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IBS "초고속 반도체·롤러블 디스플레이 소재에 응용"

그래핀 닮은 2차원 유기 반도체 소자 합성 과정[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 복잡계 자기조립 연구단 김기문 단장 연구팀이 실리콘보다 전기적 특성이 뛰어난 유기 반도체 소자를 개발했다고 24일 밝혔다.

탄소물질 등으로 만들어진 유기 반도체는 가볍고 유연해 실리콘 기반 무기 반도체를 대체할 차세대 반도체로 주목받고 있다.

특히 전도성 고분자(전기가 통하는 고분자 물질) 기반 유기 반도체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 서로 달라붙어 쌓이면서 수십㎚(1㎚는 10억분의 1ｍ) 수준 이상으로 성장시키기 어렵다는 한계가 있다.

연구팀은 고분자의 하나인 트리페닐렌(여러 개의 고리가 결합한 탄소 화합물)을 활용, 그래핀처럼 벌집 구조를 가진 2차원 전도성 고분자를 합성했다.

그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 벌집 모양 2차원 물질로, 전기·화학적 특성이 우수해 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불린다.

트리페닐렌 고분자는 부분적으로 양전하를 띠는데, 이 양전하 간 정전기적 반발력 덕분에 고분자들이 쌓이지 않고 용액에 골고루 분산될 수 있다.

개발한 2차원 전도성 고분자를 다양한 현미경으로 관찰한 이미지[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

이를 통해 수백㎛(1㎛는 100만분의 1ｍ) 크기의 전도성 고분자 박막을 합성하는 데 성공했다.

이렇게 만든 '유사 그래핀'의 전기적 물성을 평가한 결과 캐리어 이동도(전하 입자의 이동 능력을 나타내는 지표)가 실리콘보다 4배가량 높은 것으로 나타났다.

특히 밴드갭(전류를 흐르게 하는데 필요한 최소한의 에너지 값) 등 전기적 물성을 조절함으로써 도체, 반도체, 부도체의 특성을 모두 구현할 수 있다.

전도성 고분자로만 이뤄진 유기 전자소자는 물론 활용 목적에 맞게 물성을 조절해 맞춤형 소자로도 만들 수 있다고 연구팀은 설명했다.

김기문 단장은 "초고속 반도체, 고효율 태양전지, 롤러블(Rollable) 디스플레이 등 가볍고 유연한 소재를 필요로 하는 반도체 분야에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '켐'(Chem) 이날 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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