지난 수십 년 동안 유기 전계 효과 트랜지스터의 전하 이동성을 향상시키기 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 최근 유기 트랜지스터 성능이 비정질 실리콘 및 다결정 실리콘 기반 트랜지스터의 성능을 초과한다는 보고에도 불구하고, 유기 반도체는 유기물질의 약한 반 데르 발스 결합으로 인해 종종 이상적이지 않은 작동을 보인다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 유기 반도체의 전기적 특성과 미세구조 및 가공기술과의 관계를 규명하고, 고성능 유기 반도체 제조를 위한 가이드라인을 개발할 필요가 있다.
공액 고분자는 빛을 흡수/방출하고 전류를 전도할 수 있는 플라스틱의 일종으로, 유기 광전지, 전계효과 트랜지스터, 발광 다이오드, 전자크롬 소자 등 다양한 유기 전자 제품에 사용되어 왔다. 유연하고 인쇄된 전자제품의 등장으로 공액 고분자에 대한 관심이 높아졌고, 그 결과 합성된 공액 고분자의 수가 최근 기하급수적으로 증가했다. 이러한 재료는 향상된 성능을 입증했으며 상용 애플리케이션이 곧 출시될 것으로 보인다. 이러한 성능 향상은 재료 설계, 가공 및 장치 제작에 대한 더 나은 연구를 통해 달성되었다. 공액 폴리머를 설계할 때, 사이드 체인의 선택은 공액 백본의 선택만큼이나 중요하다. 용액공정이 가능한 중합체는 일반적으로 파이결합된 골격과 주변 유연한 사이드체인 두 부분으로 구성된다. 결과 폴리머의 광전자 특성은 대부분의 연구 노력의 초점이 되어온 파이결합 백본에 의해 결정된다. 그러나 사이드 체인 대체물이 수년간 테스트되었음에도 불구하고 사이드 체인은 충분히 연구되지 않았다. 이 박사 논문에서, 이 전략의 중요성에 대해 강조하려 한다.
제 1 장에서는 사이드 체인 엔지니어링, 유기 전자 공학, 전하 수송 및 초분자 키랄성에 대한 기초 정보를 포함하여 연구 배경과 본 논문의 목적에 대한 간략한 개요를 제시한다.
제 2 장에서는 DPP 기반의 소분자와 고분자를 합성하여 OFET 소자에 적용하였다. DPP 단분자에서 실록세인 사이드체인은 최상의 소자 성능을 보였고 포스포네이트 말단 사이드체인은 전하 수송 특성에 부정적인 영향을 미쳤다. DPP 공액 고분자에서 다양한 코모노머가 도입되었고 에지온 패킹, 피브릴 인터칼레이션 네트워크 및 큰 결정성 파이스태킹의 조합으로 인해 두 개의 연속적인 싸이오펜 코모노머가 있는 분자로 제작한 소자가 최고의 전하 수송을 보였다.
제 3 장에서는 칼코제노펜 대응물을 포함한 일련의 작은 갭 DAP 기반 공여체 공중합체를 합성했다. 공중합체들은 단극 p-채널 작동을 보여주었고, 셀레노펜이 들어간 소자는 높은 결정성을 가진 3D 전하-전도 채널의 결과 4.79 x 10-1 cm² V-1 s-1 까지 최고의 홀 이동성을 보여주었다. 또한 가장 높은 근적외선 광적 특성을 가지고 있어 DAP 기반 공중합체가 NIR 센서에 사용될 가능성이 매우 높다는 것을 보여주었다.
제 4 장에서는 PDI 기반 단량체 세트를 합성하여 1 차원 나노와이어로 자가 조립했다. 구조-키랄성 관계를 탐구하기 위해 키랄 포인트, 키랄 대체물의 유형 및 대칭(한 쪽에만 키랄 펜던트가 있거나 양쪽에 키랄 펜던트가 있는지 여부), 그리고 스페이서의 길이를 변경했다. 준비된 와이어의 원형 이분법 스펙트럼 분석을 통해 키랄성이 증폭된 나선형 와이어에 적층된 분자의 적층 방식을 결정하는 데 스페이서 길이가 중요하다는 것을 알 수 있었다. 또한 컨주게이션 길이가 길어지면 분자 키랄성이 두 배로 증가했지만, 분자 적층이 중요한 결정 요인인 초분자 키랄성은 컨주게이션 길이에 비례하지 않았다. 마지막으로, PDI 코어의 한 쪽에 치환된 알킬 체인은 추가 공간을 마련함으로써 분자의 더 정렬된 적층을 도와 OFET 소자로 제작되었을 때 높은 전자 이동성으로 이어졌다.