Graphene, a single atomic layer of $sp^2$-hybridized carbon, produced by chemical vapor deposition (CVD) has immense potential as a transparent conducting material in electronic applications owing to its extraordinary properties including optical transparency, mechanical flexibility and stretchability, especially in next-generation displays. Particularly, graphene-based novel electrodes have the potential to satisfy the important factors for various electronic devices such as thin-film transistors (TFTs) and organic light-emitting diodes (OLEDs). In this thesis, firstly, we investigate the tunable charge transport properties as a function of graphene doping in metal oxide-based TFTs in terms of the electrical characteristics and low-frequency noise (LFN) behaviors for achieving graphene-based high performance devices. The level of contact noise created by the barrier height fluctuation and relative contribution of channel and contact noise in the TFTs was investigated by LFN measurements to demonstrate the tunable charge transport. Secondly, we demonstrate stretchable TFTs consisting of two-dimensional (2D) graphene and molybdenum disulfide on the polymer substrate taking advantage of their excellent mechanical characteristics, and investigate the electrical characteristics of TFTs under mechanical deformation. The mechanisms of performance degradation in TFTs are investigated in the aspect of change in contact resistance closely associated with the relative deformation of 2D materials under mechanical stretching condition. Finally, we propose the novel graphene electrode architecture by applying a selective defect healing technique to CVD-grown graphene, which has achieved essential elements including sheet resistance, transmittance, charge transport, stretchability and flexibility for next generation transparent electrode. Moreover, we demonstrate a graphene-based high-performance OLED device that integrates the proposed electrode architecture on flexible substrates. Therefore, our findings provide new insights into the immense potential of graphene as an advanced transparent conductor toward high-performance stretchable and flexible displays.
화학 기상 증착법 (CVD)으로 성장된 $sp^2$-혼성화 탄소의 단일 원자 층 인 그래핀은 차세대 디스플레이 분야에서 광학적 투명성, 기계적 유연성 및 신축성을 포함한 탁월한 특성으로 인해 전자 소자의 투명 전극으로서의 막대한 잠재력을 가지고 있다. 특히, 그래핀 기반 새로운 전극은 박막 트랜지스터 (TFT) 및 유기 발광 다이오드 (OLED)와 같은 다양한 전자 장치에 대한 중요한 요소를 만족시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 본 논문에서는 첫째, 그래핀 기반 고성능 소자를 달성하기 위하여 그래핀 도핑에 따른 조정 가능한 전하 수송 특성을 금속 산화물 기반 TFT에서 전기적 특성 및 저주파 노이즈 (LFN) 동작을 이용하여 조사하였다. 조정 가능한 전하 수송을 입증하기 위하여, 쇼트키 장벽 높이 변동과 TFT의 채널 및 접촉 노이즈의 상대 기여에 의해 생성 된 접촉 노이즈의 레벨을 LFN 측정을 통해 조사하였다. 둘째로 2 차원 물질의 뛰어난 기계적 특성을 이용하여 그래핀과 이황화몰리브덴 기반 신축성 TFT를 폴리머 기판에 구현하고 기계적 변형 하에서 TFT의 전기적 특성을 조사하였다. TFT의 성능 저하 메커니즘은 기계적 신축 조건에서 2D 재료의 상대 변형과 밀접한 관련이 있는 접촉 저항 변화 측면에서 조사되었다. 마지막으로, CVD 성장된 그래핀의 선택적 결함 치유 기술을 적용한 새로운 그래핀 전극 아키텍처를 제안함으로써 면저항, 투과도, 전하 수송, 신축성 및 유연성을 비롯한 차세대 투명 전극이 가져야 할 필수요소들을 달성하였다. 또한, 유연 기판에 제안한 전극 아키텍처 기반 OLED를 제작하여 우수한 기계적 및 전기적 신뢰성을 갖춘 고성능 유연한 OLED를 시연하였다. 따라서 본 연구 결과는 고성능의 신축성 있고 유연한 디스플레이를 향한 진보된 투명 전극인 그래핀의 잠재력에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.
