(A) study on process technology and electrical characteristics of organic semi-conducing materials for next generation electronics applications

국문 초록 (Abstract)

π-conjugated 유기반도체는 정보전자 소재 산업에서 미래 방향성으로 제시되어 왔다. 유기반도체 소재는 유기물이 가지고 있는 대표적인 특성인 가벼운 무게, 유연성, 공정성 등과 기존 금속 및 무기 반도체가 가지고 있는 전기적 특성을 동시에 가지고 있다. 이 때문에 전극, 투명 유연 기판, 반도체 소자 등 다양한 분야에서 많은 연구가 진행 중이다.
본 연구에서는 전도성 고분자 폴리아닐린의 공정성 향상을 위한 동시 중합 및 박막형성법을 제안하고 실험 조건에 따른 전기적 특성 변화에 대한 연구를 진행하였다. 해당 방법을 이용하여 형성된 평균 두께 300 nm의 박막은 최저 304 Ohm/sq의 면 저항을 통해 최대 22.2 S/cm의 전기전도도를 나타낸다. 또한 중합 온도, 시간, 용액 및 산의 농도 등 다양한 실험 조건 변화를 통해 박막 두께, 도핑 등을 포함한 전기적 특성과 나노 단위 형태학적 특성을 제어할 수 있었다.
또한 유기반도체 물질을 사용한 트랜지스터 소자 제작을 통해 고에너지 감마선이 소자 거동에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하였다. p-type 유기반도체인 P3HT와 n-tpe인 PCBM 기반 트랜지스터 소자에서 모두 하락한 전하 이동도를 보여주었지만, 소재의 차이에 따라 문턱 전압 변위의 방향성의 차이와 점멸비, 전류 준위 등의 독특한 특성 변화를 보여주었다. 결과적으로 이러한 특성 변화를 고 에너지 방사선 검출 요소로 활용할 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

π-conjugated organic compounds have been suggested as future alternatives for future electronics. Organic semi-conducting materials show both organic materials and inorganic materials characteristics including light weight, flexibility, processability, and electrical characteristics. By these reasons, various studies are in progress in the field of electrode, transparency, and semi-conducting devices.
We investigate a fast and facile approach of simultaneous synthesis and film process of conducting polymer, polyaniline (PANI), on various hydrophobic substrates and the effects of processing condition effects on the electrical properties of the polymer. Simultaneous polymerization and deposition process construct thin film with an average thickness of 300 nm with low sheet resistance down to 304 Ohm/sq, in which case revealed the highest conductivity of 22 S/cm. Deposition conditions including polymerization time, temperature, solution concentration, and type of washing solvents affect doping state, film thickness, absorption characteristics, and solid-state morphology in nanoscale. Also, we investigated OFET characteristics change of poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) and phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) on high-energy gamma-ray irradiation. Devices both showed lowerd field-effect mobility and electrical current levels. The negative shift of threshold voltage of P3HT OFETs was observed, while threshold voltage of PCBM-based devices shifted positive. These various electrical parameter changes of devices may be utilized as high energy gamma-ray sensing elements.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• 1. Organic semi-conductor 1
• 2. Organic field-effect transistor 2
• 3. Conductive polymer 6
• II. Study of Polyaniline 7
• 1. Back ground 7
• 2. Materials and Experimental methods 11
• 2.1 Materials 11
• 2.2 Surface polymerization of polyaniline 11
• 2.3 Characterization 12
• 3. Results and Discussion 13
• 3.1 Appearance of surface polymerization of polyaniline 13
• 3.2 Spectroscopic analysis 15
• 3.3 Electrical characteristics of PANI films 16
• 3.4 Nanostructures of PANI films 23
• 4. Conclusion 26
• III. Gamma-ray irradiation 27
• 1. Background 27
• 2. Experimental methods 29
• 3. Results and Discussion 30
• 4. Conclusion 37
• References 39
• 국문초록 43