Recently, organic semiconductors that can be used in flexible and stretchable electronic devices have been researched as next-generation semiconductors that can replace conventional silicon-based semiconductors. One of the greatest advantages of organic semiconductors is that they can be fabricated on flexible substrates such as plastic substrates and the process that makes this possible is solution-based coating techniques. This process has the advantage of producing cost-effective, energy-efficient, large-area thin film compared to top-down manufactu
ring the existing inorganic semiconductor, so related research has been actively studied. However, the device performance is significantly affected by the morphology, crystallinity, crystal orientation, molecular packing. Among the solution-based process, Meniscus-guided coating techniques have been developed because the solution evaporates only in the meniscus, which is the interface between liquid and air. So far, many studies have focused on device performance improvements and even though sufficient performance is achieved, the device-to-device variation makes it difficult to commercialize. Herein, we form very uniform organic thin films through microfluidic channel embedded solution shearing. The uniform morphology, crystallinity and crystal orientation of thin film are formed through the microfluidic channel that can continuously supply the solution during solution shearing and the herringbone pattern channel which can maximize the mixing effect simultaneously. In addition, the flows in the microfluidic channel were predicted and analyzed by simulation. Though the herringbone patterned channel that can create the environment in the channel such as the most turbulent-like flow, the characteristics of the organic thin-film devices are improved. As such, the microfluidic channel based solution shearing method can form uniform thin films, which will greatly help industrialization.
최근 기존의 실리콘 반도체를 대체할 수 있는 차세대 반도체로 플렉서블, 스트레처블 전자기기에 쓰일 수 있는 유기 화합물 기반의 유기 반도체가 많이 연구되고 있다. 유기 반도체의 가장 큰 장점 중 하나는 플라스틱 기판과 같은 유연한 기판에 제작이 가능하다는 점인데, 이것을 가능하게 하는 공정이 용액 기반 프린팅 공정이다. 이 공정은 기존 무기 반도체를 제작하는 하향식 제조 방법에 비하여 경제적, 친환경적, 대면적 박막을 제조할 수 있다는 장점을 가지고 있어 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 형성되는 박막의 형태, 결정성, 결정방향, 분자정렬에 따라서 디바이스 성능에 크게 영향을 미치게 된다. 용액 공정 중에서도 메니스커스 기반 코팅 공정은 액체와 기체의 계면인 메니스커스에서만 용액의 증발이 일어나므로, 이를 더 잘 통제할 수 있어 각광을 받고 있다. 하지만 현재까지의 연구는 대부분 디바이스 성능 향상에 초점이 맞춰져 있고, 상용화 하는데 충분한 성능 임에도 불구하고 디바이스 간 편차가 매우 심하여 상용화 하는데 어려움이 있다. 본 학위 논문에서는 미세유체 채널이 삽입된 용액전단법을 통하여 매우 균일한 박막을 제조하였다. 미세유체 채널을 통하여 공정 중에 지속적으로 용액을 공급하는 동시에 혼합 효과를 극대화 할 수 있는 헤링본 패턴의 채널을 통하여 형성되는 박막의 균일한 결정성, 결정방향, 형태를 확보하였다. 또한 미세 유체 내의 유동을 시물레이션을 통하여 예측하고 분석하였다. 가장 난기류와 같은 채널 내의 환경을 만들 수 있는 헤링본 패턴의 채널을 통하여 균일한 유기 박막 소자의 특성을 확보하였다. 이처럼 미세유체 채널 기반 용액 전단법을 통하여 균일한 박막을 형성할 수 있어 산업화에 큰 도움이 될 것 이다.
