tetrahydrofuran (15 mL) and 2 normal aqueous potassium carbonate solution (5 mL) and reacted at 120 ° C. for 2 hours in a microwave reactor. The reaction was air cooled, poured into distilled water and extracted with dichloromethane. The solvent was removed under reduced pressure, purified through column chromatography (silicagel, EtOAc: n-hexane = 1: 7), and then re-precipitated in hexane.
1.06g, 80.1% yield. 1H NMR(300 MHz,(CD3)2SO) δ[ppm]: 7.87(d, 2H, Ar-H), 7.78(d, 2H, Ar-H), 7.59(d, 1H, Ar-H), 7.15(d, 1H, Ar-H), 4.35(s, 2H, Alkyl); EA anal. calcd for C13H8F3NS : C, 58.42; H, 3.02; N, 5.24; S, 12.00; found : C, 58.43; H, 3.00; N, 5.24; S, 12.11 1.06g, 80.1% yield. 1 H NMR (300 MHz, (CD 3 ) 2 SO) δ [ppm]: 7.87 (d, 2H, Ar-H), 7.78 (d, 2H, Ar-H), 7.59 (d, 1H, Ar-H) , 7.15 (d, 1H, Ar-H), 4.35 (s, 2H, Alkyl); EA anal. calcd for C 13 H 8 F 3 NS: C, 58.42; H, 3.02; N, 5.24; S, 12.00; found: C, 58.43; H, 3.00; N, 5.24; S, 12.11
(2E,2'E)-3,3'-(2,5-(2E, 2'E) -3,3 '-(2,5- 비스Vis (( 헥실옥시Hexyloxy )-1,4-) -1,4- 페닐렌Phenylene )) 비스Vis (2-(5-(4-((2- (5- (4- ( 트리플루오로메틸Trifluoromethyl )) 페닐Phenyl )티오펜-2-일)Thiophen-2-yl) 아크릴로니트릴Acrylonitrile ) () ( 헥스Hex -4--4- TFPTATFPTA ))
2,5-비스(헥실옥시)테레프탈알데히드(1.0g, 2.99mmol)와 2-(5-(4-(트리플루오로메틸)페닐)티오펜-2-일)(1.68g, 6.29mmol)를 t-부틸알콜(30mL)과 테트라하이드로퓨란(10mL) 혼합용매에 50℃에서 교반시킨다. 테트라부틸암모늄 히드록시드(TBAH, 1M, 메탄올에 희석)(0.63mL, 0.063mmol)를 적하한 후 30분간 더 교반한다. 반응물을 공냉시킨 후 감압여과하고 여과물을 메탄올로 세척한다. 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제한 후,(silicagel, THF) 다시 테트라하이드로퓨란에서 재결정하였다. 2,5-bis (hexyloxy) terephthalaldehyde (1.0 g, 2.99 mmol) and 2- (5- (4- (trifluoromethyl) phenyl) thiophen-2-yl) (1.68 g, 6.29 mmol) The mixture was stirred at 50 ° C. in a t -butyl alcohol (30 mL) and tetrahydrofuran (10 mL) mixed solvent. Tetrabutylammonium hydroxide (TBAH, 1M, diluted in methanol) (0.63 mL, 0.063 mmol) was added dropwise, followed by further stirring for 30 minutes. The reaction is air cooled, filtered under reduced pressure and the filtrate is washed with methanol. After purification via column chromatography (silicagel, THF) it was recrystallized again in tetrahydrofuran.
1.24g, 49.8% yield. 1H NMR(600 MHz, C2D2Cl4) δ[ppm]: 7.99(s, 2H, ArH), 7.96(s, 2H, Ar-H), 7.77(d, 4H, Vinyl), 7.73(d, 4H, Ar-H), 7.47(d, 2H, ArH), 7.42(d, 2H, Ar-H), 4.24(t, 4H, Alkyl), 1.97(m, 4H, Alkyl), 1.65(m, 4H, Alkyl), 1.49(m, 8H, Alkyl), 1.00(t, 6H, Alkyl); 13C NMR(150 MHz, C2D2Cl4) δ[ppm]: 151.9, 143.6, 140.5, 136.9, 133.6, 130.1(2JCF=33.56Hz), 127.9, 126.1, 125.9, 125.8, 125.3, 123.8(1JCF=271.1Hz), 116.4, 111.9, 106.2, 70.2, 31.3, 29.1, 25.6, 22.3, 13.5; MALDI-TOF(m/z): calcd for C48H40F12N2O2S2 : 832, found : 832; EA anal. calcd for C48H40F12N2O2S2 : C, 66.33; H, 5.08; N, 3.36; S, 7.70; found : C, 66.35; H, 5.08; N, 3.37; S, 7.641.24g, 49.8% yield. 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 ) δ [ppm]: 7.99 (s, 2H, ArH), 7.96 (s, 2H, Ar-H), 7.77 (d, 4H, Vinyl), 7.73 (d , 4H, Ar-H), 7.47 (d, 2H, ArH), 7.42 (d, 2H, Ar-H), 4.24 (t, 4H, Alkyl), 1.97 (m, 4H, Alkyl), 1.65 (m, 4H, Alkyl), 1.49 (m, 8H, Alkyl), 1.00 (t, 6H, Alkyl); 13 C NMR (150 MHz, C 2 D 2 Cl 4 ) δ [ppm]: 151.9, 143.6, 140.5, 136.9, 133.6, 130.1 (2JCF = 33.56 Hz), 127.9, 126.1, 125.9, 125.8, 125.3, 123.8 (1JCF = 271.1 Hz), 116.4, 111.9, 106.2, 70.2, 31.3, 29.1, 25.6, 22.3, 13.5; MALDI-TOF ( m / z ): calcd for C 48 H 40 F 12 N 2 O 2 S 2 : 832, found: 832; EA anal. calcd for C 48 H 40 F 12 N 2 O 2 S 2 : C, 66.33; H, 5.08; N, 3.36; S, 7.70; found: C, 66.35; H, 5.08; N, 3.37; S, 7.64
실시예Example 2 2
헥스-3,5-TFPTA 는 도 1에서 R에 o,m-비스(트리플루오로메틸페닐) (o,m-bistrifluoromethylphenyl)이 치환된 화합물로서, 상술한 헥스-4-TFPTA의 제조를 위한 합성과 거의 동일한 과정을 수행하여 합성하되, 2-(5-브로모티오펜-2-일)아세토니트릴에 p-(트리플루오로메틸)페닐보로닉액시드(1.13g, 5.95mmol) 대신 o,m-비스(트리플루오로메틸)페닐보로닉액시드(1.53g, 5.93mmol)를 넣고 마이크로웨이브 반응기 안에서 120℃, 2시간의 조건 대신 150℃, 30분의 조건을 사용한 점만 다르게 하였다. 따라서, 전 단계에 대한 설명은 생략하고 2-(5-브로모티오펜-2-일)아세토니트릴을 합성한 이후의 단계만 설명하기로 한다.Hex-3,5-TFPTA is a compound in which o, m-bis (trifluoromethylphenyl) (o, m-bistrifluoromethylphenyl) is substituted for R in FIG. 1, and is synthesized for the preparation of hex-4-TFPTA described above. Synthesis was carried out in almost the same manner, except that o, m- was substituted for p- (trifluoromethyl) phenylboronic acid (1.13 g, 5.95 mmol) in 2- (5-bromothiophen-2-yl) acetonitrile. Bis (trifluoromethyl) phenylboronic acid (1.53 g, 5.93 mmol) was added thereto, and only the point of using 150 ° C. for 30 minutes instead of 120 ° C. for 2 hours in the microwave reactor was changed. Therefore, the description of the previous step will be omitted and only the step after the synthesis of 2- (5-bromothiophen-2-yl) acetonitrile will be described.
