• Journal of Adhesion and Interface
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• v.20 no.4
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• pp.155-161
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• 2019

Understanding charge transport anisotropy at the interface of conjugated nanostructures basically gives insight into structure-property relationship in organic field-effect transistors (OFET). Here, the anisotropy of the field-effect mobility at the interface between 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-pentacene) single crystal with cofacial molecular stacks in a-b basal plane and SiO gate dielectric was investigated. A solvent exchange method has been used in order for TIPS-pentacene single crystals to be grown on the surface of SiO₂ thin film, corresponding to the charge accumulation at the interface in OFET structure. In TIPS-pentacene OFET, the anisotropy ratio between the highest and lowest measured mobility is revealed to be 5.2. By analyzing the interaction of a conjugated unit in TIPS-pentacene with the nearest neighbor units, the mobility anisotropy can be rationalized by differences in HOMO-level coupling and hopping routes of charge carriers. The theoretical estimation of anisotropy based on HOMO-level coupling is also consistent with the experimental result.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.342-342
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• 2016

최근 반도체 제조 공정 기술이 발전함에 따라, 나노 영역에서의 열 및 전기 특성에 관련하여 깊이 있는 연구들이 많이 수행되고 있다. 그 중 반도체 기판의 표면 거칠기는 열전도도 및 전하 이동도와 밀접한 관련이 있으며 나노 소자의 특성을 결정짓는 중요한 요소가 된다. 표면이 거친 정도에 따라 포논 산란 작용이 열적 특성에 영향을 미치며 표면 거칠기와 상응하는 포논의 파장은 이를 산란시켜 열전도도를 감소시키는 것으로 보고되었다[1]. 또한, 트랜지스터의 소형화에 따라 수직 전계가 증가하며 그 결과, 표면 거칠기 성분이 표면에서의 전자 및 홀의 이동 특성에 영향을 미친다. 따라서 원자 층 두께의 표면 거칠기의 중요성이 부각되며 이에 대한 물성 연구가 수행되어야 한다. <100> 벌크 실리콘에서 약산 용액인 500-MIF를 이용하여 시간에 따라 dipping을 진행한 후 표면 거칠기의 변화를 profiler (Tencor P-2)로 측정하여 확인하였다. 거칠기는 dipping을 시작한 후 10분부터 18분까지 약 $3{\AA}/min$의 변화를 가지는 것으로 관측이 되었다. 또한 Hall measurement system으로 벌크 실리콘에서의 온도에 따른 전하 이동도를 측정하였다. 측정 결과, 300 K일 때 p-type 벌크 실리콘의 전형적인 전하 이동도 값인 약 $450cm^2/V{\cdot}s$을 얻었으며, 저온에서는 높은 이동도를 가지다가 온도가 증가할수록 이동도가 감소하는 형태를 확인하였다. 서로 다른 표면 거칠기를 가지는 반도체 기판을 저온부터 상온 이상까지 온도의 변화를 주어 그에 따른 전하 이동도를 측정하고 열전도도 및 전하 이동도의 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.233-233
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• 2014

InGaZnO 박막트랜지스터(TFT)는 기존의 널리 사용되던 비정질 실리콘보다 높은 전하이동도와 Ion/off, 우수한 균일성과 신뢰성의 장점으로 최근 AMOLED양산에 적용되기 시작 하였다. 그러나 60인치 이상의 대면적 디스플레이와 초고해상도의 성능을 동시에 만족하기 위해 10 cm2/Vs정도의 전하이동도를 가지는 InGaZnO로는 한계가 있어 30 cm2/Vs 이상의 전하이동도를 가지는 물질의 연구가 필요하다. 연구에서는 높은 전하이동도를 만족하기 위해 InO2를, 우수한 신뢰성을 가지는 SnO2를 포함하는 InZnSnO로 실험을 진행하였다. 스퍼터링 시스템에서 ITO 타겟과 ZTO 타겟을 사용하여 동시증착법으로 채널을 증착하였고, 산소 분압 변화시에 IZTO TFT 소자 특성의 의존성을 평가하였다. Ar : O2=10 : 0 일 때와 Ar : O2=7 : 3 일 때의 이동도가 각각 12.6cm2/Vs, 19.7cm2/Vs로 산소 비율이 증가함에 따라 전하이동도가 증가하였다. 기존 IGZO 산화물 반도체에서는 산소 비율이 증가하면 산소공공(VO) 농도감소로 인해 전하이동도가 감소한다. 이는 전하농도가 증가하면 전하이동도가 증가하는 percolation 전도기구로 이해할 수 있다. 그러나 본 IZTO 물질에서는 산소비율 증가에 따라 오히려 전하이동도가 증가하였는데, 이는 IZTO 반도체에 함유된 Sn 이온의 가전자상태가 +2/+4가의 상대적 비율이 산소농도에 따라 의존하기 때문인 것으로 분석되었다.

