유기 반도체

3. 역사

3. 1. 초기 역사

3. 2. OLED, 태양 전지 및 FET

4. 재료

유기 반도체 재료는 크게 저분자계와 고분자계로 나눌 수 있으며, 비정질 분자 박막, 분자 도핑된 고분자, 분자 결정, 방향족 짧은 펩타이드 자가조립체 등 다양한 형태로 존재한다.

유기 반도체는 유기 전하이동착물과 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린과 같은 다양한 직쇄상 고분자를 포함한다. 전하이동착물은 무기 반도체와 유사하게 밴드갭에 의해 분리된 전자와 정공의 전도층을 통해 전도 메커니즘이 작용한다. 폴리아세틸렌계 유기 반도체 또한 무기 비정질 반도체처럼 터널 효과, 국재화 상태, 이동도 갭, 포논 보조 호핑이 전도에 관여한다. 무기 반도체와 마찬가지로 유기 반도체도 도핑이 가능하며, 도핑된 폴리아닐린(Ormecon)이나 PEDOT:PSS는 "유기 금속"으로도 불린다.

이들은 일반적으로 스핀 코팅, 잉크젯 증착 또는 산업용 롤투롤 코팅과 같은 다양한 증착 기술을 사용하여 용액으로부터 처리되며, 유연한 기판 위에 박막을 제조할 수 있다. 주로 사용되는 재료는 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌과 같은 π-공액 고분자 및 폴리(카바졸-디티오펜-벤조티아디아졸)(PCDTBT) 계열과 같이 도너와 억셉터 단위가 번갈아 나타나는 공중합체이다.^[24] 태양 전지 응용 분야에서는 전자 수용체로 C60 또는 PCBM과 혼합될 수 있다.

유기 반도체의 일반적인 캐리어는 전자의 정공이나 전자이다. 거의 모든 유기 화합물은 절연체이지만, 넓은 공액계를 가진 분자의 경우 전자가 전자구름을 통해 이동할 수 있다. 다환방향족탄화수소나 프탈로시아닌 결정이 이러한 유기 반도체의 예시이다. 전하이동착물에서는 짝짓지 않은 전자가 장시간 안정 상태에 놓이며, 이것이 캐리어가 된다. 이러한 유형의 유기 반도체는 전자주개 분자와 전자받개 분자가 짝을 이루어 생성된다.

4. 1. 저분자계

• 테트라센
• 펜타센
• 아센류
• 올리고티오펜 유도체
• 프탈로시아닌류
• 페릴렌 유도체
• 루브렌
• Alq3
• TTF-TCNQ^[21]

4. 2. 고분자계

• 폴리티오펜 (폴리-3-헥실티오펜 등)
• 폴리아세틸렌
• 폴리플루오렌
• 폴리페닐렌비닐렌
• 폴리피롤
• 폴리아닐린

4. 3. 비정질 분자 박막

4. 4. 분자 도핑된 고분자

4. 5. 분자 결정

4. 6. 방향족 짧은 펩타이드 자가조립체

5. 특성 분석

유기 반도체는 UV 광전자 분광법으로 특성을 분석할 수 있다. 전자 상태에 대한 동등한 기술은 역 광전자 방출이다.^[27]

전하 운반체의 이동도를 측정하기 위한 전통적인 기술은 시간차 비행법(TOF)이다. 이 기술은 비교적 두꺼운 샘플이 필요하며, 얇은 박막에는 적용할 수 없다. 전계 효과 트랜지스터의 전류를 소스-드레인 전압과 게이트 전압의 함수로 사용하여 전하 운반체 이동도를 추출할 수도 있다. 전하 운반체 이동도를 결정하는 다른 방법으로는 공간 전하 제한 전류(SCLC) 흐름과 "선형으로 증가하는 전압에 의한 운반자 추출(CELIV)" 측정이 있다.^[28]

반도체 박막의 형태를 특성 분석하기 위해 원자힘 현미경(AFM), 주사전자현미경(SEM), 및 저각 입사 소각 산란(GISAS)을 적용할 수 있다.

