화학공학소재연구정보센터
Polymer(Korea), Vol.43, No.1, 38-45, January, 2019
고성능 유기전계효과 트랜지스터 구현을 위한 시아노기가 도입된 투명 폴리이미드 절연층 개발
A Transparent Cyanated Polyimide Gate Dielectrics for High Performance Organic Field-Effect Transistors
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초록
폴리이미드는 대부분의 고분자 필름의 단점으로 지적되고 있는 열적, 화학적 취약성을 극복할 수 있는 좋은 재료이다. 이렇게 우수한 특성에도 불구하고, 폴리이미드는 전구체인 폴리아믹산의 낮은 용해도로 인해 가공성이 좋지 않을 뿐만 아니라, 특유의 황토빛을 띠는 성질로 인하여 디스플레이 분야로의 응용이 제한적이다. 본 연구에서는 폴리아믹산의 디아민 단량체에 시아노기(-CN)를 도입하여, 폴리이미드의 우수한 내화학성, 내열성, 전기적특성을 그대로 지니면서도 전자 전이 복합화에 의해 황토색 빛을 띠는 현상을 극복하여 무색 투명한 형태를 띠는 폴리이미드필름인 poly(2-cyano-p-phenylene pyromellitimide; cy-PPI)를 제조하고 유기전계효과 트랜지스터의 절연층으로 적용시켜보았다. cy-PPI 박막은 우수한 절연특성을 보여주었을 뿐만 아니라, 그 위에서 반도체 결정이 잘 성장하게 해주었다. 그 결과, cy-PPI 절연층이 도입된 펜타센 트랜지스터 소자에서 0.15 cm2/Vs의 전하이동도와 1.2×105의 점멸비의 우수한 전기적 성능을 나타내었다.
Polyimides are attractive choices for the formation of films in various industries due to their excellent mechanical, thermal, and chemical stabilities. However, the insolubility of their precursors (poly(amic acid); PAA) and the intrinsically poor optical transmittance of polyimide films have impeded their applications in various fields. In this study, we present newly synthesized cyanated polyimide gate dielectrics, poly(2-cyano-p-phenylene pyromellitimide) (cy-PPI), and applied them to organic field-effect transistors (OFETs). The strongly electron-withdrawing cyano groups of PAA played a critical role in improving the solubility and transparency of the polyimide. The solution-processed cy-PPI films exhibited good dielectric properties, and their smooth surfaces led to a better crystalline morphology in the pentacene film grown over their surfaces. As a result, the good electrical properties (0.15 cm2/Vs of field-effect mobility and 1.2×105 of on/off ratio) were achieved for the pentacene-based cy-PPI OFETs.
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