광전소자용 Fullerene 유도체의 합성 및 특성 연구

박은영 한남대학교 일반대학원 2008 국내석사

본 논문에서는 플로렌을 이용하여 유기태양전지와 유기박막 트랜지스터에 응용 가능한 유도체를 설계하였으며 합성하였다. 이를 위한 구조분석, 광학적, 열적, 전기화학적 특성 또한 분석하였다.

고해상도 형광이미징용 수용성 페닐렌다이이미드 유도체의 합성 및 특성

박진경 한남대학교 대학원 2015 국내석사

다양한 유기 형광 중심체들 중 페닐렌다이이미드 유도체는 분자와이어, 염료레이저, 트랜지스터, 염료감응형 태양전지, 유기 발광 다이오드, 바이오 이미징등 광전자 분야에서 응용되고 있다. 본 논문에서는 고해상도 형광 이미징을 위한 수용성 페닐렌다이이미드 유도체에 대한 합성 및 특성에 대한 연구를 수행하였다. 유기 형광 중심체를 기반으로 한 바이오 이미징용 광학 프로브들이 많이 개발되고 있지만 수용액 상에서 적용하기 위한 유기 형광 중심체 자체의 용해도와 형광 특성 문제점들이 대두되고 있다. 따라서 페닐렌다이이미드 유도체 bay region에 수용성 그룹을 도입하여 바이오 이미징에 접목할 수 있는 J1-PDI를 합성하였다. 수용성 사슬 결합 유무에 의한 페닐렌다이이미드 유도체의 광학 특성 및 생체 특성을 조사한 결과 수용성 사슬이 결합되어진 J1-PDI는 수용성 사슬이 결합되지 않은 PDI에 비해 광학 특성 거동의 다름을 확인하였으며, 암세포 이미징과 특정 장기 표적화 및 암 표지를 통하여 형광 프로브로써의 가능성을 도출하였다. 이러한 결과를 토대로 유기 형광 중심체들의 용해도 문제점을 해결하여 분자 영상 의학 분야에서 좋은 결과들을 도출하여 삶의 질과 수준을 높일 수 있는 분야가 될 것으로 예상된다.

고성능 이오나이저용 금속 산화물-텅스텐 와이어 기반의 양극소자 제조 및 물성연구

박승규 한남대학교 대학원 2018 국내석사

정전기 제거장치는 다양한 차세대 디스플레이 및 반도체 등의 양산과 수율 달성의 장비로 관련 산업의 발전에 기인하여 기하급수적인 성장이 예상되고 있다. 따라서 디스플레이 산업이 고도화되고 제조방식이 정교해짐에 따라 고압방전이나 표면손상 등에 의해 생산 수율이 저하되는 것을 막기 위한 연구들이 지속되어 왔다. 생산 수율을 저하시키는 가장 큰 문제점은 생산 공정 중 유기박막을 진공챔버 내에서 증착할 때 발생되는 정전기로 인해 국부적인 전위차가 나타나 소자제작에서 불량을 다량 야기할 수 있다는 것이다. 시중에 판매되는 정전기 제거장치는 고진공에서 사용이 어렵기 때문에, 이 문제를 해결하기 위해 고진공 중에서도 사용이 가능한 VUV를 개발하여 정전기를 제거하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 VUV 이오나이저에서 가장 중요한 핵심장치인 열전자방출을 만들어내는 cathode의 제조와 그 성능을 향상시키는 것을 목표로 하였으며, 시제품인 Philips사의 에미터 (003, 033) 현탁액에 Nd, Y, Y와 Nd의 혼합물, Y와 In의 혼합물 등의 일함수가 낮은 금속산화물을 첨가한 다음 텅스텐 필라멘트에 코팅시켜 열전자방출 성능을 향상시키는 방법을 연구하였다. Philips사의 에미터를 대조군으로 하여 ICP-MS 정성·정량 분석을 통해 에미터 (003, 033) 현탁액의 원소성분과 조성을 확인했다. 이것을 바탕으로 현탁액에 Nd, Y, Y와 Nd의 혼합물, Y와 In의 혼합물 등을 첨가하여 낮은 일함수의 금속산화물을 텅스텐 필라멘트에 코팅하고자 하였다. 특히 Nd, Y이 포함된 금속산화물에서 높은 열전자방출이 일어나는 것을 알 수 있었으며 이를 확인하기 위해서 금속산화물이 코팅된 텅스텐 필라멘트의 양극전류를 측정한 결과, 최대 양극전류 측정값은 033에미터를 기반으로 Y 1%에서 76.64 mA, Nd 15%에서 56.45 mA로 측정되었다. 이 결과를 통해서 일함수가 낮은 물질을 첨가하게 되면 텅스텐 필라멘트의 열전자방출 효율을 증가시킬 수 있다는 것과, 혼합해 사용하는 금속산화물의 낮은 일함수 외에도 높은 열전자방출 성능을 내는데 영향을 주는 인자가 있는 것이라는 결론을 얻을 수 있었으며, 차후 OLED, LCD, QDD 등의 차세대 디스플레이들의 소자 제작 시 수율을 향상시키기기 위한 이오나이저로서 응용이 가능할 것으로 사료된다.

