Ultrasensitive Multi-Functional Sensors Based on Organic Field-Effect Transistors with Poly(methyl methacrylate) Component : 폴리(메틸 메타크릴산) 성분을 포함한 유기 전계효과 트랜지스터 기반 초민감 다기능 센서 소자 연구원문보기
이 논문에서는 폴리(메틸 메타크릴산) poly(methyl methacrylate) (PMMA) 고분자를 절연층으로 이용한 유기 전계효과 트랜지스터의 빛에 대한 안정성 연구와 이 물질을 센싱층으로 활용한 초민감 다기능 센서 소자에 대한 연구를 수행하였다. Poly(3-hexylthiopene) (P3HT)를 채널층으로 사용한 유기 ...
이 논문에서는 폴리(메틸 메타크릴산) poly(methyl methacrylate) (PMMA) 고분자를 절연층으로 이용한 유기 전계효과 트랜지스터의 빛에 대한 안정성 연구와 이 물질을 센싱층으로 활용한 초민감 다기능 센서 소자에 대한 연구를 수행하였다. Poly(3-hexylthiopene) (P3HT)를 채널층으로 사용한 유기 전계효과 트랜지스터의 빛에 대한 안전성 검사를 위해 동작모드 (on-state)와 대기모드 (off-state)를 순차적으로 500번 반복하였다. 처음과 마지막 전류를 비교했을 때, 암실 상태에서의 대기 전류 (off current)와 작동전류는 (on current) 각각 4% (0.14 nA) 와 4.6% (4.59 nA) 증가 한 것이 관찰 되었다. 반면에 빛을 인가한 상태에서는, 대기 및 작동 전류가 각각 200% (14.2 nA)와 120% (22.9 nA)로 크게 증가하여 안정성이 매우 감소한 것이 관찰되었다. 이는 빛에 의해 채널층에 생성된 엑시톤 (exitons)이 원인이다. 비록 빛이 유기트랜지스터의 안정성에 영향을 미치지만, 안정성을 개선시키면 포토트랜지스터로 이용할 수 있는 것을 확인했다. 이를 바탕으로, 초감각 다기능 센서는 액정분자를 (LC molecules) PMMA 매트리스에 분산 시킨 센싱층을 유연한 poly(ethylene naphthalate)기판을 사용한 유기 전계효과 트랜지스터의P3HT 채널층 위에 적용하여 제작하였다. 이 고분자 분산형 액정-통합형-유기 전계효과 트랜지스터 (PDLC-i-OFETs) 센서는 매우 약한 물리적 자극, 강한 물리적 자극, 빛, 그리고 열과 같은 네 가지 다른 자극에 대해 민감하게 반응하였다. 이 flexible PDLC-i-OFET 센서는 인간의 피부가 느낄 수 없는 강도의 질소 기체 흐름을 (0.3 sccm) 감지할 수 있으며, 직접적인 물리적 자극들을 (0.6~4.8 g load) 각각 구별 할 수 있었다. 게다가, 현재의 센서는 가시광선에 매우 민감하게 반응하였으며, 25~70 ℃ 온도에서 우수한 감지 특성이 확인되었다. 특히, 이 flexible PDLC-i-OFET 센서는 두가지 자극을 동시에 감지 할 수 있어, 인공피부, 휴머노이드 로봇 센서 등, 다기능 센서 개발의 가능성을 보여줬다.
이 논문에서는 폴리(메틸 메타크릴산) poly(methyl methacrylate) (PMMA) 고분자를 절연층으로 이용한 유기 전계효과 트랜지스터의 빛에 대한 안정성 연구와 이 물질을 센싱층으로 활용한 초민감 다기능 센서 소자에 대한 연구를 수행하였다. Poly(3-hexylthiopene) (P3HT)를 채널층으로 사용한 유기 전계효과 트랜지스터의 빛에 대한 안전성 검사를 위해 동작모드 (on-state)와 대기모드 (off-state)를 순차적으로 500번 반복하였다. 처음과 마지막 전류를 비교했을 때, 암실 상태에서의 대기 전류 (off current)와 작동전류는 (on current) 각각 4% (0.14 nA) 와 4.6% (4.59 nA) 증가 한 것이 관찰 되었다. 반면에 빛을 인가한 상태에서는, 대기 및 작동 전류가 각각 200% (14.2 nA)와 120% (22.9 nA)로 크게 증가하여 안정성이 매우 감소한 것이 관찰되었다. 이는 빛에 의해 채널층에 생성된 엑시톤 (exitons)이 원인이다. 비록 빛이 유기트랜지스터의 안정성에 영향을 미치지만, 안정성을 개선시키면 포토트랜지스터로 이용할 수 있는 것을 확인했다. 이를 바탕으로, 초감각 다기능 센서는 액정분자를 (LC molecules) PMMA 매트리스에 분산 시킨 센싱층을 유연한 poly(ethylene naphthalate)기판을 사용한 유기 전계효과 트랜지스터의P3HT 채널층 위에 적용하여 제작하였다. 이 고분자 분산형 액정-통합형-유기 전계효과 트랜지스터 (PDLC-i-OFETs) 센서는 매우 약한 물리적 자극, 강한 물리적 자극, 빛, 그리고 열과 같은 네 가지 다른 자극에 대해 민감하게 반응하였다. 이 flexible PDLC-i-OFET 센서는 인간의 피부가 느낄 수 없는 강도의 질소 기체 흐름을 (0.3 sccm) 감지할 수 있으며, 직접적인 물리적 자극들을 (0.6~4.8 g load) 각각 구별 할 수 있었다. 게다가, 현재의 센서는 가시광선에 매우 민감하게 반응하였으며, 25~70 ℃ 온도에서 우수한 감지 특성이 확인되었다. 특히, 이 flexible PDLC-i-OFET 센서는 두가지 자극을 동시에 감지 할 수 있어, 인공피부, 휴머노이드 로봇 센서 등, 다기능 센서 개발의 가능성을 보여줬다.
