종이처럼 얇으면서 자유자재로 구부릴 수 있고 충격에 강한 디스플레이 제작에 사용가능한 양극성 반도체 고분자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
기존 양극성 반도체 고분자가 가진 낮은 전하이동도라는 단점을 2배 가량 개선해 향후 스마트폰, 컴퓨터 등 정보통신기기와 세탁기, 냉장고 등 전자제품 소형화에 크게 기여할 것으로 전망된다.
울산과학기술대학교(UNIST) 양창덕·오준학 교수 연구팀은 8일 유기박막 트랜지스터에 사용되는 양극성 반도체 고분자를 합성할 때 용액진단 공정법이라는 새로운 방법을 도입해 정공(hole)과 전자(electron)의 이동도를 2배가량 향상시켰다고 밝혔다.
기존 유기박막 트랜지스터는 크게 단극성 반도체와 양극성 반도체가 각각 사용됐다. 단극성 반도체로 만든 전자회로는 전력손실이 높고 구동속도와 안정성이 떨어지는 단점이 있어 이를 보완하기 위해 p형 단극성 반도체와 n형 단극성 반도체를 결합한 양극성 반도체가 개발됐으나 제조과정이 복잡하고 비용도 많이 든다는 한계가 있었다. 이에 양극성 고분자 반도체가 개발됐지만 성능이 낮아 전자회로를 만들 수 없어 전하이동도가 높은 반도체 개발이 요구됐다.
연구진은 두 기판사이에 유기 반도체 용액을 넣어 열과 전단응력을 가해 유기 반도체 박막을 형성하는 용액전단 공정법을 사용하고 기존의 유기박막 트랜지스터에 작용기로 사용되는 알킬사슬(alkyl chain)소재 대신 실록세인 가용화제(siloxane solubilizing) 소재를 사용해 정공과 전자의 이동도를 2배가량 높였다.
이번에 개발된 양극성 반도체 고분자는 기존 양극성 고분자 재료 중에서 가장 높은 전하이동도를 갖고 지금까지 개발된 비결정성 무기박막 트랜지스터의 전하이동도보다 최대 4배 가량 빠른 이동도를 구현했다는 평가를 받았다. 최근 거의 같은 시기에 중국 연구팀에 의해 개발된 재료와 비교해도 정공은 2배 이상, 전자는 5배 높은 전하이동도를 갖는 것으로 나타났다.
양창덕 교수는 "이번에 개발한 고성능 고분자 반도체 재료를 이용해 유기전자회로를 사용하는 스마트폰, 컴퓨터와 같은 정보통신기기, 센서와 스위치 등에 다양하게 적용할 수 있다"며 "향후 차세대 휘어지는 전자소자 개발에도 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
jhpark@fnnews.com 박지현 기자
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