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표제지

국문초록

목차

I. 서론 12

1.1. 유기물 반도체 12

1.2. 유기발광다이오드 15

1.2.1. 유기 발광다이오드의 역사 15

1.2.2. 유기발광다이오드의 구조와 원리 16

1.2.3. 유기발광다이오드의 정공수송 물질 17

1.2.4. 유기발광다이오드의 전자 수송 물질 19

1.3. 유기태양전지 21

1.3.1. 유기태양전지의 역사 21

1.3.2. 유기태양전지의 구조와 원리 22

1.4. 유기트랜지스터 23

1.4.1. 유기트랜지스터의 역사 23

1.4.2. 유기트랜지스터의 구조와 원리 24

1.5. 연구의 개요(내용없음) 6

II. 이론적 배경 28

2.1. 전기장과 전하의 관계 28

2.2. Maxwell-Wagner effect model 29

2.2.1. 유기전계트랜지스터 구동 메커니즘 29

2.2.2. 유기 이중층 다이오드 구동 메커니즘 36

2.3. Microwave 조사에 따른 열적 반응 39

2.3.1. 유기박막의 마이크로웨이브 조사에 따른 온도 변화 41

2.4. Materials 43

2.4.1. TIPS-pentacene 43

2.4.2. C60 (풀러렌)(이미지참조) 45

2.4.3. CNT(탄소나노튜브) 47

III. 실험 49

3.1. 유기 이중층 다이오드 구조 49

3.2. 유기 이중층 다이오드 준비 50

3.3. 유기 이중층 다이오드의 측정 장비 및 측정 방법 51

IV. 결과 및 고찰 52

4.1. 탄소재료의 혼합 농도에 따른 전기적 측정에 의한 전하의 이동 분석 52

4.1.1. TIPS-pentacene 소자에서의 전하 이동 분석 52

4.1.2. TIPS-pentacene과 C60을 혼합한 소자에서의 농도별 전하의 이동 분석(이미지참조) 57

4.1.3. TIPS-pentacene과 탄소나노튜브 (CNT)을 혼합한 소자에서의 전하의 이동 분석 64

4.1.4. Summary 68

4.2. 탄소재료별 전기적 측정에 의한 전하의 이동 분석 69

4.2.1. TIPS-pentacene과 탄소 재료가 혼합된 소자 비교 69

4.2.2. Summary 73

4.3. 온도 의존에 따른 전기적 측정에 의한 전하 이동 분석 74

4.3.1. TIPS-pentacene 소자에서의 전하의 이동 분석 74

4.3.2. TIPS-pentacene과 C60을 혼합한 소자에서의 전하의 이동 메커니즘 분석(이미지참조) 79

4.3.3. TIPS-pentacene과 탄소나노튜브(CNT)를 혼합한 소자에서의 전하의 이동 분석 84

4.3.4. Summary 89

V. 결론 90

참고문헌 92

Abstract 95

표목차

표 1. 유기 반도체와 무기 반도체의 비교 14

표 2. 연구의 개요 27

그림목차

그림 1.1. 폴리 아세틸렌의 구조 13

그림 1.2. 유기발광다이오드 구조와 원리 16

그림 1.2.1. 정공수송 물질 18

그림 1.2.2. (a) 전자수송물질의 전자끌개 작용기, (b) 전자 수송 물질 20

그림 1.3. 유기태양전지 구조와 원리 22

그림 1.4. 유기 트랜지스터의 기본 구조 25

그림 1.5. bottom-contact/bottom gate OFET 구동 모식도 26

그림 2.1. (a) top-contact/ bottom gate OFET 측면 구조, (b) OFET의 전형적인... 35

그림 2.2. OFET의 일부 구조인 유기 이중층 다이오드 38

그림 2.3. 마이크로웨이브 조사에 따른 열적 반응 40

그림 2.3.1. 마이크로웨이브 조사 42

그림 2.4.1. (a) TIPS-pentacene 분자구조와 분자의 Packing 이미지,... 44

그림 2.4.2. C60의 구조.(이미지참조) 46

그림 2.4.3. (a) SWNT와 (b) MWNT 구조 48

그림 2.4.4. Chirality vector in CNT 48

그림 3.1.1. 유기 이중층 다이오드 측면 구조 49

그림 3.1.2. 유기 이중층 다이오드 Topview 이미지 49

그림 4.1.1. TIPS-pentacene 다이오드 I-V 측정 결과, (삽입 그림) TIPS-pentacen... 53

그림 4.1.2 Maxwell-Wagner 모델을 기초로 한 potential 이미지 54

그림 4.1.3. (a) TIPS-pentacene 다이오드 C-V 전원인가 측면구조 이미지 56

그림 4.1.4. (a) TIPS-pentacene과 C60 혼합한 다이오드에서의 측면 구조, (b) 소...(이미지참조) 59

그림 4.1.5. TIPS-pentacene과 C60의 에너지 준위.(이미지참조) 60

그림 4.1.6. TIPS-pentacene에 C60 (a) 0.01, (b) 0.05, (c) 0.1wt%를 혼합한 박막의...(이미지참조) 61