금 기판과 양자점의 표면 개질을 통한 생화학적 및 광전기적 응용에 관한 연구

장경국 한남대학교 일반대학원 2010 국내석사

본 논문은 양자점과 금 기판의 표면 개질을 통해 다양한 응용에 관한 내용이다. 논문은 총 2부로 나눠져 있으며, 1부에서는 녹색 발광 반도체 나노입자인 양자점의 합성 및 광학적 특성 그리고 광전기적 응용에 관해서 서술하였으며, 2부에서는 금 기판에 표면 반응하여 생화학적 응용에 관한 내용을 서술하였다. 1부에서는 양자점의 기능과 성능, 그리고 안정성을 개선하기 위해서 코어/쉘 형태의 양자점을 합성하고 이후 빛에 반응하도록 표면 개질을 하였으며, 이로 인해 용매 및 빛에 의한 공정이 가능토록 제조하였다. 이 광중합형 양자점들은 UV를 조사하였을 때 표면 개질된 양자점을 이용한 필름에서는 중합이 일어났으며 이를 통해 양자점들 사이의 공간이 일정한 거리로 정렬 되는 어레이 현상을 보였다. 이러한 양자점의 광발광 특성은 빛에 의해 중합이 되어 UV 흡수와 발광 강도가 현격히 증가하였으며 또한 실록산과 광중합이 가능한 유기층으로 인해 유· 무기 어디에나 훌륭한 흡착을 보이는 특성을 나타내었다. 이렇게 형성된 양자점은 2차원적인 패턴이 용이하였으며 빛에 반응하는 레진과 혼합하여 이광자 입체리소그래피 기술을 통해 고해상도의 3차원 미세조형물의 제조가 가능하였다. 따라서 이러한 물질은 특이한 흡수와 방출의 성질과 친수성을 가지며 유기물과 무기물을 이용한 양자점의 다양한 패턴이 가능하다. UV 조사에 의해 메타아크릴기의 중합으로 인해 강력한 공유결합을 형성하여 양자점 밀도가 증가하고 이 현상에 의해 휘도, 소자의 발광 효율, 외부 양자 효율을 극대화 시켰다. 이는 효율면에서 더욱 우수한 녹색 EL특성을 갖는다는 결과를 얻을 수 있었다. 2부에서는 당단백질의 구조 분석을 위한 당단백질만을 추출할 수 있는 금 기판을 제작하였다. 먼저 금 기판의 불순물을 제거하고 불특정 단백질의 결합을 막는 에틸렌 글라이콜과 메톡시 그룹의 도입, 반응성을 갖도록 하기 위해 하이드록시기를 말단으로 하는 리간드를 사용하였으며 하이드록시기와 아민의 결합 결합이 반응하도록 반응 중간체를 치환한 후 최종적으로 당단백질과 결합하는 boronic acid를 치환시켰다. 또한 여러 당단백질과 단백질들을 혼합하여 MALDI-TOF를 이용한 질량 분석으로 실제로 응용이 가능한지를 확인하였다. 본 연구에서 개발한 자기조립단분자막을 형성한 금 기판은 별도의 추출 과정이나 분리 과정이 없이 직접 MALDI-TOF를 이용한 질량 분석이 가능하며 필요로 하는 당단백질만을 선택적으로 반응함으로써 여러 시료의 혼합물로부터 당단백질만의 분리를 가능하게 하였다.

