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2024.02.29(목)

단국대 최준환·김민주교수-KAIST 공동연구팀, ‘유기 반도체’ 성능 10배 높인 소자 개발

승인 2023-09-07 14:43:58

출력 전류 대폭 상향한 고성능 유기 반도체 소자 제작 가능

[비욘드포스트 김형운 기자] 단국대 최준환(화학공학과)·김민주(전자전기공학부)교수팀이 KAIST(한국과학기술원) 임성갑·조병진 교수팀과 공동으로 알킬 체인을 활용해 기존 성능보다 10배 향상된 고성능 유기 반도체 소자를 개발했다고 5일 밝혔다.

유기 반도체는 가볍고 유연해 자유자재로 구부리거나 접을 수 있어 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.

기존의 고성능 유기 반도체 소자 연구는 전기용량을 높이기 위해 극성이 높은 절연막 소재를 사용하면 동작전압은 낮아지지만, 극성으로 전하들이 잘 움직이지 못해 이동도가 감소하는 한계가 존재했다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 알킬 체인(탄소와 탄소를 수직으로 배열한 분자 구조)을 유기 반도체 소자에 적용해 고성능 유기 반도체 소자를 개발했다.

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최준환(왼쪽),김민주 교수(사지=단국대)

알킬 체인은 절연막 표면의 극성을 억제해 성능을 10배 이상 높이는 데 성공했다. 이로써 극성 절연막 소재를 활용해 낮은 동작전압에서 출력 전류를 대폭 상향한 고성능 유기 반도체 소자를 제작할 수 있게 됐다.

연구논문은 재료과학 및 다학제 연구분야 상위 10% 이내(JCR, 2022년 기준)인 국제 저명 학술지 「Small Methods(2022년 IF=12.4」 2023년 8월에 온라인 게재됐다.

논문명은 The Effect of Alkyl Chain Length in Organic Semiconductor and Surface Polarity of Polymer Dielectrics in Organic Thin-Film Transistors (OTFTs) (유기 박막 트랜지스터에서의 유기 반도체의 알킬 체인 길이와 고분자 절연막 표면 극성의 영향)이다.

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단국대가 성능을 10배 높이 유기반도체 개념도(사진=단국대)

최 교수는 “이번 연구는 유기 반도체의 알킬 체인이 절연막 표면의 극성을 억제할 수 있다는 점을 화학·전기적 분석을 통해 검증하는 데 성공했다”며 “반도체에 이어 절연체까지 유연한 고분자 물질을 사용하였기 때문에 향후 유연한 반도체 소자 개발에 큰 진전이 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 △학문후속세대양성사업 △개인기초생애첫연구사업 지원을 받아 진행됐다.

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