포스텍(포항공과대)은 화학공학과 조길원 <사진>, 오준학 교수팀이 기존보다 전하 이동도가 더욱 향상된 나노 다공성 구조를 지닌 고성능 유기 박막 트랜지스터 개발에 성공했다고 1일 밝혔다.
이번 연구는 입을 수 있는(wearable) 전자기기 구현의 핵심인 유기반도체로 구성된 전자소자의 성능을 크게 향상시켰을 뿐 아니라 나노 다공성 구조를 지닌 유기반도체 박막 제조도 가능해져 굽힐 수 있는(flexible) 디스플레이·전자 피부·고성능 센서 등 차세대 유연 전자소자 제작에 크게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업 나노기반 소프트일렉트로닉스연구단의 지원으로 진행됐으며 연구결과는 세계 최고 권위의 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications)지에 지난 8월26일자로 게재됐다.
유기반도체는 저온 공정이 가능하고 유기반도체로 박막 트랜지스터를 제작할 경우 구부리거나 구겼을 때에도 트랜지스터의 특성이 그대로 유지돼 유연한 전자기기의 핵심적인 소재로 전 세계적으로 많은 관심을 받아왔다.
하지만 기존의 유기반도체는 전하의 이동도가 낮아 유기반도체를 활용한 전자소자의 동작속도나 전류 공급에 한계가 있어 왔다.
이에 유기반도체를 활용한 고성능 트랜지스터 제작이나 전자회로 구현에 많은 제약이 있었다.
연구진은 이번에 기존 유기반도체 소재로 널리 사용돼온 물질(펜타센)을 새로 고안한 유기박막 이종접합(서로 다른 유기물 간의 접합)에 적용해 기존의 전하 이동도보다 4배가량 향상된 결과를 얻었다.
이러한 전하 이동도는 고성능 유기발광 다이오드(OLED)를 구동시킬 수 있는 수준이다.
또한 연구진은 유기반도체 층에 수백 나노미터 크기의 구멍이 뚫려있는 다공성 박막구조를 제조했을 뿐 아니라 다공성 구조를 지님에도 불구하고 결정성(고분자화합물 등에서 결정을 이루는 부분의 비율)이 매우 높은 유기반도체 박막도 제조했다.
이 다공성 구조를 활용해 극소량의 물질도 빠르게 검출 가능한 고성능 화학센서도 함께 구현했다.
조길원 교수는 “이 기술은 기존에 널리 사용돼 온 유기반도체 소재에 적용 가능하다”며 “이번 연구는 유기반도체 박막층 구조 변화와 유기 트랜지스터 성능 향상을 함께 구현 할 수 있는 새로운 유연 전자기기 제조 방법을 제시했다는 데 큰 의의가 있다”고 말했다.