Organic field effect transistors (OFETs) based on organic semiconductors (OSCs) have been extensively studied in material science due to low temperature and low cost processes as well as mechanical flexibility, which can be facilitated to the next generation flexible, foldable, and stretchable electronics. For charge carrier mobility of transistors, there has been a need to exhibit high performance above $10 cm^2V^{-1}s^{-1}$ of common silicon-based inorganic semiconductors mobility to realize large area displays operation with high resolution as well as wireless communication with standard protocols. However, the electrical properties of OSCs are relatively low compared to them, which are obstacles for practical applications. To improve the charge carrier mobility of OFETs, the study from OSCs molecular ordering and orientation to domain size should be ideally combined. In this Ph. D. dissertation, we mainly discuss the high performance OFETs by optimizing and controlling OSCs ordering and orientation. To this end, we suggest the OSCs exhibiting liquid crystal (LC) properties for highly ordered and oriented structures to improve electrical properties. Additionally, highly ordered and oriented OSCs via a DNA template is proposed for sustainable and efficient organic devices. Finally, we demonstrate the system which can modulate molecular orientation of OSCs by tuning microchannel widths showing different optical and electrical properties.
유기 반도체 기반 유기 전계효과 트랜지스터의 경우, 저온 및 저비용 공정 뿐만 아니라 기계적 유연성을 갖고 있어 다음 세대의 플렉서블, 폴더블 및 스트레처블 소자 구현이 가능하기 때문에 재료적 측면에서 필수적으로 연구되어야 하는 분야이다. 일반적인 프로토콜 및 디스플레이에서 전류 및 전압 조절 뿐만 아니라 대면적에서 고해상도를 구현하기 위해서 트랜지스터의 경우, 일반적인 실리콘 기반 무기 반도체의 높은 전하 이동도인 $10$ $cm^2V^{-1}s^{-1}$ 보다 높은 성능을 요구하지만 유기 반도체는 아직 비교적 낮은 성능을 보여 극복해야할 문제로 여겨진다. 유기 반도체의 전하이동도 경우, 분자들의 배열 및 배향부터 도메인 크기가 직접적인 영향을 끼치기 때문에 이를 제어하는 것이 중요한 요소라고 볼 수 있다. 본 박사학위 논문에서는 유기 전계효과 트랜지스터의 전하이동도를 높이기 위한 유기 반도체 분자들의 배열 및 배향을 최적화 및 조절한 연구를 다룬다. 구체적으로, 액정 유기 반도체의 액정성을 활용함으로써 고배열 및 고배향 반도체막을 제작하였으며 뿐만 아니라 DNA 주형을 이용한 고배열 및 고배향 구조체 기반 친환경 고성능 유기 전계효과 트랜지스터 제작도 하였다. 또한, 마이크로 채널의 폭을 조절함으로써 유기 반도체 고분자의 배향을 다르게 구현하는 데에도 성공하였다.