2-(5-(o,m-2- (5- (o, m- 비스(트리플루오로메틸)페닐Bis (trifluoromethyl) phenyl )티오펜-2-일)Thiophen-2-yl) 아세토니트릴Acetonitrile (R=1,3-비스( (R = 1,3-bis ( 트라이플루오로메틸벤젠Trifluoromethylbenzene )) (5-2))) (5-2)
2-(5-브로모티오펜-2-일)아세토니트릴(1g, 4.95mmol) 과 o,m-비스(트리플루오로메틸)페닐보로닉액시드(1.53g, 5.93mmol), 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0)(57.0mg, 0.049mmol) 를 테트라하이드로퓨란(15mL) 와 2노르말의 포타슘 카보네이트 수용액(5mL) 혼합용매에 넣고 마이크로웨이브 반응기 안에서 150℃ 에서 30분 동안 반응하였다. 반응물을 공냉시킨 후 증류수에 붓고 디클로로메탄으로 추출하였다. 용매는 감압하여 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제한 후,(silicagel, EtOAc : n-hexane = 1 : 7) 다시 헥산에서 재침전하였다. 2- (5-bromothiophen-2-yl) acetonitrile (1 g, 4.95 mmol) and o, m-bis (trifluoromethyl) phenylboronic acid (1.53 g, 5.93 mmol), tetrakis (tri Phenyl phosphine) palladium (0) (57.0 mg, 0.049 mmol) was added to a mixed solvent of tetrahydrofuran (15 mL) and 2 normal potassium carbonate solution (5 mL) and reacted at 150 ° C. for 30 minutes in a microwave reactor. The reaction was air cooled, poured into distilled water and extracted with dichloromethane. The solvent was removed under reduced pressure, purified through column chromatography (silicagel, EtOAc: n-hexane = 1: 7), and then re-precipitated in hexane.
1.16g, 70.0% yield. 1H NMR(300 MHz, CDCl3) δ[ppm]: 7.95(s, 2H, Ar-H), 7.80(s, 1H, Ar-H), 7.33(d, 1H, Ar-H), 7.12(d, 1H, Ar-H) 3.96(s, 2H, Alkyl); EA anal. calcd for C14H7F6NS : C, 50.15; H, 2.10; F, 34.00; N, 4.18; S, 9.56; found : C, 50.13; H, 1.98; N, 4.14; S, 9.681.16g, 70.0% yield. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 7.95 (s, 2H, Ar-H), 7.80 (s, 1H, Ar-H), 7.33 (d, 1H, Ar-H), 7.12 (d , 1H, Ar-H) 3.96 (s, 2H, Alkyl); EA anal. calcd for C 14 H 7 F 6 NS: C, 50.15; H, 2.10; F, 34.00; N, 4.18; S, 9.56; found: C, 50.13; H, 1.98; N, 4.14; S, 9.68
(2E,2'E)-3,3'-(2,5-(2E, 2'E) -3,3 '-(2,5- 비스Vis (( 헥실옥시Hexyloxy )-1,4-) -1,4- 페닐렌Phenylene )) 비스Vis (2-(5-(o,m-비스((2- (5- (o, m-bis ( 트리플루오로메틸Trifluoromethyl )) 페닐Phenyl )티오펜-2-일)Thiophen-2-yl) 아크릴로니트릴Acrylonitrile ) () ( 헥스Hex -3,5--3,5- TFPTATFPTA ))
2,5-비스(헥실옥시)테레프탈알데히드(0.590g, 1.76mmol) 와 2-(5-(o,m-비스(트리플루오로메틸)페닐)티오펜-2-일)아세토니트릴(1.20g, 3.70mmol) 를 t-부틸알콜(30mL)과 테트라하이드로퓨란(10mL) 혼합용매에 50℃에서 교반시킨다. 테트라부틸암모늄 히드록시드(TBAH, 1M, 메탄올에 희석)(0.34mL, 0.336mmol) 를 적하한 후 30분간 더 교반한다. 반응물을 공냉시킨 후 감압여과하고 여과물을 메탄올로 세척한다. 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제한 후,(silicagel, THF) 다시 테트라하이드로퓨란에서 재결정하였다. 2,5-bis (hexyloxy) terephthalaldehyde (0.590 g, 1.76 mmol) and 2- (5- (o, m-bis (trifluoromethyl) phenyl) thiophen-2-yl) acetonitrile (1.20 g, 3.70 mmol) are stirred in a mixed solvent of t -butyl alcohol (30 mL) and tetrahydrofuran (10 mL) at 50 ° C. Tetrabutylammonium hydroxide (TBAH, 1M, diluted in methanol) (0.34 mL, 0.336 mmol) was added dropwise, followed by further stirring for 30 minutes. The reaction is air cooled, filtered under reduced pressure and the filtrate is washed with methanol. After purification via column chromatography (silicagel, THF) it was recrystallized again in tetrahydrofuran.
0.60g, 35.1% yield. 1H NMR(600 MHz, C2D2Cl4) δ[ppm]: 8.07(s, 4H, ArH), 8.02(s, 2H, Ar-H), 7.96(s, 2H, Vinyl), 7.89(s, 2H, Ar-H), 7.50(d, 2H, ArH), 7.47(d, 2H, Ar-H), 4.25(t, 4H, Alkyl), 1.97(m, 4H, Alkyl), 1.65(m, 4H, Alkyl), 1.48(m, 8H, Alkyl), 1.00(t, 6H, Alkyl); 13C NMR(150 MHz, C2D2Cl4) δ[ppm]: 152.0, 141.5, 141.4, 135.7, 134.2, 132.7(2JCF=33.32Hz), 127.9, 126.1, 126.1, 125.5, 122.9(1JCF=271.3Hz), 121.2, 116.3, 111.9, 106.0, 70.2, 31.3, 29.1, 25.6, 22.2, 13.4; MALDI-TOF(m/z): calcd for C48H40F12N2O2S2 : 968, found : 968; EA anal. calcd for C48H40F12N2O2S2 : C, 59.50; H, 4.16; N, 2.89; S, 6.62; found : C, 58.84; H, 4.02; N, 2.84; S, 6.70.60g, 35.1% yield. 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 ) δ [ppm]: 8.07 (s, 4H, ArH), 8.02 (s, 2H, Ar-H), 7.96 (s, 2H, Vinyl), 7.89 (s , 2H, Ar-H), 7.50 (d, 2H, ArH), 7.47 (d, 2H, Ar-H), 4.25 (t, 4H, Alkyl), 1.97 (m, 4H, Alkyl), 1.65 (m, 4H, Alkyl), 1.48 (m, 8H, Alkyl), 1.00 (t, 6H, Alkyl); 13 C NMR (150 MHz, C 2 D 2 Cl 4 ) δ [ppm]: 152.0, 141.5, 141.4, 135.7, 134.2, 132.7 (2JCF = 33.32 Hz), 127.9, 126.1, 126.1, 125.5, 122.9 (1JCF = 271.3 Hz ), 121.2, 116.3, 111.9, 106.0, 70.2, 31.3, 29.1, 25.6, 22.2, 13.4; MALDI-TOF ( m / z ): calcd for C 48 H 40 F 12 N 2 O 2 S 2 : 968, found: 968; EA anal. calcd for C 48 H 40 F 12 N 2 O 2 S 2 : C, 59.50; H, 4. 16; N, 2.89; S, 6.62; found: C, 58.84; H, 4.02; N, 2.84; S, 6.7
도 3은 헥스-4-TFPTA과 헥스-3,5-TFPTA의 용액 상 그리고 박막 상에서의 자외선/가시광선 흡수 스펙트럼이다. FIG. 3 is ultraviolet / visible light absorption spectra of solution phase and thin film of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA.