• Journal of Adhesion and Interface
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• v.22 no.4
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• pp.144-152
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• 2021

Understanding charge transfer across the interface between organic semiconductor and gate insulator gives insight into the development of high-performance organic memory as well as highly stable organic field-effect transistors (OFETs). In this work, we firstly unveil a novel interfacial charge transfer mechanism, in which hole transfer from organic semiconductor to polymer insulator was nonlinearly boosted by localized states coupling. For this, OFETs based on rubrene single crystal semiconductor and Mylar gate insulator were fabricated via vacuum lamination, which allows stable repetition of lamination and delamination between semiconductor and gate insulator. The surfaces of rubrene single crystal and Mylar film were selectively degraded by photo-induced oxygen diffusion and UV-ozone treatment, respectively. Consequently, we found that the interfacial charge transfer and resultant bias-stress effect were nonlinearly boosted by coupling between localized states in rubrene and Mylar. In particular, the small number of localized states in rubrene single crystal provided fluent pathway for interfacial charge transport.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.227-227
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• 2014

OLED 소자에 사용되는 유기물들은 대부분 전자에 비해 정공의 이동속도가 매우 빨라 소자 효율의 손실이 일어난다. 본 연구에서는 이러한 전하 이동도의 불균형에 의한 OLED 소자 성능의 감소를 개선하기 위해 HBL (hole blocking layer) 물질로 BCP (HOMO : 6.5 eV, LUMO : 2.83 eV)를 도입하였다. 그러나 BCP의 LUMO 값이 약 3 eV를 가지기 때문에 전자의 이동에 영향을 미치는 것으로 예상되어 더 높은 효율을 가지는 소자를 제작하기 위해 host 물질을 상용물질(PGH02)로 교체하였다. PGH02의 HOMO 값은 약 5.86 eV로 소자에 사용된 HTL (hole transport layer)의 HOMO 값(5.54 eV)에 비해 높은 값을 가지기 때문에 HBL의 역할 역시 가능하여 소자의 성능이 상당히 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 전하 이동도의 균형을 맞추기 위해 ETL 물질로는 기존에 많이 사용되고 있는 Alq3 (${\mu}{\sim}10-5cm2/Vs$)에 비해 이동도가 10배 이상 빠른 Bebq2 (${\mu}{\sim}10-4cm2/Vs$)를 사용하였다. HTL (hole transport layer) 물질로는 상용물질(LHT 259)를 사용하였고, LHT 259의 전하 이동도는 FET (field effect transistor)를 제작하여 측정하였다. 이를 기반으로 하여 ETL과 HTL의 두께를 조절하여 전하 이동도가 균형을 이루는 OLED 소자를 제작하기 위해 실험을 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.241-242
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• 2011

유기물을 기반으로 하는 유기발광소자(OLED), 유기메모리(OBD) 및 유기 태양전지(organic solar cell) 등과 같은 차세대 전자 소자는 기존의 무기물 기반의 소자에 비해 가격이 싸고 제작방법이 간단하며 휘어지게 만들 수 있다는 장점을 갖기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 유기물질을 기반으로 한 전자 소자의 효율을 향상시키기 위해서는 유기물 자체의 물리적인 특성을 고찰하는 연구가 중요하다. 특히, 유기물 내에서의 전하 전송 메카니즘을 이해하기 위해 유기물의 이동도에 대한 연구가 중요하나, 아직까지 유기물질을 기반으로 한 전자 소자의 전하이동도에 대한 이론적인 연구가 거의 없다. 본 연구에서는 온도 변화에 따른 유기물 내에서의 전자 이동도를 몬테카를로 방법을 이용하여 계산하였다. 시뮬레이션을 위한 기본 구조로 소자의 길이는 50~500 사이트로 하였으며, 이웃한 사이트간 거리는 3A로 결정하였다. 유기물 내에 존재하는 트랩의 분포는 가우시안 분포로 가정하였다. 유기물 내에서의 전자 이동도를 추출하기 위해 이웃한 트랩간의 천이 확률을 Miller and Abrahams 식을 이용하여 계산하고[1], 트랩간의 천이시간을 컴퓨터에서 발생시킨 난수를 통해 얻어 이들을 통계적으로 처리하여 유기물 내에서의 전자 이동도를 계산하였다. 시뮬레이션 결과, 전자 이동도는 전계가 증가함에 따라 일정하게 증가하다가 일정 전계에서 포화된 후, 다시 감소하는 현상을 갖는다. 초기의 전계영역에서는 전계의 증가에 따라 유기물 내 트랩간의 천이 확률이 증가하기 때문에 전자 이동도가 증가한다. 하지만, 일정 전계 이상의 큰 전계 영역에서는 전자의 이동 속도는 거의 변하지 않는 상태에서 전계는 계속 증가하기 때문에 상대적으로 전자 이동도는 줄어들게 된다. 다양한 길이를 갖는 벌크 상태의 유기소자에 대한 전자 이동도를 시뮬레이션 하였을 때, 소자의 크기와 상관없이 전자 이동도는 거의 일정 하였다. 이는 순수한 벌크 상태의 유기소자는 유기물 자체에서의 전자 움직임에 의해 전자 이동도가 결정되기 때문이다. 온도가 높아짐에 따라 유기물 내의 전자 이동도는 증가하였다. 이는 온도가 증가할수록 열적 여기에 의한 트랩간의 천이 확률이 증가하기 때문이다. 하지만, 트랩의 분산도가 30 meV로 작을 경우, 일정 온도 이상에서의 전자 이동도는 포화되어 일정한 값으로 유지한다. 유기물 내에 존재하는 트랩 분포에 따라 온도의 변화에 따른 전자 이동도 특성이 달라짐을 알 수 있다. 이러한 결과는 유기물질을 기반으로 한 전자소자에서의 전하 전송 메카니즘을 이해하고 소자의 제작 및 특성 향상에 도움이 된다고 생각한다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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• v.48 no.3
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• pp.53-59
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• 2011

