김동유 교수 연구팀… 저렴한 단가 유기 반도체 소재 제조 원천기술 확보
(광주=연합뉴스) 박철홍 기자 = GIST(광주과학기술원) 신소재공학부 김동유 교수 연구팀이 높은 전기적 특성을 보이는 새로운 형태의 '퀴노이드(Quinoid)' 구조 기반 공액 고분자 개발에 성공했다.
퀴노이드는 유기 화합물 중 방향족 고리가 이중 결합으로 연결된 구조를 가지는 화합물로, 분자 간 쌓임. 능력이 강해 전하 수송 능력이 향상되는 특성을 보인다.
이번 연구로 현재까지 보고된 퀴노이드 공액 고분자(전기적 특성을 가질 수 있는 고분자) 중 가장 높은 성능이 확인돼, 쉽고 간단한 제조 공정을 통해 저렴한 단가의 유기 반도체 소재의 제조가 가능해질 것으로 기대된다.
유기 반도체 물질인 공액 고분자는 용액 공정이 가능해 공정비용을 절감시킬 수 있으며, 가볍고 유연한 휴대용 전자 소자에 대한 적합성이 높아 차세대 반도체 소재로 많은 주목을 받고 있다.
이러한 장점 덕분에 트랜지스터에 유기 반도체 물질을 적용 시키는 연구는 활발히 이뤄지고 있으나 제조 과정이 복잡하고 재료 가격이 비쌀 뿐만 아니라, 무기 반도체 기반 트랜지스터보다 성능이 낮아 상용화에 어려움을 겪고 있다.
연구팀은 이러한 한계를 돌파하기 위해 제조 방식이 쉽고 간단한 새로운 계열의 신규 고분자 반도체 물질을 개발했다.
퀴노이드라는 새로운 형태의 구조를 이용해 높은 전하 이동도를 가지는 유기 반도체 물질로서의 가능성을 열었다.
또 이를 이용한 고성능 유기 박막 트랜지스터를 구현에도 성공했다.
퀴노이드 형태는 전기적 특성이 우수한 구조로 알려졌었으나, 고분자 내 도입에 어려움이 있었다.
김 교수의 연구팀은 새로운 퀴노이드 분자 구조를 설계한 후 쉽고 간단한 제조 방식을 이용해 고분자 사슬 내에 성공적으로 도입시켰다.
더 나아가 이를 유기 박막 트랜지스터에 적용해 유연 디스플레이의 구동에도 사용 가능한 정도의 높은 전하 이동도를 얻어냈다.
김동유 교수는 "더 높은 전기적 특성을 갖는 새로운 구조의 유기 반도체 소재를 합성할 수 있는 원천기술을 확보했다는 것이 이번 연구의 가장 큰 성과이다"고 밝혔다.
GIST 김동유 교수가 주도하고, 신소재공학부 김윤슬 박사과정 연구원과 신소재공학부 황한수 박사가 수행한 이번 연구결과는 학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials, IF: 19.791)에 지난달 23일 게재됐다.
또 어드밴스드 사이언스 뉴스(Advanced Science News)에 비디오 앱스트랙트(Video Abstract)로 2018년 상반기에 공개될 예정이다.
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