6. 응용

• 유기 발광 다이오드 (OLED)
• 유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET)
• 유기 태양 전지 (염료 감응 태양 전지, 유기 박막 태양 전지) (OPV)

참조

_[1] 논문 Réexamen de la structure du complexe hexaméthylène-tétrathiafulvalène-tétracyanoquinodiméthane
_[2] 웹사이트 The Nobel Prize in Chemistry, 2000 http://nobelprize.or[...]
_[3] 서적 Polymers, Electrically Conducting Wiley-VCH, Weinheim
_[4] 논문 Bulk Conductivity in Organic Crystals
_[5] 논문 Positive Hole Injection Into Organic Crystals
_[6] 논문 Organic Semiconductors with High Conductivity. 1. Complexes Between Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Halogens
_[7] 논문 Electroluminescence and Band Gap in Anthracene
_[8] 논문 Superconductivity in a synthetic organic conductor (TMTSF)2PF6 https://hal.archives[...]
_[9] 논문 Amorphous Semiconductor Switching in Melanins 1974-03-01
_[10] 논문 Synthesis of electrically conducting organic polymers: halogen derivatives of polyacetylene, (CH)x
_[11] 웹사이트 Chemistry 2000 http://nobelprize.or[...] Nobelprize.org 2010-03-20
_[12] 논문 Electrochemical polymerization of pyrrole
_[13] 논문 Recombination Radiation in Anthracene Crystals
_[14] 논문 Organic Luminescent Diodes
_[15] 논문 Light-Emitting Diodes Based on Conjugated Polymers
_[16] 논문 Measuring the efficiency of organic light-emitting devices
_[17] 논문 Surface-Controlled Bulk Conductivity in Organic Crystals
_[18] 서적 Organic Photoreceptors for Xerography Marcel Dekker Inc. New York
_[19] 논문 Solitons in Conducting Polymers
_[20] 논문 Highly efficient organic devices based on electrically doped transport layers
_[21] 서적 Electronic processes in organic crystals and polymers Oxford Science Publications
_[22] 학술지 Field-effect transistors on rubrene single crystals with parylene gate insulator
_[23] 학술지 Organic single-crystal field-effect transistors
_[24] 학술지 Thermally stable, efficient polymer solar cells with nanoscale control of the interpenetrating network morphology
_[25] 학술지 Self-assembling peptide semiconductors 2017-11-17
_[26] 학술지 Quantum confined peptide assemblies with tunable visible to near-infrared spectral range 2018-08-13
_[27] 서적 Electronic Processes in organic semiconductors Wiley – VCH
_[28] 학술지 Charge Transport in Organic Semiconductors
_[29] 학술지 Unified description for hopping transport in organic semiconductors including both energetic disorder and polaronic contributions https://lirias.kuleu[...]
_[30] 학술지 Mechanical Properties of Organic Semiconductors for Stretchable, Highly Flexible, and Mechanically Robust Electronics 2017-05-10
_[31] 논문 Elastic Moduli of Organic Electronic Materials by the Buckling Method https://pubs.acs.org[...] 2009-09-22
_[32] 논문 Wearable Electronics Based on Stretchable Organic Semiconductors https://onlinelibrar[...] 2023-05-00
_[33] 논문 Stretchable Organic Semiconductor Devices https://onlinelibrar[...] 2016-11-00
_[34] 논문 Fatigue in organic semiconductors: Spectroscopic evolution of microstructure due to cyclic loading in poly(3-heptylthiophene) https://www.scienced[...] 2016-07-01
_[35] 논문 The effect of cycling deflection on the injection-molded thermoplastic denture base resins http://www.tandfonli[...] 2016-01-02
_[36] 논문 Surface Viscoelasticity of an Organic Interlayer Affects the Crystalline Nanostructure of an Organic Semiconductor and Its Electrical Performance https://pubs.acs.org[...] 2012-10-18
_[37] 논문 Polymer Gate Dielectric Surface Viscoelasticity Modulates Pentacene Transistor Performance https://www.science.[...] 2007-10-05
_[38] 논문 2000 年度ノーベル化学賞: 白川英樹氏, Alan J. Heeger 氏, Alan G. MacDiarmid 氏 2001-00-00
_[39] 논문 Electrical conductivity of the perylene-bromine complex 1954-00-00
_[40] 논문 ソビエト連邦における半導性有機物質の研究 1960-00-00
_[41] 간행물 Electronics 1960-01-01
_[42] 간행물 Electronics 1960-01-22
_[43] 논문 半導性有機物質の合成 1960
_[44] 논문 Electronic Conduction in Polymers. III. Electronic Properties of Polypyrrole
_[45] 논문 Synthesis of electrically conducting organic polymers: halogen derivatives of polyacetylene, (CH)x
_[46] 웹사이트 ノーベル化学賞(2000年) https://www.nobelpri[...]