양창덕·오준학 울산과기대 교수팀, 전하이동도 最高 고분자 개발
차세대 휘어지는 전자소재 개발·가전제품 소형화 크게 기여할듯

스마트폰과 컴퓨터뿐 아니라 세탁기, 냉장고까지 전자제품을 소형화할 수 있는 기술이 앞당겨질 전망이다.

교육과학기술부와 한국연구재단은 양창덕·오준학 울산과학기술대학교(UNIST) 교수가 '전하이동도가 가장 높은 양극성 물질의 반도체 고분자'를 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 저렴하면서도 가볍고 자유자재로 휘는 디스플레이 개발에 크게 기여할 것으로 예상된다.

지금까지 비용이 저렴하고 충격에도 쉽게 깨지지 않으며, 구부리거나 접을 수 있는 전자회로 기판을 만들기 위해 '유기반도체 박막 트랜지스터'연구가 진행돼 왔다. 그러나 유기반도체 박막 트랜지스터의 특성을 좌우하는 유기반도체 재료인 단극성반도체와 양극성반도체는 전자회로의 전력손실이 높고 구동속도와 안정성이 떨어지는 등 문제가 있었다.

이에 따라 전자 이동도를 갖는 양극성 반도체의 개발은 차세대 유기전자 소자의 발전과 휘어지는 디스플레이의 상용화를 위해 필수적이었다. 양창덕·오준학 교수 연구팀은 실험을 통해 기존과 다른 반도체 고분자를 합성하고 '용액전단 공정법'이라는 새로운 방법으로 정공과 전자의 이동도를 2배가량 향상시키는데 성공했다.

용액전단 공정법이란 두 기판사이에 유기 반도체 용액을 넣고 아래 기판은 열을 가하고 위 기판은 전단응력을 가해 제어된 속도로 이동시켜 유기 반도체 박막을 형성하는 기술을 말한다. 교수팀은 트랜지스터를 만드는 과정에서 용액전단 공정법을 사용해 정공과 전자의 이동도를 획기적으로 향상시켰다.

교수팀에 따르면 개발한 새로운 물질은 기존의 양극성 고분자 재료 중에서 가장 높은 전하이동도를 갖고, 지금까지 개발된 비결정성 무기박막 트랜지스터의 전하이동도보다 최대 4배가량 빠른 이동도를 구현해냈다. 연구진은 "최근 거의 같은 시기에 중국 연구팀에 의해 개발된 재료와 비교해도 정공은 2배 이상, 전자는 5배 높은 전하이동도를 갖는다"고 설명했다.

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 연구의의를 전했다.

연구성과는 화학분야 학술지인 '미국화학회지' 최신호에 지난해 12월 26일자로 게재됐으며, 이정훈, 한아름 울산과기대 박사과정생(공동 제1저자)이 참여했다. (논문명 : Solution-Processable Ambipolar Diketopyrrolopyrrole-Selenophene Polymer with Unprecedentedly High Hole and Electron Mobilities)
 

▲(왼쪽부터)교신저자인 양창덕 교수(왼쪽)와 오준학 교수
<사진=교과부·연구재단 제공>
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