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초록·키워드
Solvent vapor annealing (SVA)는 유기 전계 효과 트렌지스터의 결정화도와 전하 수송 기능을 향상시키는 후 처리 공정 중 하나다. 따라서, SVA를 통하여 미리 형성된 nanocrystallites (NC)가 자체 조립되는 현상의 상관 관계를 체계적으로 연구 하였다. poly (3-hexylthiophene) (P3HT)에 대한 용해성이 우수한 용매를 사용한 SVA은 전하 수송 특성을 향상 시켰다.
먼저, 미리 형성 된 결정질 P3HT nanowire (NW)가 내장 된 P3HT 박막 필름의 SVA에 대한 영향을 확인하고자 분자 순서, 형태, 및 전하수송 특성에 대하여 관찰하였다. 클로로포름을 사용한 SVA는 P3HT-NW가 내장 된 P3HT 필름의 구조 및 형태학적 변화와 전하 수송 특성에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 여기서 어닐링 시간을 증가시킴에 따라 P3HT NW의 밀도가 늘어나는 것을 최종 필름에서 확인하였으며, 이는 해당 필름의 분자 내 및 분자 간 상호작용이 크게 향상되었음을 확인할 수 있었다. 결과적으로, P3HT-NW가 내장 된 P3HT 필름을 20분간 클로로포름 증기로 어닐링을 하였을 시 ~0.102 cm2 V-1 s-1의 최대 전하 이동도를 나타내었으며, 이는 초기 P3HT 필름 (μ = ~ 0.023 cm2 V-1 s-1)보다 4.4배 향상된 수치였다.
다음으로, 사전에 형성된 작은 NC는 SVA를 통하여 P3HT 박막에서 one-dimensional (1-D) 나노 구조로 고분자 사슬의 자체 조립을 촉진하여 전하 수송 특성을 크게 향상 시킨다는 것을 보여준다. 초기 P3HT 필름과 비교하여, chlorobenzene (CB)를 사용하여 SVA를 진행 한 P3HT 박막의 경우 미리 형성된 NC가 통합되어 1-D 나노 구조가 우선적으로 형성되다. 결과적으로, 초음파 처리를 통하여 생성된 NC와 UV 조사를 통하여 생성된 NC의 경우 SVA를 통하여 전하 수송 특성이 각각 4.4배 및 5.4배 향상 되었습니다. 반면, 초기 P3HT 필름의 경우 상대적으로 적은 전하 수송 특성의 향상이 관찰되었다(~1.4배). 이를 통해 SVA가 P3HT 필름의 전하 수송 특성에 큰 영향을 미쳤다는 것을 알 수 있었다. SVA 시간을 20분까지 증가시킴에 따라 PN1-P3HT 및 PN2-P3HT 필름의 전하 수송 이동도가 증가하고, 그 후에는 안정화됨을 확인할 수 있었다. 마지막으로, SVA에 사용되는 클로로포름 및 디클로로 벤젠과 같이 P3HT에 대한 용해성이 우수한 용매를 사용한 경우에도 초기 P3HT 필름에 비해 PN1-P3HT 및 PN2-P3HT 필름의 전하 수송 특성이 더 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
먼저, 미리 형성 된 결정질 P3HT nanowire (NW)가 내장 된 P3HT 박막 필름의 SVA에 대한 영향을 확인하고자 분자 순서, 형태, 및 전하수송 특성에 대하여 관찰하였다. 클로로포름을 사용한 SVA는 P3HT-NW가 내장 된 P3HT 필름의 구조 및 형태학적 변화와 전하 수송 특성에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 여기서 어닐링 시간을 증가시킴에 따라 P3HT NW의 밀도가 늘어나는 것을 최종 필름에서 확인하였으며, 이는 해당 필름의 분자 내 및 분자 간 상호작용이 크게 향상되었음을 확인할 수 있었다. 결과적으로, P3HT-NW가 내장 된 P3HT 필름을 20분간 클로로포름 증기로 어닐링을 하였을 시 ~0.102 cm2 V-1 s-1의 최대 전하 이동도를 나타내었으며, 이는 초기 P3HT 필름 (μ = ~ 0.023 cm2 V-1 s-1)보다 4.4배 향상된 수치였다.
다음으로, 사전에 형성된 작은 NC는 SVA를 통하여 P3HT 박막에서 one-dimensional (1-D) 나노 구조로 고분자 사슬의 자체 조립을 촉진하여 전하 수송 특성을 크게 향상 시킨다는 것을 보여준다. 초기 P3HT 필름과 비교하여, chlorobenzene (CB)를 사용하여 SVA를 진행 한 P3HT 박막의 경우 미리 형성된 NC가 통합되어 1-D 나노 구조가 우선적으로 형성되다. 결과적으로, 초음파 처리를 통하여 생성된 NC와 UV 조사를 통하여 생성된 NC의 경우 SVA를 통하여 전하 수송 특성이 각각 4.4배 및 5.4배 향상 되었습니다. 반면, 초기 P3HT 필름의 경우 상대적으로 적은 전하 수송 특성의 향상이 관찰되었다(~1.4배). 이를 통해 SVA가 P3HT 필름의 전하 수송 특성에 큰 영향을 미쳤다는 것을 알 수 있었다. SVA 시간을 20분까지 증가시킴에 따라 PN1-P3HT 및 PN2-P3HT 필름의 전하 수송 이동도가 증가하고, 그 후에는 안정화됨을 확인할 수 있었다. 마지막으로, SVA에 사용되는 클로로포름 및 디클로로 벤젠과 같이 P3HT에 대한 용해성이 우수한 용매를 사용한 경우에도 초기 P3HT 필름에 비해 PN1-P3HT 및 PN2-P3HT 필름의 전하 수송 특성이 더 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
목차
- Abstract iiList of Figures ivChapter Ⅰ.Ⅰ-1. INTRODUCTION 1Ⅰ-2. EXPERIMENTAL DETAILS 42.1 Materials 42.2 Preparation of P3HT-NWs in solution 42.3 OFET fabrication and SVA 52.4 Characterization 5Ⅰ-3. RESULTS AND DISCUSSION 63.1 Morphology of Thin Films 83.2 Molecular Ordering & Crystallinity 153.3 Charge Carrier Mobility 24Ⅰ-4. CONCLUSIONS 28Ⅰ-5. REFERENCES 29Chapter Ⅱ.Ⅱ-1. INTRODUCTION 35Ⅱ-2. EXPERIMENTAL DETAILS 372.1 Materials and chemicals 372.2 Preparation of P3HT-NCs in solution 372.3 Organic Field-Effect Transistor fabrication and SVA process 372.4 Characterization 38Ⅱ-3. RESULTS AND DISCUSSION 393.1 Morphology of Thin Films 413.2 Molecular Ordering & Crystallinity 443.3 Charge Carrier Mobility 47Ⅱ-4. CONCLUSIONS 49Ⅱ-5. REFERENCES 506. LIST OF PUBLICATIONS 55국문초록 56
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