본 논문에서는 유연/인쇄 전자 기술을 활용해 고성능의 유기물 반도체 기반 트랜지스터를 개발하고, 이를 통해 인공지능용 반도체 및 폴리모픽 전자회로에 응용하기 위해 공액구조 고분자 반도체 소재의 광파 어닐링 방법에 따른 특성 향상 효과를 연구하였다. 일반적으로 열처리를 위해 가장 많이 활용되는 핫플레이트의 경우 반도체 소자 특성의 균일도 문제와 높은 온도 및 열-용량으로 인한 플라스틱 기판 사용의 제한, 긴 어닐링 시간 등의 문제로 인해 실제 산업에서 활용하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 광파를 활용한 효과적인 유기물 반도체 필름의 열처리 공정을 개발함으로써 Roll-to-Roll 방식의 고속/대면적 인쇄 공정에 적합한 열처리 방법과 반도체 층 전체의 높은 결정화도 유도를 통한 성능 향상과 소자 균일도 개선을 위한 방법을 개발하였다.

본 연구에서는 전도성 고분자인 polystyrene sulfonic acid doped poly~3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT:PSS)을 소스/드레인 전극으로 사용한 펜타센 단분자 유기 반도체 기반의 전계효과 트랜지스터를 제작하고, 금을 소스/드레인 전극으로 하는 기준소자와 전기적 특성을 비교하여 평가하였다. 전기적 특성을 측정한 결과, PEDOT:PSS 박막은 금 박막에 비해 상대적으로 낮은 전도도를 가짐에도 불구하고 PEDOT:PSS 소스/드레인 전극을 갖는 펜타센 유기 트랜지스터는 금을 소스/드레인 전극으로 갖는 기준 소자와 비교할 만한 성능을 보였다. 이는 PEDOT:PSS와 펜타센 사이의 접촉저항이 금과 펜타센 사이의 접촉저항보다 낮아 상대적으로 낮은 전기전도도에 의한 성능 저하를 보상하기 때문으로 추측된다.

본 연구에서는 용액 공정으로 제작된 단분자 기반의 유기 반도체 전계효과 트랜지스터에 적용된 보호막이 유기 트랜지스터의 전기적 안정성에 미치는 영향에 대해여 살펴보았다. Solvay社에서 제공한 용액 공정형 유기 단분자 반도 체를 채널로 사용하여 제작한 유기 트랜지스터는 약 1 cm2/Vs의 상대적으로 높은 이동도를 보였으며, 대략 2.5 ~ 20 k Ωcm 범위의 낮은 접촉저항을 가진 것으로 측정되었다. 무엇보다 중요한 것은, 제작한 유기 트랜지스터에 불소원자가 함유된 Hyflon AD를 보호막으로 적용하였을 때, 보호막을 적용하기 전에 비해 훨씬 더 향상된 전기적 안정성을 보였 다. 이는 불소원자가 함유된 Hyflon AD 고분자막이 대기 중의 수분을 효과적으로 차단하기 때문으로 추측된다.

이 논문에서는 게이트 절연막 위에 vapor deposition polymerization(VDP)방법을 사용하여 성막한 유기 점착층을 진공 열증착하여 유기 박막 트랜지스터(OTFTs)소자를 제작할 수 있음을 증명하였다. 우리가 제작한 Staggered-inverted top-contact 구조를 사용한 유기 박막 트랜지스터는 전기적 output 특성이 포화 영역안에서는 포화곡선을, triode 영역에서는 비선형적인 subthreshold를 확실히 볼 수 있음을 발견했다. 0.2μm 두께를 가진 게이트 절연막위에 유기 점착층을 사용한 OTFTs의 장 효과 정공의 이동도와 문턱전압, 그리고 절멸비는 각각, 약 0.4cm2/Vs, -0.8V, 106 이 측정되었다. 게이트 절연막의 점착층으로써 폴리이미드의 성막을 위해, 스핀코팅 방법 대신 VDP 방법을 도입하였다. 폴리이미드 고분자막은 2,2bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride(6FDA)와 4,4'-oxydianiline(ODA)을 고진공에서 동시에 열 증착 시킨 후, 그리고 150℃에서 1시간, 다시 200℃에서 1시간 열처리하여 고분자화된 막을 형성하였다. 그리고 점착층이 OTFTs의 전기적 특성에 주는 영향을 설명하기 위해 비교 연구하였다.