모세관 현상 이용, 성능 최고 유기반도체 개발

2016.03.22 18:00
포항공대 제공
포항공대 제공
국내 연구진이 유연한(플렉서블) 전자소자의 상용화를 앞당길 수 있는 핵심 기술을 개발했다.

 

박찬언 포항공대 화학공학과 교수(사진)팀은 김세헌 영남대 교수팀과 공동으로 고성능 유기반도체에 나노 수준으로 미세하게 회로를 입히는 공정 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

 

유기물의 유연한 성질을 이용하는 유기반도체는 차세대 플렉서블 전자소자 개발의 필수 요소로 주목받고 있다. 가볍고 유연해서 다양하게 응용 가능할 뿐만 아니라 가격도 저렴해 대량생산이 가능하다는 장점도 있다.

 

하지만 무기반도체에 비해 성능이 떨어지고 기판 위에 회로를 집적하는 ‘패터닝’ 기술 수준도 낮아 상용화에 어려움을 겪고 있었다.

 

연구진은 별도의 압력이나 온도를 가하지 않고 모세관 현상만을 이용해 유기반도체의 성능을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 기판 위에 유기반도체 용액을 올리고 그 위에 5㎚(나노미터·1㎚는 10억 분의 1m) 간격의 선으로 패턴된 유연한 스탬프를 올렸다.

 

그 결과 미세한 관을 타고 상승하는 모세관 현상의 영향으로 아래에 있던 유기반도체 용액이 자연스럽게 나노 크기로 패터닝된다는 사실을 확인했다.

 

이렇게 제작된 반도체는 1V(볼트)의 전압을 걸었을 때 전하가 최대 초당 9.8㎠의 면적을 이동할 수 있는 성능을 보였다. 이는 유기반도체로는 최고 수준의 성능에 해당한다. 또 이 유기반도체를 이용해 트랜지스터 60개를 제작한 결과 성능 편차가 16.3%로 적어 상용화 가능성도 높은 것으로 나타났다.

 

박 교수는 “이번에 개발한 유기반도체는 무기반도체와 비슷한 수준의 성능을 보이며, 대면적으로 제작해도 성능을 신뢰할 수 있다”며 “향후 플렉서블 디스플레이, 배터리, 메모리 등에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 2월 24일자 표지논문으로 실렸다.

 

 

유기반도체 공정과정. 선형 나노 패턴이 있는 몰드를 유기 반도체 용액이 있는 기판 위에 올려두면 모세관 현상에 의해 패터닝된다. - 포항공대 제공
유기반도체 공정과정. 선형 나노 패턴이 있는 몰드를 유기 반도체 용액이 있는 기판 위에 올려두면 모세관 현상에 의해 패턴이 만들어진다. - 포항공대 제공

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