Synthesis and characterization of π-conjugated molecules and polymers for solution processable organic field-effect transistors

Pramod Kandoth Madathil 한남대학교 대학원 2012 국내박사

이 논문은 용액공정용 유기반도체 단분자와 고분자의 설계와 합성, 그리고 유기 전자 소자로의 응용에 관한 연구이다. 본 연구에서는 유기전계 트랜지스터와 유기태양전지를 위한 물질을 합성하고 소자를 제작하였고, 또한 비휘발성 메모리소자를 위한 연구도 진행하였다. 또한 새로운 디에틸벤조티오펜계 네마틱 액정 반도체물질을 설계되고 합성되었다. 액정특성을 보이는 온도에서 열처리한 유기전계트랜지스터 의 전하 이동도를 비행시간법에 의해 측정한 결과 크게 개선되었음을 알 수 있었다. 유기전계효과트랜지스터 소자를 위한 분자고체상태구조의 효과를 연구하기 위해, 디에틸벤젠안트라센계의 신규 물질이 합성하였고 그 특성을 조사하였다. 또한 고체 상태구조는 2D-WAXS에 의해 연구되었다. 그 결과 중앙에 있는 벤젠고리에 비하여 치환된 안트라센 고리가 평면에서 벗어나 뒤틀림으로 인하여 유기전계 트랜지스터 소자의 성능을 나타내는 전하이동도가 낮게 관찰되었다. 이들 분자의 초분자배열도 주사터널링현미경과 분자의 프로키랄리티에 의해 확인하였다. 소자에서 공액이중결합 고분자의 알킬 측사슬의 효과를 연구하기 위해 씨클로펜타디티오펜과 티에노티오펜에 기초한 교대중합체가 설계되고 합성되었다. 헥사데실기가 치환된 16CDT-TT고분자가 옥틸이 치환된 8CDT-TT에 비하여 소자에서의 성능이 더 좋게 나타남을 확인할 수 있었다. 그 이유는 더 높은 온도에서의 열처리과정에서 16CDT-TT가 더 효과적으로 겹겹이 싸이기 때문일 것으로 판단된다. 이 고분자들을 이용하여 유기 태양전지소자를 제작하여 그 특성을 측정하였으나 괄목할 만한 높은 전환효율을 얻지 못하였다. 씨클로펜타디티오펜(CDT) 단위를 포함하는 컨쥬게이션 고분자 시리즈들도 또한 설계되고 합성되었다. 한 시리즈는 CDT와 다른 위치에 안트라센이 치환된 것으로 구성되었다. 이 시리즈들은 소자에서 고분자의 컨쥬게이션 길이의 효과를 연구하기 위해 설계되었다. 컨쥬게이션 길이가 길수록 더 좋은 소자 성능을 보였다. 이와 더불어 CDT-TT와 CDT-TT-8F고분자의 시리즈가 설계되었고 유기전계효과 트랜지스터소자가 제작되었는데 이들은 거의 비슷한 전하이동도 특성을 보였다. 또한 CDT가 들어간 전자 주게 받게 시리즈들이 합성되었지만 뭉침현상과 박막필름의 질이 좋지 않아 낮은 소자성능을 보였다. 특히 유기전계효과트랜지스터의 높은 성능은 다이케토피롤로피롤-싸이에노싸이노펜을 기초로한 고분자에 구현되었는데, 이 소자의 전하이동도는 매우 높아 1.6 cm2V-1s-1에 이르렀다. 이들 합성된 모든 유기 및 고분자 소재들은 구조에 따라, 그리고 소자제작조건에 따라 소자성능에 큰 차이를 나타내었다. 앞으로 이들 물질에 대한 소자제작 조건의 적정화와 소재의 물리적 특성의 추가적인 이해가 필요하리라 판단된다. Design and synthesis of solution processsable organic semiconducting materials and polymers and their application in organic electronic devices are described in this thesis work. Primary focus was made on the fabrication of organic field-effect transistors (OFETs) and organic solar cells and non-volatile memory devices were also fabricated to explore the usage of synthesized materials. A novel diethynylbenzene-thienothiophene based nematic liquid crystalline semiconductor was designed and synthesized. The annealing of OFET devices at a temperature where the material exhibited liquid crystallinity improved the charge mobility considerably and the mobility enhancement was also supported by time-of-flight (TOF) measurements. To study the effect of solid state structure of the molecule on OFET device performance, a novel diethynylbenzene-anthracene based material was synthesized and characterized. The solid state structure was studied by 2D-WAXS and the observed low mobility of OFETs are attributed to the out of plane tilting of substituted anthracene rings compared to the central benzene ring. The supramolecular arrangement of this molecule was studied by scanning tunneling microscopy (STM) and the prochirality of the molecule was confirmed. For investigating the effect of alkyl side chain length of the conjugated polymers on device performance, two alternating copolymers based on cyclopentadithiophene and thienothiophene moieties were designed and synthesized. The polymer with hexadecyl substituent (16CDT-TT) showed better OFET performance compared to the octyl substituted one (16CDT-TT). The reason may be the effective close packing in the case of 16CDT-TT at higher annealing temperature. Organic solar cells are also fabricated with these polymers. A series of conjugated polymers containing cyclopentadithiophene (CDT) unit were designed and synthesized. One series contains CDT and anthracene in which anthracene was substituted at different positions. This series was designed to study the effect of effective conjugation length of the polymers on device performance. The polymer with high effective conjugation showed better performance as expected. A series of CDT-TT and CDT-TT-8F polymers were designed and OFETs were fabricated. They exhibited almost similar properties. Donor acceptor series containing CDT was synthesized but poor device performance was observed due to the aggregation and low quality thin film formation. High performance OFETs were fabricated using diketopyrrolopyrrole-thienothiophene based conjugated polymer and this showed very high mobility. The headline mobility number was 1.6 cm2V-1s-1. Different materials, designed and synthesized were showed a range performance from no performance to high performance. Careful design and understanding the device physics are necessary for generating potential organic electronic devices.

