[논문]Oxide 표면에 Self-Assembly Monolayers를 이용한 전도성 고분자 Poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 증착 및 Patterning 연구

팽일선; 김현호; 김성수; 이재갑

doi:10.3740/mrsk.2008.18.12.664

Oxide 표면에 Self-Assembly Monolayers를 이용한 전도성 고분자 Poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 증착 및 Patterning 연구
Deposition of Poly(3-hexylthiophene)(P3HT) by Vapor Deposition and Patterning Using Self-Assembled Monolayers 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.18 no.12, 2008년, pp.664 - 668

팽일선 (국민대학교 공과대학 신소재공학부) , 김현호 (국민대학교 공과대학 신소재공학부) , 김성수 (국민대학교 공과대학 신소재공학부) , 이재갑 (국민대학교 공과대학 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Vapor phase polymerization of a conductive polymer on a $SiO_2$ surface can offer an easy and convenient means to depositing pure and conductive polymer thin films. However, the vapor phase deposition is generally associated with very poor adhesion as well as difficulty when patterning the polymer thin film onto an oxide dielectric substrate. For a significant improvement of the patternability and adhesion of Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) thin film to a $SiO_2$ surface, the substrate was pre-patterned with n-octadecyltrichlorosilane (OTS) molecules using a ${\mu}$-contact printing method. The negative patterns were then backfilled with each of three amino-functionalized silane self-assembled monolayers (SAMs) of (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APS), N-(2-aminoethyl)-aminopropyltrimethoxysilane (EDA), and (3- trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine (DET). The quality and electrical properties of the patterned P3HT thin films were investigated with optical and atomic force microscopy and a four-point probe. The results exhibited excellent selective deposition and significantly improved adhesion of P3HT films to a $SiO_2$ surface. In addition, the conductivity of polymeric thin films was relatively high (${\sim}13.51\;S/cm$).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

^{5, 6)} P3HT 박막을 형성할 시 보통 사용하는 방법으로는 액상의 P3HT를 회전 도포하는 방법이 있으나 고효율 저비용으로 패터닝 할 수 있는 마땅한 방법이 없다는 어려움이 있다. 본 연구에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 박막 형성 시 단분자인 3HT의 화학적 기상 중합을 시도 하였으며 TFT 구조에서 활성층이 아닌 전극으로 사용 가능한 높은 전도도를 갖는 P3HT 박막형성 방법을 연구하였다.

제안 방법

8) 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존의 방식을 벗어나 SAMs를 이용한 bottom-up 방식의 soft lithography 공정으로 수 µm 크기의 접착력이 좋은 P3HT 박막을 형성하는 연구를 진행하였다.
P3HT 박막과 SiO2 간의 접착력을 시험하기 위해 SAMs 물질이 처리 되지 않은 SiO2 시편에 증착된 P3HT 박막과 SAMs 물질이 처리된 시편에서의 P3HT 박막을 각각 3 M Scotch® tape test를 하였다.
,LTD)를 사용하였다. SiO₂ 박막 위에 P3HT 박막의 전면 증착 실험은 표면기가 아민기를 갖는 SAMs를 SiO₂ 박막에 처리 한 후 단분자막이 형성 되었는지 확인하기 위해 접촉각 측정을 contact angle analyzer (phoenix 300,SEO)로 측정한 후 SAMs가 전면에 흡착 된 Si wafer에 FeCl₃를 회전도포기를 이용하여 전면에 도포하고 3HT를 증발시켜 기판 전면에 P3HT를 형성시켰다.
SiO2를 1000Å 성장시킨 (100)방향의 Si wafer를 1.5×1.5 cm의 크기로 제작 후 피라냐 세정(Piranha Cleaning)을 위해 H2SO4와 H2O2를 각각 부피 비 4:1로 혼합한 용액에 15분간 담근 후 10분 동안 D.I water에 헹군 후 N2 기체로 불어내었다.
세정한 Si wafer에 OTS (Aldrich) SAMs를 선택적으로 흡착시키기 위해 µ-Contact Printing 공정을 실시하였다. sylgard A 와 sylgard B (Dow corning)를 각각 10:1의 중량 비로 혼합시켜 원하고자 하는 패턴이 있는 틀에 혼합된 sylgard 용액을 부어주었다. 그 후 1시간 동안 오븐에서 68 ℃로 가열 시키면 sylgard 용액이 경화되어 polydimethylsilosane (PDMS) 탄성중합체가 만들어지고 경화된 PDMS와 마스터를 분리해서 패터닝 된 PDMS를 얻을 수 있다.
(III) 이온을 배위결합 시킨다. 본 연구에서 이와 같이 SAMs의 표면기 성질을 이용하여 P3HT 형성 시 촉매제로 작용하는 FeCl₃를 사전에 패터닝 함으로써 전도성 고분자 P3HT 박막을 패터닝 하는데 성공하였다.
상기 SAMs가 용해된 용매에 OTS가 패터닝 된 Si wafer를 30분 동안 담가 두었다. 그 후 시편은 ethylalcohol로 헹군 후 N₂ 기체로 불어내었다.
세정한 Si wafer에 OTS (Aldrich) SAMs를 선택적으로 흡착시키기 위해 µ-Contact Printing 공정을 실시하였다.
표면기로 아민기를 갖는 SAMs 물질 종류는 APS (Aldrich), DET (Gelest), EDA (Gelest)가 있고, 이를 이용하여 SAMs 처리를 진행하였다.

