Recently, there has been a significant interest in solution-based coating techniques because solution processable organic/inorganic thin films can be made using more energy-efficient and cost-effective methods. Solution-based coating techniques enable to fabricate large-area thin film on plastic substrates, and it can be applied to the flexible electronics. However, the device performance is determined by the crystallinity of thin film, so the control of crystallinity, crystal orientation, and molecular packing is major issue to be solved for industrial application. Meniscus guided coating techniques, such as dip coating, blade coating and solution shearing, have been developed to control the nucleation, crystal growth, molecular alignment during the coating process by inducing meniscus at the substrate-liquid-air interfaces. Herein, we demonstrate the application of inorganic polymer, allyhybridpolycarbosilane(AHPCS), as the microstructured blade for solution shearing. Using the AHCPS-based microstructured blade, high curvature regions of meniscus can be induced at the edge of the meniscus (i.e. meniscus line), and therefore supersaturation state of solution can be tuned. We demonstrated that the crystal width of small molecule organic semiconductor increases with increasing the microstructure dimension, resulting in higher field-effect mobility. Moreover, Metal Organic Framework(MOF) thin film can also be fabricated by using the solution shearing, through which the crystallinity, crystal size, and film thickness can be controlled. This phenomenon is attributed to the change of solvent evaporation rate, and therefore nucleation, crystal growth rate. Such a control of morphology and crystal properties by manipulating the shape and dimension of microstructure on blade brings solution shearing closer to industrial application and expand it applicability to flexible electronics.
최근 용액 공정이 가능한 유/무기 재료에 대한 관심이 증가하면서 용액기반 프린팅 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 용액기반 프린팅 기술은 플라스틱 기반의 기판에 대면적 박막을 제조할 수 있으며 이는 플렉시블한 전자기기에 적용이 가능하다. 그러나 프린팅 과정에서 형성되는 박막의 결정성의 차이가 나타나고 이는 곧 디바이스 성능에 크게 영향을 미친다. 크게 재료의 결정성, 결정방향, 분자정렬 등에 영향을 받는데 이를 통제하기 위해 메니스커스 기반 용액전단법이 큰 각광을 받고 있다. 본 학위 논문에서는 무기고분자 AHPCS를 이용해 이를 마이크로구조화 하여 용액전단법의 블레이드에 적용함으로서 다양한 박막 특성 변화 및 성능 향상을 관찰하였다. 마이크로구조화 된 블레이드의 끝부분에서 맺히는 메니스커스는 큰 굴곡을 가지게 되는데 이는 용매 증발과정에서 과포화상태를 조절하여 핵생성 및 결정성장 과정을 통제할 수 있다. 이를 통해 블레이드의 마이크로구조물의 크기를 증가시키면서 유기반도체 재료를 코팅하였고, 이는 곧 유기반도체 결정 크기의 성장을 나타냄과 동시에 반도체 성능 지표인 전자 이동도 또한 향상되었다. 더불어 무기고분자 기반 용액전단법을 이용하여 금속-유기 구조체 박막을 처음으로 제조하였다. 용액전단법의 공정변수를 조절하여 금속-유기 구조체의 결정성, 결정모양, 박막 두께를 다양하게 통제 가능함과 동시에 대면적 박막의 전체적인 균일성을 보여주었다. 이처럼 무기고분자 마이크로구조체 기반 용액전단법은 박막 결정성을 향상시킴과 동시에 전체적인 균일성 확보가 가능해 대면적 박막 제조가 필요한 분야의 산업화에 큰 도움이 될 것이다.