도 3을 참고하면, 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 두 물질은 박막 형성 시 강한 분자간 상호작용에 의한 우수한 자기 조립력으로 인해 우수한 분자 간 정렬이 이루어지고 그 결과 박막의 자외선/가시광선 스펙트럼에서 장파장 쪽에서 새로운 흡수 밴드들이 형성됨을 알 수 있다. 도 3의 그래프 a는 헥스-4-TFPTA이 솔루션 상태인 경우의 자외선/가시광선 스펙트럼이고, 그래프 b는 헥스-3,5-TFPTA가 솔루션 상태인 경우의 자외선/가시광선 스펙트럼이다. 도 3의 그래프 c는 헥스-4-TFPTA이 박막 상태인 경우의 자외선/가시광선 스펙트럼이고, 그래프 d는 헥스-3,5-TFPTA가 박막 상태인 경우의 자외선/가시광선 스펙트럼을 나타낸다.Referring to Figure 3, hex-4-TFPTA, hex-3,5-TFPTA the two materials are excellent intermolecular alignment due to the excellent self-assembly by the strong intermolecular interaction when forming the thin film and as a result the UV / It can be seen that new absorption bands are formed on the long wavelength side of the visible spectrum. 3 is a ultraviolet / visible spectrum when hex-4-TFPTA is in solution, and a graph b is an ultraviolet / visible spectrum when hex-3,5-TFPTA is in solution. Graph c of FIG. 3 shows ultraviolet / visible spectrum when hex-4-TFPTA is in a thin film state, and graph d shows ultraviolet / visible spectrum when hex-3,5-TFPTA is in a thin film state.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상술한 헥스-4-TFPTA과 헥스-3,5-TFPTA를 포함하는 유기 전계 효과 트랜지스터 소자에 대해 설명한다.In another embodiment of the present invention, an organic field effect transistor device including the above-described hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA will be described.
도 4a 내지 도 4d는 헥스-4-TFPTA과 헥스-3,5-TFPTA를 진공 열 증착하여 제작한 탑 컨택 구조의 유기 전계 효과 트랜지스터 소자로부터 측정한 아웃풋 커브(output curve) 및 트랜스퍼 커브(transfer curve)이다. VDS는 소스-드레인 전극 간 전압(source-drain voltage)을, IDS는 소스-드레인 전극 간 전류(source-drain current)를, VG는 게이트 전극 전압(gate voltage)을 나타낸다. W는 채널 폭(channel width)을, L은 채널 길이(channel length)를 나타낸다. 4A to 4D illustrate an output curve and a transfer curve measured from an organic field effect transistor device having a top contact structure fabricated by vacuum thermal evaporation of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA. )to be. V DS denotes a source-drain voltage, I DS denotes a source-drain current, and V G denotes a gate electrode voltage. W denotes a channel width and L denotes a channel length.
도 4a는 헥스-4-TFPTA의 아웃풋 커브를, 도 4b는 헥스-4-TFPTA의 트랜스퍼 커브를 나타내고, 도 4c는 헥스-3,5-TFPTA의 아웃풋 커브를, 도 4d는 헥실-DSC2의 트랜스퍼 커브를 나타낸다. 도 4a 내지 도 4d의 아웃풋/트랜스퍼 커브들로부터 두 물질 모두 전계효과(field-effect)의 조절을 통해 드레인 전류(drain current) 조절이 가능한 우수한 n형 반도체임을 확인할 수 있다. 4A shows the output curve of hex-4-TFPTA, FIG. 4B shows the transfer curve of hex-4-TFPTA, FIG. 4C shows the output curve of hex-3,5-TFPTA, and FIG. 4D shows the transfer curve of hexyl-DSC2. Represents a curve. It can be seen from the output / transfer curves of FIGS. 4A to 4D that both materials are excellent n-type semiconductors capable of controlling drain current by adjusting field-effects.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 상술한 유기물 반도체 물질을 사용하여 제조되는 유기 박막층을 포함하는 반도체 구조물 및 이를 포함하는 트랜지스터 소자를 제공한다. 유기 박막층은 소스 및 드레인 전극간에 채널로서의 역할을 할 수 있도록 이들을 연결시키는 구조를 갖도록 형성되며, 형성되는 위치, 형태 등에는 특별한 제한이 없다. 따라서, 유기 박막층은 소스 및 드레인 전극의 상부, 하부 어느 곳에든지 형성할 수 있다. 상기 유기 박막층은 소스 및 드레인 전극의 형성 전 또는 형성 후를 포함하여 어느 단계에서든지 형성가능하다. Another embodiment of the present invention provides a semiconductor structure including an organic thin film layer manufactured using the organic semiconductor material described above, and a transistor device including the same. The organic thin film layer is formed to have a structure for connecting them so as to act as a channel between the source and drain electrodes, and there is no particular limitation on the position, shape, and the like. Therefore, the organic thin film layer may be formed anywhere on the top and bottom of the source and drain electrodes. The organic thin film layer may be formed at any stage, including before or after the formation of the source and drain electrodes.