이론/모형

P3HT 박막 두께를 측정하기 위해 원자현미경으로 분석하였으며, 면저항을 측정하기 위해 4-point probe (CMT-series Changmin Co.,LTD)를 사용하였다. SiO₂ 박막 위에 P3HT 박막의 전면 증착 실험은 표면기가 아민기를 갖는 SAMs를 SiO₂ 박막에 처리 한 후 단분자막이 형성 되었는지 확인하기 위해 접촉각 측정을 contact angle analyzer (phoenix 300,SEO)로 측정한 후 SAMs가 전면에 흡착 된 Si wafer에 FeCl₃를 회전도포기를 이용하여 전면에 도포하고 3HT를 증발시켜 기판 전면에 P3HT를 형성시켰다.

성능/효과

µ-contact printing과 용액에 담그는 방법으로 각각 OTS와 아민기 SAMs를 연속 패터닝 한 후 FeCl3를 패 터닝된 기판에 뿌려 회전도포를 시키면 FeCl3가 NH2의 표면기를 가지는 APS, DET, EDA SAMs 표면 위에서만 선택적으로 도포 되는 것을 확인 하였으며, FeCl3가 패터닝 된 기판에 3HT를 기화 시켰을 시 P3HT를 수 마이크론 크기의 패턴까지도 선택적으로 형성 시킬 수 있었다.
7은 APS SAMs 위에 형성 시킨 P3HT 박막의 I-V 특성을 나타낸 것이다. I-V 특성에서 알 수 있듯이 전압에 따른 전류의 양이 선형적으로 증가하는 것을 보아 P3HT가 전도성을 갖는다는 것을 알 수 있었다. 그리고 기울기를 통하여 P3HT 박막의 전도도를 측정한 결과 13.
결과적으로 PDMS를 통한 µ-contact printing 공정 시 OTS가 패터닝 된 곳의 반대 영역에 P3HT가 패터닝 되는 것을 확인 할 수 있었다.
이러한 방법은 기존에 주로 액상으로 증착 가능 했던 P3HT를 화학적 기상 증착법과 SAMs를 사용하여 패터닝을 한 공정으로 전도성 고분자의 새로운 패터닝 방법이다. 고비용의 photo-lithography를 사용하지 않고 SAMs를 사용한 soft-lithography 공정으로 저비용, 대면적 공정을 실현 할 가능성을 보여 주었다. 또한 기존의 P3HT가 TFT 구조에서 활성층으로 쓰인 반면 본 연구를 통한 P3HT 박막은 높은 전도도를 보여 OTFT 구조에서 전극으로 적용 할 수 있는 가능성을 확인 하였다.
고비용의 photo-lithography를 사용하지 않고 SAMs를 사용한 soft-lithography 공정으로 저비용, 대면적 공정을 실현 할 가능성을 보여 주었다. 또한 기존의 P3HT가 TFT 구조에서 활성층으로 쓰인 반면 본 연구를 통한 P3HT 박막은 높은 전도도를 보여 OTFT 구조에서 전극으로 적용 할 수 있는 가능성을 확인 하였다.
원자현미경으로 얻은 결과로 APS의 선의 너비는 6.5 µm 였을 시 P3HT의 선의 너비 역시 6.5 µm인 것을 확인 할 수 있다.
테이프로 접착력 실험을 한 결과 SAMs를 흡착시킨 기판일 경우 테이프로 P3HT가 거의 떨어져 나가지 않은 반면, SiO₂ 박막에서의 P3HT는 완전히 벗겨져 나간 것을 확인 할 수 있다. 이와 같은 결과는 아민기가 P3HT와 SiO₂ 계면간에 존재함으로써 두 층의 접착력을 크게 향상시키는데 결정적인 역할을 한다는 사실을 뒷받침 할 뿐 아니라 더 나아가 아민기의 질소 원자가 P3HT와 고분자 박막 성장 시 어떤 강한 화학적 결합을 형성한다는 것을 강력히 시사한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전도성 고분자를 이용한 유기반도체의 장점은?	전도성 고분자를 이용한 유기반도체는 반도체로서의 특성과 유기 재료의 가공성 및 분자 맞춤형 설계 등의 장점을 같이 가지고 있는 반도체 재료로 최근 활발히 연구 되고 있으며,1) 유기발광다이오드(OLED), 유기박막트랜지스터(OTFT), 유기태양전지, 비선형광학소자, 메모리소자, 센서, 이차 전지 등에 응용 할 수 있다.2, 3)