유기박막 트랜지스터 응용을 위한 Benzodithiophene과 Pentacene 유도체의 합성과 특성연구

권제호 한남대학교 일반대학원 2010 국내석사

본 논문은 OTFTs 성능을 향상시키고자 펜타센 유도체와 유사한 구조의 J1, J2 및 J3, 그리고 펜타센 전구체의 합성 및 물성에 관한 연구이다. 펜타센과 유사하게 평면성을 갖고 있는 J1, J2 및 J3는 전자가 풍부한 benzodithiopehene을 도입하여 합성되어진 물질로서 물성특성 파악과 에너지 상태를 연구하였고, 펜타센 전구체를 이용하여 펜타센의 고유의 이동성을 향상시키는 연구를 수행하였다. 이들 J1, J2 및 J3는 HF/STO-3G calculator로 각각의 분자내 에너지 상태를 확인할 수 있었는바, 각각의 구조는 삼중결합으로 인해서 분자내에 뒤틀림현상이 보이지 않는 것으로 판단된다. 또한 이러한 평면성은 펜타센에서 보여지는 분자 배열상태를 J1, J2, J3에서 유사함으로 높은 분자내의 호핑을 유도할 것으로 예상할 수 있었다. 합성된 펜타센 전구체는 각각의 1H-NMR과 FT-IR로 확인하였고 유기박막 트랜지스터에 응용하기 위하여 펜타센 전구체를 표면 처리에 따라 트랜지스터 특성을 확인하였다. 또한 용매에 따라 그들의 전하 이동도가 달라지는 현상을 확인하였다. 이와 더불어 펜타센 전구체의 이동도를 증가시키기 위하여 PVK를 2wt% 혼합하여 사용하였을 경우 유기박막 트랜지스터의 이동성이 약 두배 정도 증가하는 결과를 얻었는데 이것은 단순히 PVK가 펜타센을 고정시켜주는 역할을 했을 뿐만 아니라 열을 가했을 때에 전구체에서 펜타센으로 돌아오는 과정에서 분자간 간격을 유지했던 부분이 열로 인해 분해가 되어 분자간 간격이 멀어지게 되는데 이 약점을 PVK가 매워줌으로써 분자간에 일정한 간격으로 펜타센이 배열하게 도와주고 전자의 이동을 원활하게 도와줌으로써 OTFTs의 전하 이동도가 향상된다는 것을 확인할 수 있었고 이를 통하여 높은 효율의 OTFTs 소자에 적용 가능성을 제시할 수 있었다.

