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표제지 2

국문 초록 5

목차 7

Ⅰ. 서론 14

1. 유기 반도체 물질 14

2. 광자극 시냅스모방 소자 15

3. 이종접합 구조 18

Ⅱ. DNTT 박막에 대한 광학적 특성과 에너지 준위 19

1. DNTT 박막의 광학적 특성 19

2. DNTT 박막의 에너지 준위 특성 21

Ⅲ. DNTT 기반의 광자극 시냅스모방 소자 응용 23

1. DNTT 기반의 광자극 시냅스모방 소자 제작 23

1) 빗각증착 공정 23

2) 소자 제작 과정 25

2. DNTT 기반의 광자극 시냅스모방 소자의 전기적 및 광학적 특성 27

1) 빗각증착에 따른 DNTT 박막의 형태적, 전기적 특성 27

2) 빗각증착에 따른 DNTT 박막의 광학적 특성 33

3) DNTT 광자극 시냅스모방 소자의 거동 메커니즘 분석 38

3. DNTT 기반의 광자극 시냅스모방 소자 구현 42

1) DNTT 광자극 시냅스모방 소자의 강화-약화 곡선 42

2) 시냅스모방 소자로서 MNIST 시뮬레이션 평가 47

Ⅳ. DNTT 기반의 이종접합 구조 시뮬레이션 최적화 49

1. DNTT 기반의 이종접합 구조 시뮬레이션 설계 49

1) 수치 해석 모델링 기반의 소자 시뮬레이션 49

2) DNTT/PTCDI-C8 이종접합 구조 소자 설계 51

2. DNTT 기반의 이종접합 구조 소자 제작 53

3. DNTT 기반의 이종접합 구조 시뮬레이션 과정 55

1) DNTT 기반의 이종접합 구조 시뮬레이션 설계 55

2) DNTT 기반의 이종접합 구조 시뮬레이션 파라미터 영향 분석 59

3) DNTT 기반의 이종접합 구조 시뮬레이션 내부 전위 분포 분석 64

4) 이종접합 구조의 유한 요소 해석법 제시 67

Ⅴ. 결론 70

참고문헌 72

부록 75

영문초록 77

표목차 13

표 4.1. 최적화된 시뮬레이션 매개변수 63

그림목차 9

Ⅰ. 서론 9

그림 1.1. 실제 뇌에서의 생물학적 시냅스 구조 설명 17

Ⅱ. DNTT 박막에 대한 광학적 특성과 에너지 준위 9

그림 2.1. DNTT의 UV-Vis spectroscopy를 통해 얻은 흡수 스펙트럼 20

그림 2.2. (a) UPS 분석 그래프. (b) UV-Vis 흡수 스펙트럼을 통해 얻은... 22

Ⅲ. DNTT 기반의 광자극 시냅스모방 소자 응용 9

그림 3.1. DNTT 빗각증착 공정 과정과 형성된 DNTT 박막 그레인 형태... 24

그림 3.2. (a) 소자 제작 과정 모략도. (b) 완성된 소자의 광학 현미경 이미... 26

그림 3.3. (a) OAD device의 구조 이미지. (b) non-OAD device의 구조... 29

그림 3.4. OAD device의 (a) 선형 및 포화 영역에서 측정된 전달 곡선과... 30

그림 3.5. 빗각증착 여부에 따른 각 36개의 트랜지스터 전달 곡선 31

그림 3.6. 빗각증착 여부에 따른 각 36개의 트랜지스터의 (a) Mobility.... 32

그림 3.7. 빗각증착 여부에 따른 소자의 (a) 흡수 스펙트럼을 통해 얻은... 35

그림 3.8. (a) OAD device의 트랩 생성 메커니즘 설명. (b) non-OAD... 36

그림 3.9. 빗각증착 여부에 따른 소자의 PL intenity 그래프 37

그림 3.10. 광자극 시냅스모방 소자 동작 메커니즘 설명 40

그림 3.11. (a) 세 단자를 가진 인공 시냅스 소자의 개략도. (b) 전달 곡선... 41

그림 3.12. OAD device의 광전자 시냅스 동작 과정 44

그림 3.13. (a) OAD device의 강화-약화 곡선. (b) 펄스 개수에 따른... 45

그림 3.14. (a) 펄스 개수에 따른 가소성 평가. (b) 광 세기에 따른 가소성... 46

그림 3.15. (a) 784 × 256 × 10 크기로 설게된 MNIST 손글씨 숫자... 48

Ⅳ. DNTT 기반의 이종접합 구조 시뮬레이션 최적화 11

그림 4.1. 메시 구조가 정의된 AAT 시뮬레이션 소자 50

그림 4.2. (a) 제작된 DNTT/PTCDI-C8 이종접합 트랜지스터의 소자... 52

그림 4.3. (a) 소자 제작 과정 모략도. (b) 완성된 소자의 광학 현미경 이미... 54

그림 4.4. 혼합 영역을 도입하지 않은 상태에서 p형 및 n형 영역의 Eg에...[이미지참조] 57

그림 4.5. (a) 구조의 물리적 치수를 나타내는 매개변수를 포함한 2차원... 58

그림 4.6. (a) 제작된 DNTT/PTCDI-C8 트랜지스터에서 측정된 실험적... 62

그림 4.7. 서로 다른 VG 조건과 Vᴅ ＝ -40 V 하에서 (a) 정공 및 (b) 전자...[이미지참조] 66

그림 4.8. 메시 효과 분석을 위해 사용된 대표적인 (a) 기본 메시와 (b)... 69

초록보기

 본 연구에서는 유기반도체 물질 dinaphtho[2,3-b:2 ',3 ' -f]thieno[3,2-b]thiophene (DNTT)의 광학적 특성 및 에너지 준위를 활용하여 시냅스모방 소자와 이종접합 구조 소자를 구현한다. 빗각증착 방식을 활용하여 DNTT 박막의 형태를 변형시키고, 이를 통해 트랜지스터의 전기적 특성에 미치는 영향을 종합적으로 분석한다. 변형된 DNTT 채널은 반도체와 절연체 사이에 트랩 영역을 효과적으로 형성하며, 이러한 트랩 영역은 빛에 의해 활성화되어 다양한 게이트 전압 구간에서 안정적인 시냅스 특성을 구현한다. 다양한 가소성 평가를 통해 실제 생물학적 시냅스 행동을 모방한 결과, Modified National Institute of Standards and Technology (MNIST) 데이터셋 기반 92.6%의 인식률을 보이는 게이트 튜너블 광자극 시냅스모방 소자를 시연한다. 이와 함께, 이종접합 구조의 물리적 메커니즘을 분석하기 위해 2차원 유한 요소 시뮬레이션을 수행한다. DNTT와 N,N' -dioctyl-3,4,9,10perylenedicarboximide (PTCDI-C8)를 접합한 이종접합 구조의 소자를 제작하고, 두 박막 간 중첩된 영역에서의 오비탈 혼합 개념을 도입함으로써 소자 작동을 재현하고 이해하기 위한 이론적 근거를 제시한다.

DNTT는 유기 p형 반도체로서 상대적으로 높은 공기 안정성과 전하 이동도 등 여러 장점을 가지고 있어, 차세대 응용 장치에 다양하게 활용될 것으로 기대된다. 본 연구는 이러한 DNTT의 장점을 바탕으로 상대적으로 연구가 미진한 유기물 빗각증착 방식과 이종접합 구조 시뮬레이션 최적화 과정을 소개하고, 이를 통해 DNTT와 기타 유기 박막이 차세대 응용 분야에서 보다 다양하게 활용될 수 있는 가능성을 제시한다.

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