유기반도체의 초분자 키랄성 및 광전자적 응용 연구

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 화학생물공학부, 2023. 2. 오준학.키랄성은 대상의 거울상과 겹쳐질 수 없는 비대칭성을 의미하는 것으로, 자연과 생명체를 구성하는 요소들의 보편적인 특성이다. 원편광은 전자기파의 벡터의 회전 방향에 따른 키랄성을 지니고 있으며, 3차원 디스플레이, 편광 이미징, 암호화된 광통신, 양자 계산 등에 다양한 활용이 가능하기에 학술적인 측면과 산업적 측면 모두에서 큰 관심을 받아왔다. 이러한 원편광을 발광, 혹은 감지하기 위해서 기존에는 선편광판, 위상지연판 등의 여러 광학 기구들을 이용하였으나 이는 장치의 성능을 감소시키고, 소형화 및 공정 간소화 면에서 큰 제약을 지니고 있다. 이 때문에 직접적인 키랄성의 부여가 가능하며, 조절성, 경량성, 공정 용이성, 유연성 등을 장점으로 하는 유기물을 활용하여 원편광을 직접 감지할 수 있는 소자에 관한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 유기물 기반 키랄 광전자 소자에 대한 연구는 아직까지 초기 단계로, 현재까지 보고된 연구들은 대부분 낮은 성능으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다. 초분자 키랄성은 분자수준을 넘어서는 키랄성의 범위를 나타내며 분자간의 자가 조립 혹은 정렬을 통해 대부분 분자수준 대비 증폭된 키랄성을 보인다. 이에 앞선 문제를 해결하기 위하여 이 논문에서는 유기 반도체의 초분자 키랄성에 대한 연구 및 그의 광전자적 응용에 관한 연구에 중점을 두고있다. 1장에서는 유기 전자 소자, 초분자 키랄성 및 키랄 광전자에 대한 기본 정보를 포함한 연구 배경과 본 논문의 목적을 간략히 소개하였다. 2장에서는 신규 베이 위치가 치환된 키랄성 페릴렌 다이이미드를 개발하고, 용액 공정을 통해 자가 조립을 유도하여 일 차원 나노 와이어 구조체를 제조하였다. 제조된 나노 와이어 구조체들의 원형 이색성 스펙트럼 분석을 통해, 베이 위치의 치환이 초분자 키랄성의 조절에 효과적임을 확인하였다. 또한 나노 와이어를 기반으로 한 전계 효과 트랜지스터 구조의 광 감지기를 제작하여 베이 위치 치환 효과에 따른 광전자 소자의 성능을 조사하였다. 이 때, 사이아노기가 치환된 나노 구조체 기반 소자가 가장 우수한 성능을 나타내었고, 결정 구조 분석과 이를 바탕으로 한 이론적 계산을 통해 사이아노기 치환에 따른 전하 주입성 및 파이 겹침 면적의 향상이 우수한 성능의 요인임을 확인하였다. 3장에서는 신규 키랄성 페릴렌 다이이미드와 절연 고분자 폴리락타이드를 혼합하여 유기 전계효과 트랜지스터 기반 광 감지기의 활성층으로 활용하였다. 이 때, 키랄성 페릴렌 다이이미드 만이 사용된 박막에 비해 고분자가 혼합된 박막에서 증폭된 초분자 키랄성이 나타나는 것을 확인하였다. 또한 제작된 혼합물 박막 기반 광 감지기 소자에서 키랄성 페릴렌 다이이미드와 폴리락타이드 간의 혼합 비율에 따른 광 전자소자의 성능을 비교하여 폴리락타이드의 혼합으로 유도한 전하 트랩 효과가 소자의 유의미한 광 감지 성능 향상을 이끌어냈음을 확인하였다. 또한, 키랄성 페릴렌 다이이미드에서 반대 방향 키랄성 분자를 절반씩 혼합하여 라세미체로 활용한 경우와, 순수 거울상 이성질체를 활용한 경우에서의 광전자 소자 성능 비교를 통해, 키랄성이 광전자 소자에 미치는 영향 및 그 원인을 분석하였다. 4장에서는 앞선 연구를 바탕으로 하여 키랄성 도펀트와 유기 반도체 고분자를 혼합하고 정렬을 유도하여 증폭된 키랄성을 갖는 활성층을 제작하였고, 이 때의 키랄성 증폭 원리를 연구하였다. 활성층의 구조, 형태, 조성, 작용기의 분석을 통해 제작된 활성층은 키랄성 도펀트로 인해 열처리 과정에서 초분자 나선 구조체를 이루고, 도펀트는 해당 작용 이후 승화되어 사라지며, 이로 인해 형성된 나선 구조체 발색단에서의 엑시톤 커플링이 발생하는 것으로 키랄성의 증폭 원리를 제시하였다. 또한 제작된 활성층을 바탕으로 다이오드 기반 광 감지 소자를 제작하였고, 소자 구조의 최적화 및 메커니즘 연구를 통해 약 1.2에 달하는 우수한 g factor 수치와 함께 높은 광전자적 특성을 보고하였다. 이밖에도 활성층의 광학 활성들을 분석하여 개발된 광 감지기가 선형 편광의 축 방향 및 입사 각도에 영향을 받지 않으며, 이에 따라 원형 편광의 정도의 세밀한 탐지가 가능함을 확인하였다. 최종적으로는 어레이 소자로 활용하여 보안 및 전송 속도가 강화된 광통신 및 이미징에 활용이 가능함을 보고하였다.Circularly polarized light has chirality according to the direction of rotation of the vector of electromagnetic waves. It has received great attention because it can be used in various fields such as three-dimensional display, polarization imaging, encrypted optical communication, and quantum computation. In order to emit or detect the circularly polarized light conventionally, various optics such as linear polarizer quarter-wave plate have been used which reduces the performance of the device and have great limitations in terms of miniaturization and process simplification. For these reasons, studies have been conducted on the devices that can directly detect or emit circularly polarized light, which are based on organic materials that have advantages such as tunability, lightness, process simplification, and flexibility. However, research on organic-based