π-전자 상호작용이 가능한 파이렌-나노튜브-양자점의 복합재료와 Fullerene 유도체를 이용한 광전기적 응용

이성형 한남대학교 일반대학원 2010 국내석사

본 논문에서는 광전기적 응용이 가능한 유기 및 고분자, 탄소나노튜브, 양자점 복합체의 합성과 성질에 대한 연구를 수행 하였으며 이에 대한 연구 결과는 총 2부로 나눠져 있으며, 1부에서는 나노튜브와-양자점-파이렌 유도체간의 복합체를 이용하여 유-무기 태양전지를 제작 하였고, 또한 플러렌 유도체를 합성하여 유기 태양전지의 특성에 관해 서술 하였다. 2부에서는 새로운 플러렌 유도체를 합성하여 유기 박막 트렌지스터에 관한 특성에 관해 다루었다. 1부에서는 최근 많은 관심의 대상이 되고 있는 태양전지에 관한 연구를 진행하였다. 현재 태양전지의 대부분을 차지하고 있는 실리콘 결정 태양전지는 그 수요가 증가함에 따라 원료 수급의 문제, 비싼 제작 단가 때문에 이를 대체하기 위한 많은 종류의 태양전지들이 연구되고 있다. 태양전지 연구의 핵심은 고효율과 낮은 제작비용이다. 이를 위해 유기물을 이용한 태양전지 뿐만 아니라 유기물과 무기물의 복합체도 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 태양전지의 높은 효율을 가능하게 하기 위하여, 가시광선과 근적외선 그리고 적외선 흡수가 가능한 무기물인 양자점(CdSe, CdTe, PbSe)을 이용하였고, 전기 전도도가 높으며, 좋은 기계적, 화학적, 열적 안정성을 보이는 탄소 나노튜브을 사용하였으며, 탄소나노튜브의 용해도를 증가하기 위해 화학적인 결합보다 물리적인 결합이 가능한 파이렌 유도체를 합성하여 사용하였다. 또한 고분자의 사슬의 길이에 따른 에너지 이동을 알아보기 위해 탄소나노튜브와 파이전자 상호작용이 가능한 파이렌을 포함하는 고분자를 각 분자량에 따라 사용하였으며, 양자점과의 원할한 리간드 바꿈을 가능하게 하는 말단에 싸이올 그룹을 치환하였다. 그리고 현재 공통적으로 사용되는 유기 태양전지의 전자받게인 PCBM을 대체 하고자, 더 좋은 용해도와 전자 친화도를 가지는 플러렌 유도체를 설계하여 합성을 진행하였다. 합성된 양자점과 탄소나노튜브 복합체들은 TEM과 SEM을 통해 형태를 알아보고 또한 UV-Vis, PL을 통하여 광학적 성질을 확인하여 성공적으로 합성이 되었음을 확인할 수 있었다. 또한 플로렌 유도체들은 NMR, Maldi TOF Mass, UV-Vis, PL를 통해 구조적 광학적 성질을 확인 였다. 이렇게 합성된 나노튜브 복합체와 플로렌 유도체를 3 wt%로 전자주게인 P3HT와 블렌딩하여 스핀코팅을 통하여 태양전지 소자를 제작 였다. 여기에서 얻어진 전류-전압 특성을 분석한 결과, 고분자의 사슬 길이가 증가함에 따라 광자의 흐름이 감소함을 확인했으며, 근적외선을 흡수하는 양자점을 사용했을 경우 가장 좋은 결과를 얻어 낼 수 있었다. 또한 싸이오펜이 치환된 플러렌 유도체의 효율이 가장 좋게 나왔다. 따라서, 본 연구에서는 여러 파장의 흡수가 가능한 양자점을 탄소나노튜브와의 복합체를 만들어 태양전지 소자 제작이 가능함을 알 수 있었고, 또한 새로운 플로렌 유도체를 사용하여 태양전지를 제작할 수 있었다. 2부에서는 전자가 풍부하고, 전도성 물질로 알려졌지만 전자의 이동도가 낮고, 용해도가 좋지 않은 단점을 가지고 있는 플러렌을 이용하여 전자가 풍부한 thiophene, benzothiophene, benzene을 치환하여 전하 이동이 향상되고 전자받게기능도 있는 플러렌 유도체를 n-type 형태의 반도체 성질을 알아보고자 하였다. 이를 위해 각 유도체에 위에서 말한 유도체를 치환하였으며, 용해도를 증가하기 위해 10개의 사슬을 도입하였다. 합성된 플러렌 유도체의 구조분석은 NMR, 질량분석을 통하여 확인하였다. 플러렌 유도체들이 갖는 광학적, 전기적화학적 특성을 알아보고자 UV-Vis, CV를 통하여 분석하였다. 그 결과 광학적 특성에서는 합성된 플러렌 유도체는 250-730nm에서의 흡수 값을 보였다. 전기화학적 특성을 통하여 에너지 준위를 계산해 본 결과 3.7 ev의 LUMO값을 알 수 있었으며, 1.7 ev의 밴드갭을 알 수 있었다. 이를 유기박막 트렌지스터 소자를 제작하여 확인해 본 결과 소스와 드레인에서 사용되는 금속 고유의 일함수가 이동도와 점멸비에 큰 영향을 끼쳤으며, Mg/Al을 사용 하였을 때 높은 이동도와 점멸비를 얻었으며, 스핀코팅 하여 사용 하였을 때 0.0025cm²/Vs 의 높은 전자 이동도와 10-5의 우수한 점멸비를 확인하였다.