Charge transfer through DNA oligonucleotides has been investigated for potential applications of DNA into molecular electrooptic switching devices. Electrons were injected using gold electrode probes where DNA oligomers were adsorbed that are separated in medium. The results show that increased adsorption of DNA reduces the ionization current due to the combined effect of charge transfer through DNA and surface-limited charge transport. The probe-based charge injection was extended to examine the capability of extinguishing fluorescence of Cy3 dye molecules attached to DNA. It is expected that the results may be employed to implementing a novel electrooptic switching device based on DNA molecules.

• The Science & Technology
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• s.547
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• pp.40-43
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• 2014

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.327.2-327.2
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• 2016

유기물/무기물 나노 복합체를 이용한 전자 소자는 간단한 공정과 고집적 및 플렉시블 응용 가능성으로 차세대 전자 소자로서 응용 연구가 많이 시도되고 있다. 무기물의 경우 전하 전송 메커니즘과 전기적 특성에 영향을 미치는 다양한 요인들에 대한 연구가 많이 진행되었지만 유기물의 경우 소자의 특성에 집적적으로 영향을 미치는 요인들에 대한 이론적 연구가 미흡하다. 본 연구에서는 금속/유기물 경계면의 전하전송, 트랩밀도 및 전하 이동도가 소자의 전기적 특성에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 유기 메모리 소자의 전하 전송 메커니즘을 분석하기 위해 PMMA에 나노 입자를 분산시킨 유기-나노 복합층을 사용하여 유기 메모리 소자를 제작하였고 SCLC 이론을 이용하여 전기적 특성을 분석하였다. 또한 전극과 유기-나노 복합층 사이에 C60 층을 삽입하여 트랩밀도와 전하이동도가 유기물 전자 소자에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 이론적인 연구를 하였다. SCLC 이론을 이용하여 계산한 current density -voltage (J-V) 특성 이론값과 실험값의 비교 분석으로 유기물전자 소자의 전기적 동작 특성에 대한 메커니즘을 규명하였으며, 유기물 메모리 소자에서 트랩밀도와 분포가 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.187-187
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• 2011

최근 디스플레이 산업과 태양전지 등의 이차 전지 산업이 발달함에 따라 원가절감과 공정단계의 단순화를 위하여 다이렉트 패터닝 인쇄에 대한 연구가 관심을 받고 있으며, 나노전자부품 제작이 요구되는 전기/전자 소자들은 수백 nm에서부터 수십 ${\mu}$m 수준까지 다양한 해상도의 패턴으로 구성되므로 미세패턴이 가능한 정전수력학 잉크젯프린팅 방식은 기존의 인쇄 방식과 달리, 정전기력을 이용하여 인쇄를 하는 방식으로, 수KV의 고전압을 인가하여 잉크를 대전시키고, 대전된 잉크는 대부의 전기적 반발력에 의해 액적이나 액실로 분열하게 된다. 전하를 띤 액적 또는 액실은 정전기력을 받아 기판 쪽으로 이동을 하게 되는데, 이때 액적의 전하량에 의해 액적의 이동속도와 이동경로가 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 잉크의 전기전도도에 따른 액적의 전하량을 계산하여 전기전도도와 액적의 전하량과의 관계를 ANASYS 시뮬레이션과 운동경로 분석을 통해 확인하였다. 전기전도도가 0.307s/m~5.6s/m인 잉크에 따른 액적의 전하량을 계산하였으며, 전기전도도가 변화에 따라. 전하량이 $0.5{\times}10^{-13}C{\sim}2.5{\times}10^{-13}C$ 으로 변화하는 것을 확인하였다.