chiral optoelectronics is still in its infancy, and most of the studies reported so far have difficulties in low performance. The supramolecular chirality represents the range of chirality beyond the molecular level, which exhibits amplified chirality through self-assembly and alignment. In order to solve the preceding problems, this paper focuses on the study of the supramolecular chirality of organic semiconductors and its optoelectronic applications. In Chapter 1, I briefly introduced the research background, and the purpose of this paper, including basic information on organic electronics, supramolecular chirality, and chiral optoelectronics. In Chapter 2, novel bay-substituted chiral perylene diimides (PDIs) were synthesized and self-assembled into one-dimensional nanowires. Through the circular dichroism spectrum analysis of the prepared nanowires, it was confirmed that the substitution in the bay position is an effective way to control the supramolecular chirality. In addition, the performance of optoelectronic devices according to the bay substitution effect was investigated by fabrication of phototransistors based on nanowires. At this time, the CN-substituted nanowires exhibited the best performance, which is in agreement with the crystal structure analysis and computational calculation results. The improvement of electron injectability and π-overlapping area increased the optoelectronic performances. In Chapter 3, novel chiral PDIs and insulating polymer polylactic acid (PLA) were blended and used as the active layer of an organic field-effect transistor-based photodetector. At this time, it was confirmed that the amplified supramolecular chirality appeared in the thin film in which the polymer was blended. In addition, by comparing the performance of optoelectronic devices according to the blending ratio between chiral PDIs and PLA in the fabricated photodetectors, I confirmed that the charge trap effect induced from the existence of PLA enhanced photo-sensing performance of the devices. In addition, the effect of chirality on the optoelectronic performance was analyzed through the comparison in the case of using racemate and enantiomer of chiral PDIs. In Chapter 4, based on the previous research, a simple yet powerful method to fabricate chiroptical flexible layers via supramolecular helical ordering of conjugated polymer chains using transient chiral templating by volatile enantiomers was presented. Through the analysis of the structure, morphology, composition, and functional group of the active layer, it was confirmed that the chiral dopant sublimes under thermal annealing, resulting in exciton coupling of chromophores in the formed helical structure. In addition, diode-based circularly polarized light detectors were fabricated based on the chiroptical active layer, and excellent optoelectronic properties were reported along with remarkable g factor of 1.2 through the optimization of the device structure and study of the charge transport mechanisms. By analyzing the optical activities of the active layers and fabricated devices, it was confirmed that the axial