상기 유기 박막층 및 소스 및 드레인 전극을 포함하는 반도체 구조물을 포함하는 다양한 소자를 제조할 수 있는데 대표적으로는, 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자를 제조할 수 있는 것이다. 상기 소스 및 드레인 전극과 절연층을 사이에 두고 제공되는 게이트 전극은 소자의 형태에 따라 상기 소스 및 드레인 전극의 상부, 하부 어느 곳에든지 형성할 수 있다. 따라서, 상기 게이트 전극 또한 소스 및 드레인 전극의 형성전 또는 형성후를 포함하여 어느 단계에서든지 형성 가능하다. 이하, 유기 박막층을 포함하여 각 구성 요소를 다양한 단계에서 형성한 몇 가지 예를 상세히 설명하기로 한다. Various devices including a semiconductor structure including the organic thin film layer and a source and a drain electrode may be manufactured. Typically, a transistor device including a gate electrode may be manufactured. The gate electrode provided with the source and drain electrodes and the insulating layer interposed therebetween may be formed anywhere on the top and bottom of the source and drain electrodes. Thus, the gate electrode can also be formed at any stage, including before or after the formation of the source and drain electrodes. Hereinafter, some examples of forming each component at various stages including the organic thin film layer will be described in detail.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다. 도 5는 탑 게이트-탑 컨택 구조의 트랜지스터 소자를 나타낸다. 상기 트랜지스터 소자는 기판(110), 유기 박막층(120), 소스/드레인 전극(130, 140), 절연층(150) 및 게이트 전극(160)을 포함하여 이루어진다. 금속과 반도체 간의 높은 저항으로 인해 바텀 컨택 구조로 형성된 트랜지스터 소자는 탑 컨택 구조로 형성된 경우에 비해 낮은 전기적 특성을 나타낸다.5 is a cross-sectional view of a transistor device according to an exemplary embodiment of the present invention. 5 shows a transistor device of a top gate-top contact structure. The transistor device includes a
기판(110)은 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 복합체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 유기물로는 예컨대 폴리에틸렌타프탈레이트(polyethylene naphtnalate; PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET), 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨(poly norbornene), 폴리에테르설폰(polyethersulfone; PES) 등의 플라스틱을 들 수 있으며, 상기 무기물로는 예컨대 유리, 금속, 또는 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 기판은 바람직하게는 실리콘 다이옥사이드가 성장된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 다이옥사이드의 두께는 약 300㎚일 수 있다.The
유기 박막층(120)은 상술한 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등과 같은 유기물 반도체 물질을 사용하여 제조된다. 상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA등과 같은 유기물 반도체 물질을 절연층 상에 유기 박막층으로서 증착하면 파티클 형 나노 구조체 또는 선형 나노 구조체의 형태로 증착될 수 있다. 여기서 파티클 형 나노 구조체를 1차원적 나노 구조체, 선형 나노 구조체를 2차원적 나노 구조체로 칭한다. 이렇게 상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등과 같은 유기물 반도체 물질이 1차원, 2차원적인 나노 구조체 형태로 증착됨에 따라 자기 조립력이 더욱 우수한 반도체 층을 형성할 수 있게 된다. 유기 박막층(120)은 강한 전자 끌기 유닛에 의해 전자 주입에 유리하고 안정화된 에너지 레벨을 갖는 물질층으로 형성되기 때문에 고성능의 전기적 특성을 나타내는 소자의 제조가 가능하게 된다.The organic
유기 박막층(120)의 상부에는 소스/드레인 전극(130, 140)이 형성되어 있다. 상기 소스/드레인 전극은 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 탄탈룸(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 니오비움(Nb) 등의 금속이나 상기 금속들의 합금을 사용하여 제조하거나 도핑 된 반도체를 사용하여 제조할 수도 있다. 또한 ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조할 수도 있다.Source /
절연층(150)은 우수한 자기 조립력에 의해 하나의 분자 층을 형성하며 이는 절연 효과 뿐 아니라 반도체 층의 분자 성장을 돕는 역할을 할 수 있다. 이러한 절연층(150)은 OTS(octadecyltrichlorosilane)층으로 형성할 수도 있으며 자기 조립력에 의해 단층의 절연막을 형성하는 물질인 헥사메틸디실라제인(hexamethyldisilazane; HMDS) 층으로 형성할 수도 있다. The insulating
게이트 전극(160)은 먼저 도전막을 형성한 후 상기 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 형성된다. 상기 도전막은 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 티타늄, 백금, 탄탈룸 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성될 수도 있다.The
이하, 이러한 유기 박막층을 포함하는 유기 전계 효과 트랜지스터 소자의 제작 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of fabricating an organic field effect transistor device including such an organic thin film layer will be described.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 나타난 탑 게이트-탑 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다.6A through 6C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the top gate-top contact structure transistor device shown in FIG. 5 in order.
도 6a를 참조하면, 기판(110) 위에 유기 박막층(120)을 증착한다. 상기 기판(110)은 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 복합체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 유기물로는 예컨대 폴리에틸렌타프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨, 폴리에테르설폰 등의 플라스틱을 들 수 있으며, 상기 무기물로는 예컨대 유리, 금속, 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 기판은 바람직하게는 실리콘 다이옥사이드가 성장된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 다이옥사이드의 두께는 약 300㎚일 수 있다. Referring to FIG. 6A, an organic
유기 박막층(120)의 증착은 마스크를 사용하여 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용해 수행될 수 있다. 상기 유기 박막층(120)의 증착은 실온~110℃의 온도 범위, 예컨대, 실온, 50℃, 70℃, 90℃ 및 110℃의 온도 하에서 수행될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 유기 박막층(120)의 두께는 소자로서의 기능을 수행할 수 있는 정도의 두께이면 특별히 제한적이지 않으며 예컨대, 약 50㎚일 수 있다. The deposition of the organic
헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질을 유기 박막층(120)으로서 증착하면 파티클 형 나노 구조체 또는 선형 나노 구조체의 형태로 증착될 수 있다. 여기서 파티클 형 나노 구조체를 1차원적 나노 구조체, 선형 나노 구조체를 2차원적 나노 구조체로 칭한다. 이렇게 상기 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA가 1차원, 2차원적인 나노 구조체 형태로 증착됨에 따라 자기 조립력이 더욱 우수한 반도체 층을 형성할 수 있게 된다. When the organic semiconductor material including hex-4-TFPTA, hex-3,5-TFPTA, or the like is deposited as the organic
도 6b를 참조하면, 유기 박막층(120)을 형성한 후, 그 상부에 마스크를 이용해 도전성 물질을 증착하여 소스 전극(130), 드레인 전극(140)을 형성시킬 수 있다. 상기 소스/드레인 전극(130, 140)은 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 탄탈룸(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 니오비움(Nb) 등의 금속을 사용하여 제조하거나 상기 금속들의 합금을 포함하거나 도핑 된 반도체 또는 ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조할 수 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(130, 140)은 두께 약 50㎚, 채널 길이 약 30 내지 50㎛, 채널 폭 약 1㎜일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 6B, after forming the organic
도 6c를 참조하면, 상기 노출된 유기 박막층(120) 및 소스/드레인 전극(130, 140)의 상부에 절연층(150)을 형성할 수 있다. 절연층(150)은 우수한 자기 조립력에 의해 하나의 분자 층을 형성하며 이는 절연 효과 뿐 아니라 반도체 층의 분자 성장을 돕는 역할을 할 수 있다. 절연층(150)은 OTS 층으로 형성할 수 있으며 그 외에도 자기 조립력에 의해 단층의 절연막을 형성하는 물질인 헥사메틸디실라제인 층으로 형성할 수도 있다. 상기 절연층의 증착은 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다. Referring to FIG. 6C, an insulating
다시 도 5를 참고하면, 상기 절연층(150)을 형성한 이후, 게이트 전극(160)을 형성하여 도 5의 트랜지스터 소자 구조를 완성한다. 상기 게이트 전극은 먼저 도전막을 형성한 후 상기 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 형성된다. 상기 도전막은 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 티타늄, 백금, 탄탈룸 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5 again, after the insulating
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다. 도 7은 탑 게이트-바텀 컨택 구조의 트랜지스터 소자를 나타낸다. 상기 트랜지스터 소자는 기판(210), 소스/드레인 전극(220, 230), 유기 박막층(240), 절연층(250) 및 게이트 전극(260)을 포함하여 이루어진다. 금속과 반도체 간의 높은 저항으로 인해 바텀 컨택 구조로 형성된 트랜지스터 소자는 탑 컨택 구조로 형성된 경우에 비해 낮은 전기적 특성을 나타낸다. 상기 기판(210), 소스/드레인 전극(220, 230), 유기 박막층(240), 절연층(250) 및 게이트 전극(260)의 성질은 도 5에서 설명한 기판(110), 유기 박막층(120), 소스/드레인 전극(130, 140), 절연층(150) 및 게이트 전극(160)의 성질과 같으므로 생략한다.7 is a cross-sectional view of a transistor device according to another embodiment of the present invention. 7 illustrates a transistor device of a top gate-bottom contact structure. The transistor device includes a
이하, 이러한 유기 박막층을 포함하는 유기 전계 효과 트랜지스터 소자의 제작 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of fabricating an organic field effect transistor device including such an organic thin film layer will be described.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 나타난 탑 게이트-바텀 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다. 8A through 8C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the top gate-bottom contact structure transistor device shown in FIG. 7 in order.
