Polyimides are attractive choices for the formation of films in various industries due to their excellent mechanical, thermal, and chemical stabilities. However, the insolubility of their precursors (poly(amic acid); PAA) and the intrinsically poor optical transmittance of polyimide films have impeded their applications in various fields. In this study, we present newly synthesized cyanated polyimide gate dielectrics, poly(2-cyano-p-phenylene pyromellitimide) (cy-PPI), and applied them to organic field-effect transistors (OFETs). The strongly electron-withdrawing cyano groups of PAA played a critical role in improving the solubility and transparency of the polyimide. The solution-processed cy-PPI films exhibited good dielectric properties, and their smooth surfaces led to a better crystalline morphology in the pentacene film grown over their surfaces. As a result, the good electrical properties (0.15 cm²/Vs of field-effect mobility and 1.2×10⁵ of on/off ratio) were achieved for the pentacene-based cy-PPI OFETs.

폴리이미드는 대부분의 고분자 필름의 단점으로 지적되고 있는 열적, 화학적 취약성을 극복할 수 있는 좋은 재료이다. 이렇게 우수한 특성에도 불구하고, 폴리이미드는 전구체인 폴리아믹산의 낮은 용해도로 인해 가공성이 좋지 않을 뿐만 아니라, 특유의 황토빛을 띠는 성질로 인하여 디스플레이 분야로의 응용이 제한적이다. 본 연구에서는 폴리아믹산의 디아민 단량체에 시아노기(-CN)를 도입하여, 폴리이미드의 우수한 내화학성, 내열성, 전기적특성을 그대로 지니면서도 전자 전이 복합화에 의해 황토색 빛을 띠는 현상을 극복하여 무색 투명한 형태를 띠는 폴리이미드 필름인 poly(2-cyano-p-phenylene pyromellitimide; cy-PPI)를 제조하고 유기전계효과 트랜지스터의 절연층으로 적용시켜보았다. cy-PPI 박막은 우수한 절연특성을 보여주었을 뿐만 아니라, 그 위에서 반도체 결정이 잘 성장하게 해주었다. 그 결과, cy-PPI 절연층이 도입된 펜타센 트랜지스터 소자에서 0.15 cm²/Vs의 전하이동도와 1.2×10⁵의 점멸비의 우수한 전기적 성능을 나타내었다.

Keywords:

Keywords: organic field-effect transistors, gate dielectrics, polyimide, cyano groups