세계적인 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 7월호의 표지를 장식한 무기고분자를 이용한 마이크로 필러 구조의 용액전단법
[대전=일요신문] 육군영 기자 = KAIST 신소재공학과 스티브 박 교수 연구팀이 유기반도체 결정의 크기를 성장시키고 제어할 수 있는 기술을 개발했다.
인쇄에 자주 사용되는 유기반도체는 용액을 이용한 프린팅 공정이 가능해 잉크젯 프린팅, 딥 코팅, 용액전단법 등에 사용됐는데, 높은 성능의 유기반도체 소자 제작을 위해서 용액의 흐름을 정밀하게 통제하고 균일하게 제어할 수 있는 기술이 요구돼 왔다.
성능의 지표라 할 수 있는 이동도(Mobility)는 유기반도체의 결정성, 결정의 성장방향, 결정의 크기 등의 영향을 받기 때문에 계속하여 개발되고 있으나 상대적으로 결정 크기를 성장시킬 수 있는 기술은 미비한 상황이다.
때문에 기존의 사용되는 프린팅 공정은 용액의 흐름을 적절히 통제하지 못한 상태에서 용매의 증발이 무작위로 발생해 결정 크기가 큰 유기반도체는 제작과 사용에 문제가 있었다.
연구팀은 문제 해결을 위해 유기용매에 내성을 갖는 무기 고분자 재료를 이용해 다양한 형태의 전단판을 제작한 후 이를 용액전단 기술에 결합했다.
무기 고분자 재료는 유연하고 유기용매에 대한 내성을 갖고 있기 때문에 유기반도체를 이용한 프린팅 공정에 적합하고 기존의 실리콘 재료 기반의 전단판 제조 공정을 간단한 소프트리소그래피 공정으로 대체할 수 있다.
연구팀은 일렬 형태로 배열된 사각형 모양의 마이크로미터 크기 구조물을 이용해 용액이 균일한 굴곡을 가지며 기판에 맺히도록 조절, 이를 통해 용매의 증발 속도를 조절해 핵 생성이 일어나는 지점을 정밀하게 통제했다.
여기서 마이크로 구조물의 크기를 변화시키며 유기반도체 결정의 크기를 성장시키는 데 성공했고, 그 결과 반도체 소자의 성능이 함께 향상됨을 확인했다.
이정찬 석사과정(좌측), 스티브 박 교수(중앙), 김진오 박사과정(우측)의 모습
스티브 박 교수는 “무기고분자 재료를 결합한 용액전단법은 프린팅 공정에서 정밀한 제어가 가능하다”며 “유기반도체 뿐 아니라 다른 재료를 이용한 균일 박막 제조가 가능한 원천 기술을 확보했다는 의미를 갖는다”고 말했다.
김진오 박사과정, 이정찬 석사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 7월 16일자 표지논문에 논문명 ‘Inorganic Polymer Micropillar-Based Solution Shearing of Large-Area Organic Semiconductor Thin Films with Pillar-Size-Dependent Crystal Size, 필러 크기에 따른 유기반도체 결정 크기 성장 가능한 무기고분자 마이크로 필러 기반 용액전단법’으로 선정됐다.
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