자유롭게 휘어지는 그물망 반도체 최초 개발

[그림 2] (A) DPP2T 박막과 DPP2T/PS 박막의 광투과도 스펙트럼. 순수한 DPP2T에 비해 DPP2T/PS의 가시광 투과도가 월등히 높아짐을 확인할 수 있다. (B) DPP2T FET와 DPP2T/PS FET의 트랜스퍼 특성. 순수한 DPP2T에 비해 DPP2T/PS의 이동도가 약 4배가량 증가하였다. (C) DPP2T/PS를 이용한 대면적 투명 플렉서블 트랜지스터 어레이 (10cm*10cm, 1,650 트랜지스터). (D) 투명 플렉서블 트랜지스터를 적층시킨 트랜지스터/유기발광다이오드 접합 디바이스. 적층된 트랜지스터는 아래의 유기발광다이오드의 빛을 조절할 수 있다. / (오른쪽 위부터) 이광희 교수, 유길호 박사과정생, 박병욱 박사과정생

□ 영화 속에서 볼 수 있었던 자유자재로 휘어지면서 매우 투명한 전자기기의 등장을 성큼 다가오게 할 그물망 반도체가 개발되었다.

□ 한국연구재단(이사장 조무제)은 이광희 교수(광주과학기술원) 연구팀이 쉬운 용액공정으로 박막＊을 만들 수 있고, 자유롭게 휘어지고 가시광 투과도가 100%에 가까운 새로운 그물망 구조의 유기 반도체* 재료를 개발하는데 성공하였다고 밝혔다. 

  *박막 : 나노미터 스케일의 얇은 막. 반도체 전자 소자의 구조적 구성 요소

  *유기 반도체 : 탄소가 함유된 단분자, 고분자 등의 유기물을 이용한 반도체성 재료

  ㅇ 현재 반도체 재료 중에는 유연성이 우수하고, 가시광선 투과도가 완벽한 사례가 없다. 유연한 반도체 재료로 각광을 받던 유기 고분자 반도체는  특유의 가시광 흡수 특성으로 인해 투명하게 만들기 어려운 한계가 있다.

□ 이에 연구팀은 소량의 고분자 반도체를 가시광 영역에서 투명한 절연체 고분자에 도입하여 마치 그물망과 같은 구조를 가지는 고분자 반도체를 구현하였다.

  ㅇ 이 반도체/절연체 고분자 혼합 그물망 반도체는 고분자 반도체가 절연체에 도입되지 않은 순수한 박막형태일 때보다 전하이동도가 약 4배 정도 향상되었으며, 매우 얇은 그물망과 같은 구조적 특성으로 인해 가시광 투과도가 100%에 가까워져 반도체 박막을 통해 반대편 사물을 색의 왜곡없이 볼 수 있다.

[그림 1] (A) DPP2T와 PS의 분자구조. (B) 순수한 DPP2T 박막과 DPP2T/PS 박막의 투과전자현미경 사진. 소량의 DPP2T를 PS와 혼합하여 용액공정을 할 때 순수한 DPP2T와 다르게 계속적으로 연결된 그물망 구조를 형성함을 확인할 수 있다.

□ 이광희 교수는“이번 연구성과는 전자재료로서의 유기물이 가지는 잠재적 가능성을 넘어 많은 이들이 꿈꿔 왔던 기능을 구현하였다. 반도체 기술의 새로운 패러다임과 더불어 기존 실리콘 기술로 구현할 수 없는 초박막형 투명 플렉서블 디스플레이, 심미적으로 우수한 웨어러블 기기 등 새로운 전자기기 실현의 길을 제시한다.” 라고 연구의 의의를 설명했다.

□ 이 연구성과는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 연구를 수행하였으며, 국제적인 학술지 미국국립과학원회보(PNAS)에 11월 22일자에 게재되었다.

한국연구재단