초록
공액분자반도체와 고분자절연체 계면에서 전하트래핑을 이해하는 것은 장시간 구동가능한 안정성 높은 유기전계효과 트랜지스터(이하 유기트랜지스터) 개발을 위해 중요하다. 본 연구에서는 다양한 분자량의 고분자절연체를 이용한 유기트랜지스터의 전하이동 특성을 평가하였다. Polymethyl methacrylate (PMMA) 표면 위에 적층된 펜타센 공액반도체의 모폴로지와 결정성은 PMMA 분자량에 무관함이 나타났다. 그 결과 트랜지스터 소자의 초기 트랜스퍼 곡선과 전하이동도는 분자량에 상관없었다. 하지만, 적정한 상대습도 환경에서 소자에 바이어스가 인가되었을 경우, 바이어스 스트레스 효과로 불리는 드레인전류 감소와 트랜스퍼 곡선 이동은 PMMA 분자량이 감소할수록 증대됨이 관찰되었다(분자량 효과). 분자량 효과에 의한 전하트래핑은 회복이 매우 어려운 비가역적인 과정임을 밝혀 내었다. 이러한 분자량 효과는 PMMA 존재하는 고분자사슬 말단의 밀도 변화에 의한 것으로 판단된다. 즉, PMMA 고분자사슬 말단이 가지는 자유부피가 전하트랩으로 작용하여 분자량에 민감한 바이어스 스트레스 효과를 일으킨 것으로 판단된다.
Understanding charge trapping at the interface between conjugated semiconductor and polymer dielectric basically gives insight into the development of long-term stable organic field-effect transistors (OFET). Here, the charge transport properties of OFETs using polymer dielectric with various molecular weights (MWs) have been investigated. The conjugated semiconductor, pentacene exhibited morphology and crystallinity, insensitive to MWs of polymethyl methacrylate (PMMA) dielectric. Consequently, transfer curves and field-effect mobilities of as-prepared devices are independent of MWs. Under bias stress in humid environment, however, the drain current decay as well as transfer curve shift are found to increase as the MW of PMMA decreases (MW effect). The charge trapping induced by MW effect is irreversible, that is, the localized charges are difficult to be delocalized. The MW effect is caused by the variation in the density of polymer chain ends in the PMMA: the free volumes at the PMMA chain ends act as charge trap sites, corresponding to drain current decay depending on MWs of PMMA.