도 8a를 참조하면, 기판(210) 위에 소스/드레인 전극(220, 230)을 증착한다. 상기 기판은 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 복합체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 유기물로는 예컨대 폴리에틸렌타프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨, 폴리에테르설폰 등의 플라스틱을 들 수 있으며, 상기 무기물로는 예컨대 유리, 금속, 또는 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 기판은 바람직하게는 실리콘 다이옥사이드가 성장된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 다이옥사이드의 두께는 약 300㎚일 수 있다. Referring to FIG. 8A, source /
소스/드레인 전극(220, 230)은 마스크를 이용해 도전성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 상기 소스/드레인 전극은 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 탄탈룸(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 니오비움(Nb) 등의 금속이나 상기 금속들의 합금을 사용하여 제조하거나 도핑 된 반도체를 사용하여 제조할 수도 있다. 또한 ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조할 수도 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(220, 230)은 두께 약 50㎚, 채널 길이 약 30 내지 50㎛, 채널 폭 약 1㎜일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The source /
도 8b를 참조하면, 상기 노출된 기판 및 소스/드레인 전극(220, 230) 상에 유기 박막층(240)을 형성한다. 유기 박막층(240)의 증착은 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용해 수행될 수 있다. 상기 유기 박막층(240)의 증착은 실온~110℃의 온도 범위, 예컨대, 실온, 50℃, 70℃, 90℃ 및 110℃의 온도 하에서 수행될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 유기 박막층(240)의 두께는 소자로서의 기능을 수행할 수 있는 정도의 두께이면 특별히 제한적이지 않으며 예컨대, 약 50㎚일 수 있다. Referring to FIG. 8B, an organic
상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질을 유기 박막층(240)으로서 증착하면 파티클 형 나노 구조체 또는 선형 나노 구조체의 형태로 증착될 수 있다. 여기서 파티클 형 나노 구조체를 1차원적 나노 구조체, 선형 나노 구조체를 2차원적 나노 구조체로 칭한다. 이렇게 상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질이 1차원, 2차원적인 나노 구조체 형태로 증착됨에 따라 자기 조립력이 더욱 우수한 반도체 층을 형성할 수 있게 된다. When the organic semiconductor material including the hex-4-TFPTA, hex-3,5-TFPTA, etc. is deposited as the organic
도 8c를 참조하면, 상기 유기 박막층(240)의 상부에 절연층(250)을 형성할 수 있다. 절연층(250)은 우수한 자기 조립력에 의해 하나의 분자 층을 형성하며 이는 절연 효과 뿐 아니라 반도체 층의 분자 성장을 돕는 역할을 할 수 있다. 절연층(250)은 OTS 층으로 형성할 수 있으며 그 외에도 자기 조립력에 의해 단층의 절연막을 형성하는 물질인 헥사메틸디실라제인 층을 형성할 수도 있다. 상기 절연층(250)의 증착은 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다. Referring to FIG. 8C, an insulating
다시 도 7을 참고하면, 상기 절연층(250)을 형성한 이후, 게이트 전극(260)을 형성하여 도 7의 트랜지스터 소자 구조를 완성한다. 상기 게이트 전극은 먼저 도전막을 형성한 후 상기 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 형성된다. 상기 도전막은 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 티타늄, 백금, 탄탈룸 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7 again, after the insulating
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다. 도 9는 바텀 게이트-탑 컨택 구조의 트랜지스터 소자를 나타낸다. 상기 트랜지스터 소자는 기판(310), 게이트 전극(320), 절연층(330), 유기 박막층(340) 및 소스/드레인 전극(350, 360)을 포함하여 이루어진다. 금속과 반도체 간의 높은 저항으로 인해 바텀 컨택 구조로 형성된 트랜지스터 소자는 탑 컨택 구조로 형성된 경우에 비해 낮은 전기적 특성을 나타낸다. 상기 기판(310), 게이트 전극(320), 절연층(330), 유기 박막층(340) 및 소스/드레인 전극(350, 360)의 성질은 도 5에서 설명한 기판(110), 유기 박막층(120), 소스/드레인 전극(130, 140), 절연층(150) 및 게이트 전극(160)의 성질과 같으므로 생략한다.9 is a cross-sectional view of a transistor device according to still another embodiment of the present invention. 9 illustrates a transistor device of a bottom gate-top contact structure. The transistor device includes a
이하, 이러한 유기 박막층을 포함하는 유기 전계 효과 트랜지스터 소자의 제작 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of fabricating an organic field effect transistor device including such an organic thin film layer will be described.
도 10a 내지 도 10c는 도 9에 나타난 바텀 게이트-탑 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다.10A through 10C are cross-sectional views for describing a method of manufacturing the bottom gate-top contact structure transistor device shown in FIG. 9 in order.