The stability test of organic field-effect transistors (OFETs) to light using poly(methyl methacrylate) (PMMA) as gate-insulating layers and ultrasensitive multi-functional sensors using sensing layers with this component were performed in this thesis. In order to examine the stability of OFETs usin...
The stability test of organic field-effect transistors (OFETs) to light using poly(methyl methacrylate) (PMMA) as gate-insulating layers and ultrasensitive multi-functional sensors using sensing layers with this component were performed in this thesis. In order to examine the stability of OFETs using poly(3-hexylthiopene) (P3HT) as channel layers, the on and off-state were sequentially repeated for 500 cycles. Compared to the first and last cycles current under dark condition, the off current and on current were observed that they increased 4% (0.14 nA) and 4.6% (4.59 nA), respectively. While, the off and on current under light-induced condition increased significantly to 200% (14.2 nA) and 120% (22.9 nA), respectively, and the stability of OFET was quite reduced. it result from the exitons created by light in channel layers. Although light affects the stability of OFETs, it can be used as a phototransistor if the stability of devices is improved. On the basis of the results, the ultrasensitive multi-functional sensors were fabricated by spin-coating LC molecules into PMMA matrix on P3HT channel layers of OFETs with flexible poly(ethylene naphthalate) (PEN) substrates. The polymer dispersed liquid crystal-integrated-OFET (PDLC-i-OFET) sensors could sensitively respond to four different stimulations such as very weak physical touch, strong physical touch, light, and heat. The flexible PDLC-i-OFET sensors could detect very weak nitrogen gas flow, which cannot be felt by human skin, and distinguish the direct physical touches (0.6~4.8 g load), respectively. In addition, the present sensors sensitively responded to a visible light and confirmed excellent heat-sensing characteristic at a temperature of 25~70 ℃. In particular, the flexible PDLC-i-OFET sensors could simultaneously sense two different stimulations, and show the possibility of development to multi-functional sensors such as artificial skins, and humanoid robot sensors, etc.
The stability test of organic field-effect transistors (OFETs) to light using poly(methyl methacrylate) (PMMA) as gate-insulating layers and ultrasensitive multi-functional sensors using sensing layers with this component were performed in this thesis. In order to examine the stability of OFETs using poly(3-hexylthiopene) (P3HT) as channel layers, the on and off-state were sequentially repeated for 500 cycles. Compared to the first and last cycles current under dark condition, the off current and on current were observed that they increased 4% (0.14 nA) and 4.6% (4.59 nA), respectively. While, the off and on current under light-induced condition increased significantly to 200% (14.2 nA) and 120% (22.9 nA), respectively, and the stability of OFET was quite reduced. it result from the exitons created by light in channel layers. Although light affects the stability of OFETs, it can be used as a phototransistor if the stability of devices is improved. On the basis of the results, the ultrasensitive multi-functional sensors were fabricated by spin-coating LC molecules into PMMA matrix on P3HT channel layers of OFETs with flexible poly(ethylene naphthalate) (PEN) substrates. The polymer dispersed liquid crystal-integrated-OFET (PDLC-i-OFET) sensors could sensitively respond to four different stimulations such as very weak physical touch, strong physical touch, light, and heat. The flexible PDLC-i-OFET sensors could detect very weak nitrogen gas flow, which cannot be felt by human skin, and distinguish the direct physical touches (0.6~4.8 g load), respectively. In addition, the present sensors sensitively responded to a visible light and confirmed excellent heat-sensing characteristic at a temperature of 25~70 ℃. In particular, the flexible PDLC-i-OFET sensors could simultaneously sense two different stimulations, and show the possibility of development to multi-functional sensors such as artificial skins, and humanoid robot sensors, etc.
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