	전도성 고분자를 이용한 유기반도체의 응용은?	전도성 고분자를 이용한 유기반도체는 반도체로서의 특성과 유기 재료의 가공성 및 분자 맞춤형 설계 등의 장점을 같이 가지고 있는 반도체 재료로 최근 활발히 연구 되고 있으며,1) 유기발광다이오드(OLED), 유기박막트랜지스터(OTFT), 유기태양전지, 비선형광학소자, 메모리소자, 센서, 이차 전지 등에 응용 할 수 있다.2, 3)
	유기물의 패터닝에서 유기 박막이 함께 제거되는 취약점과 쉐도우 마스크를 통한 패터닝에서 미세한 패턴을 얻기 힘든 문제를 해결하기 위해 어떤 연구를 진행하였는가?	7) 또한 쉐도우 마스크를 통한 패터닝은 증착시 마스크와 기판 사이의 공간이 존재하기 때문에 미세한 패턴을 얻기 힘들어 소자의 집적도를 고려할 때 공정상 응용이 점차 어려워지는 실정이다.8) 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존의 방식을 벗어나 SAMs를 이용한 bottom-up 방식의 soft lithography 공정으로 수 µm 크기의 접착력이 좋은 P3HT 박막을 형성하는 연구를 진행하였다.

참고문헌 (12)

S. Jenekhe, Chem. Mater., 16, 4381 (2004)

상세보기
J. Roncali, Chem. Rev., 92, 711, (1992)

상세보기
F. Garnier, X. Peng, G. Horowitz and D. Fichou, Adv. Mater., 2, 592 (1990)

상세보기
B. W. Jensen and F. C. Krebs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 90, 123(2006)

상세보기
M. J. Panzer, C. D. Frisbie, Adv. Funct. Mater., 16, 1051(2006)

상세보기
A. Dodabalapur, Z. Bao, A. Makhija, J. G. Laquindanum, V. R. Raju, Y. Feng, H. E. Katz and J. Rogers, Appl. Phys. Lett., 73, 142 (1998)

상세보기
M. M. Ling, Z. Bao, Chem. Mater., 16, 4824 (2004)

상세보기
Z. Wang, J. Zhang, R. Xing, J. Yuan, D. Yan, Y. Han, J. Am. Chem. Soc., 125, 15278 (2003)

상세보기
Z. Wei, C. Wang, Z. Wang, D. Liu, C. Bai, Surf. Interface Anal., 32, 275 (2001)

상세보기
S. Kim, I. Pang and J. G. Lee, Macromol. Rapid Commun., 25, 1574 (2007)

상세보기
B. K. Kuila, A. K. Nandi, J. Phys. Chem. B, 110, 1621 (2006)

상세보기
R. K. Singha, J. Kumara, R. Singha, R. Kantb, S. Chanda and V. Kumara, Mater. Chem. Phys., 104, 390 (2007)

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증