환경친화적인 III-V족 반도체 양자점의 합성 및 높은 발광효율화 연구

전수민 한남대학교 대학원 2015 국내석사

본 논문에서는 II-VI족 반도체 양자점의 독성으로 야기되는 환경적인 문제와 그에 따른 응용 범위를 해결하기 위하여 독성물질인 카드뮴이 함유되지 않은 III-V족 반도체 양자점의 합성과 특성에 대한 연구를 수행하였다. 양자점에 관한 연구는 주로 II-VI족 물질에 집중적으로 이루어져 여러 응용에 많은 결과를 가져왔다. II-VI족 반도체 양자점은 일반 유기물 염료나 형광물질과는 달리 빛의 흡수 영역이 단파장에서 장파장대에 이르는 넓은 파장 범위의 빛을 흡수하고 높은 발광 효율 및 높은 내구성을 지니는 등 많은 장점들을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 II-VI족 반도체 양자점은 구성 성분의 중심을 이루는 카드뮴의 독성 문제로 인하여 응용분야에 있어 매우 제한적이다. ZnS와 같은 저독성 물질을 코어에 씌움으로써 물성 향상뿐만 아니라 독성 물질의 누출도 막을 수 있다. 하지만 이러한 방법으로 독성 문제를 완전히 해결할 수는 없다. UV 노출과 같은 외부에 강한 자극이 가해지면 양자점 표면에 산호가 촉진되어 카드뮴이 유출될 가능성이 높아진다. 이러한 이유로 응용분야에 있어 여전히 가지고 있는 문제점을 해결하기 위한 비카드뮴계 양자점의 개발에 높은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 그 중 하나가 인듐 포스파이드 (InP)로 대표되는 III-V족 양자점이다. InP는 1.35 eV의 밴드갭을 가지며 II-VI족 양자점과 비슷한 발광 파장 범위를 가진다. 또한 독성이 없어 카드뮴을 대처하는 양자점으로 많은 관심을 받고 있지만 II-VI족 양자점보다 높은 내구성을 지니도록 만들지 못하고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 무독성 III-V족 양자점의 InP계의 양자점의 합성을 시도하였고 결정 구조가 비슷한 ZnS를 이용하여 코어보다 밴드갭이 큰 ZnS를 쉘로 배치하는 Type-I 구조의 코어/쉘을 만들었다. 합성된 InP 코어의 성장시간에 따른 사이즈 변화로 인하여 492∼809 nm 발광 파장 범위를 가지는 양자점을 성공적으로 합성하였다. 하지만 발광 효율 및 입도분포 등 여러 특성들이 카드뮴계 양자점에 미치지 못하였다. 이를 해결하고자 InP 코어의 합성 중에 첨가되는 Zn(St)2를 첨가하여 In(Zn)P/ZnS 코어/쉘 양자점을 합성 하였으며 518∼610 nm 발광 파장 범위를 가지는 양자점을 성공적으로 제조할 수 있었다. 합성된 III-V족 양자점의 높은 형광 효율을 위하여 벌크물질에서 전기적인 특성을 변화하기 위해 사용하는 것으로 알려진 도핑을 양자점에 적용하여 전기적 광학적 특성의 변화를 관찰하였다. 하지만 도핑에 따른 양자효율의 증가는 2∼3 %로 그 증가가 크지 않았다. 또한 기존 II-VI족 양자점에 쉘 농도에 따른 쉘 처리 횟수가 PL intensity에 영향을 미친다는 연구 결과가 있다. 이를 바탕으로 두께 조절을 통하여 발광 효율에 미치는 영향을 관찰하였다. 그 결과 쉘이 1겹인 경우 10 %의 양자효율을 가졌고 2, 3, 4겹에서는 각각 14, 23, 32 %로 쉘 두께 처리 횟수를 증가시킬수록 양자효율이 증가하는 것을 알 수 있었다. 하지만 5번째부터는 양자효율이 30, 29, 25 %로 서서히 감소되었다. 이를 통하여 새로운 도핑 물질을 찾아 III-V족 양자점에 도핑하는 실험과 쉘 두께 조절 실험을 함께 한다면 높은 양자효율이 예상되어 지속적인 연구가 필요하다.