direction of polarization and the incident angle of the beam did not affect to the performance of the devices. Therefore, these devices are capable to detect the degree of circular polarization and highly promising in optical communication. Finally, prototypes of circularly polarized light based optical communication and imaging were fabricated and investigated by array based devices.Chapter 1. Introduction and Motivation 1 1.1. Study Background 2 1.1.1. Organic Electronics 2 1.1.2. Supramolecular Chirality 6 1.1.3. Chiral Optoelectronics 8 1.2. Research Objectives 10 1.3. References 11 Chapter 2. Studies on Bay-Substitution Effect of Self-Assembled Nanostructures on Supramolecular Chirality and Optoelectronic Properties 14 2.1. Introduction 15 2.2. Results and Discussion 17 2.2.1. Characterization of Bay-Substituted PDI NWs 17 2.2.2. Single Crystal Analysis of Bay-Substituted PDIs 21 2.2.3. Bay-Substitution Effect on Optoelectronic Properties of Chiral PDI-based Nanomaterials 24 2.2.4. Computational Studies of Bay-Substitution Eeffect on Electronic Properties of Chiral PDI-based Nanomaterials 32 2.3. Conclusion 36 2.4. Experimental Details 37 2.4.1. Synthesis of Bay-Substituted Chiral PDIs and Fabrication of Single-Crystalline NWs 37 2.4.2. Fabrication of Organic Phototransistors 37 2.4.3. Density Functional Theory Calculations 38 2.4.4. X-ray Crystallography 39 2.5. References 41 Chapter 3. Studies on Modulation of Chirality and Optoelectronic Property in Chiral Organic Semiconductor/Polymer Blends 46 3.1. Introduction 47 3.2. Results and Discussion 50 3.2.1. Characterization of Chiral Cyanated PDIs 50 3.2.2. Optoelectronic Properties of Cyanated PDIs and PLA Blended System 55 3.2.3. Phase Separation Analysis of Blended Thin Films 64 3.2.4. Effect of Chiral Composition on Optoelectronic Properties 66 3.3. Conclusion 70 3.4. Experimental Details 71 3.4.1. Device Fabrication 71 3.4.2. Material Analysis 71 3.4.3. Optoelectronic Measurement 72 3.4.4. Atomic Force Microscopy 72 3.5. References 73 Chapter 4. Studies on Highly Dissymmetric Supramolecular Organic Chiroptical Systems and Their Applications 79 4.1. Introduction 80 4.2. Results and Discussion 82 4.2.1. Strategy for Highly Dissymmetric Chiral Single-Layered Flm 82 4.2.2. Circular Dichroism Study 96 4.2.3. Thermal Property Study 100 4.2.4. Microscale Morphology Analysis 103 4.2.5. X-Ray Diffraction Study 110 4.2.6. XPS, FTIR, and ToF-SIMS Studies 117 4.2.7. Characterization of CP Photodetectors 122 4.2.8. Effect of Device Structure on Dissymmetric Properties 127 4.2.9. Optical Activities of Chiral Doped Polymeric Films 135 4.2.10. Spin Angular Momentum Sensing and Spin Helicity Trajectory Visualization 153 4.3. Conclusion 158 4.4. Experimental Details 159 4.4.1. Materials 159 4.4.2. Characterization 159 4.4.3. Analysis of Crystal Structure 160 4.4.4. Device Fabrication 161 4.4.5. Optoelectrical Measurements 161 4.4.6. Mueller Matrix Spectroscopic Ellipsometry 162 4.4.7. Selective CP Detection in Arrays 163 4.4.8. Passive Matrix CP Real-Time Detection 164 4.5. References 165 Abstract in Korean 173 Acknowledgements 176박

