GIST 연구진이 유기반도체 결정 성장 조절 문제를 유기산을 이용한 결정씨앗 형성으로 해결했다.
이광희 GIST 신소재공학부 교수가 주도하고 권순철 GIST 차세대에너지연구소(RISE) 박사가 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 GIST 기관 고유 사업 지원으로 진행됐다. 연구 결과는 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 10월 1일자 온라인판에 게재됐다.
반도체 전하 이동은 반도체 성능을 평가하는 중요한 지표로 전하 이동도가 높을수록 효율적인 전류 증폭이 가능하고 전자소자 집적도를 높일 수 있다. 이러한 전하이동도는 반도체 결정 크기가 클수록 높아지고 작을수록 전하 이동도는 낮아지게 된다.
유기 반도체 상용화를 위해서는 유기 반도체를 이루는 결정 크기를 거대하게 성장시켜 전하 이동도 저하를 막고 균일한 성능을 얻을 수 있게 하는 기술이 필수다.
현재 열로 증착하거나 기판에 홈을 파내는 등 유기 결정 크기를 조절하는 방법에 연구가 이뤄지고 있지만 적은 비용으로 가능한 용액 공정에서 유기 반도체 결정 크기를 조절해 결정을 성장시킨 사례는 아직 보고된 바 없다.
연구팀은 유기 반도체 결정 성장을 제어할 수 있는 70나노미터(㎚) 크기 결정씨앗 개발에 성공했다. 연구팀은 유기 반도체 용액에 유기산을 소량 투여해 유기 반도체들 사이에 강력한 정전기적 인력을 형성시켜 70나노미터 크기 단단한 혼합체를 만들었다.
이렇게 결정이 커진 유기 반도체는 무기 반도체를 대체할 수 있는 전하이동도와 함께 종전보다 높은 가시광 투과도를 보였다. 고전압 환경에서도 성능저하 없이 안정적인 반복 구현이 가능했다.
이광희 교수는 “이번 연구로 유기 반도체 상용화의 가장 큰 장벽이었던 결정크기 성장 조절 문제가 해결됐다”며 “값비싼 무기 반도체를 대체해 향후 차세대 유기 전자소자와 웨어러블 디바이스 상용화를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 말했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com