도 10a를 참조하면, 기판(310) 위에 게이트 전극(320)을 형성한다. 상기 기판(310)은 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 복합체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 유기물로는 예컨대 폴리에틸렌타프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨, 폴리에테르설폰 등의 플라스틱을 들 수 있으며, 상기 무기물로는 예컨대 유리, 금속, 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 기판은 바람직하게는 실리콘 다이옥사이드가 성장된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 다이옥사이드의 두께는 약 300㎚일 수 있다. Referring to FIG. 10A, a
게이트 전극(320)은 먼저 도전막을 형성한 후 상기 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 형성된다. 상기 도전막은 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 티타늄, 백금, 탄탈룸 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성될 수 있다.The
도 10b를 참고하면, 상기 기판(310) 상에 상기 게이트 전극(320)을 덮으며 절연층(330)을 형성한다. 절연층(330)은 우수한 자기 조립력에 의해 하나의 분자 층을 형성하며 이는 절연 효과 뿐 아니라 반도체 층의 분자 성장을 돕는 역할을 할 수 있다. 절연층(330)은 OTS 층으로 형성할 수 있으며 그 외에도 자기 조립력에 의해 단층의 절연막을 형성하는 물질인 헥사메틸디실라제인 층을 형성할 수도 있다. 상기 절연층(330)의 증착은 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다.Referring to FIG. 10B, an insulating
도 10c를 참고하면, 상기 절연층(330) 상에 유기 박막층(340)을 형성한다. 유기 박막층(340)의 증착은 마스크를 사용하여 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용해 수행될 수 있다. 상기 유기 박막층(340)의 증착은 실온~110℃의 온도 범위, 예컨대, 실온, 50℃, 70℃, 90℃ 및 110℃의 온도 하에서 수행될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 유기 박막층(340)의 두께는 소자로서의 기능을 수행할 수 있는 정도의 두께이면 특별히 제한적이지 않으며 예컨대, 약 50㎚일 수 있다. Referring to FIG. 10C, an organic
상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질을 유기 박막층(340)으로서 증착하면 파티클 형 나노 구조체 또는 선형 나노 구조체의 형태로 증착될 수 있다. 여기서 파티클 형 나노 구조체를 1차원적 나노 구조체, 선형 나노 구조체를 2차원적 나노 구조체로 칭한다. 이렇게 상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질이 1차원, 2차원적인 나노 구조체 형태로 증착됨에 따라 자기 조립력이 더욱 우수한 반도체 층을 형성할 수 있게 된다. When the organic semiconductor material including the hex-4-TFPTA, hex-3,5-TFPTA, or the like is deposited as the organic
다시 도 9를 참고하면, 상기 유기 박막층(340) 상에 소스/드레인 전극(350, 360)을 증착함으로써 도 9의 트랜지스터 소자가 완성된다. 소스/드레인 전극(350, 360)은 마스크를 이용해 도전성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 상기 소스/드레인 전극은 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 탄탈룸(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 니오비움(Nb) 등의 금속이나 상기 금속들의 합금을 사용하여 제조하거나 도핑 된 반도체를 사용하여 제조할 수도 있다. 또한 ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조할 수도 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(350, 360)은 두께 약 50㎚, 채널 길이 약 30 내지 50㎛, 채널 폭 약 1㎜일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Referring back to FIG. 9, the transistor device of FIG. 9 is completed by depositing source /
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜지스터 소자에 대한 단면도이다. 도 11은 바텀 게이트-바텀 컨택 구조의 트랜지스터 소자를 나타낸다. 상기 트랜지스터 소자는 기판(410), 게이트 전극(420), 절연층(430), 소스/드레인 전극(440, 450) 및 유기 박막층(460)을 포함하여 이루어진다. 금속과 반도체 간의 높은 저항으로 인해 바텀 컨택 구조로 형성된 트랜지스터 소자는 탑 컨택 구조로 형성된 경우에 비해 낮은 전기적 특성을 나타낸다. 상기 기판(410), 게이트 전극(420), 절연층(430), 소스/드레인 전극(440, 450) 및 유기 박막층(460)의 성질은 도 5에서 설명한 기판(110), 유기 박막층(120), 소스/드레인 전극(130, 140), 절연층(150) 및 게이트 전극(160)의 성질과 같으므로 생략한다.11 is a cross-sectional view of a transistor device according to still another embodiment of the present invention. 11 illustrates a transistor device having a bottom gate-bottom contact structure. The transistor device includes a
이하, 이러한 유기 박막층을 포함하는 유기 전계 효과 트랜지스터 소자의 제작 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of fabricating an organic field effect transistor device including such an organic thin film layer will be described.
도 12a 내지 도 12c는 도 11에 나타난 바텀 게이트-바텀 컨택 구조 트랜지스터 소자의 제조 방법을 순서에 따라 설명하기 위한 단면도들이다.12A through 12C are cross-sectional views for describing a method of manufacturing the bottom gate-bottom contact structure transistor device shown in FIG. 11 in order.
도 12a를 참조하면, 기판(410) 위에 게이트 전극(420)을 형성한다. 상기 기판(410)은 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 복합체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 유기물로는 예컨대 폴리에틸렌타프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨, 폴리에테르설폰 등의 플라스틱을 들 수 있으며, 상기 무기물로는 예컨대 유리, 금속, 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 기판(410)은 바람직하게는 실리콘 다이옥사이드가 성장된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 다이옥사이드의 두께는 약 300㎚일 수 있다. Referring to FIG. 12A, a
게이트 전극(420)은 먼저 도전막을 형성한 후 상기 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 형성된다. 상기 도전막은 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 티타늄, 백금, 탄탈룸 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성될 수 있다.The
도 12b를 참고하면, 상기 기판(410) 상에 상기 게이트 전극(420)을 덮으며 절연층(430)을 형성한다. 절연층(430)은 우수한 자기 조립력에 의해 하나의 분자 층을 형성하며 이는 절연 효과 뿐 아니라 반도체 층의 분자 성장을 돕는 역할을 할 수 있다. 절연층(430)은 OTS 층으로 형성할 수 있으며 그 외에도 자기 조립력에 의해 단층의 절연막을 형성하는 물질인 헥사메틸디실라제인 층을 형성할 수도 있다. 상기 절연층(430)의 증착은 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다.Referring to FIG. 12B, an insulating
도 12c를 참고하면, 상기 절연층(430) 상에 소스/드레인 전극(440, 450)을 증착한다. 소스/드레인 전극(440, 450)은 마스크를 이용해 도전성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 상기 소스/드레인 전극은 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 탄탈룸(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 니오비움(Nb) 등의 금속이나 상기 금속들의 합금을 사용하여 제조하거나 도핑 된 반도체를 사용하여 제조할 수도 있다. 또한 ITO, IZO, ITSO, In2O3, AlZnO, GaZnO, ZnO 등의 투명 전극물질을 사용하여 제조할 수도 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(440, 450)은 두께 약 50㎚, 채널 길이 약 30 내지 50㎛, 채널 폭 약 1㎜일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 12C, source /
다시 도 11을 참고하면, 상기 노출된 절연층 및 소스/드레인 전극(440, 450)의 상부에 유기 박막층(460)을 형성함으로써 도 11의 트랜지스터 소자가 완성된다. 유기 박막층(460)의 증착은 진공 열 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 드랍 캐스팅 공정 및 잉크젯 프린팅 공정 중 어느 하나를 이용해 수행될 수 있다. 상기 유기 박막층(460)의 증착은 실온~110℃의 온도 범위, 예컨대, 실온, 50℃, 70℃, 90℃ 및 110℃의 온도 하에서 수행될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 유기 박막층(460)의 두께는 소자로서의 기능을 수행할 수 있는 정도의 두께이면 특별히 제한적이지 않으며 예컨대, 약 50㎚일 수 있다. Referring to FIG. 11 again, the transistor device of FIG. 11 is completed by forming the organic
상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질을 유기 박막층(460)으로서 증착하면 파티클 형 나노 구조체 또는 선형 나노 구조체의 형태로 증착될 수 있다. 여기서 파티클 형 나노 구조체를 1차원적 나노 구조체, 선형 나노 구조체를 2차원적 나노 구조체로 칭한다. 이렇게 상기 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질이 1차원, 2차원적인 나노 구조체 형태로 증착됨에 따라 자기 조립력이 더욱 우수한 반도체 층을 형성할 수 있게 된다.When the organic semiconductor material including the hex-4-TFPTA, hex-3,5-TFPTA, or the like is deposited as the organic
하기한 표 1은 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질을 진공 열 증착법을 통해 증착하여 유기 전계효과 트랜지스터 소자를 제작하는 경우의 기판 증착 온도에 따른 전기적 특성을 요약한 결과이다.Table 1 below shows the electrical properties according to the substrate deposition temperature when the organic field effect transistor device is manufactured by depositing an organic semiconductor material including hex-4-TFPTA, hex-3,5-TFPTA, etc. by vacuum thermal evaporation. This is a summary result.
