높은 전하이동도, 열안정성 뛰어나···유연 디스플레이 상업화 앞당길 듯
[일요신문] 국립 경상대학교(GNU·총장 권순기)는 김윤희<사진> 교수팀이 유연 디스플레이(Flexible display) 구현을 위한 핵심 소재인 ‘높은 전하이동도와 안정성을 가진 n-형 유기화합물(플라스틱) 반도체 개발’에 성공했다고 23일 밝혔다.
경상대 김윤희 교수팀이 동국대 노용영 교수팀과 함께 한 이번 개발은 미래창조과학부의 글로벌프런티어사업인 ‘나노기반소프트일렉트로닉스연구단(단장 조길원)’의 지원 하에 이뤄졌다.
이번에 개발된 n-형 플라스틱 반도체는 n-형 유기반도체 중 세계 최고의 전자이동도를 나타내 향후 유연 디스플레이뿐만 아니라, 유기 태양전지나 스마트 생화학센서 등 유기화합물 반도체가 사용되는 다양한 분야에서 상당한 파급효과를 미칠 것으로 기대된다.
반도체는 전자(음(-) 특성)의 이동에 의한 n-형 반도체와 정공(양(+) 특성)의 이동에 의한 p-형 반도체가 있으며, 지금까지 유기화합물 반도체 분야에서는 p-형이 n-형보다 더 많이 진행돼 왔다.
이는 정공의 이동도가 전자의 이동도에 비해 빠르고 안정성도 높아서 p-형 유기화합물 반도체의 성능이 n-형보다 높았기 때문으로 보인다.
하지만 반도체가 다이오드나 트랜지스터 등의 기본 전자소자로 동작하기 위해서는 두 반도체의 조합(p-n 접합)이 반드시 필요하다.
이에 따라 유기화합물 반도체 분야에서는 p-형 반도체 성능에 맞는 n-형 유기화합물 반도체 개발이 필수적으로 요구돼 왔다.
이번에 개발한 n-형 유기화합물 반도체는 세계 최고의 성능으로서 p-형의 정공이동도만큼 높은 전자이동도를 가지면서도 안정하다는 점에서 대단히 큰 의의를 가지고 있다.
연구진은 최근 유기박막 트랜지스터나 태양전지 등 많이 사용되고 있는 재료 중 하나인 디케토피롤로피롤(DPP)에 니트릴(nitrile) 치환체를 추가해 n-형 특성을 높인 플라스틱 물질을 개발, 이를 이용해 7.0 cm2V-1s-1의 매우 높은 전하이동도와 안정성을 가진 n-형 유기 화합물 반도체를 개발했다.
연구팀은 “이번에 높은 n-형 전하이동도를 가지는 플라스틱 개발로 인해 p-형 플라스틱 반도체와 더불어 향후 디스플레이, 태양전지, 센서, 라디오파 인식장치(RFID), 생물인식기기 등 다양한 분야에서 상업화가 촉진될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
한편 이 연구결과는 지난 9월 23일 재료 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈’(Advanced Materials) 온라인판 인사이드 표지로 게재됐다.
하용성 기자 ilyo33@ilyo.co.kr