웨어러블기기의 유기반도체 효율
웨어러블기기의 유기반도체 효율
  • 이상진
  • 승인 2019.05.07 10:05
  • 조회수 805
  • 댓글 0
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국내 연구팀이 디스플레이와 웨어러블 기기 등의 개발에 필요한 유기 반도체의 고분자 형태에 따른 효율을 규명해냈습니다. GIST는 김동유 신소재공학부 교수 연구팀이 고성능 유기 박막 트랜지스터 구현을 위한 고분자의 응집 형태 규명에 성공했다고 밝혔습니다.

 

유기 반도체 물질인 공액 고분자는 용액 공정이 가능해 공정비용을 절감시킬 수 있는 데다가 가볍고 유연한 웨어러블 전자 소자에 대한 적합성이 높아 차세대 반도체 소재로 많은 주목을 받고 있는데요.

이번 연구로 웨어러블기기 등에 고성능 유기반도체의 상용화가 가능해질 전망입니다. 출처:fotolia
이번 연구로 웨어러블기기 등에 고성능 유기반도체의 상용화가 가능해질 전망입니다. 출처: fotolia

하지만 유기 반도체 기반 트랜지스터는 무기 반도체 기반 트랜지스터 보다 다소 성능이 낮아 상용화에 어려움을 겪고 있는 실정입니다. 때문에 웨어러블 전자소자의 성공적 제품화를 위해서는 고분자 재료 자체적으로 성능 향상의 원인을 밝히는 것이 필수적이죠.

 

연구팀은 이 원인을 규명하기 위해 입체적 차이를 갖는 고분자를 합성했습니다. 이어서 다양한 분석 방법을 통해 필름 상태에서 고분자간에 서로 다른 응집 형태를 형성할 수 있다는 것도 확인했는데요. 이는 향후 유연전자소자, 디스플레이, 웨어러블 전자소자의 핵심 소재 개발에서의 길잡이로 사용될 것으로 기대됩니다.

 

연구팀이 밝혀낸 고분자 응집 형태의 차이는 고분자가 자유로운 상태에서 가닥가닥 서로 붙을 때의 형태의 차이로부터 기인합니다. 완전하게 겹쳐져 붙는 형태의 H-어그리게이션(H-aggregation)과 서로 X자 모양으로 빗겨서 형성되는 X-어그리게이션(X-aggregation)의 형태의 존재를 확인했고 이는 전자구름의 겹침과도 밀접하게 연관돼 소자 성능에 영향을 주는 것으로 밝혀졌습니다.

고분자 사슬의 응집형태와 배향의 모식도. 출처:GIST
고분자 사슬의 응집형태와 배향의 모식도. 출처:GIST

또 서로 다른 종류의 고분자 응집 형태들은 유기 박막 제조 방식을 이용해 제작한 유기 박막 트랜지스터에서 매우 큰 차이의 전하 이동도를 보였는데요. 이를 통해 전하 이동에 적합한 고분자 응집 형태가 있다는 것이 확인됐습니다.

 

김동유 교수는 "이번 연구를 통해 박막들에서 소자성능의 원인을 주로 고분자 사슬의 방향성(Orientation)으로 이해하는 현재까지의 해석에서 더 나아가 오비탈의 구조적인 쌓임에 대한 이해도를 한층 향상시키는 구조적 통찰을 제시한 것에 연구의 의의가 있다"라고 설명했습니다.

 

이번 연구성과는 국제 학술지 <Chemistry of Materials>에 게재됐습니다.


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