이광자 리소그라피법에 의한 3D 초소형 소자 제작용 포토에시드 발생제의 합성 및 물성 연구

채하늘 한남대학교 대학원 2016 국내석사

본 논문에서는 3차원 미세제작을 위한 이광자 흡수 색소와 포토에시드 발생제 의 합성 및 물성에 대한 연구를 진행하였으며 이를 초미세 광소자 제작에 응용하기 위한 이광자 흡수 패턴닝을 진행하였다. 이를 위하여 2-acetyl-6- methoxynaphthalene을 기반으로 하는 이광자 흡수 물질인 HN-2와 HN-3을 합성하였으며 4-bromo-1,8-naphthalic anhydride를 기반으로 하는 PHN-2를 합성하였다. 각각의 중간체 및 최종생성물은 1H-NMR 과 FT-IR, F-NMR의 측정을 통해 그 구조를 확인하였다. 또한 UV 흡수 스펙트럼과 PL 방출 스펙트럼을 측정하여 그 광학적인 특성을 확인하였다. 이렇게 제작된 이광자 흡수 색소와 포토에시드 발생제 들을 미세제작에 응용하기 위한 패턴닝 연구를 진행하였으며 선명한 패턴을 얻기 위해 본 실험실에서 기존에 합성하였던 EMPA도 이광자 색소로서 이용하였다, 그 외에도 Michler’s Ketone, triarylsulfonium hexafluoroantimonate salts (TAS-HFS)등을 이용하여 포토레지스트의 조성의 변화를 주었다. 포토레지스트를 가공공정의 과정을 거쳐 패턴닝을 시도하였으며 HN-2, HN-3 와 PHN-2 그리고 EMPA와 PHN-2, TAS-HFS 의 조합에서 선명한 패턴이 제작된 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 이광자 흡수 패턴닝의 효율은 이광자 흡수 색소의 PL 방출 스펙트럼과 PAG의 UV 흡수 스펙트럼의 영역이 많이 겹쳐질수록 양호한 결과를 보였는데 겹친 영역이 넓지 않음에도 선명한 패턴이 제작된 것은 이광자 흡수 색소의 광감활동이 일부 전자전이에 의해 발생하였음을 예상할 수 있으며 이에 대한 추가적인 연구가 필요한 것으로 보인다. 이러한 결과를 통해서 알맞은 포토레지스트 조합을 이용한 3차원 미세제작을 진행할 예정에 있으며 합성한 이광자 흡수 색소와 PAG를 일정 스페이서를 간격으로 연결한 합성을 진행하여 이에 따른 에너지 전환의 효율에 대한 추가적인 연구를 진행하고자 한다.

광전자공학용 Fluorene과 Anthracene 유도체의 합성과 물성에 관한 연구

임재건 한남대학교 일반대학원 2009 국내석사

본 논문은 fluorene과 anthracene 유도체의 합성 및 물성에 관한 연구로서 합성되어진 화합물의 광전자공학용으로서의 응용성에 대해 연구한 내용이다. 1부에서는 서로 다른 이광자 흡수 값(GM)을 갖는 화합물을 통하여 3차원 구조물의 선폭을 비교해 보았으며, 2부에서는 triphenylamine과 알킬기의 개수를 다르게 치환하여 청색 유기 화합물의 효율 변화를 비교해 보았다. 3부에서는 rigid한 anthracene을 도입하여 합성되어진 물질의 특성 파악과 전기적 특성에 대해 연구하였다. 우선 1부에서의 이광자 흡수 물질은 서로 다른 전자주게 세기를 갖는 triphenyl- amine과 dibutylamine을 전자주게로 사용하여 Z1과 Z2를 합성하였다. 합성되어진 Z1과 Z2 화합물을 용액상태에서의 이광자 흡수 값(GM)을 측정해본 결과 Z2 화합물이 Z1 화합물 보다 약 2배 이상의 이광자 흡수 값(GM)을 갖는다는 결론을 얻었으며, 이는 triphenylamine보다 dibutylam- ine의 전자주게의 세기가 더 크다는 결론을 도출해 낼 수 있었다. 또한 Z1과 Z2를 광중합이 가능한 아크릴 레진에 첨가하여 리소그라피법에 의한 3차원 나노구조물의 제작하여 선폭을 비교해 보았다. 결과론적으로 더 높은 이광자 흡수 활성도를 갖는 Z2 화합물을 이용한 3차원 나노구조물의 선폭이 가장 작은 레이져 파워 30 ㎽에서 최소 선폭 175 ㎚를 갖는 다는 결과를 얻을 수 있었으며, 이는 3차원 나노구조물의 선폭은 화합물의 이광자 흡수 활성도와 레이져 파워에 의존한다는 결과를 도출해 낼 수 있었다. 2부에서는 청색 유기발광 물질 E1과 E2를 합성하였다. E1과 E2는 크게 triphenylamine과 알킬기의 개수를 다르게 치환시켰다. 합성되어진 E1과 E2의 소자 특성 파악 결과 알킬기가 더 많이 치환된 E1의 효율 보다 triphenylamine기가 더 많이 치환된 E2 화합물의 효율이 더욱 증가된 결과 값을 얻을 수 있었다. 이는 홀 이동도가 좋은 triphenylamine의 수가 증가함에서 기인함을 알 수 있었다. 즉, triphenylamine의 수가 증가함으로 인해 홀의 밀도가 증가면 훨씬 좋은 청색 유기발광 효율을 갖는다는 결론을 얻을 수 있었다. 다음으로 3부에서는 유기 박막트랜지스터에 응용하고자 P2 화합물을 합성 하였다. P2 화합물의 DSC 데이타에서 액정성을 확인 할 수 있었으며, 편광 현미경으로 각각의 온도에 따른 결정의 변화 역시 확인해 보았다. P2 화합물을 이용하여 용매에 따라 그들의 결정성이 달라지는 현상을 확인하였고 anthracene에 UV-조사로 인한 광가교가 이루어짐을 UV-흡수 스펙트럼을 통해 확인해 보았으며, 이를 이용하여 2D-패턴닝에 응용해 보았다. 마지막으로 P2 화합물을 서로 다른 온도에서 유기박막트랜지스터 특성을 측정해 보았다. 그 결과 83℃ 보다 100℃ 에서 훨씬 좋은 전하 이동도 값을 나타냈으며, 이는 P2 화합물이 100℃ 에서 비교적 좋은 결정성으로 인해 분자와 분자간의 전하 이동이 활발히 이루어진다는 결론을 얻을 수 있다.