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중국과학원 화학 연구소 산하 유기 고체 중점 실험실의 연구팀이 최근 년 간 높은 이전 비율을 보유한 발광 재료에 대한 연구 개발을 실행하고 "안트라센(anthracene)확장 및 펜타핀(pentaphene) 유사물질"의 광전 통합화 분자 디자인 아이디어를 제시하였으며, 유기 반도체 재료 시스템을 바탕으로 광전자 기능을 통합한 디바이스에 대한 심층적인 연구 개발을 위해 양호한 재료 기반을 구축함.

유기 발광 전계 효과 트랜지스터(OLET)는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET)와 유기 발광 다이오드(OLED) 두 가지 기능을 동시에 보유한 유기 광전 디바이스로써 제조 공법이 간단하고 집적 정도가 높고 전류 확대 등 우세를 보유하고 있기 때문에 차세대 혁신적인 플렉시블 디스플레이 기술과 유기 전기 펌핑 레이저의 이상적이 루트 중의 하나로 평가 받고 있음. 하지만 고성능 OLET 디바이스를 제조할 수 있는 재료가 심각하게 부족하기 때문에 OLET 디바이스, 특히 고성능 단일 성분의 OLET 디바이스의 발전이 많이 뒤떨어져 있음. 그러나 연구팀은 초기 연구를 기반으로 하고 높은 이전 비율을 보유한 발광 유기 반도체 재료인 2,6-diphenylanthracene(DPA)와 2,6-di(2-naphthyl) anthracene(dNaAnt)를 활성 층으로 사용하여 단일 성분의 유기 발광 전계 효과 트랜지스터를 개발하는데 성공하고, 비대칭 디바이스 구조와 인터페이스 에너지 준위 제어 전략을 기반으로 하여 OLET 디바이스 중 효율적인 균형 쌍 극성 주입과 전송을 실현하였음. 연구팀이 개발한 DPA-와 dNaAnt-OLET 디바이스는 모두 안정적이고 비교적 강한 채널 발광 특성을 나타내며, 그리드 전압(grid voltage) 제어를 통해 전자와 홀 복합 발광 위치가 p 타입 채널과 n 타입 채널에서 모두 매우 우수한 제어를 실현하며, 전형적인 쌍 극성 발광 특성을 보유하고 있는 것으로 나타났음. 연구팀이 개발한 DPA-와 dNaAnt-OLET 디바이스의 최대 외부 양자 효율(external quatum efficiency, EQE)은 각각 1.61%과 1.75% 수준에 도달하여 현재까지 보도된 단일 성분의 OLET 디바이스 중 최고 수준에 도달하는 것으로 나타났음. 동시에 DPA-와 dNaAnt-OLET 디바이스는 각각 높은 발광 휘도(1210 cd m-2와 3180 cd m-2)와 큰 전류 밀도(1.3 kA cm-2와 8.4 kA cm-2)를 보유한 것으로 나타났음.

연구팀은 이번 연구개발을 통해 높은 전이 비율을 보유한 발광 재료를 개발하였으며, 효율적인 단일 성분의 OLET 디바이스 분야에서의 높은 전이 비율을 보유한 발광 재료의 중요한 응용을 실현하였다고 평가됨.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ 지에 게재됨