1. 수행배경

• 산업화가 이루어지며 발생한 유해 가스가 체내에 미치는 영향은 만성 폐렴등의 호흡기 질병이 있다. 유해 가스로 인한 피해를 막기 위하여 휴대가 간편한 가스 센서의 개발에 대한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 기존에 존재하는 무기물 기반의 가스 센서는 무겁고 깨지기 쉽다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 유기물 기반의 가스 센서에 대한 연구가 진행되고 있다.
• 유기전자소자는 용액공정이 가능하여 공정단가가 저렴하고, 대면적 코팅이 가능하다. 또 가볍고 플렉서블하다는 장점을 지녀 근래에 폴더블, 웨어러블 기기 연구의 핵심이 되고있다. 하지만 기존 유기전자소자는 무기전자소자 대비 낮은 전기전도도와 가스 반응도를 가지고있어, 이를 개선하는 연구가 유기전자소자의 상용화에 있어서 필요하다.
• 본 연구에서는 유기전자소자의 가스 센서로서의 개발을 위해 절연층과 고분자 박막 사이의 계면을 다양한 자기조립 단분자막으로 처리하였고, 고분자 박막의 결정화도에 따른 센싱 성능 차이를 비교하기 위하여 비결정성 박막과 결정성 박막을 제조, 분석하였다.

2. 수행기간

• 2020.3 팀 결성 및 아이디어 회의
• 2020.4 계면 처리 실험 진행
• 2020.5 유기전자소자의 제작 진행
• 2020.7 ~ 유기전자소자의 분석 

3. 개발작품 설명

• 유기전자소자의 무기전자소자 대비 낮은 전기전도도와 NO2가스에 대한 낮은 반응도와 민감도를 개선하기 위하여, 절연층과 반도체층 사이의 계면을 자기조립단분자막인 OH, en-APTAS, ABTAS, OTS, FOTS로 개질하였다.
• 개질된 계면을 확인하기 위하여 두가지 용매에 대한 접촉각을 측정하였고, 측정한 접촉각을 통하여 표면에너지를 계산하였다. 
• 유기 반도체층의 형성을 위하여 전도성 고분자인 58kDa의 poly(3-hexylthiophene-2,5diyl) 을 사용하였다. 낮은 끓는점을 가지는 클로로포름을 용매로 사용하여 비결정성 고분자 박막을 형성하였고, 상대적으로 높은 끓는점을 가지는 다이클로로벤젠을 용매로 사용하여 결정성 고분자 박막을 형성하였다.
• 형성된 고분자 박막 위에 금을 증착하여 전극으로 사용하였고, 유기전자소자의 전기적 성능과 가스 센싱 성능을 분석하였다.
• 고분자 박막의 표면 분석을 위하여 광학현미경과 원자힘현미경 분석을 하였고, 계면 개질에 따른 표면 모폴로지의 변화는 없었으며, 결정성 박막을 원자힘현미경으로 분석하였을때 박막에 나노와이어가 형성되었음을 확인하였다.
• 결정화도 분석을 위하여 uv-vis spectroscopy와 xrd 분석을 진행하였는데, 계면 개질에 따른 결정화도의 변화는 없었으며, 클로로포름을 사용한 고분자 박막에 비해 다이클로로벤젠을 사용한 박막의 결정성이 증가하였음을 확인하였다.
• 전기적 성능을 측정하기 위하여 제조한 유기전자소자를 트랜지스터로 사용을 하였다. 계면 개질에 사용된 물질이 소수성을 띨수록 전하이동도가 증가함을 확인하였고, 결정성의 박막에서 높은 전하 밀도로 인해 전하이동도가 증가한 것을 확인하였다.
• 제조한 유기전자소자로 가스 센싱 성능을 측정하였다. 계면 개질에 사용된 물질이 아민 그룹을 많이 포함하고 있을수록 no2가스에 대한 반응도가 높음을 확인하였고, 비결정성의 박막에서 큰 free volume으로 인해 no2 가스 분자의 흡착이 많이 일어났음을 확인하였다.

4. 활용방안

• 웨어러블 및 폴더블 기기에 활용
• 휴대용의 플렉서블한 유해 가스 센서에 적용