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POSTECH, 휘는 전자기기 구현 핵심 ‘유기박막트랜지스터’ 활용 길 열었다

김재준 ․ 정성준 ․ 조길원 교수팀, ‘이동도’ 향상 기술 개발

휘는 차세대 디스플레이나 웨어러블 전자기기, 휴대용 센서를 제작하려면 기존 무기물 반도체를 대체하여 전하 이동도*1가 높으면서 가공하기 쉬운 유기물 소재를 개발하는 것이 관건이다. 유기 반도체로 박막 트랜지스터*2를 만들면, 구부리거나 접었을 때도 트랜지스터의 특성이 그대로 유지되는 장점이 있기 때문이다. 그러나 무기반도체에 비해 전하 이동도가 낮아 아직까지는 실제 활용에 한계가 있었다.

POSTECH(포항공과대학교)이 유연한 전자소자 핵심기술로 떠오른 유기 박막트랜지스터의 한계점으로 지적되어 온 낮은 이동도를 획기적으로 끌어 올리는데 성공했다.

POSTECH 창의IT융합공학과 김재준․정성준 교수, 통합과정 유호천씨, 화학공학과 조길원 교수, 최현호 박사 연구팀은 재료과학분야 권위지 ‘어드밴스드펑셔널머터리얼스(Advanced Functional Materials)’ 6월 24일자를 통해 세계 최고 수준의 이동도를 갖는 TIPS-펜타센*3 기반 유기 박막 트랜지스터 제작 기술을 발표했다.

유기 반도체의 이동도를 결정짓는 가장 큰 요소 중 하나는 유기물 경계면 상태다. 유기물이 계면(界面)에서 얼마나 잘 정렬되고 큰 결정구조를 갖는가에 따라 유기 반도체의 성능과 기능이 좌우되기 때문. 연구팀은 용액상태의 유기물 반도체(TIPS-펜타센)를 스펀지와 같이 흡수가 가능하게 만든 고분자 절연체에 스며들게 유도한 뒤, 스핀 코팅을 이용하여 재추출하여 자기 성장시키는 방법을 고안해 냈다. 그 결과, 유기박막트랜지스터의 이동도가 높은 큰 결정구조를 얻는데 성공했다.

또한 연구팀은 편광 광학 현미경, 가속기 2차원 스침 X-선 산란 분석, 원자력 현미경, 이차 이온 질량 분석 등을 통해 고성능 유기 트랜지스터의 이동도와 결정 구조와의 연관성까지 밝혀냈다. 유기 반도체 단분자가 고분자 절연막 안에 머무는 시간이 길어질수록 결정 구조가 커지고 트랜지스터의 이동도가 높아진 것이다.

연구를 주도한 김재준, 정성준 교수 팀은 “기존 유기소자 제작 공정을 크게 변형하지 않으면서도 이동도를 비약적으로 끌어올리는 방법을 개발했다는 점에서 의미가 남다르다”며 “보다 실용적인 유기 반도체 집적 회로 및 시스템을 만드는데 중요한 기반이 될 것” 이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터의 ‘ICT명품인재양성사업’과 미래창조과학부 글로벌 프론티어 사업인 ‘나노기반 소프트 일렉트로닉스 연구단’의 지원을 받아 진행됐다. (끝)

[첨부자료] POSTECH 연구진 사진 각 1매.

1. 이동도(移動度, mobility)

이온이나 전자가 전계의 작용이 가해졌을 때에 이동하는 경우, 그 움직임의 용이성을 나타내는 정도

2. 박막 트랜지스터 (thin-film transistor)

유리나 세라믹 기판(基板) 위에 증착(蒸着) 등의 방법으로 형성한 얇은 막의 반도체를 사용하여 만든 트랜지스터

3. TIPS-펜타센 (TIPS-pentacene)

일반적으로 가장 많이 사용․연구되는 유기반도체 재료 중 하나. 높은 전하 이동도가 특징이다.

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이 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터의 ICT명품인재양성사업 (IITP-2015-R0346-15-1007) 및  2014년 정부(미래창조과학부)의 재원으로 (재)나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단(글로벌프론티어사업)(Code No. 2011-0031628 and 2014M3A6A5060952)의 지원을 받아 수행되었습니다.