GIST, 에너지 소비 적은 반도체 물질 개발

공액고분자에 '셀레늄' 원소 넣어 전기적 특성 높여
유기박막트랜지스터의 반도체로 활용 가능

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한효정 기자 - 2019.05.15

에너지를 적게 소비하면서 전기적 특성은 높은 유기박막트랜지스터용 재료가 개발됐다.

GIST(광주과학기술원·총장 김기선)는 김동유 신소재공학부 교수팀이 셀레늄 원소 기반의 방향족 융합고리 분자를 이용해 높은 전기적 특성을 보이는 공액고분자를 개발했다고 15일 밝혔다. 

공액고분자란 전기가 흐를 수 있는 거대 유기물(반도체성 플라스틱)이다. 다른 무기물 반도체에 비해 용액공정이 가능해 인쇄형 반도체 물질로 주목받는다. 하지만 공액고분자 대부분이 무기물 반도체에 비해 전기적 특성, 즉 전하 이동이 낮아 이를 높이기 위한 연구가 진행 중이다. 

연구팀은 공액고분자로 이용되는 방향족 융합고리 화합물에 셀레늄 원소를 도입해 전하 이동을 유도했다. 연구 결과, 셀레늄 기반의 공액고분자는 셀레늄 사이에 강한 상호작용력으로 인해 우수한 전기적 특성을 보였다.

연구팀은 유기박막트랜지스터에 사용되는 유전체층에 고전압이 필요하다는 문제를 해결하기 위해, PS/P(VDF-TrFE-CFE)라는 새로운 형태의 유전체층을 도입해 구동전압을 낮췄다. 트랜지스터는 유기발광다이오드(OLED)를 작동하는 핵심 부품으로 전기적 특성이 우수한 공액고분자는 유기박막트랜지스터의 반도체로 이용된다.

낮은 구동전압은 트랜지스터 소자 작동에 필요한 에너지가 적다는 것을 의미한다. 이번 연구는 에너지를 절약하는 트랜지스터 개발에 기여할 것으로 예상된다.

신규 유기반도체를 사용한 낮은 전압에서 구동 가능한 유기박막트랜지스터 구조. <그림=GIST 제공>신규 유기반도체를 사용한 낮은 전압에서 구동 가능한 유기박막트랜지스터 구조. <그림=GIST 제공>

김 교수는 "주로 사용되는 황 기반 방향족 화합물이 아닌 셀레늄 원소가 포함된 반도체성 고분자에 대한 선도적 연구결과"라며 "고이동도 유기 반도체 재료를 개발하는 연구진들에게 셀레늄 기반의 강력한 분자 간 상호작용력의 활용이라는 새로운 방향을 제시할 수 있을 것"이라고 말했다.  

이번 연구에는 영국 임페리얼 컬리지 런던(Imperial College London) 화학과 마틴 히니(Martin Heeney) 교수팀이 참여했다. 연구 결과는 재료공학 분야 학술지 'Advanced Science' 온라인에 지난 4월 26일 게재됐다.
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