<표 1>TABLE 1
상기 표에서 Ts는 소자 제작을 위한 반도체 층을 증착할 때 기판의 온도를 나타내고, μe는 소자가 나타내는 전자 이동도 수치를 나타낸다. μe 값이 높을수록 우수한 반도체 소자이다. Ion/Ioff는 전류 점멸비로 전계 효과에 의해 on 상태와 off 상태에서의 전류값의 비율을 나타낸다. 상기 Ion/Ioff 값 또한 높은 값일수록 우수한 반도체 소자이다. Vt는 문턱 전압 값으로서 소자가 구동되기 위해 필요한 최소한의 전압 수치를 나타낸다. Vt의 경우는 낮은 값일수록 우수한 반도체 소자이다. 상기 표 1에 나타난 수치들은 가장 우수한 소자의 특성 값을, 괄호 안의 수치는 평균 수치 값을 나타낸다.In the above table, T s represents the temperature of the substrate when the semiconductor layer for device fabrication is deposited, and μ e represents the electron mobility value represented by the device. The higher the μ e value, the better the semiconductor device. I on / I off is the current flicker ratio and represents the ratio of the current value in the on state and the off state by the electric field effect. The higher the I on / I off value is, the better the semiconductor device is. V t is a threshold voltage value that represents the minimum voltage value needed to drive the device. The lower the value of V t , the better the semiconductor device. The numerical values shown in Table 1 indicate the characteristic values of the best devices, and the numerical values in parentheses represent the average numerical values.
도 13a 내지 도 13f는 기판 증착 온도에 따라 개선되는 전기적 특성에 대한 원인을 분석하기 위해 원자력 마이크로스코프(atomic force microscope; AFM)을 이용하여 다양한 기판 증착 온도에서 진공 열 증착법에 의해 형성된 박막들의 표면을 관찰한 결과이다. TD는 기판 증착 온도(deposition temperature)를 나타낸다. 도 13a 내지 도 13e는 헥스-4-TFPTA을 각각 실온, 50℃, 70℃, 90℃ 및 110℃(TD)에서 관찰한 결과이고 도 13f는 헥스-3,5-TFPTA를 90℃에서 관찰한 결과이다. 도 13a 내지 도 13e를 통해 헥스-4-TFPTA의 결정 도메인이 온도 별로 증가함을 육안으로 확인 가능하다. 13A-13F illustrate the surfaces of thin films formed by vacuum thermal evaporation at various substrate deposition temperatures using an atomic force microscope (AFM) to analyze the cause for improved electrical properties with substrate deposition temperature. Observed. T D represents the substrate deposition temperature. 13A to 13E show hex-4-TFPTA at room temperature, 50 ° C., 70 ° C., 90 ° C. and 110 ° C. (T D ), respectively, and FIG. 13F shows hex-3,5-TFPTA at 90 ° C. One result. It can be seen visually that the crystal domain of hex-4-TFPTA increases with temperature through FIGS. 13A to 13E.
하기한 표 2는 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 각각의 분자 궤도 함수를 나타낸다. Table 2 below shows the molecular orbital functions of hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA, respectively.
<표 2><Table 2>
Eg는 밴드 갭(band gap)을 나타낸다. 상기 도 13a 내지 도 13f를 통해 알 수 있는 기판 증착 온도에 따라 증가한 결정 도메인의 증가뿐만 아니라, 상기 표 2에서 나타난 두 물질의 최하위 비점유 궤도 레벨(the lowest unoccupied molecular orbital level, LUMO)을 통해 안정화된 LUMO 레벨에 의해 전자 주입이 효율적으로 이뤄짐을 알 수 있고, 전극과의 에너지 장벽(energy barrier)이 낮은 즉 더 안정화된 LUMO 레벨을 갖는 헥스-4-TFPTA이 헥스-3,5-TFPTA에 비해 전자 주입이 용이해 더 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.E g represents a band gap. 13A through 13F, as well as an increase in crystal domains increased with substrate deposition temperature, as well as stabilization through the lowest unoccupied molecular orbital level (LUMO) of the two materials shown in Table 2 above. It can be seen that the electron injection is efficiently performed by the LUMO level, and hex-4-TFPTA has a lower energy barrier with the electrode, that is, has a more stabilized LUMO level, compared to hex-3,5-TFPTA. It can be seen that the electron injection is easy to show better characteristics.
도 14a 및 도 14b는 각각 헥스-4-TFPTA 및 헥스-3,5-TFPTA에 대한 GIXD 측정 결과를 나타낸다. Q는 "2π/면 간 거리"를 나타낸다. 상기 GIXD 측정을 통하여 이들이 갖는 우수한 결정성 및 분자 스태킹 구조를 밝혔다.14A and 14B show the results of GIXD measurement for hex-4-TFPTA and hex-3,5-TFPTA, respectively. Q represents "2π / interface distance". The GIXD measurements revealed the excellent crystallinity and molecular stacking structure they have.
본 발명의 헥스-4-TFPTA, 헥스-3,5-TFPTA 등을 포함하는 유기물 반도체 물질은 우수한 전자 이동도를 나타내는 반도체 물질로서, 이를 반도체층으로 포함하는 유기 박막 트랜지스터는 LCD, AMOLED 디스플레이의 구동 소자로 이용될 수 있고, 또한 유기 태양광 전지 제작 시에도 n형 반도체 물질로 응용될 수 있다. The organic semiconductor material including hex-4-TFPTA, hex-3,5-TFPTA, etc. of the present invention is a semiconductor material exhibiting excellent electron mobility, and the organic thin film transistor including the semiconductor layer as a semiconductor layer drives an LCD and an AMOLED display. It can be used as an element, and also can be applied as an n-type semiconductor material in the manufacture of organic solar cells.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.
