최근 유연한 전자소재에 관한 관심이 매우 높아져 평판 디스플레이에 관한 응용뿐 아니라 라디오 주파수 인식소자, 저비용 센서 및 기타 쉽게 쓰고 버릴 수 있는 전자장치에 응용될 수 있는 유연한 전자회로 또한 매우 유망한 분야로 떠 오르고 있다. 특히 유기 반도체를 이용한 이러한 소자들은 기존의 고비용 광 리쏘그라피나 플라즈마 식각, 화학증기 증착법 대신 재료비 및 기타 후공정을 포함한 저비용 인쇄 방법으로 소자를 만들 수 있다는 장점으로 더욱더 유망하게 받아들여 지고 있다.
우리는 이번 연구에서 기존의 나노 전달 인쇄나 다른 인쇄방법으로 제작하기 힘든 유기 반도체나 단일벽 탄소 나노튜브 위에 전극을 성공적으로 인쇄하였다. 이 방법은 대상물질과 인쇄 물질간의 특별한 공유결합에 의존하지 않기 때문에 다양한 물질은 여러 종류의 대상물질에 인쇄할 수 있는 장점이 있다. 또한 다층 금속을 인쇄할 경우 기계적 강도가 높고 전기적 특성이 우수한 전극을 얻을 수 있다. 이 방법의 경우 인쇄 물질인 금속의 두께, 표면 거칠기 및 대상물질의 표면 거칠기가 전체 인쇄 영역에 있어 스탬프와 대상물질의 접촉에 영향을 주지 않아야 한다. 우리는 이 방법으로 제작된 전극과 기존의 마스크를 이용하여 제작된 전극의 전기적 특성이 유사하다는 것을 보였으며, 폴리 싸이오펜을 대상 유기반도체물질로 하여 유기박막 트랜지스터를 제조하여 넓은 영역에서 유사한 정공 이동도가 나오는 것을 보여 줌으로써 향후 유기발광 소자나 태양전지 등 다양한 영역에서 대면적 저비용 소자 제조 방법을 확립하였다.
유기 저분자, 고분자 반도체물질 및 수소화된 무정질 실리콘이 유연한 유기박막 트랜지스터를 위한 물질로 다양하게 연구되어 왔으며 최근 단일벽 탄소 나노튜브나 인쇄할 수 있는 형태의 단일결정 실리콘 또한 기존물질 대비 수십 ~ 수천배 높은 전자/정공 이동도로 인해 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 네트워크 형태나 배열된 단일벽 탄소 나노튜브 박막 트랜지스터가 많이 연구되고 있는 것은 i) 단일튜브 소자에서 측정된 높은 이동도, ii) 낮은 온도에서 플라스틱 물질에 용액상으로부터 부착될 수 있는 점, iii) 우수한 기계적 특성 - 파괴 신율 ~ 30%, 튜브내 전자 산란 신율 5~10% 등의 특성을 가지기 때문이며 크기가 매우 작기 때문에 투명한 소자를 만들 수 있는 점에서도 그 장점이 있다.
용액상에서 부착된 단일벽 탄소나노튜브의 경우 화학증기증착법으로 길러진 탄소나노튜브 대비 그 특성이 좋지 않게 나타나지만 화학증기 증착법의 경우 플라스틱이 견디지 못하는 고온을 필요로 하기 때문에 유연한 박막트랜지스터를 만드는데 어려움을 겪어 왔다. 본 연구에서는 저온 건식인쇄방법을 통하여 고온 화학증기증착법으로 길러진 탄소튜브들을 플라스틱 기판위에 성공적으로 인쇄하여 우수한 소자 특성과 기존 유/무기 반도체 물질이 나타내지 못했던 유연성을 가지는 유기박막 트랜지스터를 얻을 수 있었다. 또한 간단한 고분자 코팅을 통해 25㎠/Vs 의 정공 이동도와 10㎠/Vs 의 전자 이동도를 갖는 유기박막 트랜지스터를 얻을 수 있었으며 이러한 소자를 연결하여 이득값이 1.6인 CMOS 인버터를 제작하여 향후 다양한 종류의 논리회로를 만들 수 있는 기반을 마련하였다.
단일벽 탄소나노튜브와 작은 유기물간의 상호작용력이 크기 때문에 이러한 유기물들은 탄소나노튜브 소자들의 전기적 특성에 많은 영향을 미치게 된다. 이러한 특성은 화학센서에 유용하게 쓰일 수 있지만 일반적인 박막트랜지스터에는 좋지 못한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 이러한 히스테리시스 현상에 대한 연구를 수행하였으며, 공기 유전체를 이용하여 히스테리시스를 줄이기 위한 방법을 연구하였다.
