새로운 디스플레이 재료, 색변환 140배 빨라졌다

UNIST 백종범 교수팀, 2차원 유기 반도체 소재 합성
돌돌말리는 디스플레이나 입는 전자기기 재료에 활용

UNIST 백종범 교수팀이 유기 고분자 구조체를 반도체 트랜지스터 소자(FET)로 사용할 수 있도록 얇은 필름 형태로 만들었다. 이 새로운 디스플레이 재료는 염화수소(HCl)를 첨가해 전기전도도가 140배 향상됐다. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 돌돌말리는 디스플레이나 몸에 착용하할 수 있는 전자제품에 사용되는 실리콘 반도체를 대체할 수 있는 새로운 재료를 개발했다. 이 2차원 유기 반도체는 전자이동 속도가 기존 실리콘반도체보다 수십배 빨라 디스플레이의 색상 변환 지연문제를 해결할 수 있다고 연구진은 설명했다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 백종범 교수팀이 'C5N(씨파이브엔) 2차원 유기 고분자 구조체'를 합성하는데 성공했다 25일 밝혔다. 이 유기 고분자 구조체를 얇은 필름 형태로 만들어 반도체 트랜지스터 소자(FET)에 썼을 경우 전하이동도, 즉 전자이동 속도가 수십 배 이상 빨라졌다. 또 이 구조체에 염화수소(HCl)를 첨가하면 전기전도도가 140배 향상돼 전도성 물질로도 쓸 수 있다고 연구진은 설명했다.

연구진이 만든 유기반도체는 탄소원자 5개에 질소 원자 1개로 이뤄졌다. 이 구조체는 탄소만으로 이뤄진 그래핀과 달리 2차원 구조에 균일한 미세구멍으로 이뤄져 우수한 전하이동도가 (전자 996㎠Vs, 정공 501 ㎠Vs)를 갖는다고 설명했다. 즉 1볼트/센티미터(V/㎝)의 전기장을 걸어줬을 때 1초 동안 전하 하나가 996㎝를 이동한다는 뜻이다.

이는 이제껏 보고된 유기반도체 전하이동도 중 가장 높은 수치다. 소재 내부에서 전자나 정공이 빠르게 움직여 신호전달이 빨라지고 디스플레이에서 색상 변환 속도도 빨라진다.

UNIST 백종범 교수팀인 노혁준(왼쪽) 연구원과 자비드 마흐무드 박사. UNIST 제공

이 물질은 매우 안정적으로 600℃의 고온도 잘 견딘다. 제1자자인 자비드 마흐무드 박사는 "구조의 모든 부분이 고리모양으로 이뤄져 있어 기존 2차원 유기 구조체보다 화학적, 열적 안정성을 높여 각종 고온 조건에서도 사용 가능할 것"이라고 설명했다.

뿐만 아니라 이 물질은 기존 전도성 고분자인 사슬형 폴리아닐린보다 우수한 전기전도도를 갖고 있어 염화수소를 첨가하면 전도성이 140배 이상 향상돼 다용도 전도성 고분자로 쓸 수 있다.

백종범 교수는 "이번 연구로 2차원 고분자를 유기반도체 재료로 사용했을 때의 고질적 문제인 낮은 전하이동도를 극복했다"며 "앞으로 유기 반도체 소자 개발에 큰 진전이 있을 것으로 기대된다"고 전했다.

이번 연구결과는 서울대 화학생물공학부 오준학 교수팀과 함께 진행해 저명한 국제학술지 '어드밴스드 머트리얼스'에 20일자로 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자