친환경 공정으로 최고 이동도 플라스틱 반도체 개발

새로운 방식의 플라스틱 반도체 탄생
국립 경상대학교 연구팀이 환경친화적 공정으로 유연한 디스플레이용 플라스틱 반도체 재료 개발에 성공했다. 상업적 공정에 허가된 유기용매를 이용하면서도 고 전하이동도 특성을 갖는 플라스틱 반도체를 개발함으로써 향후 플라스틱 반도체를 이용한 소자의 대량생산 공정 개발에 박차를 가한 것이다.
경상대 화학과 김윤희 교수와 포항공대 화학공학과 조길원 교수 연구팀이 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업과 중견연구자지원사업(핵심) 등의 지원으로 수행한 이번 연구결과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 온라인판 인사이드(Inside) 표지에도 게재되어 세계적 관심을 불러 모았다. 연구팀은 현재 관련 원료물질 등에 대해 2건의 국내특허를 출원한 상태다.

전하이동도 문제, 유기용매로 해결
현재 유연성이 떨어지는 실리콘 등의 무기물 반도체와 달리 플라스틱 같은 유기물 재료는 접거나 늘릴 수 있어 발광다이오드, 박막트랜지스터, 태양전지 등의 활용범위를 넓힐 수 있는 소재로 주목받고 있다.
하지만 유기물 박막트랜지스터는 환경적 규제를 받는 할로겐 용매를 사용해 연구하는 것이 대부분이고 비(非)할로겐 용매를 사용하는 경우에는 AMOLED 같은 차세대 디스플레이에 적용하기에는 전하이동도(5 이하)가 낮다는 문제가 있었다. 이에 연구팀은 할로겐 용매 대신 상업적 공정에 허가되어 있는 유기용매인 테트랄린을 이용해 전하이동도 8 이상인 플라스틱 반도체 재료를 설계, 박막트랜지스터를 만드는 데 성공했다.

플라스틱 반도체, 넓은 활용 기대
기존 재료들은 대칭구조 도입을 통해 용해성을 낮춰 극성이 높은 할로겐 용매에만 용해되는 특성이 있었다. 용해도를 올리기 위해서는 긴 지방족 치환기를 도입하는데 용해도는 향상되나 이동도가 저하되는 단점이 있었다. 김윤희 교수는 이번 연구에 대해 “비대칭 모노머 구조를 도입하여 이동도 감소를 최소화하면서도 용해 특성이 우수한 재료를 개발한 것”이라며 “재료 합성 부분에 다양하게 적용할 수 있는 신개념의 재료 개발이라는 점에 그 의의가 있다”고 설명했다.

환경규제에 따른 대응책 될 것!
현재 무기물 실리콘 반도체와 관련해서 높은 공정비용과 낮은 유연성을 극복하고 접거나 늘어나는 유기발광다이오드(OLED), 유기박막 트랜지스터, 유기태양전지 등에 활용할 수 있는 전도성 유기물 재료를 개발하려는 연구가 활발하게 진행 중이다. 따라서 비 할로겐 용매를 사용해 용액공정을 통한 높은 전하이동도를 갖는 플라스틱의 개발은 더욱 큰 의미를 지닌다.
이번 연구는 향후 디스플레이는 물론 태양전지, 센서, 라디오파 인식장치(RFID), 생물인식기기 등 다양한 분야에서 환경규제에 대비하면서 상업화에 더욱 박차를 가할 수 있을 것으로 보여 관련 업계의 많은 기대를 불러 모으고 있다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 친환경 공정으로 최고 이동도 플라스틱 반도체 개발