전하 이동도를 약 4배 향상시킨 유기 박막 트랜지스터가 개발됐다. 유기반도체를 사용한 전자소자 성능을 크게 높였고, 나노 다공성 구조를 채택해 유연 소자 제작에도 활용 가능하다.
조길원, 오준학 포항공대(POSTECH) 화학공학과 교수팀은 나노 다공성 구조 ‘고성능 유기 박막 트랜지스터’를 개발했다고 1일 밝혔다.
연구진은 유기반도체 소재로 널리 사용됐던 펜타센에 유기절연체 ‘TSB3’를 결합하는 이종접합 방식을 적용했다. 트랜지스터 성능에 결정적 영향을 주는 반도체·절연체 계면 특성이 향상돼 전하 이동도가 기존보다 4배 높아졌다. 이는 고성능 유기발광 다이오드(OLED) 구동이 가능한 수준이다.
유기반도체는 저온 공정이 가능하고, 이를 이용해 박막 트랜지스터를 제작하면 구부리거나 구길 수 있어 유연 전자기기 제작 핵심 소재로 주목받았다. 하지만 기존 반도체는 전하 이동도가 낮아 전자소자 동작 속도와 전류 공급에 한계가 있었다.
두 물질 이종접합은 반도체 층 결정성도 크게 높였다. 덕분에 수백 나노미터(㎚) 크기의 구멍이 뚫려 있는 다공성 구조로 유기반도체 박막을 만들어도 높은 결정성을 유지했다. 플렉시블 디스플레이, 전자 피부, 고성능 센서 등 차세대 유연 소자 제작에 활용될 것으로 기대된다.
연구진은 극소량 물질도 빠르게 검출할 수 있는 고성능 화학센서도 구현했다. 화학물질이 트랜지스터 채널 영역까지 효과적으로 침투, 극소량 물질도 정확히 검출했다.
연구진은 “이 기술은 기존에 널리 사용된 유기반도체 소재에 적용 가능하다”며 “박막층 구조 변화와 성능 향상을 함께 구현할 수 있는 새로운 유연 전자기기 제조법을 제시했다”고 밝혔다.
연구 결과는 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 8월 26일자에 소개됐다. 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 사업 ‘나노기반소프트일렉트로닉스 연구단’ 지원으로 수행됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com
