고려대 연구팀 개발… 기존보다 반도체 특성ㆍ광민감도 뛰어나
자유롭게 구부러지면서도 투명한 차세대 디스플레이와 광메모리용 유기 트랜지스터 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
고려대 최동훈ㆍ이석중ㆍ이광렬 교수(화학과) 연구팀은 기존에 연구되던 유기 트랜지스터 소재에 비해 반도체 특성이 훨씬 우수하면서 빛에 민감하게 반응하는 나노구조체를 개발했다고 16일 밝혔다.
유기물질을 이용한 트랜지스터는 기존 실리콘 트랜지스터에 비해 크기가 작고 가벼울 뿐만 아니라 제작이 쉬워 잘 접히거나 투명한 차세대 디스플레이용 트랜지스터 소재로 주목받고 있다. 그러나 실리콘을 이용한 무기 반도체에 비해 성능과 광 민감도가 떨어지는 단점이 있었다.
연구팀은 지금까지 전기ㆍ전자 소재로 많이 연구되지 않았던 포피린 환상유도체를 합성해, 기존 유기 트랜지스터 소재용 화합물에 비해 반도체 특성이 우수하면서도 빛에 민감한 소재를 만들었다. 포피린은 탄소원자 4개와 질소원자 1개를 포함한 피롤(pyrrole) 4개가 4개의 탄소원자로 연결된 거대 고리 화합물이다. 거대고리 가운데 여러 종류의 금속원자를 넣어 특성을 바꿀 수 있어 광전자 등 여러 분야에서 주목받았지만 전하 흐름이 좋지 않아 트랜지스터 소재로 적합하지 않다는 평가를 받아 왔다.
연구팀은 탄소원자 1개 층으로 이뤄진 그래핀이 전하 이동도가 뛰어나다는 데 착안해 포피린을 평면 분자 구조로 만들었다.
그 결과 기존 무정형 실리콘 트랜지스터보다 전하이동도가 5∼6배 이상 우수하고, 실리콘 기반 광감응 트랜지스터보다 광 민감도가 70배 이상 높은 유기 단결정 트랜지스터를 만들었다. 특히 빛을 쪼이면 매우 높은 광전류가 발생하는 원리를 이용해 기존 단결정 실리콘 계열보다 특성이 뛰어난 광메모리 소자를 개발했다.
최동훈 교수는 "이 연구결과가 유기반도체를 이용한 차세대 전자 및 광전자소자 발전에 기여할 것으로 기대한다"라고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 대학중점연구소 지원사업의 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 재료과학 분야 권위지인 `어드밴스드머티리얼스' 3일자에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
고려대 최동훈ㆍ이석중ㆍ이광렬 교수(화학과) 연구팀은 기존에 연구되던 유기 트랜지스터 소재에 비해 반도체 특성이 훨씬 우수하면서 빛에 민감하게 반응하는 나노구조체를 개발했다고 16일 밝혔다.
유기물질을 이용한 트랜지스터는 기존 실리콘 트랜지스터에 비해 크기가 작고 가벼울 뿐만 아니라 제작이 쉬워 잘 접히거나 투명한 차세대 디스플레이용 트랜지스터 소재로 주목받고 있다. 그러나 실리콘을 이용한 무기 반도체에 비해 성능과 광 민감도가 떨어지는 단점이 있었다.
연구팀은 지금까지 전기ㆍ전자 소재로 많이 연구되지 않았던 포피린 환상유도체를 합성해, 기존 유기 트랜지스터 소재용 화합물에 비해 반도체 특성이 우수하면서도 빛에 민감한 소재를 만들었다. 포피린은 탄소원자 4개와 질소원자 1개를 포함한 피롤(pyrrole) 4개가 4개의 탄소원자로 연결된 거대 고리 화합물이다. 거대고리 가운데 여러 종류의 금속원자를 넣어 특성을 바꿀 수 있어 광전자 등 여러 분야에서 주목받았지만 전하 흐름이 좋지 않아 트랜지스터 소재로 적합하지 않다는 평가를 받아 왔다.
연구팀은 탄소원자 1개 층으로 이뤄진 그래핀이 전하 이동도가 뛰어나다는 데 착안해 포피린을 평면 분자 구조로 만들었다.
그 결과 기존 무정형 실리콘 트랜지스터보다 전하이동도가 5∼6배 이상 우수하고, 실리콘 기반 광감응 트랜지스터보다 광 민감도가 70배 이상 높은 유기 단결정 트랜지스터를 만들었다. 특히 빛을 쪼이면 매우 높은 광전류가 발생하는 원리를 이용해 기존 단결정 실리콘 계열보다 특성이 뛰어난 광메모리 소자를 개발했다.
최동훈 교수는 "이 연구결과가 유기반도체를 이용한 차세대 전자 및 광전자소자 발전에 기여할 것으로 기대한다"라고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 대학중점연구소 지원사업의 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 재료과학 분야 권위지인 `어드밴스드머티리얼스' 3일자에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
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