110, 210, 310, 410 : 기판 120, 240, 340, 460 : 유기 박막층
130, 220, 350, 440 : 소스 전극 140, 230, 360, 450 : 드레인 전극
150, 250, 330, 430 : 절연층 160, 260, 320, 420 : 게이트 전극110, 210, 310, 410:
130, 220, 350, 440:
150, 250, 330, 430: insulating
Claims (18)
화학식 1
(상기 화학식 1에서,
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
Formula 1
(In Formula 1,
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
상기 게이트 전극과의 사이에 절연층이 위치하도록 형성된 소스 및 드레인 전극; 및
상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 박막층을 포함하는 트랜지스터 소자:
화학식 1
(상기 화학식 1에서,
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
A source and a drain electrode formed such that an insulating layer is positioned between the gate electrode and the gate electrode; And
A transistor device formed to connect the source and drain electrodes and including an organic thin film layer including an organic semiconductor compound having a structure of Formula 1 below:
Formula 1
(In Formula 1,
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 박막층;
상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 형성되는 절연층; 및
상기 절연층의 상부에 형성되는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 소자:
화학식 1
(상기 화학식 1에서,
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
An organic thin film layer formed to connect the source and drain electrodes and including an organic semiconductor compound having a structure of Formula 1;
An insulating layer formed on the source and drain electrodes; And
A transistor device comprising a gate electrode formed on the insulating layer:
Formula 1
(In Formula 1,
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록 형성되며, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 박막층을 포함하는 반도체 구조물:
화학식 1
(상기 화학식 1에서,
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
A semiconductor structure formed to connect the source and drain electrodes, the semiconductor structure including an organic thin film layer including an organic semiconductor compound having a structure of Formula 1 below:
Formula 1
(In Formula 1,
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
상기 게이트 전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층의 상부에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 박막층을 형성하는 단계를 포함하는 트랜지스터 소자의 제조방법:
화학식 1
(상기 화학식 1에서,
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
Forming an insulating layer on the gate electrode;
Forming a source and a drain electrode on the insulating layer; And
A method of manufacturing a transistor device comprising forming an organic thin film layer including an organic semiconductor compound having a structure of Formula 1 to connect the source and drain electrodes:
Formula 1
(In Formula 1,
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
상기 소스 및 드레인 전극을 연결하도록, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 박막층을 형성하는 단계;
상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 절연층의 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 트랜지스터 소자의 제조방법:화학식 1
(상기 화학식 1에서,
R1은
R2는 중심 벤젠링과 인접한 두 곳은 -H 이고, 중심 벤젠링으로부터 먼 두 곳은 -CN 이고,
R3는
R4는
Forming an organic thin film layer including an organic semiconductor compound having a structure of Formula 1 to connect the source and drain electrodes;
Forming an insulating layer on the source and drain electrodes; And
A method of manufacturing a transistor device comprising forming a gate electrode on an upper portion of the insulating layer:
(In Formula 1,
R1 is
R2 is -H adjacent to the center benzene ring and -CN two far from the center benzene ring,
R3 is
R4 is
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110099892A KR101323188B1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Organic semiconductor material having n-type electrical character, transistor device using the same and method of manufacturing the transistor device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110099892A KR101323188B1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Organic semiconductor material having n-type electrical character, transistor device using the same and method of manufacturing the transistor device using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130035539A KR20130035539A (en) | 2013-04-09 |
| KR101323188B1 true KR101323188B1 (en) | 2013-10-30 |
Family
ID=48437339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110099892A KR101323188B1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Organic semiconductor material having n-type electrical character, transistor device using the same and method of manufacturing the transistor device using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101323188B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0373582A1 (en) * | 1988-12-14 | 1990-06-20 | Idemitsu Kosan Company Limited | Electroluminescence device |
| KR20060034482A (en) * | 2004-10-19 | 2006-04-24 | 삼성전자주식회사 | (Oligothiophene-arylene) Derivatives and Organic Thin Film Transistors Using the Same |
| JP2007261961A (en) | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Shinshu Univ | (Thiophene phenylene) co-oligomer compound |
| KR20110079651A (en) * | 2008-09-19 | 2011-07-07 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Benzobis (cylothiophene) -derived polymers and their use as organic semiconductors |
-
2011
- 2011-09-30 KR KR1020110099892A patent/KR101323188B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0373582A1 (en) * | 1988-12-14 | 1990-06-20 | Idemitsu Kosan Company Limited | Electroluminescence device |
| KR20060034482A (en) * | 2004-10-19 | 2006-04-24 | 삼성전자주식회사 | (Oligothiophene-arylene) Derivatives and Organic Thin Film Transistors Using the Same |
| JP2007261961A (en) | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Shinshu Univ | (Thiophene phenylene) co-oligomer compound |
| KR20110079651A (en) * | 2008-09-19 | 2011-07-07 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Benzobis (cylothiophene) -derived polymers and their use as organic semiconductors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130035539A (en) | 2013-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105102462B (en) | Organic compound containing oxygen group elements, its manufacture method and purposes | |
| US8624232B2 (en) | Ambipolar polymeric semiconductor materials and organic electronic devices | |
| US7528176B2 (en) | Carbonyl-functionalized thiophene compounds and related device structures | |
| KR101656763B1 (en) | Novel chalcogen-containing organic compound and use thereof | |
| KR101429370B1 (en) | Organic semiconductor material, organic semiconductor thin film, and organic thin film transistor | |
| KR101096981B1 (en) | New Condensed Ring Compounds and Organic Electronic Devices Using The Same | |
| JP5308532B2 (en) | Organic semiconductor material, organic semiconductor thin film and organic thin film transistor | |
| WO2012157474A1 (en) | Compound, field effect transistor, method for manufacturing field effect transistor, solar cell, organic light-emitting element, composition, array for display devices, and display device | |
| JP2007116115A (en) | Organic semiconductor material and organic field-effect transistor | |
| JP2007019086A (en) | Organic semiconductor material, semiconductor device using the same, and field effect transistor | |
| JP2015199716A (en) | Polycyclic fused ring compound, organic semiconductor material, organic semiconductor device, and organic transistor | |
| KR100868863B1 (en) | New Condensed Ring Compounds and Organic Electronic Devices Using The Same | |
| JP4752269B2 (en) | Porphyrin compound and method for producing the same, organic semiconductor film, and semiconductor device | |
| JP5031584B2 (en) | Organic thin film transistor | |
| JP5228411B2 (en) | [1] Benzochalcogeno [3,2-b] [1] Compound having benzochalcogenophene skeleton and organic transistor using the same | |
| KR101323188B1 (en) | Organic semiconductor material having n-type electrical character, transistor device using the same and method of manufacturing the transistor device using the same | |
| JP2010083785A (en) | Compound having molecular structure high in planarity and organic transistor using the same | |
| JP2013191821A (en) | Organic semiconductor device and method of manufacturing the same, and compound | |
| KR100865703B1 (en) | Organic Semiconductor Compound of Arylacetylene Structure and Organic Thin Film Transistor Using the Same | |
| KR101084685B1 (en) | Polyacene Derivatives and Organic Thin Film Transistors Using the Same | |
| Kumar et al. | Mixed Phases as a Route to Self-Passivation: Effect of π-Stacking Backbone on the Physical and Electrical Properties of Naphthalenediimide Derivatives | |
| KR100901856B1 (en) | New oligomeric semiconductor compounds terminally functionalized with naphthalene with electron donor substituents and organic thin film transistors using the same | |
| JPWO2011071017A1 (en) | Diazaborol compound and field effect transistor containing the same | |
| KR100901885B1 (en) | Organic Semiconductor Terminally Functionalized By Naphthalene Having Electron Donating Substituents, And Organic Thin Film Transistor Using The Same | |
| WO2021054161A1 (en) | Fused polycyclic aromatic compound |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20110930 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20130419 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20131017 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20131023 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20131024 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160217 Year of fee payment: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20160217 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170925 Year of fee payment: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20170925 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181002 Year of fee payment: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20181002 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20201118 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20211209 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230921 Start annual number: 11 End annual number: 11 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |