고분자 반도체 결정

전문가 제언

○ 유기반도체는 가공용이성과 유연성 등의 장점을 가져 유기트랜지스터, 디스플레이, 태양전지 등의 응용에 핵심소재로 널리 연구되고 있다. 유기반도체에는 대기 중에서의 안정성 및 전하이동도 향상 등의 일차적 과제가 있다. 유기반도체 내 공액 방향족 주 사슬의 접힘은 비정질 영역이 되어 전하이동도가 떨어진다. 높은 전하이동도의 유기 전계효과트랜지스터(OFET)용 와이어는 사슬접힘이 없는 단결정이 필요하다. 도핑량 증가에 의한 전하이동도 제고는 점멸비를 감소시켜 바람직하지 않다.

○ 유기반도체에는 저분자 반도체와 고분자 반도체의 두 부류가 있다. 펜타센 등의 저분자 반도체는 재료 시스템이 덜 복잡하여 단결정 제조가 비교적 쉽다. 안정성이 있고 양산성이 유리한 고분자 반도체는 용액공정에 필요한 재료 및 공정이 복잡하고 파라미터가 많아 OFET 등에서 필요한 길이를 자기조립에 의해 일차원 단결정으로 얻기가 어렵다.

○ 이 글은 오늘날 광전자 재료 연구의 주류인 폴리티오펜(PT)계 고분자 반도체, 특히 위치규칙적 폴리(3-헥실티오펜)(rr-P3HT) 위주의 단결정 성장기술의 기초 개념과 최근의 진보를 체계적으로 소개하고 있다. 고분자 반도체의 단결정 성장 이해에 필요한 공식이 소개되었다. 고분자 주사슬의 성장방향, 곁사슬 성장방향, 주사슬 성장방향에 수직인 바람직한 방향인 일차원 단결정 성장방향인 전하통로의 π-π 스태킹 방향이 중요하다. 이 외 사슬접힘 및 전하이동도에 영향을 주는 용매, 분자량 크기, 열처리, 곁사슬의 입체규칙성, 기판 전처리 등의 파라미터가 소개되었다.

○ 임계분자량 미만의 저분자량의 P3HT는 사슬접힘이 없었고, 그 이상에선 사슬이 접히고, OFET에선 고분자량이 전하이동도 향상을 보여 고무적이다. P3HT는 나노 와이어 길이 방향에서 0.06 ㎠/V?s의 전하이동도를 보였다.

○ 유기발광소자나 유기태양전지에서 필요한 수준의 반도체 단결정 연구는 보이지만 고분자 반도체 단결정 성장에 관한 체계적인 연구는 세계적으로 드물다. 국내에선 2008년 광주과기원 박지웅 교수 등이 분자 단층막 위의 저분자 펜타센의 박막성장법을 발표하였다. 고분자 반도체 단결정 성장을 재현성 높은 과학으로 정립하기 위한 연구는 반드시 필요하다.

저자

Jung Ah Lim, Feng Liu et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2010

권(호)

13(5)

잡지명

Materials Today

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

14~24

분석자

변*호

분석물

• 고분자 반도체 결정.pdf [432,333 byte]

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