무선 네트워크에서의 종료시한 보상을 사용한 공정 큐잉 기법

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :전기.컴퓨터공학부,2001.Maste

An Jae Yong

학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :소프트웨어특성화학과,2015. 2최근 모바일 단말의 폭발적인 보급에 따른 트래픽의 증가, 클라우드 컴퓨팅의 기술 발전, 대용량 멀티미디어 컨텐츠 증가 등의 추세에 따라 기업, 정부, 대학에서 관리하고 있는 데이터 센터의 규모가 점점 커지고 있으며, 무선 단말의 클라우드 서비스의 사용 증가로 인해, 무선 엑세스 포인트 및 백본 네트워크를 가상화하는 통합 스위치 기술의 필요성이 높아지고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 소프트웨어 정의 네트워크 기술이 많은 관심을 받고 있다. SDN은 네트워크의 데이터 평면과 제어평면을 분리하는 기술이다. SDN 환경에서 네트워크 모니터링 기술은 NetFlow, sFlow 등이 있다. NetFlow는 스위치에 트래픽을 감지하는 특별한 모듈을 설치하여 다양한 트래픽 정보를 컨트롤러가 모니터링 하는 기술이며, sFlow는 스위치 및 라우터를 포함하는 데이터 네트워크에서 트래픽을 모니터링하기 위한 멀티 벤더 샘플링 기술이다. 그러나 이러한 모니터링 기술의 경우 동적인 자원 할당에 대한 지원 기능이 없으며, 사용되지 않는 네트워크 자원에 관한 효율적인 관리가 미흡하다는 단점이 있다. 이러한 문제를 보완하기 위해 본 논문에서는 SDN 환경에서 모니터링 프레임워크를 통해 사용자 특성을 고려하여 동적으로 자원을 할당하는 기법을 제안했다. 제안 기법의 운용 및 동작은 실제 네트워크 장비에 SDN 환경 구축을 통해서 검증되었으며, 사용자 특성을 고려한 동적 자원 할당 기법은 모니터링 프레임워크를 통해 전달 받은 정보를 바탕으로 네트워크의 특성이나 사용자 간의 우선순위를 고려하여 동적으로 자원을 할당한다. SDN 기반의 실험 환경 동작 확인을 위한 분석과 동작 검증 평가를 통해서 네트워크 모니터링 프레임워크 모듈의 동작을 확인하였고, 자원 할당 기법을 위한 시나리오 모의실험을 통해서 성공적인 자원 할당을 확인할 수 있었다.제 1 장. Introduction 1 제 2 장. Background and related work 3 제 1 절. What is Software-Defined networking? 3 제 2 절. What is OpenFlow? 6 제 3 절. Network Monitoring Technology for SDN 11 제 1 항. NetFlow 11 제 2 항. sFlow 12 제 3 항. The Problem Statement 13 제 3 장. The Proposed Scheme 15 제 1 절. Network Monitoring Framework 15 제 2 절. Resource Allocation Algorithm 20 제 4 장. Performance Evaluation 24 제 1 절. Simulation Environment 24 제 2 절. Simulation Result and Evaluation 26 제 1 항. Result for Network Monitoring Framework 26 제 2 항. Result for Network Resource Allocation 29 제 5 장. Conclusion 33 Reference 34Maste

Studies on Optoelectronic Applications of Bay-Substituted Chiral Perylene Diimides

Master본 저자는 석사 과정 동안 베이 위치가 치환된 페릴렌 다이이미드 기반 광 전자 소자의 응용에 관한 연구를 진행하였다. 제 1 장에서는 키랄성 광 전자 소자에 대해 간단히 소개하였고, 전도유망한 n-형 반도체 물질인 페릴렌 다이이미드의 베이 위치 치환의 영향에 대하여 소개하였다. 제 2 장에서는 베이 위치에 염소 분자가 치환된 신규 키랄성 페릴렌 다이이이미드 유도체들의 자가 조립을 유도하여 단 결정 및 나노 와이어를 형성하였다. 이러한 자가 조립에 의해 형성된 단 결정 및 나노와이어들은 결정립계가 존재하지 않는 단 결정의 구조적 특성으로 인하여 광 전자 소자에서 성능이 비약적으로 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이밖에도, 자가 조립 과정을 통해 분자의 키랄성이 초분자적 키랄성으로 전이 및 증폭되는 것을 확인하였다. 이러한 단 결정 및 나노와이어를 기반으로 유기 전계 효과 트랜지스터 기반 광 감지기를 제작하였고, 간단한 기상 도핑 방식을 통해 광 감지기의 광 감지 능력이 크게 향상되는 것을 확인하였다. 제 3 장에서는 베이 위치에 사이아노기가 치환된 신규 키랄성 페릴렌 유도체를 이용한 연구를 진행하였다. 이 물질의 경우 높은 전기 음성도를 갖는 사이아노기로 인하여 물질의 LUMO 준위가 낮아져 공기중에서 안정한 특성을 보였다. 또한 위의 물질과 절연체 고분자인 PLA와의 혼합을 통해 전하 트랩 효과를 유도하여 광 감지 능력이 향상된 유기물 기반 광 감지기를 제작하였고, 혼합 비율에 따른 광 감지기의 성능 변화를 조사하였다. 이에 더하여 물질의 키랄성에 의해 소자의 성능에 차이가 있는 것을 확인하였고, 이의 원인을 분석하였다. 본 연구는 차세대 미래기술로서 이용될 유기 광 트랜지스터의 성능을 비약적으로 향상시킬 여러 방법들을 제시하였고, 이에 더불어 키랄성이 소자에 미치는 영향에 관하여 분석하였다. 이는 미래 중요 기술인 유기 광 전자 소자의 다음 세대로의 발전에 기여 할 수 있을 것으로 사료된다.Organic electronics are promising area for the transition to soft electronics, but still suffered from immature n-type semiconductors. In addition, studies about the effect of chirality on electronics are still in its infancy. Therefore, during my degree curriculum, I have studied about bay-substituted chiral perylene diimides (PDIs) and their optoelectronic applications. In the second chapter, bay-tetrachlorinated chiral PDIs were synthesized and self-assembled to single crystals and nanowires. Through self-assembly, not only their optoelectronic properties enhanced due to perfection in structure but also molecular chirality become successfully transferred and amplified to supramolecular chirality. In addition, by simple gas doping process, sharply increased light detection properties was observed. Their doping mechanisms were studied through simulation process. In the third chapter, core-cyanated chiral PDIs were synthesized. Designed to have low LUMO levels, CPDI-CN-C6 based OPTs can endure over 1000 h in ambient condition. A strategy of increasing proto parameters by inducing the charge trapping effect through blending with insulating polymer was adopted. After blended with PLA, CPDI-CN-C6 based OPTs showed enhanced performances and processability. In addition, effects of chirality on OPTs by comparing enantiopure CPDI-CN-C6 and racemic CPDI-CN-C6 were investigated. Therefore, these studies aid the further understandings of utilize chirality to optoelectronics and propose the effective ways to improve organic based phototransistors

