초록 ▼

○ 연구개요
본과제의 최종목표는 플러렌계 소재를 사용하지 않고, -1V이상의 구동전압에서 세계최고 수준의 광감응도(responsivity, R) 0.32 A/W 및 광검출능(detectivity, D*) 3×10^13 Jones를 동시에 만족하는 용액공정 X-선 광검출 센서용 신규 광활성 유기소재를 개발하는 것임.
세부연구내용은 1) 고 외부양자효율(external quantum efficiency, EQE) 신규 유기소재 합성, 2) 용액공정시 누설전류를 최소화할 수 있는 광활성층 개발, 3) 유기분자 구조와 소자특성간

○ 연구개요
본과제의 최종목표는 플러렌계 소재를 사용하지 않고, -1V이상의 구동전압에서 세계최고 수준의 광감응도(responsivity, R) 0.32 A/W 및 광검출능(detectivity, D*) 3×10^13 Jones를 동시에 만족하는 용액공정 X-선 광검출 센서용 신규 광활성 유기소재를 개발하는 것임.
세부연구내용은 1) 고 외부양자효율(external quantum efficiency, EQE) 신규 유기소재 합성, 2) 용액공정시 누설전류를 최소화할 수 있는 광활성층 개발, 3) 유기분자 구조와 소자특성간의 관계 분석 및 고성능 광검출 소재를 위한 구조 제안, 4) 광검출 유기포토다이오드 소자개발 및 최적화 내용을 포함함.

○ 연구 목표대비 연구결과
1. 파장선택성 고분자 소재 개발
본 연구를 통해 총 9개의 신규 도너 고분자, 4개의 신규 비플러렌 억섭터를 개발하는데 성공함. 특히 530 nm 근방에서 강한 흡광특성을 나타내는 소재를 개발하였으며, 이들간의 블랜드를 통해 파장선택성이 있는 p-n접합 광활성층을 개발하였음.

2. 유기포토다이오드 개발 @ 550 nm & -1V
가. 0.32 A/W이상의 광감응도 구현
본 연구에서는 광감응도 구현을 위해 다양한 소재 합성전략을 구축하였음. 첫 번째로 고분자 백본에 불소기를 도입하여 분자내 및 분자간의 인력을 향상시켜 높은 정공이동도 및 광전류밀도를 구현함(0.27 A/W). 그리고 비플러렌계 억셉터 도입을 통해 광활성층의 결정성을 보다 향상시켜 광감응도를 0.32 A/W까지 향상시킴. 그리고 fused 티오펜기반 π-spacer를 고분자 백본에 도입하여 결정성 및 정공이동도를 더욱 향상시켜 광감응도를 0.42 A/W까지 높임. 3차년도에서는 높은 광감응도(0.47 A/W)를 유지하면서 녹색영역에서 153 nm의 반치폭을 가지는 광활성층을 성공적으로 개발하였음.

나. 3×10¹² Jones 이상의 광검출능 구현 @ 550 nm & -1V
누설전류를 감소시키기 다양한 소재 합성 및 전략을 구축함. 먼저 고분자의 3차원 배향성을 조절하여, 알킬그룹(절연층)이 전극위에 잘 적층되는 구조를 개발하여 1.37 × 10¹³ Jones의 광검출능을 구현함. 이후 신규 억셉터 소재와의 블랜딩을 통해 5 × 10¹³ Jones의 광검출능을 획득할 수 있었음.또 다른 전략으로 절연특성이 있는 알킬기를 주사슬에 도입함으로써 흡수파장을 적색에서 녹색영역으로 이동시키고, 누설전류를 획기적으로 감소시킬 수 있었음. 뿐만 아니라 이 전략을 통해 150nm의 반치폭을 가지는 광활성층을 개발함.

○ 연구개발결과의 중요성
◦ 삼성전자, 파나소닉 등과 같은 기업을 중심으로 유기물을 기반으로 한 이미지센서 개발연구가 활발히 진행되고 있고, 본 연구에서 개발한 녹색영역에서 좁은 반치폭 및 우수한 광검출능을 보이는 소재들은 고성능 이미지센서 소재 개발에 유용하게 활용될 수 있고, 소재의 내재화에 크게 기여할 것임.
◦ 본 신진연구자 지원사업을 통해 개발한 소재 기술들은 다수의 회사에서 관심을 가지고 있으며, 현재 이동형 x-ray 포토디텍터를 개발하고 있는 ㈜뷰웍스 회사와의 긴밀한 연구협력을 하는데 큰 역할을 하고 있음.
◦ 본 연구에서는 다양한 분자구조체를 개발하였고, 분자 구조와 광감응동 및 광검출능간의 상관관계 도출을 통해 고성능 포토디텍터를 개발하기 위한 합성전략들을 제시하였음. 이런 기반기술들은 유기물 소재의 상용화를 앞당기는데 큰 역할을 할 것이라고 확신함.
◦ 뿐만 아니라 현재 무인화시스템 및 인공지능 기술이 발달하면서 저가형 이미지 및 탐지 센서에 대한 수요가 증가하고 있음. 본 연구에서는 x-ray 포토디텍터용 유기물 소재를 성공적으로 합성하였고, 이를 통해 적색영역, 근적외선, 단파장적외선 등 다양한 파장영역대에서 유기물 활용 가능성을 보여줌.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1-1. 최종 목표 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2-1. 1차년도 ... 5
• 2-2. 2차년도 ... 9
• 2-3. 3차년도 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 37