그림 4.1.7. (a) TIPS-pentacene와 C60를 혼합한 다이오드 측면 구조, (b) 소자의 C-V...(이미지참조) 63

그림 4.1.8. (a) TIPS-pentacene과 CNT를 혼합한 소자의 측면 구조, (b) 소자의 I-V... 65

그림 4.1.9. (a) TIPS-pentacene과 CNT를 혼합한 소자의 측면 구조, (b) 소자의 C-V... 67

그림 4.2.1. TIPS-pentacene과 탄소재료 (C60, CNT)가 혼합된 소자의 I-V 측정...(이미지참조) 70

그림 4.2.2. TIPS-pentacene과 탄소재료 (C60, CNT)가 혼합된 소자의 C-V 측정 결과.(이미지참조) 72

그림 4.3.1. TIPS-pentacene 소자의 온도별 I-V 측정 결과 이미지, (삽입 그림) 소자의... 75

그림 4.3.2. 상온과 80℃에서의 I-V 측정 결과 (log-log scale) 76

그림 4.3.3. (a) TIPS-pentacene 소자의 온도별 C-V 측정 결과, (b) TIPS-pentacnee 소자의... 78

그림 4.3.4. TIPS-pentacene에 C60을 0.01wt% 혼합한 소자의 온도별 I-V 측정...(이미지참조) 80

그림 4.3.5. 상온과 80℃에서의 I-V 측정 결과 (log-log scale) 81

그림 4.3.6. (a) TIPS-pentacene에 C60을 0.01wt% 혼합한 소자의 온도별 C-V...(이미지참조) 83

그림 4.3.7. TIPS-pentacene에 CNT 0.01wt%을 혼합한 소자의 온도별 I-V 측정...(이미지참조) 85

그림 4.3.8. 상온과 80℃에서의 I-V 측정 결과 (log-log scale) 86

그림 4.3.9. (a)는 TIPS-pentacne에 CNT 0.01wt%를 혼합한 소자의 온도별 C-V... 88

초록보기

 유기 반도체 물질 발견 이후에 유기전자소자의 연구는 유기전계트랜지스터, 유기발광다이오드, 유기태양전지 등의 다양한 응용 분야로, 많은 전하 메커니즘에 대한 이론적인 연구와 실험적인 연구들이 실행 되어왔지만, 장시간 소자 구동에 있어서 성능 저하는 여전히 연구 되어야 할 부분으로 남아있다.

이에 원인으로는 기계적 변형, 습도, 온도, 빛 등 다양한 변수들이 있다. 소자의 안정성과, 성능을 개선시키기 위해서는, 전자소자의 변위에 대한 이론적 규명과 이해가 필요하다.

따라서 본 연구에서는 전하의 메커니즘에 대한 이론적 규명을 위해, 전하의 주입, 수송 및 축적 현상을 전기적 측정 방법인 전류-전압(I-V) 및 정전용량-전압(C-V)을 이용하여 관측하였다. 전하의 이동에 대한 결과 분석은 Maxwell-Wagner effect 모델을 기초로 하였으며, 이 방법은 유기 반도체 소자의 전하 메커니즘을 가시화하여 분석 할 수 있는 방법이다.

본 실험에서, 유기반도체 물질로 널리 알려진, 6,13-​Bis(triisoprop ylsilyl ethynyl)​pentacene(TIPS-pentacene)을 사용하였으며, TIPS-pentacene은 p-type이며, 용액 공정이 가능하다는 장점과, 높은 전하의 이동도 (〈 1㎠/Vs)를 가지는 물질로 알려져 있다.

TIPS-pentacene에 주입되는 전하의 양을 증대시키고자, 전자 친화도가 높은 탄소 물질을 TIPS-pentacene에 혼합 하였으며, TIPS-pentacene - 탄소 : 풀러렌(C60) 및 탄소나노튜브(CNT) 복합재료 다이오드에서의 탄소물질 블랜딩 효과를 보고자 전기적 측정을 통해 전하의 주입 및 축적을 트랩 현상과 연관지어 이해하였다.

탄소재료 각각에 C60, CNT에 따른 TIPS-pentacene 복합재료에서의 물리적인 특성을 비교하였으며, 소자의 열적특성을 연구하고자, 상온, 20℃, 40℃, 60℃, 80℃ 범위 내에서 온도별 측정을 하였다.

탄소를 기반으로 한 고체(필름)들의 경우에는 마이크로웨이브에 반응하여 가열의 손쉬움이 보고된 바 있다. 후에 마이크로웨이브를 통한 열적 특성을 응용하고자, 지금의 연구는 기초 연구로 진행되었다.

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