SLAM : An Efficient Buffer Management Strategy using Spatial Locality of Spatial Data

데이타베이스 관리시스템에서 중요한 문제중의 하나는 효율적인 버퍼관리이다. 데이타베이스 관리시스템에서 객체를 디스크에서 읽어오는 작업은 많은 비용을 필요로 하기 때문에 시스템의 성능을 향상시키기 위해서는 디스크 I/O의 횟수를 최소화하는 것이 매우 중요하다. 지금까지 디스크 I/O 횟수를 줄이기 위한 많은 버퍼관리기법들이 제안되었지만, 그 기법들은 시간적 근접성만을 고려하기 때문에 공간적 근접성도 존재하는 공간데이타베이스 환경에서는 좋은 성능을 보여주지 못했다.본 논문에서는 공간데이타베이스의 시간적 근접성과 공간적 근접성을 동시에 고려하는 새로운 버퍼관리기법인 Spatial Locality Area Measure(SLAM) 기법을 제안한다. 제안한 버퍼관리기법은 SLM-tree와 M-LRU, 두 개의 구조체로 구성되었으며 공간데이타베이스 환경에서의 다양한 버퍼크기와 참조빈도에 대한 실험에서 뛰어난 성능을 보여준다

An efficient buffer management strategy for spatial databases

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전산학전공, 2001.2, [ v, 61 p. ]한국과학기술원 : 전산학전공

A Storage and Retrieval of RDF Data usingan XML Database System

최근 차세대 웹으로 시멘틱 웹이 부각되고 있다. 시멘틱 웹상에서는 정보 리소스들이 서로 의미적으로 연결되어, 이를 컴퓨터가 처리할 수 있다. Resource Description Framework (RDF)는 이런 의미적 연결성을 제공한다. RDF는 웹 리소스들의 메타 데이타를 표현하기 위한 데이타 모델이다. 시멘틱 웹이 발전하기 위해서는 RDF 데이타를 효율적으로 관리하기 위한 방법이 가장 중요하다 할 수 있다. 본 논문에서는 RDF 데이타를 XML 데이타베이스 시스템에 저장하고 이를 검색하는 기법을 제안한다. XML 데이타베이스 시스템을 사용함으로써 XML 데이타와 RDF 데이타를 통합적이고 효율적으로 관리할 수 있다. 또한, 효율적인 검색 방법과 성능을 향상시킬 수 있는 방법들을 제안하고 있다. 논문에서 제안한 질의 처리 기법은 기존의 연구보다 나은 성능을 보여준다

Experimental study on measuring the intermittency in the transitional boundary layer

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공, 2001.8, [ v, 55 p ]한국과학기술원 : 기계공학전공